113 高普考高考三級 動物技術 動物育種學 考古題詳解

113 年・高普考・高考三級・動物技術
試題代碼 動物育種學

第 一 題20 分

一個牧場如何能夠客觀地分析出最佳動物的生產系統？並針對每一個分析項目舉例加以說明。

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核心觀念

本題考的是動物生產系統分析（systems analysis）：先把牧場視為由動物、飼養管理、資源、環境及市場共同構成的整體，再以明確目標和可量化指標，比較不同生產方案的預期表現。

「最佳動物」不能只看個體的生長速度、產乳量或產蛋量；動物的遺傳能力必須放在特定的飼養環境、繁殖制度與產品市場中評估。同一品種或個體在不同飼料成本、氣候、疾病壓力及管理條件下，經濟表現可能不同。因此，應評估整個生產系統的投入、產出與效益，而非只挑單項性狀最高的動物。

解題方法

採取「界定目標與範圍 → 蒐集資料 → 建立候選方案 → 設定指標 → 比較整體績效」的分析順序。題目沒有提供牧場種類與數據，以下以肉牛牧場為例，說明各分析項目如何操作。

一、界定生產目標與系統邊界

先說明牧場要達成的目標，以及評估範圍涵蓋哪些環節。例如，目標設定為提高每年可銷售牛肉的收益，同時維持牛群健康；系統範圍從母牛繁殖、犢牛育成、育肥到出場銷售。

邊界界定清楚，才能避免只計算育肥階段的飼料成本，卻漏掉母牛維持、繁殖失敗或犢牛死亡的成本。

二、分析生產環境與自然資源

記錄牧場的氣候、土地、牧草、供水及疾病壓力等條件，判斷動物是否適應。

例如，若牧場夏季炎熱潮濕、草地品質變動大，除了比較不同品種的增重能力，也應比較其耐熱性、抗病性、採食能力及在低品質粗料下的表現。若只選擇高增重但對環境要求高的牛種，實際生產效率可能反而降低。

三、分析動物遺傳與繁殖系統

比較候選品種、品系或雜交方案的遺傳能力與繁殖表現，並考慮其在特定牧場環境中的適配性。

例如，候選方案可包括本地品種與外來品種雜交；評估指標可包括受胎率、產犢間隔、犢牛存活率、斷奶體重及母牛淘汰率。若以生產商品肉牛為主，可考慮母系重視繁殖力與母性、父系重視生長與屠體性狀的分工，而不是只比較單一個體的體重。

四、分析飼養管理與技術條件

比較飼料配方、放牧或舍飼方式、繁殖管理、健康照護、勞動力及設備需求。

例如，舍飼育肥可能提高生長一致性，但需要較高的飼料、設備與人力投入；放牧方式可降低部分飼料成本，但會受土地承載量、季節牧草供應及牛隻生長速度影響。應依牧場實際資源比較兩種方式的總投入與產出。

五、分析經濟效益與市場條件

計算各方案的收入、變動成本、固定成本與風險，並將產品規格及市場價格納入考量。可用下式表示每頭牛的淨收益：

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第 二 題20 分

請詳述基因組選拔（Genomic Selection）與最佳線性無偏估測（Best Linear Unbiased Prediction）在實際操作上有何相同與差異之處？兩者的優缺點為何？

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核心觀念

本題要比較的是「基因組選拔」的育種策略，與「最佳線性無偏預測（BLUP）」的遺傳評估方法。兩者不是互斥的方法：基因組選拔可以使用 BLUP 類模型來估算基因組育種價，例如 GBLUP 或單步法 ssGBLUP。

傳統動物模型 BLUP 通常利用表型資料、系譜關係與固定效應，預測個體的育種價。其基本模型可寫為：

y=Xβ+Za+e,a∼N(0,Aσa2),e∼N(0,Iσe2)\mathbf y=\mathbf X\boldsymbol\beta+\mathbf Z\mathbf a+\mathbf e, \qquad \mathbf a\sim N(\mathbf 0,\mathbf A\sigma_a^2), \qquad \mathbf e\sim N(\mathbf 0,\mathbf I\sigma_e^2)

其中，y\mathbf y 為表型資料，β\boldsymbol\beta 為固定效應，a\mathbf a 為個體加性遺傳育種價，A\mathbf A 為系譜親緣矩陣，e\mathbf e 為殘差。BLUP 的「最佳」是指在模型與參數假設成立時，線性預測量具有最小預測誤差變異；「無偏」指預測量的期望值符合模型所設定的平均數。

**基因組選拔（Genomic Selection, GS）**則是利用全基因組密集標記（常見為 SNP）資訊，配合具有基因型與表型資料的參考族群，估計標記效應或基因組育種值，再用於尚未具有完整表型紀錄的候選個體。其一般預測式可表示為：

g^i=∑j=1mxiju^j\widehat{g}_i=\sum_{j=1}^{m}x_{ij}\widehat{u}_j

其中，xijx_{ij} 是個體 ii 在第 jj 個標記的基因型編碼，u^j\widehat{u}_j 是估計的標記效應，g^i\widehat{g}_i 為基因組估計育種值（GEBV）。

GS 的關鍵不是只找出少數已知主效基因，而是以全基因組標記共同捕捉影響性狀的遺傳訊號，使標記涵蓋大部分與數量性狀基因的連鎖不平衡關係。

解題方法：由資料、估值與選拔時點比較

可依序比較兩者實際操作所需的資料、預測模型、候選個體的評估方式，以及對育種流程的影響。

比較面向傳統系譜 BLUP基因組選拔
主要資料表型、系譜與固定效應資料參考族群的表型與基因型；候選個體至少須有基因型
親緣資訊由系譜推估，使用 A\mathbf A 矩陣由標記估算實際基因組相似度，常使用 G\mathbf G 矩陣
評估對象有紀錄者及其有系譜關係的親屬參考族群以外、尚無自身表型的基因分型候選個體也可預測
個體間差異同父母全同胞在缺乏個別紀錄時，估值常相近可反映同胞間實際遺傳片段繼承差異，因而區分個體
選拔時點常須等候表型、親屬紀錄或後裔資料累積可在候選個體年幼時取得 GEBV，提前選拔
典型模型PBLUPGBLUP、標記效應模型、ssGBLUP 等

在 GBLUP 中，常以基因組親緣矩陣 G\mathbf G 取代系譜親緣矩陣 A\mathbf A：

a∼N(0,Gσa2)\mathbf a\sim N(\mathbf 0,\mathbf G\sigma_a^2)

因此，BLUP 是一類預測方法；GBLUP 是把基因組親緣資訊納入 BLUP 的方法；GS 則是以全基因組資訊預測並據以選拔的育種策略。單步法 ssGBLUP 可整合基因分型個體的基因組資料，以及未分型個體的系譜與表型資料。

實際操作流程

  1. 建立參考族群：選擇一批有可靠表型或育種值資料的個體，取得其基因型資料。性狀資料品質、參考族群規模與遺傳背景都會影響預測效果。
  2. 估計標記效應或基因組育種值：使用參考族群的表型、基因型與必要的固定效應資料，透過 GBLUP 或其他基因組預測模型進行估計。
  3. 對候選個體基因分型：候選個體即使尚未成年，或不適合直接測量目標性狀，仍可由標記資料產生 GEBV。
  4. 依 GEBV 排序並選拔：將 GEBV 與傳統育種值、表型、繁殖力或遺傳多樣性等育種目標合併考量，再選留種用個體。
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第 三 題20 分

在核心種畜群中，同一品系的培育經常會使用有限度的近親配種，期能獲得與遺傳性能非常優異的該品系共同祖先 A 相似之後裔 X，但為減少近親衰退，又要讓後裔 X 的近親係數 FXF_X 較低。

因此，身為育種人員的你為該共同祖先 A 設計了一個配種方式（如下圖），請計算此配種方式所得之後裔 X 的近親係數 FXF_X，以及共同祖先 A 與後裔 X 的萊特氏親屬關係係數 RXAR_{XA}。

🖼️【此處有附圖，請對照原卷】

要列出計算過程，FXF_X 及 RXAR_{XA} 均採用有效數字到小數點下三位。

🖼️ 本題原卷含圖表。基於試題來源之版權考量，本站不轉載原卷影像； 題目文字已完整轉錄，圖表請自行參閱考選部公告之試題原檔。

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核心觀念

本題考查：

  1. 近親係數（inbreeding coefficient）：後裔 XX 的雙親 SS、DD 所傳下的兩個等位基因，因共同祖先而產生同源同祖（identical by descent）的機率。
  2. 萊特氏親屬關係係數（Wright’s coefficient of relationship）：共同祖先 AA 的基因傳至後裔 XX 的比例。
  3. 路徑法（path coefficient method）：

近親係數公式為

FX=∑(12)n1+n2+1(1+FA)F_X=\sum \left(\frac{1}{2}\right)^{n_1+n_2+1}(1+F_A)

其中 n1,n2n_1,n_2 為共同祖先 AA 分別至 XX 雙親 S,DS,D 的世代數。

親屬關係係數公式為

RXA=∑(12)nX+nA(1+FA)R_{XA}=\sum \left(\frac{1}{2}\right)^{n_X+n_A}(1+F_A)

本題假設圖中未標示姓名之個體均為彼此無親緣、且近親係數為 00 的個體；共同祖先 AA 本身亦為非近親個體，因此 FA=0F_A=0。

解題方法與世代路徑

由圖可知：

  • XX 的雙親為 SS 與 DD。
  • SS 的祖先路徑中，AA 可經由兩條路徑到達：
S→G1→H1→AS\rightarrow G1\rightarrow H1\rightarrow A S→G2→H3→AS\rightarrow G2\rightarrow H3\rightarrow A

因此，SS 至 AA 每條路徑均為 33 個世代。

  • DD 的祖先路徑中，AA 亦可經由兩條路徑到達：
D→G3→H5→AD\rightarrow G3\rightarrow H5\rightarrow A D→G4→H7→AD\rightarrow G4\rightarrow H7\rightarrow A

因此，DD 至 AA 每條路徑亦為 33 個世代。

所以，SS 與 DD 之間共有

2×2=42\times 2=4

條以 AA 為共同祖先的非重疊路徑。

一、計算後裔 XX 的近親係數 FXF_X

每一條路徑的貢獻為

(12)3+3+1(1+FA)=(12)7(1+0)=1128\left(\frac{1}{2}\right)^{3+3+1}(1+F_A) = \left(\frac{1}{2}\right)^7(1+0) = \frac{1}{128}

共有 44 條路徑，因此

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第 四 題20 分

為何需要估測育種價？需要那些資料才能進行育種價估測？如何能夠增進育種價估測的準確度？

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核心觀念

育種價（breeding value, BV）是個體在加性基因作用下，對其後代性狀表現所具有的遺傳貢獻。實際上無法直接觀察個體的育種價，因此須利用個體本身及親屬的表型、系譜等資料，估測其育種價，所得結果稱為估測育種價（estimated breeding value, EBV）。

育種價估測的目的，是在選種時辨別個體可傳遞給後代的遺傳優劣。表型會同時受到遺傳與環境影響，單憑表型高低選種，容易把環境造成的優勢誤當成遺傳優勢。選留高育種價個體作為親本，能提高後代的平均遺傳水準，並可用於親本排序、配種規劃及預測遺傳進展。

對加性遺傳性狀而言，個體傳給後代的平均遺傳貢獻約為其育種價的一半。因此，在其他條件相同時，親本育種價越高，後代的預期遺傳水準也越高。

解題方法：依「為何估測、需要什麼資料、如何提高準確度」作答

本題是觀念題，作答時可先說明育種價的用途，再列出估測所需的表型、系譜與遺傳參數，最後說明如何降低估測誤差、提高準確度。

一、為何需要估測育種價？

  1. 分離遺傳效果與環境效果 表型表現可概略表示為：

P=G+EP = G + E

其中 PP 為表型值、GG 為基因型值、EE 為環境偏差。育種價屬於加性遺傳部分，選種的目標是改善可遺傳的部分，而非只選擇當下表型較好的個體。

  1. 預測親本對後代的遺傳貢獻 育種價可用來預測親本的遺傳優劣及後代的預期表現。若性狀的育種目標是提高，通常優先選留育種價較高者；若目標是降低某性狀，則選留育種價較低者。

  2. 提高選種決策的效率與遺傳進展 綜合個體與親屬資料估測育種價，可比只看個體表型更完整地比較候選個體。育種價估測也是計算選種指數、安排配種及預估遺傳進展的重要依據。

二、需要哪些資料才能估測育種價？

  1. 性狀表型資料 包括個體本身的測定值、重複測定值，以及親代、子代、同胞等親屬的相關性狀紀錄。需明確記錄性狀定義、測定方式、日期、單位與測定個體身分。

  2. 系譜或親緣關係資料 至少須有個體身分及其父母資料；若資料完整，也應包含祖先、同胞、子代等親屬資訊。親緣資料可提供個體與親屬之間的遺傳關聯，供估測模型利用。

  3. 環境與管理資料 例如性別、年齡、胎次、出生季節、牧場或畜舍、飼養群、飼料、管理方式及測定批次等。這些資料有助於校正非遺傳因素，避免把飼養條件或管理差異誤判為遺傳差異。

  4. 遺傳參數 常用參數包括遺傳變異、表型變異、遺傳力，以及多性狀分析所需的遺傳共變異與表型共變異。以單一性狀表型估測為例，遺傳力定義為：

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第 五 題20 分

乳牛產業想要在遺傳上改進整體泌乳牛的乳脂量，於是乳牛群改進計畫（DHI program）的產業代表及專家學者組成改進小組，依據產業現況乳脂量的遺傳率為 0.36，選拔準確度則是 0.8，世代間距為 6 年，平均選拔強度在使用表現型及育種價選拔各為 1.2 及 1.6，該性狀育種價的標準偏差 σBV\sigma_{BV} 為 30 kg。

請計算採用表現型值及育種價選拔乳脂量的每年遺傳改進量各為多少？請問你會建議改進小組採用表現型值或育種價選拔，詳細說明你的理由。

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核心觀念

本題考查選拔反應與每年遺傳改進量。選拔反應表示親代平均育種價因選拔而增加的幅度；每年遺傳改進量則將選拔反應除以世代間距，換算為每年進步量：

ΔG年=i r σBVL\Delta G_{\text{年}}=\frac{i\,r\,\sigma_{BV}}{L}

其中 ii 為選拔強度，rr 為選拔準確度，σBV\sigma_{BV} 為育種價標準偏差，LL 為世代間距。使用表現型值選拔時，表現型值與育種價的相關為遺傳率平方根，因此準確度為 h2\sqrt{h^2}。

解題方法

已知遺傳率 h2=0.36h^2=0.36，故表現型值選拔的準確度為：

r表現型=h2=0.36=0.6r_{\text{表現型}}=\sqrt{h^2}=\sqrt{0.36}=0.6

表現型值選拔

選拔強度 i=1.2i=1.2，因此每年遺傳改進量為：

ΔG年=1.2×0.6×306=21.66=3.6 kg／年\Delta G_{\text{年}} =\frac{1.2\times 0.6\times 30}{6} =\frac{21.6}{6} =\boxed{3.6\text{ kg／年}}

育種價選拔

題目已給選拔準確度 r=0.8r=0.8，選拔強度 i=1.6i=1.6，因此：

ΔG年=1.6×0.8×306=38.46=6.4 kg／年\Delta G_{\text{年}} =\frac{1.6\times 0.8\times 30}{6} =\frac{38.4}{6} =\boxed{6.4\text{ kg／年}}
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