108 年 國立宜蘭大學生物技術與動物科學系動物科學碩士班《動物生理學》

本題考查體內鈣離子代謝的調節機制。鈣離子是維持生命活動的重要礦物質，其血中濃度的恆定由多種荷爾蒙共同調控。

(A) 腎上腺 (Adrenal gland) 主要分泌腎上腺素、去甲腎上腺素、皮質醇、醛固酮等，與應激反應、鹽和水代謝、糖代謝等有關，與鈣代謝的直接調控關係較小。
(B) 副腎上腺 (Adrenal medulla) 是腎上腺的一部分，主要分泌腎上腺素和去甲腎上腺素，與「戰鬥或逃跑」反應有關。

本題考查甲狀腺荷爾蒙分泌的負回饋調節機制。甲狀腺荷爾蒙（T3 和 T4）的分泌受到下視丘-腦垂腺-甲狀腺軸 (Hypothalamus-Pituitary-Thyroid axis, HPT axis) 的精密調控。

當血中甲狀腺素濃度升高時，會透過負回饋 (negative feedback) 機制，抑制上游的調控中心，以維持荷爾蒙濃度的穩定。

• 下視丘 (Hypothalamus)：分泌促甲狀腺素釋放荷爾蒙 (Thyrotropin-releasing hormone, TRH)，TRH 刺激腦垂腺前葉分泌促甲狀腺素。
• 腦垂腺前葉 (Anterior pituitary)：分泌促甲狀腺素 (Thyroid-stimulating hormone, TSH)，TSH 刺激甲狀腺分泌甲狀腺素。
• 甲狀腺 (Thyroid gland)：分泌甲狀腺素 (T3 和 T4)。

甲狀腺素濃度過高時，會直接抑制下視丘分泌 TRH，以及腦垂腺前葉分泌 TSH。題目問的是「哪一個器官對甲狀腺素分泌的調控」被抑制，其中最直接的調控器官是腦垂腺，其分泌 TSH 的行為被抑制；而更上游的下視丘分泌 TRH 的行為也被抑制。在選項中，下視丘和甲狀腺都是 HPT 軸的組成部分。腦垂腺前葉分泌 TSH 刺激甲狀腺分泌甲狀腺素，所以腦垂腺前葉是甲狀腺分泌甲狀腺素的直接調控者。甲狀腺素過高會抑制 TRH 和 TSH 的分泌。

選項 (A) 下視丘：分泌 TRH，TRH 刺激腦垂腺。甲狀腺素過高會抑制 TRH 分泌。
選項 (B) 甲狀腺：是分泌甲狀腺素的器官本身，負回饋是針對上游器官的。
選項 (C) 腦垂腺後葉 (Posterior pituitary)：主要分泌抗利尿荷爾蒙 (ADH) 和催產素 (oxytocin)，與甲狀腺功能無關。
選項 (D) 副甲狀腺 (Parathyroid gland)：分泌副甲狀腺素，調節鈣離子代謝，與甲狀腺功能無關。

甲狀腺素濃度過高時，最直接且主要被負回饋抑制的是腦垂腺前葉分泌 TSH 的能力，進而影響甲狀腺。而下視丘分泌 TRH 的能力也會被抑制。題目問「哪一個器官對甲狀腺素分泌的調控」，甲狀腺素過高時，是抑制腦垂腺分泌 TSH，進而影響甲狀腺。而 TRH 是由下視丘分泌，TRH 刺激腦垂腺。因此，甲狀腺素過高會抑制下視丘和腦垂腺。

本題考查不同家畜副甲狀腺的數量。副甲狀腺（Parathyroid glands）是調節鈣和磷代謝的重要內分泌器官。在大多數哺乳動物中，通常有兩對（共四個）副甲狀腺，分別位於甲狀腺的背側。然而，不同物種的副甲狀腺數量和位置可能有所差異。

本題考查減數分裂過程中卵細胞的形成。減數分裂是生殖細胞（配子）形成時所經歷的一種特殊的細胞分裂方式，其特點是染色體数目減半。

在雄性動物中，一個精原細胞經過一次減數分裂產生兩個次級精母細胞，再經過第二次減數分裂，每個次級精母細胞產生兩個精子，總共一個精原細胞產生四個精子。

在雌性動物中，卵原細胞 (oogonium) 經過一次有絲分裂增殖後，進入減數分裂。

1. 第一次減數分裂：一個初級卵母細胞 (primary oocyte) 經過第一次減數分裂，會產生一個較大的次級卵母細胞 (

本題考查卵母細胞減數分裂過程中極體的形成與排出時機。

減數分裂是產生生殖細胞（卵子和精子）的過程。在雌性動物中，卵原細胞經過增殖形成初級卵母細胞，然後進入減數分裂。

1. 第一次減數分裂 (Meiosis I)：初級卵母細胞完成第一次減數分裂，會產生一個較大的次級卵母細胞 (secondary oocyte) 和一個較小的第一極體 (first polar body)。這個過程大約在排卵前完成，次級卵母細胞進入減數分裂 II，但停留在中期 (metaphase II)。
2. 排卵 (Ovulation)：排卵時，釋放出的結構是次級卵母細胞，它還處於減數分裂 II 的中期。

本題考查母畜泌乳的初期階段，即初乳 (colostrum) 的分泌時間。初乳是母體在分娩後數小時到數天內分泌的一種乳汁，其成分與成熟乳不同，富含抗體、免疫球蛋白、生長因子、維生素和礦物質，對新生幼畜建立免疫力、促進腸道發育和健康至關重要。

不同種類的母畜，初乳分泌的時間略有差異，但一般而言，初乳會在分娩後不久開始分泌，並持續一段時間。

• 牛：分娩後約 12-24 小時開始分泌初乳，並持續 2-3 天。
• 豬：分娩後數小時即開始分泌初乳。
• 羊：分娩後約 1-2 小時即開始分泌初乳。

本題考查母豬的平均懷孕期。母豬的懷孕期（gestation period）是影響繁殖效率的重要參數。

母豬的平均懷孕期大約是 114 天。這是一個非常經典且常用的繁殖數據，常被簡稱為「三個月三週三天」(3 months, 3 weeks, and 3 days)。

本題考查消化系統中澱粉酶（amylase）的分泌來源。澱粉酶是碳水化合物消化過程中的關鍵酵素，負責將澱粉分解為較小的糖類。

澱粉酶的分泌主要來自兩個器官：

1. 唾腺 (Salivary glands)：唾液中含有唾液澱粉酶 (salivary amylase)，它在口腔中開始對澱粉進行初步消化。

本題考查家禽消化系統的結構與功能。家禽（如雞、鴨、鵝等）的消化系統與哺乳動物有所不同，具有一些特殊的結構。

家禽的消化道順序大致為：喙 -> 食道 -> 嗉囊 -> 腺胃 -> 砂囊 -> 小腸 -> 盲腸 -> 直腸 -> 泄殖腔。

• (A) 喙 (Beak)：用於取食，沒有儲存食物的功能。
• (B) 嗉囊 (Crop)：位於食道末端，是一個膨大的囊狀結構。嗉囊的主要功能是儲存食物，並在食物進入腺胃前使其軟化。

核心觀念

牛的胃由四個部位組成：

1. 瘤胃：微生物發酵與暫存食物。
2. 蜂巢胃：分選食物，並協助反芻。
3. 重瓣胃：利用胃壁肌肉收縮及胃葉間的摩擦，進一步磨碎、壓擠食物，並吸收部分水分與揮發性脂肪酸。
4. 皺胃：真正的腺胃，分泌胃酸與消化酵素進行化學性消化。

本題考查反芻動物四胃的功能分工，關鍵在於辨認具有機械性研磨作用的部位。

解題方法

判斷各胃室的主要功能即可：

• 發酵、分解纖維：瘤胃。
• 分選及反芻：蜂巢胃。
• 胃葉摩擦、壓擠並磨碎食物：重瓣胃。
• 胃酸與酵素消化：皺胃。

因此，能夠磨碎食物的是具有多層胃葉構造的重瓣胃。

選項分析

本題考查神經系統中的膠質細胞及其功能，特別是形成髓鞘的部分。髓鞘 (myelin sheath) 是一種脂質鞘，包覆在神經元的軸突外，能極大地提高神經衝動傳導的速度，並起到絕緣作用。

神經系統中的膠質細胞 (glial cells) 主要有以下幾種，它們在維持神經系統功能中扮演重要角色：

1. 中樞神經系統 (CNS)：
   • 寡突膠細胞 (Oligodendrocytes)：在中樞神經系統中，寡突膠細胞負責形成軸突的髓鞘。一個寡突膠細胞可以同時為多個相鄰的軸突形成髓鞘。
   • 星狀膠細胞 (Astrocytes)：在中樞神經系統中，星狀膠細胞形態最多樣，功能也最複雜，包括提供結構支持、維持血腦屏障、調節神經傳導物質濃度、參與神經修復等。
   • 微膠細胞 (Microglia)：在中樞神經系統中，微膠細胞是免疫細胞，負責清除病原體和細胞碎片。

本題考查狂犬病病毒 (Rabies virus) 的感染途徑和受體結合。狂犬病病毒是一種神經侵襲性病毒，感染後主要影響中樞神經系統，導致嚴重的神經學症狀。

狂犬病病毒進入神經元的主要受體是神經生長因子受體 (Nerve Growth Factor receptor, TrkA)，但它也可以與其他受體結合，例如乙醯膽鹼受體 (Nicotinic acetylcholine receptor, nAChR)，特別是在感染的早期階段和某些類型的神經元中。病毒通過神經元軸突進行逆行運輸，從外周神經末梢沿著神經纖維傳遞到脊髓，然後進入腦部。

題目問的是「經由下列哪種受體，上行感染至脊髓進而侵入腦」。雖然 TrkA 是主要受體，但乙醯膽鹼受體 (nAChR) 也是狂犬病病毒感染神經元的已知受體之一，並且在病毒的逆行運輸中起作用。

本題考查肺泡的結構和功能，特別是維持肺泡開放的機制。肺泡是肺部進行氣體交換的基本單位，其壁非常薄，充滿空氣。為了防止肺泡在每次呼氣時因為表面張力而塌陷，肺泡細胞會分泌一種特殊的物質。

• 第二型肺泡細胞 (Type II pneumocytes)：這些細胞是肺泡壁的一種，它們的主要功能是分泌肺泡表面活性物質 (pulmonary surfactant)。
• 肺泡表面活性物質：這是一種由磷脂質（主要是磷脂醯膽鹼）和蛋白質組成的複雜混合物。它能夠降低肺泡內液體的表面張力。表面張力是液體分子之間相互吸引力在液體表面產生的力，在肺泡內，水分子之間的表面張力傾向於使肺泡收縮。

本題考查過度換氣 (hyperventilation) 對血液酸鹼度的影響。換氣是指肺部氣體交換的過程，包括吸入氧氣和排出二氧化碳。

換氣過度 (Hyperventilation) 指的是呼吸頻率或深度超過身體代謝所需的水平，導致過多地排出二氧化碳。

• 二氧化碳 (CO2) 在血液中與水結合形成碳酸 (H2CO3)，碳酸進一步解離產生氫離子 (H+) 和碳酸氫根離子 (HCO3-)。$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$
• 血液中的 $CO_2$ 濃度是影響血液 $pH$ 的重要因素。當 $CO_2$ 濃度升高時，會產生更多的 $H^+$，使血液 $pH$ 下降（變酸），這稱為酸中毒 (acidosis)。

本題考查紅血球生成素 (Erythropoietin, EPO) 的來源。紅血球生成素是一種荷爾蒙，主要由腎臟分泌，負責刺激骨髓產生紅血球。

• 腎臟 (Kidney)：當身體缺氧（hypoxia）時，腎臟會偵測到血氧水平的下降，並釋放紅血球生成素。EPO 進入血液循環，作用於骨髓的紅血球生成祖細胞，刺激它們分化和增殖，最終產生更多的紅血球，以增加血液的氧氣攜帶能力。

本題需要判斷四個敘述中哪一個是錯誤的。我們逐一分析：

(A) 蚯蚓藉體表行氣體交換 (Earthworms exchange gases through their body surface)
這是正確的。蚯蚓是小型無脊椎動物，牠們沒有發達的呼吸系統，而是依靠濕潤的體表進行氣體交換。體表的毛細血管網絡能將氧氣直接吸收到血液中，並排出二氧化碳。

(B) 昆蟲藉氣管行氣體交換 (Insects exchange gases through tracheae)
這是正確的。昆蟲擁有一個由氣管 (tracheae) 和氣門 (spiracles) 組成的開放式呼吸系統。氣門是身體表面的開口，連接到內部分支的氣管網絡，將氧氣直接輸送到組織細胞，並排出二氧化碳。

(C) 鳥類只有氣囊沒有肺 (Birds have air sacs but no lungs)
這是錯誤的。鳥類擁有非常獨特的呼吸系統，它包含肺 (lungs) 和氣囊 (air sacs)。肺是氣體交換的實際場所，而氣囊則起到儲存空氣和單向氣流的作用，使得鳥類的呼吸系統能夠進行高效的氣體交換。鳥類有肺，也有氣囊。

(D) 人類的肺沒有平滑肌 (Human lungs do not have smooth muscle)
這是錯誤的。人體的肺部，特別是支氣管和細支氣管，含有豐富的平滑肌。這些平滑肌的收縮和舒張可以調節氣道的直徑，從而影響氣流的阻力。例如，在哮喘發作時，支氣管平滑肌會過度收縮，導致氣道狹窄，呼吸困難。

本題考查腎臟尿液濃縮過程中水分再吸收的主要部位。腎臟通過腎小管的重吸收和分泌作用，將血液中的濾液轉化為尿液。水分的重吸收在腎臟的幾個部位都有發生，但其主要場所和調節機制有所不同。

• (A) 近曲小管 (Proximal convoluted tubule, PCT)：這是水分重吸收的主要部位。約有 65% 的濾液（主要是水和溶質）在這裡被重吸收。這種重吸收是等滲性的，即水和溶質的比例大致相同，因此不會顯著改變滲透壓。
• (B) 遠曲小管 (Distal convoluted tubule, DCT)：在這裡，水分的重吸收受到抗利尿荷爾蒙 (ADH) 的調節。在 ADH 存在的情況下，遠曲小管會進行一定程度的水分重吸收，但其總量遠少於近曲小管。
• (C) 集尿管 (Collecting duct)：集尿管是尿液濃縮的關鍵部位。在這裡，水分的重吸收也受到 ADH 的嚴格調節。

本題考查影響腎絲球過濾率 (Glomerular Filtration Rate, GFR) 的因素。GFR 是腎臟評估腎功能的重要指標，代表腎絲球每分鐘過濾的血漿量。GFR 主要受以下幾點影響：

1. 腎絲球毛細血管的壓力：

   • 腎絲球毛細血管壓力 (Glomerular capillary hydrostatic pressure, Pgc)：這是 GFR 的主要驅動力。Pgc 升高會增加 GFR，Pgc 下降會降低 GFR。
   • 鮑氏囊壓力 (Bowman's capsule hydrostatic pressure, Pbc)：這是 GFR 的阻力。Pbc 升高會降低 GFR，Pbc 下降會增加 GFR。
   • 血漿膠體滲透壓 (Plasma colloid osmotic pressure, πgc)：這是 GFR 的阻力。πgc 升高（如血漿蛋白濃度升高）會降低 GFR，πgc 下降（如血漿蛋白濃度降低）會增加 GFR。

2. 腎絲球毛細血管的濾過係數 (Kf)：包括濾過膜的表面積和通透性。

影響腎絲球毛細血管壓力的因素：

• 入球小動脈 (Afferent arteriole) 的直徑：
  • 入球小動脈收縮 → 進入腎絲球的血流量減少 → Pgc 下降 → GFR 下降。

本題考查交感神經對腎臟血流和腎絲球過濾率 (GFR) 的影響。題目中已明確指出，交感神經透過刺激「入球小動脈的收縮」來調節血壓。

當交感神經系統被激活時（例如在應激、失血或低血壓的情況下），它會引起全身血管收縮，包括腎臟的血管。具體到腎臟，交感神經會引起：

1. 入球小動脈 (Afferent arteriole) 收縮：這是題目中明確提到的。入球小動脈的收縮會減少進入腎絲球的血流量。
2. 出球小動脈 (Efferent arteriole) 收縮：交感神經也會引起出球小動脈收縮，但其對出球小動脈的影響通常較入球小動脈為弱，或者說，在低血壓情況下，出球小動脈的收縮作用可能更明顯。

本題考查不同類型肌肉的收縮方式。蠕動波 (peristalsis) 是一種特殊的肌肉收縮模式，表現為波浪狀的連續收縮，將內容物向前推進。這種收縮方式主要見於消化道等器官，以運輸食物、分泌物等。

• (A) 心肌 (Cardiac muscle)：心肌負責心臟的搏動。心肌細胞具有自律性，收縮節律性且協調，形成強大的泵血功能。雖然心肌收縮也是波浪狀的，但其目的是將血液泵出，與消化道的蠕動波有所不同，且其結構和調控方式與平滑肌不同。

本題考查腎上腺皮質 (adrenal cortex) 分泌的三大類荷爾蒙及其功能。腎上腺皮質是腎上腺的外部區域，它受到腦垂腺前葉分泌的促腎上腺皮質荷爾蒙 (ACTH) 的調節，並分泌三種類型的類固醇荷爾蒙，這些荷爾蒙根據其主要生理作用進行分類。

腎上腺皮質分泌的三大類荷爾蒙是：

1. 鹽皮質素 (Mineralocorticoids)：

   • 主要荷爾蒙：醛固酮 (Aldosterone)。
   • 功能：主要作用於腎臟的遠曲小管和集尿管，促進鈉離子 (Na+) 的重吸收，並促進鉀離子 (K+) 和氫離子 (H+) 的排泄。通過調節鈉和鉀的平衡，醛固酮在維持體液平衡、維持細胞外液的滲透壓和血壓方面起著至關重要的作用。

2. 糖皮質素 (Glucocorticoids)：

   • 主要荷爾蒙：皮質醇 (Cortisol)。
   • 功能：皮質醇對身體有多方面的作用，包括：
     • 促進糖質新生 (gluconeogenesis)：將非碳水化合物（如氨基酸、甘油）轉化為葡萄糖，提高血糖水平。
     • 分解代謝作用：促進蛋白質分解，脂肪分解，為身體提供能量。
     • 抗炎作用：抑制免疫反應，減少炎症介質的釋放，因此被廣泛用於治療炎症性疾病。

本題考查母禽（雌性禽類）生殖系統的結構順序。母禽的生殖系統與哺乳動物有顯著差異，其主要特點是只有左側卵巢和輸卵管發育成熟，右側通常退化。

母禽生殖器官從卵巢開始，到陰道前的順序如下：

卵巢 (Ovary) → 輸卵管 (Oviduct) → 泄殖腔 (Cloaca)

其中，輸卵管是一個較長的器官，它又可以細分為幾個部分，依次為：

卵巢 (Ovary) → 漏斗部 (Infundibulum) → 膨大部 (Magnum) → 峽部 (Isthmus) → 子宮部 (Uterus/Shell gland) → 陰道 (Vagina) → 泄殖腔 (Cloaca)

題目要求敘述「至陰道前」的器官順序，因此我們需要列出從卵巢到陰道之間的器官。

1. 卵巢 (Ovary)：這是雌性生殖細胞（卵子）的產生場所。成熟的卵子從卵巢表面釋放出來，進入輸卵管。
2. 輸卵管 (Oviduct)：這是受精和卵白（蛋白）形成的地方，也是運輸卵子和卵的通道。輸卵管又可細分為：

本題考查血液在體循環中的流動路徑。體循環 (systemic circulation) 是指血液從左心室出發，經過全身的動脈、微血管，最後再經由靜脈回到右心房的循環過程。其主要目的是將氧氣和營養物質運送給全身的組織細胞，並將二氧化碳和代謝廢物帶走。

體循環的路徑如下：

1. 左心室 (Left ventricle)：將富含氧氣的血液，通過主動脈瓣 (aortic valve)，泵入主動脈 (aorta)。
2. 主動脈 (Aorta)：人體最大的動脈，將血液輸送到全身。主動脈分支出許多較小的動脈，以供應不同部位的器官和組織。
3. 動脈 (Arteries)：主動脈分支成較小的動脈，再進一步分支成更小的動脈，最後形成小動脈 (arterioles)。
4. 微血管 (Capillaries)：小動脈分支成極細的微血管網絡，遍佈於全身的組織細胞之間。

本題考查動作電位 (action potential) 的產生機制，這是神經元和肌肉細胞興奮傳導的基礎。動作電位的產生是一個快速、暫時性的膜電位變化過程，涉及離子通道的開放與關閉，以及細胞膜內外離子的跨膜流動。

動作電位產生的步驟通常可以分為以下幾個階段：

1. 靜息電位 (Resting potential)：

   • 在未受刺激的狀態下，神經元細胞膜內外的電位差稱為靜息電位。通常，細胞膜內側帶負電，外側帶正電，膜電位約為 -70 mV。
   • 靜息電位的維持主要依賴於細胞膜上鈉鉀泵 (Na+/K+-ATPase) 的作用（將 3 個 Na+ 泵出細胞，2 個 K+ 泵入細胞）以及鉀離子（K+）通過靜息狀態下的鉀離子通道的相對較高的通透性。

2. 去極化 (Depolarization)：

   • 當細胞膜受到足夠強度的刺激（達到閾值電位，threshold potential，約為 -55 mV）時，膜上的電壓門控鈉離子通道 (voltage-gated Na+ channels) 會快速打開。
   • 由於細胞內外鈉離子濃度梯度（細胞外 Na+ 濃度高，細胞內 Na+ 濃度低）和電位梯度（細胞內負外側正），鈉離子（Na+）迅速湧入細胞內。
   • Na+ 的內流導致細胞膜內側電位迅速升高，從負電位向正電位變化，這個過程稱為去極化。膜電位可迅速達到 +30 mV 左右。

3. 反極化/頂峰 (Repolarization/Peak)：

   • 當膜電位達到頂峰時，電壓門控鈉離子通道會失活（inactivated），停止 Na+ 的內流。