113 年 國立中山大學海洋科學系碩士班甲組《普通生物學》

DNA微陣列 (DNA microarray) 是一種能夠同時檢測大量基因表現的技術。它利用已知 DNA 序列的探針，與樣品中的 DNA 或 RNA 進行雜交，藉此偵測樣品中特定基因的表現量。

核心觀念：DNA 微陣列的主要用途是分析基因的表現。

解題過程：
(A) DNA 微陣列是分析基因表現，而非排除基因功能。功能的確認通常需要實驗驗證。
(B) 將整個基因庫導入細菌細胞是基因工程的範疇，與 DNA 微陣列的直接用途不同。

狂牛症（Bovine Spongiform Encephalopathy, BSE）是由普利昂（prion）引起的一種傳染性海綿樣腦病。普利昂是一種特殊的傳染因子。

核心觀念：普利昂的性質。

解題過程：
普利昂 (prion) 是由「蛋白質aceous infectious particle」縮寫而來，顧名思義，它是一種主要由蛋白質組成的傳染因子。正常的普利昂蛋白 (PrP^C) 在生物體內是無害的，但當它發生構象改變，變成異常的普利昂蛋白 (PrP^Sc) 後，就會具有傳染性。

此題考驗學生對滲透作用（osmosis）以及植物水分吸收的理解。冬季撒鹽融雪是常見的現象，其對植物的影響是個重要的生態學問題。

核心觀念：滲透作用與植物水分吸收。

解題過程：
當鹽（通常是氯化鈉 NaCl）撒在路面上時，鹽溶解在路面上的少量水中，形成高濃度的鹽水溶液。
(A) 低張溶液 (hypotonic solution) 指的是溶液的溶質濃度低於細胞內液。若環境是低張溶液，水會進入細胞，這對植物細胞是有利的，不會導致死亡。

此題考驗學生對化石定年方法的認知。

核心觀念：化石定年方法。

解題過程：
(A) 雖然有可能從非常新鮮的化石中萃取出 DNA，但恐龍化石年代久遠，DNA 通常已經完全降解，無法定序。
(B) 顯微鏡觀察可以幫助鑑定化石的種類和結構，但無法直接得知其年代。
(C) 放射性定年法是測定化石年代最常用的方法之一。

此題考驗學生對不同類型病毒基因體結構與複製機制的了解。

核心觀念：病毒的基因體類型與複製策略。

解題過程：
題目要求尋找一種基因體為單股 RNA (ssRNA)，且此 RNA 可以反轉錄 (reverse transcribe) 成 DNA 的病原體。
(A) 噬菌體 (bacteriophage) 是感染細菌的病毒，其基因體可以是 DNA 或 RNA，單股或雙股，但並非所有噬菌體都符合此條件。
(B) 古病毒 (Ancient-virus) 並非一個標準的病毒分類術語，無法直接判斷。

膽固醇是動物細胞膜的重要組成成分，它在維持細胞膜的結構和功能方面扮演著關鍵角色。

核心觀念：細胞膜的結構與功能，膽固醇的作用。

解題過程：
細胞膜的流動性受到磷脂質雙層的影響。磷脂質分子根據其脂肪酸鏈的飽和度而有不同的排列方式：飽和脂肪酸鏈較直，堆積緊密；不飽和脂肪酸鏈因有雙鍵而彎曲，堆積較疏鬆。膽固醇是一種兩親性分子，它的一端是親水的羥基，另一端是疏水的碳氫鏈。膽固醇嵌入磷脂質雙層中，其疏水端朝向脂肪酸鏈，親水端朝向膜的內外表面。
(A) 當溫度升高時，磷脂質分子的運動加劇，細胞膜變得過於流動。膽固醇會插入磷脂質之間，限制磷脂質的移動，從而降低膜的流動性。

生命系統發生樹（phylogenetic tree）是藉由比較不同物種之間的遺傳物質（如 DNA、RNA）或蛋白質序列的相似性，來推斷它們之間的演化關係。選擇用於構建發生樹的材料，需要考慮其演化速率、變異的累積以及在不同物種間的同源性。

核心觀念：演化生物學，分子系統發生學，發生樹構建材料的選擇。

解題過程：
(A) 溶酶體 (lysosome) 是一種細胞器，其組成的蛋白質序列可以用於比較，但其演化速率和變異累積程度可能不如核酸或更保守的蛋白質。
(B) messenger RNA (mRNA) 的序列也可用於研究，但 mRNA 的序列比 DNA 更不穩定，且其序列變化相對較快，可能更適合研究較近期的演化事件。
(C) transfer RNA (tRNA) 的序列在不同物種間相對保守，可以作為系統發生的指標，但其結構相對複雜，變異程度可能不如其他選項。

「寂靜的春天」(Silent Spring) 是 Rachel Carson 在 1962 年出版的劃時代著作，該書揭露了長期以來農藥（特別是 DDT）對環境和生物造成的嚴重危害。DDT 是一種持久性有機污染物 (Persistent Organic Pollutant, POP)。

核心觀念：DDT 的生物累積與生物放大效應，對鳥類的影響。

解題過程：
DDT 是一種脂溶性農藥，不易在生物體內代謝分解，因此會發生生物累積 (bioaccumulation)。當 DDT 進入食物鏈後，由於營養階層越高，累積的 DDT 濃度也越高，這種現象稱為生物放大 (biomagnification)。

此題考驗學生對植物根部結構、功能及其形態的認識。

核心觀念：植物根部的基本功能、形態和特殊適應。

解題過程：
(A) 植物根部最主要的功能之一就是從土壤中吸收水分，供應植物生長所需。此敘述正確。
(B) 海茄苳 (Bruguiera) 是紅樹林植物，生長在缺氧的泥灘地。為了進行氣體交換，牠們會演化出呼吸根 (pneumatophores)，這些根通常是向上生長（氣生根），而不是「往上長出寄生根」。寄生根 (haustoria) 是寄生植物用來從寄主植物吸收養分的結構。因此，此敘述是錯誤的。

DNA 甲基化和組蛋白乙醯化是研究基因表現調控的熱門領域，它們屬於表觀遺傳學 (epigenetics) 的範疇。

核心觀念：表觀遺傳學，基因調控。

解題過程：
(A) 基因突變 (Gene mutation) 是指 DNA 序列本身的改變，例如鹼基對的替換、插入或刪除。DNA 甲基化和組蛋白乙醯化不改變 DNA 的鹼基序列。
(B) 表觀遺傳繼承 (epigenetic inheritance) 指的是不涉及 DNA 序列改變的遺傳現象。DNA 甲基化是在 DNA 分子上添加甲基基團，組蛋白乙醯化是在組蛋白上添加乙醯基。

此題考驗學生對肝臟主要功能和特性的掌握。

核心觀念：肝臟的生理功能。

解題過程：
(A) 當血糖濃度高時，肝臟會將葡萄糖轉化為肝醣儲存（肝醣合成，glycogenesis）。當血糖濃度低時，肝臟會將儲存的肝醣分解為葡萄糖釋放到血液中（肝醣分解，glycogenolysis），以維持血糖穩定。因此，此敘述是錯誤的。
(B) 肝臟是人體內最大的內臟器官，其重量約佔體重的 2-3%。此敘述正確。

此題考驗學生對植物水分運輸機制——「蒸散拉力」(transpiration pull) 概念的理解。

核心觀念：植物水分運輸，蒸散作用。

解題過程：
植物體內的水分運輸主要由蒸散作用提供動力。
(A) 壓力差 (Pressure difference) 是水分流動的根本原因，但在植物水分運輸中，這個壓力差主要是由蒸散作用產生的負壓（拉力）所驅動。
(B) 擴散作用 (Diffusion) 是指物質從高濃度區域向低濃度區域移動的過程。雖然水分子的移動也涉及擴散，但它不足以解釋長距離、逆重力的運輸。

此題考驗學生對環境污染相關術語的理解，特別是關於毒性物質在生物體內的累積過程。

核心觀念：環境毒理學，生物累積。

解題過程：
題目描述的是毒性物質在單一個體內，由於攝入量大於排出量而導致濃度逐漸升高的現象。
(A) 生物放大 (Bio-magnification) 是指毒性物質在食物鏈中，從低營養階層向高營養階層傳遞時，濃度逐級升高的現象。這是一個群體或食物鏈層級的概念。

此題考驗學生對人類消化系統中，化學消化主要發生部位的認識。

核心觀念：人類消化系統，化學消化。

解題過程：
化學消化是指利用消化酶將食物中的大分子（如碳水化合物、蛋白質、脂肪）分解成小分子，以便吸收的過程。
(A) 食道 (Esophagus) 主要負責將食物從口腔運送到胃，沒有顯著的化學消化發生。
(B) 口腔 (Mouth) 開始進行碳水化合物的初步消化，唾液中的澱粉酶 (amylase) 會將部分澱粉分解成麥芽糖。

許多消化酶是以不活潑的酶原（zymogen）形式分泌，然後在消化道內被活化，這是一種保護機制。

核心觀念：消化酶的分泌與活化機制。

解題過程：
消化酶，如胰蛋白酶 (trypsin) 和胃蛋白酶 (pepsin)，本身就是蛋白質。如果牠們在分泌時就處於活化狀態，那麼牠們就會在合成、儲存和分泌的過程中，就開始消化製造或分泌這些酶的細胞本身。為了防止這種自我消化的情況發生，消化系統會將這些酶以無活性的酶原（zymogen）形式分泌，然後在消化道內，特定的條件（如 pH 值變化或存在其他活化酶）會將其轉化為有活性的酶。

過度換氣 (hyperventilation) 是指呼吸頻率或深度異常增加，導致排出過多二氧化碳的現象。

核心觀念：呼吸生理學，二氧化碳與 pH 的關係。

解題過程：
人體的呼吸系統負責調節體內的氣體交換，特別是氧氣 (O2) 和二氧化碳 (CO2) 的平衡。二氧化碳在血液中溶解後會形成碳酸 (H2CO3)，進而影響血液的 pH 值。
正常情況下，血液中的 CO2 分壓 (partial pressure of CO2, PCO2) 保持在一個相對穩定的範圍。
過度換氣意味著呼吸太快或太深，導致排出體外的 CO2 量超過身體產生的 CO2 量。

此題考驗學生對不同生態系特徵的了解。

核心觀念：生態學，各種生態系的特徵。

解題過程：
(A) 河口生態系 (Estuarine ecosystem) 是淡水和海水交匯的地方，通常接收來自陸地河流的營養鹽和有機物，同時也受到潮汐的影響，因此營養鹽濃度通常很高，適合生物生長。此敘述正確。
(B) 物種多樣性 (species diversity) 的高低受多種因素影響。一般而言，珊瑚礁海岸的物種多樣性最高，因為其結構複雜，提供多樣的棲息地。岩岸和沙岸的環境相對單一，物種多樣性較低。題幹說「絕大部分下以沙岸的物種多樣性最低」，這是有可能的，因為沙岸環境變化較大（如潮汐、波浪），能適應的物種相對較少。但與其說「最低」，不如說「較低」。若與珊瑚礁相比，確實是較低。需要進一步判斷是否為絕對錯誤。

腦下垂體 (pituitary gland) 是人體內一個非常重要的內分泌腺體，它受到下視丘 (hypothalamus) 的調控，並分泌多種荷爾蒙，調節身體的許多生理功能。

核心觀念：腦下垂體的功能。

解題過程：
腦下垂體主要分為前葉 (anterior pituitary) 和後葉 (posterior pituitary)。
前葉分泌的荷爾蒙包括：生長激素 (GH)、促甲狀腺激素 (TSH)、促腎上腺皮質激素 (ACTH)、促性腺激素 (FSH 和 LH)、泌乳素 (PRL)、黑色素細胞刺激素 (MSH)。
後葉主要儲存和釋放由下視丘產生的荷爾蒙：抗利尿激素 (ADH，也稱血管加壓素 Vasopressin) 和催產素 (Oxytocin)。

我們來逐一檢視選項：
A) 調節體溫平衡：體溫調節主要由下視丘負責，腦下垂體分泌的 TSH 會間接影響體溫（透過調節甲狀腺功能）。但直接調節體溫平衡不是腦下垂體的主要功能。

維生素 C (Vitamin C)，又稱為抗壞血酸 (ascorbic acid)，是人體必需的一種水溶性維生素，在維持身體健康方面扮演著多種重要角色。

核心觀念：維生素 C 的功能與缺乏症。

解題過程：
(A) 壞血病 (Scurvy)：壞血病是維生素 C 嚴重缺乏症。維生素 C 在膠原蛋白 (collagen) 的合成過程中是必需的輔因子，膠原蛋白是構成結締組織（如皮膚、血管、骨骼、牙齦）的重要蛋白質。缺乏維生素 C 會導致膠原蛋白合成異常，引起牙齦出血、牙齒鬆動、傷口癒合緩慢、皮膚出現紫斑等症狀。

豆科植物的根瘤 (root nodules) 是其與某些細菌（主要是根瘤菌 Rhizobium spp.）共生形成的一種特殊結構。

核心觀念：豆科植物與根瘤菌的共生關係及其功能。

解題過程：
根瘤菌是一種能夠固氮 (nitrogen fixation) 的細菌。固氮作用是指將大氣中含量豐富但植物無法直接利用的氮氣 (N2) 轉化為植物可以吸收利用的氨 (NH3) 或銨離子 (NH4+) 的過程。
豆科植物為根瘤菌提供了一個適宜的生存環境（根瘤內部），並提供碳水化合物作為能量來源。

此題考驗學生對脂肪組織作為內分泌器官，以及其分泌的荷爾蒙在食慾調節中的作用的了解。

核心觀念：脂肪組織的內分泌功能，食慾調節。

解題過程：
脂肪組織不僅是儲存能量的場所，也是一個活躍的內分泌器官，可以分泌多種稱為「脂肪因子」(adipokines) 的荷爾蒙。這些脂肪因子在調節能量代謝、胰島素敏感性、炎症反應以及食慾等方面發揮作用。
(A) 抗利尿素 (antidiuretic hormone, ADH)：由腦下垂體後葉分泌，調節體內水分平衡。

印痕 (imprinting) 是一種在特定敏感期 (critical period) 內發生的學習行為，其特點是學習的對象一旦被記住，通常就不會改變，而且這種學習在之後很難或不可能被修正。這種學習通常發生在動物幼年時期，對其後來的行為（如社會行為、繁殖行為）有深遠影響。

核心觀念：動物行為學，學習類型，印痕。

解題過程：
(A) 望梅止渴：這是心理學上的現象，與生理反應（唾液分泌）有關，不是動物行為學中的印痕。
(B) 麻雀不怕稻草人：這是動物對無害物體的習慣化 (habituation) 或習得性無助 (learned helplessness) 的一種表現，不是印痕。

熵 (entropy) 是衡量一個系統無序程度或隨機性的指標。根據熱力學第二定律，在一個孤立系統中，熵總是趨於增加，即系統傾向於從有序走向無序。生物體是開放系統，透過消耗能量來維持其高度有序的結構，並將無序釋放到環境中。題目問的是「減少熵值」，這意味著系統變得更加有序。

核心觀念：熱力學第二定律，熵，生物體的有序性。

解題過程：
要使一個系統（例如生物體內的一個過程）的熵值減少，意味著系統變得更加有序。這通常需要消耗能量來完成。
(A) 去水作用 (dehydration)：將小分子脫水結合形成大分子，例如蛋白質合成、多醣合成。這個過程會形成更為複雜、更為有序的結構，因此會減少熵值。

Charles Lyell 是 19 世紀著名的地質學家，他的著作《地質學原理》(Principles of Geology) 提出了「均變論」(Uniformitarianism) 的核心思想，對達爾文的演化論產生了深遠影響。

核心觀念：地質學，均變論。

解題過程：
均變論的核心思想是「現在是過去的鑰匙」(the present is the key to the past)。它主張地球的地質歷史是由一系列緩慢、持續、且與現今觀察到的地質作用（如侵蝕、沉積、火山活動等）相似的過程所塑造的。

同源器官 (homologous structures) 是指在不同物種中，雖然形態和功能可能不同，但來源於共同祖先的相同結構。它們通常具有相似的基本結構和發育起源。

核心觀念：演化生物學，同源器官與同功器官。

解題過程：
(A) 蝙蝠翅膀是前肢演化而來，魚鱗是皮膚的衍生物。兩者結構和起源不同。
(B) 蝙蝠翅膀是前肢特化而成，其骨骼結構（如肱骨、橈骨、尺骨、腕骨、指骨）與鯨魚的胸鰭（也是前肢特化而成）的骨骼結構基本相

核心觀念
此題測驗的是四大組織（上皮、肌肉、結締、神經）各自的「主要功能」與「典型細胞」的配對。

• 先釐清功能與細胞的關鍵關係：
  • 傳導神經衝動 → 神經元 (Neurons) → 功能 A
  • 收縮並產生運動 → 肌肉細胞 (Myocytes) → 功能 B
  • 覆蓋體腔、保護、分泌、吸收 → 單層鱗狀上皮 (Simple squamous epithelial cells) → 功能 C
  • 填補空間、結合與支撐其他組織 → 脂肪細胞 (Adipocytes) 及其他結締組織細胞 → 功能 D

把上述對應套入表格，即可完成填空。

解題步驟

1. 辨識功能與細胞選項

   • 功能 A‑D 為描述，E‑H 為細胞類型。
   • 逐一對照四大組織的特徵，找出唯一符合的配對。

2. 上皮組織 (Epithelial tissue)

   • 上皮組織的主要功能是 「覆蓋體腔、保護、分泌、吸收」，對應選項 C。
   • 常見的上皮細胞類型中，單層鱗狀上皮細胞 (Simple squamous epithelial cells) 能提供薄膜式的保護與交換，符合題目需求，對應 H。

3. 肌肉組織 (Muscular tissue)

   • 肌肉組織的功能是 「收縮並產生運動」，對應選項 B。
   • 產生收縮的基本細胞是 肌細胞 (Myocytes)，對應 E。

4. 結締組織 (Connective tissue)

   • 結締組織的核心功能是 「填補空間、結合並支撐其他組織」，對應選項 D。

核心觀念
本題測驗的是「生物學種概念 (Biological Species Concept)」下，兩個族群若因生殖隔離 (reproductive isolation) 而無法產生可存活且可繁衍的後代，即形成不同的物種。題目要求說明四種常見的隔離機制，重點在於闡釋每種機制如何阻斷基因流動。

各類生殖隔離的說明

核心概念
本題測試的重點在於：① 能辨識常見的發酵微生物（至少到屬層級）② 瞭解它們常被應用於哪些食品與主要基質③ 解釋微生物在發酵過程中所進行的代謝轉換機制（產生的產物、對食物性質的影響）。答案需同時兼顧生物化學與食品科學的基本原理。

解題步驟說明

1. 挑選微生物屬（Genus）

   • 依題目要求「到屬層級」且每項佔 2%，須列出三個不同的屬。常見且與食品發酵直接相關的屬有 Lactobacillus、Acetobacter、Aspergillus（黴菌屬）。

2. 對應食品與主要原料

   • 依每個屬的典型發酵案例，選擇最具代表性的食品與其主要可被微生物利用的成分：
     • Lactobacillus → 優格（Yogurt） → 乳糖 (Lactose)
     • Acetobacter → 醋（Vinegar） → 乙醇 (Ethanol)
     • Aspergillus → 醬油（Soy sauce） → 大豆中的蛋白質與澱粉 (Soybeans)

3. 說明發酵機制

   • 針對每個微生物，敘述其代謝路徑與產生的關鍵分子，說明這些分子如何改變食品的物理或感官特性（酸度、氣泡、風味等）。
   • 為提升答題品質，使用 LaTeX 撰寫化學方程式，如乳酸發酵、醋酸氧化等。

4. 整理成表格

   • 依題目格式「Microorganism | Food | Ingredient | Fermentation process」呈現。

5. 驗證完整性

   • 確認每一列皆包含屬名、食品、成分、機制四個欄位，且機制說明字數能涵蓋 2%（約 2–3 句）。