109 年 國立臺灣大學海洋研究所生物漁業組《生物學》
第 1 題
- Which bonds are created during the formation of the primary structure of a protein?
(A) peptide bonds
(B) hydrogen bonds
(C) disulfide bonds
(D) phosphodiester bonds
(E) A, B, and C
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蛋白質的一級結構是指其胺基酸序列。胺基酸之間透過肽鍵(peptide bonds)連接,形成多肽鏈。
第 2 題
- Which of the following would likely move through the lipid bilayer of a plasma membrane most rapidly?
(A) glucose
(B) an amino acid
(C) CO2
(D) K+
(E) starch
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細胞膜的脂質雙層結構對物質的通透性有選擇性。一般而言,小分子、非極性、無電荷的物質最容易快速通過脂質雙層。
(A) 葡萄糖 (glucose) 是極性分子,需要載體蛋白協助運輸。
(B) 胺基酸 (amino acid) 是極性分子,也需要載體蛋白協助運輸。
第 3 題
- CAM plants keep stomata closed in daytime, thus reducing loss of water. They can do this because they
(A) use photosystems I and II at night
(B) fix CO2 into sugars in the bundle-sheath cells
(C) fix CO2 into pyruvate in the mesophyll cells
(D) fix CO2 into organic acids during the night
(E) use the enzyme phosphofructokinase, which outcompetes rubisco for CO2
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景天酸代謝 (Crassulacean Acid Metabolism, CAM) 植物為了適應乾旱環境,會在夜間打開氣孔,吸收 CO2 並將其固定成有機酸儲存。到了白天,氣孔關閉以減少水分散失,同時將儲存的有機酸釋放出 CO2,再經由卡爾文循環(Calvin cycle)進行光合作用。
(A) 光系統 I 和 II 主要在白天進行光反應,與 CAM 植物夜間吸收 CO2 的機制無關。
(B) 將 CO2 固定成糖是在卡爾文循環的下游,CAM 植物白天進行此步驟,但 bundle-sheath cells 主要與 C4 植物的光合作用途徑有關。
(C) CAM 植物在夜間將 CO2 固定成有機酸(如蘋果酸),而不是直接固定成丙酮酸 (pyruvate)。
第 4 題
- The formation of a cell plate is beginning across the middle of a cell and nuclei are re-forming at opposite ends of the cell.
What kind of cell is this?
(A) an animal cell in metaphase
(B) an animal cell in telophase
(C) an animal cell undergoing cytokinesis
(D) a plant cell in metaphase
(E) a plant cell undergoing cytokinesis
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題幹描述了兩個重要現象:細胞板 (cell plate) 的形成,以及細胞核在細胞兩端重新形成。
細胞板是植物細胞在有絲分裂末期 (telophase) 和細胞質分裂 (cytokinesis) 過程中形成的結構,最終會發育成新的細胞壁,將母細胞分隔成兩個子細胞。
動物細胞進行細胞質分裂時,是通過形成細胞收縮環 (cleavage furrow) 來實現的,而不是細胞板。
題幹中的「核在細胞兩端重新形成」是細胞分裂後期 (telophase) 的特徵。
綜合以上兩點,細胞正在進行細胞質分裂,並且形成了細胞板,這表明它是一個植物細胞。因此,這是正在進行細胞質分裂的植物細胞。
第 5 題
- The enzyme telomerase solves the problem of replication at the ends of linear chromosomes by which method?
(A) adding a single 5' cap structure that resists degradation by nucleases
(B) adding numerous short DNA sequences such as TTAGGG, which form a hairpin turn
(C) causing linear ends of the newly replicated DNA to circularize
(D) causing specific double strand DNA breaks that result in blunt ends on both strands
(E) adding numerous GC pairs which resist hydrolysis and maintain chromosome integrity
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端粒酶 (telomerase) 是一種特殊的 DNA 聚合酶,它能夠延長線性染色體末端的端粒 (telomere)。由於 DNA 聚合酶只能從 5' 端往 3' 端合成,且需要引子 (primer),因此在線性染色體的末端,當 RNA 引子被移除後,會留下無法被完全複製的 3' overhang,導致染色體隨著細胞分裂而縮短。
端粒酶通過其內含的 RNA 模板,以反轉錄 (reverse transcription) 的方式,將重複性的 DNA 序列(例如人類的 TTAGGG)添加到染色體 3' 端。這個過程可以延伸 3' overhang,為後續的 DNA 聚合酶提供足夠的模板,從而防止染色體末端因複製而縮短。
(A) 5' cap 結構是真核生物 mRNA 的修飾,與端粒酶的功能無關。
第 6 題
- Most human-infecting viruses are maintained in the human population only. However, a zoonosis is a disease that is transmitted from other vertebrates to humans, at least sporadically, without requiring viral mutation. Which of the following is the best example of a zoonosis?
(A) smallpox
(B) herpesvirus
(C) rabies
(D) HIV
(E) hepatitis virus
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人畜共通傳染病 (zoonosis) 是指由動物傳播給人類的疾病。題幹中強調了「從其他脊椎動物傳播給人類」,且「不一定需要病毒突變」。
(A) 天花 (smallpox) 主要在人類之間傳播。
(B) 單純疱疹病毒 (herpesvirus) 主要感染人類,也有一些病毒株感染其他動物,但不是典型的人畜共通傳染病例子。
第 7 題
- Which of the following seals the sticky ends of restriction fragments to make recombinant DNA?
(A) restriction enzymes
(B) DNA ligase
(C) DNA polymerase
(D) histone acetyltransferase
(E) reverse transcriptase
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重組 DNA 技術 (recombinant DNA technology) 是指將來自不同來源的 DNA 片段連接起來。
限制酶 (restriction enzymes) 的作用是切割 DNA,產生具有「黏性末端」(sticky ends) 或「平末端」(blunt ends) 的 DNA 片段。
DNA 聚合酶 (DNA polymerase) 的作用是合成 DNA,例如在 DNA 複製或修復過程中。
第 8 題
- What is proteomics?
(A) the linkage of each gene to a particular protein
(B) the study of how amino acids are ordered in a protein
(C) the totality of the functional possibilities of a single protein
(D) the study of the full protein set encoded by a genome
(E) the study of how a single gene activates many proteins
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蛋白質體學 (proteomics) 是對生物體內所有蛋白質的總體進行系統性研究的學科。這包括蛋白質的結構、功能、相互作用、修飾以及它們在細胞或生物體中的總體表現。
(A) 基因與蛋白質的連結是基因組學 (genomics) 和轉錄組學 (transcriptomics) 的一部分。
(B) 胺基酸的排序是蛋白質一級結構的描述,是蛋白質化學和分子生物學的基礎。
第 9 題
- If neutral variation is truly "neutral," then it should have no effect on
(A) nucleotide diversity
(B) average heterozygosity
(C) gene diversity
(D) our ability to measure the rate of evolution
(E) relative fitness
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中性變異 (neutral variation) 指的是那些對生物體的適應度 (fitness) 沒有顯著影響的基因變異。如果一個變異是真正中性的,那麼它不會影響該生物體的相對適應度。
(A) 核苷酸多樣性 (nucleotide diversity) 是指同一物種內不同個體間的核苷酸序列差異,中性變異會增加核苷酸多樣性,因為它們可以被固定或丟失。
(B) 平均異質性 (average heterozygosity) 是指種群中平均每個基因座上的雜合子比例。
第 10 題
- Which of the following most closely represents the male gametophyte of seed-bearing plants?
(A) ovule
(B) microspore mother cell
(C) pollen grain interior
(D) embryo sac
(E) fertilized egg
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種子植物的雄配子體 (male gametophyte) 是指產生雄配子(精細胞)的結構。
(A) 胚珠 (ovule) 是雌性生殖結構,發育為種子,內含雌配子體。
(B) 小孢子母細胞 (microspore mother cell) 是二倍體細胞,經過減數分裂產生小孢子,是雄配子體發育的起點,但不是雄配子體本身。
第 11 題
- Both fungus-farming ants and their fungi can synthesize the same structural polysaccharide from the beta-glucose. What is this polysaccharide?
(A) amylopectin
(B) chitin
(C) cellulose
(D) lignin
(E) glycogen
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題幹提到這種多醣是由 β-葡萄糖 (beta-glucose) 組成,並且是真菌和採集真菌的螞蟻都能合成的結構性多醣。
(A) 直鏈澱粉 (amylopectin) 是澱粉的一種,由 α-葡萄糖組成,主要儲存在植物中。
(B) 幾丁質 (chitin) 是一種由 N-乙醯葡萄糖胺 (N-acetylglucosamine) 組成的多醣,是真菌細胞壁的主要成分,也存在於節肢動物的外骨骼中。N-乙醯葡萄糖胺可以看作是葡萄糖的衍生物。雖然題幹說是由 β-葡萄糖合成,但幾丁質的單元是葡萄糖胺的衍生物,且其聚合方式與 β-葡萄糖連結有關。真菌合成幾丁質是眾所周知的。
第 12 題
- Which of these is not considered an amniote?
(A) amphibians
(B) nonbird reptiles
(C) birds
(D) egg-laying mammals
(E) placental mammals
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羊膜動物 (amniote) 是指具有羊膜 (amnion) 的動物,羊膜是胚胎發育過程中形成的一層保護膜。羊膜動物包括爬行動物、鳥類和哺乳動物。
(A) 兩棲動物 (amphibians),如青蛙、蠑螈,牠們的胚胎通常需要在水中或潮濕的環境中發育,缺乏羊膜,卵也無羊膜包覆,因此不屬於羊膜動物。
第 13 題
- Which of the following describes the fate of most of the water taken up by a plant?
(A) It is used as a solvent.
(B) It is used as a hydrogen source in photosynthesis.
(C) It is used to keep cells turgid.
(D) It makes cell elongation possible.
(E) It is lost during transpiration.
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植物吸收的水分,只有一小部分用於光合作用、維持膨壓和細胞生長,絕大部分的水分會通過蒸散作用 (transpiration) 散失到大氣中。蒸散作用是植物在白天通過氣孔將水蒸氣釋放到空氣中的過程,這個過程有助於水分和礦物質從根部向上運輸,同時也能幫助植物散熱。
(A) 水確實是溶劑,參與細胞內各種生化反應。
第 14 題
- A plant seedling bends toward sunlight because
(A) auxin migrates to the lower part of the stem due to gravity
(B) there is more auxin on the light side of the stem
(C) auxin is destroyed more quickly on the dark side of the stem
(D) auxin is found in greatest abundance on the dark side of the stem
(E) gibberellins produced at the stem tip cause phototropism
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植物向光性 (phototropism) 是指植物向光源生長的一種現象,這是由生長素 (auxin) 的不均勻分佈引起的。
當光源從一側照射植物的幼苗莖頂時,生長素會在莖頂的背光側(黑暗側)積累,並向莖的下部運輸。由於生長素在較高濃度下能促進莖的生長,因此背光側的細胞生長得比向光側快,導致莖向光源彎曲。
(A) 重力會影響生長素的分佈,使生長素在莖的下部積累(向地性),但這與向光性是不同的機制。
第 15 題
- Folic acid supplements have become especially important for pregnant women. Why?
(A) Folic acid deprivation is associated with neural tube abnormalities in a fetus.
(B) The folic acid stored by pregnant women is removed from their circulation.
(C) The fetus makes high levels of folic acid.
(D) Folic acid supplies vitamins that pregnant women lose.
(E) Folic acid deprivation is a cause of heart abnormalities in a newborn.
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葉酸 (folic acid) 對於胎兒的正常發育至關重要,尤其是在懷孕早期。
(A) 葉酸缺乏與胎兒神經管缺陷 (neural tube defects, NTDs) 的發生密切相關,例如脊柱裂 (spina bifida) 和無腦症 (anencephaly)。這是補充葉酸最重要的原因。
(B) 孕婦體內儲存的葉酸並不會被「移除」,而是胎兒發育需要大量葉酸。
(C) 胎兒本身無法產生足夠的葉酸,需要從母體獲取。
第 16 題
- Which of the following would be described as a portal system?
(A) an area connecting arterioles to venules
(B) a series of vessels that returns blood to the heart in an animal with an open circulatory system
(C) a space within or between organs where blood is allowed to pool
(D) a slightly muscular vessel that has minimal pumping action in an organism with no heart
(E) a vessel or vessels connecting two capillary beds
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門脈系統 (portal system) 是指血液在流回心臟之前,經過兩個連續的微血管床 (capillary beds)。
(A) 動脈小靜脈 (arterioles) 連接到小靜脈 (venules) 是正常的微血管交換區之間的連接,不是門脈系統。
(B) 在開放式循環系統中,血液在血管和體腔之間流動,不是門脈系統。
(C) 血液在器官內聚集的空間是竇狀毛細血管 (sinusoids) 或靜脈竇 (venous sinuses),這不是典型的門脈系統定義。
(D) 這種描述更像是靜脈,與門脈系統的定義不符。
第 17 題
- B cells interacting with helper T cells are stimulated to differentiate when
(A) B cells produce IgE antibodies
(B) B cells release cytokines
(C) helper T cells differentiate into cytotoxic T cells
(D) helper T cells release cytokines
(E) helper T cells present the class II MHC molecule-antigen complex on their surface
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B 細胞 (B cells) 和輔助 T 細胞 (helper T cells) 的協同作用是體液免疫 (humoral immunity) 的關鍵。
B 細胞要被活化並分化成漿細胞 (plasma cells) 產生抗體,通常需要 T 細胞的協助。這個過程涉及 B 細胞識別抗原,並將抗原呈遞給輔助 T 細胞。輔助 T 細胞識別 B 細胞呈遞的抗原-MHC II 複合體後,會被活化,並釋放出細胞激素 (cytokines),同時也通過細胞表面的 CD40L 與 B 細胞的 CD40 結合,提供第二個信號。這些信號共同作用,刺激 B 細胞增殖和分化。
(A) B 細胞產生 IgE 抗體是分化後的結果,而不是刺激分化的原因。
第 18 題
- What would account for increased urine production as a result of drinking alcoholic beverages?
(A) increased aldosterone production
(B) increased blood pressure
(C) inhibition of antidiuretic hormone secretion (ADH)
(D) increased reabsorption of water in the proximal tubule
(E) the osmoregulator cells of the brain increasing their activity
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酒精 (alcoholic beverages) 具有利尿作用,會導致尿液產生量增加。這是因為酒精會抑制抗利尿激素 (antidiuretic hormone, ADH),也稱為血管加壓素 (vasopressin) 的分泌。
ADH 在腎臟的集合管 (collecting ducts) 和遠曲小管 (distal convoluted tubules) 促進水分的重吸收。當 ADH 分泌被抑制時,這些部位對水分的重吸收減少,導致更多的水分留在腎小管中,最終排出體外,形成尿液,從而增加尿量。
第 19 題
- Which of the following levels of organization is arranged in the correct sequence from most to least inclusive?
(A) community, ecosystem, individual, population
(B) ecosystem, community, population, individual
(C) population, ecosystem, individual, community
(D) individual, population, community, ecosystem
(E) individual, community, population, ecosystem
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生物組織層次 (levels of biological organization) 從小到大依序為:
個體 (individual) → 種群 (population) → 群落 (community) → 生態系 (ecosystem) → 生物圈 (biosphere)。
「最inclusive」意指包含範圍最廣。
(A) community, ecosystem, individual, population:群落(包含多個種群)→ 生態系(包含群落和非生物環境)→ 個體 → 種群。順序錯誤。
(B) ecosystem, community, population, individual:生態系 → 群落 → 種群 → 個體。這個順序是從最廣泛到最狹窄,符合題意。
第 20 題
- A population's carrying capacity
(A) may change as environmental conditions change
(B) generally remains constant over time
(C) increases as the per capita growth rate (r) decreases
(D) can be accurately calculated using the logistic growth model
(E) can never be exceeded
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環境負載量 (carrying capacity, K) 是指在特定環境中,某個物種能夠維持的最大種群數量。
(A) 環境負載量並非固定不變,而是會隨著環境條件(如資源可用性、空間、天敵數量等)的變化而改變。這是最準確的描述。
(B) 環境負載量通常不是恆定的,尤其是在自然界中。
(C) 每人增長率 (per capita growth rate, r) 與環境負載量 (K) 的關係是,當種群數量接近 K 時,r 會下降。
第 二、1 題20 分
二、Please explain the following terms. (20%)
- Genetic drift
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基因漂變 (Genetic drift) 是指在種群中,由於隨機事件(而非自然選擇)導致等位基因頻率隨機變化的現象。這種效應在小種群中尤為顯著,因為隨機取樣的誤差會更大。
第 二、2 題20 分
二、Please explain the following terms. (20%)
2. Inductive reasoning
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歸納推理 (Inductive reasoning) 是一種從特定觀察或例子出發,推導出一般性結論或規律的邏輯方法。科學研究中常使用歸納推理來建立理論或假說。
第 二、3 題20 分
二、Please explain the following terms. (20%)
3. Bioinformatics
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生物資訊學 (Bioinformatics) 是一門跨學科領域,它結合了電腦科學、統計學、數學和生物學,用於開發和應用計算工具來分析和解釋生物數據,特別是與遺傳學、基因組學、蛋白質體學和分子生物學相關的大量數據。
第 二、4 題20 分
二、Please explain the following terms. (20%)
4. Reciprocal altruism
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互惠利他主義 (Reciprocal altruism) 是一種利他行為,指的是一個個體為了另一個個體付出代價,但預期在未來會得到回報。這種行為在親緣關係不近的個體之間出現,可以通過「我幫你,你將來幫我」的模式來維持。
第 二、5 題20 分
二、Please explain the following terms. (20%)
5. Ecological niche
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生態位 (Ecological niche) 是指一個物種在生態系統中所扮演的角色,以及它與環境中所有非生物和生物因素的相互作用。
第 三 題10 分
三、Please explain the evolutionary origin of eukaryotic mitochondria and the evidence that supports the theory. (10%)
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真核細胞線粒體的演化起源理論是「內共生學說」(Endosymbiotic Theory)。該學說認為,線粒體最初是獨立生活的需氧細菌(很可能是α-變形菌的一種),被早期的一個無氧的古細菌(archaeon)宿主吞噬。宿主沒有消化這個細菌,而是與其建立了共生關係:細菌為宿主提供能量(通過呼吸作用),而宿主則為細菌提供保護和營養。隨著時間推移,這個細菌逐漸演化成線粒體。
支持內共生學說的證據主要有以下幾點:
- 線粒體的結構和組成與細菌相似:線粒體具有雙層膜,外膜與宿主細胞膜相似,內膜則具有細菌細胞膜的特徵,富含電子傳遞鏈蛋白。線粒體內基質的化學成分也與細菌細胞質相似。
- 線粒體擁有自己的 DNA:線粒體擁有一個環狀的 DNA 分子,類似於細菌的染色體,並且沒有組蛋白包裹。這個 DNA 分子編碼了線粒體內呼吸鏈的部分蛋白質和 rRNA、tRNA。
第 四 題10 分
四、Please explain the two laws of Mendel's inheritance. (10%)
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孟德爾遺傳定律包含兩個主要定律:
-
分離定律 (Law of Segregation):
又稱為配子法則。該定律指出,每個生物體都含有成對的等位基因,這些等位基因在形成配子時會彼此分離,每個配子只攜帶成對等位基因中的一個。當受精作用發生時,來自父本和母本的配子重新結合,恢復成對的等位基因。這解釋了為何親代和子代之間基因的傳遞是分離的,以及為何隱性性狀可以在後代中重新表現出來。 -
獨立分配定律 (Law of Independent Assortment):
又稱為自由組合定律。
第 五 題10 分
五、Please describe the five main conditions that a population must be satisfied to be in Hardy-Weinberg equilibrium. (10%)
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哈温平衡 (Hardy-Weinberg equilibrium) 描述了一個理想化的種群,其等位基因頻率和基因型頻率在連續的世代中保持不變。一個種群要達到或維持哈温平衡,必須滿足以下五個嚴格的條件:
- 無突變 (No mutation):沒有新的等位基因產生,現有的等位基因也不會轉變成其他等位基因。
- 無基因流 (No gene flow):沒有個體遷移進出種群,因此沒有外來基因的引入或基因的流失。
- 隨機交配 (Random mating):所有個體都有相同的機會與其他任何個體交配,沒有偏好。
第 六 題10 分
六、Please explain why neural transmission only propagates in specific direction. (10%)
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神經傳遞 (neural transmission) 之所以只能沿著特定的方向傳播,主要是由於神經元結構的極性以及突觸的單向傳導特性。
-
神經元的極性結構:
神經元通常具有樹突 (dendrites) 和細胞體 (cell body),負責接收來自其他神經元的信號,以及一個軸突 (axon),負責將信號傳遞到下一個神經元或效應器。信號的接收(通常是電化學信號的起始)發生在樹突和細胞體,而信號的傳出(動作電位的產生和傳播)則從軸丘 (axon hillock) 開始,沿著軸突向末端傳遞。這種結構上的極性決定了信息流動的方向。 -
突觸的單向傳導:
神經元之間通過突觸 (synapse) 進行信息傳遞。一個突觸由突觸前膜 (presynaptic membrane)、突觸間隙 (synaptic cleft) 和突觸後膜 (postsynaptic membrane) 組成。