112 年 國立臺灣大學病理學研究所《普通生物學（A）》

本題考驗對生態學基本單位的理解。

• 物種 (species): 指的是能夠相互繁殖並產生可育後代的同一類生物。例如，所有的人類。
• 族群 (population): 指的是在特定時空下，生活在同一區域、屬於同一物種的生物群體。例如，你家後院的兩隻啄木鳥。
• 群落 (community): 指的是在特定區域內，所有相互作用的生物族群的集合。這包含了不同物種的生物。

本題考驗對原核細胞 (prokaryotic cell) 與真核細胞 (eukaryotic cell) 主要結構差異的了解。

原核細胞（如細菌）與真核細胞（如動物細胞、植物細胞）最主要的區別在於：

• 有無核膜包圍的細胞核 (nucleus)：原核細胞沒有真正的細胞核，其遺傳物質（DNA）位於細胞質中的核區 (nucleoid region)。
• 有無膜狀胞器 (membrane-bound organelles)：原核細胞缺乏膜狀的胞器，例如粒線體 (mitochondria)、溶酶體 (lysosomes)、內質網 (endoplasmic reticulum)、高基氏體 (Golgi apparatus) 等。真核細胞則擁有這些胞器。
• 細胞膜 (cell membrane)：所有細胞，無論原核或真核，都擁有細胞膜，負責物質進出細胞。

題目要求找出原核細胞的特徵。
A) 有細胞核是真核細胞的特徵。
B) 細胞膜是所有細胞（包括原核細胞）都具有的結構。
C) 粒線體是進行有氧呼吸的主要胞器，是真核細胞的特徵。
D) 溶酶體是真核細胞中負責分解廢棄物和外來物質的胞器。

因此，原核細胞的主要特徵之一是「沒有細胞核」，但選項 B「有細胞膜」也是所有細胞共有的特徵。題目問「looking for a cell that...」，暗示我們在觀察一個細胞時，哪些結構是我們可以辨識的（或缺失的）來判斷它是原核細胞。

本題考驗對演化 (evolution) 基本概念的理解。

• 演化的單位: 演化是發生在「族群」層級的，而不是發生在「個體」身上。個體在其一生中不會演化，但族群的基因頻率會隨著時間改變。因此，A 錯誤。
• 演化的驅動力: 演化並非生物「有意」或「主動」為了滿足需求而演化。演化是透過自然選擇、基因漂變、突變和基因流動等機制，在現有變異的基礎上發生的。

核心觀念

本題考查「細胞大小與表面積／體積比」的關係。

細胞必須透過細胞膜與外界交換氧氣、養分與代謝廢物。細胞膜的表面積決定物質交換能力，而細胞體積大致代表細胞需要維持的代謝量。因此，細胞大小受到表面積／體積比的限制。

以球形細胞為例：

所以：

半徑 $r$ 越小，表面積／體積比越大，細胞便能以相對較大的細胞膜面積，供應細胞內較少的體積，提升氧氣與養分的取得效率。

解題方法

判斷細胞大小的主要優勢時，應比較：

1. 細胞膜的表面積：影響物質進出。
2. 細胞內部的體積：代表需要被供應的細胞內容物。
3. 表面積／體積比：決定單位體積可分配到多少交換面積。

當細胞變大時，表面積以 $r^2$ 增加，但體積以 $r^3$ 增加，因此體積增加得比表面積快，導致表面積／體積比下降。小細胞則具有較高的表面積／體積比，較能迅速吸收足夠的氧氣與養分，滿足代謝需求。

因此正確答案為 C。

選項分析

A) It takes less energy to make an organism out of small cells.

錯誤。

由小細胞組成生物體，不代表製造該生物體所需的總能量一定較少。若生物體的總體積與細胞總數相同，製造細胞膜、細胞器與其他細胞成分的總量未必因細胞較小而降低。

小細胞的主要優勢是物質交換效率較高，而不是製造生物體所需能量較少。

核心觀念

本題考查五界分類中植物界（kingdom Plantae）的基本特徵：

• 主要由多細胞真核生物組成。
• 細胞具有細胞核。
• 多數具有葉綠體，可進行光合作用，自行製造有機養分。
• 細胞壁主要由纖維素構成。
• 不以分解死亡生物的方式取得主要養分。

在傳統普通生物學分類中，「能進行光合作用」是植物界的重要代表性特徵。

解題方法

判斷各選項是否符合植物界的基本分類特徵：

1. 是否能進行光合作用？
2. 是否以分解死亡生物取得養分？
3. 是否具有細胞核？
4. 是單細胞還是多細胞？

植物屬於真核生物，因此具有細胞核；典型植物為多細胞，且主要以光合作用製造有機物。依此逐項判斷即可。

選項分析

A) are photosynthetic

正確。傳統分類中，植物的代表性特徵是具有葉綠體，能利用光能進行光合作用，將二氧化碳與水轉換成有機物，並釋放氧氣：

部分植物為寄生植物或缺乏葉綠素，光合作用能力降低，甚至無法自行進行完整光合作用；但在本題採用的傳統植物界概念中，A 是最符合植物界基本特徵的選項。

B) obtain food by decomposing the dead organisms

本題考驗對性聯遺傳 (sex-linked inheritance)，特別是紅綠色盲這種 X 染色體隱性遺傳的理解，以及 Punnett square 的應用。

紅綠色盲的基因位於 X 染色體上，是隱性遺傳。

• 設正常視力基因是 $X^B$，色盲基因是 $X^b$。
• 女性的性染色體是 XX，男性的性染色體是 XY。

題目給定的親代是：

• 女性 (母親)：雜合子 (heterozygous)，表示她有一個正常基因 $X^B$ 和一個色盲基因 $X^b$。基因型為 $X^B X^b$。
• 男性 (父親)：正常視力。由於男性只有一個 X 染色體，所以他的基因型是 $X^B Y$。

現在我們用 Punnett square 來預測子女的基因型和表現型：

核心觀念

本題考查基因表現的調控層級。真核細胞可在不同階段調節基因表現：

1. 轉錄層級（transcriptional regulation）：控制 DNA 是否被轉錄成 RNA，例如轉錄因子與抑制蛋白作用於啟動子或增強子。
2. 轉錄後層級（post-transcriptional regulation）：控制 RNA 產生後的加工、穩定性與功能，例如 alternative RNA splicing、RNA 降解及 miRNA-mediated gene silencing。
3. 轉譯層級（translational regulation）：控制 mRNA 是否被核糖體轉譯成蛋白質。
4. 轉譯後層級（post-translational regulation）：控制蛋白質的修飾、定位、活性與降解。

解題方法

判斷每個選項的作用位置：

• 若作用於 RNA 生成後，屬於轉錄後調控。
• 若作用於 DNA 的轉錄啟動，屬於轉錄調控。
• 若作用於蛋白質生成後的穩定性，屬於轉譯後調控。

本題若依單選題的標準分類，最明確不屬於轉錄後調控的是 D，因為 repressors 通常指抑制轉錄的調控蛋白。

選項分析

A) alternative RNA splicing

正確。alternative RNA splicing 是前體 mRNA 完成轉錄後，選擇不同方式移除 introns、連接 exons，使同一個基因產生不同 mRNA 與蛋白質。

因此它直接發生在 RNA 加工階段，屬於典型的轉錄後調控。

B) protein degradation

此選項涉及分類上的陷阱。蛋白質降解發生在蛋白質已經由 mRNA 轉譯完成之後，常由 ubiquitin–proteasome system 或 lysosome-mediated degradation 負責，因此嚴格分類應屬於轉譯後調控，不是

本題考驗對細胞器功能及其與特定細胞活動相關性的理解。

血漿細胞 (plasma cell) 是免疫系統中負責分泌大量抗體 (antibody) 的細胞。抗體是蛋白質，其合成、修飾和分泌過程需要特定的細胞器協同作用。

• 分泌性蛋白質的合成與運輸:
  • 核糖體 (ribosomes): 負責蛋白質的合成。對於分泌性蛋白質，核糖體附著在內質網上。
  • 粗糙內質網 (rough endoplasmic reticulum, RER): 負責合成、摺疊、修飾（如醣基化）和初步運輸分泌性蛋白質。由於血漿細胞需要大量分泌蛋白質，其粗糙內質網會非常發達。
  • 高基氏體 (Golgi apparatus): 負責進一步修飾、分類和包裝蛋白質，並將其運送到細胞外。

核心觀念

本題考查細胞骨架的種類與功能。真核細胞主要有三類細胞骨架：

• 微管（microtubules）：由 α-tubulin 與 β-tubulin 組成，參與細胞內物質運輸、染色體分離，以及纖毛與鞭毛的構造。
• 微絲（microfilaments）：主要由肌動蛋白（actin）組成，參與變形蟲式運動與肌肉收縮。
• 中間絲（intermediate filaments）：主要提供機械支撐與抗張力。

精子尾部是鞭毛，其核心為微管構成的軸絲（axoneme），典型排列為：

也就是外圍九組微管雙聯體，中央兩條微管。軸絲上的動力蛋白 dynein 利用 ATP 造成微管相對滑動，經由鞭毛結構轉換成彎曲運動，使精子前進。

解題方法

題幹指出藥物會干擾微管形成，因此應判斷各選項的主要運動或功能是否直接依賴微管。

判斷原則如下：

• 變形蟲式運動：主要依賴 actin 微絲。
• 溶酶體功能：主要依賴水解酶與膜性胞器，不以微管本身作為核心功能。
• 肌肉收縮：主要依賴 actin 與 myosin 的交互作用。
• 精子運動：依賴由微管構成的鞭毛軸絲。

因此，微管形成受阻時，最直接且完整受到破壞的是精子鞭毛的運動。

選項分析

A) the amoeboid movement of a cell.

核心觀念

本題考的是基因互動中的「上位作用」（epistasis）。

上位作用是指：位於一個基因座的基因，會遮蔽或抑制另一個基因座的基因表現。因此，某一基因座的基因型會決定另一基因座是否能表現其表型。

典型例子是哺乳類毛色：

• $E\_$：允許色素沉積，毛色可由另一基因座決定。
• $ee$：無法形成或沉積色素，因此不論另一基因座是何種基因型，都不會顯現毛色。

這種「隱性純合基因型遮蔽另一基因座」的情形稱為隱性上位作用（recessive epistasis），常見表型比例為：

其中最後的 $4$ 代表具有 $ee$ 基因型的個體。

解題方法

判斷上位作用的關鍵，是尋找題目中是否出現：

某一基因的基因型會使另一基因的作用完全無法表現。

逐一檢視選項：

1. 是否為一個基因座遮蔽另一個基因座？
2. 還是僅表示多基因共同影響性狀？
3. 或是不同基因突變都能造成相同表型？

符合第一種情形者，即為上位作用。

選項分析

A) Albino corn snake result from animals having recessive genotypes for each of two genes.

玉米蛇呈現白化，必須在兩個基因座都具有隱性純合基因型，屬於互補基因作用（complementary gene interaction），常以 $9:7$ 比例表示。

這種情形強調的是兩個基因都必須各提供正常功能，代謝途徑才能完成；缺少任一基因的功能都可能造成白化。它屬於廣義的基因互動，但不是本題所要辨認的典型「一個基因座遮蔽另一個基因座」的隱性上位作用。

因此 A 不是本題的最佳答案。

本題考驗對基因頻率與基因型頻率關係的理解，特別是哈迪-溫伯格平衡 (Hardy-Weinberg equilibrium) 下的等位基因頻率與純合子/雜合子頻率的關係。

在一個基因座 (locus) 上，假設有兩個等位基因 A 和 a，其頻率分別為 p 和 q，且 $p + q = 1$。
根據哈迪-溫伯格定律，在平衡狀態下，該基因座的基因型頻率為：

• 純合子 AA 的頻率是 $p^2$
• 純合子 aa 的頻率是 $q^2$
• 雜合子 Aa 的頻率是 $2pq$

題目中提到「on average, 48% of the loci in a species' gene pool are heterozygous」。這意味著，在所有被考慮的基因座上，平均而言，雜合子的比例是 0.48。

我們需要計算「average homozygosity」。一個基因座上的個體，如果不是雜合子，那就是純合子。
因此，對於任何一個基因座：
頻率 (雜合子) + 頻率 (純合子) = 1

題目給的是「平均」雜合子頻率是 48% (0.48)。
這表示：
平均頻率 (雜合子) = 0.48

那麼，平均純合子頻率 (average homozygosity) 就是：
平均頻率 (純合子) = 1 - 平均頻率 (雜合子)
平均頻率 (純合子) = 1 - 0.48
平均頻率 (純合子) = 0.52

將小數轉換為百分比，即 52%。

本題考驗對植物根部水分吸收和運輸的理解，特別是內皮層 (endodermis) 的凱氏帶 (Casparian strip) 的作用。

植物根部吸收水分的途徑有兩種：

1. 共質體途徑 (Symplastic pathway): 水分透過細胞質，經由質體之間的胞間連絲 (plasmodesmata) 在細胞之間穿梭。
2. 質外體途徑 (Apoplastic pathway): 水分透過細胞壁和細胞間隙（非生命的通道）進行運輸，不進入細胞質。

凱氏帶 (Casparian strip) 位於內皮層細胞的細胞壁上，是一個蠟質的屏障，由木質素 (lignin) 和栓質 (suberin) 組成。它環繞著內皮層細胞的徑向壁和橫向壁，但不延伸到細胞的前端壁。

• 凱氏帶的作用:
  • 當水分和溶解在其中的礦物質離子通過質外體途徑運輸到內皮層時，凱氏帶會阻止它們繼續向中柱 (stele) 擴散。
  • 這迫使所有通過質外體途徑的水分和礦物質必須進入內皮層細胞的細胞質（透過質膜），然後再通過共質體途徑運輸。
  • 這個過程允許植物選擇性地吸收礦物質離子，因為離子必須通過細胞膜上的運輸蛋白才能進入細胞。

核心觀念

反轉錄病毒（retrovirus）的遺傳物質是單股 RNA。其病毒顆粒內含有反轉錄酶（reverse transcriptase），主要功能是：

以病毒 RNA 作為模板，合成互補的 DNA。

因此，反轉錄酶屬於 RNA-dependent DNA polymerase，也就是「RNA 依賴性 DNA 聚合酶」。

其基本流程為：

接著反轉錄酶相關活性會移除 RNA 模板，並合成第二股 DNA，形成雙股 DNA。此病毒 DNA 可整合進宿主細胞染色體，稱為前病毒（provirus）。

解題方法

判斷關鍵在於確認兩件事：

1. 模板來源：是病毒 RNA，還是宿主細胞 RNA？
2. 合成產物：是 RNA、DNA，還是蛋白質？

反轉錄酶的名稱可直接拆解為「反向轉錄」：一般中心法則為

反轉錄病毒則先進行：

所以正確敘述必須同時符合「以病毒 RNA 為模板」與「合成 DNA」兩項條件，答案為 B。

選項分析

A) It uses viral RNA as a template for making complementary RNA strands.

本題考驗對植物光合作用 (photosynthesis) 和細胞呼吸 (cellular respiration) 在不同光照條件下的發生情況的理解。

• 光合作用 (Photosynthesis):

  • 光合作用是一個需要光能的過程，用於將二氧化碳和水轉化為葡萄糖和氧氣。
  • 光合作用包括光反應 (light-dependent reactions) 和碳反應 (light-independent reactions，也稱為 Calvin cycle)。
  • 光反應必須在有光照的條件下才能進行，因為它需要光能來驅動。
  • 碳反應雖然不需要直接的光能，但它依賴於光反應產生的 ATP 和 NADPH，因此也間接依賴於光照。
  • 所以，光合作用只能在有光照的條件下進行。

• 細胞呼吸 (Cellular Respiration):

  • 細胞呼吸是一個將葡萄糖等有機物分解，釋放能量（ATP）的過程。

本題考驗對 C3 和 C4 植物在不同二氧化碳濃度下的反應差異的理解。

• C3 植物:

  • 光合作用的起始酶是 RuBisCO (核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶)。
  • RuBisCO 在高二氧化碳濃度下主要表現出羧化 (carboxylation) 活性，將 CO2 與 RuBP 結合，進行光合作用。
  • 然而，在低二氧化碳或高溫時，RuBisCO 的加氧酶 (oxygenase) 活性會增加，與氧氣結合，進行光呼吸 (photorespiration)。光呼吸會消耗能量和碳，降低光合作用效率。
  • 因此，C3 植物的光合作用速率對 CO2 濃度比較敏感。當 CO2 濃度升高時，RuBisCO 的羧化活性會增強，而加氧酶活性相對減弱，光呼吸減少，光合作用速率會顯著提高。

• C4 植物:

  • C4 植物具有特殊的解剖結構（花冠維管束周鞘細胞）和生化途徑。
  • 它們首先在葉肉細胞中，利用 PEP 羧化酶 (PEP carboxylase) 將 CO2 固定到磷酸烯醇丙酮酸 (PEP) 上，形成 C4 酸。
  • C4 酸隨後轉運到周鞘細胞，在那裡釋放 CO2。
  • 釋放出的 CO2 在周鞘細胞中被 RuBisCO 固定，進入 Calvin cycle。
  • 這個 C4 途徑有效地將 CO2 濃縮在周鞘細胞中，使得 RuBisCO 始終處於高 CO2 環境下，從而最大化羧化活性，並最小化光呼吸。

核心觀念

Aquaporins（水通道蛋白）是嵌入細胞膜中的膜蛋白，形成選擇性水通道，使水分子能快速通過磷脂雙層。

水通過 aquaporins 的方式屬於被動運輸，不需要 ATP。水會沿著水的化學勢梯度移動；在基礎生物學題目中，通常簡化為由水濃度較高處移向水濃度較低處，也就是沿水的濃度梯度移動。此現象屬於滲透作用的一種表現。

解題方法

判斷本題可抓住兩個關鍵：

1. Aquaporins 是「水通道」，功能是增加細胞膜對水的通透性。
2. 水通過通道時不消耗能量，因此是被動運輸，不可能主動把水逆梯度運送。

因此，只有描述水沿濃度梯度通過細胞膜的選項正確。

選項分析

A) allow water to cross the plasma membrane along its concentration gradient

正確。Aquaporins 使水能沿著水的濃度梯度通過細胞膜，屬於由高水濃度處移向低水濃度處的被動運輸。

B) allow water to cross the plasma membrane against its concentration gradient

核心觀念

本題考查被子植物的世代交替，以及「配子體」與「孢子體」的判定。

• 孢子體（sporophyte）：二倍體植物體，經減數分裂產生孢子。
• 配子體（gametophyte）：單倍體世代，由孢子發育而成，負責產生配子。
• 雄配子體（male gametophyte）：由小孢子（microspore）發育而成，即花粉粒（pollen grain）。
• 雌配子體（female gametophyte）：被子植物中的胚囊（embryo sac）。

花藥內的花粉母細胞經減數分裂形成單倍體小孢子，小孢子再發育成花粉粒。因此，花粉粒才是雄配子體。

解題方法

判斷植物構造屬於配子體或孢子體，關鍵在於其染色體倍數與發育來源：

花粉粒內通常包含：

• 管細胞（tube cell）：形成花粉管。
• 生殖細胞（generative cell）：經有絲分裂形成兩個精細胞。

核心觀念

被子植物的「雙重受精」是指花粉管釋放兩個精細胞後，分別進行兩次受精：

1. 一個精細胞與胚囊中的卵細胞融合，形成二倍體合子，日後發育成胚。
2. 另一個精細胞與中央細胞中的兩個極核融合，形成三倍體的初生胚乳核，日後發育成胚乳。

染色體數目可表示為：

因此，被子植物的雙重受精同時產生胚與胚乳，是其重要的生殖特徵。

解題方法

判斷關鍵在於掌握雙重受精的兩個融合對象：

• 第一個精細胞：與卵細胞融合。
• 第二個精細胞：與兩個極核所在的中央細胞融合。

題目選項中，只有 B 正確描述了這兩個事件。

選項分析

A) Flowers must be pollinated twice to yield both fruits and seeds.

錯誤。雙重受精不是指花朵必須接受兩次授粉，而是指同一次授粉後，花粉管中的兩個精細胞分別完成兩次受精。

授粉是花粉粒到達柱頭的過程；受精則是精細胞與雌配子或中央細胞融合的過程。果實主要由子房發育而來，種子則由胚珠發育而來，兩者形成不需要兩次授粉。

B) One sperm fertilizes the egg, and a second sperm fertilizes both polar nuclei.

核心觀念

本題考查植物遭遇乾旱時，植物激素脫落酸（abscisic acid, ABA）所引發的氣孔關閉反應。

乾旱時，葉片水分不足，ABA 濃度上升。ABA 作用於保衛細胞，使離子通道開啟，尤其促進鉀離子 $K^+$ 外流。保衛細胞失去溶質後，水分因滲透作用外流，膨壓降低，氣孔因而關閉，最後使蒸散作用減少。

整體因果關係為：

因此正確順序是：

解題方法

依照「訊號 → 細胞反應 → 器官反應 → 生理結果」的順序判斷：

1. ABA accumulates in the leaves
   乾旱是刺激，葉片先累積 ABA，作為化學訊號。

2. Guard cell potassium channels open
   ABA 促使保衛細胞的離子通道活動改變，鉀離子通道開啟，使 $K^+$ 外流。伴隨陰離子外流，保衛細胞內溶質濃度降低。

3. Stomata close
   溶質流失使水分外流，保衛細胞膨壓降低，氣孔關閉。

4. Transpiration decreases
   氣孔是葉片水蒸氣散失的主要調節構造；氣孔關閉後，蒸散作用減少。

所以順序為：

選項分析

核心觀念

本題考查光合作用光反應中，反應中心葉綠素吸收光能後的直接結果。

當反應中心複合體中的葉綠素分子吸收光子後，電子會由基態提升至較高能階，形成高能電子。此高能電子接著被初級電子受體接收，啟動光合作用的電子傳遞鏈。

可用下列流程表示：

在光系統 II 中，反應中心葉綠素為 P680；在光系統 I 中，反應中心葉綠素為 P700。兩者吸收光能後，最直接發生的事件都是電子激發。

解題方法

題幹的關鍵字是「most immediately associated」，也就是尋找「葉綠素吸收能量後最立即發生的事件」。

光能本身不會直接轉變成 ATP 或 NADPH，而是先使反應中心葉綠素的電子進入激發態。電子被初級電子受體接收後，才會引發後續的電子傳遞、質子梯度建立、ATP 合成與 NADP⁺ 還原。

因此，最直接的事件是「電子被激發」。

選項分析

A) ATP is synthesized from the energy absorbed.

錯誤。葉綠素吸收的光能不會直接用來合成 ATP。光反應中，電子傳遞鏈釋放的能量會將氫離子泵入類囊體腔，形成跨膜質子梯度；氫離子經由 ATP synthase 回流時，才驅動 ADP 與無機磷酸合成 ATP。

因此，ATP 合成是吸收光能後的下游結果，不是最立即事件。

核心觀念

本題考查「遺傳密碼的普遍性」及其對基因表現的意義。

遺傳密碼是指 mRNA 上的三個鹼基組成一個密碼子（codon），每個密碼子指定一種胺基酸或終止訊號。幾乎所有生物使用相同的密碼子—胺基酸對應關係，例如：

• AUG：甲硫胺酸，亦為起始密碼子
• UUU、UUC：苯丙胺酸
• UAA、UAG、UGA：終止密碼子

因此，不同生物的 mRNA 若含有相同密碼子，通常會被翻譯成相同的胺基酸。這種高度保守性表示不同生物的翻譯系統具有共同的演化起源，也使跨物種基因表現成為可能。

解題方法

題幹指出：「遺傳密碼對所有生物基本上相同。」應直接思考這項性質帶來的功能結果：

1. 基因轉錄後形成 mRNA。
2. mRNA 上的密碼子被核糖體讀取。
3. tRNA 依據反密碼子配對，攜帶相應胺基酸。
4. 若不同生物使用相同的密碼子對應表，某生物的基因轉錄產物便有機會被另一生物的核糖體翻譯。

所以，最合理的推論是：一個生物的基因，在理論上可由另一種生物表現。

必須注意，「理論上可以表現」不代表一定能正常表現。實際表現仍需要適當的啟動子、轉錄因子、剪接機制、mRNA 穩定性及蛋白質折疊環境等條件；但就遺傳密碼本身而言，跨物種翻譯是可行的。

選項分析

A) A gene from an organism can theoretically be expressed by any other organism.

正確。

由於遺傳密碼在不同生物間基本相同，某生物基因所轉錄出的 mRNA，其密碼子可被另一生物的核糖體按照相同規則翻譯。因此，外源基因在其他生物中理論上可以被表現。

例如，人類胰島素基因可置入細菌，使細菌製造人類胰島素。這正是遺傳密碼普遍性在基因工程上的重要應用。

「any other organism」在本題中應理解為就翻譯密碼而言的理論可能性，並非表示所有基因在任何物種內都必然能成功表現。

本題考驗對 DNA 半保留複製 (semiconservative replication) 和密度梯度離心 (density gradient centrifugation) 的理解。

實驗設計：

1. 第一代: 大腸桿菌 (E. coli) 在含有重氮 (heavy nitrogen, $^{15}$N) 的培養基中生長。由於 DNA 的鹼基對中含有氮，細胞會將 $^{15}$N 整合到其 DNA 中。因此，第一代大腸桿菌的 DNA 密度會很高。
2. 轉移: 將這些在 $^{15}$N 培養基中生長的細胞轉移到含有輕氮 ($^{14}$N) 的培養基中。
3. 兩代生長: 在 $^{14}$N 培養基中讓細胞生長兩代。這意味著 DNA 進行了兩次複製。

DNA 複製是半保留複製的，意味著每次複製後，新生成的 DNA 分子由一個親代鏈（模板鏈）和一個新合成的子鏈組成。

讓我們追蹤 DNA 的密度變化：

• 初始狀態 (第一代，母細胞): DNA 全部由 $^{15}$N 構成，密度非常高 (Heavy, H)。

• 第一次複製 (在 $^{14}$N 培養基中):

  • 親代 DNA 鏈 (全部含 $^{15}$N) 作為模板。
  • 新合成的子鏈將使用培養基中的 $^{14}$N。
  • 結果：生成兩個 DNA 分子，每個分子都包含一條 $^{15}$N 鏈和一條 $^{14}$N 鏈。這種 DNA 被稱為「中間密度」DNA (Intermediate density, I)。
  • 此時，所有 DNA 都是中間密度。

• 第二次複製 (在 $^{14}$N 培養基中):

  • 來自第一次複製的兩個中間密度 DNA 分子 (I) 作為模板。
  • 每個 DNA 分子有兩條鏈，其中一條是 $^{15}$N，另一條是 $^{14}$N。

核心觀念

本題考查 DNA 複製起始階段的先後順序。DNA 複製必須依序完成：

1. 複製起點被辨識，相關酵素定位。
2. DNA 雙股分離，形成複製叉。
3. 單股 DNA 被穩定固定。
4. 合成 RNA 引子。
5. DNA 聚合酶接續合成新的 DNA 鏈。

重要定義如下：

• 複製起點（origin of replication）：DNA 複製開始的位置。
• 氫鍵斷裂：破壞兩條反向平行 DNA 鏈之間的鹼基配對，使雙股 DNA 解開。
• 單股 DNA 結合蛋白（single-stranded binding proteins, SSB）：結合裸露的單股 DNA，避免其重新互補配對或形成二級結構。
• Primase：以 DNA 模板為依據合成短 RNA 引子。
• RNA primer：提供可供 DNA polymerase 延伸的自由 $3'$-OH 端。
• DNA polymerase：不能從零開始合成 DNA，必須接在已有的 RNA 引子末端延伸。

解題方法

依照 DNA 複製的必要條件判斷：

首先，Primase 必須先定位於複製起點，因此第 3 步先發生。接著，DNA 雙股之間的氫鍵被破壞，兩條模板鏈分開，為第 2 步。

DNA 解開後，裸露的單股 DNA 需要由 SSB 結合並穩定，因此第 1 步接著發生。模板穩定後，Primase 才能依模板合成 RNA primer，即第 5 步。

最後，DNA polymerase 結合模板與 RNA primer，從引子的 $3'$ 端開始延伸新 DNA 鏈，因此第 4 步最後發生。

所以正確順序為：

選項分析

本題考驗對基因轉殖 (gene cloning) 和基因表現 (gene expression) 的理解，特別是真核基因要在細菌中表現的條件。

當我們將一個真核生物的基因（例如，包含編碼區 exons 的基因）轉入細菌（原核生物）並希望它能在細菌中表現時，我們需要考慮細菌細胞的分子機制如何識別和處理這個外源基因。

基因表現的關鍵步驟包括轉錄 (transcription) 和轉譯 (translation)。

1. 轉錄:
   • 真核生物的基因表現需要轉錄因子和 RNA 聚合酶來啟動和進行轉錄。真核生物的 RNA 聚合酶和啟動子 (promoter) 與細菌的有所不同。
   • 細菌的 RNA 聚合酶識別細菌的啟動子序列來啟動轉錄。
   • 如果我們將一個真核基因直接轉入細菌，細菌的 RNA 聚合酶無法識別真核基因的啟動子。
   • 因此，為了讓細菌能夠轉錄這個真核基因，我們必須在該基因的編碼序列 (coding exons) 前面加上一個細菌可以識別的「細菌啟動子序列 (bacterial promoter sequence)」。這樣，細菌的 RNA 聚合酶才能結合到啟動子上，並開始轉錄該基因。
   • 真核基因中的內含子 (introns) 在細菌中通常無法被準確剪接 (splicing)，所以通常需要使用已經去除內含子的 cDNA（包含編碼區 exons）來進行轉殖，或者使用能夠進行剪接的表達載體（較少見於直接轉入細菌）。

核心觀念

本題考「有性生殖與無性生殖的適應情境」。

• 無性生殖：不需配子融合，通常由單一親代產生遺傳上高度相似的子代。繁殖速度快、能量成本低，適合環境穩定且資源充足時快速增加族群數量。
• 有性生殖：經由減數分裂產生配子，再透過受精結合不同親代的遺傳物質。雖然繁殖成本較高、速度較慢，但能增加子代的遺傳變異。
• 當環境變得不利或快速變動時，遺傳變異有助於部分子代適應新環境，提高族群延續機會。因此，兼具兩種繁殖方式的生物，常在不利環境下提高有性生殖比例。

解題方法

判斷各選項是否有利於有性生殖，關鍵在於比較兩種繁殖方式的主要優勢：

1. 環境穩定、食物充足：快速增加數量較重要，無性生殖較有利。
2. 環境惡化或生存條件不佳：需要增加遺傳多樣性，以提高適應機會，有性生殖較有利。
3. 交配是否為第一次：不是決定繁殖方式的生態條件。
4. 尋找配偶困難：有性生殖的交配成本上升，反而會降低其發生機率。

題目問「何種條件下有性生殖比無性生殖更可能發生」，所以應選擇能凸顯有性生殖「製造遺傳變異」優勢的情境。

選項分析

A) when food is abundant

食物充足時，個體能量供應充分，適合快速繁殖與擴大族群。無性生殖不需尋找配偶，也不需進行配子融合，繁殖速度快、成本低，因此更具優勢。

此選項有利於無性生殖，錯誤。

B) when conditions for survival are unfavorable

核心觀念

下視丘（hypothalamus）位於間腦，是維持體內恆定的重要中樞，主要調節：

• 飲食與食慾
• 體溫
• 渴覺與水分平衡
• 自律神經活動
• 內分泌功能
• 睡眠—清醒與晝夜節律
• 生殖與情緒相關反應

其中，食慾調節是下視丘的重要功能。下視丘會整合血糖、脂肪儲存，以及 leptin、ghrelin 等荷爾蒙訊號，調節飢餓與飽足感。

解題方法

題幹問「下視丘受傷最可能造成哪一項功能障礙」，判斷重點是將各選項對應到主要負責的腦區。

下視丘具有食慾調節功能：

• 外側下視丘區與進食、飢餓感相關。
• 腹內側核常與飽足感調節相關。
• 弓狀核可接收脂肪組織與腸胃道傳來的代謝訊號。

因此，下視丘受傷最直接、最典型的影響是食慾調節失常。

選項分析

A) regulation of food appetite：正確

食慾與進食行為是下視丘的重要功能。下視丘會整合代謝與荷爾蒙訊號，控制飢餓感、飽足感及進食量。受傷後可能出現食慾降低、過度進食或體重異常等現象。

B) speech：錯誤

本題考驗對消化系統激素及其功能的理解，特別是脂肪進入十二指腸 (duodenum) 後的反應。

當食物（特別是脂肪和蛋白質）進入十二指腸時，會刺激十二指腸壁上的內分泌細胞釋放多種消化激素，這些激素會調節消化活動。

• 膽囊收縮素 (Cholecystokinin, CCK):

  • 由十二指腸和空腸 (jejunum) 的 S 細胞釋放。
  • 主要作用是：
    • 刺激膽囊收縮，釋放膽汁，幫助乳化脂肪。
    • 刺激胰腺釋放消化酶（脂肪酶、澱粉酶、蛋白酶等），幫助消化脂肪、碳水化合物和蛋白質。
    • 減緩胃排空，使脂肪在小腸有足夠的時間被消化吸收。
  • CCK 的釋放強烈受到脂肪和蛋白質的存在刺激。

• 促胰泌素 (Secretin):

  • 由十二指腸的 S 細胞釋放。
  • 主要作用是：

內溫動物 (Endotherm)：
內溫動物是指能夠透過自身新陳代謝產生足夠的熱量，以維持相對恆定的體溫的動物。這類動物也被稱為「溫血動物 (warm-blooded animals)」。

微小 RNA (microRNAs, miRNAs)：
微小 RNA (miRNA) 是一類長度約 21-23 個核苷酸的非編碼 RNA 分子。它們在許多真核生物中廣泛存在，並在基因表現的轉錄後調控 (post-transcriptional regulation) 中扮演重要角色。

抗原呈遞細胞 (Antigen-Presenting Cells, APCs)：
抗原呈遞細胞 (APC) 是一類免疫細胞，它們能夠捕捉、處理並將抗原（通常是來自病原體或其他外來物質的片段）呈遞給 T 細胞。 APCs 的主要功能是啟動適應性免疫反應。

菌根 (Mycorrhiza)：
菌根是指真菌與植物根系之間形成的一種共生關係。這種共生關係對雙方都有益。真菌菌絲能夠擴展到土壤中，幫助植物吸收水分和礦物質養分（特別是磷和氮）。

呼吸調控對動脈血氣體濃度的敏感性：

呼吸調控對動脈血二氧化碳分壓 ($PCO_2$) 的變化比對動脈血氧分壓 ($PO_2$) 的變化更為敏感。

解釋:

1. 化學感受器 (Chemoreceptors): 呼吸中樞的調節主要依賴於兩種化學感受器：
   • 周圍化學感受器 (Peripheral chemoreceptors): 主要位於主動脈弓 (aortic arch) 和頸動脈體 (carotid bodies) 中，對 $PCO_2$ 和 $H^+$ 濃度變化非常敏感，對 $PO_2$ 的變化也有反應，但需要較大的 $PO_2$ 下降（低於約 60 mmHg）才會顯著激活。
   • 中樞化學感受器 (Central chemoreceptors): 位於腦幹延髓 (medulla oblongata) 的腹側表面，對腦脊髓液 (CSF) 中的 $H^+$ 濃度變化非常敏感。

B 細胞的單株選擇 (Clonal Selection of B cells)：

定義:
單株選擇是指在免疫應答過程中，當一個 B 細胞識別到一個特定的抗原時，該 B 細胞會被激活，然後進行增殖 (proliferation) 和分化 (differentiation)，產生大量具有相同抗體特異性的 B 細胞後代（稱為一個「單株」或「克隆」）。這個過程確保了免疫系統能夠精確地針對特定抗原產生適當的抗體應答。

發生過程:

1. 抗原識別:

   • 每個 B 細胞在其細胞膜表面都帶有數萬到數十萬個相同的 B 細胞受體 (B cell receptor, BCR)，這些 BCR 實際上是膜結合的抗體分子。
   • 每個 B 細胞的 BCR 都具有獨特的抗原結合位點，能夠特異性地識別一種特定的抗原表位 (epitope)。
   • 當一個 B 細胞的 BCR 與其能夠識別的特定外來抗原結合時，就發生了抗原識別。

2. B 細胞的激活:

   • 單純的抗原結合並不總是足以完全激活 B 細胞。通常，B 細胞的完全激活需要兩種信號：
     • 信號一: BCR 與抗原結合。

本題考驗對不同細胞生理反應機制（特別是細胞膜的離子通道和膜泡運輸）的比較。

題目要求找出與其他選項在「細胞機制」上不同的反應。我們逐一分析：

A) Fast block to polyspermy (對多精受精的快速阻斷):
* 發生在受精過程中，當一個精子與卵細胞膜融合後，立即引發卵細胞膜的電位變化。
* 具體機制是，精子與卵細胞膜上的受體結合，引起鈉離子 ($Na^+$) 快速內流，導致卵細胞膜的去極化 (depolarization)，形成一個電生理學上的屏障，阻止其他精子與卵細胞膜融合。
* 這是一個涉及離子通道和膜電位變化的過程。

B) Acrosomal reaction (頂體反應):
* 發生在精子與卵細胞（或其周圍的放射冠和透明帶）接觸時。
* 精子頭部的頂體 (acrosome) 膜上的鈣離子 ($Ca^{2+}$) 通道開放，$Ca^{2+}$ 內流，觸發頂體膜與精子質膜融合，釋放出頂體內的酶（如透明質酶、頂體蛋白酶）。
* 這些酶有助於精子穿透卵細胞的放射冠和透明帶。
* 這是一個涉及離子內流和膜泡胞吐 (exocytosis) 的過程。

C) Cortical reaction (皮質反應):
* 發生在精子與卵細胞膜融合後，是「多精受精的慢速阻斷」機制。
* 受精觸發卵細胞內質網釋放 $Ca^{2+}$ 到細胞質中。
* 高濃度的細胞質 $Ca^{2+}$ 刺激卵細胞皮質顆粒 (cortical granules) 發生胞吐，將其內容物釋放到卵細胞膜和透明帶之間。
* 這些皮質顆粒釋放的物質會改變透明帶的結構，阻止其他精子進一步結合和穿透。
* 這是一個涉及離子（$Ca^{2+}$）信號傳導和膜泡胞吐的過程。

D) Release of neurotransmitters from axonal terminals (神經傳導物質從軸突末端的釋放):

核心觀念

本題考查「由臥姿突然站立時的姿勢性循環反應」，核心是重力造成下肢靜脈血液滯留，進而影響靜脈回流、心搏量、心輸出量與動脈壓。

站立後，下肢血管受到重力影響：

1. 下肢靜脈擴張，血液滯留。
2. 靜脈回流下降。
3. 心室舒張末期容積（EDV）下降。
4. 依 Frank–Starling 機制，心搏量（SV）下降。
5. 心輸出量（CO）下降，使動脈血壓暫時下降。

相關公式為：

其中 $CO$ 為心輸出量、$HR$ 為心率、$SV$ 為心搏量。

動脈壓下降會減少頸動脈竇與主動脈弓內動脈 baroreceptor 的牽張，因此其傳入神經活動下降，並引發交感神經反射，使心率上升、心肌收縮力增加及周邊血管收縮。

此外，站立後下肢微血管受到較大的靜水壓，會使微血管濾出作用增加。

解題方法

先抓住題幹中的關鍵情境：「由躺臥突然站立」。

此時最直接的生理變化是：

接著判斷下肢微循環。站立後，重力使下肢微血管內的靜水壓上升。依 Starling forces，微血管濾出量可表示為：

其中：

• $P_c$：微血管內靜水壓
• $P_i$：組織液靜水壓
• $\pi_c$：血漿膠體滲透壓
• $\pi_i$：組織液膠體滲透壓
• $K_f$：濾過係數
• $\sigma$：蛋白質反射係數

站立時，下肢的 $P_c$ 上升，因此微血管濾出作用增加，選項 A 正確。

選項分析

A) The capillary filtration in his leg will increase.

正確。

站立後，重力使下肢微血管內的靜水壓增加。由 Starling 定律可知，微血管內靜水壓上升會提高血液流向組織間液的濾出力量，因此下肢毛細血管濾出增加。

這也是長時間站立時腳踝與小腿容易水腫的原因之一。淋巴回流雖會協助移除多餘組織液，但在突然站立的初期，重力造成的靜水壓上升仍會使濾出增加。

核心觀念

本題考查骨骼肌神經肌肉接合處的 菸鹼型乙醯膽鹼受體（nicotinic acetylcholine receptor, nAChR），以及離子通道開啟後對膜電位的影響。

nAChR 是配體門控型陽離子通道，對 $Na^+$ 與 $K^+$ 均具有通透性。乙醯膽鹼與受體結合後，通道開啟，使：

• $Na^+$ 順著電化學梯度流入肌細胞；
• $K^+$ 順著電化學梯度流出肌細胞。

在骨骼肌靜止膜電位附近，$Na^+$ 的內流效應大於 $K^+$ 的外流效應，因此膜內電位變得較不負，產生 終板電位（end-plate potential, EPP），也就是去極化。

解題方法

判斷陽離子通道開啟後的膜電位變化，應比較各離子的平衡電位與當時的膜電位。

骨骼肌靜止膜電位約為 $-90$ mV，而：

• $Na^+$ 平衡電位約為 $+60$ mV；
• $K^+$ 平衡電位約為 $-90$ mV。

開啟同時通透 $Na^+$ 和 $K^+$ 的通道時，通道的反轉電位會介於兩者之間，nAChR 的反轉電位約接近 $0$ mV。

因此在靜止狀態下：

膜電位會朝反轉電位方向移動，也就是由約 $-90$ mV 變得較為正值：

這種膜電位變得不負的變化稱為 去極化（depolarization）。若去極化達到閾值，還會進一步開啟電壓門控型 $Na^+$ 通道，引發肌細胞動作電位。

選項分析