113 年 國立中山大學海洋生態與保育研究所(在職生)《普通生物學》

DNA微陣列（DNA microarray）是一種高通量技術，可以同時偵測數千甚至數萬個基因的表現量。其最主要的原因在於能夠在短時間內，同時分析大量的基因表現，從而比較不同條件下（例如健康與疾病狀態、不同處理方式等）基因表現的差異。

普利昂（Prions）是一類特殊的傳染性蛋白質，它們之所以具有傳染性，是因為它們能夠誘導體內正常的普利昂蛋白質發生構象改變，轉變為異常的普利昂形式。

此題考驗對滲透作用（osmosis）以及植物水分吸收的理解。

當鹽（通常是氯化鈉，NaCl）被灑在路面上，鹽會溶解在滲出的水分中，形成高濃度的鹽溶液。植物的根部細胞液通常比周圍的土壤溶液濃度高，這使得水分能從土壤進入植物根部。然而，當土壤中的鹽濃度變得非常高時，土壤溶液的滲透壓會升高，變成高張溶液（hypertonic solution）。這時，情況會反轉，水分會從植物根部細胞流失到土壤中，導致植物脫水而死亡。

此題考驗對放射性定年法的知識。

化石的年代測定通常使用放射性定年法，其中最常用的是碳十四定年法（Carbon-14 dating）。碳十四是一種放射性同位素，生物體在死亡後，體內的碳十四會開始衰變。透過測量化石中剩餘的碳十四及其衰變產物的比例，科學家可以估算出化石的年齡。

核心觀念

本題考查病毒基因體的核酸種類，以及「反轉錄」作用。

一般遺傳訊息流向為：

若以 RNA 作為模板合成 DNA，則稱為反轉錄，反應需要由**反轉錄酶（reverse transcriptase）**催化：

具有「單股 RNA 基因體，且能以此 RNA 為模板合成 DNA」特徵的病毒，為反轉錄病毒（retrovirus）。

反轉錄病毒進入宿主細胞後，利用自身攜帶或編碼的反轉錄酶，先將 RNA 基因體轉換為 DNA，再將 DNA 形式的病毒遺傳物質整合至宿主染色體中。

解題方法

判斷本題可抓住兩個關鍵條件：

1. 基因體是單股 RNA。
2. 此 RNA 能作為合成 DNA 的模板。

第二個條件是決定性線索，代表病毒必須進行：

因此，不能只看到「RNA 病毒」就作答，還必須確認其具備反轉錄能力。符合完整條件者為反轉錄病毒。

選項分析

(A) 噬菌體（bacteriophage）

噬菌體是感染細菌或古菌的病毒，基因體可為 DNA，也可為 RNA；有些 RNA 噬菌體的基因體確實是單股 RNA。

但是，「噬菌體」是依感染對象分類的名稱，不代表一定具有反轉錄酶，也不代表其 RNA 必定作為合成 DNA 的模板。一般 RNA 噬菌體主要直接利用 RNA 進行複製或翻譯，不符合題目所強調的反轉錄特徵。

因此本選項錯誤。

(B) 古病毒（Ancient-virus）

「古病毒」並不是現代病毒分類中，用來指稱「單股 RNA 且能反轉錄」病毒的標準名稱。題目所描述的功能特徵應以病毒的複製機制判斷，而不是依「古代病毒」這類非標準分類名稱作答。

因此本選項錯誤。

(C) 類病毒（viroid）

膽固醇（cholesterol）是動物細胞膜的重要組成成分，它嵌在磷脂雙層中，對細胞膜的結構和功能有重要的調節作用。

選項 (A) 正確。膽固醇具有調節細胞膜流動性的作用。在較高溫度下，膽固醇會限制磷脂分子的移動，降低膜的流動性；

核心觀念

研究生命系統的演化關係，需比較不同生物間具有同源性的遺傳材料或其序列。若某段 DNA 在不同物種間可比對，且具有適度的演化速率、穩定遺傳方式與足夠樣本量，就能利用鹼基序列差異推估親緣關係。

粒腺體 DNA 具有下列特性：

• 含有可比較的核酸序列，可直接進行序列比對。
• 細胞內拷貝數通常較多，容易取得。
• 多數動物主要經母系遺傳。
• 基因組較小、結構相對簡單，且通常缺乏重組，便於分析。
• 演化速度通常比許多核基因快，適合比較近緣物種。

因此，粒腺體 DNA 是研究許多生物親緣關係與建立演化樹的良好材料。

解題方法

判斷各選項時，依序檢查三點：

1. 是否為可遺傳且能跨物種比較的材料？
2. 是否具有穩定、清楚的演化歷史？
3. 是否容易取得足夠的序列資訊進行分析？

符合程度最高者為粒腺體 DNA。故選擇 (E)。

選項分析

(A) 溶酶體（lysosome）

錯誤。溶酶體是細胞中的膜性胞器，內含消化酵素，負責分解大分子與細胞廢物。它本身不是遺傳材料，也沒有一套可直接用來比較親緣關係的溶酶體基因組。雖然可研究溶酶體相關蛋白的基因，但「溶酶體」本身不是建立演化樹的材料。

(B) messenger RNA（mRNA）

錯誤。mRNA 是基因轉錄後形成的暫時性訊息分子，會受到細胞種類、發育階段與環境影響，表現量也不穩定。mRNA 通常容易被分解，且不同物種可能表現不同基因，難以取得一致且穩定的比較資料。

此外，mRNA 是基因表現的產物，不是最穩定的遺傳材料。若要建立演化樹，通常直接分析 DNA 序列會比分析暫時性的 mRNA 更合適。

(C) transfer RNA（tRNA）

《寂靜的春天》（Silent Spring）一書主要揭露了殺蟲劑（特別是 DDT）對環境和生物造成的嚴重危害。書中詳細闡述了 DDT 等有機氯殺蟲劑在食物鏈中生物累積（bioaccumulation）和生物放大（biomagnification）的現象。DDT 及其代謝產物脂溶性高，容易在生物體脂肪組織中累積，並在食物鏈的頂端消費者（如猛禽）中達到極高濃度。

此題考驗對植物根部結構、功能及種類的知識。

選項 (A) 正確。植物根系的主要功能之一是從土壤中吸收水分。
選項 (B) 錯誤。海茄苳（Kandelia candel）是一種紅樹林植物，它確實生長在潮濕的環境中，但它長出的是「呼吸根」（pneumatophores），而不是「寄生根」（parasitic roots）。呼吸根是為了適應缺氧的泥灘環境而向上生長，以便進行氣體交換。寄生根是寄生植物用來從宿主植物獲取養分的結構。
選項 (C) 正確。

DNA甲基化（DNA methylation）和組蛋白乙醯化（histone acetylation）是重要的表觀遺傳學（epigenetics）修飾。表觀遺傳學研究的是不改變DNA序列本身，但能影響基因表現的遺傳調控機制。這些修飾可以影響染色質的結構，進而調節基因的開啟或關閉。

選項 (A) 錯誤。基因突變是DNA序列本身的改變。
選項 (B) 正確。表觀遺傳繼承（epigenetic inheritance）是指那些不依賴於DNA序列改變，而是通過其他機制（如DNA甲基化、組

此題考驗對肝臟功能的了解。

選項 (A) 錯誤。當血糖濃度低時，肝臟會將儲存的「肝醣」（glycogen）分解成葡萄糖，釋放到血液中，以提高血糖濃度，這個過程稱為肝醣分解（glycogenolysis）。將血糖轉化為肝醣（glycogenesis）發生在血糖濃度高的時候。
選項 (B) 正確。肝臟是人體最大的內臟器官，也是最大的腺體。
選項 (C) 正確。

此題考驗對植物水分運輸機制（特別是木質部水分運輸）的理解。

植物木質部水分運輸的主要驅動力是蒸散拉力（transpiration pull）。水分從根部吸收後，通過木質部向上運輸到莖、葉，最後從葉片的氣孔蒸發到大氣中，這個過程稱為蒸散作用（transpiration）。蒸散作用在大氣中產生一個負壓（或稱拉力），將水分從土壤中向上「拉」起，克服重力並運輸到植物的頂端。這個機制被稱為「蒸散拉力假說」（Cohesion-Tension Theory）。

此題考驗對環境污染物在生物體內積累和傳播概念的理解。

生物累積（Bio-accumulation）是指生物體吸收某種化學物質的速度大於該物質從體內排除的速度，導致該物質在生物體內濃度逐漸升高的現象。這通常發生在生物體暴露於環境中的污染物質時。

生物放大（Bio-magnification）是指在食物鏈中，污染物濃度隨著營養級的升高而逐漸增加的現象。例如，藻類吸收了少量的污染物，魚吃了藻類，污染物在魚體內累積；大魚吃了小魚，污染物在魚體內再次累積，濃度更高；最終，食物鏈頂端的動物（如猛禽）體內會積累非常高濃度的污染物。

人體的消化過程分為物理消化和化學消化。化學消化是利用消化酶將大分子食物分解成小分子，以便吸收。

(A) 食道（Esophagus）：主要功能是將食物從口腔運送到胃，沒有顯著的化學消化。
(B) 口腔（Mouth）：開始進行碳水化合物的化學消化，唾液中的澱粉酶（amylase）會分解部分澱粉。
(C) 胃（Stomach）：胃液中的胃蛋白酶（pepsin）開始蛋白質的化學消化，胃酸（HCl）提供酸性環境並有殺菌作用。

消化系統分泌的許多消化酶，如胃蛋白酶（pepsin）、胰蛋白酶（trypsin）等，最初是以無活性的前驅體（zymogen 或 proenzyme）形式分泌的，例如胃蛋白酶原（pepsinogen）、胰蛋白酶原（trypsinogen）。這些前驅體在特定環境下（如胃酸作用或腸道內的其他酶作用）才會被活化成具有催化活性的酶。

這樣做的主要目的是防止酶在合成、儲存和分泌過程中損傷消化道本身。如果直接分泌活性的酶，它們可能會在細胞內或分泌管道中就開始消化蛋白質，對組織造成損害。將其以無活性形式分泌，可以確保酶只在預期的部位（如胃腔或小腸腔）被活化，從而保護消化道壁。

選項 (A) 正確。將酶以無活性前驅體形式分泌，可以提供一個調控點，使其在適當的時間和地點被活化，這是一種重要的調控機制。
選項 (B) 正確。避免分泌孔道（如細胞、腺體導管）被活化的酶所阻塞或損壞。
選項 (C) 錯誤。消化酶的分泌不是為了排放代謝廢物。
選項 (D) 錯誤。雖然活化酶需要能量，但主要目的不是節省能量，而是保護自身結構。
選項 (E) 錯誤。雖然某些活化需要特定環境（如酸性或鹼性），但「需有水才能被活化」並非普遍且主要的原因。

因此，最主要的目的是保護消化道自身結構免受消化酶的損害，並提供調控活化的機會。選項 (A) 和 (B) 都描述了這個目的。在眾多選項中，(A) 涵蓋了調控的層面，而 (B) 涵蓋了保護的層面。通常，保護自身組織是更根本的原因。不過，題目問「目的為何」，調控活性是生物體常見的策略。

重新思考，若分泌活化物質，則其在分泌管道內即開始作用，可能造成管道堵塞或損傷。將其以無活性前驅體分泌，到作用部位才活化，能有效避免此類問題。同時，這也提供了調控酶活性的機會。

過度換氣（Hyperventilation）是指呼吸過於快速和深層，導致排出過多的二氧化碳（CO₂）。

(A) 體內氧分壓過低：過度換氣會增加氧氣的攝入，所以氧分壓通常不會過低，甚至可能升高。
(B) 體內二氧化碳分壓過低：這是過度換氣最直接的結果。由於呼吸頻率和深度增加，身體排出的 CO₂ 量超過了身體產生的 CO₂ 量，導致血液中 CO₂ 濃度下降（低碳酸血症，hypocapnia）。

核心觀念

本題考查不同生態系的：

1. 生產者與初級生產力

   • 生產者能利用無機物合成有機物，主要包括綠色植物、藻類與化能合成細菌。
   • 初級生產力是生產者固定能量、製造有機物的速率，常以單位面積、單位時間表示。

2. 營養鹽與生態系生產力

   • 氮、磷等營養鹽會限制藻類與植物的生長。
   • 沿岸與河口通常可獲得陸源營養鹽、河流輸入及上升流帶來的營養鹽，因此生產力較高。

3. 棲地結構與物種多樣性

   • 棲地越複雜，能提供的微環境與生態棲位越多，通常具有較高的物種多樣性。
   • 岩岸與珊瑚礁的立體結構及附著表面較多；沙岸環境較單純且底質容易移動，物種多樣性通常較低。

解題方法

逐項判斷各生態系的主要特徵，特別注意「沒有生產者」這類絕對化敘述。

深海雖然缺乏陽光，不能進行光合作用，但部分深海環境具有化學能來源，例如熱泉周圍含有硫化氫。化能合成細菌可利用這些無機物獲得能量並合成有機物，因此深海並非完全沒有生產者。

選項分析

(A) 河口生態系的環境中有相當高的營養鹽

正確。

河口是河流與海水交會的區域。河流會帶入陸地土壤中的硝酸鹽、磷酸鹽及有機物；潮汐混合作用也能使底層營養鹽重新進入表層水域。因此河口通常具有較高的營養鹽濃度，能支持藻類、浮游植物與其他生產者的生長。

但營養鹽過高也可能造成優養化，引發藻華及缺氧現象，這不影響本選項對河口一般環境特徵的描述。

(B) 在岩岸、沙岸、珊瑚礁海岸生態系中，絕大部分下以沙岸的物種多樣性最低

正確。

沙岸的底質由鬆散砂粒組成，容易受到波浪、潮汐與風力搬運，生物不易固定與附著，能形成的微棲地較少。沙岸表面的環境結構也比岩岸及珊瑚礁簡單，因此物種數量與棲位種類通常較少。

腦下垂體（Pituitary gland）是人體重要的內分泌腺體，它由前葉和後葉組成，分泌多種激素，調控身體的許多生理功能。

(A) 調節體溫平衡：體溫調節主要由下視丘（hypothalamus）負責，腦下垂體受下視丘的調控，間接影響體溫。但腦下垂體本身不是體溫調節的主要中心。
(B) 控制身體位置平衡：身體的位置平衡（姿勢和平衡感）主要由內耳前庭系統（vestibular system）、本體感覺（proprioception）以及小腦（cerebellum）協調完成。腦下垂體與此功能無關。

維生素C（Vitamin C），又稱抗壞血酸（ascorbic acid），是一種人體無法自行合成，必須從飲食中獲取的水溶性維生素。它在體內有多種重要功能，包括作為抗氧化劑、參與膠原蛋白的合成、幫助鐵的吸收等。

(A) 壞血病（Scurvy）：壞血病是維生素C缺乏症的典型表現。維生素C是膠原蛋白合成的必要輔因子，膠原蛋白是結締組織（如皮膚、血管、骨骼、牙齦）的重要成分。

豆科植物的根瘤（root nodules）是與一種稱為根瘤菌（Rhizobium）的細菌共生形成的結構。根瘤菌能夠將大氣中含量豐富但植物無法直接利用的氮氣（N₂）固定，轉化為植物可以吸收的氨（NH₃）或銨離子（NH₄⁺）。這個過程稱為固氮作用（nitrogen fixation）。

(A) 儲存脂肪：根瘤的主要功能不是儲存脂肪。
(B) 正確。根瘤為根瘤菌提供了適宜的生存環境（如缺氧條件，因為固氮酶在有氧條件下會失活；提供有機養分），根瘤菌則為植物提供固定的氮素。

脂肪細胞（adipocytes）不僅儲存脂肪，還是一種內分泌細胞，可以分泌多種激素，其中一種重要的激素是瘦體素（leptin）。

瘦體素是一種由脂肪組織分泌的荷爾蒙，它在調節能量平衡、食慾和體重方面起著關鍵作用。瘦體素作用於下視丘（hypothalamus），抑制食慾，增加能量消耗，從而幫助維持體重穩定。

印痕（Imprinting）是一種特殊的學習行為，發生在動物生命早期的一個短暫而關鍵的時期（critical period）。在此時期，幼年動物會對其接觸到的特定刺激（通常是父母或同類）產生一種牢固的、不可逆轉的依戀或識別。這種學習是瞬間的，並且一旦發生，就很難改變。

(A) 望梅止渴：這是心理作用，利用想像來緩解生理需求，與學習或印痕無關。
(B) 麻雀不怕稻草人：這是動物對環境中物體習以為常的現象，屬於習慣化（habituation），不是印痕。

熵（Entropy）是衡量系統無序度或隨機性的指標。根據熱力學第二定律，一個孤立系統的總熵總是趨於增加。生物體是一個開放系統，通過不斷地從環境獲取能量和物質，並排出廢物，來維持其高度有序的狀態。

減少熵值意味著增加系統的有序性。生物體內許多合成代謝（anabolic）過程會增加有序性，從而局部減少熵值。

(A) 去水作用（dehydration）：這通常是合成過程的一部分，例如從兩個分子中移除水分子以形成一個更大的分子（如聚合反應）。這會增加分子間的連接，減少自由度，從而增加有序性，減少熵值。

查爾斯·萊爾（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）。均變論的核心思想是：

1. 均一性（Uniformity）：構成地球的物質和作用力（如侵蝕、沉積、火山活動、地震等）在過去和現在都是相同的。
2. 漸變性（Gradualism）：地質作用是緩慢而持續的，長期的累積導致了地球表面的巨大變化。
3. 時間尺度（Vastness of Time）：地球的歷史非常漫長，足以讓這些緩慢的過程產生巨大的地貌。

同源器官（Homologous structures）是指來源於共同祖先，在結構上相似，但功能可能不同的器官。它們的相似性是演化遺傳的證據。

(A) 蝙蝠翅膀（哺乳動物的肢體特化）vs 魚鱗（魚類的皮膚衍生物）：結構和來源不同。
(B) 蝙蝠翅膀（哺乳動物的前肢，由骨骼、肌肉、皮膚構成）vs 鯨魚胸鰭（哺乳動物的前肢，結構與蝙蝠翅膀相似，但形態和功能不同）：兩者都源自哺乳動物的祖先的前肢，具有相似的骨骼結構（如肱骨、橈骨、尺骨、腕骨、掌骨、指骨），但適應了不同的運動方式（飛行 vs 游泳）。

此題為填充題，要求根據動物組織的類型，填寫其主要功能和對應的細胞類型。

1. Epithelial tissue (上皮組織):

   • Main function: C: Lines body cavities and protects, secretes, and absorbs. (覆蓋體腔內壁、保護、分泌和吸收)
   • Cell: H: Simple squamous epithelial cells (簡單鱗狀上皮細胞) 是上皮組織的一種，雖然上皮組織還有其他類型（如柱狀、立方狀），但題目提供了這個選項，通常此類題目會要求填寫代表性的細胞類型或功能。如果題目允許填寫更廣泛的細胞類型，則可以填寫 "Epithelial cells" (上皮細胞)。但根據選項，H 是一個具體的上皮細胞類型。

2. Muscular tissue (肌肉組織):

   • Main function: B: Contracts and provides movement. (收縮並提供運動)
   • Cell: E: Myocytes (肌細胞) 是肌肉組織的構成細胞。

3. Connective tissue (結締組織):

   • Main function: D: Fills in spaces, binds and supports other tissues; (填充空間、連接和支持其他組織)
   • Cell: F: Adipocytes (脂肪細胞) 是結締組織的一種，負責儲存脂肪。結締組織的細胞類型很多，如纖維母細胞、軟骨細胞、骨細胞、脂肪細胞等。根據選項，F 是一個代表性的細胞。

4. Nervous tissue (神經組織):

   • Main function: A: Conducts electrical impulses. (傳導電衝動)
   • Cell: G: Neurons (神經元) 是神經組織的基本功能單位。

填寫結果如下：

總分： 每個部分 2%，總共 4 個組織 × (1% 功能 + 1% 細胞) = 8%。但題目說 "2% for each cell"，這表示每個細胞填寫是 2%，所以總共是 4*2% = 8%? 題目說 "2% for each cell"，且 "2% for each cell"，這似乎有點矛盾。如果一個組織的填寫（功能+細胞）是 2%，那麼總分 50% 就不對了。

此題考驗對物種形成（speciation）及生殖隔離（reproductive isolation）機制，特別是隔離前（prezygotic）機制，的理解。生物學上的物種定義（biological species concept）強調生殖隔離是區分不同物種的關鍵。生殖隔離是指阻止不同物種之間發生成功繁殖的各種機制。這些機制可以發生在受精卵形成之前（prezygotic barriers）或之後（postzygotic barriers）。題目要求解釋四種前生殖隔離機制。

1. Habitat Isolation (棲息地隔離)

• Explanation: Members of different species may occupy different habitats within the same geographic area, thus they rarely or never encounter each other. For example, one species of snake may live in the water while another species lives on land.
  • 中文解釋： 不同物種的成員可能生活在同一地理區域內的不同棲息地，因此牠們很少或從未相遇。例如，一種蛇可能生活在水中，而另一種蛇生活在陸地上。這阻止了牠們的交配機會。

2. Temporal Isolation (時間隔離)

• Explanation: Species that breed during different times of the day, different seasons, or different years cannot mix their gametes. For example, the western spotted skunk mates in late winter, while the eastern spotted skunk mates in late summer.
  • 中文解釋： 兩個物種的繁殖時間不同（一天中的不同時間、不同的季節或不同的年份），導致牠們的配子無法混合。例如，西部臭鼬在冬末交配，而東部臭鼬在夏末交配。

3. Behavioral Isolation (行為隔離)

• Explanation: Courtship rituals, such as specific songs, dances, or pheromone signals, are unique to a species and enable mate recognition. If these signals are not recognized or responded to by another species, reproductive isolation occurs. For example, blue-footed boobies (a type

此題要求列舉三種利用微生物進行食物發酵的例子，並說明微生物的屬名、涉及的食物、主要成分以及微生物如何改變食物（發酵機制）。每個部分都有明確的分數比例。

範例一： (已在題目中給出)

• Microorganism: Saccharomyces (酵母菌屬，Bread yeast 的屬名)
• Food: Bread (麵包)
• Ingredient: Flour (麵粉)
• Fermentation process: Convert sugar to CO₂ to make the bread fluffy. (將糖轉化為二氧化碳，使麵包蓬鬆)

範例二：

• Microorganism: Lactobacillus (乳酸桿菌屬) - 這是常見的乳酸菌屬，用於製造酸奶、起司、泡菜等。
• Food: Yogurt (酸奶)
• Ingredient: Milk (牛奶)
• Fermentation process: Convert lactose (milk sugar) into lactic acid. Lactic acid causes milk proteins to denature and coagulate, thickening the milk and giving yogurt its characteristic sour taste. (將乳糖轉化為乳酸。乳酸會使牛奶中的蛋白質變性並凝結，使牛奶變稠並產生特有的酸味。)

範例三：

• Microorganism: Zea mays or Saccharomyces cerevisiae (玉米中的酵母菌，或釀酒酵母) - 雖然題目要求寫屬名，但這裡的例子可以是釀酒酵母，用於酒精發酵。或者，也可以考慮醋酸菌。這裡以酒精發酵為例。
• Food: Wine (葡萄酒) 或 Beer (啤酒)
• Ingredient: Grapes (葡萄) 或 Malt (麥芽)
• Fermentation process: Convert sugars (e.g., glucose, fructose from grapes, or maltose from malt) into ethanol (alcohol) and carbon dioxide through anaerobic respiration. (將糖（例如來自葡萄的葡萄糖、果糖，或來自麥芽的麥芽糖）通過無氧呼吸轉化為乙醇（酒精）和二氧化碳。)
  • 備註： 如果選擇醋酸菌，例如 Acetobacter，則食物是 Wine (酒)，成分是 Alcohol (酒精)，機制是 Convert alcohol to acetic acid (將酒精轉化為醋酸)。

填寫表格：