108 年 國立清華大學生命科學院聯招：分子與細胞生物研究所、分子醫學研究所、生物資訊與結構生物研究所、生物科技研究所、系統神經科學研究所丁組《生物學》

此題考驗學生對原核生物與真核生物細胞結構的理解。題目詢問哪種細胞使用 DNA 作為遺傳物質，但其 DNA 未被核膜包圍。這描述了原核生物（Prokaryotes）的特徵。動物細胞、植物細胞和真菌細胞都是真核生物（Eukaryotes），其 DNA 被核膜包圍在細胞核內。古菌（Archaea）則是另一類原核生物，其 DNA 位於沒有核膜包圍的類核區（nucleoid region）。

此題考查生物體組成元素、元素毒性、生命必需元素以及碘缺乏症等生物學知識。

解題思路：
A) 碳 (C)、氫 (H)、氧 (O) 是生命物質中最豐富的元素（約佔 96%），但 鈣 (Ca) 雖然是必需元素，卻不是最豐富的元素之一。因此 A 錯誤。
B) 某些天然存在的元素對生物體是有毒的。例如，重金屬（如鉛、汞、鎘）即使在低濃度下也可能對大多數生物體有毒。因此 B 是正確的。

此題考查水的物理化學性質，特別是其高比熱（high specific heat）的現象及其影響。水的比熱定義為將 1 克的水溫度升高 1 攝氏度所需的熱量。水的比熱非常高（約 4.18 J/g°C）。

解題思路：

• 高比熱的定義與影響：高比熱意味著水需要吸收或釋放大量的熱量才能改變溫度。這使得水體（如海洋、湖泊）的溫度變化比陸地或空氣緩慢，有助於調節氣候和維持水生生物的生存環境。

• 分析選項：

  • A) 油和水不相溶：這是由於水是極性分子，而油是非極性分子，兩者之間缺乏吸引力，屬於「相似相溶」原則的體現，與水的比熱

此題考查碳原子的電子組態、價電子和價數（valency）的概念。

解題思路：

1. 碳原子的基本資訊：碳 (C) 的原子序是 6，表示它有 6 個質子和 6 個電子。
2. 電子組態：電子排佈在不同的電子層（shell）。第一電子層（n=1）最多可容納 2 個電子，第二電子層（n=2）最多可容納 8 個電子。因此，碳原子的 6 個電子排佈為：第一層 2 個電子，第二層 4 個電子。
3. 價電子：最外層電子稱為價電子。碳原子有 4 個價電子。
4. 價數 (Valency)：價數通常是指原子形成化學鍵時能夠結合的原子數，或與之形成共價鍵的電子數。對於碳而言，它通常形成 4 個共價鍵，因此其價數為 4。

核心觀念

本題考查醣類的分類、消化能力與可利用熱量。

醣類每克經代謝約提供：

但人體是否能獲得這些熱量，取決於醣類是否能被消化成可吸收的小分子。

• 單醣：葡萄糖、果糖，可直接被小腸吸收。
• 雙醣：乳糖、蔗糖，須先水解成單醣。
• 多醣：澱粉可由澱粉酶分解；纖維素則因人體缺乏纖維素酶，無法有效消化。
• 纖維素：屬膳食纖維，可增加飽足感、促進腸道蠕動，且不會像澱粉一樣被人體大量轉換成可吸收葡萄糖。

因此，若題目以「減少可利用熱量」為判斷標準，應優先選擇含有纖維素的選項。

解題方法

逐一判斷各選項中的醣類是否可被人體消化吸收：

1. 含有葡萄糖、果糖等單醣者，可直接吸收並供能。
2. 含有乳糖、蔗糖、澱粉者，雖須先經酵素分解，但最終仍可產生可吸收的單醣。
3. 含有纖維素者，人體缺乏分解 β-1,4-糖苷鍵的纖維素酶，無法將其大量分解為葡萄糖，因此可利用熱量低。

依此判斷，D 選項含有纖維素，最符合減重時增加不可消化纖維、降低可利用熱量的原則。

選項分析

A) Lactose and glucose

乳糖是由葡萄糖與半乳糖組成的雙醣，需經乳糖酶水解後吸收；葡萄糖則可直接吸收。兩者皆能提供可利用熱量，因此不是最適合減重的選項。

此外，乳糖酶缺乏時雖會造成乳糖不耐，但這屬於消化障礙，不能視為健康減重策略。

此題考查觀察細胞結構，特別是染色體在細胞分裂過程中運動的顯微鏡技術。

解題思路：

1. 觀察對象：題目要求觀察「condensed chromosomes」（濃縮的染色體）在「cell division」（細胞分裂）過程中的「movements」（運動）。染色體是細胞核內的結構，在細胞分裂中期（metaphase）達到最濃縮的狀態，此時它們位於細胞中央。
2. 顯微鏡技術的解析度與應用：
   • 手持放大鏡 (Hand lens / Magnifying glass)：放大倍數很低（約 2-10x），只能看到較大的細胞結構，無法解析染色體。
   • 標準光學顯微鏡 (Standard light microscopy)：放大倍數約 100x 到 1000x，解析度約 200 奈米 (nm)。

此題考查細胞膜的通透性，特別是小分子物質如何穿過脂質雙層。細胞膜的脂質雙層主要由磷脂質構成，具有疏水性（hydrophobic）的內層。

解題思路：

1. 細胞膜的通透性原則：
   • 小分子、非極性、疏水性的物質最容易自由擴散（diffusion）通過脂質雙層。
   • 帶電離子（如 Na+, K+, Cl-）和極性大分子（如葡萄糖、胺基酸）則難以或無法自由通過脂質雙層，需要通過通道蛋白（channel proteins）或載體蛋白（carrier proteins）的協助運輸（facilitated transport 或 active transport）。

此題考查熵（entropy）的概念及其在化學反應中的變化。熵是衡量系統無序程度的指標。

解題思路：

1. 熵 (Entropy) 的定義：熵是系統的無序度或隨機性的度量。一個系統的熵越高，其無序程度越大。

2. 熵的變化與反應類型：

   • 熵增加：通常發生在系統變得更無序、分子數量增加（特別是從固態變液態，液態變氣態）、或分子結構變得更複雜（例如，一個大分子分解成多個小分子）的反應中。
   • 熵減少：通常發生在系統變得更有序、分子數量減少（特別是從氣態變液態、液態變固態）、或多個小分子組合成一個大分子（聚合）的反應中。

3. 分析選項中的反應類型：

   • A) 脫水反應 (Dehydration reaction)：這是一種縮合反應（condensation reaction），通常是將兩個小分子結合形成一個較大的分子，同時釋放一分子水。

此題考查 NAD+ (菸鹼醯胺腺嘌呤二核苷酸) 在細胞代謝中的作用，特別是其氧化還原形式 (NAD+/NADH) 的轉換和能量傳遞。

解題思路：

1. NAD+ 的角色：NAD+ 是一種輔酶，在細胞呼吸的許多氧化還原反應中作為電子載體。它能夠接受電子並被還原成 NADH。

2. 細胞呼吸中的 NAD+ 轉換：

   • 糖酵解 (Glycolysis)：葡萄糖被分解，過程中 NAD+ 被還原為 NADH。
   • 丙酮酸氧化 (Pyruvate oxidation)：丙酮酸轉化為乙醯輔酶 A，過程中 NAD+ 被還原為 NADH。
   • 檸檬酸循環 (Citric acid cycle)：乙醯輔酶 A 進入循環，一系列反應中 NAD+ 被還原為 NADH。
   • 氧化磷酸化 (Oxidative phosphorylation)：NADH 將其攜帶的電子傳遞給電子傳遞鏈，最終產生 ATP。在這個過程中，NADH 被氧化回 NAD+。

3. 分析選項：

   • A) **NAD+ is reduced to NADH during glycolysis, pyruvate oxidation, and the citric acid

此題考查植物進行光合作用和細胞呼吸的條件。

解題思路：

1. 光合作用 (Photosynthesis)：

   • 光合作用是將光能轉化為化學能，合成有機物的過程。
   • 它需要光作為能量來源，因此只能在有光的條件下進行。
   • 光合作用主要發生在植物的葉綠體中。

2. 細胞呼吸 (Cellular Respiration)：

   • 細胞呼吸是將有機物分解，釋放能量以合成 ATP 的過程。
   • 這個過程不直接依賴光。

核心觀念

本題考查 Sutherland 對「第二訊息者（second messenger）」概念的經典研究。

腎上腺素（epinephrine）本身是細胞外訊號分子，無法直接穿過細胞膜作用於肝細胞內的肝醣代謝酵素。其作用流程為：

其中，cAMP 是由細胞膜上的第一訊息者受體刺激後，在細胞內產生的第二訊息者。它負責將細胞外的腎上腺素訊號傳遞至細胞內。

解題方法

判斷關鍵在於比較「完整細胞」與「無細胞系統」的實驗結果。

若腎上腺素能直接活化肝醣磷酸化酶，則將腎上腺素與肝醣磷酸化酶放入細胞外的無細胞系統中，理應也能觀察到肝醣分解。

但實驗顯示，只有在完整肝細胞中加入腎上腺素，才會發生肝醣分解。這表示腎上腺素不是直接作用於肝醣磷酸化酶，而是必須透過完整細胞中的膜受體及細胞內成分，產生某種中介訊號。後續研究確認此中介訊號為 cAMP。

因此，最能支持第二訊息者存在的觀察是：

腎上腺素只有作用於完整細胞時，才會引起肝醣分解。

選項分析

A) Receptor studies indicated that epinephrine was a ligand.

此敘述本身正確：腎上腺素是可與特定受體結合的配體（ligand）。

但「腎上腺素是配體」只說明它能與受體結合，不能直接證明細胞內還存在另一個負責傳遞訊號的第二訊息者。因此不是本題所問的關鍵觀察。

B) Glycogen breakdown was observed only when epinephrine was administered to intact cells.

此題考查細胞分裂（mitosis 或 meiosis）中，中期（Metaphase）的主要特徵。

解題思路：

1. 細胞分裂的時期：細胞分裂（有絲分裂 Mitosis 或減數分裂 Meiosis）通常包含前期（Prophase）、中期（Metaphase）、後期（Anaphase）、末期（Telophase）等階段。
2. 中期 (Metaphase) 的特徵：
   • 在細胞分裂中期，細胞內的染色體（每個由兩個姐妹染色單體組成）會移動到細胞的中央平面，這個平面稱為赤道板（equatorial plate）或中期板（metaphase plate）。

此題考查植物的生命週期、無性生殖和有性生殖的染色體套數。

解題思路：

1. 理解題目資訊：

   • 楊樹 (Quaking aspen trees) 可以通過地下莖進行無性生殖。
   • 有性生殖時，單倍體 (haploid) 的配子 (gametes) 有 19 條染色體。
   • 問題是：地下莖細胞有多少條染色體？

2. 染色體套數的關係：

   • 配子 (Gametes)：是由減數分裂產生，是單倍體 (n)。

核心觀念

單一基因座具有四種不同等位基因時，配子在減數分裂後，每個配子只會攜帶該基因座的一個等位基因。因此，配子類型數等於該基因座可傳遞的等位基因種類數。

設四種等位基因為 $A_1、A_2、A_3、A_4$，則可能形成的配子為：

共有 $4$ 種。

解題方法

題目指出：

• 只有一個基因控制魚的體色；
• 此基因具有四種等位基因；
• 配子為單套染色體，對單一基因座只帶有一個等位基因。

因此，每一種等位基因都能代表一種配子類型：

所以正確答案為 B。

選項分析

此題考查性聯遺傳（sex-linked inheritance）的遺傳規律，特別是果蠅的 X 染色體上的隱性性狀。

解題思路：

1. 定義遺傳符號：

   • 性聯遺傳：基因位於性染色體上。果蠅的性別決定為 XY，X 染色體攜帶性聯基因。
   • 隱性性狀：Cinnabar eye color (紅眼色) 是隱性 (recessive)。
   • 假設控制眼色的基因位於 X 染色體上。
   • 令 $X^c$ 代表攜帶 cinnabar 眼色隱性基因的 X 染色體。
   • 令 $X^+$ 代表攜帶野生型（wild-type）顯性基因的 X 染色體。
   • Y 染色體不攜帶此基因。

2. 確定親代基因型：

   • 雌性 (female) 患有 cinnabar 眼色：雌性是 XX。由於 cinnabar 是隱性，患病的雌性基因型必須是純合隱性。所以，雌性親代的基因型是 $X^c X^c$。
   • 野生型雄性 (wild-type male)：雄性是 XY。野生型是顯性，所以雄性親代的基因型是 $X^+ Y$。

此題考查 DNA 的鹼基組成規則（Chargaff's rules）和 DNA 雙螺旋結構的特性。

解題思路：

1. DNA 的鹼基組成規則 (Chargaff's rules)：
   • 在雙鏈 DNA 中，腺嘌呤 (Adenine, A) 的數量總是等於胸腺嘧啶 (Thymine, T) 的數量 ($A = T$)。
   • 鳥嘌呤 (Guanine, G) 的數量總是等於胞嘧啶 (Cytosine, C) 的數量 ($G = C$)。
   • 因此，雙鏈 DNA 中，總嘌呤數量等於總嘧啶數量 ($A+G = T+C$)。
   • 這意味著 A+T 的總比例等於 G+C 的總比例（如果 A=T 且 G=C，則 A+T = 2A，G+C = 2G；所以 A+T 的比例不一定等於 G+C，但 A+T+G+C = 100%）。
   • 更準確地說，A+T 的總百分比加上 G+C 的總百分比等於 100%。

此題考查遺傳密碼（genetic code）和分子生物學中不同 RNA 分子的功能。

解題思路：

1. 密碼子 (Codon) 的定義：密碼子是 mRNA 分子上一連串三個連續的核苷酸，它決定了在蛋白質合成過程中應加入哪一種胺基酸，或是作為起始或終止信號。
2. 遺傳信息的傳遞過程：DNA 的遺傳信息首先被轉錄成 mRNA，然後 mRNA 被翻譯成蛋白質。
3. 不同分子結構的功能：
   • A) 蛋白質 (Protein)：蛋白質是由胺基酸組成的多肽鏈，是基因表達的最終產物，不包含密碼子。

此題考查原核生物的基因調控機制，特別是 Jacob 和 Monod 提出的操縱子模型 (operon model)，以及操縱子中各組分的關鍵作用。

解題思路：

1. 操縱子模型 (Operon Model)：在原核生物中，操縱子是一組功能相關的基因，它們被組織在一起，並由一個共同的啟動子 (promoter) 和操縱子 (operator) 來調控。

2. Lac 操縱子 (Lac operon)：

   • 結構基因 (Structural genes)：包括 $lacZ$ (編碼 $\beta$-半乳糖苷酶，分解乳糖)、$lacY$ (編碼乳糖透酶，將乳糖運入細胞)、$lacA$ (編碼硫代半乳糖苷酶轉乙醯基酶，功能不太明確)。
   • 啟動子 (Promoter, P)：RNA 聚合酶結合位點。
   • 操縱子 (Operator, O)：阻遏蛋白 (repressor protein) 結合位點。
   • 調節基因 (Regulatory gene)：編碼阻遏蛋白。

3. 調控機制：

   • 無乳糖時：調節基因產生的阻遏蛋白結合到操縱子上，阻止 RNA 聚合酶通過，因此結構基因不轉錄。

此題考查病毒感染的特徵，特別是疱疹病毒（herpesvirus）的潛伏感染（latency）和復發機制。

解題思路：

1. 疱疹病毒感染的特點：

   • 疱疹病毒感染通常是終身感染。
   • 首次感染後，病毒並非完全被清除，而是會進入潛伏期。
   • 在潛伏期，病毒基因組會以某種形式在宿主細胞中長期存在，但通常不產生新的病毒顆粒，也不引起明顯症狀。
   • 在某些誘因（如壓力、免疫力下降、日曬等）作用下，潛伏的病毒會重新激活（reactivation），開始複製，導致症狀復發（flare-ups）。
   • 復發時，通常是由同一個病毒株引起的，而不是新的感染。

2. 分析選項：

   • A) 被另一種不同株的相關疱疹病毒再次感染：這屬於新的感染，雖然可能發生，但不是解釋「regular flare-ups」的根本原因。

此題考查基因工程中質體轉入（plasmid transformation）細菌的檢測方法。

解題思路：

1. 質體轉入的基本原理：在基因工程中，通常會將攜帶目標基因的質體（plasmid）轉入細菌（如大腸桿菌 E. coli）。質體通常帶有一個或多個標記基因（marker gene），用於篩選成功轉入的細菌。
2. 常見的質體標記基因：最常見的標記基因是抗生素抗性基因，例如對氨苄青黴素（ampicillin, Amp）或氯黴素（chloramphenicol, Cam）的抗性。
3. 篩選條件：
   • 如果質體攜帶了抗氨苄青黴素的抗性基因，那麼成功轉入質體的細菌就能在含有氨苄青黴素的培養基上生長。
   • 未轉入質體的細菌則無法抵抗氨苄青黴素，在含有氨苄青黴素的培養基上無法生長。

此題考查基因組註釋（genome annotation）的概念及其在研究新物種基因組時的應用。

解題思路：

1. 基因組註釋 (Genome Annotation)：基因組註釋是識別基因組序列中的基因、編碼區、調控元件（如啟動子、增強子）、非編碼 RNA 基因以及其他功能性序列的過程。簡單來說，就是給基因組序列「標註」上各種功能信息。

2. 基因組註釋的目標：

   • 識別基因：找到基因的起始和終止位點。
   • 預測蛋白質：根據基因序列預測其轉錄成的 mRNA 和翻譯成的蛋白質序列。
   • 確定功能：通過比較已知基因庫，推斷新識別基因的功能。
   • 識別其他功能元件：如調控序列、非編碼 RNA 等。

3. 分析選項：

   • A) 該植物產生哪些蛋白質：基因組註釋可以預測蛋白質，但直接確定「實際產生」的蛋白質需要進一步的轉錄組學（transcr

核心觀念

本題比較拉馬克（Lamarck）與達爾文（Darwin）演化學說的共同點與差異。

兩者皆接受「物種會隨時間發生改變」以及「生物具有適應環境的特徵」；主要差異在於演化機制：

• 拉馬克：器官的用進廢退，以及後天獲得性狀的遺傳。
• 達爾文：族群中原本存在遺傳變異，自然選擇保留有利變異，使適應性特徵逐代增加。

因此，判斷關鍵在於選項描述的是兩者共同接受的演化結果，還是只有其中一種學說的機制。

解題方法

逐項區分「共同結論」與「特定機制」：

1. 若涉及用進廢退或後天性狀遺傳，屬於拉馬克學說的特色。
2. 若涉及自然選擇、遺傳變異或適者生存，屬於達爾文學說的特色。
3. 若只描述生物會逐漸演化並形成適應，則可能是兩者共同的觀點。

兩者都認為生物並非永遠固定不變，且生物與環境之間的高度適應可由逐代演化形成。因此符合題意的是 B。

選項分析

A) Use and disuse of organs determines their size in progeny.
「器官的使用與否決定後代器官大小。」

這是拉馬克的用進廢退說。拉馬克認為，經常使用的器官會發達，不使用的器官會退化，而且這種變化可以傳給後代。

達爾文的自然選擇並不主張個體因使用某器官而使該器官的變化直接遺傳給後代。自然選擇是族群中既有的遺傳變異經由生存與繁殖差異逐代累積。因此兩者並非完全一致，錯誤。

B) Gradual evolutionary change explains why organisms are well-suited to their environments.
「漸進式的演化變化可以解釋生物為何適合其環境。」

此題考查遺傳學中的變異（variation）概念，包括基因型（genotype）、表現型（phenotype）和等位基因（allele）的關係。

解題思路：

1. 定義：

   • 基因型 (Genotype)：生物體的基因組成。
   • 表現型 (Phenotype)：生物體的外部可觀察性狀，由基因型和環境共同決定。
   • 遺傳變異 (Genetic variation)：基因型上的差異。
   • 表型變異 (Phenotypic variation)：表現型上的差異。
   • 核苷酸變異 (Nucleotide variability)：DNA 序列上的差異。
   • 等位基因 (Allele)：控制同一性狀的同一基因的不同形式。

2. 分析選項：

   • A) All phenotypic variation is the result of genotypic variation. (所有表型變異都是基因型變異的結果。)
     • 這是錯誤的。表現型是由基因型和環境共同決定的。例如，相同的基因型在不同的環境下可能表現出不同的表型（如基因型 $\times$ 環境互作），或者某些表現型差異（如後天學習的技能）與基因型無關。
   • B) All genetic variation produces phenotypic variation. (所有基因型變異都會產生表型變異。)

此題考查生殖隔離（reproductive isolation）的類型，特別是異域隔離（prezygotic isolation）中的機械隔離（mechanical isolation）。

解題思路：

1. 生殖隔離 (Reproductive Isolation)：防止不同物種之間發生基因交流的機制。
2. 異域隔離 (Prezygotic Isolation)：在受精作用發生之前就阻止雜交的機制。包括：
   • 棲息地隔離 (Habitat isolation)：物種生活在不同的棲息地。
   • 時間隔離 (Temporal isolation)：物種在不同的繁殖季節或一天中的不同時間繁殖。
   • 行為隔離 (Behavioral isolation)：物種之間沒有共同的求偶行為或信號。

此題考查關於生命起源的「RNA 世界假說」（RNA World Hypothesis）。

解題思路：

1. 生命起源的挑戰：生命起源需要同時具備遺傳信息（如 DNA 或 RNA）和催化功能（如蛋白質酶）。傳統的 DNA-RNA-蛋白質模型中，DNA 儲存信息，RNA 傳遞信息，蛋白質執行催化功能。但 DNA 需要蛋白質酶來複製，蛋白質也需要 RNA 和 DNA 的指導才能合成，這形成了一個「雞生蛋蛋生雞」的困境。
2. RNA 世界假說：該假說提出，在早期地球生命形成過程中，RNA 可能同時扮演了儲存遺傳信息和催化化學反應（類似酶）的角色。
   • 遺傳信息儲存：RNA 的核苷酸序列可以攜帶信息。
   • 催化功能：某些 RNA 分子（稱為核酶，ribozymes）具有催化活性，可以催化化學反應，包括 RNA 的自我複製。

此題考查林奈（Carolus Linnaeus）的生物分類學思想，以及他對物種恆定性（fixity of species）的看法。

解題思路：

1. 林奈的生物分類學：林奈是現代生物分類學的奠基人，他建立了二名法（binomial nomenclature）和階層式分類系統（hierarchical classification system）。
2. 林奈的核心觀點：林奈相信「物種恆定性」，即物種一旦被創造出來，其形態就固定不變。他認為物種的形態是由造物主決定的，不能改變。
3. 林奈分類系統的特點：
   • 階層式 (Hierarchical)：從大到小，從寬泛到具體，如界（Kingdom）、門（Phylum）、綱（Class）、目（Order）、科（Family）、屬（Genus）、種（Species）。
   • 嵌套式 (Nested)：較低級的分類單元包含於較高級的分類單元中。例如，所有屬於某個「屬」的物種，都屬於同一個「科」。
   • 分類學 (Taxonomy)：研究生物分類的學科。

此題考查高糖環境對細菌生長的影響，以及與滲透作用（osmosis）相關的微生物學原理。

解題思路：

1. 高糖環境的特點：高糖食品（如糖漿、果醬）的特點是溶質濃度非常高。
2. 滲透作用 (Osmosis)：水分子會從低溶質濃度（高水勢）的區域向高溶質濃度（低水勢）的區域移動，以達到濃度平衡。
3. 細菌細胞的環境：
   • 細菌細胞內部含有一定濃度的溶質（如離子、有機物），因此水勢高於外部純水。
   • 當細菌處於高糖溶液中時，外部溶液的溶質濃度遠高於細胞內部。
4. 滲透作用的影響：
   • 根據滲透原理，水分子會從細菌細胞內部（高水勢）大量地滲透到外部高糖溶液中（低水勢）。
   • 這會導致細菌細胞脫水（dehydration）。
   • 細胞脫水會使細胞質濃縮，細胞膜從細胞壁分離（質壁分離 plasmolysis），細胞的代謝活動受到嚴重影響，甚至導致細胞死亡。

此題考查原生生物（Protists）的定義和特徵。原生生物是一個龐雜的類群，包含許多單細胞真核生物。

解題思路：

1. 原生生物 (Protists) 的定義：原生生物是真核生物（eukaryotes）中，不屬於動物、植物或真菌界的一類單細胞或簡單多細胞生物。它是一個「集合名詞」，包含了多個不同的演化支。
2. 原生生物的主要特徵：
   • 真核生物 (Eukaryotic)：這是原生生物最根本的特徵。它們的細胞具有真正的細胞核（核膜包圍），以及膜狀的細胞器（如粒線體、葉綠體等）。
   • 單細胞 (Unicellular)：大多數原生生物是單細胞的。
   • 多樣性：原生生物的營養方式多樣，包括自營（如藻類）、異營（如原生動物）和混合營養（mixotrophic）。
   • 共生關係 (Symbionts)：許多原生生物可以與其他生物形成共生關係（寄生或互利共生）。

此題考查植物的演化，特別是陸生植物的起源。

解題思路：

1. 陸生植物的起源：現代科學普遍認為，陸生植物（Embryophytes）是從水生藻類演化而來的。
2. 藻類的演化：
   • 藍綠菌 (Cyanobacteria)：是原核生物，雖然能進行光合作用，但它們是原核生物，不是真核的藻類，也不是陸生植物的直接祖先。它們是早期地球上光合作用的先驅。
   • 褐藻 (Brown algae, kelp)：褐藻是多細胞的真核藻類，但它們屬於紅藻門（Heterokontophyta），與陸生植物的演化支系不同。

此題考查種子植物（seed plants）的生殖結構，特別是花粉粒（pollen grain）的組成及其與種皮（seed coat）功能的類比。

解題思路：

1. 種子植物的生殖：種子植物通過種子繁殖。種子由種皮（保護胚）和胚（發育成新植株）組成。種子在形成前，胚珠（ovule）會發育成種子，而花粉粒（pollen grain）在傳粉後，會發芽形成花粉管，與胚珠內的卵細胞結合，完成受精。
2. 花粉粒 (Pollen grain)：花粉粒是雄配子體（male gametophyte）的早期階段，它包含產生配子的細胞。花粉粒本身有保護層。
3. 種皮 (Seed coat)：種皮由胚珠的珠被（integuments）發育而來，主要功能是保護種子內的胚免受乾燥、機械損傷和病原體侵襲。
4. 尋找功能類似的結構：題目要求找一個「花粉粒的組成部分」，其功能「最像種皮」。這意味著尋找一個能提供保護的結構。
5. 分析選項：

此題考查真菌的生長和運動方式，特別是菌絲體（mycelium）的生長。

解題思路：

1. 真菌的生長模式：真菌通常以菌絲體（mycelium）的形式生長，菌絲體是由許多細長的菌絲（hyphae）組成的網絡。菌絲體通過菌絲尖端的細胞生長（cell growth）不斷向前延伸，擴散到新的營養基質中。
2. 題目描述：孢子萌發後，形成菌絲體，並「向外生長到土壤中」。這描述的是菌絲體本身的擴展性生長。
3. 分析選項：
   • A) 核配子結合 (karyogamy)：這是真菌有性生殖過程中，兩個細胞核融合形成二倍體核的過程，與菌絲體的生長運動無關。

此題考查動物界（Animalia）的獨特特徵。

解題思路：

1. 動物界的定義特徵：動物界是一類多細胞、真核、異營生物，其絕大多數成員具有神經系統和運動能力。
2. 分析選項：
   • A) 結構性碳水化合物幾丁質 (chitin)：幾丁質不僅存在於動物（如昆蟲外骨骼、甲殼類外殼、真菌細胞壁），也存在於某些其他生物體中，但它確實是動物界的一個重要特徵，尤其是在昆蟲和節肢動物中。然而，真菌細胞壁也含有幾丁質，所以它不是「獨有」於動物。
   • B) 神經系統信號傳導和肌肉運動 (nervous system signal conduction and muscular movement)：這是動物界最顯著的特徵之一。

此題考查動物的攝食策略（feeding strategies）及其與棲息環境的關聯。

解題思路：

1. 攝食策略的定義：

   • 濾食者 (Filter feeder)：通過過濾水或空氣中的微小顆粒（食物）來獲取營養。
   • 大量攝食者 (Mass feeder)：攝取大塊的食物，例如用嘴巴吞食。
   • 沉積物攝食者 (Deposit feeder)：從沉積物（如底泥）中攝取有機物。
   • 液體攝食者 (Fluid feeder)：攝取液體食物（如花蜜、血液、細胞液）。

2. 分析各種攝食策略與環境的關聯：

   • 濾食者 (Filter feeder)：這是一種非常常見於水生環境（海洋、淡水）的攝食方式。例如，鯨魚、貽貝、珊瑚、海綿等，它們通過過濾水中的浮游生物、有機碎屑等獲取食物。

此題考查脊索動物門（Chordata）的定義性特徵。

解題思路：

1. 脊索動物門 (Chordata) 的四個基本特徵：所有脊索動物在生命週期的某個階段都表現出以下四個特徵：

   • 脊索 (Notochord)：一根堅韌的棒狀結構，位於消化管腹側和神經索背側，提供支撐。在大多數脊椎動物中，脊索被脊柱所取代。
   • 背側神經管 (Dorsal hollow nerve cord)：位於脊索的背側，將發育成中樞神經系統（腦和脊髓）。
   • 咽裂 (Pharyngeal slits/clefts)：位於咽部兩側的一系列裂縫，在水生脊索動物中用於呼吸（發育成鰓），在陸生脊索動物中則在胚胎髮育過程中消失或轉化為其他結構（如耳、頸部結構）。
   • 肛後尾 (Post-anal tail)：身體延伸到肛門之後的尾巴結構。

2. 分析選項：

   • A) 顎 (jaws)：顎出現在演化過程中較晚的脊椎動物亞門（Vertebrata）中的一部分，如魚類、兩棲類、爬行類、鳥類和哺乳類。

此題考查植物的變態器官，特別是草莓的匍匐莖。

解題思路：

1. 植物的變態器官：植物為了適應環境、儲存養分、繁殖等目的，會將莖、葉、根等器官進行形態和功能的改變。
2. 草莓的生長特點：草莓（Strawberry）植物會長出水平伸展的莖，這些莖在節部會長出根和新的小植株，用於無性繁殖。
3. 分析選項中的莖的變態類型：
   • A) 根莖 (Rhizome)：是發育在土中的水平或斜生的地下莖，如薑、竹子。

此題考查植物葉序（phyllotaxy）的演化及其功能。

解題思路：

1. 葉序 (Phyllotaxy)：指葉片在莖上的排列方式。
2. 互生葉序 (Alternate phyllotaxy)：莖上每個節只長一個葉片，相鄰節的葉片位於莖的不同側。
3. 137.5° 的角度：這是一個特殊的角度，與黃金分割（golden ratio）有關。當葉片按照這個角度（或其倍數）螺旋排列時，可以最大程度地避免葉片之間相互遮擋陽光。
4. 葉序的功能：
   • 採光 (Light interception)：植物需要陽光進行光合作用。理想的葉序應該讓盡可能多的葉片接收到陽光。
   • 避免遮蔭 (Shading)：如果葉片過於密集或排列不當，上層葉片會遮擋下層葉片的光線，降低下層葉片的光合效率。
5. 分析選項：

此題考查土壤的性質，特別是土壤結構對氣體交換（氧氣含量）的影響。

解題思路：

1. 土壤中的氧氣：土壤中的氧氣主要用於土壤微生物的呼吸作用，以及植物根系的呼吸作用。氧氣的來源是空氣，需要通過土壤孔隙擴散進入。

2. 土壤的孔隙度 (Porosity) 和通氣性 (Aeration)：

   • 土壤的孔隙度是指土壤中孔隙所佔的體積比例。
   • 通氣性是指空氣在土壤中擴散的能力。
   • 孔隙的大小和連通性決定了土壤的通氣性。

3. 不同土壤質地的特點：

   • 砂土 (Sand)：顆粒最大，孔隙較大，但相對較少。通氣性好，滲水性也很好。
   • 粉砂 (Silt)：顆粒介於砂和黏土之間。
   • 黏土 (Clay)：顆粒最小，孔隙非常細小，數量很多，但孔隙之間的連通性差。通氣性和滲水性都較差。
   • 礫石 (Gravel)：顆粒最大，孔隙非常大且連通性極好，但其餘的細小顆粒（如黏土、粉砂、砂）含量很少，通常不被視為典型的土壤質地，而是土壤的粗骨部分。

4. 分析選項與氧氣含量：

   • 砂土 (Sand) 具有較大的孔隙，空氣流通較好，因此氧氣含量相對較高。
   • 黏土 (Clay) 孔隙細小，通氣性差，氧氣含量通常較低，容易缺氧。
   • 粉砂 (Silt) 的通氣性介於砂土和黏土之間。
   • 礫石 (Gravel) 雖然通氣性極好，但它本身不是土壤的主要組成部分，而是粗顆粒。如果題目問的是「土壤顆粒大小」，那麼最大的顆粒（礫石）的堆積會形成最大的孔隙。但題目問的是「土壤」，通常指包含細顆粒的整體。

此題考查植物的生殖術語，包括花的類型（完全花/不完全花）和雌雄異株/同株。

解題思路：

1. 理解題目情境：

   • 「de-tasseling the corn」：去除玉米的雄花（tassels）。
   • 目的是讓雌花（ears）被「desired pollen」（期望的花粉）授粉，用於培育雜交玉米。
   • 這項操作發生在「same plant」（同一植株）上，即從同一植株上移除雄花，讓雌花接受來自另一植株（或特定來源）的花粉。

2. 定義相關術語：

   • 完全花 (Perfect flower)：同時具有雄蕊（產生花粉）和雌蕊（接受花粉，包含柱頭、花柱、子房）的花。
   • 不完全花 (Imperfect flower)：只有雄蕊或只有雌蕊的花。
     • 雄花 (Staminate flower)：只有雄蕊。
     • 雌花 (Pistillate flower / Carpellate flower)：只有雌蕊。
   • 雌雄同株 (Monoecious)：同一植株上同時具有雄花和雌花。
   • 雌雄異株 (Dioecious)：雄花和雌花分別長在不同的植株上。

3. 分析玉米的情況：

   • 玉米（Corn, Zea mays）是單子葉植物，其花序結構特殊。
   • 玉米植株頂端有一個雄花序（tassel），產生雄花（staminate flowers）。
   • 玉米植株的側生莖節上長出雌花序（ear），產生雌花（pistillate flowers）。

此題考查植物激素（plant hormones）的特性。

解題思路：

1. 植物激素的定義和功能：植物激素是植物體內合成的，在極低濃度下就能調節植物生長、發育和響應環境變化的有機化合物。
2. 植物激素的傳輸：植物激素可以在植物體內長距離運輸（通過維管束韌皮部或木質部），也可以在鄰近細胞之間進行短距離運輸（通過質外體或質體途徑）。
3. 植物激素的響應：植物激素的作用是通過與細胞表面的或細胞內的特異性受體結合來實現的，這種結合會觸發細胞內一系列的信號傳導，最終導致細胞或組織的響應。
4. 分析選項：
   • A) 在植物細胞中自然存在大量：植物激素通常在極低濃度下就具有生理活性。

此題考查演化生物學中的趨同演化（convergent evolution）和適應性。

解題思路：

1. 觀察對象：企鵝（Penguins）、海豹（Seals）和鮪魚（Tuna）。
   • 企鵝：鳥類，但不會飛，善於游泳。
   • 海豹：哺乳類，鰭足動物，善於游泳。
   • 鮪魚：魚類，魚類的基本形態就是適應水中生活。
2. 共同特徵：這三種動物都生活在水中，並且具有能夠快速游泳的流線型體型。
3. 分析選項：
   • A) 都擁有一個近期共同祖先：企鵝是鳥類，海豹是哺乳類，鮪魚是魚類。它們的共同祖先非常遙遠（可以追溯到脊索動物的早期），而不是「近期」的。它們的相似體型並非來自於共同的近期祖先，而是獨立演化出的相似適應。
   • B) 從出生起身體就被密集的水下壓力壓縮：雖然水下有壓力，但壓力並不會「壓縮」身體形成流線型。體型的形成是基因決定的演化結果，而不是物理壓力直接造成的。

此題考查維生素（vitamins）和礦物質（minerals）的基本區別。

解題思路：

1. 維生素 (Vitamins)：

   • 是有機化合物。
   • 通常是從食物中獲取的（儘管某些維生素可以在體內合成，如維生素 D 在皮膚中，維生素 K 和生物素在腸道細菌合成，但這些合成量通常不足以滿足需求，仍需從飲食補充）。
   • 在極低的濃度下，對維持正常的生理功能至關重要，許多作為輔酶（coenzymes）參與代謝反應，調節酶的活性。
   • 有水溶性和脂溶性之分。

2. 礦物質 (Minerals)：

   • 是無機元素或化合物。
   • 是從食物（包括植物、動物、水）中獲取的。
   • 參與多種生理功能，如構成身體結構（骨骼、牙齒）、維持體液平衡、神經傳導、肌肉收縮、輔助酶活性等。

此題考查脊椎動物循環系統的演化，特別是兩棲動物（如蛙）的循環系統特點。

解題思路：

1. 循環系統類型：

   • 開放式循環 (Open circulatory system)：如昆蟲、大多數軟體動物。血液（或血淋巴 hemolymph）不在血管內流動，而是直接滲入組織間隙。
   • 閉鎖式循環 (Closed circulatory system)：血液始終在血管內流動。如環節動物、脊椎動物。

2. 脊椎動物的循環系統：

   • 魚類 (Fishes)：屬於單循環（single circulation）。心臟只有一個心房和一個心室，將血液泵送到鰓進行氣體交換，然後富氧血直接流向全身，最後回到心臟。
   • 兩棲動物 (Amphibians)：屬於不完全雙循環（incomplete double circulation）。心臟有三個腔：兩個心房（一個來自肺和皮膚，一個來自身體其他部位）和一個心室。血液在心室混合後，一部分流向肺和皮膚進行氣體交換（肺皮膚循環 pulmocutaneous circulation），另一部分流向身體其他部位。
   • 爬行動物 (Reptiles)：大多是三腔心，但心室有不完全的隔膜，部分實現了血液分流。鱷魚是四腔心。
   • 鳥類和哺乳類 (Birds and Mammals)：是完全雙循環，四腔心，血液完全分開，不會混合。

3. 分析題目：「血液從肺皮膚循環流回心臟，然後再循環到身體其他部位」。這描述的是雙循環系統中的一個環節。

   • 肺皮膚循環 (Pulmocutaneous circulation)：指血液流向肺部和皮膚進行氣體交換的循環。
   • 全身循環 (Systemic circulation)：指血液流向身體其他組織和器官的循環。

核心觀念

本題考查先天性免疫中「急性發炎反應」的啟動者及其主要訊號分子。

組織受傷或遭受病原體侵入時，組織內的肥大細胞（mast cells）會迅速活化，釋放組織胺（histamine）。組織胺主要造成：

• 鄰近微血管擴張，使局部發紅、發熱。
• 微血管通透性增加，使血漿與免疫細胞較容易離開血管，造成腫脹。
• 促進後續吞噬細胞與其他免疫細胞進入感染部位。

因此，「肥大細胞＋組織胺」是急性發炎初期最具代表性的細胞與訊號分子組合。

解題方法

判斷本題可分成兩步：

1. 先確認題目關鍵字是 initial stages of the inflammatory response，也就是「發炎反應的初始階段」。
2. 將各選項中的細胞與訊號分子配對，辨認其主要免疫功能。

發炎初期需要一種能在組織中快速感知損傷、並立即改變微血管狀態的機制。肥大細胞原本就分布於結締組織及血管附近，活化後可迅速釋放組織胺，符合「初始階段」與「快速反應」兩項條件。

選項分析

A) phagocytes and cytokines

錯誤。吞噬細胞包括嗜中性球、巨噬細胞等，確實能參與發炎，也能釋放細胞激素（cytokines），例如 TNF、IL-1 與 IL-6。然而，吞噬細胞大量募集及活化通常是發炎反應啟動後的後續階段；細胞激素也不是本題所指最典型、最早造成血管通透性改變的訊號分子。急性發炎初期的經典配對是肥大細胞與組織胺。

B) dendritic cells and interferons

此題考查草履蟲（Paramecium）的滲透調節機制，特別是其伸縮泡（contractile vacuole）的活性與外部滲透壓的關係。

解題思路：

1. 草履蟲的生存環境：草履蟲生活在淡水（池塘水）中，淡水是一種低滲透壓（hypotonic）環境，意味著外部水的溶質濃度低，水勢高。
2. 草履蟲的滲透調節：由於外部水進入細胞的滲透壓差，水會不斷進入草履蟲細胞。為防止細胞脹破，草履蟲演化出了伸縮泡（contractile vacuole）。伸縮泡的功能是收集細胞內多餘的水分，然後將其排出細胞外，從而維持細胞內穩定的滲透壓和體積。
3. 伸縮泡的活性與外部滲透壓的關係：
   • 伸縮泡的活動頻率（排出水的速率）與細胞內水分進入的速率成正比。
   • 水分進入細胞的速率與細胞內外滲透壓的差異成正比。
   • 當外部環境的滲透壓越高（即外部溶液濃度越高，水勢越低），水進入細胞的速率越快，伸縮泡就需要越頻繁地工作來排出多餘的水分，因此伸縮泡的活性（排出水的頻率或速率）就越高。
   • 當外部環境的滲透壓越低（即外部溶液濃度越低，水勢越高），水進入細胞的速率越慢，伸縮泡的工作頻率就越低。
   • 在完全沒有滲透壓差（即細胞內外滲透壓相等）的情況下，伸縮泡幾乎不需要工作。

此題考查化學信號傳導的類型及其對發信號個體的影響。

解題思路：

1. 化學信號傳導的類型：

   • 神經信號 (Neural signals)：神經遞質由神經元釋放，作用於鄰近的神經元、肌肉細胞或腺體細胞，作用範圍小，作用時間短。
   • 旁分泌信號 (Paracrine signals)：細胞釋放的信號分子作用於鄰近的細胞，而不是自身。
   • 內分泌信號 (Endocrine signals)：內分泌腺釋放激素到血液中，通過血液循環運輸到全身，作用於遠處的靶細胞。
   • 神經內分泌信號 (Neuroendocrine signals)：神經細胞釋放的信號分子（神經激素）進入血液循環，起到激素的作用。
   • 外激素 (Pheromones)：由一個個體釋放到環境中，作用於同種的其他個體，通常通過外部途徑（如氣味、觸摸）傳遞。

2. 分析選項對發信號個體的影響：

   • A) 神經信號 (neural)：神經遞質的釋放和作用會影響神經元的生理狀態（如興奮或抑制），也影響其下游的靶細胞。
   • B) 旁分泌信號 (paracrine)：信號分子由細胞釋放，作用於鄰近細胞，這是一個細胞間交流過程，可以認為是細胞執行某種生理功能的一部分。
   • C) 神經內分泌信號 (neuroendocrine)：神經細胞釋放神經激素到血液，這本身就是一種生理活動，且這些激素也會影響釋放它們的神經細胞（如通過負反饋調節）。
   • D) 外激素 (pheromones)：外激素是由一個個體釋放到環境中，用來影響同種其他個體的行為或生理。

此題考查生物的繁殖方式，特別是二分裂（fission）這種無性生殖方式。

解題思路：

1. 二分裂 (Fission)：是一種無性生殖方式，生物體通過細胞分裂將自身均勻地分成兩部分，產生兩個大小相似的子代個體。常見於單細胞生物（如細菌、變形蟲、草履蟲）和一些簡單的多細胞生物。
2. 分析選項中的生物：
   • A) 七鰓鰻 (Lamprey)：是無顎類魚類，屬於脊椎動物。它們通過有性生殖繁殖。
   • B) 藍鰭金槍魚 (Bluefin tuna)：是硬骨魚類，屬於脊椎動物。它們通過有性生殖繁殖。
   • C) 鞭尾蜥蜴 (Whiptail lizards)：是爬行動物，屬於脊椎動物。

此題考查海膽（sea urchin）卵子和精子受精過程中的早期事件。

解題思路：

1. 受精過程：受精是精子和卵子結合形成合子的過程，涉及一系列精確調控的事件。
2. 海膽受精的早期事件：
   • 精子游向卵子：受化學引誘劑（chemoattractants）的引導。
   • 頂體反應 (Acrosome reaction)：當精子接觸到卵丘（cumulus oophorus）和透明帶（zona pellucida，海膽卵周圍的膠狀層）時，精子頭部的頂體（acrosome）會釋放頂體酶（acrosomal enzymes），這些酶可以幫助精子穿過卵周圍的保護層。
   • 卵膜的快速去極化 (Fast block to polyspermy)：精子穿過卵周圍層後，與卵細胞膜接觸，導致卵細胞膜的電位發生快速的、短暫的去極化（膜電位變得更正）。這是一個快速的、電生理學的屏障，防止多個精子同時進入卵子。
   • 卵黃生成 (Vitellogenesis)：這是卵細胞發育過程中卵黃（vitellogenin）的合成和積累，主要發生在卵母細胞成熟階段，而不是受精的「早期」事件。
   • 有絲分裂 (Mitosis)：這是合子形成後，進行細胞分裂以發育胚胎的過程，發生在受精之後。

核心觀念

本題考查離子濃度梯度、Nernst 平衡電位與細胞膜電位的關係。

對於帶正電的鈉離子，Nernst 方程式為：

其中 $E_{\mathrm{Na}}$ 是鈉離子的平衡電位。當細胞外鈉離子濃度增加，而細胞內鈉離子濃度維持不變時，濃度比值

上升，因此 $E_{\mathrm{Na}}$ 會變得更正。

細胞實際的膜電位取決於多種離子的濃度與膜通透性，可用 Goldman-Hodgkin-Katz 方程式表示。只要細胞膜對 $Na^+$ 具有一定通透性，$Na^+$ 平衡電位變得更正，就會使膜電位向正值方向移動，產生去極化。

解題方法

題目指定：

• 細胞外 $Na^+$ 濃度增加；
• 其他離子濃度維持不變。

由 Nernst 方程式可知：

因為 $[\mathrm{Na^+}]_{\mathrm{out}}$ 增加，所以：

鈉離子的平衡電位變得更正。細胞膜在生理狀態下通常具有一定的鈉離子通透性，因此鈉離子外流入細胞的電化學驅動力增強，膜內正電性增加，膜電位變得較不負，即發生去極化。

此題考查自主神經系統（autonomic nervous system）的功能，特別是「戰鬥或逃跑」（fight-or-flight）反應與交感神經系統的關係。

解題思路：

1. 自主神經系統 (Autonomic Nervous System, ANS)：控制身體的非自主功能，如心率、呼吸、消化、血壓等。它分為兩個主要部分：

   • 交感神經系統 (Sympathetic Nervous System, SNS)：負責應對壓力、危險或興奮情況，啟動「戰鬥或逃跑」反應。
   • 副交感神經系統 (Parasympathetic Nervous System, PNS)：負責「休息和消化」（rest and digest）狀態，促進身體恢復和維持基本生理功能。

2. 「戰鬥或逃跑」反應 (Fight-or-flight response)：當身體感知到威脅時，交感神經系統被激活，引起一系列生理變化，為應對危機做準備，例如：

   • 心率加快
   • 血壓升高

此題考查光信號如何被轉導並放大以產生神經衝動（action potential）。

解題思路：

1. 視覺信號傳導：在視網膜的光感受器細胞（視桿細胞和視錐細胞）中，一個光子（photon）的能量相對較小，不足以直接引發神經衝動。
2. 信號放大機制：光信號需要經過一個放大過程，才能積累足夠的能量來觸發神經衝動。這個過程涉及多個步驟的信號放大。
3. 分析選項：
   • A) 受體 (the receptor)：光感受器細胞（如視桿細胞）的感光色素（如視紫質 rhodopsin）是光信號的受體。一個光子可以激活一個視紫質分子，這是信號傳導的第一步，但這本身不是放大機制。
   • B) 離子通道 (ion channels)：離子通道的打開或關閉會改變細胞膜的離子通透性，進而影響膜電位，是信號傳導的下游效應，也是產生神經衝動的基礎，但通道本身不是放大機制。