113 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

本題考查作物的地理起源與遺傳變異分布，重點在於分辨「作物最初被馴化、栽培的地區」和「作物或其近緣種遺傳變異最豐富的地區」。相關概念常與俄國植物遺傳學家瓦維洛夫（N. I. Vavilov）的起源中心理論一起討論。

• 作物起源中心（center of origin）：作物祖先植物最初被人類馴化、開始栽培，並由野生型逐漸形成栽培型的地理區域。判定時會參考野生祖先或近緣種的分布、栽培歷史、考古證據及遺傳資料。
• 多樣性中心（center of diversity）：某作物或其近緣種遺傳變異特別豐富的地區，常可見許多地方品種、形態型及不同等位基因。
• 瓦維洛夫的觀察：許多作物在其起源地或早期栽培地具有高度變異，並可見野生祖先或近緣種；但這些線索是判定依據，不代表起源中心與多樣性中心必然重合。

解題方法

作答可按「概念—重要性—比較」三段展開：

1. 先定義起源中心：指出它與作物馴化及早期栽培歷史有關，不能只用「現在種得最多」來判斷。
2. 再說明育種上的重要性：起源中心及其周邊地區常保存栽培種地方品種、野生祖先和近緣種，可提供抗病蟲、耐逆境、品質及產量等育種性狀的遺傳材料。
3. 最後比較兩個中心：起源中心回答「作物在哪裡形成或開始栽培」；多樣性中心回答「遺傳變異在哪裡最豐富」。兩者可能重合，也可能因作物傳播、選拔、環境適應、地方育種或種群演化而分離。

起源中心的重要性

• 尋找育種素材：起源中心及其周邊地區常保存地方品種、野生祖先與近緣種，能提供抗病蟲害、耐旱、耐鹽、耐寒及品質改良等有利基因。
• 拓展遺傳基礎：利用不同地理來源的種原，可增加育種材料的遺傳變異，降低育種過程過度依賴少數品種所造成的遺傳脆弱性。

核心觀念

不定胚生殖（adventitious embryony，又稱珠心胚生殖）是無融合生殖的一種，屬於孢子體型無融合生殖。胚不是由胚囊內卵細胞受精形成，而是由胚珠中、胚囊外的珠心體細胞直接發育成胚；柑橘中最典型的情形，就是珠心細胞形成珠心胚。

珠心胚通常為二倍體，遺傳組成與母本相同，因而是母本的無性後代。柑橘多胚品種中，珠心胚常與由受精形成的合子胚同處一粒種子，形成多胚現象。因此柑橘的不定胚生殖通常是兼性無融合生殖：同一種子內可同時有有性胚與無性胚。

發育途徑圖解

典型發育次序如下：

胚珠內形成胚囊
 │
 ├─ 胚囊內：卵細胞受精 → 合子 → 合子胚（有性胚）
 │ │
 │ └─ 胚乳提供發育所需養分
 │
 └─ 胚囊周圍的珠心細胞
 │
 ├─ 部分珠心細胞轉變為胚性細胞
 │
 ├─ 細胞分裂形成胚原／原胚
 │
 └─ 胚原向胚囊內生長，發育為珠心胚（無性胚）
 │
 └─ 與合子胚共同存在於同一種子

珠心胚起源於母體珠心組織，並非由卵細胞、精細胞或受精卵發育而來。隨胚囊及種子發育，珠心胚可向胚囊內生長，並利用種子內的養分；它可能與合子胚並存，也可能因空間及養分競爭，使合子胚不易存活。

解題方法：從「胚的來源」說明母本選擇

核心觀念

嫁接是將接穗與砧木的切面密接，使兩者形成連續的形成層與維管組織，進而癒合、生長為一株植株。嫁接成功的關鍵，在於兩者能否形成有效的傷口癒合組織（癒傷組織），並建立新的木質部與韌皮部連結。

解題方法

可從「親和性、形成層對準、傷口癒合環境、操作與後續管理」四方面作答，說明各項如何促成接合部癒合與水分、養分運輸。

1. 砧木與接穗具有嫁接親和性 優先選用親緣相近、已知可相互嫁接的種類或品種。若親和性不足，接合處可能癒合不良、維管束連接不全，或在初期成活後逐漸衰弱、斷裂。砧穗生長勢及生長週期也宜相配。

2. 形成層密切接觸並對準 砧木與接穗的形成層須盡量對合，至少使一側形成層連續接觸。砧穗粗細不一時，不必強求兩側都對齊，應優先確保一側形成層密合。切面平整、貼合緊密，可縮小空隙，利於癒傷組織形成及後續維管組織連接。

3. 切口新鮮、清潔，避免乾燥與污染 刀具須鋒利、清潔，切面應平滑，減少組織撕裂與挫傷。完成切削後應迅速接合，避免切面失水、氧化或遭病原侵入；接合處須綁緊，並以適當材料封住傷口，降低水分散失與感染風險。

核心觀念

自交不親和性（self-incompatibility, SI）是由遺傳控制的生殖障礙：雌蕊能辨識花粉的基因型，若花粉與雌蕊具有相同或不相容的 S 等位基因，花粉便在柱頭或花柱受到抑制，不能完成受精。它能促進異交、維持族群遺傳變異，但會妨礙自交留種與純系建立。

常見類型有二：

• 配子體型自交不親和性（gametophytic SI, GSI）：花粉的相容性由花粉本身的單倍體 S 基因型決定。花粉管常在花柱中停止生長；茄科、薔薇科部分植物常見。
• 孢子體型自交不親和性（sporophytic SI, SSI）：花粉的相容性由產生花粉的二倍體植株基因型決定，並受顯隱性關係影響。反應常發生於柱頭表面；十字花科常見。

克服 SI 的重點，是避開花粉與雌蕊的辨識反應、改變反應條件，或改用遺傳上相容的親本與繁殖途徑。

解題方法

作答時可依「授粉時機與部位、環境或處理、親本與遺傳操作、繁殖途徑」分類，並簡述各策略如何避開不親和反應。此題為申論題，宜兼顧可直接用於育種的田間方法與實驗室、遺傳層面的作法。

克服方法與策略

一、調整授粉時機或授粉部位

1. 蕾期授粉（bud pollination） 在花朵尚未成熟、SI 反應尚未充分建立時授粉。此時柱頭或花柱的辨識機制尚未完全發揮，花粉較有機會萌發並完成受精。適用時機依作物種類與花器發育階段而定。

2. 延遲授粉或改變授粉時序 選在雌蕊不親和反應較弱的發育階段授粉，藉由避開反應最強的時段提高結實率。實際效果須依作物的 SI 反應部位與花器成熟進程調整。

3. 花柱切除、縮短花柱或直接授粉於子房 對花粉管主要在花柱中受到抑制的材料，可切除部分花柱，縮短花粉管通過的不親和組織距離；也可將花粉直接授於子房附近，避開主要反應部位。操作須避免傷害胚珠及造成感染。

二、改變授粉環境或花粉狀態

1. 高溫處理 對部分作物而言，適當高溫會削弱 SI 反應，使自花粉較易萌發或花粉管較易伸長。處理溫度、時間與花朵發育階段需依作物調整；處理不當會降低花粉活力或造成雌蕊受傷。

2. 二氧化碳處理 部分植物在二氧化碳處理後，SI 反應會減弱，可提升自交結實。此法效果具有作物差異，須以適當的濃度與處理時間確認。

核心觀念

本題考查嵌合體的細胞層次結構，如何限制繁殖方法與種苗一致性。花瓣具色斑或條紋的非洲堇品種，若屬周緣嵌合體（periclinal chimera），其莖頂分生組織由遺傳組成不同的細胞層構成，常以外層與內層細胞的色素表現差異，形成花瓣色斑、條紋或輪紋。

植物莖頂分生組織常分為外至內的 $L_1$、$L_2$、$L_3$ 層。周緣嵌合體的特徵是不同基因型細胞各占一層或數層，並沿分生組織表面連續排列。花色圖案仰賴這些細胞層的相對位置，因此無性繁殖時，關鍵是保留原本的分生組織層次。

繁殖方式若由單一細胞或單一細胞層再生新芽，子株通常只保留其中一種基因型，便會失去原本的雙色圖案，出現單色或花色改變的變異株（off-type）。因此，生產目標是讓新株由保留完整細胞層排列的芽體或腋芽發育。

解題方法與種苗生產原理

作答可先由「周緣嵌合體的花色來自不同細胞層」推導繁殖原則，再依繁殖方法比較其保持品種特性的能力：

• 種子繁殖：有性繁殖會經過減數分裂與受精，後代不保證保留親本嵌合體的細胞層排列，不適合作為此品種的純種苗量產方式。
• 葉插繁殖：非洲堇一般品種常以葉插繁殖，但嵌合體的葉片再生芽可能來自單一細胞或特定細胞層，後代容易分離成單色株或其他花色型態，不能作為維持花色嵌合體的主要方式。
• 冠芽、側芽或吸芽繁殖：若芽體由既有的莖頂或腋芽生長，較能保留原有分生組織的細胞層排列，適合維持親本花色。可採分株或切取帶芽組織的方式繁殖，並於開花後確認花色。
• 花梗繁殖及其微體繁殖：以帶有苞片腋芽的花梗作為外植體，誘導原有腋芽生長，可提高維持嵌合花色的機會，適合用於微體繁殖與種苗生產。

微體繁殖方法

微體繁殖宜採取利用既有芽體增殖的策略，並避免過度依賴由葉片或愈傷組織誘導的不定芽。

1. 選取母株與外植體 選用花色斑紋穩定、健康且已確認品種特性的母株。剪取花梗，保留帶苞片的節位，使苞片腋部的芽體得以利用；依無菌操作清洗、消毒並切取外植體。