应用生物全学习手册主题一生物科学与农药文档格式.docx
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經由人為馴化與育種的過程，可以在同一物種中培育出不同的品種與品系。
1.野生種與栽培種的比較
篩選方式
遺傳多樣性
例 子
野生種
天擇
較高
野生稻（穀粒具芒、落粒性強）
栽培種
人擇
較低
栽培稻（穀粒不具芒、落粒性較弱）如：
秈稻、稉稻
2.天擇與人擇
過 程
結 果
自然環境篩選適合生存繁衍的個體。
生物的演化及新物種形成。
人類依需求或喜好篩選生存繁衍的個體。
培育出新品種作物或禽畜。
3.栽培稻的主要類別：
秈稻（Oryzasativaindica）和稉稻（Oryzasativajaponica）
類 別
穀粒外觀
米飯質地
生長環境
秈稻
細長
較鬆散而不黏
較適應溼熱環境
台農秈22號、台中秈10號
稉稻
短圓
較黏而有彈性
較能耐低溫環境
台稉9號、台農71號（益全香米）、越光米
4.品系與品種：
遺傳性狀的差異
命名
例子
品系
不同品系之間遺傳性狀差異不大，不易從外表特徵來區分。
一般不正式命名，僅以編號來表示。
台中系J47號、台中試426號、台稉育8269號
品種
不同品種之間遺傳性狀有顯著差異，容易從外表特徵來區分。
核准登記後正式命名。
台稉9號
二傳統的育種方式
（一）選拔育種
1.育種方式
選擇族群中具有符合人們需求表徵的個體，並設法將此個體的優良性狀保存下來。
2.應用實例：
野生甘藍經由選拔育種可培育出白花椰菜、綠花椰菜和大頭菜等。
野生甘藍→⑴選擇葉子大的植株栽種→……→芥藍菜。
⑵選擇具有巨大花序的植株栽種→……→白花椰菜和綠花椰菜。
⑶選擇具有肥大短莖的植株栽種→……→大頭菜。
（二）雜交育種
育種方式
有計畫地選擇不同品種進行 雜交 ，再挑選其優良子代進行培育。
將一穀粒飽滿卻不耐蟲害的植株（AAbb）與一穀粒較小卻耐蟲害的植株（aaBB）進行雜交
→產生的第一子代（稻穀飽實，耐蟲害（AaBb））再進行自交
→選拔出具有穀粒飽滿又耐蟲害（AABB）的植株進行培育
→培育數代後，該遺傳性狀便能在所培育的水稻族群中穩定的表現。
優勢
雜交育種所產生的子代在形態大小、生長發育速率、抗逆境能力等各方面，可能更符合人們的需求。
三現代的育種方式
（一）細胞融合技術在育種上的應用
1.育種原理
⑴以人工方式誘導不同生物的細胞進行融合，然後以離體培養方式培養。
⑵植物細胞需先去除細胞壁後才可進行細胞融合，這種去除細胞壁的細胞稱為原生質體，因此植物細胞的細胞融合也稱為 原生質體 融合。
2.應用現況
⑴將白菜與甘藍菜的原生質體進行細胞融合→培育出「白藍菜」植株。
⑵將蘿蔔與油菜的原生質體進行細胞融合→培育出「蘿油菜」植株。
⑶目前利用細胞融合技術所培育出的農作物，仍屬實驗階段，還未實際應用於農業生產。
3.細胞融合的技術（舉例：
利用細胞融合技術培育出馬鈴茄的過程）
（二）重組DNA與基因轉殖技術在育種上的應用
利用重組DNA與基因轉殖的技術，將特定基因嵌入目標農作物、家禽或家畜的基因體中，使其表現性狀，培育出基因改造生物，簡稱 基改生物 （GMO）。
2.應用基因轉殖的技術培育出的基改生物
基改生物
目 的
Bt基改作物
將蘇力菌（Bacillusthuringiensis，簡稱Bt）產生毒蛋白的基因轉殖到農作物中。
使轉殖作物可自行產生Bt毒蛋白而具有抗蟲能力。
基改黃金米
將合成胡蘿蔔素的基因轉殖到稻米中。
使米粒內產生多量的胡蘿蔔素以增加營養價值。
基改螢光魚
將水母合成螢光色素蛋白的基因轉殖到魚類。
使其產生螢光以增加觀賞價值。
3.舉例說明：
利用基因轉殖技術培育出黃金米的過程
基因轉殖流程圖
說 明
目標基因：
合成胡蘿蔔素的基因。
載體：
農桿菌的質體。
利用相同限制酶切割目標基因和載體DNA。
利用DNA連接酶連接目標基因和載體，形成重組DNA。
將重組DNA放入農桿菌內，並篩選轉殖成功的農桿菌。
利用農桿菌感染植物細胞，使外源DNA（目標基因）進入水稻細胞內。
經組織培養形成的個體，因含有合成胡蘿蔔素的基因，可使米粒內產生多量的胡蘿蔔素。
（三）傳統育種與現代育種方式的比較
傳統育種
現代育種
透過有性生殖的過程
如：
選拔 育種、 雜交 育種。
應用現代生物科技
細胞融合 、 基因轉殖 。
親緣限制
只能在親緣關係相近的物種間進行。
可將不同生物的基因轉殖到另一生物體內。
基因篩選
利用有性生殖過程中的基因重組，無法選擇特定基因。
可選擇特定基因進行轉殖。
新品種育成所需時間
需進行連續數代的雜交過程，目標性狀才會穩定，所需時間較 長 。
較 短 。
隱憂
栽培種生物基因庫小，對環境變異的適應性低。
違反自然的基改生物可能對其他生物及環境造成影響。
1-2生物病蟲害及疫病的防治
-----利用物理方式或設備進行防治
-----利驅趕、阻隔或誘殺疫病蟲害
-----費時費力，但對環境影響較小
摘要分析
物理防治法
方法
特色
-----利用化學藥劑進行防治
-----1.利用消毒劑、殺蟲劑或抗生素，殺死或抑制病原體
2.利用疫苗防疫
3.昆蟲性費洛蒙
-----普遍使用，省時省力，但對環境影響較大
化學防治法
-----利用生物進行防治
-----1.利用天敵捕食或寄生害蟲
2.釋出不孕昆蟲
3.種植抗病或驅蟲的忌避植物
-----專一性高，且對環境影響較小
生物防治法
重點整理
一提高農畜產品的質與量的方法
（一）馴化與育種
目的：
提高農產品的產量與品質、培育抗病蟲害的品種。
（二）病蟲害與疫病防治
1.避免農畜產品的質與量受到影響，造成經濟損失。
2.避免農畜疫病傳染至人體而威脅健康。
二臺灣的病蟲害與疫病防治
（一）物理防治法
利用物理方式或設施來防治病蟲害，以保護農作物與禽畜的方法。
優點
對自然環境影響較小。
限制
人力和成本耗費較高、效率較 低 ，施用面積有限，故常需與其他防治法共同實施。
1. 驅趕 設施：
驅趕啄食稻穗的麻雀。
⑴放鞭炮、敲鑼打鼓產生巨響
⑵矗立稻草人或各式旗幟
2. 阻隔 設施：
防止昆蟲叮咬、避免病原和有害昆蟲的感染。
⑴套袋 ⑵溫室栽培 ⑶覆蓋紗網
（二）化學防治法
利用化學藥劑（ 農藥 ）防治病蟲害與疫病，以保護農作物與禽畜的方法。
使用便利，效果迅速確實，容易推廣，已成為現代農業的常態措施。
缺點
過度使用可能造成生態系的威脅與人體健康的危害。
可能影響如下：
1.毒殺食物網中的其他生物→降低生物多樣性。
2.族群中具抗藥性的個體比率增加→增加病蟲害防治的困難。
3.殘留於土壤的化學藥劑→影響土壤微生物及農作物的生長，降低農作物產量。
4.殘留於農作物及禽畜體內的化學藥劑→影響人類健康。
1.施用化學消毒劑：
清潔消毒禽舍和畜欄。
2.噴灑農藥（殺蟲劑和殺菌劑）：
消滅危害農作物的昆蟲或微生物。
3.利用化學藥劑誘殺害蟲。
4.利用昆蟲的性費洛蒙來吸引及誘殺 雄蟲 ：
控制有害昆蟲的數量。
5.施打疫苗與施用抗生素：
預防與治療禽畜的疾病。
（三）生物防治法
利用生物間的 交互作用 ，例如：
捕食、寄生或競爭，來防治病蟲害的方法。
1.較不會汙染環境。
2.較不會引發有害昆蟲或病原微生物產生抗藥性。
3.具較長期的防治功效。
1.效果的顯現較化學防治法 慢 。
2.易受環境因素影響。
3.技術門檻與成本通常較高。
1.利用 天敵 控制害蟲數量
⑴ 捕食 性天敵：
例如利用瓢蟲、草蛉、椿象來捕食蚜蟲。
⑵寄生性天敵：
例如利用寄生蜂防治甘蔗螟蟲、玉米螟蟲。
2.利用微生物感染有害昆蟲或病原體。
3.釋放不孕昆蟲與野生昆蟲競爭交配對象。
4.在農作物附近種植可抗病或驅蟲的 忌避植物 ：
例如薄荷、香茅草。
5.稻鴨共育：
將鴨放養於水田中以清除昆蟲和雜草，一方面減少飼料的花費，另一方面鴨糞也可作為肥料。
符合生態農業的概念，也是生物防治的例子。
1-3基因改造生物
基因改造生物
------以基因轉殖技術改變遺傳物質的生物
------作為糧食作物、飼料或醫藥等
應用
------基改生物對目標及非目標生物、生物多樣性的影響及基因外流的可能性
------國科會、農委會、衛生署
對生態系的安全評估
項目
負責單位
------減輕農業活動對環境所造成的負擔
------干擾生態平衡
對生態系的影響
正面
負面
一基因改造生物（簡稱 基改生物 ）
透過 基因轉殖 技術，造成遺傳物質（基因）被改變的生物。
1.廣泛應用於糧食、飼料及醫藥等各方面。
2.基改作物的種植面積逐年增加。
安全評估
可分為兩方面：
1.基改生物對 生態系 影響的評估：
由 農委會 負責評估及管理。
2.基改食品的安全評估：
由 衛生署 負責評估及管理。
處理方式
目前國內、外對基改生物的安全評估並無共同標準，但都要求須確實掌握轉殖基因的 來源 、特性、功能、作用機制和植入方式，以及基因產物的特性等基本資料。
二基改生物對生態系的安全評估
（一）評估項目
評估項目
1.是否影響生物多樣性？
基改生物可能具備生長迅速、抗病蟲害或耐惡劣環境等特性，成為超級生物，影響其他生物的生存與繁衍。
2.是否造成具有耐受力的害蟲增加而使基改目的失效？
抗病蟲害的基改生物是否會對特定昆蟲或病原體產生篩選作用，使特定昆蟲或病原體族群中具有耐受力的個體數量增加。
3.是否影響非目標生物的族群大小？
抗病蟲害的基改生物除了影響目標害蟲外，也可能危害無害昆蟲或非目標昆蟲。
4.轉殖的 目標基因 是否會外流？
基改生物所轉殖的目標基因是否可能散布到其他生物，例如：
相近物種、土壤中或生物體消化道內的微生物。
（二）基改生物生產流程及國內管理單位
生產流程管理
基改生物相關科學研究工作
基改生物在田間試驗及生產階段對生態系的影響
基改食品
管理單位
國科會
農委會
衛生署
相關法規舉例
基因重組實驗守則
1.基因轉殖植物田間試驗管理辦法
2.基因轉殖植物之標示及包裝準則
3.基因轉殖種禽畜田間試驗及生物安全性評估管理辦法
1.基因改造食品安全性評估方法
2.基因改造食品查驗登記辦法
3.基因改造食品標示辦法
三基改生物對生態的影響
（一）正面影響：
可減輕農業活動對環境所造成的負擔。
1.種植具抗病蟲害或抗除草劑的基改作物→減少 農藥 的使用。
2.種植養分利用效率較高的基改作物→減少 肥料 的使用。
（二）負面影響：
可能干擾 生態平衡 。
1.基改作物的廣泛種植，造成過度開墾、生物多樣性降低。
2.加速對抗藥性昆蟲與病原體的篩選。
3.抗病、抗蟲的基改作物，可能危害非目標生物。
4.基因外流：
基改作物中的轉殖基因，透過傳粉或其他基因交流方式，可能轉移至其他非基改作物、雜草或微生物體內。
【實力測驗】
一、單一選擇題（10題，每題3分，共30分）
A1.關於台稉九號稻米的敘述，下列何者正確？
（A）是經由人為馴化與育種所培育出的栽培稻 （B）穀粒外觀較細長、米飯較鬆軟而不黏（C）較適應溼熱環境 （D）與其他栽培稻分屬不同物種。
C2.人為培育的生物品種與野生族群相比可能會有什麼問題？
（A）突變機率較高 （B）無法進行有性生殖 （C）基因庫變小 （D）基因庫變大。
C3.植物細胞進行細胞融合的過程比動物細胞繁雜，其原因為何？
（A）植物細胞彼此相容性較低 （B）植物細胞有葉綠體 （C）植物細胞有細胞壁 （D）植物細胞不具中心粒。
D4.植物細胞原生質體的製備需要用到何種酵素？
（A）DNA連接酶 （B）RNA聚合酶 （C）蛋白質分解酶 （D）纖維素分解酶。
B5.有關「稻鴨共育」的敘述，下列何者錯誤？
（A）鴨子的覓食活動可攪拌土壤表層，增加土壤中的氧，促進水稻的生長與發育 （B）適用於所有鴨的品種 （C）符合生態農業的概念也是生物防治的例子 （D）鴨可以清除水田中的昆蟲和雜草。
B6.下列何者是農民最常使用於防治病蟲害的方法？
原因為何？
（A）物理防治法：
人力和成本耗費較低 （B）化學防治法：
使用便利，效果迅速確實（C）生物防治法：
對自然環境影響較小 （D）化學防治法：
具較長期的防治功效。
A7.常見的基改生物與其優點，下列何者正確？
（A）Bt基改作物可減少殺蟲劑的使用 （B）抗除草劑基改作物可減少除草劑的使用 （C）生長激素基改鮭魚可減少飼料的使用 （D）基改螢光魚可減少夜間照明的使用。
D8.目前世界上種植的抗蟲作物所攜帶的目標基因大多來自何種生物？
（A）噬菌體 （B）農桿菌 （C）青黴菌 （D）蘇力菌。
D9.若基改生物所攜帶的抗蟲基因不慎散播至野外族群，可能對生態環境造成何種影響？
（A）害蟲大量減少 （B）益蟲大量增加 （C）食蟲鳥類大量減少 （D）干擾生態平衡。
C10.長期以來人們只注重稻米培育種的產量及品質，卻忽略野生種之保存。
近年來有學者之實驗結果發現，受到某些細菌感染之野生品種水稻有40%之存活率，而人工育種之水稻遭受感染後則全數死亡，下列是相關的敘述。
甲、人工育種的水稻品種缺乏遺傳變異
乙、野生品種的水稻有較高的物種歧異度
丙、野生品種的水稻對病毒具較強之適應力
丁、由此可知野生種滅絕後會使稻米的遺傳歧異度降低
根據本段資料，下列選項中，何者內容正確？
（A）甲乙 （B）甲丙 （C）甲丁 （D）乙丙 （E）乙丁 （F）丙丁。
【97學測】
二、多重選擇題（5題，每題4分，共20分）
AC1.利用重組DNA與基因轉殖技術進行育種比傳統的育種方式多了哪些優點？
（A）新品種育成所需時間較短（B）技術較簡易，每位農民均可自行操作 （C）較能精確培育出所要的目標性狀（D）可增加自然界中的生物多樣性 （E）育成品種繁殖力佳，容易量產。
AB2.下列哪些可能是利用細胞融合技術培育出來的農作物？
（A）可同時生產馬鈴薯和番茄的馬鈴茄 （B）具有蘿蔔與油菜基因的蘿油菜 （C）沒有病毒的馬鈴薯 （D）抗真菌的稻米 （E）具有巨大花序的白花椰菜和綠花椰菜。
BCD3.基改生物的應用可為人類帶來哪些好處？
（A）提高生物多樣性 （B）提高農作物的營養價值 （C）減少農藥的使用 （D）減少環境的汙染 （E）提高人體的免疫能力。
ABC4.關於抗病蟲害作物品種的敘述，下列哪些正確？
（A）可經由馴化與育種過程培育出來 （B）可利用基因轉殖過程培育出來 （C）其抗病蟲害特性可以遺傳給子代 （D）可以抵抗環境中所有的病蟲害 （E）適合推廣到全世界大量栽培。
CD5.下列哪些病蟲害防治法有較高的專一性，且對環境干擾較低？
（A）在果實上套紙袋保護 （B）施用殺蟲劑 （C）利用性費洛蒙誘殺害蟲 （D）釋放不孕昆蟲（E）種植忌避植物。
三、閱讀題（12題，每題3分，共36分）
閱讀一：
黑花蝴蝶蘭的育種
林先生是專門培植蘭花種苗的花農，幾年前培育出花瓣以白色為底，帶有大塊暗紫色斑塊的蝴蝶蘭品種，命名為「金孔雀」（PhalaenopsisGoldenPeoker），獲獎無數，此後他便常利用「金孔雀」與其他品種的蝴蝶蘭進行人工授粉，培育出許多底色不同、紫色斑點分布型態不同的蝴蝶蘭，而這些蝴蝶蘭共同的特色為明顯的暗紫色斑點，俗稱「黑花蝴蝶蘭」。
請依本文回答下列問題：
C1.林先生培育出各種「黑花蝴蝶蘭」的方法為何？
（A）馴化 （B）選拔育種 （C）雜交育種 （D）細胞融合。
B2.文中所述的各種「黑花蝴蝶蘭」彼此之間是什麼關係？
（A）同品系，只是栽培方法不同 （B）不同品系，花瓣外觀均有暗紫色斑點，性狀差異不明顯 （C）不同品種，從紫色斑點分布的位置便可明確辨識其差異 （D）不同物種，彼此無法相互授粉。
C3.若林先生想將「金孔雀」的遺傳特性完整保留給後代植株，可以使用何種方法？
（A）雜交育種 （B）細胞融合 （C）組織培養 （D）基因轉殖。
A4.林先生發現溫室內培育的某種蝴蝶蘭花色豔麗，但其葉片易感染病蟲害而枯黃，影響整株蘭花的發育，因此嘗試將其與野生蝴蝶蘭雜交，從中便可選育出花色豔麗且耐病蟲害的植株，這是利用下列何項概念？
（A）雜種優勢 （B）野生優勢 （C）育種優勢 （D）馴化優勢。
閱讀二：
基改作物與帝王蝶
牛奶草（milkweed）是玉米田間常見的雜草，也是帝王蝶幼蟲唯一的食物，當Bt基改玉米研發上市後，種植面積逐漸擴大，研究人員為了解基改作物對生態環境的影響，便針對帝王蝶幼蟲進行下述實驗：
⑴以沾滿普通玉米花粉的牛奶草葉片餵食帝王蝶幼蟲→幼蟲沒有生長不良的現象。
⑵以沾滿Bt基改玉米花粉的牛奶草葉片餵食帝王蝶幼蟲→幼蟲生長停滯或死亡。
這個研究結果引發各界對基改作物安全性的討論。
另一方面，美國農業部為了解Bt基改玉米花粉對帝王蝶的實際影響，進行田間觀察，發現自然散落在牛奶草葉片上的花粉數量較少，遠低於實驗中的情形，且多數的帝王蝶幼蟲發育時間與玉米花穗成熟散播花粉的時間並不一致，因此Bt基改玉米對帝王蝶幼蟲造成危害的可能性極小，事實上Bt基改玉米田附近的昆蟲種類遠比一般玉米田還多。
D5.以沾滿Bt基改玉米花粉的葉片餵食帝王蝶幼蟲，應如何判定其對幼蟲的影響？
（A）將幼蟲秤重 （B）量取幼蟲的體長 （C）計算死亡的幼蟲數量 （D）設置對照組進行比較。
A6.Bt基改玉米有何特性？
（A）抗蟲害，可減少農藥的使用 （B）抗除草劑，可減少雜草的生長 （C）專一性高，不會對帝王蝶幼蟲造成危害 （D）花粉數少，無法自然授粉繁殖。
D7.文中提到的研究結果可提供我們何種訊息？
（A）Bt基改玉米未經檢驗合格便大量種植 （B）田間生態環境與實驗室中人為控制的情況不同，沒有進行實驗操作的必要 （C）人類吸入Bt基改玉米花粉亦可能引發不適症狀（D）基改作物問世時間不長，其安全性有待更多實驗來協助評估。
閱讀三：
當基改作物與除草劑聯手
農藥「農達」中的主成分「嘉磷塞」可與植物體中的EPSPS酵素結合，使其失去作用，而達到抑制植物生長的功能。
1990年代初期，孟山都公司成功培育出可抵抗「嘉磷塞」的作物，他們花了約70萬個小時的研究人力，相當於用七年的時間來尋找合適的基因，終於從一種細菌體內分離出突變的EPSPS酵素基因，其產生的EPSPS酵素不受嘉磷塞影響，而能行使正常功能。
科學家將突變的EPSPS酵素基因植入大豆植株內，經過好幾萬次的試驗，才產生了少數可以耐受嘉磷塞而且能把這種性狀傳遞給子代的植株。
孟山都從1996年開始出售這些能夠耐受嘉磷塞的黃豆種子。
不久之後，抗嘉磷塞的棉花、油菜及玉米也陸續問世。
耐受嘉磷塞的種子徹底改變了世界各地商品作物的耕種，2010年，在美國有93%的大豆耕地，及相當大比例的玉米及棉花，種植的都是抗嘉磷塞種子，估計全球在2010年的需求量將近100萬公噸。
抗嘉磷塞作物的系統是否能幫助農民生產更多的糧食，仍然有爭議，大多數專家認為，嘉磷塞是毒性最低且效力最短的有機合成農藥之一，而且使用抗嘉磷塞作物效果很好，能讓農民減少農務，因此能節省燃料並減少土地侵蝕及養分逕流到水道。
但好景不常，野草也不斷演化，以適應各項農業措施加在他們身上的環境壓力。
在含嘉磷塞的農藥問世之前，從未聽說過有抗嘉磷塞的雜草，但之後大約每年就會出現一種具有抗性的新雜草。
每一年都對相同的作物使用相同的除草劑，而不做其他雜草防治措施，正好為除草劑抗性的演化製造了一個完美的實驗機會，鮑曼表示：
「這種抗除草劑的雜草一直都存在，只要用了除草劑，你就會發現。
」
對於這些抗嘉磷塞的超級雜草，每個人的第一個問題都是，他們的抗藥機制是否與抗嘉磷塞種子相同，也就是說，是不是這個基因跨越了物種屏障，從作物進入了雜草？
植物學家一致認為答案是否定的；
原生於美國的雜草，與大豆、玉米或棉花天差地遠，無法雜交。
在嘉磷塞的演化壓力下，雜草形成了自己的防禦能力，具有抗性的雜草帶有正常的酵素基因，並不是經孟山都改造過的基因，只是它有相當多套的正常基因，能產生大量的酵素來打敗除草劑的抑制效果。
因此有些科學家認為基因工程投入數十億美元的研究也只生產出兩個有用的性狀（抗嘉磷塞及蘇力菌），且造成抗性雜草與抗性害蟲增加，而採取傳統育種技術，卻已經以較低的成本，研發出抗蟲、抗病、耐旱以及產量高的作物，也許徹底改變農耕方式才是較佳的作法。
【資料來源：
科學人 超級雜草】
A8.下列何者不是目前世界
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