115 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》

本題考查真菌（Fungi）的基本生物學特徵。

核心觀念：真菌的營養方式、細胞壁組成、以及細胞結構。

詳解：
A) 光合作用是植物和某些細菌的營養方式，真菌是異營生物，無法進行光合作用。
B) 吞噬作用（phagocytosis）是變形蟲等原生動物的攝食方式，真菌是透過吸收方式獲取養分。
C) 真菌是異營生物，它們分泌胞外酵素分解基質，然後吸收分解後的有機分子。

本題考查真菌細胞壁的主要成分及其化學結構。

核心觀念：幾丁質（chitin）的化學組成。

詳解：
水解（hydrolysis）是指利用水來分解化學鍵的過程。題目問的是水解後會產生 N-乙醯葡萄糖胺（N-acetylglucosamine）的聚合物。

本題比較細菌與絲狀真菌在分解木材方面的能力差異，探討其分解效率的關鍵。

核心觀念：木材的組成成分與真菌的分解酵素系統。

詳解：
木材主要由纖維素（cellulose）、半纖維素（hemicellulose）和木質素（lignin）組成。

• 纖維素 是主要的結構多醣。
• 半纖維素 是一種複雜的多醣，結構比纖維素更複雜。
• 木質素 是一種複雜的酚類聚合物，提供木材的剛性和抗分解性。

絲狀真菌（filamentous fungi），特別是腐生真菌，演化出能分泌多種胞外酵素的系統，其中包含能分解纖維素（纖維素酶，cellulases）和半纖維素（半纖維素酶，hemicellulases）的酵素。

本題考查真菌菌絲（hyphae）分枝的直接優勢。

核心觀念：真菌的生長方式與營養獲取。

詳解：
真菌的生長方式主要是透過菌絲的頂端生長和分枝。菌絲的分枝會增加菌絲體的總長度，並擴大其在基質中的覆蓋範圍。

• A) 產生二倍體細胞核：菌絲分枝與細胞核的倍體狀態（單倍體、二倍體）沒有直接的關聯。真菌的生命週期中，有單倍體和二倍體階段，但分枝本身不直接加速二倍體核的產生。

本題考查真菌有性生殖過程中，質配（plasmogamy）和核配（karyogamy）之間延遲的結果。

核心觀念：真菌有性生殖的生命週期，特別是核相變化。

詳解：
真菌的有性生殖通常包含三個主要階段：

1. 質配（Plasmogamy）：來自兩個親本的細胞質融合，但細胞核尚未融合。
2. 核配（Karyogamy）：兩個親本的細胞核融合，形成一個二倍體（diploid）的合子核（zygote nucleus）。
3. 減數分裂（Meiosis）：二倍體核進行減數分裂，產生單倍體（haploid）的孢子。

在許多真菌（尤其是子囊菌和擔子菌）中，質配和核配之間存在一個顯著的延遲期。在這段延遲期內，細胞同時含有來自兩個親本的單倍體細胞核，但這兩個細胞核並不融合。

本題考查子囊菌（Ascomycetes）的減數分裂發生部位。

核心觀念：子囊菌的有性生殖結構。

詳解：
子囊菌是真菌的一個主要類群，其特徵是有性生殖產生稱為「子囊（ascus）」的結構，子囊內通常含有八個單倍體的子囊孢子（ascospores）。

• A) 擔子（basidium）：這是擔子菌（Basidiomycetes）的特徵性結構，在擔子內進行減數分裂並產生四個擔子孢子（basidiospores）。

本題考查真菌結構中，何者對於穿透基質和吸收養分最為直接負責。

核心觀念：真菌的生長方式與功能。

詳解：
真菌的營養方式是透過吸收，而其生長形式是菌絲。

• A) 葉綠體（chloroplast）：這是植物進行光合作用的場所，真菌沒有葉綠體，無法進行光合作用。
• B) 菌絲頂端生長（hyphal tip growth）：真菌菌絲的頂端細胞具有高度分生組織的特性，能夠分泌胞外酵素分解基質，同時細胞膜的滲透性強，能有效地吸收分解後的養分。

本題考查真菌在有性生殖過程中，用來辨識並吸引配偶的化學物質。

核心觀念：真菌的化學訊號傳遞。

詳解：
真菌在進行有性生殖前，需要辨識並找到與自己相容的交配型（mating type）的個體。這個過程通常由細胞間的化學訊號介導。

• A) 他感物質（allelochemicals）：這是指一種生物體分泌的化學物質，對另一種生物體（同種或異種）產生影響，但範圍較廣，不專指配偶識別。

本題考查地衣（lichen）的定義。

核心觀念：地衣的生物組成與共生關係。

詳解：
地衣是一種複雜的共生體，由兩種或兩種以上的生物體組成，其中最常見的是一種真菌（通常是子囊菌或擔子菌）與一種光合作用的共生夥伴（藻類或藍綠菌）。

• A) 真菌以藻類為獵物：這描述的是捕食關係，而非地衣的共生關係。
• B) 真菌與光合作用夥伴之間的互利共生夥伴關係：這是地衣的標準定義。

本題考查森林土壤中分解真菌數量突然減少對生態系統短期影響的預測。

核心觀念：真菌在分解有機物和營養循環中的作用。

詳解：
分解真菌（decomposer fungi）在森林土壤中扮演著分解落葉、枯枝等有機質的關鍵角色。它們利用胞外酵素分解複雜的有機化合物，將其轉化為更簡單的無機物和可溶性有機物，這個過程稱為分解（decomposition），同時也釋放出植物可吸收的營養素（nutrient release）。

• A) 落葉的分解加速：真菌數量減少，分解速率應下降，而非加速。

本題考查水稻稻瘟病（Rice blast disease）的病原菌。

核心觀念：重要的植物病原真菌種類及其寄主。

詳解：
稻瘟病是水稻最重要的病害之一，對全球水稻生產造成巨大損失。

• A) Botrytis cinerea：灰黴病菌，主要危害水果、蔬菜等，引起灰黴病。

本題考查危害多種水果和蔬菜的灰黴病（Grey mold）的常見病原菌。

核心觀念：重要的植物病原真菌種類及其寄主。

詳解：
灰黴病是一種廣泛危害蔬菜、水果、花卉等植物的病害，其特徵是在受感染部位形成灰色的黴狀物。

• A) Botrytis cinerea：灰黴病菌，是引起灰黴病最常見、最重要的病原菌，對多種作物有極強的感染力。

本題考查引起馬鈴薯晚疫病（potato late blight），即愛爾蘭馬鈴薯大饑荒的病原體。

核心觀念：重要的植物病原體及其歷史影響。

詳解：
馬鈴薯晚疫病（Late blight of potato）是由卵菌綱（Oomycetes）的病原體引起，而非典型的真菌。卵菌綱生物在形態和生態上與真菌相似，但其細胞壁成分、遺傳物質和生命週期與真菌有顯著差異。

本題考查引起小麥莖稈鏽病（Wheat stem rust）的病原菌。

核心觀念：重要的植物病原真菌種類及其寄主。

詳解：
小麥莖稈鏽病是一種嚴重的穀類病害。

• A) Puccinia graminis：小麥柄鏽病菌（或稱莖鏽病菌），是引起小麥、大麥等穀類莖稈鏽病的主要病原菌。

本題考查引起蘋果/梨子藍黴病（Blue mold）的最主要關聯病原菌。

核心觀念：常見水果病害的病原體。

詳解：
蘋果和梨子的藍黴病（或稱青黴病）是一種常見的儲藏期病害，果實表面會出現藍綠色的黴狀物。

• A) Botrytis：灰黴病菌，主要引起灰黴病，較少引起蘋果/梨子的藍黴病。
• B) Penicillium：青黴菌屬，其中 Penicillium expansum 是引起蘋果、梨子等水果藍黴病（青黴病）的最

本題考查植物病毒學中的傳播方式。

核心觀念：非持久性傳播（Non-persistent transmission）的定義與特徵。

詳解：
非持久性傳播（Non-persistent transmission）是植物病毒由昆蟲媒介（如蚜蟲、粉蝨）傳播的一種方式。其主要特徵包括：

1. 快速獲取與傳播：媒介昆蟲只需短時間接觸（通常是幾秒到幾分鐘）感染植株，即可攝食到含有病毒的汁液。
2. 病毒不整合或複製：病毒顆粒僅附著在媒介昆蟲的口器（如喙、口針）或消化道的前部，並不會進入昆蟲的體腔、組織或細胞，也不會在昆蟲體內複製或增殖。
3. 傳播效率低且短暫：一旦昆蟲離開感染植株，病毒在昆蟲體內（口器上）的存活時間非常短暫，通常只有幾分鐘到幾小時。

本題考查植物病毒學中的RNA分子結構與功能。

核心觀念：亞基因體RNA（subgenomic RNA）的定義、形成與功能。

詳解：
亞基因體RNA（subgenomic RNA, sgRNA）是某些RNA病毒在複製過程中產生的一類較短的RNA分子，它們通常是病毒正鏈或負鏈基因組RNA的「片段」。

1. 形成機制：
   • 在正鏈RNA病毒中，病毒基因組RNA本身作為mRNA，翻譯出病毒的RNA聚合酶。該酶隨後以病毒基因組RNA為模板，合成完整的負鏈RNA中間體，再以此負鏈RNA為模板，合成新的正鏈基因組RNA。在此過程中，RNA聚合酶也可能以基因組RNA為模板，合成一系列較短的亞基因體RNA。
   • 在負鏈RNA病毒中，病毒基因組RNA不能直接作為mRNA。病毒攜帶的RNA聚合酶首先以基因組RNA為模板，合成互補鏈（即正鏈）的亞基因體RNA。這些亞基因體RNA隨後作為mRNA，翻譯出病毒的結構蛋白和非結構蛋白。最後，再以這些亞基因體RNA或通過其他方式合成的完整正鏈RNA為模板，合成新的負鏈基因組RNA。

本題考查植物病毒學中的病毒複製過程。

核心觀念：病毒複製複合物（Virus replication complex, VRC）的定義、組成與功能。

詳解：
病毒複製複合物（Virus replication complex, VRC）是指在病毒感染宿主細胞的過程中，由病毒自身基因產物和宿主細胞提供的成分組成的、負責病毒核酸複製（DNA複製或RNA複製）的分子機器。

1. 組成：

   • 病毒因子：通常包括病毒的核酸聚合酶（如RNA聚合酶、DNA聚合酶）、輔助蛋白、或參與核酸複製的其他病毒編碼蛋白。
   • 宿主因子：宿主細胞提供的蛋白質，如核苷酸合成相關的酶、參與膜結構形成的蛋白質、或宿主細胞的核酸結合蛋白等。

2. 形成與定位：

   • VRC 的形成通常與宿主細胞的膜結構（如內質網、葉綠體、液泡膜）緊密相關。病毒通常會誘導宿主細胞的膜發生改變，形成特殊的細胞器或膜囊泡，VRC 就會組裝在這些膜結構上。這種膜上的定位有助於保護病毒核酸免受宿主細胞的核酸酶降解，並有利於病毒核酸的複製和組裝。

本題考查植物病毒學中的一種抗病毒機制。

核心觀念：病毒誘導的基因沉默（Virus-induced gene silencing, VIGS）的定義、原理與應用。

詳解：
病毒誘導的基因沉默（Virus-induced gene silencing, VIGS）是一種植物對抗病毒感染的天然防禦機制，也是一種廣泛使用的分子生物學技術。

1. 基本原理：
   • RNA干擾（RNA interference, RNAi）：VIGS 是基於 RNAi 途徑。當植物細胞檢測到外源雙鏈RNA（dsRNA）時，會啟動 RNAi。
   • 病毒來源的 dsRNA：植物病毒的基因組本身常常是單鏈RNA（ssRNA），但在其複製過程中，會產生互補的負鏈RNA，形成雙鏈RNA中間體。有些病毒的基因組本身就是雙鏈RNA，或能產生雙鏈RNA結構。這些病毒來源的 dsRNA 被植物細胞識別為「非我」分子。
   • Dicer 酶：植物細胞中的 Dicer 酶（一種 RNase III 型核酸酶）會將這些病毒來源的 dsRNA 切割成短的干擾RNA（small interfering RNA, siRNA），長度約為 21-25 個核苷酸。
   • RISC 複合體：siRNA 會被整合到 RNA 誘導的沉默複合體（RNA-induced silencing complex, RISC）中。RISC 複合體中的核心組分是 Argonaute 蛋白。
   • 靶向降解：RISC 複合體利用 siRNA 作為導向，尋找並結合與 siRNA 序列互補的病毒RNA分子。一旦結合，Argonaute 蛋白就會切割靶向的病毒RNA，使其失活。

本題考查植物病理學中，應用柯霍氏法則（Koch's postulates）來確定特定病原體與特定植物病害之間因果關係的方法。

核心觀念：柯霍氏法則的步驟及其在植物病理學中的應用。

詳解：
柯霍氏法則是由德國醫生羅伯特·柯霍（Robert Koch）提出的一套標準，用於確定某種微生物是特定疾病的原因。雖然最初是為動物疾病設計，但其基本原理亦適用於植物病害的診斷。在植物病理學中，應用柯霍氏法則來證明某種特定病原體（通常是微生物，如細菌、真菌、卵菌）是引起某種植物病害的原因，步驟如下：

1. 病原體的出現與病徵的關聯性 (Association)：

   • 步驟：應當在所有患有該特定植物病害的植株中，都能發現該特定病原體，並且該病原體應當與所觀察到的病徵（如斑點、萎凋、壞疽等）在形態上或組織學上相關聯。
   • 實踐：採集患病植物的組織樣本，在顯微鏡下觀察，或進行分離培養，確定是否存在特定的病原微生物，並觀察其在病組織中的分佈。

2. 病原體的分離與純培養 (Isolation)：

   • 步驟：應當能從患病植株中分離出該特定病原體，並將其在無菌的培養基上進行純培養，獲得純菌（或純培養的病原體）。
   • 實踐：將採集到的患病組織進行消毒處理（表面滅菌），然後接種到合適的培養基上（如 PDA 培養基用於真菌，Nutrient broth/agar 用於細菌）。培養後，選擇單一菌落或分離出的病原體進行進一步的純化，確保培養物中只有目標病原體。

3. 接種與誘導病害 (Inoculation)：

   • 步驟：將純培養的特定病原體接種到健康的、易感（susceptible）的植株上，並能夠在這些植株中誘導出與原來觀察到的病害相同的症狀。
   • 實踐：選擇與原患病植株同種、健康的植株，並確認其對該病原體是易感的。將純培養的病原體（如孢子懸浮液、細菌懸浮液）以適當的方式（如噴灑、刺傷、浸泡）接種到這些健康植株上，並在適當的環境條件下（溫度、濕度、光照）培養。

本題考查植物對病毒病的抗性機制，以及基於此機制的防治策略。

核心觀念：植物抗病毒機制（如基因沉默、抗性基因）及其應用。

詳解：
植物對抗病毒病的機制有多種，其中一種常見且重要的機制是基因沉默（Gene Silencing），特別是**RNA干擾（RNA interference, RNAi）**途徑。

抗性機制：RNA干擾（RNAi）

• 原理：當植物感染病毒時，病毒的 RNA 基因組（或其複製產生的雙鏈 RNA 中間體）會被植物細胞識別為外來入侵物。植物細胞內的 Dicer 酶會將這些雙鏈 RNA 切割成短的干擾 RNA（siRNA）。這些 siRNA 會被整合到 RNA 誘導的沉默複合體（RISC）中，並作為導向分子，尋找並結合與其序列互補的病毒 RNA。一旦結合，RISC 複合體中的 Argonaute 蛋白就會切割病毒 RNA，使其降解，從而抑制病毒的複製和擴散。這種機制可以阻止病毒在植物體內建立持久感染。
• 抵抗基因：許多植物抗病毒基因實際上是編碼參與 RNAi 途徑的蛋白質，例如 Argonaute 蛋白、Dicer 蛋白的變異體，或是能夠產生針對特定病毒序列的 siRNA 的基因。當這些基因處於功能活躍狀態時，植物就能更有效地啟動 RNAi 來抵抗病毒。

基於此機制的抗病毒防治策略：基因沉默技術（VIGS 或轉基因抗性）

• 策略名稱：利用基因沉默技術開發抗病毒作物。
• 具體應用方式：
  1. 病毒載體介導的基因沉默（Virus-Induced Gene Silencing, VIGS）：雖然 VIGS 是一種天然防禦機制，但它也可以被用作一種技術手段。科學家可以利用病毒載體（如Tobacco Rattle Virus, TRV）在植物體內產生針對特定病毒的 siRNA，從而誘導植物對該病毒產生暫時性的抵抗。這種方法更常用於實驗室研究，但其原理也啟發了其他應用。
  2. 基於 RNAi 的轉基因抗性（Transgenic Resistance based on RNAi）：這是目前更為廣泛應用於作物育種的策略。

本題考查植物病毒的檢測方法，要求說明兩種方法的原理、優缺點比較。

核心觀念：植物病毒檢測技術（如血清學檢測、核酸檢測）的原理與應用。

詳解：
植物病毒的檢測對於診斷、監測和控制病毒病害至關重要。以下介紹兩種主要的檢測方法：

1. 血清學檢測方法 (Serological Assays)

• 基本原理：
  血清學檢測是基於抗原（病毒顆粒或其組分）與抗體（特異性結合抗原的蛋白質）之間的高度專一性結合反應。

  • 抗體製備：首先，將純化的病毒顆粒或病毒的特定蛋白質（如衣殼蛋白）注射到動物（如兔子、山羊）體內，誘導動物產生針對該病毒的特異性抗體。
  • 檢測原理：將待檢測的植物樣品（通常是提取的植物汁液）與預先製備好的、針對特定病毒的特異性抗體混合。如果樣品中存在該病毒，抗體就會與病毒顆粒結合，產生可被檢測到的訊號。
  • 常用技術：
    • ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, 酵素連結免疫吸附試驗)：這是最常用的一種血清學檢測方法。它利用酵素標記的抗體，通過顏色變化來指示病毒是否存在。
    • DAS-ELISA (Double Antibody Sandwich ELISA)：將捕獲抗體（capture antibody）固定在微孔盤上，然後加入樣品，若有病毒則被捕獲。之後加入標記的檢測抗體（detection antibody），最後加入底物顯色。
    • 免疫擴散試驗 (Immunodiffusion)：如 Ouchterlony 試驗，通過抗原和抗體在瓊脂凝膠中的擴散和結合形成沉澱線來判斷。
    • Western Blot：先通過 SDS-PAGE 分離病毒蛋白質，然後轉移到膜上，再用特異性抗體進行檢測。

• 優缺點比較：

  • 靈敏度 (Sensitivity)：
    • 優點：DAS-ELISA 等方法靈敏度較高，可以檢測到較低濃度的病毒。
    • 缺點：對於某些病毒，特別是那些在植物體內含量很低的病毒，靈敏度可能不足。
  • 專一性 (Specificity)：
    • 優點：抗體與抗原的結合具有高度專一性，可以準確識別目標病毒。
    • 缺點：如果抗體製備不夠純，或病毒之間存在交叉反應，可能出現假陽性。
  • 實務應用上的優缺點：
    • 優點：操作相對簡單、快速，成本較低，適合大批量樣品篩查（如田間檢測、種苗檢疫）。可以檢測活病毒顆粒。
    • 缺點：需要製備可靠的特異性抗體；無法區分病毒的活性和非活性顆粒；對病毒基因組序列變異較大的病毒可能檢測不到；需要一定的病毒量才能檢測到。

2. 核酸檢測方法 (Nucleic Acid Detection Assays)

• 基本原理：
  核酸檢測方法是基於檢測病毒的遺傳物質（RNA 或 DNA）。這些方法通常依賴於核酸雜交或核酸擴增技術。

  • 核酸雜交 (Nucleic Acid Hybridization)：利用一段已知序列的核酸探針（probe），該探針能與病毒的基因組 RNA 或 DNA 序列特異性結合。通過標記探針（如放射性同位素、螢光染料、酵素），可以檢測到病毒核酸的存在。
  • 核酸擴增 (Nucleic Acid Amplification)：
    • RT-PCR (Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction, 反轉錄聚合酶鏈式反應)：用於檢測 RNA 病毒。首先通過反轉錄酶將病毒 RNA 合成 cDNA（互補 DNA），然後利用 PCR 技術對 cDNA 進行指數級擴增。擴增產物可通過凝膠電泳檢測。
    • PCR (Polymerase Chain Reaction, 聚合酶鏈式反應)：用於檢測 DNA 病毒。直接對植物樣品中的病毒 DNA 進行 PCR 擴增。
    • Real-time PCR (qPCR)：實時 PCR，可以在 PCR 過程中實時監測擴增產物的數量，並能定量檢測病毒核酸的含量。
    • LAMP (Loop-mediated Isothermal Amplification)：一種等溫核酸擴增技術，無需 PCR 儀器，可在特定溫度下快速擴增核酸。

• 優缺點比較：

  • 靈敏度 (Sensitivity)：
    • 優點：核酸檢測方法，尤其是 PCR 和 RT-PCR，具有極高的靈敏度，能夠檢測到非常低量的病毒核酸，甚至低於血清學方法可檢測到的水平。

本題考查植物細菌學，要求寫出番茄細菌性萎凋病的病原菌學名。

核心觀念：常見植物病害的細菌病原體。

詳解：
番茄細菌性萎凋病（Bacterial wilt of tomato）是一種嚴重的土壤傳播性病害，會導致植株快速萎凋並死亡。

本題考查植物細菌學，要求寫出番茄細菌斑點病的病原菌學名。

核心觀念：常見植物病害的細菌病原體。

詳解：
番茄細菌斑點病（Bacterial speck of tomato）是一種由細菌引起，主要危害番茄葉片、莖和果實的病害，其特徵是在受感染部位出現小的、略帶黃暈的病斑。

本題考查植物細菌學，要求寫出番茄細菌潰瘍病的病原菌學名。

核心觀念：常見植物病害的細菌病原體。

詳解：
番茄細菌潰瘍病（Bacterial canker of tomato）是一種由細菌引起，嚴重危害番茄的病害，可導致植株萎凋、葉片捲曲、莖部出現潰瘍和死亡。

本題考查植物細菌學，要求寫出水稻細菌性葉枯病的病原菌學名。

核心觀念：常見植物病害的細菌病原體。

詳解：
水稻細菌性葉枯病（Bacterial leaf blight of rice），也稱為細菌性褐條病，是水稻的一種主要細菌性病害，尤其在亞洲地區危害嚴重，會導致葉片出現長條狀的褐色或黃褐色病斑，最終造成葉片枯死。

本題考查植物細菌學，要求寫出水稻細菌性根腐病的病原菌學名。

核心觀念：常見植物病害的細菌病原體。

詳解：
水稻細菌性根腐病（Bacterial foot rot on rice）是一種影響水稻地下部分的病害，會導致根部和莖基部腐爛，影響植株生長和產量。

• 病原菌：引起水稻細菌性根腐病的病原菌有多種，但一種較為常見且重要的病原體是 Burkholderia glumae。

本題考查植物細菌學，要求寫出水稻細菌性穀粒腐爛病的病原菌學名。

核心觀念：常見植物病害的細菌病原體。

詳解：
水稻細菌性穀粒腐爛病（Bacterial grain rot in rice）是水稻穗部的一種重要病害，會導致穀粒變色、腐爛，影響產量和品質。

本題考查植物細菌學，要求寫出水稻細菌性葉條紋病的病原菌學名。

核心觀念：常見植物病害的細菌病原體。

詳解：
水稻細菌性葉條紋病（Bacterial leaf streak of rice）是水稻的一種重要病害，其症狀是在葉片上形成長條狀的、由維管束組織擴展而來的病斑，通常呈黃色或褐色。

本題考查植物細菌學，要求寫出十字花科作物細菌性黑腐病的病原菌學名。

核心觀念：常見植物病害的細菌病原體。

詳解：
十字花科作物細菌性黑腐病（Bacterial black rot of crucifers）是對甘藍、花椰菜、蘿蔔、油菜等十字花科作物危害極大的一種細菌性病害。其特徵是在葉片邊緣出現「V」字形黃色病斑，隨後壞疽變黑，並沿維管束擴展。

本題考查植物細菌學，要求寫出草莓細菌性角斑病的病原菌學名。

核心觀念：常見植物病害的細菌病原體。

詳解：
草莓細菌性角斑病（Bacterial angular leaf spot of strawberry）是危害草莓的一種重要細菌性病害，其特徵是在葉片上形成邊緣受葉脈限制的、多角形的褐色

本題考查植物細菌學，要求寫出蘋果火疫病的病原菌學名。

核心觀念：常見植物病害的細菌病原體。

詳解：
蘋果火疫病（Fire blight of apple）是蘋果、梨等薔薇科果樹的一種毀滅性細菌性病害。

本題考查芽胞桿菌屬（Bacillus spp.）作為微生物製劑的應用，要求列舉其產生的兩種抗生物質。

核心觀念：芽胞桿菌屬的抗菌物質及其應用。

詳解：
芽胞桿菌屬（Bacillus spp.）是一類常見的土壤細菌，其中許多種類具有產生多種抗生物質（antibiotics）和生物活性物質的能力，因此被廣泛應用於農業（作為生物農藥、促進生長劑）和醫學（作為抗生素藥物）。

以下列舉兩種由芽胞桿菌屬產生的抗生物質：

1. 蘇雲金芽孢桿菌素 (Bacitracin)：

   • 來源：主要由 Bacillus licheniformis 和 Bacillus subtilis 等菌株產生。
   • 作用：是一種多肽類抗生素，對革蘭氏陽性菌（Gram-positive bacteria）具有廣譜的抗菌活性，能干擾細菌細胞壁的合成。
   • 應用：常作為外用藥膏，用於治療皮膚感染（如傷口、燒燙傷的局部感染），常與新黴素（neomycin）和多粘菌素B（polymyxin B）組成複方抗生素藥膏。

2. 枯草菌素 (Subtilin)：

   • 來源：由 Bacillus subtilis 產生。
   • 作用：是一種環狀多肽類抗生素，對多種革蘭氏陽性菌和部分革蘭氏陰性菌有抑制作用。

本題考查植物線蟲學，要求說明兩種土壤線蟲分離方法，並包含其原理、流程、適用性及優缺點。

核心觀念：土壤線蟲的分離技術。

詳解：
從土壤中分離線蟲是研究土壤線蟲群落、進行病害診斷和寄生性線蟲鑑定的重要步驟。以下介紹兩種常用的分離方法：

方法一：Baermann 漏斗法 (Baermann Funnel Method)

• 分離原理：
  基於線蟲的趨水性（hydrotaxis）和對氧氣的需求。線蟲在水中或濕潤環境中會移動，而 Baermann 漏斗的設計利用重力、溫度梯度和水分梯度，誘導線蟲向下移動並聚集在收集瓶中。

• 操作流程重點：

  1. 取樣：在土壤樣品中，選擇具有代表性的區域採集土壤（通常是根際土壤）。
  2. 準備漏斗：將一個漏斗（如玻璃漏斗）的管口用紗布或濾紙包裹，固定住。
  3. 裝樣：將土壤樣品（約 50-100 克）放在包裹好的紗布/濾紙上，置於漏斗的寬口端。
  4. 加水：在漏斗的管口端，置放一個裝有溫水的燒杯或試管，使漏斗的紗布/濾紙邊緣浸入水中，但土壤本身不直接浸泡在水中。
  5. 孵育：將整個裝置置於 25-30°C 的恆溫環境中孵育 12-48 小時（時間長短取決於線蟲種類和實驗目的）。
  6. 收集：孵育後，收集漏斗管口處收集瓶中的水，其中含有向下移動聚集的線蟲。可通過離心或過濾進一步濃縮。

• 適用的線蟲類型或樣本：

  • 類型：特別適合分離活的、運動性強的線蟲，如根結線蟲（Meloidogyne spp.）、劍線蟲（Xiphinema spp.）、長針線蟲（Longidorus spp.）等。對各種自由生活的土壤線蟲也有效。
  • 樣本：土壤、植物根部（需先將根部切碎或搗爛）。

• 優點與限制：

  • 優點：
    • 操作簡單，設備要求不高，成本低廉。
    • 能夠獲得活的線蟲，便於後續觀察形態、進行生物測定或分子分析。
    • 適用於多種土壤線蟲的分離。
  • 限制：
    • 分離時間較長（12-48 小時）。
    • 對於寄生性線蟲，如果土壤樣本量大或線蟲密度低，可能需要多次重複或較大樣本量。
    • 無法分離已死亡或運動性差的線蟲。
    • 收集到的線蟲懸浮液中可能含有其他土壤微生物或細小的土壤顆粒。

方法二：篩分法 (Sieving Method) / 浮沉法 (Flotation Method)

• 分離原理：
  利用線蟲與土壤顆粒大小的差異，通過不同孔徑的篩網進行物理分離。對於某些線蟲，也可以利用其與特定介質（如蔗糖溶液）的密度差異進行浮沉分離。

• 操作流程重點：

  1. 取樣：採集土壤樣品。
  2. 篩網組合：準備一系列不同孔徑的篩網（例如，從大孔徑到小孔徑，如 250 µm, 100 µm, 50 µm）。
  3. 水洗篩分：將土壤樣品置於最大孔徑的篩網上，用流水沖洗，較大的土壤顆粒被截留，較小的土壤顆粒和線蟲則穿過篩網。
  4. 逐級篩分：將穿過大篩網的混合物轉移到下一個較小孔徑的篩網上，重複沖洗過程，直到所有土壤顆粒都被去除，而線蟲被截留在特定孔徑的篩網上。

本題考查植物線蟲學，要求從分子層級闡述植物寄生線蟲成功的寄生機制，包含其分泌物、對植物免疫訊號的影響及植物的反應。

核心觀念：植物寄生線蟲與植物互作的分子機制，特別是效應因子（effectors）的作用。

詳解：
植物寄生線蟲（plant-parasitic nematodes）的成功寄生是一個複雜的分子對話過程，涉及到線蟲分泌的分子與植物細胞的相互作用，以建立一個有利於線蟲生存、取食和繁殖的微環境。以下從分子層級描述關鍵步驟：

1. 入侵與穿透 (Invasion and Penetration)

• 線蟲分泌物：線蟲在入侵植物組織的過程中，會分泌一系列酵素，如纖維素酶（cellulases）、果膠酶（pectinases）、木質素酶（ligninases）等。
• 輸送方式：這些酵素主要通過線蟲的口針（stylet）從食道腺（esophageal glands）分泌到植物細胞壁和細胞間質中。
• 作用：分解細胞壁和細胞間質，為線蟲的移動和穿透創造物理通道。

2. 建立寄生結構與獲取營養 (Establishment of Feeding Structures and Nutrient Acquisition)

• 關鍵步驟：這是寄生成功的核心。大多數植物寄生線蟲（特別是根結線蟲、胞囊線蟲、সত্য線蟲）會在植物根部誘導形成特殊的營養細胞，以提供豐富的營養給線蟲。
  • 根結線蟲 (Root-knot nematodes)：誘導形成「巨細胞」（giant cells）。
  • 胞囊線蟲 (Cyst nematodes)：誘導形成「合胞體」（syncytia）。
• 線蟲分泌物（效應因子 Effectors）：線蟲（特別是通過口針）會向植物細胞注射一系列蛋白質，這些蛋白質被稱為「效應因子」（effectors）。這些效應因子是線蟲成功寄生的關鍵分子武器。
  • 輸送方式：主要通過線蟲的口針注入植物細胞或其周圍的細胞質中。
• 效應因子的作用與對植物免疫訊號的影響：
  • 免疫逃避 (Immune Evasion)：許多效應因子被設計來抑制或規避植物的先天免疫反應。植物細胞膜上的模式識別受體（Pattern Recognition Receptors, PRRs）識別病原體相關分子模式（PAMPs），啟動 PAMP 觸發的免疫（PTI）。線蟲分泌的效應因子，如某些蛋白質，可以干擾 PTI 信號通路，例如抑制 PTI 相關的 ROS（活性氧）產生，或抑制下游的基因表達。
  • 免疫欺騙 (Immune Deception)：某些效應因子可能模擬植物自身的信號分子，或干擾植物的信號傳導，從而「欺騙」植物的免疫系統，使其誤認為沒有病原體存在，或降低免疫反應的強度。
  • 誘導寄生結構形成：一些效應因子能夠直接或間接影響植物細胞的生長和分化，促進巨細胞或合胞體的形成。它們可能干擾植物的激素平衡（如細胞分裂素、生長素），或激活/抑制植物細胞週期調控基因。
  • 影響細胞壁：部分效應因子可能進一步影響細胞壁的重塑，以利於線蟲取食。

3. 植物端的辨識與防禦反應 (Plant Recognition and Defense Responses)

• 植物免疫系統：植物擁有複雜的免疫系統，包括：
  • 先天免疫 (Innate Immunity, PTI)：由 PRRs 識別 PAMPs 引發。

本題考查植物線蟲學，要求列舉真菌和細菌防治植物寄生線蟲的作用機制，並說明其原理與目標。

核心觀念：生物防治（Biological control）線蟲的微生物機制。

詳解：
生物防治是利用生物體（如真菌、細菌）來防治植物病蟲害的一種環保方法。真菌和細菌在防治植物寄生線蟲方面扮演著重要角色，它們的作用機制多樣。

一、真菌防治植物寄生線蟲的主要作用機制 (至少三項)

1. 線蟲捕食性真菌 (Nematophagous Fungi)

   • 作用原理：某些真菌能產生特殊的結構（如菌網、捕蟲環、粘性菌絲或孢子），主動捕捉、纏繞或附著在線蟲體上，然後分泌酵素分解線蟲的體壁，吸收線蟲的營養。
   • 主要抑制目標位點：二齡幼蟲、成蟲（能主動活動並被捕獲的階段）。

2. 線蟲寄生性真菌 (Nemic-parasitic Fungi)

   • 作用原理：這些真菌能感染線蟲，侵入其體內，在線蟲體腔內生長繁殖，消耗線蟲的營養，或釋放毒素，最終導致線蟲死亡。
   • 主要抑制目標位點：二齡幼蟲、成蟲（活動期線蟲）。某些真菌也可感染線蟲的卵。

3. 產生線蟲毒素或代謝物 (Production of Nematoxins or Metabolites)

   • 作用原理：某些真菌（如某些鐮刀菌 Fusarium、青黴菌 Penicillium、木黴菌 Trichoderma）能夠產生對線蟲有毒的代謝物，如有機酸、氰化物、蛋白質、多肽或揮發性物質。這些物質可以抑制線蟲的運動、攝食、繁殖，或直接殺死線蟲。
   • 主要抑制目標位點：二齡幼蟲、成蟲（攝食和運動受抑制），也可能影響線蟲卵的孵化或幼蟲的發育。

4. 誘導植物抗性 (Induction of Plant Resistance)

   • 作用原理：一些與植物共生的真菌（如內生真菌 endophytes）可以通過誘導植物產生系統性抗性（Systemic Acquired Resistance, SAR）或誘導性抗性（Induced Resistance, IR），提高植物對線蟲的抵抗力。
   • 主要抑制目標位點：線蟲的各個發育階段（通過提高植物整體抵抗力來影響）。

二、細菌防治植物寄生線蟲的主要作用機制 (至少三項)

1. 產生抗生物質 (Production of Antibiotics)
   • 作用原理：某些細菌（如芽胞桿菌 Bacillus、假單胞菌 Pseudomonas）能產生多種抗生物質，如抗生素、酶、毒素等。這些物質可以抑制線蟲的生長、攝食、產卵，或直接殺死線蟲。
   • 主要抑制目標位點：二齡幼蟲、成蟲（生長、攝食、繁殖受抑制），也可影響線蟲卵的孵化。