107 專技高考高等考試 園藝技師 園藝作物育種學與繁殖學 考古題詳解

核心觀念

本題旨在評量園藝作物育種中「雜種優勢（Heterosis）利用與 $F_1$ 雜交種子生產技術」之二大核心自然控粉機制：

1. 自交不親和性（Self-incompatibility, SI）之生理遺傳機制：兩性花雌雄配子發育完全健全，但因花粉與雌蕊組織攜帶相同的親和基因（$S$ 複對偶基因），引發花粉與雌蕊相互辨識並啟動生理抑制訊號，造成花粉管無法萌發、穿透或受精。主要分為配子體型（GSI）與孢子體型（SSI）。
2. 細胞質雄不稔性（Cytoplasmic male sterility, CMS）之生理遺傳機制：由粒線體（mtDNA）基因突變或異常重組所引發的能量代謝障礙，致使絨氈層（Tapetum）異常退化與花粉母細胞敗育，形成雄配子無發育活性而雌配子完全正常之生理現象，其表現受細胞核內育性恢復基因（$Rf$ 基因）之互作調控。
3. 純系親本之繁育與固定（Parental Pure-Line Maintenance）：

• SI 親本：透過人工生理阻斷或物理旁路手段克服不親和障礙，完成自交結實以維持純系。
• CMS 親本：建立「不稔系（A 系）」、「保持系（B 系）」與「恢復系（C 系）」之細胞核質互作繁育體系，藉由回交與自交維持親本純度。

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解題方法

本題屬申論比較題，作答切入點分為「生理機制橫向對比」與「$F_1$ 生產系統操作流程」兩大主軸：

一、自交不親和性（SI）與細胞質雄不稔性（CMS）之生理機制差異

比較項目	自交不親和性（Self-incompatibility, SI）	細胞質雄不稔性（Cytoplasmic male sterility, CMS）
花粉發育與生活力	雄配子發育完全健全，花粉粒具備充份的萌發與受精生理活力。	雄蕊發育異常或花粉敗育、無生活力（花粉粒癟縮退化或完全無花粉產生）。
雌蕊發育與功能	雌蕊發育健全，且具備專一性之辨識與抑制生理活性。	雌配子（胚珠）完全健全，無阻礙異花花粉受精之生理反應。
生理阻斷發生時期與位置	受粉後階段：阻斷於柱頭表面（SSI，如十字花科）或花柱傳導組織中段（GSI，如茄科、薔薇科）。	小孢子發生與花藥發育階段：阻斷於減數分裂期、小孢子釋放期或花粉成熟期之花藥內。
關鍵細胞生理障礙	細胞間辨識與訊號傳導：<br>1. SSI：花粉壁外層之 SCR/SP11 蛋白質與柱頭乳突細胞之受體激酶（SRK/SLG）結合，引發柱頭水合作用抑制與細胞骨架破壞，花粉管無法萌發或無法穿透角質層。<br>2. GSI：花柱分泌 S-RNase 毒素蛋白進入花粉管，降解花粉管之 rRNA 並破壞能量供應，終止花粉管伸長。	粒線體能量代謝崩潰與程式性細胞死亡：<br>粒線體嵌合基因突變導致呼吸鏈電子傳遞受阻、ATP 生成不足或引發過量活性氧（ROS）累積；花藥營養層（絨氈層，Tapetum）細胞提早崩解或延遲退化，小孢子因缺乏營養而敗育。
遺傳因子與控制層次	由細胞核單一基因座（$S$-locus）之複對偶基因控制（核遺傳）。	由粒線體基因組異常（質遺傳）主導，並受細胞核內顯性恢復基因（$Rf$）調控（核質互作）。

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二、純系親本之獲得與 $F_1$ 雜交種子生產系統

1. 自交不親和性（SI）系統之純系親本獲得與採種

• 純系親本之自交維持方法（克服不親和生理機制）： 純系親本因具高度自交不親和性，自然狀況下無法自花授粉結實，須以人工方式抑制或避開 $S$ 基因產物之生理活性：

1. 蕾期授粉法（Bud Pollination）：在開花前 1 至 3 天花蕾期進行人工去雄與自花授粉。此時雌蕊柱頭的辨識蛋白（如 SRK/S-RNase）尚未大量合成或活性極低，花粉管能順利穿透柱頭與花柱完成受精，此法為十字花科（如甘藍、蘿蔔）繁殖純系親本最廣泛採用的技術。
2. 高濃度 $\text{CO}_2$ 氣體處理法：於盛花期將開花植株置於含有 3% 至 5% $\text{CO}_2$ 的密閉設施中，藉由暫時抑制柱頭細胞之呼吸代謝與酵素活性，破壞不親和辨識反應，使自交花粉管順利侵入。
3. 化學鹽類噴霧法：在授粉前後向柱頭噴灑 1% 至 3% 之食鹽水（$\text{NaCl}$）或明礬溶液，藉由滲透壓暫時破壞柱頭乳突細胞之表皮防禦機制，促使自交受精。
4. 柱頭切除授粉法（Stigma Amputation）：針對花柱阻斷型（GSI）作物，切除含有高濃度抑制物質的柱頭及花柱頂端，將花粉直接塗抹於截切之花柱組織上授粉。

• $F_1$ 雜交種子生產流程：
• 將兩個各具優良性狀且 $S$ 對偶基因型不同（如母本 $S_1S_1$ 與父本 $S_2S_2$）之同質結合純系親本，以固定行比（如 1:1 或 2:2）間隔種植於隔離區。
• 放任昆蟲（如蜜蜂）傳粉或人工輔助授粉。由於各自自交皆無法結實，雙親植株上所結之種子皆為純度 100% 之異交雜交種（$S_1S_2$）。
• 特色：兩親本植株皆可採收到 $F_1$ 種子（雙親採種，採種效率極高）。

核心觀念

本題評量自交與異交作物育種中兩大經典育種體系之遺傳原理與田間操作：

1. 單粒後裔選種法（Single Seed Descent Method, 簡稱 SSD 法）：

• 起源與定義：由 Goulden（1939）提出、Brim（1966）改良並廣泛應用於自交作物（如大豆）。
• 遺傳原理：自交作物雜交後代自 $F_2$ 起，每株僅收穫一粒種子混合播種至下一代，早代完全不實施表型選拔，直到自交達高同型結合度（Homozygosity，如 $F_5$ 或 $F_6$，同型結合體比率達 $1 - (1/2)^{m-1}$，其中 $m$ 為自交代數），始進行單株選拔及品系試驗。其目的在於維持 $F_2$ 族群之原始遺傳變異，避免競爭淘汰，並大幅縮短育種年限（配合溫室進行世代促進）。

2. 混合選種法（Mass Selection Method）：

• 定義：在一個具遺傳變異的族群中，依據外觀表現型（Phenotype）選拔具優良性狀之多數單株，將其種子混合收穫並混合同播於下一代。
• 遺傳原理：依據族群遺傳學平衡，藉由人為淘汰劣株（負混合選種）或保留優株（正混合選種），提高族群中有利對偶基因（Favorable alleles）的頻率。主要適用於遺傳率高（$h^2$ 高）的性狀，廣泛應用於異交作物的地方品種改良或自交作物的初期純化。

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解題方法

本題為申論比較題，評分關鍵在於「架構清晰、條理對稱、點出遺傳學本質」。解題切入點規劃如下：

1. 實施步驟之歷程差異：依「起始族群 $\to$ 分離早代管理與選拔時機 $\to$ 後期品系純化與產量檢定」三個生命週期階段對比兩法。
2. 優缺點對比：從「育種效率與成本（年限、設施、人工作業）」、「遺傳多樣性與天然競爭偏誤」、「對不同遺傳率性狀之反應」等構面逐一剖析。
3. 彙整比較表：利用精確對照表整合兩者差異，使閱卷委員一目了然。

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選項分析

本題非選擇題，屬專技高考園藝技師之「問答與申論題型」。依題目指定要求，拆解為三大答題核心子項分析：

• 子項一：實施步驟差異分析：
• SSD 法聚焦於「非選拔性世代推進」，田間僅作種子取樣（一株一粒），晚代才分系；
• 混合選種法聚焦於「各世代持續表型篩選與種子混合同播」，不維持個別家系譜系（Pedigree）。
• 子項二：優點比較分析：
• SSD 法強在「世代促進速度快、節省田間空間、保留隱性弱競爭優良基因」；
• 混合選種法強在「技術門檻極低、操作簡便、維持廣泛遺傳基質與適應性」。
• 子項三：缺點比較分析：
• SSD 法弱在「早代無法剔除明顯不良株（浪費晚代資源）、欠缺天然環境逐代篩選淘汰」；
• 混合選種法弱在「易受環境變異（$V_E$）干擾、低遺傳率性狀選拔無效、異交作物無法控制父本花粉」。

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解題技巧

1. 掌握專門名詞與育種目的：

• SSD 關鍵字：世代促進（Speed breeding）、避免自然競爭偏差（Competitive advantage/bias）、高同型結合度、無系譜記錄負擔。
• 混合選種關鍵字：表型選拔（Phenotypic selection）、群體平均值位移（Shift of population mean）、高遺傳率、分區混合選種（Grid mass selection）。

2. 防踩常見陷阱：

• 切忌將 SSD 寫成「早代單株選拔」；SSD 在 $F_2 \sim F_4$ 的精髓是「完全不選拔」，每株只取一粒。
• 混合選種並非僅限於異交作物，自交作物之地方品種純化亦常用，不可武斷限定單一繁殖習性。

3. 排版格式化：

• 先分別說明步驟，再以綜合對照表收斂，最後分條列舉優缺點，能取得最高等第分數。

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【答案】

一、單粒後裔選種法與混合選種法之實施步驟差異

核心觀念

本題評量考生對「園藝植物種原（Germplasm / Genetic Resources）」之系統性分類、遺傳特性及其在育種策略中定位的理解。

1. 種原之定義：指攜帶有遺傳功能單元，且具有實際或潛在利用價值的遺傳物質實體（包含種子、營養繁殖體、花粉、組織培養物等）。種原是育種的物質基礎與變異的來源。
2. 基因庫層次（Harlan & de Wet, 1971）：

• 初級基因庫（Primary Gene Pool, $GP-1$）：同種或同種不同亞種，雜交可育、重組正常（如栽培種與地方品種）。
• 次級基因庫（Secondary Gene Pool, $GP-2$）：同屬近緣野生種，雜交可能部分不稔，但染色體仍可配對並滲入基因。
• 三級基因庫（Tertiary Gene Pool, $GP-3$）：遠緣異屬種，雜交極為困難，需藉助胚挽救（embryo rescue）或體細胞雜交等生物技術。

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解題方法

本題為典型的「申論型歸納題」，應採結構化、條理分明的方式答題，邏輯層次為：「種原來源分類 $\rightarrow$ 核心特點剖析 $\rightarrow$ 育種具體應用價值」。 在植物育種學體系中，種原來源依改良歷史與親緣關係通常歸納為五大類：地方品種、現代改良品種、野生種與近緣野生種、育種材料與特殊遺傳品系、人工誘發創造之種原（含生物技術品系）。解題時應避免流水帳，宜逐一對照「特點」與「價值」進行論述，以展現考生具備育種實務規劃之整合能力。

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選項分析（申論題評分採分點剖析）

本題非選擇題，依國家考試閱卷評分標準，配分通常按下列採分構面劃分（每構面約佔 4～5 分）：

• 來源一（地方品種／在來種）：能否準確指出其適應性高、變異豐富，但農藝性狀整齊度差，是優質抗逆境基因庫。
• 來源二（現代改良品種）：能否指出遺傳背景狹窄但商品性狀極佳，適合作為直接親本進行雜交改良。
• 來源三（野生種及野生近緣種）：能否指出其含極端抗性與特異性狀，但具遠緣雜交障礙及不良性狀連鎖（linkage drag）。
• 來源四（育種中間材料與遺傳品系）：能否指出遺傳組成明確、純合度高或帶有特殊標記，可用於生產雜交一代（$F_1$）或基因定位。
• 來源五（人工創造之種原／誘發突變品系）：能否指出突破自然變異限制，創造自然界罕見之新變異（如抗除草劑、特殊花色）。

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解題技巧

1. 表格化或對稱分段：閱卷老師批閱申論題時間極短，建議採「1. 來源名稱 $\rightarrow$ (1) 特點 $\rightarrow$ (2) 育種應用價值」之標準格式，層次一目了然。
2. 關鍵專業名詞精準運用：適度帶出如「基因滲入（introgression）」、「連鎖累贅（linkage drag）」、「遺傳脆弱性（genetic vulnerability）」、「自交系（inbred line）」、「胚挽救（embryo rescue）」等詞彙，是取得高分之關鍵。
3. 常見失分陷阱：

• 僅粗略寫出「野生種與栽培種」，分類過於粗糙，難以取得滿分。
• 只寫特點而忽略「育種應用價值」，或寫價值時流於空泛（如僅寫「可以拿來雜交」），未點出是作為親本、砧木、雄不育系還是擴大遺傳歧異度。

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【答案】

園藝作物種原是育種工作的基本材料，依照作物的演化、馴化歷史、改良程度及親緣關係，主要可分為下列五大來源，其各自特點與育種應用價值分述如下：

一、 地方品種（在來種／農家品種，Landraces / Local cultivars）

1. 特點：

• 長期在特定地區之自然環境與人為粗放選擇下形成。

核心觀念 本題旨在評量考生對「植物組織培養（Plant Tissue Culture）」生理基礎及其在園藝產業鏈中兩大核心支柱——「商業生產」與「品種改良（育種）」之整合應用能力。其核心理論與觀念包含：

1. 細胞全能性（Cellular Totipotency）：植物分化細胞在離體無菌條件下，經由去分化（Dedifferentiation）與再分化（Redifferentiation），具有發育成完整植株的遺傳潛能。
2. 激素調控與形態發生：利用生長素（Auxin）與細胞分裂素（Cytokinin）之濃度比值調控器官發生（Organogenesis）或誘導體細胞胚發生（Somatic Embryogenesis）。
3. 生產面思維：著重於「微體繁殖速率」、「遺傳純度與均一性」、「健康無毒種苗」及「種原離體保存」。
4. 育種面思維：著重於「克服生殖障礙」、「縮短世代與快速純化」、「擴大遺傳變異」及「作為現代分子生物技術（基因轉殖／基因編輯）的再生載體」。

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解題方法 本題為標準的對稱型申論題，題目明確劃分「生產」與「育種」兩大構面。作答時應採取「結構化條列式」切入，各構面依「技術名稱 $\rightarrow$ 生理／技術原理 $\rightarrow$ 園藝作物實例 $\rightarrow$ 產業或育種價值」四步驟展開論述，確保廣度（面向齊全）與深度（原理透徹並佐以作物實例）兼具：

1. 生產應用端：自無性繁殖效率、病原清除、種苗規格化至種原儲存依序說明。
2. 育種應用端：依雜交障礙克服、純系獲取、細胞工程、誘變選拔至基因工程載體依序開展。

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選項分析 本題為專技高考申論題，無選擇題選項。得分關鍵在於切題精準度、兩大範疇配分均衡度，以及能否列舉具體園藝作物佐證，切忌偏廢育種或僅著重微體繁殖。

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解題技巧

1. 版面架構對稱化：將答題篇幅平均分配於「生產上的應用」與「育種上的應用」，兩大部分各列 4～5 個代表性子項，展現體系化的知識架構。
2. 必備經典作物實例：論述切忌流於空洞理論，每一項技術務必連結台灣重要園藝作物（如蝴蝶蘭、香蕉、草莓、百合、十字花科蔬菜、柑橘等），此為獲取高分的評分標杆。
3. 專有名詞中英對照：關鍵技術名詞（如 Embryo Rescue、Virus-free Seedling、Somatic Embryogenesis、Androgenesis、Somaclonal Variation）標註英文，展現專業度。
4. 避開常見陷阱：避免將「體細胞變異」列於生產應用（生產強調變異率越低越好，變異主要用於育種選拔）；避免遺漏組織培養作為「基因轉殖／基因編輯再生平台」之關鍵角色。

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【答案】

組織培養技術係指在無菌條件下，將植物體之器官、組織、細胞或原生質體，置於人工配製的培養基中進行離體培養之技術。其在園藝作物生產與育種上的具體應用如下：

一、在園藝作物生產上的應用

(一) 大量微體快速繁殖（Micropropagation）

1. 原理與應用：利用芽體增殖（Shoot proliferation）、器官發生或體胚發生途徑，短時間內自優良母株幾何級數擴繁出遺傳表現一致的種苗。
2. 園藝實例：廣泛應用於蝴蝶蘭（Phalaenopsis）之生長點分生苗（Mericlone）生產、火鶴花、彩色海芋、鳳梨及觀葉植物。能大幅縮短繁殖週期，確保品種均一性，達成規模化週年生產。

(二) 莖頂培養與無病毒種苗生產（Virus-free Plantlet Production）

1. 原理與應用：植物莖頂分生組織（0.1～0.5 mm）因缺乏維管束系統、細胞分裂極快且內生荷爾蒙抑制病毒複製，通常不帶病毒。切取此微小區域配合熱處理（Thermotherapy）或抗病毒藥劑培養，可獲得健康無毒原原種。
2. 園藝實例：香蕉（防治香蕉黃葉病及花葉病毒）、草莓、馬鈴薯、大理花及柑橘類苗木。無毒苗可顯著恢復植株生長勢，提高產量與園藝產品品質。

(三) 人工種子（Synthetic / Artificial Seeds）之製作

1. 原理與應用：將組織培養誘導生成之體胚（Somatic embryo）或不定芽，包裹於含有養分與殺菌劑之海藻酸鈉（Sodium alginate）膠囊中，形成具保護構造的人工種子。

核心觀念

本題評量園藝作物「穴盤育苗技術」與「苗木生理學」的整合應用能力。核心觀念包含：

1. 健化（Hardening / Hardening-off）的定義：利用漸進式的環境逆境逆向調控幼苗生理，誘導其由「營養生長旺盛、組織幼嫩」狀態轉化為「蓄積儲藏養分、細胞壁加厚、抗逆境能力強」的生理適應過程。
2. 穴盤苗的生長特徵與移植休克（Transplant shock）：穴盤格室容積小、基質保水保肥量有限，且設施內水肥光溫優渥，幼苗易徒長且表皮角質層薄；若未經調適直接移植至本田，植株極易因強光、高低溫、蒸散劇烈或斷根逆境而萎凋死亡。
3. 環境調控與植物生理反應：透過水分、光照、溫度、養分及物理機械刺激，誘導植株產生內源脫落酸（ABA）、累積脯胺酸（Proline）與可溶性糖等滲透調節物質，增加乾物質百分比並強化氣孔調節能力。

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解題方法

本題為標準的「三段式」申論題，答題架構應緊扣題意，由淺入深層層遞進：

1. 第一部分：定義健化。精確定義其為「移栽前的漸進式適應過程」，點出生理與形態上的質變（組織充實、角質層增厚、抗逆性提升）。
2. 第二部分：穴盤育苗健化的必要性。採「對比分析法」，對比「設施穴盤內優渥環境」與「田間逆境條件」，說明穴盤苗若未健化會產生的生理障礙（徒長、氣孔調節不佳、移植休克），並闡明健化對提高成活率與提早緩苗的正面效益。
3. 第三部分：具體健化操作。系統化歸納為「水分控制」、「光照調節」、「溫度調控」、「肥培管理」與「機械/化學刺激」五大實務手法，並強調「漸進式」原則與「避免過度健化導致老化」的關鍵。

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選項分析

本題為專技高考之申論題，無個別選項，其評分評量向度與得分要點拆解如下：

• 評分要點一：苗木健化定義（約佔 25%） 必須指出健化為「定植前進行的人為漸進逆境處理」，核心在於使「多汁幼嫩的苗木木質化／硬化，增強組織彈性與逆境耐受力」。
• 評分要點二：穴盤育苗健化之原因（約佔 35%） 必須切中穴盤苗「介質容積狹小、設施下生長幼嫩徒長」的弱點，指出其定植田間後面對風吹、日曬、高低溫、強烈蒸散及移植斷根等「移植休克（Transplant shock）」風險，健化能使苗木迅速緩苗並提高定植成活率。
• 評分要點三：健化之具體操作方法（約佔 40%） 須兼顧廣度與深度，不可僅寫「少澆水」，應具體列出：水分（控水乾旱）、溫度（降低夜溫或接近大田溫度）、光照（撤網增光）、肥料（限氮補磷鉀）及機械刺激等可操作之農藝技術。

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解題技巧

1. 關鍵字牢記與置入：

• 生理層面：移植休克（Transplant shock）、脫落酸（ABA）、角質層（Cuticle）、乾物質累積、滲透調節。
• 形態層面：矮壯（Stout）、節間縮短、徒長（Leggy growth）。
• 操作層面：漸進式（Gradual）、控水（Water withholding）、降溫、增光、限氮肥。