108 年 國立臺灣大學植物病理與微生物學系碩士班甲組《植物病原微生物學》

核心觀念

本題考查真菌的有性生殖、交配型系統、菌絲隔膜構造、細胞核共存，以及子囊果與真菌性費洛蒙的基本定義。作答時應掌握三個方向：

1. 交配與遺傳型態：辨認 tetrapolar heterothallism 與 heterokaryosis 的關係。
2. 營養菌絲構造：說明 Dolipore septum 的形態、分布與功能。
3. 有性生殖構造與訊號：區分 cleistothecium 的子囊果型態，並說明 fungal peptide pheromone 的作用機制。

本題為名詞解釋題，沒有選項，因此不適用逐一選項分析。

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解題方法

每個名詞建議依序回答：

1. 先給出精確定義。
2. 再補充其主要構造或作用。
3. 最後指出代表性類群、交配結果或與相近名詞的差異。

這種寫法能同時涵蓋「是什麼、在哪裡、做什麼、如何辨認」四個評分重點。

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a. Tetrapolar heterothallism

定義

**Tetrapolar heterothallism（四極異宗配性）**是擔子菌常見的交配型系統。其交配相容性由兩個彼此獨立的交配型基因座控制，通常稱為 $A$ 位點與 $B$ 位點。

每個基因座具有兩個以上的等位基因，因此一個物種可形成許多不同交配型。以兩個等位基因的簡化情況表示：

$$A_1B_1,\quad A_1B_2,\quad A_2B_1,\quad A_2B_2$$

因而稱為「四極」。

相容條件

兩個單倍體菌絲或擔孢子要形成可正常發育的異核菌絲，通常必須在 $A$ 與 $B$ 兩個交配型位點都不同：

$$A_1B_1 \times A_2B_2$$

屬於相容組合；但：

$$A_1B_1 \times A_1B_2$$

只在 $B$ 位點不同，通常不具完整交配相容性。

生物學意義

$A$ 位點通常與交配後的核配、雙核維持及相關轉錄調控有關；$B$ 位點常涉及費洛蒙與費洛蒙受體系統，促進菌絲接合與細胞融合。由於必須同時在兩個位點具有差異，四極異宗配性可提高族群中的異交程度與遺傳變異。

解題技巧

看到 tetrapolar，應立即聯想到：

• 兩個交配型基因座；
• 四種基本交配型組合；
• 兩個位點都不同才相容；
• 常見於擔子菌。

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b. Dolipore septum

定義與構造

**Dolipore septum（桶孔隔膜）**是許多擔子菌菌絲隔膜上的特殊隔膜構造。其中央隔膜孔呈桶狀或鼓狀膨大，因此稱為 dolipore。

隔膜孔兩側常具有由內質網衍生的膜性構造，稱為 parenthesome 或 septal pore cap，可覆蓋或部分包圍隔膜孔。

功能

Dolipore septum 具有下列功能：

1. 維持相鄰菌絲細胞之間的細胞質連通。
2. 調節細胞質、胞器與細胞核在菌絲間的通過。
3. 當菌絲受傷時，協助限制細胞質流失，降低傷害擴散。
4. 支持擔子菌雙核菌絲的長期維持與生長。

分布與辨認

此構造是擔子菌的重要顯微特徵，特別常見於較高等擔子菌。不同擔子菌類群的 parenthesome 形態可作為分類鑑定依據。

它不同於一般真菌的簡單隔膜孔；dolipore 的重點在於中央桶狀孔與兩側膜性孔蓋的組合。

解題技巧

名詞中出現 pore 與 septum 時，作答必須同時寫出：

• 隔膜中央的特殊孔；
• 擔子菌；
• parenthesome；
• 控制細胞質與胞器通行。

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c. Heterokaryosis

定義

**Heterokaryosis（異核現象）**是指同一個菌絲、菌落或真菌體內，同時存在兩種以上遺傳型不同的細胞核，而這些細胞核共同存在於同一細胞質中。

若兩個不同來源的單倍體菌絲先進行胞質融合，即 plasmogamy，但細胞核尚未融合，便可形成異核菌絲：

$$n_1 + n_2$$

此時兩種細胞核共存於同一菌絲細胞內。

與雙核菌絲的關係

**Dikaryon（雙核體）**是異核現象的一種特殊形式，特指每個細胞中主要維持兩個遺傳型不同的單倍體細胞核：

$$n+n$$

因此：

• heterokaryosis 是較廣義的概念，可有兩種以上不同核型。
• dikaryon 是其中具有兩個核的特定情況。

在許多擔子菌中，雙核菌絲可經由 clamp connection 維持，使兩個不同來源的細胞核在菌絲生長時平均分配到子細胞。

形成方式與意義

異核現象可由下列方式形成：

• 不同菌絲進行 anastomosis；
• 有性生殖前的胞質融合；
• 無性孢子萌發後與其他菌絲融合；
• 突變核在菌絲內形成並持續存在。

其重要性包括：

核心觀念

本題考查真菌學中的交配型與有性生殖、菌絲隔膜構造、異核現象、子囊果類型，以及接合菌無性孢子的主動散布機制。作答時應掌握「構造—功能—生物學意義」三個層次。

1. 名詞解釋

a. Tetrapolar heterothallism（四極異宗配合）

四極異宗配合是真菌交配型由兩個彼此獨立、通常不連鎖的交配型座位共同控制，常見於擔子菌。

可將兩個座位表示為 $A/a$ 與 $B/b$。同一菌株產生的配子或菌絲，必須在兩個座位上都與交配對象不同，才具有相容性。例如：

$$A B \times a b$$

兩者在 $A$ 與 $B$ 兩個座位皆不同，因此可以接合。若僅有一個座位不同，則通常不相容。

由於兩個座位各有兩種型別，理論上可形成四種交配型：

$$A B,\quad A b,\quad a B,\quad a b$$

「tetrapolar」指四種交配型；「heterothallism」指異宗配合，必須由不同交配型的菌株完成有性生殖。

**解題技巧：**看到「兩個獨立交配型基因座」與「四種交配型」，即可判定為四極異宗配合。四極系統的相容條件是「兩個座位都不同」，不是只要一個座位不同即可。

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b. Dolipore septum（桶孔隔膜）

Dolipore septum 是許多擔子菌菌絲中的特殊隔膜構造。其中央隔膜孔周圍向內膨大，形成類似桶狀的孔道；孔的兩側通常伴有由內質網衍生的膜性構造，稱為 parenthesome。

主要功能包括：

1. 維持菌絲不同細胞區段之間的細胞質連通。
2. 調節細胞質、胞器及細胞核在菌絲中的通行。
3. 當菌絲受傷時，協助封閉隔膜孔，避免細胞質大量流失。

Dolipore septum 是擔子菌的重要顯微鑑別特徵，但不同類群的孔蓋構造可能有所差異，不能將所有擔子菌的隔膜視為完全相同。

**常見陷阱：**Dolipore septum 是「隔膜及其特殊孔道」的整體名稱，不是單純指一般菌絲隔膜，也不是子囊菌的典型隔膜構造。

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c. Heterokaryosis（異核現象）

異核現象是指同一個菌絲或菌落的共同細胞質中，存在兩種以上、且具有遺傳差異的細胞核。

異核菌絲可由下列方式形成：

• 不同菌株菌絲融合；
• 有性生殖前的細胞融合；
• 菌絲內核分裂、遷移及重新分配。

異核現象不等同於雙核現象。雙核菌絲是異核現象的一種特殊情形，通常特指每個細胞中含有兩個遺傳上不同的細胞核，擔子菌的 dikaryon 即為常見例子。

異核現象可使真菌在同一菌絲中同時表現不同核基因組的性狀，增加遺傳變異及適應能力；部分真菌也可藉由異核狀態維持生長，而不立即進行核融合。

**解題技巧：**關鍵句是「同一細胞質中有遺傳不同的多個細胞核」。若題目只說含有兩個核，還要進一步確認這兩個核是否遺傳不同；若遺傳相同，不能稱為典型異核現象。

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d. Cleistothecium（閉囊殼）

Cleistothecium 是一種完全封閉、沒有固定開口或孔道的子囊果。子囊及子囊孢子被包埋在封閉的子囊果內，成熟後通常藉由外壁破裂、分解，或受到機械作用而釋放子囊孢子。

其主要特徵為：

• 子囊果外形多呈球形或近球形；
• 外壁完全封閉；
• 沒有典型的 ostiole（孔口）；
• 子囊成熟後，子囊果外壁破裂或崩解，孢子才得以散出。

典型例子包括部分麴菌類群的閉囊殼。植物病理學中，白粉病菌的封閉型有性構造在現代分類常稱為 chasmothecium，但傳統教材也常將其與 cleistothecium 相聯繫。

**常見陷阱：**不要將 cleistothecium 與具有孔口的 perithecium 混淆。前者是封閉型，後者具有固定孔口，可由孔口釋放子囊孢子。

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e. Fungal peptide pheromone（真菌胜肽性費洛蒙）

核心觀念

本題綜合考查真菌的：

1. 有性生殖與交配型系統。
2. 菌絲隔膜與細胞質連通構造。
3. 異核現象與真菌有性構造。
4. 無性孢子的主動釋放機制。
5. 銹菌的生活史、寄主轉換及孢子型態多型性。

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一、名詞解釋

a. Tetrapolar heterothallism（四極異宗配合）

四極異宗配合是真菌的一種交配型制度，常見於擔子菌。其交配相容性由兩個彼此獨立的交配型基因座控制，通常記為 $A$ 與 $B$。

兩個菌株必須在兩個基因座上皆不同，才能互相交配。例如：

• $A_1B_1 \times A_2B_2$：相容
• $A_1B_1 \times A_1B_2$：不相容
• $A_1B_1 \times A_2B_1$：不相容

因此，一個物種通常具有四種交配型：

$$A_1B_1,\ A_1B_2,\ A_2B_1,\ A_2B_2$$

「四極」是指兩個基因座的組合產生四種交配型；「異宗」則表示不同交配型的菌絲必須進行融合，不能由同一菌株自行完成有性生殖。

**解題技巧：**判斷四極異宗配合時，關鍵是「兩個交配型基因座都必須不同」，只差一個基因座仍屬不相容。

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b. Dolipore septum（桶孔隔膜）

Dolipore septum 是擔子菌菌絲中特殊的隔膜構造。其中央具有孔洞，孔洞周圍的隔膜壁向內膨大，形成類似桶狀的結構；孔洞兩側通常有由內質網衍生的孔蓋，稱為 parenthesome。

其主要功能包括：

• 維持相鄰菌絲細胞間的細胞質連通。
• 允許部分細胞質成分通過。
• 限制細胞器及細胞核任意通過。
• 在菌絲受傷時協助隔離受損區域，降低細胞質流失。

此構造是擔子菌的重要顯微特徵之一，但不同類群的孔蓋型態可能有所差異。

**解題技巧：**看到 dolipore septum，應立即聯想到「擔子菌、桶狀隔膜孔、parenthesome、限制細胞核通過」。

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c. Heterokaryosis（異核現象）

異核現象是指同一個菌絲或菌落的細胞質中，同時存在兩種以上、且遺傳組成不同的細胞核。

其形成方式包括：

• 不同菌株的菌絲融合。
• 有性生殖中的質配，使不同來源的細胞核共同存在。
• 無性突變或細胞核分離造成的核型差異。

異核菌絲中的不同細胞核可以共同控制同一個細胞質環境，因此常呈現核間互補作用。擔子菌的雙核菌絲是異核現象的一種特殊形式，但雙核菌絲通常特指每個細胞中具有兩個不同交配型的單倍體細胞核。

解題技巧：「異核」重點在於同一細胞質內有不同遺傳背景的核；「雙核」只強調核的數目，不一定涵蓋所有異核狀態。

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d. Cleistothecium（閉囊殼）

Cleistothecium 是一種完全封閉、沒有天然開口的子囊果。子囊及子囊孢子包藏在封閉的子囊果內，成熟後必須藉由外壁破裂、崩解或受到機械作用，才能釋放子囊孢子。

其特徵包括：

• 通常呈球形或近球形。
• 外壁完全封閉，沒有孔口。
• 內部形成多個子囊。
• 成熟後靠子囊果壁破裂釋放孢子。

白粉病菌常形成此類封閉子囊果；在現代分類中，白粉病菌的構造也常稱為 chasmothecium。

**解題技巧：**閉囊殼與有孔口的子囊果不同，判斷重點是「完全封閉、無 ostiole」。

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e. Fungal peptide pheromone（真菌胜肽性費洛蒙）

真菌胜肽性費洛蒙是由真菌分泌的小型胜肽訊號分子，主要參與交配型辨識與有性生殖。

其作用流程通常為：

1. 交配型菌株合成費洛蒙前驅蛋白。
2. 前驅蛋白經蛋白酶加工成成熟胜肽。
3. 胜肽被分泌至細胞外。
4. 相容交配型細胞表面的受體辨識此訊號。
5. 啟動細胞內訊息傳遞，例如 MAPK 或 cAMP 路徑。
6. 引發菌絲尖端生長、向性反應、菌絲融合及質配。

在擔子菌中，胜肽性費洛蒙常與交配型基因座及其受體共同決定交配相容性。

**解題技巧：**不可只寫成「促進孢子形成的物質」；其核心功能是「交配型辨識與菌絲融合訊號」。

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二、水玉黴無性產孢構造的主動釋放機制

核心構造

水玉黴（Pilobolus spp.）生活於草食動物糞便上，具有高度特化的無性產孢構造，主要包括：

1. 基部的營養菌絲或 trophocyst。
2. 長而直立的孢囊梗。
3. 孢囊梗頂端下方的膨大部，稱為 subsporangial vesicle。
4. 膨大部上方的黑色孢子囊，內含大量孢囊孢子。

主動釋放過程

水玉黴的孢子囊不是單純依靠風力散播，而是利用膨大部內的高膨壓進行爆發式釋放。

1. 孢子囊形成後，孢囊梗頂端的 subsporangial vesicle 持續吸收水分。
2. 可溶性糖類及有機酸等物質在膨大部內累積，使細胞液溶質濃度升高。
3. 水分因滲透作用進入膨大部，導致膨大部內部膨壓快速增加。
4. 孢子囊基部形成力學上的薄弱區。
5. 當膨壓超過孢子囊與連接部所能承受的強度時，連接部突然破裂。
6. 孢子囊在高壓作用下被高速彈射出去，連同其中的孢囊孢子一起散播。

孢子囊外壁或基部通常具有黏性物質，可使孢子囊附著在附近植物上。由於草食動物常取食靠近地面的植物，此種「爆發式彈射＋黏附」機制可增加孢子囊被植物攝食、重新回到動物消化道並隨糞便排出的機會。

此外，水玉黴的孢囊梗具有明顯向光性，孢子囊通常朝向光源生長，使其更容易射向開闊空間或鄰近植物。

解題技巧

本題應寫出完整的因果鏈：

$$\text{溶質累積} \rightarrow \text{吸水} \rightarrow \text{膨壓升高} \rightarrow \text{薄弱區破裂} \rightarrow \text{孢子囊彈射}$$

只寫「孢子囊成熟後破裂」不足以表現主動釋放機制，必須指出其動力來源是膨大部的高膨壓。

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三、小麥莖銹病菌的生活史及形態多型性

核心觀念

核心觀念

本題整合真菌的交配系統、菌絲隔膜、無性孢子釋放、銹菌生活史，以及植物病原真菌族群遺傳變異等概念。作答時應掌握三個主軸：

1. 名詞題須寫出「定義＋構造或功能＋代表性意義」。
2. 生活史題須依感染寄主、孢子類型、核相變化與繁殖方式排列。
3. 「田間以無性繁殖為主但變異很高」並不矛盾，因為突變、轉座子、有絲分裂重組、異核化、基因流動與有限的有性重組，都能產生變異。

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1. 名詞解釋

a. Tetrapolar heterothallism（四極異宗配合）

定義：
四極異宗配合是擔子菌常見的交配型系統，交配相容性由兩個彼此獨立的交配型基因座控制，通常稱為 $A$ 與 $B$。每一基因座具有多個等位型，因此一個物種通常具有四種主要交配型組合：

$$A_1B_1,\quad A_1B_2,\quad A_2B_1,\quad A_2B_2$$

兩個菌株必須在 $A$ 與 $B$ 兩個基因座皆不同，才具有完全交配相容性。例如：

$$A_1B_1 \times A_2B_2$$

具有相容性；若只在一個基因座不同，則通常不能完成正常有性生殖。

功能：

• $A$ 位點主要涉及交配後的核配對、核遷移及雙核菌絲形成。
• $B$ 位點主要涉及性費洛蒙與受體辨識，以及菌絲融合與交配反應。

解題技巧：
看到「tetrapolar」應立即聯想到「兩個獨立交配型基因座」；看到「bipolar」則是只有一個交配型基因座。

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b. Dolipore septum（桶孔隔膜）

定義：
Dolipore septum 是擔子菌菌絲中的特殊隔膜構造。隔膜中央具有一個孔，孔的周圍向外膨大成桶狀，孔兩側通常伴有由內質網衍生的膜性構造，稱為 parenthesome。

功能：

• 維持相鄰菌絲細胞間的細胞質連通。
• 允許部分小分子與細胞質成分通過。
• 限制細胞核及大型胞器任意通過，避免細胞受損時內容物迅速流失。
• 協助維持擔子菌菌絲的雙核狀態與細胞區隔。

重點：
Dolipore septum 是擔子菌的重要分類與構造特徵，但不同類群的 parenthesome 形態可能有所差異。

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c. Heterokaryosis（異核性）

定義：
異核性是指同一菌絲或細胞質中，同時存在兩個或兩個以上、且遺傳組成不同的細胞核。

異核菌絲可由下列方式形成：

• 不同菌株菌絲融合，即菌絲吻合；
• 孢子萌發後與其他菌絲融合；
• 突變造成同一菌絲內出現遺傳不同的細胞核；
• 有性或準有性過程中形成不同核的共存。

生物學意義：

• 使同一菌落內同時存在不同基因型。
• 可產生互補作用，使部分有害突變被其他正常核補償。
• 提供遺傳重組與適應環境的基礎。
• 擔子菌的雙核菌絲是異核性的一種特殊形式，但雙核菌絲通常特指每個細胞含有兩個不同、共同分裂的核。

解題技巧：
「異核性」的關鍵是「同一細胞質中有遺傳不同的核」，不是單純的二倍體，也不等同於核融合。

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d. Cleistothecium（閉囊殼）

定義：
Cleistothecium 是一種完全封閉、沒有固定孔口或頸部的子囊果。子囊與子囊孢子被包埋在封閉的子囊果內。

孢子釋放方式：
成熟後，外壁破裂、崩解或被外力破壞，子囊孢子才會釋出。

構造與功能：

• 封閉構造可保護子囊與子囊孢子，抵抗乾燥及不良環境。
• 子囊通常在子囊果內分散或成束形成。
• 典型例子包括部分麴菌類及青黴類真菌的有性構造。

解題技巧：
「cleisto-」可聯想到封閉；其與有開口的 apothecium，以及具有孔口或頸部的 perithecium 相對。

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e. Fungal peptide pheromone（真菌胜肽性費洛蒙）

定義：
真菌胜肽性費洛蒙是由真菌產生並分泌到細胞外的短鏈胜肽訊號分子，用來辨識相容交配型並誘導交配反應。

作用機制：

1. 交配型細胞產生費洛蒙前驅蛋白。
2. 前驅蛋白經蛋白酶切割及修飾，形成成熟的短鏈胜肽。
3. 胜肽被另一交配型細胞表面的特異性受體辨識。
4. 受體啟動細胞內訊息傳遞，例如 MAPK 路徑。
5. 促進菌絲定向生長、細胞融合、核遷移及有性生殖。

在部分擔子菌中，費洛蒙可進一步經脂質修飾，形成具脂化特徵的交配訊號。

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2. 水玉黴無性產孢構造的主動釋放機制

核心觀念

水玉黴屬於接合菌類群，典型的無性產孢構造是位於長柄頂端的孢子囊。其孢子囊能以高度迅速的方式主動射出，這種機制不是單純依靠風力或孢子囊壁崩裂，而是由膨壓累積造成爆發性釋放。

解題方法與機制

水玉黴的孢子囊柄末端具有膨大的囊下泡或膨壓區，孢子囊位於其上方。成熟過程可分為以下步驟：

1. 溶質累積
   囊下泡細胞內累積糖類、離子及其他可溶性物質，使細胞液溶質濃度升高。

2. 水分進入與膨壓形成
   由於滲透作用，水分大量進入囊下泡，使細胞膨壓逐漸升高。

3. 孢子囊壁受到機械張力
   囊下泡膨脹將力量集中傳至孢子囊與孢子囊柄交界處。此處為力學上的薄弱區，具有類似破裂閥門的作用。

4. 爆發性斷裂與射出
   當膨壓超過交界處所能承受的張力時，薄弱區迅速破裂，孢子囊受到反作用力而被整個射出，囊內孢子隨之散布。

5. 光向性增加散布效率
   水玉黴孢子囊柄具有正向光性，能朝光源方向生長，使孢子囊更容易射向開闊處或接近動物經過的位置，提高散布與附著機會。

解題技巧

答題時應明確寫出：

溶質累積 → 水分進入 → 囊下泡膨壓上升 → 薄弱區破裂 → 孢子囊爆發性射出。

「正向光性」是定位與散布策略；真正直接造成釋放的力量是囊下泡形成的高膨壓。

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3. 小麥莖銹病菌的生活史及形態多型性

核心觀念

小麥莖銹病菌為異寄主、全生活史型銹菌，需要兩種不同寄主才能完成生活史：

• 主要寄主：小麥及其他禾本科植物
• 轉主寄主：小檗屬，尤其是歐洲小檗（Berberis vulgaris）

其生活史具有五種孢子階段，編號為 $0$、$I$、$II$、$III$、$IV$。

完整學名

小麥莖銹病菌為：

Puccinia graminis f. sp. tritici

其中：

• Puccinia graminis 是種名；
• f. sp. tritici 表示專化型，主要危害小麥。

生活史

1. 夏孢子階段：$II$

在小麥莖、葉鞘及葉片上形成夏孢子堆，產生橙紅色或鐵鏽色的夏孢子。

• 夏孢子為單細胞、雙核，核相為 $n+n$。
• 可藉風力傳播至其他小麥植株。
• 能重複感染小麥，形成多個世代。
• 是田間病害快速擴散與流行的主要孢子。

2. 冬孢子階段：$III$

生長季末，病斑上形成黑色冬孢子堆，產生冬孢子。

• 冬孢子通常為雙細胞，具有厚壁及柄。
• 每個細胞內原本含有兩個不同來源的單倍體核。
• 冬孢子成熟時發生核融合：

$$n+n \longrightarrow 2n$$

• 冬孢子是越冬及度過不良環境的重要構造。

3. 擔孢子階段：$IV$

冬孢子萌發形成短小的擔子。二倍體核在擔子內進行減數分裂，產生四個單倍體核，並形成四個擔孢子。

$$2n \xrightarrow{\text{減數分裂}} n+n+n+n$$

擔孢子不能再感染小麥，而是感染轉主寄主小檗。

4. 性孢子器階段：$0$

核心觀念

本題考查兩項重點：

1. 依國際病毒分類委員會（ICTV）的分類，植物病毒中具有雙股 DNA 基因組者，其代表性病毒歸入 花椰菜花葉病毒科 Caulimoviridae。
2. Caulimoviridae 為反轉錄病毒類植物病毒，雖然病毒粒子內含雙股 DNA，複製時卻必須先由 DNA 轉錄成 RNA，再由反轉錄酶將 RNA 重新製成 DNA。

必須區分：

• Caulimoviridae：雙股 DNA，經由 RNA 中間產物複製。
• Geminiviridae：單股 DNA，不是雙股 DNA 植物病毒。
• 多數植物病毒為 RNA 病毒，不能因其具有 DNA 複製階段而歸入 Caulimoviridae。

解題方法

判斷此題可採「基因組型態＋複製策略」切入：

1. 先寫出雙股 DNA 植物病毒的科名：Caulimoviridae。
2. 再依病毒感染流程說明：
   • 脫殼與基因組進入細胞核；
   • DNA 修補及轉錄；
   • 形成前基因組 RNA；
   • 反轉錄形成新的雙股 DNA；
   • 組裝、細胞間移動及系統性擴散。

這種答法能同時呈現分類學與生活史，是本題 7 分最完整的得分架構。

Caulimoviridae 的基本特徵

Caulimoviridae 病毒通常具有下列特徵：

• 基因組為環狀、具缺口或不完整修飾的雙股 DNA。
• 複製過程包含 RNA 中間產物。
• 基因組 DNA 進入細胞核後，可形成類似微型染色體的病毒 DNA 結構。
• 由宿主 RNA 聚合酶進行轉錄。
• 病毒本身編碼反轉錄酶及核糖核酸酶 H 等複製相關蛋白。
• 新病毒 DNA 通常在細胞質中的病毒顆粒內完成反轉錄。
• 病毒可經由胞間連絲進行細胞間移動，再透過維管束進行系統性感染。

感染細胞至產生新病毒的生活史

1. 附著、進入與脫殼

病毒先與植物細胞表面的適當受體或膜結構作用，進入細胞。植物病毒常藉由傷口、昆蟲媒介、機械摩擦或嫁接進入植物組織。

進入細胞後，病毒外殼解離，釋放出雙股 DNA 基因組及相關病毒蛋白。Caulimoviridae 的病毒 DNA 通常不是完全共價封閉的完整雙股 DNA，而是帶有缺口，必須先經宿主修補。

2. 病毒 DNA 進入細胞核並形成模板

病毒 DNA 進入細胞核後，宿主 DNA 修復酶會修補其缺口，使其形成較完整的環狀雙股 DNA。

修補後的病毒 DNA 與宿主組蛋白結合，形成類似微型染色體的結構，作為病毒基因表現與複製的模板。部分 Caulimoviridae 病毒的 DNA 也可能整合至宿主染色體中，但產生感染性病毒時，主要依賴可轉錄的病毒 DNA 模板。

3. 病毒基因轉錄

宿主 RNA 聚合酶 II 以病毒 DNA 為模板，合成病毒 RNA。主要產物包括：

• 前基因組 RNA：兼具信使 RNA 與反轉錄模板的功能。
• 次基因組 RNA 或較短 mRNA：用來製造其他病毒蛋白。

前基因組 RNA 通常具有末端重複區，因此可同時作為：

1. 病毒蛋白翻譯的信使 RNA；
2. 形成新病毒 DNA 的反轉錄模板。

4. 病毒蛋白合成

病毒 RNA 移出細胞核，在細胞質核糖體上進行翻譯，製造：

• 外殼蛋白；
• 蛋白酶；
• 反轉錄酶；
• 核糖核酸酶 H；
• 病毒移動蛋白；
• 其他協助病毒複製與調控的蛋白。

核心觀念

本題考查胡瓜嵌紋病毒（Cucumber mosaic virus, CMV）的四項病毒學特徵：

1. 病毒顆粒的外形與大小。
2. 基因體核酸的型態、分節與表現方式。
3. 病毒在田間的主要傳播途徑。
4. 根據其傳播特性所制定的綜合防治策略。

CMV 分類上屬於正黏液病毒科（Bromoviridae）胡瓜嵌紋病毒屬（Cucumovirus），寄主範圍極廣，可感染蔬菜、花卉、果樹及多種雜草，是重要的多寄主植物病毒。

解題方法

作答時依「病毒顆粒 → 核酸 → 傳播 → 防治」的順序書寫。防治策略必須與傳播生態相互對應：

• 因為主要由蚜蟲非持久性傳播，所以須控制田間病毒來源與蚜蟲短時間刺吸，而不能只依賴殺蟲劑。
• 因為病毒可由機械接種及部分寄主種子傳播，所以要重視種苗健康、田間衛生及工具消毒。
• 因為寄主範圍廣，所以必須清除雜草與自生苗，降低病毒在田間的持續存在。

一、病毒顆粒形態

CMV 病毒顆粒為無包膜、近球形或二十面體對稱的等軸粒子，直徑約 $28\text{–}30\ \mathrm{nm}$。外殼由外殼蛋白（coat protein, CP）組成，具有規則的二十面體排列。

CMV 的病毒顆粒具有下列特徵：

• 無脂質包膜，因此對有機溶劑相對穩定。
• 顆粒小而緊密，屬於等軸型病毒。
• 病毒核酸分別被外殼蛋白包裹，形成具感染力的病毒顆粒。
• 病毒在感染植物細胞後，會在細胞質中複製，並可透過胞間連絲及維管束擴展至全株。

CMV 的病毒顆粒通常具有一定程度的熱鈍化點與稀釋終點，但其穩定性會受寄主種類、病毒株及植物汁液環境影響，考試作答以形態、大小及無包膜特徵為主。

二、核酸特性

CMV 為正義單股 RNA 病毒，基因體由三條主要基因體 RNA 組成，分別為 RNA 1、RNA 2 與 RNA 3，另可產生次基因體 RNA 4。

1. 基因體型態

CMV 的基因體特徵如下：

• 核酸為正義單股 RNA（positive-sense single-stranded RNA, $+$ssRNA）。
• 基因體具分節性，由 RNA 1、RNA 2、RNA 3 三條 RNA 構成。
• RNA 1、RNA 2 與 RNA 3 均可分別被病毒顆粒包裝。
• 各 RNA 的 $5'$ 端具有帽狀結構，通常為甲基化鳥嘌呤帽，可協助核糖體辨識並啟動翻譯。
• $3'$ 端具有類似轉運 RNA 的結構（tRNA-like structure），通常不具有一般真核 mRNA 的 poly(A) 尾端。
• RNA 分子量與長度並不完全相同，總基因體約為 $8.6\ \mathrm{kb}$。

2. 各 RNA 的功能

RNA	主要功能
RNA 1	編碼病毒 RNA 依賴性 RNA 聚合酶的一部分，參與病毒 RNA 複製
RNA 2	編碼另一部分複製相關蛋白，也可產生抑制植物基因沉默的蛋白
RNA 3	編碼移動蛋白，負責病毒在植物細胞間移動；同時編碼外殼蛋白
RNA 4	由 RNA 3 產生的次基因體 RNA，主要用於表現外殼蛋白

CMV 的正義 RNA 可直接作為 mRNA 使用。感染初期，RNA 1 與 RNA 2 所編碼的複製相關蛋白先被翻譯，建立病毒 RNA 複製系統；之後產生負股 RNA 中間體，再合成新的正股基因體 RNA 及次基因體 RNA。

CMV RNA 3 所編碼的移動蛋白可協助病毒通過胞間連絲，使病毒由感染細胞擴散至鄰近細胞；外殼蛋白則參與病毒顆粒組裝、長距離運輸及部分傳播過程。

三、傳播方式

1. 蚜蟲非持久性傳播

CMV 最重要的田間傳播方式是蚜蟲的非持久性傳播（non-persistent transmission）。可傳播 CMV 的蚜蟲種類很多，常見者包括桃蚜（Myzus persicae）及棉蚜（Aphis gossypii）等。

其特點為：

• 蚜蟲在感染植物上短時間試探性刺吸即可獲得病毒。
• 病毒主要附著於蚜蟲口針及前腸相關部位，不在蚜蟲體內進行增殖。
• 蚜蟲轉移至健康植物後，經短時間刺吸即可完成接種。
• 不需要長潛伏期或循環於蚜蟲體內。
• 蚜蟲經過數次取食、口針清除或蛻皮後，傳毒能力會迅速降低或消失。

由於病毒取得及接種都非常快速，蚜蟲即使尚未大量繁殖，也能有效造成田間擴散。

2. 機械接種

CMV 可藉由病株汁液及機械傷口傳播，例如：

• 農具、剪刀及摘心工具未經消毒。
• 人員手部接觸病株後再接觸健康植株。
• 植株葉片互相摩擦造成微傷口。
• 移植、整枝、採收等作業造成傷口。

核心觀念

本題考查「植物病毒脫除」與「無病毒種原保存」的基本原理。病毒一旦感染珍貴植株，不能只靠剪除病葉處理，因為病毒可能已經系統性分布於維管束與其他組織。處理重點包括：

1. 以病毒在分生組織中含量低或尚未到達的特性，取得莖尖分生組織。
2. 配合熱療、化學藥劑或低溫處理，提高病毒脫除率。
3. 對再生植株進行病毒檢測，確認真正無病毒。
4. 將確認合格的材料以組織培養、低溫保存或田間隔離方式保存。

解題方法

一、先確認病毒種類與感染狀態

先觀察病徵，並以血清學、分子檢測或指示植物接種等方法確認病毒種類。常用檢測方法包括：

• ELISA：適合大量篩檢已知病毒。
• RT-PCR 或即時 RT-PCR：適合檢測 RNA 病毒，靈敏度高。
• PCR：適合 DNA 病毒。
• 指示植物接種：將待測汁液接種至敏感植物，觀察是否出現特徵病徵。

不同病毒的組織分布、熱穩定性與對藥劑的敏感性不同，因此脫毒處理需依病毒特性調整。

二、取得莖尖分生組織

在無菌條件下，切取植株頂端的莖尖或腋芽，保留最前端的分生組織，通常約為 $0.1$ 至 $1$ mm，並盡量去除較大的葉原基與成熟組織。

莖尖適合用於脫毒的原因如下：

• 分生組織細胞分裂快速，病毒複製與擴散常追不上細胞增殖速度。
• 頂端分生組織的維管束尚未完全形成，病毒不易經由維管系統進入。
• 病毒在植株不同部位的分布不均勻，莖尖通常比成熟葉片含有較少病毒。

將莖尖置於適當培養基中培養，使其形成芽體、根系，最後再生為完整植株，此方法稱為莖尖培養或分生組織培養。

三、配合熱療提高脫毒效果

將感染植株置於高於正常生長溫度、但仍可維持植株存活的條件下培養一段時間，再切取莖尖培養。常見處理為約 $35$ 至 $40^\circ\mathrm{C}$，實際溫度與時間須依植物及病毒耐熱性調整。

熱療的作用包括：

• 抑制病毒複製。
• 減緩病毒在新生組織中的移動。
• 擴大莖尖中「病毒含量低」的區域，提高取得無病毒分生組織的機率。

熱療不可單獨視為已完成脫毒，因為高溫過度會造成植株死亡、芽體褐化或再生能力降低。因此通常採用「熱療＋莖尖培養」的組合。

四、必要時加入化學療法或低溫療法

若單靠莖尖培養與熱療仍無法去除病毒，可依植物耐受性加入其他處理：

• 化學療法：在培養基中加入適量抗病毒物質，例如 ribavirin，以抑制病毒核酸合成或複製。藥劑濃度過高會抑制植物生長，因此必須控制處理條件。
• 低溫療法：將材料置於低溫條件，使病毒複製受到抑制，再配合莖尖培養。
• 冷凍療法：利用液態氮快速冷凍莖尖，成熟或分化程度較高的病毒感染細胞受到破壞，而分生組織因含水量較低、耐凍性較高得以存活，解凍後再進行培養。

實務上以「莖尖培養」為核心，再依病毒種類及植株耐受性選擇熱療、化學療法或冷凍療法。

核心觀念

本題考查植物的抗病毒 RNA silencing（RNA 靜默）機制，以及病毒如何突破此防禦。植物病毒感染時，病毒雙股 RNA、互補 RNA 結構及複製中間產物會被辨識為異常核酸，啟動以 post-transcriptional gene silencing（PTGS，轉錄後基因靜默）為主的抗病毒反應。

**Viral silencing suppressor（VSR，病毒靜默抑制蛋白）**是病毒所編碼、用來抑制或干擾植物 RNA silencing 防禦反應的病毒因子，通常為病毒蛋白。它不一定直接破壞病毒 RNA，而是阻斷植物對病毒核酸的辨識、切割、放大或系統性傳播。

解題方法：依「植物防禦 → 病毒抑制 → 感染結果」作答

可先寫出植物 RNA silencing 的基本流程，再說明 VSR 介入的位置，最後連結其對病毒感染的生物學重要性。

植物抗病毒 RNA silencing 的主要流程如下：

1. 病毒複製過程產生雙股 RNA，或形成具雙股結構的 RNA。
2. Dicer-like（DCL）蛋白將病毒雙股 RNA 切割成約 $21$–$24$ 個核苷酸的 small interfering RNA（siRNA）。
3. siRNA 載入 Argonaute（AGO）蛋白，形成 RNA-induced silencing complex（RISC）。
4. RISC 依據 siRNA 序列辨識互補的病毒 RNA，並切割、降解病毒 RNA，抑制病毒蛋白質表現。
5. RNA-dependent RNA polymerase（RDR）可將部分單股 RNA 轉換為雙股 RNA，產生更多次級 siRNA，使反應放大。
6. siRNA 也可在細胞間及維管束中移動，形成局部及系統性的抗病毒靜默反應。

VSR 即在上述步驟中干擾植物防禦，例如：

• 結合雙股 RNA 或 siRNA，使其無法被 DCL、AGO 或 RISC 有效利用。
• 抑制 siRNA 載入 AGO，阻礙 RISC 形成。
• 干擾 AGO 的切割功能，使互補病毒 RNA 不易被降解。
• 抑制 RDR 所造成的 RNA silencing 放大反應。
• 影響 siRNA 的細胞間移動與系統性傳播。
• 改變宿主蛋白的穩定性，促進 AGO 等抗病毒因子的降解。

不同病毒的 VSR 作用位置不完全相同。例如，Cucumber mosaic virus 的 2b 蛋白可干擾 siRNA 相關反應；Tomato bushy stunt virus 的 p19 蛋白能結合 small RNA，降低其參與 RISC 的能力；Potyvirus 的 HC-Pro 也能抑制 small RNA 所介導的基因靜默。

核心觀念

本題考查植物對三大重要植物寄生性線蟲的抗性來源，以及抗病基因如何阻止線蟲建立寄生關係。三者皆屬根部寄生線蟲，但形成的取食構造不同：

• Heterodera：胞囊線蟲，誘導根部形成合胞體（syncytium）。
• Globodera：胞囊線蟲，主要誘導合胞體作為取食部位。
• Meloidogyne：根瘤線蟲，誘導多核巨型細胞（giant cells）及根瘤形成。

抗病基因的作用通常包括：

1. 辨認線蟲或其效應蛋白（effector）。
2. 啟動植物免疫訊號，例如 $\mathrm{Ca^{2+}}$、活性氧（ROS）、水楊酸（SA）及乙烯訊號。
3. 誘導過敏性反應（hypersensitive response, HR）或其他局部細胞防禦。
4. 使取食細胞無法形成或維持，導致線蟲無法發育、蛻皮及繁殖。

解題方法

題目要求對三個線蟲屬各舉出一個抗病基因，並說明機制。作答時可採取「線蟲—抗病基因—作用機制」三段式：

1. 先指出代表性抗病基因及其寄主植物。
2. 說明該基因所辨認的寄生過程或線蟲分子。
3. 說明抗性如何造成取食部位失敗，最後抑制線蟲發育。

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一、Heterodera：大豆 $rhg1$

抗病基因與對象

大豆的 $rhg1$（抵抗大豆胞囊線蟲基因座） 可抵抗大豆胞囊線蟲 Heterodera glycines。

嚴格而言，$rhg1$ 常以抗性基因座或複合基因座的形式存在，而非單一典型的 NBS-LRR 型抗病基因。抗性等位基因通常具有較高的拷貝數，並包含多個共同參與抗性的基因，其中重要成分包括：

• $\alpha$-SNAP：參與囊泡運輸及內質網功能。
• 附近的其他基因：參與細胞膜、脂質代謝與防禦反應。

作用機制

大豆胞囊線蟲侵入根部後，會改造若干根部細胞，形成合胞體，作為其長期取食部位。合胞體必須維持細胞融合、膜系統重組及大量營養輸送，線蟲才能完成發育。

帶有抗性 $rhg1$ 等位基因的大豆，主要透過以下方式抑制寄生：

1. 改變寄主細胞的膜運輸與內質網功能
   $rhg1$ 相關的 $\alpha$-SNAP 拷貝數增加，會干擾線蟲誘導的細胞膜系統與內質網重組。

2. 造成合胞體功能失敗
   合胞體無法正常擴大、維持及輸送養分，取食細胞逐漸失去功能。

3. 誘導局部細胞死亡與防禦反應
   線蟲建立取食部位的過程受到破壞，部分感染細胞出現細胞死亡及防禦反應。

4. 阻止線蟲完成生活史
   線蟲因營養供應不足而無法正常生長、產卵及形成下一代胞囊。

因此，$rhg1$ 的核心不是單純「殺死線蟲」，而是破壞線蟲所依賴的合胞體與寄主細胞代謝環境。

補充

大豆抗性中也常提到 $Rhg4$，其編碼絲胺酸羥甲基轉移酶（serine hydroxymethyltransferase），可與胺基酸代謝及細胞壓力反應有關。若題目只要求 $Heterodera$ 的一個抗病基因，寫 $rhg1$ 即可。

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二、Globodera：馬鈴薯 $Gro1$-$4$

抗病基因與對象

馬鈴薯的 $Gro1$-$4$ 可抵抗馬鈴薯金線蟲 Globodera rostochiensis。

$Gro1$-$4$ 屬於典型的植物抗病基因，編碼具有核苷酸結合區及富含亮胺酸重複序列的受體蛋白，即 NBS-LRR 型免疫受體。

作用機制

G. rostochiensis 的幼蟲侵入馬鈴薯根部後，會分泌效應蛋白，操控根部細胞形成合胞體。$Gro1$-$4$ 的作用模式可概括如下：

1. 辨認線蟲效應蛋白或其造成的寄主細胞變化
   $Gro1$-$4$ 蛋白能感知線蟲分泌的效應因子，或感知效應因子對寄主細胞的作用。

2. 啟動 NBS-LRR 免疫訊號
   抗病蛋白活化後，引發細胞內防禦訊號，包括 $\mathrm{Ca^{2+}}$ 流動、ROS 生成及防禦基因表現。

3. 誘導過敏性反應
   感染部位附近細胞快速死亡，形成局部過敏性反應，使線蟲無法完成合胞體的建立。

4. 抑制取食細胞形成與線蟲發育
   缺乏正常的合胞體，幼蟲無法持續取食，最終停止發育，雌蟲無法正常形成胞囊。

可用下列因果關係表示：

核心觀念

本題考查植物寄生性線蟲與細菌之間的交互作用，以及如何以嚴謹的實驗設計判斷兩者對作物的影響是：

• 加成作用：兩者共同感染的危害約等於各自危害相加。
• 協同作用：線蟲與細菌共同感染所造成的危害，大於兩者單獨作用的總和。
• 拮抗作用：兩者共同存在時，危害小於各自單獨作用的總和。

植物寄生性線蟲可穿刺根部、形成傷口、改變根部生理狀態，並可能攜帶或促進細菌進入根部，因此常與細菌性病原形成複合病害。另一方面，某些細菌也可能抑制線蟲或誘導植物抗性，因此不能只觀察「是否發病」，必須設置完整對照並分析交互作用。

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解題方法：以二因子析因實驗驗證假說

可提出下列假說：

植物寄生性線蟲會造成根部傷口並削弱植物防禦，使細菌更容易定殖與致病；因此線蟲與細菌共同接種時，作物生長受抑制及病害程度會顯著高於兩者單獨接種的加成效果。

以一種容易培養且對線蟲敏感的作物，例如番茄或黃豆，作為試驗材料。選用同一品種、相同苗齡且大小接近的植株，栽培於滅菌土壤或人工基質中，以降低土壤原有微生物的干擾。

實驗採用 $2 \times 2$ 二因子析因設計：

處理組	線蟲	細菌
$N_0B_0$	不接種	不接種
$N_1B_0$	接種線蟲	不接種
$N_0B_1$	不接種	接種細菌
$N_1B_1$	接種線蟲	接種細菌

每組至少設置 8–10 個生物重複，並採完全隨機設計或隨機區集設計，將植株位置、澆水量、光照與溫度盡量控制一致。

接種方式

1. $N_1$ 組接種固定數量的植物寄生性線蟲，例如每株接種相同數量的二齡幼蟲或卵。
2. $B_1$ 組接種已知濃度的細菌懸浮液，並確認細菌菌量，例如以 $10^7$ CFU/mL 作為標準接種濃度。
3. $N_1B_1$ 組同時接種線蟲與細菌；也可增加接種順序試驗：
   • 先接種線蟲，數日後再接種細菌；
   • 先接種細菌，數日後再接種線蟲；
   • 同時接種。
4. 所有對照組加入等體積無菌水或無菌緩衝液，以排除操作本身造成的影響。

若要判斷是否為線蟲傷口造成細菌感染增加，可另設：

• 機械傷口加細菌組；
• 非病原性線蟲加細菌組；
• 熱殺死細菌或非病原性細菌組。

這些組別有助於區分「線蟲造成的物理傷口效應」、「線蟲生理作用」及「特定病原細菌的作用」。

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觀察與測定項目

在接種後固定時間，例如第 7、14、21 天，測量下列指標。

一、植物生長與病害表現

• 株高、葉片數、葉面積；
• 地上部與根部鮮重、乾重；
• 根長與根系分枝；
• 葉片黃化、萎凋及死亡率；
• 根部褐化、壞死與病斑面積；
• 根瘤或根結數量；
• 病害嚴重度指數。

例如可將根部病害分為 0–5 級，再計算病害指數：

$$\text{病害指數}= \frac{\sum(\text{各級病株數}\times\text{該級分數})} {\text{總株數}\times\text{最高分數}} \times 100\%$$

二、線蟲族群

測定根內與根際土壤中的線蟲數量，包括：

• 根內線蟲數；
• 根際土壤線蟲密度；
• 雌蟲、卵囊或卵數；
• 線蟲繁殖率。

線蟲繁殖率可表示為：

$$R_f=\frac{P_f}{P_i}$$

其中 $P_i$ 為初始接種線蟲數，$P_f$ 為試驗結束時的線蟲總數。若細菌存在使 $R_f$ 改變，表示細菌可能影響線蟲繁殖或寄生能力。

三、細菌族群與定殖

測量根部及根際的細菌數量，例如：