文、圖╱陳榮坤 農業部臺南區農業改良場研究員兼分場長
我們現在餐桌上的米飯、蔬菜、豬肉及雞肉，都是前人選拔、育種的結果。育種是農業發展過程不可或缺的技術，也是面對氣候變遷的關鍵。傳統育種要在田間反覆雜交回交，一個新品種需近10年，而隨著DNA分析與定序技術發展，分子標誌輔助選種縮短育種時間，也能更快、更加精準貼合市場需求，讓作物育種邁入新紀元。
人類文明的起源與農作物的馴化密不可分。自新石器時代起，古代農民便在收割時，會直覺性地保留穗粒飽滿、產量較高或較耐逆境的植株留種，這種「看得到、選得到」的方式，便是最早的表現型選拔（phenotypic selection）。數千年來，野生植物逐步被人類馴化，例如原始的大芻草演變為現代玉米，在不理解遺傳機制的情況下，人們也能透過經驗累積改變作物樣貌。
從「留種」到「設計」，一場跨越萬年的農業革命
然而，在現代科學的理解下，作物的表現型（例如產量、食味、逆境抗性等）同時受到「基因」與「環境」雙重影響。傳統育種最大的限制在於：育種者無法精確判斷一株作物表現優良，究竟來自穩定遺傳的基因，還是僅僅因為當季氣候適宜或土壤肥沃等環境因素？
進入21世紀，DNA分析與定序技術快速發展，農業正式進入「分子育種」時代。分子標誌輔助選種（Marker－Assisted Selection, MAS）的應用，使育種不再只是經驗累積，而成為可預測、可設計、可驗證的精準工程。根據最新市場預測，全球分子育種市場規模預計將從2025年的55億美元，增長至2031年的96.2億美元（複合年增長率約9.78%）。全球分子育種產業規模持續擴張，顯示這場農業典範轉移已成為產業升級的關鍵力量。
應對極端氣候的「韌性需求」：與時間賽跑的育種工程
氣候變遷帶來高溫、乾旱、鹽害與極端降雨，已對全球農業構成實質威脅。以水稻為例，高溫會導致米粒產生白堊質（chalkiness），影響外觀與碾米品質；乾旱與鹽害則直接衝擊產量。全球農業每年因極端氣候造成的損失高達數十億美元，迫使產業必須培育「氣候韌性作物」。
傳統育種方法利用植物自然遺傳變異，將親本不斷進行雜交（Hybridization）及選拔，以獲得目標性狀，例如：A品種稻米好吃但容易染病，希望導入抗病基因，於是便將A品種與抗病的B品種雜交，產出子代再反覆回交，最終得到好吃又抗病的C品種。
傳統育種得到的品種，社會接受度高、成本相對較低，但歷時長，往往需要8至12年才能選育出一個新品種。當氣候變遷速度加快，極端天災來臨時，田間作物往往損失慘重，農民迫切需要新的品種，傳統育種的節奏已難以應對。
MAS技術的出現，讓育種者在種子或幼苗階段即可透過 DNA 標誌檢測，判斷是否攜帶耐旱、耐熱或抗鹽等相關目標基因，將育種週期縮短約25%至50%。這種「早期預測」能力，改變了育種邏輯，亦即不必等到田間災害發生後才觀察結果，而是在基因層次即完成篩選。對種子企業而言，意味著能更快推出符合當下氣候條件的品種，縮短上市時間（Time－to－Market），強化市場競爭力。
消費者與食品產業導向：從吃飽到吃好
現代農業已從「產量導向」轉向「市場導向」。消費者追求口感、香氣、健康與品牌價值，食品加工業則要求穩定的物理與化學特性，而分子育種技術就是選育符合消費市場需求的最佳利器。
以臺灣育成的水稻品種為例，「臺南16號」（臺版越光米）是國內利用MAS進行「回交育種」的經典代表作。臺南農改場與臺灣大學農藝系教授林彥蓉合作分工，臺大農藝負責分子標誌、分析，臺南農改場則負責田間試驗。
「臺南16號」透過MAS技術，鎖定並替換掉日本越光米的「早熟基因」，精準導入臺灣本土品種「台農67號」的日長適應基因，遺傳背景 95% 以上與越光米相同，保留越光頂級口感，解決了日本越光米在台早熟減產的問題，且能適應臺灣氣候表現穩定高產。
採取MAS技術，將育種時間縮短至4年，但過程其實不輕鬆。育種過程採台農67號作為父本、越光作為母本，但越光是不好栽培的品種，不僅稻稈細，在臺灣環境種植，結出的稻穗只有50－60粒。而越光米和台農67號的花期不同，也讓育種增添不少難度。
水稻插秧後，會慢慢長出葉子、結穗，抽穗後才開花，越光插秧後約50天便抽穗開花，台農67號則需80天，而每一個稻穗開花是從上往下慢慢開，一株稻穗完整開完花約需4天，為了讓兩者的花期對上，育種必須增加種植批次，才能增加授粉成功的機率。
臺南農改場與臺灣大學合作是南北接力，且與時間賽跑。臺灣大學位在臺北，秧苗的分子標誌需要時間，完成後再將秧苗送到嘉義鹿草的試驗田，此時的秧苗已成「老秧」。
一般來說，插秧的秧苗約2.5葉齡，高約8－10公分，如此狀態插秧，水稻植株的存活率高、分蘗數多，每株秧苗長大後約可結出10個稻穗。當時育種收到的秧苗大多是5葉齡、高約20公分，後續插秧到田間，分蘗數少得可憐，甚至不分蘗，每株秧苗最終可能只結1－3個稻穗，無論是栽種、後續選拔回交，都讓人費盡心力！
為因應國內日益成長的清酒消費市場與本土釀造原料需求，臺南農改場最新育成的清酒釀造專用米品種「臺南21號－南藏」，同樣採用MAS回交技術。臺灣的水稻育種目標多為食用，少有酒米，且臺灣並不像日本有酒類總合研究所，日本的酒米育種是由日本各農業試驗場做酒米初步育種，育成品系再送交酒類總合研究所評估釀酒品質與適性。
研究員必須綜合所有客觀條件，並在有限資源下進行研發。若以釀造好的清酒為育種目標，最快的作法便是將日本酒米品種回交，保留原本酒米的特性，並改善早熟的缺點，於是臺南農改場便以臺南16號為父本、日本三大酒米品種之一「美山錦」為母本進行雜交。
早熟意即，美山錦插秧到收穫約80多天，很快就分蘗結穗，此時肥料還未完全消化，米粒的蛋白質含量高，胺基酸會讓風味大打折扣，且結出的米粒小，而製作清酒需「精米步合」，也就是磨去雜質，小米粒打磨後變得更小，造成結構不穩、容易碎裂，在應用時會墊高成本。
在基因定位過程，臺南農改場發現臺南16號擁有可讓美山錦變得大粒的基因，便一舉解決所有困難，育成的臺南21號不僅帶有美山錦的酒米釀造適性，也延後了抽穗期，結出的稻穗比美山錦更大粒、更適合釀造前的精米作業。
台南21號象徵臺灣釀造專用酒米育種技術突破，為打造具在地風土特色的頂級臺灣清酒奠定基礎。
因此，分子育種不僅能提升產量與耐逆境特性，更能精準改良品質。例如高油酸落花生、特定蛋白比例大豆、低升糖指數稻米等，都能透過標誌輔助選拔實現。此外，機能性食品市場蓬勃發展，消費者關注花青素、抗氧化物與特定維生素含量。透過鎖定相關基因，企業可開發差異化農產品，建立高附加價值品牌。
可控的育種藍圖：設計育種與基因堆疊
分子標誌技術使育種家能夠鎖定目標性狀的基因位點，排除環境干擾，保留真正具備目標性狀的個體。更重要的是，現代產業需求早已從單一性狀轉向複合性狀，也就是一個理想品種必須同時具備高產、耐旱與抗病能力。例如：一個理想的水稻品種必須同時具備高產、優質、耐旱且抗稻熱病等多重優良特性。
在傳統雜交育種過程中，要同時湊齊這些優良基因極其困難且機率甚低。透過基因堆疊技術（Gene Stacking），育種家能像拼圖或積木一樣，利用分子標誌確認多個目標基因是否已像拼圖般精準組裝理想基因組合，這就是「設計育種」（Breeding by Design）的核心概念。
在設計育種架構下，育種家不再是盲目地雜交，而是依據消費市場需求及育種目標，先規劃設計出理想品種的模樣。例如：我們需要一個具備頂級口感、抗稻熱病且耐高溫的水稻新品種。透過分子標誌，育種家可以精確地追蹤這些基因在雜交後代中的去向，確保每一塊遺傳零件都準確地組裝在新的品種中。設計育種是現代作物育種技術中最具威力的一環，它解決了傳統育種難以處理一個品種兼具多重優良性狀的痛點，代表育種流程從被動篩選轉向主動規劃，將老天爺給的禮物轉化為可控的作物育種產業藍圖。
從經驗到科學，從看天吃飯到設計育種，分子標誌育種技術正引領一場無聲的革命。這不僅是技術的革新，更是農業育種邏輯的根本變革。
透過基因堆疊打造更堅韌的作物，利用「設計育種」預畫更美味的未來。從產業的角度來看，分子育種早已不再是學術殿堂裡的理論，而是農業企業生存與競爭的核心利器。透過分子技術，產業成功於早期育種流程淘汰不良基因型，減少田間試驗浪費、降低成本，並進一步縮短育種週期，快速回應市場與氣候變化，提升育種效率，精準確保基因型符合消費者需求，成為農作物生產的重要一環。
這場由分子標誌開啟的育種紀元，正默默守護著臺灣人的飯碗，並為全球永續農業注入無限可能。未來，隨著 AI運算與基因組學深度結合，我們將能更從容地應對氣候挑戰，讓農業轉型為高科技、高附加價值的永續事業。
