112 高普考高考三級 農業技術 作物育種學 考古題詳解

核心觀念 本題測驗核心涵蓋「現代分子育種技術」與「植物抗病育種策略」兩大範疇：

1. 分子標誌輔助選種（Marker-Assisted Selection, MAS）與回交育種法（Backcross Breeding）：利用緊密連鎖或基因內（gene-based）的分子標誌，對目標性狀（如抗病基因 $Pi9$）進行前景選拔（foreground selection）與背景選拔（background selection），以加速輪迴親基因組的回復並導入目標基因。
2. 垂直抗病性（Vertical Resistance）與抗病持久性（Durability of Resistance）：$Pi9$ 屬於單一顯性主效抗病基因（major resistance gene），具專一性之垂直抗性，極易因田間稻熱病菌（Magnaporthe oryzae）之生理小種（physiological races）變異或毒力突變，陷入抗病力崩潰之「劇增與驟降循環」（boom-and-bust cycle）。維持抗病力需從遺傳多樣性配置、基因聚合及農藝管理層面著手。

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解題方法 本題為經典申論題，採「雙層次縱深切入法」破題：

1. 第一子題（方法優勢）：採「技術層面對比法」，將分子標誌輔助回交育種（MAB）與傳統表型篩選回交育種並列，從「環境依賴性」、「選拔世代與發育階段」、「隱性與雜合子鑑定能力」、「排除連鎖累贅效率」及「生物安全」等維度系統化闡述優勢。
2. 第二子題（抗病力維持）：先點出單一主效抗病基因（垂直抗病性）的局限，接著由「育種遺傳策略」（根本防線）出發，延伸至「田間生態配置」與「流行病監測與管理」，提出立體化之延長抗病持久性方案。

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選項分析 本題為高等考試三級之申論申述題，無固定選項。評分爭點與核心得分要點分析如下：

• 子題一評分要點：必須明確點出「不需人工接種發病」、「幼苗期即可篩選」、「可精準辨識雜合體（$Pi9/-$）」與「減少連鎖累贅（Linkage drag）」等關鍵技術特徵。
• 子題二評分要點：切忌只寫一般化化學防治。高分關鍵在於提出育種學專用機制，包括「基因聚合（Gene pyramiding）」、「多系品種（Multilines）」、「混合種植（Cultivar mixture）」與「病原菌生理小種監測」。

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解題技巧

1. 破題關鍵詞對照：

• 題目提到「$Pi9$ 每世代以分子標誌檢測」 $\rightarrow$ 即指「前景選拔（Foreground Selection）」，若能額外帶出「背景選拔（Background Selection）」加速輪迴親遺傳背景回復（傳統需 6～8 代，MAS 背景選拔僅需 3～4 代），為拿分利器。
• 看到「維持抗病力」 $\rightarrow$ 立即連結到 Vanderplank 的「垂直抗性 vs. 水平抗性」與「劇增與驟降循環（Boom-and-bust cycle）」。

2. 常見陷阱：

• 誤將「維持抗病力」完全寫成噴灑化學藥劑或單純肥培管理。在「作物育種學」考科中，回答主軸必須是「遺傳與品種配置策略」，栽培管理僅為輔助。
• 忽略 $Pi9$ 是外源野生稻（Oryza minuta）導入的基因，回交時容易伴隨不良農藝性狀的「連鎖累贅」，MAS 在此具備獨特突破優勢，答題時務必強調。

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【答案】

一、分子標誌輔助選種（MAS）結合回交育種培育「台大高雄 1 號」之優勢

核心觀念

本題評量數量遺傳學中「截斷選拔（truncation selection）模式」之幾何意義與數學定義。作物育種中，連續性變異之數量性狀在未經選拔之原始族群中多呈常態分布 $N(\mu, \sigma_P^2)$。選拔模式圖係利用親代分布曲線、入選留種群與子代分布曲線之相對位置，闡明下列四項關鍵參數的關係：

1. 選拔界限（Limit of selection, $C$）：人工設定的表型截斷閥值（truncation point）。
2. 選拔強度（Selection intensity, $V\%$）：入選留種個體佔原始族群之面積百分比（即選拔比例 $p$）。
3. 選拔差（Selection differential, $S$）：入選親本表型平均值與原始親本族群表型平均值之差值。
4. 選拔效果（Response to selection, $R$）：子代表型平均值與原始親代族群平均值之差值，兩者藉由育種家方程式（Breeder's equation）$R = h_n^2 S$ 產生關聯。

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解題方法

一、選拔模式圖之繪製與標示

考生作答時應於試卷上繪製「親代分布」與「子代分布」之上下一致（或重疊對照）雙曲線圖，橫軸代表表型值（$X$ 或 $P$），縱軸為頻度或機率密度 $f(X)$：

頻度 f(X)
 ▲
 │ 親代族群 (平均值 μ)
 │ ╭───╮
 │ ╭─╯ ╰─╮
 │ ╭─╯ ╰─╮ 留種親本 (平均值 μs)
 │ ╭─╯ ╰─╮ ╭───╮
 │ ╭─╯ ╰─╮ ╭─╯ ╰─╮
──┴──────────────┼─────────────────┼─┼──┼─────┼──► 表型值 (X)
 μ C │ │ μs
 └──┴──────┘
 陰影面積 = V%
 ◄─────────►
 選拔差 S = μs - μ

 ▲
 │ 子代族群 (平均值 μ')
 │ ╭───╮
 │ ╭─╯ ╰─╮
 │ ╭─╯ ╰─╮
──┴──────────────┼─────────────────┼─────────┼────► 表型值 (X)
 μ │ μ'
 ◄─────────────────┴────────►
 選拔效果 (反應) R = μ' - μ

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二、各項參數定義與數學關係推導

1. 選拔界限（Limit of selection, $C$）

• 定義：在親代族群常態分布中設定的一道表型截斷門檻值（truncation point）。在正向選拔（選大）的情境下，僅保留表型值大於或等於 $C$ 的個體供繁殖下一代，表型值小於 $C$ 者全數汰除。
• 數學式： $X \ge C$

2. 選拔強度（Selection intensity, $V\%$）

• 定義：入選供繁殖之個體數佔原始親代族群總個體數之百分比，在幾何圖形上即為親代常態分布曲線在選拔界限 $C$ 右側（或左側）的曲線下面積佔總面積之百分比（亦稱選拔比例，Proportion selected, $p$）。
• 數學式（設親代常態分布機率密度函數為 $f(X)$）： $V\% = \left( \int_{C}^{\infty} f(X) \, dX \right) \times 100\%$
• 性質：$C$ 值訂得越高，保留比例 $V\%$ 越小，代表選拔強度越大（即選拔越嚴格）。

核心觀念

本題考查水稻雜種優勢（Heterosis）利用之遺傳學機制與實務生產技術，核心觀念包含：

1. 細胞質－細胞核互作雄不稔性（Cytoplasmic-Genetic Male Sterility, CMS / 三系法）：涉及細胞質不稔基因（$S$ 表示不稔胞質，$N$ 表示正常胞質）與細胞核育性恢復基因（顯性恢復基因 $R$、隱性不稔基因 $r$）之互作遺傳模式。
2. 環境敏感型核雄不稔性（Environment-sensitive Genic Male Sterility, EGMS / 二系法）：由細胞核隱性單基因或雙基因控制，其雄性育性表現受外界環境因子（日照長度或溫度）調控，主要分為光敏核雄不稔性（PGMS）與溫敏核雄不稔性（TGMS）。
3. 雄不稔系統之繁育與維持（Maintenance & Multiplication）：如何透過遺傳互補或環境調控，使母本不稔特性得以世代延續，並能規模化量產 $F_1$ 雜交種子。

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解題方法

本題為標準申論題，作答切入點應分為兩大主軸及三個子題完整展開：

1. 三系雜交法之雜種生產與維持機制：定義 A、B、R 三系之基因型與表型，說明三系間的雜交配套流程。
2. 二系雜交法之雜種生產與維持機制：定義 S 系與 R 系，說明環境條件誘導育性轉換（Sterile $\leftrightarrow$ Fertile）之原理與配組方式。
3. 兩套系統維持雄不稔性之方法比較：三系法倚賴「維持系（B 系）」回交維持；二系法倚賴「適宜環境條件下自交」維持。

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申論要點剖析（評分與答題關鍵）

• 要點一：三系法雜交水稻生產與雄不稔維持（佔分關鍵）

• 必須清楚定義三系的符號、名稱與基因型：

• 雄不稔系（A 系，Male-sterile line）：基因型為 $S(rr)$。花粉敗育，雌蕊正常。

• 雄不稔維持系（B 系，Maintainer line）：基因型為 $N(rr)$。花粉正常可育，與 A 系核基因型高度同質。

• 雄不稔恢復系（R 系，Restorer line）：基因型為 $N(RR)$ 或 $S(RR)$。花粉正常可育，具有顯性恢復基因。

• 維持方法（A 系繁殖）：以 A 系為母本、B 系為父本進行雜交（$S(rr) \times N(rr) \rightarrow S(rr)$），收穫母本種子即為純度百分之百的 A 系，達成雄不稔系統之維持；B 系則可透過自身自交（$N(rr) \times N(rr)$）無限繁殖。

• 雜種水稻生產（制種）：以 A 系為母本、R 系為父本雜交（$S(rr) \times N(RR) \rightarrow S(Rr)$），產生的 $F_1$ 種子因帶有雜合顯性恢復基因 $R$，可育性完全恢復正常，自交能正常結實，並表現出強大的雜種優勢。

• 要點二：二系法雜交水稻生產與雄不稔維持（佔分關鍵）

• 必須闡明「一系兩用」特點：不稔系（S 系）之育性由核基因控制，但受溫度或光照誘導。

• 光敏核雄不稔水稻（PGMS）：長日照下表現雄不稔；短日照下恢復雄可育。

• 溫敏核雄不稔水稻（TGMS）：高溫下表現雄不稔；低溫下恢復雄可育。

• 恢復系（R 系）：水稻絕大多數常規栽培種之核基因均為野生型顯性可育基因，因此廣親和常規品種均可直接作為 R 系。

• 維持方法（S 系繁殖）：利用特定季節或特定生態地理環境，將 S 系置於**「可育條件」（如 TGMS 置於冷涼山區或低溫季節；PGMS 置於短日季節），使其雄蕊恢復正常發育，行自花授粉（自交）**結實，即可收穫維持純系種子。

• 雜種水稻生產（制種）：將 S 系置於**「不稔條件」**（如 TGMS 處於高溫季節；PGMS 處於長日季節），此時 S 系花粉徹底敗育，作為母本；以一般恢復系品種（R 系）為父本進行異花授粉雜交（$S \times R \rightarrow F_1$），所收穫種子即為商品雜交水稻種子。

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解題技巧與常見陷阱

1. 基因型表示法要統一精確：

• 書寫細胞質基因與核基因時，質基因置於括號外，核基因置於括號內（如 $S(rr)$）。

核心觀念

本題測驗作物育種學中「引種與馴化（Plant Introduction and Acclimatization）」的核心程序與種原利用模式。

1. 引種試驗流程：引進外來植物種質資源時，為確保農業生態安全及評估經濟價值，必須依序進行檢疫、觀察、產量評估及環境適應性試驗。
2. 引種層次區分：依據引進材料在育種上的利用方式及是否經過人工雜交重組遺傳質，區分為「一級引種（直接利用）」與「二級引種（間接利用）」。

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解題方法

本題為標準申論題，作答切入點宜兼具「程序邏輯性」與「理論對照性」：

1. 引種試驗步驟：依照作物引種的實務時序展開，從最初的生物安全防線（檢疫），循序漸進至性狀表現、產量比較、環境適應性測定，乃至推廣前的栽培管理試驗，展現清晰完整的邏輯流程。
2. 一級與二級引種：採對比架構，分別就「定義」、「遺傳變動（是否重組）」、「適用條件」與「實際範例」四個維度並陳說明，突顯兩者在本質上的差異。

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選項分析

本題為公務人員高等考試之申論題型，無選項。針對考生在各子題常見之論述完整度與作答盲點說明如下：

• 引種試驗步驟盲點：常見失誤為「直接由品比試驗起筆」，忽略最初始且不可或缺的「檢疫」與「隔離觀察」步驟。若忽視外來有害生物檢疫風險，在作物育種規範中為重大漏洞。
• 一級與二級引種觀念盲點：一級引種並非單純「品質較好的一等引種」，二級亦非「次等引種」，兩者是「直接利用（Direct introduction）」與「間接利用（Indirect introduction）」在育種學上的技術代名詞。

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解題技巧

1. 流程記憶口訣：「檢、隔、比、區、管、推」——檢疫隔離 $\to$ 初步觀察 $\to$ 品比試驗 $\to$ 區域試驗 $\to$ 栽培管理試驗 $\to$ 審查推廣。
2. 答題加分亮點：一級引種即「保留原品種純系/遺傳型」，二級引種即「作親本進行雜交選拔以移轉特定基因」。答題時若能主動連結台灣農業史之具體實例（如蓬萊米奠基親本之引入為一級引種、引進外國抗病材料雜交回交為二級引種），可獲閱卷委員高度認同。

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【答案】

一、植物引種試驗之步驟

植物引進後，為評估其在新環境的適應性、豐產性、品質及安全性，必須進行系統性的引種試驗，其主要步驟依序如下：

1. 植物檢疫（Plant Quarantine）

• 依照植物防疫檢疫相關法規，對引進的種子、苗木、球根或無性繁殖體進行嚴密檢驗與消毒，嚴防外來有害生物（病毒、真菌、細菌、害蟲及惡性雜草等）隨植株入侵，確保本土農業生態安全。

2. 隔離觀察與初步觀察試驗（Isolation Observation and Preliminary Screening）

• 通過檢疫後的材料，先置於隔離溫室或特定檢疫隔離圃內種植觀察一至數個世代。
• 初步調查其物候期、生長習性、生育期長短、生活力、稔實率及對本地主要逆境（如病蟲害、氣候抗性）的反應，淘汰不良品系。

3. 品種比較試驗／產量試驗（Variety Comparative Yield Trials）

• 包含「初級品比試驗」與「高級品比試驗」。