110 專技高考高等考試 農藝技師 作物育種學 考古題詳解
第 一 題30 分
請試述並比較下列名詞：（每小題 6 分，共 30 分）
(一) 隱性上位基因（Recessive epistasis gene）與顯性上位性（Dominant epistasis）。
(二) 純系（Pure line）與自交系（Inbred line）。
(三) 孤雄生殖（Androgenesis）與無胞子生殖（Apospory）。
(四) 異質結合體（Heterozygote）與同質族群（Homogeneous population）。
(五) 遺傳脆弱性（Genetic vulnerability）與遺傳流失（Genetic erosion）。
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核心觀念與解題方法
本題是五組名詞比較題。作答時要先各自定義，再用「差異在哪一層、形成原因、育種上的意義」作比較。五小題分別涉及基因互作、自交與近親繁殖、無融合生殖、個體與族群遺傳組成，以及遺傳資源保存。
（一）隱性上位基因與顯性上位性
**共同觀念：**上位性（epistasis）是不同基因座之間的互作；一基因座的等位基因會遮蔽或改變另一基因座基因的表現。被遮蔽者稱為下位基因，產生遮蔽作用者稱為上位基因。這與同一基因座內等位基因間的顯性、隱性不同。
| 比較項目 | 隱性上位基因 | 顯性上位性 |
|---|---|---|
| 遮蔽條件 | 上位基因座需為隱性同型合子，例如 | 上位基因座只要有一個顯性等位基因，例如 |
| 對另一基因座的作用 | 時遮蔽另一基因座的表現；有 時則由另一基因座決定表現 | 時遮蔽另一基因座；只有 時才顯現另一基因座的作用 |
| 典型雙因子 表現型比例 |
以 為例：
- 隱性上位性： 會遮蔽 座的作用，因此 為一型（9）、 為一型（3）、 合併為一型（4），比例為 。
- 顯性上位性： 會遮蔽 座的作用，因此 合併為一型（12）、 為一型（3）、 為一型（1），比例為 。
**解題技巧：**先看遮蔽作用是由「隱性同型合子」還是「至少一個顯性等位基因」觸發，再把被遮蔽的類別合併。常見陷阱是將上位性與同一基因座的顯性混為一談。
（二）純系與自交系
| 比較項目 | 純系（pure line） | 自交系（inbred line） |
|---|---|---|
| 定義與來源 | 從一個自花授粉植物的單株後代中，經選拔而成的族群 | 經連續自交或近親交配，逐代提高同型合子率所建立的系統 |
| 遺傳組成 | 通常高度同型合子，後代表現一致 | 通常高度同型合子，但依自交世代及材料而定，仍可能殘留異質結合 |
| 育種用途 | 常用於自花授粉作物的品種選拔與維持 | 常作為雜交育種的親本，用於產生雜交種子 |
| 常見問題 | 代表單一優良基因型的後代，基因變異較少 | 連續自交可能造成近交衰退，例如生長勢或繁殖力下降 |
**核心差異：**純系強調「由單株後代形成、遺傳與表現一致的系統」；自交系強調「經自交或近親交配建立的育種材料與過程」。兩者可能都高度純合，且實務上有重疊，但不能只憑「都很純」就視為完全同義。
**解題技巧：**以「來源與形成方式」區分：單株後代選拔偏向純系；連續自交、建立雜交親本偏向自交系。
（三）孤雄生殖與無胞子生殖
| 比較項目 | 孤雄生殖（androgenesis） | 無胞子生殖（apospory） |
|---|---|---|
| 起源細胞 | 雄性配子體來源，通常由花粉或小孢子發育 | 胚珠內的體細胞，常見為珠心或珠被細胞 |
| 發育結果 | 雄性來源的細胞發育成胚；植物育種中常由花粉或小孢子培養誘導單倍體胚 | 體細胞直接形成未經減數分裂的胚囊，屬無融合生殖的一種 |
| 遺傳特性 | 初生植株常為單倍體；染色體加倍後可成為雙單倍體，迅速得到高度純合材料 | 胚囊未經減數分裂，通常保留母本體細胞的染色體組成；胚可經孤雌生殖形成 |
| 育種用途 | 製作單倍體及雙單倍體，加速純系建立 | 研究或利用無融合生殖，使母本基因型能透過種子維持 |
第 二 題20 分
請舉例說明如何利用 DNA 分子標誌技術進行作物 雜交品種種子品質管理。
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核心觀念
本題考查以 DNA 分子標誌確認 雜交種子的品種真實性與遺傳純度。雜交種子的預期基因型由雙親決定：若兩親在某標誌座位具有不同等位基因，真正的 應同時帶有父、母本的等位基因；自交種子、異品種花粉造成的污染，或親本本身混雜，則可能呈現不同的標誌型態。
可採用 SSR（簡單序列重複）或 SNP（單核苷酸多型性）等標誌。SSR 為共顯性標誌，能區分兩個親本等位基因，適合用於判斷個別種子是否符合預期 基因型。
解題方法：以玉米雜交種為例
假設玉米雜交種由母本自交系 與父本自交系 配製。先以 SSR 引子篩選親本，選出在雙親間具有多型性的標誌座位。例如某 SSR 座位上：
- 母本 的基因型為 ；
- 父本 的基因型為 ；
- 純正 的預期基因型為 。
接著採取待檢種子，逐粒取胚或幼苗組織，萃取 DNA，以選定的 SSR 引子進行 PCR 擴增，再用電泳或毛細管電泳判讀片段型態。真正的 應同時出現代表 與 的兩種片段；若只出現 ，可判為母本自交或母本型混雜；若只出現其他型態，則可能是異品種污染或親本混雜。
若檢測 粒種子，其中 粒符合預期 標誌型，則估計遺傳純度為：
例如檢測 粒，其中 粒符合預期型態，則該樣本的估計遺傳純度為 。若需提高判別力，可選用多個彼此獨立、且雙親間多型的標誌座位共同檢測；
第 三 題25 分
請比較化學誘變、物理誘變與生物技術誘變法的優缺點。
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核心觀念
本題比較三類人為創造作物遺傳變異的方法：化學誘變、物理誘變與生物技術誘變。作答時宜從「誘變原理與方式、變異型態、優點、限制及適用情境」逐項比較。
誘變育種是以誘變因子提高突變發生率，再從處理後的族群中篩選有利變異。突變通常是隨機發生，並不保證產生育種者所需的性狀，因此仍須進行後代繁殖、性狀鑑定與品系選拔。誘變育種常用來改善既有品種的單一或少數性狀，同時保留其大部分優良性狀。
解題方法
可先依誘變因子分類，再比較各方法的主要特性：
- 化學誘變：以化學物質造成 DNA 鹼基改變或其他分子層級損傷。
- 物理誘變：以輻射等物理因子造成基因或染色體變異。
- 生物技術誘變：利用組織培養、細胞或分子技術取得或創造變異；常見例子包括體細胞變異、離體誘變與基因轉殖等。
作答時須注意，「生物技術誘變」涵蓋的方法較廣，不能將它簡化成單一技術。組織培養造成的體細胞變異與基因轉殖的原理不同：前者利用培養過程中產生或篩出的變異，後者則可將特定遺傳材料導入受體。以下以此廣義分類比較。
三類誘變法比較
| 比較項目 | 化學誘變 | 物理誘變 | 生物技術誘變 |
|---|---|---|---|
| 常見方法 | EMS、MNU 等烷化劑；亦有疊氮化鈉等化學誘變劑 | X 射線、γ 射線、電子束、中子等輻射 | 組織培養與體細胞變異、離體誘變、基因轉殖等 |
| 主要變異特性 | 常引起點突變，能形成大量基因層級變異 | 可造成點突變、染色體斷裂與重組等，變異範圍較廣 | 可在離體材料中篩選變異；基因轉殖可導入較明確的外源基因或遺傳構築 |
| 優點 | 可產生大量基因突變；設備需求通常較低；適合處理種子、花粉或其他材料，常用於改善特定性狀 | 可處理大量種子或繁殖材料；不需將化學誘變劑混入處理材料；適用材料範圍廣，並可得到多樣的基因與染色體變異 | 可在細胞或組織階段處理與篩選；有助於營養繁殖作物的改良與快速增殖；基因轉殖可導入特定性狀，適合傳統雜交不易導入的遺傳材料 |
| 缺點 | 藥劑有毒性與操作安全問題；誘變效果受濃度、時間及材料影響，須精確控制；突變仍屬隨機，常伴隨有害突變與嵌合現象 | 設備與輻射防護要求較高，處理劑量須校準；易造成生理傷害、染色體異常或較大範圍的有害變異；仍須進行大量後代篩選 | 需要設備、技術與專業人力，成本較高；組織培養可能產生不穩定的體細胞變異或再生困難；基因轉殖受作物基因型、再生效率與生物安全規範等因素限制 |
化學誘變
第 四 題25 分
請說明並比較 SSR、ISSR、RAPD、RFLP 及 CAP 等五種不同 DNA 分子標誌技術。
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核心觀念
本題考查五種 DNA 分子標誌的原理、是否使用 PCR、遺傳型態及實務優缺點。比較時先分清楚兩件事：
- 共顯性標誌可分辨兩種純合子與雜合子；顯性標誌通常只能判讀有無條帶，無法區分顯性純合子與雜合子。
- 技術名稱所指的 DNA 變異如何被偵測：有的看限制酶切割片段長度，有的看 PCR 擴增片段，有的先 PCR 再以限制酶切割。
解題方法
依「標誌來源 → 實驗原理 → 遺傳型態 → 優缺點」逐一說明，再比較它們是否需要已知序列、操作成本、再現性及能否判讀雜合性。作答時須特別指出 CAPS 雖結合 PCR 與限制酶切割，其概念與 RFLP 相近，但實驗流程較簡便。
五種 DNA 分子標誌
1. SSR（simple sequence repeat，簡單序列重複；微衛星標誌）
SSR 是基因組中由短序列單元串聯重複形成的區域，例如 。不同個體的重複次數不同，造成兩側保守序列之間的片段長度差異。
實驗上先依 SSR 兩側序列設計專一性引子，再以 PCR 擴增，並依擴增片段長度判斷等位基因。SSR 通常為共顯性、多等位標誌，可辨識純合子與雜合子，且多型性資訊量高、重現性佳。
限制在於須先知道標誌兩側序列以設計引子，開發成本較高；但標誌建立後，檢測快速、用量少，適合品種鑑定、遺傳多樣性分析及基因定位。
2. ISSR（inter-simple sequence repeat，簡單序列重複間區標誌）
ISSR 利用微衛星重複序列設計引子，擴增基因組中相鄰、方向相反或適當排列的重複序列之間區段。引子通常直接以重複序列為主，不必先知道每個待測區段的側翼序列。
ISSR 可一次擴增多個區域，操作簡便，對引子結合條件的要求通常較 RAPD 寬鬆，因此重現性一般較佳。其條帶多以有無判讀，通常屬於顯性標誌，難以區分顯性純合子與雜合子。常用於種原鑑別及遺傳多樣性分析。
3. RAPD（random amplified polymorphic DNA，隨機擴增多型性 DNA）
RAPD 使用短且序列任意的引子，在較低嚴謹度的 PCR 條件下，擴增基因組上具有互補結合位置、方向相對且距離適當的 DNA 區段。不同個體因引子結合位點或區段長度不同，呈現有無或大小不同的條帶。
RAPD 不需預先知道基因組序列，引子與檢測成本低、操作快速；但多為顯性標誌，而且容易受 PCR 條件影響，重現性較差。不同基因座的片段也可能在電泳時共遷移，造成判讀混淆。因此使用時須嚴格標準化反應條件，且重要結果宜以其他標誌驗證。
4. RFLP（restriction fragment length polymorphism，限制片段長度多型性）
RFLP 利用個體間 DNA 序列差異改變限制酶辨識位點，或改變兩個切割位點間的片段長度。典型流程為抽取基因組 DNA、以限制酶切割、經電泳分離，再以 Southern blot 轉漬及標記探針雜交偵測特定片段。