111 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》

本部分主要考察真菌學的基礎知識，包含專有名詞解釋、重要病原菌的生活史以及真菌的生殖方式。

一、真菌學試題

1. 名詞解釋
這題要求解釋六個真菌學的專有名詞，並舉例說明。每個名詞 2 分，共 12 分。

(a) fungal peptide pheromone

• 解釋： 這是由真菌分泌的一類小分子胜肽，主要用於調節真菌的交配過程。它們能被同種或異種真菌的細胞識別，啟動細胞間的信號傳導，進而引發交配型的識別和配子的融合。
• 舉例： 在酵母菌（如釀酒酵母 Saccharomyces cerevisiae）中，不同交配型（a 和 α）的細胞會分泌不同的胜肽訊息素（a-factor 和 α-factor），這些胜肽能吸引並結合到對應的交配型受體上，啟動交配反應。

(b) hemibiotroph

• 解釋： 這類病原真菌的生命週期包含兩個階段：首先是生物營養期（biotrophic phase），在此階段真菌與活的寄主細胞共生，不引起明顯的組織壞死，通常會形成特化的吸器（haustoria）從寄主細胞吸收養分；接著是壞死營養期（necrotrophic phase），在此階段真菌開始殺死寄主細胞，並從死亡的組織中吸收養分，常導致明顯的病徵，如壞疽或凋萎。
• 舉例： 許多重要的植物病原真菌屬於此類，例如引起玉米黑粉病（corn smut）的 Ustilago maydis，以及引起馬鈴薯晚疫病（late blight of potato）的卵菌 Phytophthora infestans（雖然卵菌在分類上與真菌不同，但在植物病理學上常與真菌一同討論，且其感染模式符合 hemibiotroph 的定義）。

(c) haustorium

• 解釋： 吸器是真菌（尤其是寄生性真菌）菌絲末端特化形成的指狀或袋狀結構，由菌絲侵入寄主細胞或組織後，穿透寄主細胞壁但留在寄主細胞膜內（不破壞寄主細胞膜），用於從活的寄主細胞吸收養分。
• 舉例： 許多專性寄生真菌，如白粉病菌（powdery mildew fungi）和銹病菌（rust fungi），在侵入寄主植物的表皮細胞或葉肉細胞後，都會形成發達的吸器來獲取營養。

(d) parasexuality

• 解釋： 這是一種真菌（特別是缺乏明顯有性生殖的真菌）中，基因重組發生的過程，不涉及減數分裂和配子融合。它通常包括三個主要步驟：菌絲融合（anastomosis）形成異核體（heterokaryon），接著是核間的單倍體基因組融合（karyogamy）形成二倍體核，最後是二倍體核經過有絲分裂，並在有絲分裂過程中發生重組（recombination）和非整倍體化（aneuploidy），最終產生具有新基因組合的單倍體菌株。
• 舉例： 許多半知菌（Deuteromycetes）或某些擔子菌（Basidiomycetes）和子囊菌（Ascomycetes）具有此種生殖方式，例如引起鐮刀菌枯萎病（Fusarium wilt）的 Fusarium oxysporum。

(e) clamp connection

• 解釋： 這是擔子菌門（Basidiomycota）真菌菌絲生長過程中，在核分裂時形成的一種特殊結構。當細胞核進行有絲分裂時，會在菌絲節的細胞壁上形成一個側向的小突起（clamp），該突起會向上生長並在其頂端分裂，其中一個子核進入突起，另一個則留在菌絲體內。隨後，突起與菌絲體融合，將其內容物（一個子核）送入菌絲體的主細胞，從而確保每個細胞中的核是成對的（dikaryotic），即每個細胞含有兩個來自不同親代的單倍體細胞核。
• 舉例： 擔子菌門的真菌，如蘑菇（mushroom）的菌絲，以及許多木腐菌（wood-rotting fungi）和植物病原性擔子菌（如小麥條銹病菌 Puccinia striiformis 的某些時期）的菌絲都具有明顯的鎖狀連接。

(f) phialospore

• 解釋： 這是一種無性孢子，由一種稱為分生孢子梗（conidiophore）的特化結構末端或側壁產生的瓶狀或瓶頸狀無性生殖細胞（phialide）所產生。分生孢子不是由母細胞壁增生形成，而是從分生孢子梗末端或瓶頸狀分生孢子器的頂端或開口處，通過壓力生長（protrusion）形成，通常在分生孢子產生後，頂端會形成一個塞（collarette）。
• 舉例： 許多半知菌（Deuteromycetes）和子囊菌（Ascomycetes）都會產生瓶梗孢子，例如引起綠黴病（green mold）的 Trichoderma 屬真菌，以及引起葡萄黑痘病（grape black rot）的 Guignardia bidwellii 的分生孢子階段。

2. 馬鈴薯晚疫病菌的生活史

• 病原菌學名： Phytophthora infestans (卵菌)
• 無性生活史：
  1. 孢子囊梗 (Sporangiophores)： 感染的植物組織表面會長出孢子囊梗，這些孢子囊梗從氣孔伸出。
  2. 孢子囊 (Sporangia)： 每個孢子囊梗的頂端會形成一個檸檬狀的孢子囊。
  3. 游走孢子 (Zoospores)： 在有水存在的條件下，孢子囊會萌發產生游走孢子。游走孢子具有鞭毛，能在水中游動。

此部分主要考察植物病原細菌學的基礎知識，包含重要細菌性病害的病原菌鑑定、病徵類型、傳播方式，以及細菌致病機制中的訊號傳遞和分泌系統。

二、植物病原細菌學

1. 植物病害的病原菌鑑定
這題要求寫出五種植物病害的病原菌學名，每題 1 分，共 5 分。

(1) Citrus canker (柑橘潰瘍病)
* 病原菌：Xanthomonas citri subsp. citri (過去稱為 Xanthomonas campestris pv. citri)
* 學名：Xanthomonas citri subsp. citri

(2) Watermelon fruit blotch disease (西瓜果斑病)
* 病原菌：Acidovorax citrulli (過去稱為 Pseudomonas pseudoalcaligenes subsp. citrulli 或 Burkholderia andropogonis)
* 學名：Acidovorax citrulli

(3) Fire blight of pear and apple (梨與蘋果火傷病)
* 病原菌：Erwinia amylovora (現已重新分類為 Erysiphe amylovora)
* 學名：Erysiphe amylovora (注意：過去常用 Erwinia amylovora，但新分類學已將其移至 Erysiphe 屬)

(4) Bacterial leaf streak of rice (水稻細菌性葉枯病)
* 病原菌：Xanthomonas oryzae pv. oryzae
* 學名：Xanthomonas oryzae pv. oryzae

(5) Olive quick decline syndrome (橄欖快速萎凋症候群)
* 病原菌：Candidatus Liberibacter asiaticus (此為一種專性細胞內寄生菌，過去被認為是此症候群的主要病原，但近期研究顯示，Candidatus Phytoplasma mali 可能也是重要病原之一，但最經典的病原菌是 Ca. L. asiaticus，但其與此症候群的直接關聯仍有爭議，不過若問病原菌，Ca. L. asiaticus 是最常被提及的。然而，Olive quick decline syndrome 的主要病原是 Candidatus Phytoplasma pyri，而 Candidatus Liberibacter asiaticus 則是柑橘黃龍病 (citrus greening) 的病原。在此題的情境下，最直接相關且被廣泛認定的病原是：)
* 病原菌：Candidatus Phytoplasma pyri (此為導致歐洲橄欖樹快速萎凋的病原)
* 學名：Candidatus Phytoplasma pyri

2. 植物病原細菌引起的病徵類型與傳播方式
這題共 10 分，病徵類型佔一部分，傳播方式佔一部分。

• 病徵類型 (Symptoms Types)：
  植物病原細菌感染植物後，可引起多樣化的病徵，常見的有：

  1. 潰瘍 (Cankers)： 莖、枝或果實上出現局部組織的病變、凹陷、壞疽，常伴隨滲液，如柑橘潰瘍病。
  2. 斑點 (Spots)： 葉片、莖或果實上出現的水浸狀（water-soaked）、黃化、壞疽或褐色斑點，如水稻白葉枯病、黃瓜角斑病。
  3. 萎凋 (Wilting)： 病原菌侵入維管束系統，阻塞水分運輸，導致植物地上部組織快速失去膨壓而萎凋，如番茄青枯病、馬鈴薯青枯病。
  4. 枯萎 (Blight)： 葉片、莖或整株植物迅速變褐色、壞疽並死亡，如梨火傷病。
  5. 枝枯 (Dieback)： 枝條頂端開始變褐、乾枯並向下蔓延。
  6. 根部病變 (Root Rot/Galls)： 根部腐爛、腫瘤形成或生長異常，如番茄側根病。
  7. 叢生 (Witches' broom)： 形成異常的叢狀分枝，如某些細菌性芽變。
  8. 變色 (Discoloration)： 組織出現異常的顏色變化。

• 傳播方式 (Modes of Transmission)：
  植物病原細菌的傳播方式多樣，主要可分為：

  1. 種子傳播 (Seedborne)： 病原菌可內生於種子內部或附著在種子表面，隨種子繁殖傳播。這是許多重要病害（如柑橘潰瘍病、西瓜果斑病、水稻白葉枯病）的重要傳播途徑。
  2. 嫁接傳播 (Graftborne)： 使用帶菌的接穗或砧木進行嫁接，會將病原菌傳播到新的植株。
  3. 媒介昆蟲傳播 (Insect transmission)： 許多細菌性病害依賴昆蟲（如蚜蟲、葉蟬、飛蝨、薊馬、蒼蠅等）作為傳播媒介。昆蟲在吸食帶菌植株的汁液時，攝入病原菌，再傳播到健康的植株上。例如，茄子黃萎病（Sclerotinia sclerotiorum，此為真菌，誤植，應為如番茄青枯病由 Ralstonia solanacearum 引起，可由某些昆蟲傳播，或如黃龍病由 Candidatus Liberibacter asiaticus 引起，由柑橘木蝨傳播）。更準確的例子是，Xylella fastidiosa (引起橄欖快速萎凋症候群的病原之一) 由刺吸式口器昆蟲傳播。
  4. 風雨傳播 (Rain splash and wind)： 雨水飛濺或強風可將植物組織表面的病原菌（如細菌液滴）傳播到鄰近的健康植株。
  5. 土壤傳播 (Soilborne)： 病原菌可在土壤中存活，通過灌溉水、農機具、或與土壤接觸的植物部位（如根部）傳播。

核心觀念

本題整合植物病毒學四項基本主題：

1. 依病毒核酸種類與股鏈形式分類。
2. 了解移動蛋白在病毒細胞間移動中的作用。
3. 掌握香蕉萎縮病病毒的分類、顆粒、基因體與傳播生態。
4. 比較非永續性與永續性媒介傳播，並連結殺蟲劑防治效果。

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一、依核酸特性分類的五種類型

解題方法

依病毒基因體的「核酸種類」及「單股、雙股」形式分類，可分為下列五類：

1. 雙股 DNA 病毒（double-stranded DNA virus, dsDNA）
   以雙股 DNA 為遺傳物質。
   例：Caulimovirus、Badnavirus。

2. 單股 DNA 病毒（single-stranded DNA virus, ssDNA）
   以單股 DNA 為遺傳物質。許多植物單股 DNA 病毒具有環狀基因體。
   例：Geminivirus、Nanovirus。

3. 雙股 RNA 病毒（double-stranded RNA virus, dsRNA）
   基因體由雙股 RNA 組成。
   例：反轉錄病毒以外的部分植物 RNA 病毒。

4. 正意義單股 RNA 病毒（positive-sense single-stranded RNA virus, $+$ssRNA）
   RNA 可直接作為信使 RNA，進入寄主細胞後即可進行翻譯。
   例：Potyvirus、Tobamovirus、Cucumovirus。

5. 負意義單股 RNA 病毒（negative-sense single-stranded RNA virus, $-$ssRNA）
   RNA 必須先由病毒帶入的 RNA 依賴性 RNA 聚合酶轉錄成正意義 RNA，才可進行蛋白質合成。
   例：Tospovirus、Rhabdovirus。

解題技巧

判斷時依序問三件事：

• 是 DNA 還是 RNA？
• 是單股還是雙股？
• 若為單股 RNA，是正意義還是負意義？

植物病毒以 RNA 病毒占多數，但分類時不能漏列 DNA 病毒，也不能把「環狀」誤當成獨立的核酸類型；環狀描述的是分子構形，不是 DNA／RNA、單股／雙股以外的第五種分類依據。

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二、植物病毒移動蛋白的功能及原生質體內增殖

核心觀念

植物病毒在寄主體內有兩種不同層次的移動：

• 細胞間移動：由一個細胞經由胞間連絲進入鄰近細胞。
• 長距離移動：經由維管束在植物各部位間系統性擴散。

移動蛋白主要負責病毒由感染細胞向鄰近細胞擴散，不是所有病毒複製所必需的核心蛋白。

移動蛋白的主要功能

1. 改變胞間連絲的通透性
   一般胞間連絲只能通過小分子，移動蛋白可使胞間連絲的通透限制提高，使病毒核酸或病毒核蛋白複合體得以通過。

2. 與病毒核酸結合
   移動蛋白可與病毒 RNA 或 DNA 結合，形成較適合通過胞間連絲的病毒核酸—蛋白質複合體。

3. 協助病毒核酸定位至胞間連絲
   移動蛋白能將病毒基因體或核蛋白複合體導向胞間連絲，增加細胞間傳播效率。

4. 形成穿膜管道
   某些病毒的移動蛋白會在胞間連絲形成管狀結構，使病毒顆粒直接通過管道進入鄰近細胞。

5. 參與細胞內運輸與長距離移動
   部分移動蛋白與細胞骨架、內膜系統或維管束運輸有關，因而促進病毒在整株植物內的系統性擴散。

6. 協助病毒在特定組織中建立感染
   移動蛋白也可影響病毒進入分生組織、維管束或其他不易感染組織的能力。

原生質體內能否增殖？

可以。

原生質體是去除細胞壁的植物細胞。病毒在原生質體內增殖時，不需要跨越細胞壁，也不需要經由胞間連絲移動。因此，只要病毒本身仍具有完整的：

• 基因體；
• 複製相關蛋白；
• 蛋白質表現及組裝能力；

即使缺少移動蛋白，仍可在單一原生質體內完成複製。

但是，缺失移動蛋白的病毒通常：

• 可在受感染的原生質體內增殖；
• 無法有效由一個完整植物細胞移動至鄰近細胞；
• 因而無法形成正常的局部病斑或全株系統性感染。

解題技巧

關鍵判斷是：

原生質體實驗測試的是「單細胞內複製」；整株植物感染測試的是「細胞間與長距離移動」。

因此，「缺少移動蛋白」不等於「不能複製」，而是主要表示「不能有效移動」。

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三、香蕉萎縮病病毒

核心觀念

香蕉萎縮病的病原為一種多組分環狀單股 DNA 病毒，屬於 Nanoviridae。回答時應依序涵蓋：

1. 病毒學名；
2. 顆粒形態；
3. 核酸特性；
4. 傳播方式。

1. 病毒學名

病原為：

香蕉萎縮病毒（Banana bunchy top virus, BBTV）

分類如下：

此部分考察植物線蟲學的基礎知識，包括植物線蟲的寄生機制、對環境的適應性、與其他微生物的交互作用，以及線蟲感染引起的病徵。

四、線蟲學

1. 南方根瘤線蟲 ( Meloidogyne spp.) 建立取食點 (Feeding site)
這題共 6 分，要求詳細描述南方根瘤線蟲建立取食點的策略。

南方根瘤線蟲（Meloidogyne spp.）是重要的植物寄生線蟲，牠們在寄主植物根部建立稱為「巨細胞 (giant cells)」的特化取食組織。這個過程是一個高度複雜的相互作用，涉及線蟲分泌物和植物細胞的響應。

• 策略與過程：
  1. 侵入與移動： 線蟲的第二期幼蟲（J2）是侵入階段。牠們透過機械穿透和分泌酵素（如纖維素酶、果膠酶）來分解植物根部的細胞壁，侵入根毛、表皮或次生皮層細胞。進入根部後，牠們會沿著細胞間隙或侵入細胞，朝向維管束（木質部或韌皮部）移動。
  2. 選擇取食點： 線蟲會移動到根部內部的維管束鞘細胞（vascular cylinder parenchyma cells）附近，這是牠們建立巨細胞的理想位置。
  3. 分泌誘導物質： 當線蟲到達預定位置後，牠們會將口針（stylet）插入到維管束鞘細胞中，並分泌一系列的唾液，這些唾液含有多種蛋白質，包括：
     • 結構性蛋白質： 如纖維素酶（cellulases）、果膠酶（pectinases）、木質素酶（ligninases），用於分解細胞壁，幫助線蟲擴大其活動空間並促進細胞間的融合。
     • 信號分子與調控蛋白質： 這些蛋白質是關鍵。牠們能夠誘導植物細胞發生一系列改變，包括：
       • 細胞壁的降解與重塑： 促進細胞間的融合，形成巨細胞。
       • 細胞核的增殖與增大： 誘導細胞核進行多次分裂（endoreduplication），而不進行細胞質分裂，使細胞核數量增加，體積增大。
       • 細胞質的體積增大： 增加細胞質的合成，使細胞體積膨脹。
       • 細胞器的增加： 增加核糖體、線粒體、內質網等細胞器，以提供巨細胞進行高效吸收和代謝活動所需的能量和物質。
       • 誘導植物基因表達： 線蟲分泌的蛋白質可以激活植物細胞內的特定基因，這些基因的表達產物參與細胞壁的重塑、細胞分裂和生長。
  4. 巨細胞的形成： 經過線蟲唾液的誘導，一個或多個相鄰的維管束鞘細胞會被轉化為單個或融合的巨細胞。這些巨細胞具有多核、體積龐大、細胞壁薄、細胞質豐富、細胞器眾多等特徵，成為線蟲的專一性取食組織。
  5. 線蟲的攝食： 線蟲將口針插入巨細胞，並透過口針泵吸取巨細胞內儲存的營養物質（如醣類、氨基酸、脂質等），以支持其生長、發育和繁殖。

總結： 南方根瘤線蟲透過侵入根部、定位到維管束鞘細胞，並分泌複雜的唾液蛋白質，誘導相鄰的植物細胞轉化為多核、體積龐大的巨細胞，形成專一性的取食點，從中獲取養分。

2. 植物寄生性線蟲適應環境壓力的特殊機制
這題共 6 分，要求舉兩例說明線蟲適應環境壓力的特殊機制。

植物寄生性線蟲生活在土壤中，經常面臨各種環境壓力，如乾旱、低溫、缺氧、缺乏營養等。牠們演化出多種適應機制：

• 機制一：滯育 (Diapause) 或隱生 (Cryptobiosis)

  • 說明： 這是線蟲應對極端不利環境（如極度乾旱、低溫、高鹽度）的機制。線蟲會進入一種代謝極低、抗逆性極強的休眠狀態。
  • 類型：
    • 乾性滯育 (Anhydrobiosis)： 在乾旱條件下，線蟲會脫去體內大部分水分，細胞內積累保護性物質（如海藻糖 Trehalose），並形成特殊的捲曲形態，以抵抗脫水。例如，許多線蟲的卵或幼蟲階段可以進入乾性滯育。
    • 低溫滯育 (Cryobiosis)： 在極低溫條件下，線蟲可以產生抗凍蛋白（antifreeze proteins）或調節細胞內液體的組成，防止細胞內形成冰晶而死亡。
  • 舉例：
    • 輪蟲 (Rotifers) 雖然不是線蟲，但牠們的乾性滯育機制非常經典。
    • 某些線蟲的卵或幼蟲階段（例如，某些引起休眠的線蟲，如 Aphelenchoides spp. 或 Ditylenchus dipsaci 的某些階段）在土壤乾燥時，可以進入一種類似「桶狀」的休眠形態，代謝極低，能存活數年，待環境濕潤後再恢復活動。

• 機制二：休眠或代謝調節 (Dormancy or Metabolic Regulation)

  • 說明： 針對食物匱乏、低氧或季節性變化，線蟲可以透過調節生長發育速率、降低代謝水平來度過困難時期。
  • 類型：
    • 緩慢生長/發育： 在資源不足時，線蟲的生長發育速度會顯著減慢。
    • 進入休止狀態 (Stylet retraction/Retraction to the stylet pouch)： 許多線蟲在缺乏食物或不利環境下，會將口針縮回，減少能量消耗。
    • 選擇性繁殖策略： 在條件適宜時快速繁殖，在不利時則減少繁殖或進入休眠。
  • 舉例：
    • 根結線蟲 (Meloidogyne spp.) 在土壤中食物來源（植物根部）不存在時，其幼蟲（J2）可以存活數週至數月，等待根部出現後再侵入。牠們會將口針縮回，降低代謝。
    • 某些土壤線蟲 在水淹或缺氧條件下，可以進入一種暫時的休眠狀態，減少呼吸作用，直到條件改善。

• 機制三：共生關係 (Symbiosis)

  • 說明： 有些線蟲與細菌或真菌形成共生關係，以獲取養分或適應特定環境。
  • 舉例：
    • 伴胞線蟲 (Burkeholderia spp.) 與某些線蟲（如 Bursaphelenchus xylophilus，松材線蟲）形成共生關係。線蟲將細菌帶入松樹的導管，細菌會分泌酶分解松樹組織，線蟲則以分解產生的營養或細菌本身為食。這是一種協同致病或共生取食的模式。

選擇其中兩個例子來說明：

1. 乾性滯育 (Anhydrobiosis)： 舉例：某些線蟲的幼蟲或卵在土壤乾燥時，可脫水形成捲曲形態，積累海藻糖，代謝降至最低，抵抗極度乾燥，待濕潤後恢復生命活動。
2. 伴胞線蟲與松材線蟲的共生： 舉例：松材線蟲 (Bursaphelenchus xylophilus) 的傳播和致病機制依賴於其共生的細菌 (Burkholderia spp.)。線蟲將細菌帶入松樹導管，細菌分解松樹組織，線蟲以細菌或分解物為食，共同導致松樹死亡。這顯示了線蟲透過與其他微生物協同作用來適應寄主環境。

3. 植物線蟲與微生物的交互作用
這題共 6 分，要求舉例說明線蟲與細菌、真菌、病毒之間的作用。

植物線蟲與土壤中的微生物（細菌、真菌、病毒）存在複雜的交互作用，包括寄生、媒介、協同、拮抗等多種形式。

• 線蟲與細菌的交互作用：
  • 寄生： 有些細菌會寄生在線蟲體內或體表，導致線蟲死亡。例如，某些芽孢桿菌 (Bacillus spp.) 和假單胞菌 (Pseudomonas spp.) 能夠產生抗生素或毒素，殺死植物寄生性線蟲。
  • 媒介： 某些細菌是線蟲的食物來源。例如，許多土壤線蟲以土壤細菌為食。