108 年 國立臺灣大學海洋研究所生漁組與漁科研究所（2研究所組聯招）《生物學》

本題考查植物胚的構造與功能。玉米是單子葉植物，其幼苗的頂端生長點（shoot apical meristem）被一個稱為葉鞘（coleoptile）的保護結構所包覆，以在土壤中鑽掘時保護其免受物理傷害。

本題考查原生質體（protoplast）的定義。原生質體是指將植物細胞的細胞壁去除後所得到的細胞。它仍然保有細胞膜、細胞質、細胞核、葉綠體、粒線體等細胞器，但沒有細胞壁。

本題考查動物結締組織的特徵。結締組織的四大基本特徵是：1.細胞分散，2.細胞間質（extracellular matrix, ECM）豐富，3.細胞種類多樣，4.起源於中胚層。細胞間質是結締組織最主要的區別性特徵，它包含纖維（如膠原纖維、彈性纖維）和基質。

本題考查鈉鉀離子幫浦（Na+/K+ ATPase pump）的功能。鈉鉀幫浦是一種活躍運輸蛋白，它將 3 個鈉離子（Na+）泵出細胞外，同時將 2 個鉀離子（K+）泵入細胞內，消耗 ATP。這個離子跨膜運輸是維持細胞靜止電位（resting potential）的關鍵，因為它能不斷地將滲漏回細胞內的鈉離子泵出，並將滲漏出去的鉀離子泵入，從而維持細胞內外的離子濃度梯度，進而維持靜止電位。

本題考查脂溶性荷爾蒙（lipophilic hormones）的特性。脂溶性荷爾蒙（如類固醇荷爾蒙、甲狀腺荷爾蒙）因為其疏水性，在血液中通常需要與載體蛋白結合才能運輸。它們能夠穿過細胞膜，並在細胞內與細胞質或細胞核內的受體結合，進而影響基因的轉錄和轉譯，直接調控基因表現。

本題考查運動神經元（motor neurons）如何刺激肌肉收縮。運動神經元通過釋放神經傳導物質（neurotransmitter）到神經肌肉接合處（neuromuscular junction），與肌肉細胞膜上的受體結合，引發肌肉細胞去極化，進而觸發肌肉收縮。

本題考查先天性免疫（innate immunity）的組成部分。先天性免疫是生物體與生俱來的非特異性防禦機制，包括物理屏障（如皮膚、黏膜）、細胞因子（如吞噬細胞、自然殺手細胞）、補體系統、炎症反應等。選項 (A) 補體系統是先天性免疫的重要組成部分。選項 (B) 吞噬細胞（如巨噬細胞、嗜中性球）是重要的防禦細胞。選項 (C) 黏膜上皮表面是重要的物理屏障。

核心觀念

本題考查 DNA、mRNA 密碼子與 tRNA 反密碼子的互補配對，以及核酸鏈的反向平行原則。

• DNA 配對時：$A-T$、$G-C$
• RNA 配對時：$A-U$、$G-C$
• mRNA 的密碼子與 tRNA 的反密碼子必須互補且反向平行。
• 核酸序列若未特別註明，通常以 $5' \rightarrow 3'$ 方向書寫。

解題方法

題目給出 DNA reading frame：

mRNA 與此 DNA 互補，因此必須以反向平行方式配對：

將 mRNA 改以通常的 $5' \rightarrow 3'$ 方向表示：

接著，tRNA 反密碼子與 mRNA 密碼子互補且反向平行：

因此，tRNA 反密碼子若以 $5' \rightarrow 3'$ 方向書寫，必須將下排反向排列：

選項分析

• (A) $5'-CAT-3'$：錯誤。
  序列中含有胸腺嘧啶 $T$，不符合 RNA 的鹼基組成；tRNA 應使用尿嘧啶 $U$。此外，該序列也不是正確的反密碼子序列。

本題考查細胞週期中 DNA 的含量變化。
細胞週期包括間期（Interphase）和分裂期（M phase）。間期又分為 G1 期、S 期和 G2 期。

• G1 期：細胞生長，DNA 含量為 2n（假設二倍體細胞）。
• S 期：DNA 複製。DNA 含量從 2n 增加到 4n。
• G2 期：DNA 複製完成，為進入 M 期做準備。DNA 含量為 4n。
• M 期（有絲分裂或減數分裂）：
  • 有絲分裂 (Mitosis)：
    • 前期 (Prophase) & 中期 (Metaphase) & 後期 (Anaphase)：DNA 含量為 4n。在後期，姐妹染色分體分離，但它們仍然是同一細胞內的染色體，所以細胞的 DNA 總量仍是 4n (每條染色體含一條 DNA 分子)。
    • 末期 (Telophase) & 細胞質分裂 (Cytokinesis)：DNA 含量回到 2n。
  • 減數分裂 (Meiosis)：
    • 減數第一次分裂 (Meiosis I)：從 4n 變為兩個 2n 的子細胞。
    • 減數第二次分裂 (Meiosis II)：從 2n 變為兩個 n 的子細胞。
    • 前期 I (Prophase I) & 後期 I (Anaphase I)：DNA 含量為 4n。
    • 前期 II (Prophase II) & 後期 II (Anaphase II)：DNA 含量為 2n。

分析選項：
(A) Between prophase I and prophase II of meiosis:
- Prophase I: DNA content is 4n.
- Prophase II: DNA content is 2n.
DNA 含量是從 4n 變到 2n，是減半，不是加倍。

(B) between prophase and anaphase of mitosis:
- Prophase of mitosis: DNA content is 4n.

本題考查粗糙內質網（Rough Endoplasmic Reticulum, RER）的功能與分布。粗糙內質網富含核糖體，主要參與蛋白質的合成、摺疊、修飾以及脂質的合成。特別是對於需要分泌到細胞外、插入細胞膜或運送到特定細胞器的蛋白質，它們的合成會在 RER 上進行。
選項分析：
(A) 卵巢細胞產生雌激素（estrogen）。雌激素是類固醇荷爾蒙，屬於脂質，其合成主要與平滑內質網（Smooth ER）有關。
(B) 馬拉松跑者的肌肉細胞需要大量 ATP 來維持收縮，可能需要較多的粒線體，但 RER 的量不一定特別高。

本題考查免疫學的基本名詞。能夠引起免疫反應的異物分子被稱為抗原（antigen）。
選項分析：
(A) 主要組織相容性複合體（MHC）是細胞表面的一種蛋白質，參與抗原呈遞，但本身不直接引起免疫反應。
(B) 組織胺（histamines）是免疫反應中釋放的化學物質，參與過敏反應和炎症。

本題考查淡水魚的滲透調節機制。淡水環境相對於魚體內部是低張的，因此水會不斷滲入魚體，而鹽分則會滲出。
為了維持體內鹽分和水分的平衡，淡水魚會採取以下策略：
(A) Produce abundant quantities of dilute urine: 淡水魚會不斷吸收水分，為了排出多餘的水分並盡量保留鹽分，它們會產生大量稀釋的尿液。這與海水魚（體內鹽分高，需要排出鹽分，尿液濃縮）的策略相反。

本題考查真核生物演化的重要事件順序。
真核生物演化的關鍵事件包括：

1. 細胞壁的形成 (E)：最早的生命形式（原核生物）就已經有細胞壁。但對於真核生物的演化而言，細胞壁的形成可能發生在細胞膜的演化之後。
2. 細胞質的區室化與細胞核的形成 (D)：這是真核生物最主要的特徵之一，將遺傳物質包裹在核膜內，並形成各種膜狀胞器，增加了細胞內部的複雜性和效率。這被認為是真核生物演化的早期關鍵事件。
3. 內共生作用與粒線體的演化 (C)：粒線體被認為是由一個好氧的原核生物被一個較大的宿主細胞吞噬並共生而來。這是真核生物獲得高效能量代謝能力的關鍵。

本題考查生物分類學中各門（phylum）的物種數量。
在地球上，就物種的數量而言，節肢動物門（Arthropoda）是最為成功的門。節肢動物包括昆蟲、蜘蛛、甲殼類、多足類等，它們佔據了動物界已知物種的絕大多數（約80%以上）。
選項分析：
(A) 棘皮動物門（Echinodermata）包括海星、海膽等，物種數量相對較少。

本題考查植物組織的細胞類型及其功能配對。
(A) 韌皮部 (Phloem)：主要功能是運輸有機養分（如醣類）從葉片到植物的其他部分。樹皮（bark）包含韌皮部，但韌皮部的主要功能不是「作為樹皮的一部分」，而是運輸。樹皮還包含其他組織（如栓皮層、木栓形成層等）。嚴格來說，韌皮部是樹皮的內層組成部分，但其核心功能是運輸。
(B) 木質部 (Xylem)：主要功能是運輸水分和礦物質養分從根部到植物的地上部分，同時也提供結構支撐。這個配對是正確的。
(C) 薄壁組織 (Parenchyma)：在葉片中，薄壁組織（如柵狀組織和海綿狀組織）是光合作用的主要場所。這個配對是正確的。

本題考查植物細胞的水勢（water potential, $\Psi_w$）的定義。
水勢是水分移動的驅動力，定義為水分子在某個環境中的自由能。它受到兩個主要因素的影響：

1. 壓力勢 (Pressure potential, $\Psi_p$)：通常由細胞壁的膨壓（turgor pressure）產生，在植物細胞中通常為正值。

本題考查 C4 植物的光合作用機制，特別是 Calvin 循環發生的位置。
C4 植物為了適應高溫、強光和低二氧化碳的環境，演化出特殊的二氧化碳固定途徑，稱為 C4 路徑。這個途徑與 C3 植物不同，它將二氧化碳的初步固定與 Calvin 循環分開，並在空間上進行分離。
C4 植物的葉片解剖結構通常具有 Kranz 結構（Kranz anatomy），即維管束鞘細胞（bundle sheath cells）被一圈較大的葉肉細胞（mesophyll cells）包圍。
C4 路徑的步驟如下：

本題考查次級代謝產物（secondary metabolites）的定義。
次級代謝產物是植物、真菌、細菌等生物體內合成的，對於其基本生長、發育和繁殖不是必需的，但通常具有生態學功能（如防禦、信號傳導、吸引傳粉者等）的化合物。它們的結構多樣，種類繁多。
選項分析：
(A) 嗎啡（Morphine）：是一種生物鹼，屬於次級代謝產物，具有鎮痛作用。

本題考查被子植物（angiosperms）的雙重受精（double fertilization）過程。
在被子植物中，一個花粉粒萌發後，會形成一個花粉管，並向胚珠延伸。在花粉管內，會形成兩個精細胞（sperm cells）。這兩個精細胞具有不同的命運：

1. 一個精細胞與胚珠中的卵細胞（egg cell）融合，形成合子（zygote），發育成胚（embryo）。
2. 另一個精細胞則與胚囊中的中央細胞（central cell，通常含有兩個極核）融合，形成三倍體（3n）的初級胚乳核，發育成胚乳（endosperm）。

核心觀念

本題考查植物荷爾蒙與「單性結實」（parthenocarpy）的關係。

單性結實是指：

未經受精，子房仍發育成果實。

由於胚珠未受精，通常不形成正常種子，因此可產生無籽果實。植物生長素與赤黴素都能在特定植物及處理條件下誘導單性結實，其中考試最典型的配對是「赤黴素誘導無籽果實」。

解題方法

判斷各選項是否具有誘導子房膨大、促進果實發育的功能：

• 能模擬受精後的生長訊號，使未受精子房繼續發育者，可誘導無籽果實。
• 主要負責成熟、休眠或細胞分裂的荷爾蒙，則不是本題的典型答案。

赤黴素，尤其是 $GA_3$，可促進子房生長與果實膨大，應用於葡萄等作物可形成無籽果實。因此本題依單選題的標準教科書配對，答案選 gibberellin。

選項分析

(A) auxin（生長素）

生長素能促進細胞伸長，也能在某些植物中誘導單性結實，例如番茄可利用生長素處理未受精花朵，使子房發育成果實。因此從嚴格的植物生理學來看，生長素並非完全不能產生無籽果實。

但在本題單選的經典考點中，最常與「利用植物荷爾蒙生產無籽果實」配對的是赤黴素，故不選 A。這也表示題幹若要求完整科學精確性，選項 A 會造成一定程度的歧義。

(B) cytokinin（細胞分裂素）

細胞分裂素主要促進細胞分裂，並參與芽的形成、葉片延緩老化及營養物質分配。它不是考試中用來誘導無籽果實的主要荷爾蒙，因此不選。