111 年 國立臺灣大學植物醫學碩士學位學程《普通生物學（A）》

本題考查生物學的基本組織層次。生物體是由層層遞進的組織層次構成，從最小的單位到最大的生態系統。一個生物體要能夠獨立生存並繁衍後代，必須具備獨立進行新陳代謝、生長、對刺激反應以及繁殖等生命現象的能力。

• DNA 是遺傳物質，是構成生命的基本分子，但本身無法獨立生存繁殖。
• Proton 是原子核的組成部分，屬於物理學範疇，與生物組織層次無關。

本題考查生態學中的群集組織層次。生態學將生物組織層次定義為：

• Population (族群)：指的是在同一地區、同一時間內，由同一物種的個體所組成的群體。例如，一片森林中的所有鹿。
• Community (群集)：指的是在同一地區、同一時間內，所有不同物種的生物族群所組成的集合。例如，一片森林中的所有鹿、松鼠、樹木、草本植物、真菌等。

本題考查生物分類學，特別是藻類的歸類。製作壽司常用的海苔（如紫菜）是一種藻類。在現代生物分類學中，藻類是一個龐雜的類群，涵蓋了多個界（Kingdom）或域（Domain）的生物。然而，根據題目選項，我們需要選擇最適合的歸類。

• Bacteria (細菌)：是原核生物，與真核生物的藻類有根本區別。
• Fungi (真菌)：如黴菌、酵母菌、蘑菇，它們是異營生物，與能進行光合作用的藻類不同。
• Protists (原生生物)：這是傳統上對單細胞或簡單多細胞真核生物的一個集合類群。許多藻類，尤其是單細胞藻類（如矽藻、綠藻、紅藻、褐藻），以及一些較簡單的多細胞藻類，都被歸類為原生生物。

本題考查細胞生物學中關於細胞同質性與異質性的概念。

一個多細胞生物體內，除了生殖細胞外，絕大多數的體細胞都起源於同一個受精卵，因此它們擁有幾乎完全相同的基因組（DNA）。基因（genes）是DNA上具有特定功能的片段，它們決定了細胞可能產生的蛋白質種類。

然而，雖然基因組相同，但不同的細胞類型（如神經細胞、肌肉細胞、肝細胞）在結構和功能上卻有顯著差異。這種差異的產生是因為細胞在發育過程中，基因的「表現」（gene expression）是選擇性的。也就是說，並非所有的基因都會在所有細胞中被開啟（transcribed and translated）以產生蛋白質。不同的細胞類型會選擇性地表現（開啟）不同的基因集合，從而產生不同的蛋白質（proteins）。

核心觀念

本題考查內膜系統（endomembrane system）中，分泌蛋白或膜蛋白的運輸路徑。

蛋白質若在**粗糙內質網（rough ER）**上的核糖體合成，代表其通常具有訊號序列，會進入內質網腔或嵌入內質網膜。若該蛋白最終要被分泌到細胞外，或成為細胞膜上的膜蛋白，其典型運輸路徑為：

$$\text{粗糙內質網} \rightarrow \text{高基氏體} \rightarrow \text{運輸囊泡} \rightarrow \text{細胞膜}$$

高基氏體負責對蛋白質進行修飾、分類與包裝；運輸囊泡則將蛋白質送往細胞膜，並透過胞吐作用將內容物釋放到細胞外，或將膜蛋白嵌入細胞膜。

解題方法

判斷此類題目的關鍵，是先確認蛋白質的「目的地」。

題目指定蛋白質從粗糙內質網合成，選項最後都指向細胞膜，因此應判斷哪一條路徑符合分泌途徑：

1. 蛋白質在粗糙內質網合成並進入內質網。
2. 由囊泡運送至高基氏體。
3. 高基氏體加工並分類蛋白質。
4. 再由運輸囊泡送至細胞膜。
5. 囊泡與細胞膜融合，完成膜蛋白插入或分泌。

因此正確順序為：

$$\text{rough ER} \rightarrow \text{Golgi apparatus} \rightarrow \text{vesicles} \rightarrow \text{plasma membrane}$$

選項分析

A) rough ER；smooth ER；Golgi apparatus；plasma membrane

錯誤。

粗糙內質網與平滑內質網雖然彼此相連，皆屬於內質網的一部分，但分泌蛋白由粗糙內質網前往高基氏體時，並不需要先經過平滑內質網。兩者功能也不同：

• 粗糙內質網：主要負責分泌蛋白、膜蛋白與溶小體蛋白的合成及初步加工。
• 平滑內質網：主要參與脂質合成、藥物解毒、鈣離子儲存等作用。

因此「粗糙內質網 → 平滑內質網 → 高基氏體」不是典型的蛋白質分泌運輸路徑。

B) rough ER；vesicles；lysosomes；plasma membrane

錯誤。

本題考查細胞器功能。過氧化氫（hydrogen peroxide, $H_2O_2$）是一種有毒的代謝副產物，在細胞內會對細胞造成傷害。細胞內有專門的細胞器負責分解過氧化氫，以保護細胞。

• Lysosomes (溶酶體)：含有酸性水解酶，主要負責分解細胞內的廢棄物、大分子物質和吞噬的外來物質。
• Peroxisomes (過氧化物酶體)：是單層膜的細胞器，含有多種氧化酶，其中最重要的酶是過氧化氫酶（catalase）。過氧化氫酶能將有毒的過氧化氫分解為水和氧氣（$2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$）。過氧化物酶體也參與脂肪酸的分解、膽固醇和某些激素的合成。

本題考查細胞膜結構與功能的相關知識。我們逐一分析各選項：

A) The surface area/volume ratio increases when the total surface area of a cell increases.
這個說法是錯誤的。當一個物體的尺寸增加時，其表面積的增加比例通常小於體積的增加比例。因此，表面積/體積比（surface area/volume ratio）實際上是隨著尺寸的增大而減小的。例如，一個邊長為 1 單位的立方體，表面積=6，體積=1，比值=6。一個邊長為 2 單位的立方體，表面積=24，體積=8，比值=3。細胞需要維持較高的表面積/體積比來有效進行物質交換，這也是細胞大小受到限制的原因之一。

B) Aquaporins would be considered as peripheral proteins of the plasma membrane.
這個說法是錯誤的。Aquaporins（水通道蛋白）是嵌入在細胞膜脂質雙層中的蛋白質，它們跨越膜的整個厚度，用於快速運輸水分子。這類蛋白質屬於整合蛋白（integral proteins）或跨膜蛋白（transmembrane proteins），而不是附著在膜表面、易於解離的周邊蛋白（peripheral proteins）。

C) The selective permeability of a cell membrane is due to glycolipids on the surface of the membrane.
這個說法是錯誤的。

本題考查藥物作用機制與癌症治療的相關概念。題目描述 HER2 是一種在某些乳癌細胞中含量過高的受體，而 Herceptin 是一種能結合 HER2 並抑制細胞分裂的蛋白質藥物。問題是 Herceptin 在什麼情況下可能有效。

• HER2：是一種生長因子受體，在正常細胞中參與細胞生長和分裂的調控。但在某些乳癌細胞中，HER2 的基因發生擴增，導致細胞膜上表達過多的 HER2 受體。過量的 HER2 激活後，會持續發送信號，促進癌細胞的異常增殖和生長。
• Herceptin (Trastuzumab)：是一種單株抗體藥物，專門設計用來結合 HER2 受體。當 Herceptin 結合到過量的 HER2 受體上時，它可以阻斷 HER2 的信號傳導，從而抑制癌細胞的生長和分裂。

基於以上理解，我們分析選項：

A) The patient lacks functional HER2 proteins.
如果患者缺乏功能性的 HER2 蛋白，那麼 Herceptin 就沒有結合的目標，自然也無法發揮作用。

B) The patient has excessive levels of receptor for other growth factor (not HER2) in cancer cells.
雖然其他生長因子受體也可能參與癌症，但 Herceptin 的作用機制是針對 HER2。

本題考查植物光合作用的碳固定過程。碳固定（Carbon fixation）是光合作用的暗反應（Calvin cycle）階段，其主要目的是將大氣中的二氧化碳（$CO_2$）轉化為有機物（如葡萄糖）。

這個過程需要能量（ATP）和還原劑（NADPH）。還原劑 NADPH 中的電子，最終來源於光反應。光反應利用光能分解水分子，產生氧氣、ATP 和 NADPH。

核心觀念

本題考查藍綠藻（cyanobacteria）的細胞構造，以及光合作用進行的位置。

藍綠藻屬於原核生物，沒有真正的細胞核，也沒有膜狀胞器，例如葉綠體。其光合作用系統位於由細胞膜向內延伸形成的膜系統，主要包括含有葉綠素與電子傳遞鏈的類囊體膜。因此在本題選項中，最符合的是 plasma membrane。

光合作用可分為兩個主要階段：

• 光反應：在類囊體膜上進行，完成光能吸收、電子傳遞與 ATP、NADPH 的生成。
• 碳反應（Calvin cycle）：在細胞質中進行，利用 ATP 與 NADPH 固定二氧化碳、合成有機物。

解題方法

判斷本題可先從分類切入：

1. 藍綠藻是原核生物。
2. 原核生物沒有葉綠體等膜狀胞器。
3. 光合作用所需的光合色素與電子傳遞鏈，必須位於生物膜上。
4. 藍綠藻的光合膜系統與細胞膜相連，源自細胞膜的內摺，因此以細胞膜及其內部類囊體膜系統作為光合作用場所。

所以，排除只存在於真核細胞的胞器後，正確答案為 A。

選項分析

A) plasma membrane

正確。藍綠藻沒有葉綠體，光合作用的光反應位於細胞膜衍生的光合膜，亦稱類囊體膜。這些膜含有葉綠素、光系統及電子傳遞鏈，能進行光能轉換。

核心觀念

本題考查光合作用「光反應」中的電子傳遞方向，以及光系統 II（photosystem II, PSII）與光系統 I（photosystem I, PSI）的功能。

在光反應中：

1. PSII 吸收光能，使反應中心葉綠素 P680 激發。
2. 激發電子離開 PSII，經由電子傳遞鏈傳遞至 PSI。
3. PSII 因失去電子，透過水的光解補回電子。
4. 水被分解時產生氧氣與氫離子：

$$2H_2O \rightarrow 4H^+ + 4e^- + O_2$$

5. PSI 再次吸收光能，使電子重新獲得高能量，最後傳給 NADP⁺，形成 NADPH。

此電子流動路徑稱為「Z 型電子流」：

$$H_2O \rightarrow PSII \rightarrow 電子傳遞鏈 \rightarrow PSI \rightarrow NADP^+ \rightarrow NADPH$$

因此，PSII 激發出的電子會先傳遞至 PSI。

解題方法

題幹問的是：

PSII 的激發電子會沿著電子傳遞鏈傳到哪裡？

判斷關鍵在於光反應的電子流向。PSII 位於電子傳遞鏈的前段，負責先利用光能激發電子；PSI 位於後段，接收來自 PSII 的電子，再利用第二次光能激發電子，供後續還原 NADP⁺使用。

因此，PSII 與 PSI 之間的關係為：

$$PSII \rightarrow 電子傳遞鏈 \rightarrow PSI$$

正確答案為 D。

選項分析

A) NAD⁺：錯誤

光合作用光反應末端主要接受電子的是 NADP⁺，不是 NAD⁺。NADP⁺接受電子與氫離子後形成 NADPH，供卡爾文循環使用。

$$NADP^+ + 2e^- + H^+ \rightarrow NADPH$$

NAD⁺／NADH主要與細胞呼吸及其他氧化還原反應有關，並非此處的主要電子受體。

本題考查植物根部水分子的運輸途徑。水分從土壤進入植物根部，然後向上運輸到莖和葉，這個過程涉及多種運輸途徑。

根部細胞吸收水分主要有三種途徑：

1. Apoplastic pathway (外質體途徑)：水分子沿著細胞壁和細胞間質（非細胞內部）的空隙運輸。這種運輸不需要穿過細胞膜，速度較快。
2. Symplastic pathway (共質體途徑)：水分子通過細胞質之間的胞間連絲（plasmodesmata）在細胞內運輸。這意味著水分子需要先進入一個細胞（通常通過滲透作用進入根毛細胞或表皮細胞），然後從一個細胞的細胞質通過胞間連絲進入相鄰細胞的細胞質，如此不斷向前。
3. Transmembrane pathway (跨膜途徑)：水分子逐一穿過細胞膜和細胞質，從一個細胞進入另一個細胞。這相當於多次進入和離開細胞，速度較慢。

本題考查菌根（Mycorrhizae）的功能。菌根是真菌與植物根系之間的一種共生關係。這種共生關係通常對植物是有益的，真菌可以幫助植物吸收礦物質養分和水分，而植物則為真菌提供光合作用產生的碳水化合物。

菌根真菌能極大地擴展植物根系的吸收表面積，並具有較強的吸收某些養分的能力。它們特別擅長吸收：

• 磷（Phosphate）：土壤中可溶性磷的濃度通常較低，菌根真菌可以有效地從土壤中獲取磷，並將其傳遞給植物。

核心觀念

本題考查植物細胞的**水勢（water potential, $\Psi_w$）**與水分移動方向。

水分會沿著水勢梯度移動：

$$\text{水分由高水勢處移向低水勢處}$$

植物細胞的水勢可表示為：

$$\Psi_w=\Psi_s+\Psi_p$$

其中：

• $\Psi_w$：水勢
• $\Psi_s$：溶質勢（solute potential），溶液中溶質通常使水勢降低
• $\Psi_p$：壓力勢（pressure potential），膨壓通常使水勢升高

題目指出細胞內的水勢高於細胞周圍液體，因此：

$$\Psi_{w,\text{cell}}>\Psi_{w,\text{surroundings}}$$

水分會由細胞內移向水勢較低的區域，也就是由周圍液體進入細胞。

解題方法

判斷水分移動方向時，直接比較細胞內外的總水勢，不必單獨判斷壓力勢或溶質勢。

由於：

$$\Psi_{w,\text{surroundings}}<\Psi_{w,\text{cell}}$$

因此水分淨流動方向為：

$$\text{周圍液體}\longrightarrow\text{細胞}$$

所以細胞會有水分的淨流入，正確選項為 B。

選項分析

A) a net flow of water out of the cell

錯誤。水分由高水勢移向低水勢。題目已說細胞水勢較高，因此水分應離開周圍液體、進入細胞，而不是由細胞流出。

核心觀念

被子植物的雄性配子體（male gametophyte）就是花粉粒（pollen grain），由花藥（anther）中的小孢子母細胞發育而成。花藥是雄蕊（stamen）的一部分，因此雄性配子體形成於雄蕊內。

其發育過程如下：

1. 花藥內的小孢子母細胞經減數分裂，形成單倍體小孢子。
2. 小孢子經有絲分裂，形成花粉粒中的營養細胞與生殖細胞。
3. 生殖細胞再分裂形成兩個精細胞，供雙受精使用。

因此，雄性配子體的形成場所是雄蕊中的花藥。

解題方法

先將花的構造分為兩類：

• 雄性生殖構造：雄蕊，由花絲與花藥組成；花藥產生花粉。
• 雌性生殖構造：心皮（carpel），由柱頭、花柱與子房組成；胚珠位於子房內，與雌性配子體形成有關。

題目問的是雄性配子體，應尋找負責產生花粉的雄性生殖構造，因此選擇 stamen。

選項分析

• A) corolla（花冠）錯誤
  花冠由花瓣組成，主要功能是吸引授粉者，或協助保護花內的生殖構造；花瓣本身不形成花粉或雄性配子體。

核心觀念

本題考查被子植物的雙重受精作用與胚乳形成。

典型開花植物的胚囊中包含：

• 1 個卵細胞
• 2 個助細胞（synergids）
• 3 個反足細胞（antipodal cells）
• 中央細胞中的 2 個極核（polar nuclei）

花粉管通常釋放 2 個精細胞，分別進行兩次融合：

1. 一個精細胞與卵細胞融合，形成二倍體合子：

$$n+n=2n$$

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，隨後發育成胚乳：

$$n+n+n=3n$$

因此，三倍體胚乳的第一個細胞，是由一個精細胞與含有兩個極核的胚乳母細胞融合形成。

解題方法

題幹指出「triploid (3n) endosperm」，關鍵在於判斷三倍體的染色體來源。

精細胞為單倍體：

$$n$$

中央細胞中的兩個極核各為單倍體：

$$n+n$$

三者融合後：

$$n+n+n=3n$$

此融合產物稱為初生胚乳核，所在的中央細胞之後形成胚乳。因此正確選項為 E。

選項分析

A) one sperm fused with two antipodal cells

錯誤。反足細胞雖然通常是單倍體，但不參與雙重受精。三倍體胚乳由精細胞與兩個極核融合形成，而不是與反足細胞融合。

B) two sperm fused with the egg

錯誤。卵細胞只與一個精細胞融合，形成二倍體合子：

$$n+n=2n$$

本題考查植物激素的功能，特別是與向光性（phototropism）相關的激素。

植物的向光性是指植物莖或葉向光源方向生長的一種現象。這個現象是由生長素（auxin）調控的。

• 生長素 (Auxin)：在植物莖部，光線照射會導致生長素在背光側的濃度升高。高濃度的生長素會促進莖部細胞的伸長。因此，背光側細胞伸長得比向光側快，導致莖向光源方向彎曲。

本題考查植物激素在植物運輸和儲存中的應用。運輸過程中，植物容易受到物理損傷、失水、衰老等問題。我們需要選擇一種能夠延緩衰老、維持植物組織完整性的激素。

• Cytokinins (細胞分裂素)：促進細胞分裂和分化，延緩衰老。
• Abscisic acid (ABA, 脱落酸)：促進氣孔關閉以減少水分散失，誘導休眠，促進種子和果實的成熟與衰老。在運輸前使用 ABA 可以幫助植物抵抗失水和壓力。
• Oligosaccharins (寡糖素)：參與植物的生長、發育和對環境壓力的反應，但其在運輸中的具體應用不常見。
• Gibberellins (赤黴素)：促進莖的伸長、種子萌發、開花等。

核心觀念

本題考查減數分裂第一 division 後，染色體數目與染色單體數目的判定。

已知該動物的二倍體染色體數為：

$$2n=24$$

因此單套染色體數為：

$$n=\frac{24}{2}=12$$

減數分裂前，DNA 已完成複製，每條染色體由兩條姊妹染色單體組成。減數分裂第一分裂時，分離的是同源染色體；姊妹染色單體仍然連在一起。

解題方法

減數分裂第一分裂結束並完成細胞質分裂後，形成兩個子細胞。每個子細胞具有：

• $n=12$ 條染色體
• 每條染色體仍由 $2$ 條染色單體組成

因此，前期 II（prophase II）每個細胞中的染色單體總數為：

$$12\ \text{條染色體}\times 2\ \text{條染色單體／染色體} =24\ \text{條染色單體}$$

所以正確選項為 C。

選項分析

• A) 6：錯誤。$6$ 並非本題中每個減數分裂第二期細胞的染色體數或染色單體數。
• B) 12：錯誤。

本題考查遺傳學中的連鎖和獨立分配定律，以及概率計算。

父本基因型為 $xxYyZz$，母本基因型為 $xxYyzz$。
我們需要計算子代獲得與父本相同基因型 ($xxYyZz$) 的概率。
假設這三個基因座（loci）獨立遺傳。我們分別計算每個基因座組合的概率，然後將它們相乘。

1. 基因座 X (x/x)：

   • 父本提供 $x$。
   • 母本提供 $x$。
   • 子代基因型為 $xx$ 的概率是 $1 \times 1 = 1$。

2. 基因座 Y (Y/y)：

   • 父本基因型為 $Yy$，可以產生 $Y$ 和 $y$ 的配子，概率各為 $1/2$。
   • 母本基因型為 $Yy$，可以產生 $Y$ 和 $y$ 的配子，概率各為 $1/2$。

核心觀念

轉錄可分為起始、延長與終止三階段。延長階段中，RNA 聚合酶沿著 DNA 模板股移動，依互補鹼基配對原則，將 RNA 核苷酸接到新生 RNA 的 $3'$ 端，因此 RNA 轉錄本必定以 $5' \rightarrow 3'$ 方向延長。

RNA 聚合酶讀取的 DNA 模板股方向為 $3' \rightarrow 5'$，新生 RNA 則以反向平行的 $5' \rightarrow 3'$ 方向合成。

解題方法

判斷本題關鍵在於辨認「延長階段」的特徵：

1. RNA 聚合酶已經完成啟動，離開啟動子並沿 DNA 模板股前進。
2. 新的原料是 RNA 核苷酸，而不是 DNA 核苷酸。
3. RNA 核苷酸只能接到 RNA 的 $3'$ 端，因此轉錄本由 $5'$ 端向 $3'$ 端增長。
4. RNA 聚合酶前方的 DNA 暫時解開，後方的 DNA 會重新形成雙股螺旋。

因此，符合延長階段的敘述是「轉錄本以 $5' \rightarrow 3'$ 方向增長」。

選項分析

A) DNA nucleotides are added to the transcript

錯誤。轉錄所合成的是 RNA，加入轉錄本的原料為 RNA 核苷酸，即 ATP、GTP、CTP 與 UTP。DNA 核苷酸是 DNA 複製的原料，不是轉錄延長時的主要原料。

B) the transcript grows in the 5' to 3' direction

正確。RNA 聚合酶只能將新的 RNA 核苷酸接到新生 RNA 的 $3'$ 端，因此 RNA 轉錄本的延長方向為：

核心觀念

真核生物成熟的 mRNA 通常具有：

• 5′ 端帽（5′ cap）：協助 mRNA 輸出、穩定，並參與核糖體辨識與翻譯起始。
• 5′ 非轉譯區（5′ UTR）
• 編碼區（coding region）：包含起始密碼子、蛋白質編碼序列與終止密碼子。
• 3′ 非轉譯區（3′ UTR）
• 3′ 端 poly(A) tail：由許多腺嘌呤核苷酸組成，主要功能是提高 mRNA 穩定性，保護其免受 RNA 分解酶降解。

因此，poly(A) tail 位於 mRNA 的 3′ 端，並非翻譯密碼或核糖體直接結合的位置。

解題方法

判斷各選項時，先確認 poly(A) tail 的位置與主要功能：

1. 起始密碼子與終止密碼子位於 mRNA 的編碼區。
2. 真核生物翻譯起始時，核糖體主要辨識 mRNA 的 5′ cap，並沿著 mRNA 移動尋找起始密碼子。
3. poly(A) tail 位於 3′ 端，主要防止 mRNA 被外切型 RNA 分解酶由 3′ 端分解。

所以正確敘述是「poly(A) tail 保護 mRNA 免受 RNA-digesting enzymes 攻擊」。

選項分析

A) is where the start codon is located

錯誤。起始密碼子通常是 AUG，位於 mRNA 的編碼區，負責指定翻譯起始與甲硫胺酸。poly(A) tail 位於 mRNA 的 3′ 端，不包含起始密碼子。

B) is where ribosomes attach at the start of translation

核心觀念

蛋白質編碼區以每 3 個鹼基為一組讀取，這 3 個鹼基稱為一個密碼子（codon），每個密碼子決定一個胺基酸或終止訊號。

插入或刪除鹼基時：

• 插入或刪除數目是 3 的倍數：讀碼框通常不改變，只增加或減少完整的密碼子。
• 插入或刪除數目不是 3 的倍數：會改變後續鹼基的分組方式，造成移碼突變（frameshift mutation）。

本題插入 2 個鹼基，而 $2$ 不是 $3$ 的倍數，因此會使起始密碼子之後的讀碼框全部改變。

解題方法

原本的編碼序列可概念化表示為：

$$\text{AUG}\ |\ \text{XXX}\ |\ \text{YYY}\ |\ \text{ZZZ}\ |\ \cdots$$

其中 AUG 是起始密碼子，後方每 3 個鹼基分成一組。

若在起始密碼子之後插入 2 個鹼基，讀取方式會變成：

$$\text{AUG}\ |\ \text{XX}\text{abX}\ |\ \text{XXY}\ |\ \text{YYZ}\ |\ \cdots$$

插入的 2 個鹼基使後續分組整體錯開，因此從插入位置開始，後面的密碼子都會改變。這種「因非 3 的倍數插入而改變讀碼框」的突變，稱為 frameshift mutation。

雖然移碼後也可能提早遇到終止密碼子，導致蛋白質縮短，但題目所描述的直接突變類型是移碼突變。

選項分析

本題考查真核細胞基因表達調控的特點。

A) gene expression is regulated mostly at the level of transcription
這個說法是正確的。在真核生物中，基因表達調控最主要、最關鍵的環節是在轉錄水平。通過調控 RNA 聚合酶與啟動子的結合、啟動子區域的表觀遺傳學修飾（如 DNA 甲基化、組蛋白修飾）等，來決定哪些基因可以被轉錄，以及轉錄的效率。當然，轉錄後加工、mRNA 運輸、翻譯和蛋白質修飾等環節也有調控，但轉錄層次的調控是影響最大的。

B) all mRNAs tend to remain stable for about the same length of time
這個說法是錯誤的。不同 mRNA 的穩定性差異很大，這也是一種重要的調控方式。有些 mRNA 壽命很長，可以被多次翻譯；有些則很快被降解。poly(A) 尾的長度、5' 帽結構、核苷酸序列中的特定調控元件等都會影響 mRNA 的穩定性。

C) mRNA activity is altered through modifications such as phosphorylation
這個說法不準確。

核心觀念

本題考查大腦皮質語言區的功能：

• Broca’s region（布羅卡區）：位於優勢半球額葉，主要負責語言的產生、口語表達與語法組織。
• Wernicke’s region（韋尼克區）：位於優勢半球顳葉，主要負責語言的理解，包含聽到語句後的意義辨識。

兩者共同參與人類的語言功能（speech and language），因此題目所問的功能是 speech。

解題方法

判斷腦區功能時，先將選項分為感覺功能與高階認知功能：

• 嗅覺：olfaction
• 視覺：vision
• 語言表達與理解：speech
• 記憶：memory
• 聽覺：hearing

Broca 區與 Wernicke 區都是語言相關腦區。Broca 區受損會造成語言表達困難；Wernicke 區受損則會造成語言理解障礙。因此兩者影響的主要功能為 speech。

選項分析

A) olfaction

錯誤。嗅覺主要由嗅球、嗅束及與嗅覺相關的大腦皮質區域處理，不是 Broca 區或 Wernicke 區的主要功能。

核心觀念

本題考查昆蟲變態發育中兩種主要激素的作用：

• 蛻皮激素（ecdysone）：由前胸腺分泌，主要作用是啟動蛻皮過程。
• 幼年激素（juvenile hormone, JH）：由咽側腺分泌，主要作用是維持幼蟲特徵，決定蛻皮後的發育型態。

幼蟲每次蛻皮時，蛻皮激素都會上升以啟動蛻皮；而蛻皮後究竟成為「更大幼蟲」或「成蟲」，取決於幼年激素濃度：

• 蛻皮激素上升＋幼年激素濃度高：幼蟲 → 更大幼蟲
• 蛻皮激素上升＋幼年激素濃度降低：幼蟲 → 蛹
• 蛻皮激素上升＋幼年激素幾乎消失：蛹 → 成蟲

因此，幼年激素持續偏高，會使昆蟲不斷維持幼蟲型態，雖然體型逐漸變大，卻無法成熟為成蟲。

解題方法

題幹指出毛毛蟲：

1. 每次蛻皮後都會變得更大；
2. 始終沒有發育為成蟲。

「能夠持續蛻皮」表示蛻皮激素仍能正常發揮作用，因此問題不在於完全缺乏蛻皮激素。

「蛻皮後仍是更大的幼蟲」則表示幼年激素濃度仍然偏高。幼年激素會抑制成蟲特徵的形成，使蛻皮結果維持在幼蟲階段。

所以最合理的原因是：

$$\text{幼年激素濃度增加} \Rightarrow \text{持續維持幼蟲型態} \Rightarrow \text{無法變態為成蟲}$$

選項分析

A) a lack of ecdysone

核心觀念

本題考查睪丸中兩類主要內分泌細胞的功能：

• Sertoli cells（支持細胞）：位於曲細精管內，負責支持與調控精子發生。
• Leydig cells（間質細胞）：位於曲細精管之間，主要負責製造男性性激素 testosterone。

Sertoli cells 的重要功能包括：

1. 受 FSH 刺激，支持精子發生與精子成熟。
2. 製造 androgen-binding protein（ABP），維持曲細精管內高濃度的雄性激素。
3. 分泌 inhibin，對腦下垂體前葉產生負回饋，抑制 FSH 分泌。
4. 形成 blood-testis barrier，保護發育中的生殖細胞免受免疫系統攻擊。
5. 吞噬精子發生過程中脫落的細胞質，並提供營養與局部調控。

其中，testosterone 主要由 Leydig cells 製造，不是 Sertoli cells 的主要功能。

解題方法

判斷各選項是否為 Sertoli cells 的功能，關鍵是區分：

• 支持細胞 Sertoli cells：支持精子發生、製造 ABP、inhibin、血睪屏障。
• 間質細胞 Leydig cells：製造 testosterone。

逐一比對後，找出屬於 Leydig cells 的功能即可。

選項分析

A) production of androgen-binding protein

正確。Sertoli cells 會製造 androgen-binding protein, ABP。ABP 能與 testosterone 或 dihydrotestosterone 結合，使曲細精管內維持足夠的雄性激素濃度，有利於精子發生。

FSH 會作用於 Sertoli cells，促進 ABP 的製造；而 LH 則作用於 Leydig cells，促進 testosterone 生成。

B) FSH stimulation of spermiogenesis

正確。FSH 作用於 Sertoli cells，促進其支持精子發生的功能，包含營養供應、局部生長因子分泌與 ABP 製造等。

RNA interference (RNAi)，中文稱為 RNA 干擾，是一種存在於真核生物中的基因沉默機制。它通過小分子 RNA 分子（如 small interfering RNA, siRNA，或 microRNA, miRNA）來調控基因的表達，通常是抑制基因的轉錄或翻譯。

機制簡述：

1. 內源性或外源性雙鏈 RNA (dsRNA)：在細胞內，miRNA 由特定的基因轉錄產生，經過加工形成單鏈 RNA 後與 RISC（RNA-induced silencing complex）結合。外源性 dsRNA（如病毒 RNA 或實驗引入的 siRNA）也會被細胞識別並處理。
2. Dicer 酶：Dicer 是一種核酸酶，它將較長的 dsRNA 切割成約 21-25 個核苷酸對的小分子 dsRNA（siRNA 或 pre-miRNA）。
3. RISC 複合體：其中一條 RNA 鏈（稱為 guide strand）會與 RISC 複合體結合。

Ectotherm，中文稱為「外溫動物」或「變溫動物」。

定義：
外溫動物是指其體溫主要依賴於外部環境溫度來調節的動物。牠們不像內溫動物（endotherm，如哺乳類和鳥類）那樣，能通過內在的代謝過程產生足夠的熱量來維持相對恆定的體溫。

特點：

• 體溫波動：外溫動物的體溫會隨著環境溫度的變化而波動。
• 依賴外部熱源：牠們通常需要通過曬太陽、尋找溫暖的棲息地等方式來獲取熱量，或者進入陰涼、水體等地方來散熱，以將體溫維持在適合其生理活動的範圍內。
• 代謝率較低：相較於內溫動物，外溫動物的基礎代謝率通常較低，這意味著牠們對食物的需求量也相對較少。

Species diversity，中文稱為「物種多樣性」。

定義：
物種多樣性是指在一個特定的生態系統、棲息地或地理區域內，物種數量的豐富程度和物種相對豐度的綜合衡量。它包含兩個主要方面：

1. 物種豐富度 (Species richness)：指一個區域內存在的不同物種的總數。例如，一個森林裡有 50 種不同的樹木，那麼該森林的物種豐富度就是 50。
2. 物種均勻度 (Species evenness)：指在一個群集中，不同物種的個體數量分佈的均勻程度。如果一個群集中所有物種的個體數量都差不多，那麼它的均勻度就高。如果某一個物種的個體數量遠遠多於其他物種，那麼它的均勻度就低。

Competitive exclusion，中文稱為「競爭排斥原理」或「高斯競爭排斥原理」（Gause's competitive exclusion principle）。

定義：
這是生態學中的一個基本原理，由俄羅斯生態學家格奧爾基·高斯（G.F. Gause）在 1930 年代提出。該原理指出：在一個穩定的生態系統中，如果兩種或多種生物競爭同一種有限的資源（如食物、空間、光照等），那麼只有那個能夠更有效利用該資源的物種才能夠持續生存，而其他競爭者最終會被排斥或滅絕。換句話說，兩個物種不能在同一生態位（niche）上長期共存。

核心概念：

• 生態位 (Niche)：一個物種在生態系統中所扮演的角色，包括它所利用的資源、對環境的要求以及它對環境的影響等。
• 資源有限性：競爭排斥原理的前提是資源是有限的，生物之間存在競爭。

Bohr shift，中文稱為「波耳效應」或「波耳效應」。它描述的是血液中血紅蛋白（hemoglobin, Hb）對氧氣親和力（affinity for oxygen）受到 pH 值和二氧化碳濃度影響而發生的變化。

核心概念：
血紅蛋白是一種能夠結合氧氣並將其運輸到身體組織的蛋白質。它在肺部（氧氣濃度高）需要高效地結合氧氣，而在組織（氧氣濃度低）需要釋放氧氣。這種氧氣結合能力的調節，部分是由組織代謝產生的 $CO_2$ 和 $H^+$ 離子引起的。

機制：

1. pH 值：
   • 當組織細胞進行劇烈代謝時，會產生大量的 $CO_2$。$CO_2$ 進入血液後，在紅細胞內，碳酸酐酶（carbonic anhydrase）催化 $CO_2$ 與水反應生成碳酸（$H_2CO_3$），碳酸進一步解離成 $H^+$ 和 $HCO_3^-$。
   • 積累的 $H^+$ 離子會與血紅蛋白上的特定氨基酸殘基結合，改變血紅蛋白的三維結構。
   • 這種結合會降低血紅蛋白對氧氣的親和力。
   • 因此，pH 值降低（酸性增強）會導致血紅蛋白釋放更多氧氣。

鳥類的飛行是一項對能量和氧氣需求極高的活動，因此牠們演化出了一套獨特的呼吸系統來滿足這種高代謝需求。鳥類肺部的適應性主要體現在其結構和氣流模式上，這與哺乳動物的肺部有顯著不同。

鳥類肺部的關鍵適應性：

1. 氣囊系統 (Air Sac System)：

   • 鳥類肺部與一系列氣囊（通常有九個，分為前氣囊和後氣囊）相連。這些氣囊本身沒有多少氣體交換功能，但它們起到儲存空氣和引導氣流的作用。
   • 氣囊的結構使得氣流在肺部呈「單向流動」（unidirectional flow），這與哺乳動物肺部氣流的「雙向流動」（tidal flow）截然不同。

2. 單向氣流 (Unidirectional Airflow)：

   • 鳥類通過氣囊系統實現了氣流的單向流動。吸入的空氣首先進入後氣囊，然後在第一次呼氣時進入肺部（氣管，parabronchi）進行氣體交換，在第二次吸氣時，肺部（氣管）的空氣被推入前氣囊，最後在第二次呼氣時排出體外。
   • 這種單向流動確保了肺部（氣管）始終有新鮮空氣通過，大大提高了氧氣的獲取效率。

Induction（誘導）、determination（決定）和 differentiation（分化）是描述細胞和組織發育過程中，細胞命運如何被決定和實現的關鍵概念。它們之間存在著緊密的先後順序和相互作用關係。

1. Induction (誘導)：

   • 定義：誘導是指一個細胞或組織（誘導者，inducer）發送信號，影響鄰近細胞或組織（響應者，responder）的行為或命運。這種信號可以是化學物質、細胞接觸或其他物理刺激。
   • 作用：誘導是啟動細胞發育過程的第一步。它通常會改變響應細胞內部的基因表達模式，為後續的決定和分化奠定基礎。例如，在胚胎發育中，一個細胞群發出的信號可以誘導其下方的細胞發育成特定的結構。

2. Determination (決定)：

   • 定義：決定是指細胞在發育過程中，其未來的細胞類型（cell fate）被「鎖定」或「預定」的過程。一旦一個細胞被決定，它就朝著成為某種特定細胞類型（如神經細胞、肌肉細胞）的方向發展，即使將其置於不同的環境中，它仍然會朝這個方向分化。
   • 機制：決定通常是通過細胞內基因表達模式的穩定的、不可逆的變化來實現的。這可能涉及到表觀遺傳學的修飾（如 DNA 甲基化、組蛋白修飾）或特定轉錄因子的激活。
   • 與誘導的關係：誘導信號通常是觸發或啟動細胞決定的關鍵因素。

這個病人能夠產生針對某些細菌病原體的抗體，但無法對抗病毒感染，這表明他的免疫系統在針對病毒的防禦機制上存在缺陷。這通常指向細胞免疫（cell-mediated immunity）的某個環節出現問題，因為細胞免疫在清除病毒感染中起著關鍵作用。

免疫系統的兩種主要防禦機制：

1. 體液免疫 (Humoral immunity)：主要由 B 細胞產生抗體。抗體主要負責識別和中和細胞外的病原體（如細菌、病毒顆粒），或標記它們以便被吞噬細胞清除。
2. 細胞免疫 (Cell-mediated immunity)：主要由 T 細胞（特別是細胞毒性 T 細胞, cytotoxic T lymphocytes, CTLs）介導。細胞免疫負責識別和殺死被病毒感染的細胞，或清除體內的癌細胞。

分析病人的情況：

• 能對抗細菌：這表明病人的體液免疫功能（B 細胞產生抗體）相對正常，因為許多細菌感染主要通過抗體來清除。
• 不能對抗病毒：病毒感染的細胞需要被細胞毒性 T 細胞識別並殺死。如果病人無法有效對抗病毒，很可能意味著他的細胞毒性 T 細胞功能受損，或者輔助 T 細胞（helper T cells）在協調細胞免疫反應方面存在問題。

可能的免疫缺陷疾病：

基於上述分析，最可能的免疫缺陷是：

• 嚴重複合型免疫缺陷病 (Severe Combined Immunodeficiency, SCID)：這是一類嚴重的遺傳性免疫缺陷疾病，影響 T 細胞的發育和功能，通常也伴隨 B 細胞和 NK 細胞的功能異常。SCID 患者對各種感染（包括細菌、病毒、真菌）都極其易感。但題目說病人「能對抗某些細菌」，這與典型的 SCID 有些出入，因為 SCID 通常全身免疫功能嚴重低下。

當實驗性地增加靜息神經元（resting neuron）細胞外 $Na^+$ 離子的濃度，同時保持其他離子濃度不變時，會對細胞的膜電位（membrane potential）產生顯著影響。

背景知識：

• 靜息膜電位 (Resting membrane potential)：在神經元靜息狀態下，細胞膜內外的離子濃度差異（特別是 $Na^+$ 和 $K^+$）以及細胞膜對這些離子的通透性（permeability）決定了膜電位。靜息膜電位通常是負值（例如，-70mV），這主要是因為細胞膜對 $K^+$ 離子的通透性遠大於對 $Na^+$ 離子的通透性，且細胞內有較多負離子。$Na^+$/$K^+$ 幫浦（pump）也持續工作，將 $Na^+$ 泵出細胞，將 $K^+$ 泵入細胞，維持離子濃度梯度。
• 離子滲透性 (Ion permeability)：膜電位主要由離子跨膜擴散的趨勢決定，而這種趨勢又取決於離子的濃度梯度和膜對該離子的通透性。膜電位的變化趨勢會趨向於該離子的平衡電位（equilibrium potential）。

影響分析：

1. $Na^+$ 濃度梯度：細胞外 $Na^+$ 濃度升高，意味著細胞外 $Na^+$ 相對於細胞內 $Na^+$ 的濃度梯度減小（如果細胞內 $Na^+$ 不變）。
2. $Na^+$ 擴散驅動力：靜息狀態下，神經元細胞膜對 $Na^+$ 的通透性很低。然而，細胞內有較多的負離子，而細胞外 $Na^+$ 帶正電。從濃度和電荷兩方面來看，這兩者共同驅動 $Na^+$ 離子從細胞外向細胞內擴散（如果膜對 $Na^+$ 有通透性）。