108 年 國立臺灣海洋大學水產養殖學系碩士班生命科學組《普通生物學》

此題考驗對演化單位的理解。演化是指一個族群（population）的基因頻率在世代間的改變。個體的適應性特徵（adaptive trait）是演化的結果，但演化本身發生在族群層級。

此題在於辨識生物的共同特徵。生物學定義的生命特徵包含：

1. 演化適應 (Evolutionary adaptations)：生物的性狀會隨著時間演化，以更好地適應環境。
2. 能量處理 (Energy processing)：生物需要獲取和利用能量來維持生命活動。
3. 回應環境 (Responding to the environment)：生物能夠感知並對環境中的刺激做出反應。

此題考驗對生態學中能量流動的理解。能量在生態系中從生產者（Producers）流向各級消費者，然後由分解者（Decomposers）處理。根據熱力學第二定律，能量在轉移過程中會散失（轉化為熱能），因此，能量的總量隨著營養階層的升高而遞減。

• 生產者 (Producers)：如植物，能將太陽能轉化為化學能，是能量的起始來源，因此擁有最多的游離能。

核心觀念

本題考查細胞如何將葡萄糖分解並轉換成合成各類生物大分子的原料。$^{14}\mathrm{C}$ 標記的是葡萄糖中的碳原子；當標記碳經由代謝途徑進入大分子的骨架或組成單元時，該大分子便會具有放射性。

葡萄糖可透過中央代謝產生多種生合成前驅物：

• 磷酸戊糖途徑產生核糖-5-磷酸，可用於合成核苷酸。
• 糖解作用與檸檬酸循環產生各種酮酸及胺基酸前驅物，可用於合成蛋白質。
• 丙酮酸經乙醯輔酶 A 進入脂質合成途徑，可合成脂肪酸。
• 葡萄糖可先轉為活化的葡萄糖形式，再聚合成澱粉。

因此，葡萄糖不只是能源，也是細胞合成多種大分子的碳源。

解題方法

判斷放射性會出現在哪些大分子，關鍵是追蹤 $^{14}\mathrm{C}$ 的去向，而不是只看葡萄糖是否能直接成為該大分子的單體。

標記葡萄糖進入細胞後，可沿下列途徑分流：

題目特別說明是「actively growing cells」，表示細胞正大量進行生長與生合成，因此上述合成途徑均會運作。標記碳會在早期陸續進入核酸、蛋白質、脂肪酸與澱粉。依題目的標準選擇題解讀，應選擇涵蓋全部項目的選項。

選項分析

此題考驗對遺傳學中顯隱性關係的理解。題目描述了一個遺傳實驗：

• 親代：純合紫花 (homozygous purple) $\times$ 純合白花 (homozygous white)。
• 子代 (F1)：所有植株均為紫花。

這表示紫花性狀在子代中完全表現出來，而白花性狀則被掩蓋。當兩種等位基因（控制紫花和白花的基因）存在於同一雜合子個體中時，其中一種等位基因（控制紫花的）完全決定了表現型，而另一種等位基因（控制白花的）則沒有表現出來。這正是「完全顯性」(Complete dominance) 的定義。

此題考驗對人類 ABO 血型系統的遺傳。ABO 血型由位於第 9 對染色體上的 $I$ 基因控制，該基因有三個等位基因：$I^A$ (或 $I^A$)、 $I^B$ (或 $I^B$) 和 $i$ (或 $i$)。

• $I^A$ 和 $I^B$ 對 $i$ 都是顯性。
• $I^A$ 和 $I^B$ 之間是共顯性 (co-dominance)，即同時存在時會表現出 AB 血型。
• $i$ 是隱性等位基因。

血型與基因型的對應關係：

• A 型：$I^A I^A$ 或 $I^A i$
• B 型：$I^B I^B$ 或 $I^B i$
• AB 型：$I^A I^B$
• O 型：$ii$

題目給定：

• 父親是 A 型。
• 母親是 B 型。
• 詢問生出 O 型 (ii) 孩子的可能性。

要生出 O 型孩子 (ii)，孩子必須從父親那裡獲得一個 $i$ 等位基因，從母親那裡獲得一個 $i$ 等位基因。

因此，父親的基因型必須至少包含一個 $i$ 等位基因，即父親基因型為 $I^A i$ (雜合子 A 型)。
母親的基因型也必須至少包含一個 $i$ 等位基因，即母親基因型為 $I^B i$ (雜合子 B 型)。

如果父親是 $I^A i$ (A 型) 且母親是 $I^B i$ (B 型)，他們生出 O 型 (ii) 孩子的機率是多少？
我們可以畫一個 Punnett square：

此題考驗對光合作用中色素吸收光譜的理解。綠色植物的光合作用主要依賴葉綠素 (chlorophyll) 和類胡蘿蔔素 (carotenoids) 等色素。

• 葉綠素 a (Chlorophyll a)：是主要的反應色素，吸收藍綠光和紅光，在綠光區吸收最少。
• 葉綠素 b (Chlorophyll b)：輔助色素，吸收藍光和橙紅光。
• 類胡蘿蔔素 (Carotenoids)：輔助色素，主要吸收藍綠光。

核心觀念

本題考查 DNA 與 RNA 的互補鹼基配對規則：

• DNA 的 A（腺嘌呤）與 RNA 的 U（尿嘧啶）配對。
• DNA 的 T（胸腺嘧啶）與 RNA 的 A 配對。
• DNA 的 G（鳥嘌呤）與 RNA 的 C（胞嘧啶）配對。
• DNA 的 C 與 RNA 的 G 配對。

因此，RNA 不使用 T，而是使用 U。

解題方法

將 DNA 序列 GATCAA 逐一依互補規則轉換：

所以其互補 RNA 序列為：

選項分析

1. CTAGTT：錯誤。
   這是將 DNA 的互補序列寫成 DNA，仍含有 T；題目要求的是 RNA，應將 T 改為 U。

核心觀念

本題考查藻類的光合色素與海水對不同波長可見光的吸收。

海水對光線具有選擇性吸收作用：

• 紅光波長較長，進入海水後很快被吸收，主要存在於較淺水層。
• 藍光與部分綠光穿透海水的能力較強，可到達較深水層。

藻類除了含有進行光合作用的主要色素葉綠素 $a$ 外，也具有不同的輔助色素。輔助色素能吸收葉綠素 $a$ 不易吸收的波長，並將能量傳遞給光合作用系統。

紅藻的代表性輔助色素為藻膽蛋白，例如藻紅蛋白（phycoerythrin）；褐藻則含有岩藻黃素（fucoxanthin）。這些色素可有效吸收藍光與綠光，使紅藻與褐藻能在較深海域進行光合作用。

解題方法

判斷藻類能否生活在較深海域，關鍵在於：

1. 深水中仍能穿透的光波長主要是藍光與部分綠光。
2. 能吸收這些波長的藻類，便能獲得足夠光能進行光合作用。
3. 紅藻與褐藻的輔助色素正好能吸收藍光、綠光，因此具有較深水域的光合適應性。

所以正確敘述應是「它們的輔助色素能吸收藍光與綠光」。

選項分析

（1）they are heterotrophic

錯誤。異營生物（heterotrophic organism）無法自行利用無機碳製造有機物，必須取得外界有機物作為碳源與能量來源。紅藻與褐藻主要是自營生物，透過光合作用製造有機物；它們能生活在較深處的主要原因是光合色素的波長適應，而非異營生活方式。

（2）they have chlorophyll b

此題考驗對轉錄作用（transcription）的理解，以及在體外實驗中合成放射性標記 RNA 所需的分子。題目要求合成「radiolabeled transcripts」，這意味著我們要合成帶有放射性標記的 RNA 分子。轉錄作用是將 DNA 的遺傳信息轉錄成 RNA 的過程。

• 轉錄作用 (Transcription)：這個過程由 RNA 聚合酶 (RNA polymerase) 催化，它以 DNA 為模板合成 RNA。
• 反轉錄酶 (Reverse transcriptase)：催化 RNA 反轉錄為 DNA 的過程，存在於某些病毒（如反轉錄病毒）中。
• DNA 聚合酶 (DNA polymerase)：催化 DNA 的合成（DNA 複製和修復）。

核心觀念

本題考查基因工程與傳統育種的差異，以及科學風險、倫理價值和社會觀感如何共同影響民眾對基因改造生物的接受度。

傳統育種主要透過選拔、雜交及回交，改變族群中的遺傳組成；基因工程則直接操作特定基因，例如導入外源基因、調整基因表現或編輯特定序列。兩者都能改變生物性狀，但公眾是否接受，並不只取決於改變了多少基因，也受到改變方式、用途、風險分布、利益歸屬及制度信任等因素影響。

解題方法

作答時，應先指出「操作基因較少」不等於「影響必然較小」，再從生物安全、環境、生產制度、倫理與社會信任幾個層面，說明公眾疑慮的來源。最後補充：這些疑慮值得評估，但不能直接等同於基因改造作物已被證明有害；應依個別作物、性狀、用途與栽培環境進行科學評估。

詳細說明

一、改變少數基因，仍可能帶來多層次影響

生物性狀通常受到基因調控網路、發育過程及環境條件共同影響。即使只改動一個基因，也可能造成基因表現改變、代謝途徑變化或其他非預期性狀；同一性狀在不同環境下，也可能呈現不同結果。因此，「改動基因數少」本身不足以證明產品安全，也不足以證明產品有害，仍須檢視實際性狀與相關資料。

二、食品安全疑慮需要逐項檢驗

民眾關心基因改造食品是否會增加過敏原、毒性物質或營養成分改變。專業評估應檢查新表現的蛋白質是否具有已知致敏性或毒性、營養組成是否出現重要差異，以及食品加工和食用情境是否改變。安全判斷應根據具體產品的證據，而非只以「用了基因工程」或「沿用多年」作結論。

三、環境影響牽涉生態系統與長期管理

若作物具有抗蟲、抗病或抗除草劑性狀，可能影響害蟲族群、非目標生物及田間生物多樣性。花粉或種子也可能傳播至鄰近田區或野生近緣種，使改造性狀擴散。長期大量使用同一控制方式，還可能促使害蟲或雜草族群演化出抗性。因此，栽培管理、隔離措施、輪作及持續監測都會影響整體風險。

四、與傳統育種相比，改變方式不同，但不能只憑方式判斷風險

傳統雜交通常同時改變許多基因位置，之後透過選拔保留目標性狀；基因工程則可針對特定基因進行操作，部分技術也能引入跨物種來源的基因。基因工程較有目標性，但特定基因的效果仍須在生物體及生態情境中評估。

核心觀念

外來種是由人為方式引入原生分布範圍以外的物種；外來種不等於入侵種。外來種若能在新環境中建立族群、擴散，並造成生態、經濟或健康危害，才稱為入侵種。管理重點是依序落實事前預防、引入後監控、入侵後控制與生態復育；通常愈早介入，成本愈低、成效愈好。

引入外來種的好處

1. 增加養殖與觀賞物種多樣性：提供不同的養殖產品與觀賞選擇，拓展市場。
2. 提升生產與經濟效益：外來種若具生長快、繁殖力佳、飼料轉換率高或耐受環境變化等特性，可增加產量、收益與產業競爭力。
3. 增進糧食與蛋白質供應：引入適合養殖的物種，可擴充水產食物來源。
4. 提供育種與研究資源：外來種的遺傳性狀可作為選育、疾病研究與養殖技術發展的材料。

這些效益須與逃逸、疾病傳播及生態衝擊的風險一併衡量，不能僅以養殖產值判斷引入是否合宜。

解題方法：依引入前、培育中、入侵後作答

題目要求涵蓋引入的效益，以及從引入前評估到入侵後防制的完整管理流程。作答時依時間順序分成三階段，並在每階段同時考量生態風險、養殖管理與社會經濟影響。

一、引入前的評估與預防

• 進行風險評估：調查物種的繁殖力、擴散能力、食性、棲地需求、耐受範圍與適應能力，評估其逃逸後建立野生族群的風險。
• 評估生態與健康衝擊：檢視是否會與原生種競爭、捕食原生種、傳播病原體或寄生蟲、與近緣原生種雜交，並評估對食物網與棲地的影響。
• 評估引入必要性與替代方案：比較使用原生種、既有養殖物種或封閉式養殖等方案的效益與風險；確認引入目的、產業收益及管理能力。
• 落實檢疫與法規審查：查核輸出入許可與相關規範，進行來源追溯、病原檢查、隔離檢疫，必要時分階段試養並設定停止引入的條件。
• 準備應變計畫：事先規劃逃逸通報、搜捕移除、疫情處置與經費責任，避免發生事件後才開始建立管理機制。

二、培育過程的監控與防逃

核心觀念

本題考查三種容易混淆的發光現象：

• 生物發光：生物體內的化學反應產生光，不需要外來光源。
• 螢光：螢光分子吸收外來短波長光，再放出較長波長的光；停止照射後，螢光也隨之停止。
• 藍眼淚：臺灣常見成因是海水中的發光甲藻受刺激後發出生物光，並非海水本身發光。常見種類為夜光蟲（Noctiluca scintillans）。甲藻生物發光機制綜述

解題方法

依題目三個問句分別回答：先說明藍眼淚的來源與觸發方式，再比較珊瑚、海藻的發光現象，最後列出可轉化為產業應用的技術與產品。

詳解

一、藍眼淚的形成原因

藍眼淚主要由能發光的甲藻在近岸水域大量聚集所造成。海浪、船隻、游泳者或其他水流擾動會刺激甲藻細胞，使其短暫發出藍色閃光；大量細胞同時受到刺激時，便能看見海面呈現藍色光點或光帶。

甲藻的發光構造稱為發光體（scintillon），其中含有螢光素（luciferin）與螢光素酶（luciferase）。受到刺激時，發光體內的酸鹼環境改變，促使螢光素酶催化螢光素氧化，釋出光能。概念式可寫為：

此反應不需先由外界光照射才能發光，因此屬於生物發光。發光可作為甲藻受擾動時的防禦反應之一。甲藻發光體與反應調控

二、珊瑚或海藻的發光機制

**珊瑚的螢光：**珊瑚是動物，部分種類含有綠色螢光蛋白家族的蛋白質。這些蛋白吸收藍光或紫外光等較短波長的光，再以較長波長放光，因而在藍光照射下呈現綠色、紅色等螢光。

核心觀念

創造觀賞魚新品系的核心，是先取得可遺傳的遺傳變異，再以育種方法增加目標形質的頻率，最後經繁殖與世代選拔，使該性狀穩定遺傳。魚的體色、斑紋、鰭形、體型與發光能力等表現，可能受單一基因、數個基因或多基因影響；水溫、光照、飼料與魚齡也會影響表型，因此不能只憑單次觀察判定親魚的遺傳價值。

對連續變異的性狀，可用狹義遺傳率估計選拔成效：

其中 $R$ 為選拔反應，$h^2$ 為狹義遺傳率，$S$ 為被選親魚與族群平均值之差。當目標性狀的遺傳率較高，選拔親魚通常較能使後代朝目標改變。

解題方法與育種策略

作答時先指出新品系的形成需要「變異、選拔、繁殖、檢驗穩定性」，再說明可取得變異的方式與實際操作。主要策略如下：

一、人工選拔與品系建立

這是最直接、最常用的方式。先在相同飼養條件下培育足量魚苗，依目標性狀評分，例如體色飽和度、斑紋分布、鰭長或體型比例。挑選表現優良且健康的個體作為親魚，讓其繁殖，再從子代中持續選拔符合目標者。

實際操作可依下列步驟進行：

1. 訂定明確的選拔標準，並固定光照、水溫、飼料與拍攝條件，以降低環境造成的表型差異。
2. 分別標記不同親本家系，記錄親魚、交配組合、孵化率、生長與性狀表現。
3. 從子代中選留符合標準的魚作為下一代親魚，連續繁殖數代。
4. 用同一組飼養條件比較各代表現，並檢查目標性狀是否能穩定出現在後代。

若性狀受多基因控制，可同時評估多項性狀，避免只選一項而使體質、生長或繁殖能力明顯下降。

二、選擇性配種與雜交

若不同品系各有優點，可安排品系間雜交，例如以一品系提供特殊色斑，另一品系提供較佳體型或耐養性。可設計正反交，亦即交換雌雄親本，以判斷性狀是否受性聯基因、母體效應或細胞質遺傳影響。

核心觀念

DNA 複製是以親代 DNA 的兩股作為模板，合成兩個 DNA 分子的過程。複製遵循半保留複製：每個子代 DNA 都含一股親代舊股與一股新合成股。複製通常由特定起始位置開始，向兩個方向進行；新股合成具有方向性，只能沿 5′→3′ 方向延伸。

DNA 兩股彼此反向平行，因此複製叉上會形成領先股與落後股。領先股可朝複製叉前進方向連續合成；落後股則必須分段合成，再接合成完整的一股。

解題方法：依複製進程說明

1. 起始：辨認起始點並打開雙股

複製起始於 DNA 上的複製起始點。在真核生物中，一條染色體通常有多個起始點；細菌的環狀染色體通常有一個主要起始點。起始後，DNA 形成複製泡，兩端各有一個複製叉，複製因而朝兩個方向進行。

解旋酶利用能量破壞互補鹼基間的氫鍵，使雙股 DNA 分開。解旋會使複製叉前方的 DNA 扭轉張力增加，由拓樸異構酶切開並重新接合 DNA，以解除張力。單股 DNA 結合蛋白則附著於分開的模板股，避免它們重新配對或形成不必要的結構。

2. 引子形成：提供 DNA 聚合酶的起點

DNA 聚合酶不能從頭開始合成 DNA，必須接在已有的核酸鏈末端延伸。引發酶因此先以 DNA 模板合成一小段 RNA 引子，提供可供延伸的 $3′$ 端。

3. 延伸：合成領先股與落後股

DNA 聚合酶依模板股的鹼基序列，加入互補的去氧核苷酸；新核苷酸接在新股的 $3′$ 端，因此新股一律以 5′→3′ 方向延伸。

核心觀念

病毒進入宿主細胞後，必須把基因組資訊轉成可供宿主核糖體翻譯的正義訊息 RNA（mRNA），才能製造病毒蛋白質。RNA 病毒的複製方式，主要取決於基因組是正股單股 RNA、負股單股 RNA、雙股 RNA，或具有反轉錄步驟的 RNA。

多數 RNA 病毒使用病毒編碼的 RNA 依賴性 RNA 聚合酶（RdRp）合成 RNA；宿主細胞通常沒有能直接以 RNA 為模板複製 RNA 的酵素。正股 RNA 可直接作為 mRNA，負股 RNA 則須先轉錄成正股 mRNA。這也是以「基因組如何產生 mRNA」區分病毒複製策略的核心概念。NCBI Bookshelf：病毒分類與複製、OpenStax：病毒演化、形態與分類

解題方法：依複製週期說明，再比較 RNA 類型

作答時先按「附著與進入 → 脫殼 → 合成病毒 RNA 與蛋白質 → 組裝 → 釋出」交代共同流程，再說明不同 RNA 基因組如何產生 mRNA 與新基因組。這樣能同時呈現病毒複製的順序，以及正股、負股、雙股 RNA 病毒的關鍵差別。

一、附著、進入與脫殼

1. **附著：**病毒表面蛋白與宿主細胞表面的特定受體結合，決定病毒可感染的細胞種類。
2. **進入：**病毒可經由膜融合、受體媒介內吞等方式進入細胞；具外套膜的病毒常以膜融合或內吞進入。
3. **脫殼：**病毒衣殼解離或改變構形，釋出基因組及複製所需成分。脫殼後，病毒 RNA 才能進行轉譯或轉錄。

二、合成病毒 mRNA 與複製基因組

各類 RNA 病毒的主要差異如下：

核心觀念

本題考查生物技術如何將傳統水產養殖，轉型為兼顧高效率、高品質、疾病防治與環境永續的產業。生物技術是運用生物體、細胞、酵素或分子生物學方法，改善生物性產品的育種、生產、檢測與管理；在水產養殖上的應用，涵蓋品種改良、疾病控制、飼料研發、水質處理及產品溯源。

解題方法

作答可依「養殖生產鏈」分段：先談優良種苗，再談養殖過程中的疾病、飼料與水質管理，最後連結到產品品質和產業競爭力。如此可說明生物技術如何從源頭到銷售端，帶動產業由依賴經驗與擴大產量，轉向精準、穩定及永續經營。

參考作答

台灣水產養殖業可運用生物技術，從育種、疾病防治、飼料、水質管理及產品溯源等面向推動轉型。

首先，在優良品種與種苗培育方面，可利用傳統選育結合分子標記輔助選拔或基因體選拔，挑選生長快速、飼料利用率高、抗病性佳且適應環境變化的親魚與種苗，縮短養殖期並提高成活率。對虱目魚、石斑魚、白蝦及吳郭魚等養殖物種，穩定供應健康種苗有助於降低生產風險。

核心觀念

本題考查細胞間訊息傳遞的三種方式，判斷依據是訊號分子作用的對象與傳遞距離。

解題方法與定義

先確認訊號分子由哪個細胞釋放，再看它作用於自身、附近細胞，或經循環系統送到遠處器官。

• 自分泌（autocrine）：細胞分泌訊號分子，訊號分子再作用於分泌它的細胞本身，調節自身活動。
• 旁分泌（paracrine）：細胞分泌訊號分子，訊號分子在局部組織擴散，作用於附近的其他細胞；通常不以血液運送到遠處。

【核心觀念】

腎上腺素透過第二訊使 $cAMP$ 活化蛋白激酶 A（$PKA$），引發磷酸化級聯反應，使肝醣分解增加、肝醣合成降低。兩種相反方向的調控協同作用，可避免細胞同時大量合成與分解肝醣。

【解題方法】

依序說明腎上腺素如何活化 $PKA$，再分別交代 $PKA$ 對肝醣分解與合成的影響。關鍵是分清磷酸化級聯中的酵素順序：$PKA$ 活化磷酸化酶激酶，磷酸化酶激酶再活化肝醣磷酸化酶。

1. **活化 $PKA$：**腎上腺素與細胞膜上的 $\beta$-腎上腺素受體結合，活化 $G_s$ 蛋白。$G_s$ 進而活化腺苷酸環化酶，使細胞內 $cAMP$ 濃度上升。$cAMP$ 與 $PKA$ 的調節次單元結合後，釋出具活性的催化次單元。

2. **促進肝醣分解（glycogenolysis）：**活化的 $PKA$ 磷酸化並活化磷酸化酶激酶（phosphorylase kinase）。接著，磷酸化酶激酶磷酸化肝醣磷酸化酶的 $b$ 型，使其轉為活性較高的 $a$ 型。活化的肝醣磷酸化酶催化肝醣分解，主要產生葡萄糖-1-磷酸。

核心觀念

本題考查胰臟內分泌細胞分泌的兩種拮抗性激素，如何依血糖變化調節葡萄糖的儲存與釋放，以維持脊椎動物的血糖恆定。

胰島中的 β 細胞分泌胰島素，α 細胞分泌升糖素。兩者作用方向相反：胰島素使血糖下降，升糖素使血糖上升。血糖高低會影響兩種激素的分泌，形成負回饋調節。

解題方法

作答時依序交代「分泌細胞與激素」、「刺激分泌的血糖狀態」、「主要作用器官與代謝途徑」，最後連結至血糖恆定。

血糖升高時：胰島素促進血糖降低

餐後血糖上升會刺激胰臟 β 細胞分泌胰島素。胰島素與標的細胞的胰島素受體結合，啟動細胞內訊號傳遞，促使：

• 骨骼肌與脂肪細胞增加葡萄糖攝取；胰島素促進葡萄糖轉運蛋白 GLUT4 移至細胞膜。
• 肝臟與骨骼肌增加糖原合成，將葡萄糖儲存為糖原。
• 增加葡萄糖利用，並促進脂肪合成。
• 抑制肝臟糖質新生與糖原分解，減少肝臟釋出葡萄糖。

因此，血液中的葡萄糖減少，血糖回降。

血糖降低時：升糖素促進血糖升高

空腹或血糖下降時，胰臟 α 細胞分泌升糖素。升糖素主要作用於肝細胞，促使：

• 肝臟糖原分解，將糖原轉為葡萄糖。
• 肝臟進行糖質新生，利用乳酸、甘油及胺基酸等原料合成葡萄糖。
• 抑制糖原合成，避免葡萄糖繼續大量儲存。