四、近年來政府積極推廣雜糧，高粱是重要推動農業節水的作物，今年在桃 園、雲林、嘉義、臺南等縣市擴大栽培面積。擬從國外引種育成數個不 同抽穗期之高粱品系，利於輪作與擴大面積栽培。試問，高粱異交率為 何？若以傳統育種，試述適用的一種育種方法，及其可能遭遇的問題。 若以分子標誌輔助育種，說明其步驟及可能遭遇的問題。（20 分）

​一、 高粱之異交率

​高粱屬於常異交作物（Often cross-pollinated crop）。

• ​異交率：通常介於 5% 至 20% 之間（主要透過風力傳粉，異交率高低受穗型緊密程度、花粉量及風向氣候等因素影響）。

​二、 傳統育種方法及其可能遭遇的問題

​針對引種材料（具備不同抽穗期特性）與在地優良品種進行雜交改良，最適用的傳統育種方法為系譜法（Pedigree Selection Method）。

​1. 育種方法說明（系譜法）

• ​親本配對與雜交：選擇具備目標抽穗期（早熟或特定生育期）的國外引種品系為親本之一，與具在地適應性及抗病高產之本土品種雜交獲得 F1。
• ​世代分離與單株選拔：F2 世代於田間進行大規模分離，依據抽穗期及基本株型進行單株選拔。
• ​株系比較與純化：自 F3 至 F5 世代，將選出單株之後代種成株系（Family），進行株系間與株系內之選拔，並詳細記錄系譜血緣，直到 F6 世代以上基因型達到高度純合且性狀穩定，再進行地方試驗與區域試驗。

​2. 可能遭遇的問題

• ​隔離與授粉控制困難（受異交率影響）：高粱具 5%–20% 的異交率，在早期世代自交純化過程中，若未嚴格進行人工套袋（Bagging），極易受外來花粉污染造成基因流失與系譜混亂。
• ​環境（光溫）對表型干擾極大：高粱抽穗期為受日照長短與溫度強烈調控的數量性狀。國外引種材料在原產地與臺灣（如桃園、雲林、嘉義、臺南等地區）的光溫環境下表現可能完全不同；且單一年份的氣候波動易掩蓋真實基因型，導致早期世代表型選拔準確度降低。
• ​育種週期長與人力成本高：系譜法需要逐代詳細記錄系譜與進行連續數年的田間調查，從雜交到選育出穩定品系通常需時 6 至 8 年以上。

​三、 分子標誌輔助育種（MAS）之步驟及可能遭遇的問題

​1. 分子標誌輔助育種（MAS）之實施步驟

1. ​目標基因/QTL 與分子標誌之開發與定位：確定控制高粱抽穗期的關鍵基因（如 Ma1–Ma6 等感光/感溫基因位點），並尋找與目標基因緊密連鎖之分子標誌（如 SSR 或 SNP 標誌）。
2. ​親本多型性篩選與雜交：利用分子標誌檢測國外引種親本與在地親本，確認兩者在目標抽穗期位點上具有明確的多型性（Polymorphism），並進行雜交產生 F1。
3. ​早期世代 DNA 篩選（Genotypic Selection）：在 F2 或早期世代幼苗期萃取 DNA，透過 PCR 或高通量分型技術檢測分子標誌，直接在基因型層面篩選帶有目標抽穗期基因的個體，並淘汰不符要求的植株。
4. ​表型驗證與田間評估：將 MAS 篩選出的優良基因型株系進行田間試驗，驗證其於桃園、雲林、嘉義、臺南等不同栽培環境下的實際抽穗期、產量及節水抗逆境表現。

​2. 可能遭遇的問題

• ​多基因調控與上位效應（Epistasis）干擾：高粱抽穗期由多個 QTL 與基因共同調控，單一或少數分子標誌在引入不同遺傳背景（Genetic background）時，可能因基因間的交互作用而無法展現預期的抽穗期表型。
• ​染色體重組造成假陽性（False Positive）：若所使用的分子標誌與目標抽穗期基因間距離不夠緊密（非基因內標誌），在減數分裂過程中可能發生染色體重組（Cross-over），導致選出的標誌個體實際未帶有目標基因。
• ​前期開發與檢測成本昂貴：需要建立完善的分子生物實驗室設備、DNA 高通量萃取與分型體系，對於無既有標誌資料的引種材料，初期開發標誌之時間與資金成本較高。