114 年 國立臺灣大學藥學系碩士班《普通生物學（B）》
第 1 題
I. Terminology: Explain the following terminology (3 points each)
- Autotroph
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核心觀念：自營生物（Autotroph）是生物學中關於生物能量獲取方式的基本分類。
詳解：自營生物（Autotroph）是指能夠利用無機物（如二氧化碳、水）和無機能量來源（如光能或化學能）來合成自身有機物的生物。這類生物是生態系統中的生產者，為其他生物提供能量和有機物質的基礎。
第 2 題
- Barr body
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核心觀念：Barr body 是關於哺乳動物 X 染色體失活的現象。
詳解：Barr body（巴氏小體）是雌性哺乳動物細胞核內高度濃縮的 X 染色質結構。
第 3 題
- Biomass
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核心觀念：Biomass 是生態學中衡量生物量的重要概念。
詳解：Biomass（生物量）是指在特定時間和特定區域內，所有生物有機物的總重量。它通常以乾重（dry weight）來衡量，以排除水分的影響。
第 4 題
- Carbon fixation
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核心觀念：Carbon fixation（碳固定）是生物地球化學循環中的關鍵過程。
詳解：Carbon fixation（碳固定）是指將無機碳（主要是二氧化碳，CO2）轉化為有機化合物的過程。
第 5 題
- Ecological succession
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核心觀念：Ecological succession（生態演替）描述了生態系統隨時間的動態變化。
詳解：Ecological succession（生態演替）是指在一個生態系統中，隨時間推移，物種組成和群落結構發生的規律性變化過程。
第 6 題
- Epigenetics
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核心觀念：Epigenetics（表觀遺傳學）研究基因表現的遺傳性變化，但不涉及 DNA 序列的改變。
詳解：Epigenetics（表觀遺傳學）是研究遺傳調控，即在不改變 DNA 序列的情況下，影響基因表現和細胞表型的遺傳性變化。
第 7 題
- Exon shuffling
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核心觀念：Exon shuffling（外顯子重組）是導致基因結構和功能多樣化的重要機制。
詳解：Exon shuffling（外顯子重組）是一種基因進化機制，指的是在染色體重組過程中，不同基因的外顯子（exons）被交換、組合，形成新的基因。
第 8 題
- Habituation
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核心觀念：Habituation（習慣化）是學習的一種基本形式。
詳解：Habituation（習慣化）是一種學習現象，指生物體對重複出現的、無關緊要的刺激逐漸降低反應強度。
第 9 題
- Osmosis
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核心觀念：Osmosis（滲透作用）是生物體內水分子運輸的重要方式。
詳解：Osmosis（滲透作用）是指水分子通過半透膜（selectively permeable membrane）從低溶質濃度區域（高水勢）向高溶質濃度區域（低水勢）移動的過程。
第 10 題
- Pheromone
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核心觀念：Pheromone（費洛蒙）是生物間溝通的重要化學信號。
詳解：Pheromone（費洛蒙）是由生物體分泌到體外，並能引發同種其他個體特定行為或生理反應的化學物質。
第 II.1 題
II. Multiple choice: Choose the best answer from the options (3 points each)
- A newly synthesized protein destined for secretion from a eukaryotic cell will generally follow which of the pathways listed below?
A) rough ER → Golgi → transport vesicle → nucleus
B) Golgi → rough ER → lysosome → transport vesicle → plasma membrane
C) rough ER → Golgi → transport vesicle → plasma membrane
D) rough ER → lysosome → transport vesicle → plasma membrane
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核心觀念：分泌性蛋白質的合成與運輸途徑。
詳解：分泌性蛋白質（secretory proteins）在細胞內的合成和運輸過程遵循一個特定的路徑。首先，蛋白質在粗糙內質網（rough ER）上合成，因為附著在粗糙內質網上的核糖體會將合成的蛋白質直接送入內質網腔。接著，蛋白質會被運往高爾基體（Golgi apparatus）進行進一步的修飾、分類和包裝。
第 II.2 題
- Which of the following structures form cytoplasmic channels that connect adjacent plant cells through the cell walls?
A) desmosomes
B) gap junctions
C) plasmodesmata
D) tight junctions
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核心觀念：植物細胞間的溝通結構。
詳解：植物細胞具有細胞壁，這層堅硬的外層結構會阻礙細胞之間的直接細胞質連接。然而，植物細胞之間存在一種稱為胞間連絲（plasmodesmata）的特殊結構，它們是穿過細胞壁的小通道，連接相鄰植物細胞的細胞質，允許水、離子、小分子甚至某些大分子（如 mRNA 和蛋白質）在細胞之間運輸和交流。
第 II.3 題
- Which of the following statements best describes how unsaturated fatty acids increase membrane fluidity at lower temperatures?
A) The double bonds form kinks in the fatty acid tails, preventing adjacent lipids from packing tightly.
B) Unsaturated fatty acids have a higher cholesterol content, which prevents adjacent lipids from packing tightly.
C) Unsaturated fatty acids are more nonpolar than saturated fatty acids.
D) The double bonds block interaction among the hydrophilic head groups of the lipids.
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核心觀念：脂肪酸結構對細胞膜流動性的影響。
詳解：細胞膜的流動性（fluidity）很大程度上取決於膜脂質的結構。不飽和脂肪酸（unsaturated fatty acids）的特徵是在其碳鏈中含有一個或多個雙鍵（C=C）。這些雙鍵的存在使得脂肪酸鏈在該位置彎曲，形成「扭結」（kinks）。這些扭結阻止了相鄰的磷脂分子緊密地堆積在一起，增加了分子之間的間隙，從而提高了細胞膜在較低溫度下的流動性。
第 II.4 題
- Which of the following responses is stimulated by cell signaling the formation of biofilms?
A) formation of mating complexes
B) aggregation of bacteria
C) secretion of substances that inhibit the growth of foreign bacteria
D) inhibition of quorum sensing
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核心觀念：細菌的群體感應（Quorum Sensing）及其在生物膜形成中的作用。
詳解：生物膜（biofilms）是由細菌聚集並分泌胞外多聚物（extracellular polymeric substance, EPS）形成的複雜結構。生物膜的形成是一個協調的過程，通常由群體感應（quorum sensing）調控。群體感應是一種細菌細胞間通訊機制，細菌通過釋放和檢測信號分子（autoinducers）來感知種群密度。
第 II.5 題
- Upon completion of the citric acid cycle, most of the energy originally stored in each glucose molecule catabolized by cellular respiration is stored in which of the following molecules?
A) acetyl-CoA
B) ATP
C) CO2
D) NADH
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核心觀念：細胞呼吸過程中能量的轉化與儲存。
詳解：細胞呼吸的總體目標是將葡萄糖等有機物中的化學能轉化為 ATP 的形式。葡萄糖在經過糖解作用（glycolysis）和丙酮酸氧化（pyruvate oxidation）後，進入檸檬酸循環（citric acid cycle，也稱克氏循環）。檸檬酸循環的主要作用是進一步氧化乙醯輔酶 A（acetyl-CoA），在這個過程中，雖然會產生少量的 ATP（或 GTP），但更重要的是釋放大量的電子，這些電子被攜帶到電子傳遞鏈，最終用於產生大量的 ATP。電子載體 NADH 和 FADH2 是檸檬酸循環的主要產物，它們攜帶了大部分儲存在葡萄糖中的能量。
第 II.6 題
- On a spaceship designed to support a multiyear voyage to the outer planets of the solar system, plants will be grown to provide
oxygen and to recycle carbon dioxide. Because the spaceship will be so far from the sun, an artificial light source will be needed to
support photosynthesis. Which of the following wavelengths of light should be used to maximize plant growth?
A) a mixture of yellow and orange light
B) green light
C) a mixture of blue and red light
D) ultraviolet light
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核心觀念：光合作用的光譜吸收。
詳解：植物的光合作用主要依賴於葉綠素（chlorophyll）等光合色素吸收特定波長的光能。葉綠素 a 和葉綠素 b 對藍光（約 430-470 nm）和紅光（約 640-670 nm）的吸收率最高，這兩個波段的光能最有效地用於光合作用。綠光（約 500-560 nm）的吸收率最低，大部分綠光會被反射，這也是植物葉片呈現綠色的原因。
第 II.7 題
- Which of the following statements describes a characteristic feature of metaphase?
A) alignment of chromosomes on the equator of the cell
B) separation of the centromeres
C) cytokinesis
D) separation of sister chromatids
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核心觀念：細胞分裂（有絲分裂）的細胞週期各時期特徵。
詳解：細胞分裂（mitosis）包括前期（prophase）、中期（metaphase）、後期（anaphase）和末期（telophase）。
中期（metaphase）的關鍵特徵是所有染色體（由兩條姐妹染色單體組成，並由著絲粒連接）排列在細胞的赤道板（equator plate）上，形成一條直線。這確保了在後期時，姐妹染色單體能夠被平均分配到兩個子細胞中。
第 8 題
- How many unique gametes could be produced through independent assortment by an individual with the genotype AaBbCCDdEE?
A) 4
B) 8
C) 16
D) 64
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核心觀念：孟德爾遺傳定律中的獨立分配定律（Independent Assortment）與配子形成。
詳解：獨立分配定律指出，在形成配子時，位於不同染色體上的基因座（gene loci）會獨立分配。該個體具有基因型 AaBbCCDdEE。我們需要確定其中有多少個基因座是雜合的（heterozygous），因為只有雜合的基因座才能在配子形成時產生不同的組合。
基因型中，雜合的基因座有：
Aa (1個)
Bb (1個)
第 9 題
- Use the following information to answer the question.
A
B
C
D
E
F
G
🖼️【此處有附圖，請對照原卷】
In the figure, the letters A-G represent individual species that all descended from a common ancestor. Which of the following groups of these species forms a monophyletic group?
A) A, B, C, D
B) C and D
C) D, E, and F
D) E, F, and G
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核心觀念：系統發生學（Phylogenetics）中的單系群（Monophyletic Group）。
詳解：單系群（Monophyletic Group）是指一個演化分支，包含一個共同的祖先及其所有後代。在提供的演化樹（phylogenetic tree）中，我們需要找到一個包含一個共同祖先和它所有子孫的組合。
觀察圖示：
A、B、C、D、E、F、G 是由一個共同祖先演化而來。
C 和 D 在圖中是從某個節點（一個共同祖先）直接分支出來的兩個分支。如果我們考慮這個節點作為祖先，那麼 C 和 D 就是它的所有後代。
第 10 題
- Cystic fibrosis is a genetic disorder in humans where the person has two homozygous recessive alleles for the gene. If the disease
is left untreated, it causes severe health problems in the individual. If 4 in 10,000 newborn babies have the disease, what are the
expected frequencies of the dominant (A1) and recessive (A2) alleles according to the Hardy-Weinberg equation?
A) f(A1) = 0.9998, f(A2) = 0.0002
B) f(A1) = 0.9800, f(A2) = 0.0200
C) f(A1) = 0.9700, f(A2) = 0.0300
D) f(A1) = 0.9604, f(A2) = 0.0392
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核心觀念：哈迪-溫伯格平衡（Hardy-Weinberg Equilibrium）及其應用。
詳解：哈迪-溫伯格定律描述了在理想條件下（無突變、無遷移、無選擇、隨機交配、無遺傳漂變），一個族群的等位基因頻率和基因型頻率在世代間保持恆定的狀態。
該定律的公式為：
（等位基因頻率總和為 1）
（基因型頻率總和為 1）
其中， 是顯性等位基因（在此題中為 A1）的頻率， 是隱性等位基因（在此題中為 A2）的頻率。
是顯性純合子（A1A1）的基因型頻率。
是雜合子（A1A2）的基因型頻率。
是隱性純合子（A2A2）的基因型頻率。
第 11 題
- Which of the following provides an example of a mechanical isolation as a prezygotic barrier?
A) two species live in different habitats
B) two species mate at different times
C) two species share courtship activities
D) two snails have shells that spiral in different directions
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核心觀念：生殖隔離（Reproductive Isolation）的類型，特別是異域生殖隔離（Prezygotic Isolation）中的機械隔離（Mechanical Isolation）。
詳解：機械隔離（Mechanical Isolation）是一種異域生殖隔離，發生在兩種物種的生殖器官結構不匹配，導致無法進行有效的交配。
第 12 題
- Which of the following statements accurately describes the lysogenic cycle of lambda (λ) phage?
A) The viral genes immediately turn the host cell into a lambda-producing factory. Then the host lyses.
B) The product of one prophage gene is made and it activates most of the other prophage genes.
C) The phage genome is integrated in the host chromosome where it is passed on to daughter cells through binary fission.
D) The phage DNA is copied and accumulates in the cytoplasm. Then a trigger causes capsid proteins to be made and phages are
assembled.
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核心觀念：噬菌體（Bacteriophage）的溶原週期（Lysogenic Cycle）。
詳解：溶原週期是噬菌體（如 lambda phage）感染宿主細菌的一種生命週期。在這個週期中，噬菌體 DNA 會整合到宿主細菌的染色體中，形成稱為原噬菌體（prophage）的結構。原噬菌體會隨著細菌的 DNA 一起複製，並傳遞給子代細菌，而不會立即導致宿主細胞裂解。
第 13 題
- Which of the following statements correctly describes the colonization of terrestrial habitats by plants?
A) It occurred in conjunction with insects that pollinated them.
B) It occurred in conjunction with fungi that helped provide them with nutrients from the soil.
C) It helped them to escape abundant herbivores in the oceans.
D) It occurred only about 150 million years ago.
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核心觀念：植物從水生到陸生演化的關鍵因素。
詳解：植物從水生環境演化到陸生環境是一個重大的演化事件，其中面臨許多挑戰，如支持結構、水分散失、二氧化碳獲取和營養吸收。與真菌（特別是菌根真菌，mycorrhizal fungi）形成共生關係，對植物成功定殖陸地至關重要。
第 14 題
- Which of the following functions is an advantage of seeds compared to spores?
A) using wind as a dispersal agent
B) containing a nutrient store for a developing sporophyte
C) relying on animals for pollination
D) providing nutrition for animals
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核心觀念：種子（Seed）相較於孢子（Spore）的演化優勢。
詳解：種子是植物演化上的一大進步，相較於孢子，種子提供了許多生存和繁殖上的優勢。其中一個關鍵優勢是種子內含有豐富的營養儲存組織（如胚乳或子葉），這些營養物質為發育中的胚胎（即幼小的孢子體，sporophyte）提供了啟動生長所需的能量和養分，大大提高了胚胎存活率。
第 15 題
- In a field of corn or lettuce on a farm, plants are cultivated with uniform spacing that will maximize plant growth. In natural
habitats however, a uniform pattern of dispersion is much less common. While exceptions do exist, for example in populations of
creosote bush in the desert, which of the following best explains why natural populations of plants usually exhibit clumped or random
dispersion patterns?
A) Patterns of higher soil moisture, the concentration of soil nutrients, and the distribution of seeds from parent plants may be highly
variable.
B) Precipitation across landscapes, especially mountain ranges, is uniform.
C) The competitive interactions between individuals of the same population usually lead to such dispersion patterns.
D) Since nearly all plants are wind-pollinated, the direction of breezes can affect whether plants will produce seeds.
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核心觀念：群體分佈模式（Population Dispersion Patterns）的影響因素。
詳解：群體分佈模式描述了同一物種個體在空間上的排列方式。常見的模式有集中分佈（clumped）、隨機分佈（random）和均勻分佈（uniform）。在自然界中，集中分佈和隨機分佈更為常見，而均勻分佈（如農田中人工種植的玉米或生菜）則較少見。
集中分佈通常是由於資源（如水分、養分）分佈不均、種子傳播受限、或社會性行為（如群居）引起的。
隨機分佈通常發生在資源分佈均勻且個體間相互作用較少的情況下。
選項 A 提供了集中分佈和隨機分佈的合理解釋。
第 III.1 題10 分
III. Assay questions
- What is our current understanding about the origin of mitochondrial? What evidences support this hypothesis. (10 points)
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核心觀念：線粒體起源的內共生學說（Endosymbiotic Theory）。
詳解：
當前理解：
目前學界最廣泛接受的關於線粒體起源的假說是「內共生學說」（Endosymbiotic Theory）。該學說認為，線粒體最初是獨立生活的原核生物（很可能是 α-變形菌類群，α-proteobacteria），被一個早期的真核細胞（宿主細胞）吞噬，但並未被消化，而是與宿主細胞形成了互利共生的關係。隨著時間推移，這種共生關係演變為線粒體被整合到真核細胞內，成為其細胞器。
支持該假說的證據：
- 雙層膜結構： 線粒體具有雙層膜。內膜的組成和結構與細菌的細胞膜相似，而外膜的起源則被認為是宿主細胞吞噬時形成的囊泡膜。
- 自身 DNA： 線粒體擁有自己的環狀 DNA（mtDNA），其結構類似於細菌的染色體，與真核細胞的線性染色體 DNA 不同。
第 III.2 題5 分
- What are the important process during animal fertilization? (5 points)
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核心觀念：動物受精過程中的關鍵步驟。
詳解：動物受精（animal fertilization）是雄性配子（精子）與雌性配子（卵子）融合形成合子（zygote）的過程。這個過程包含一系列精確調控的事件：
- 精子穿過卵丘和透明帶： 精子首先要穿過卵子周圍的卵丘細胞層（corona radiata）和透明帶（zona pellucida）。透明帶的穿透通常需要精子頭部頂體（acrosome）釋放的酶（如頂體酶 acrosin）來降解。
- 精子與卵黃膜結合： 精子與卵黃膜（vitelline membrane，在哺乳動物中通常指透明帶）上的特定受體結合，這是物種特異性結合的基礎。
第 III.3 題10 分
- What are the major differences between C3, C4 and CAM photosynthesis? (10 points)
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核心觀念：不同光合作用途徑（C3, C4, CAM）的特徵及其適應性。
詳解：C3、C4 和 CAM 光合作用是植物適應不同環境條件的三種主要 CO2 固定途徑。它們的主要區別在於 CO2 的初步固定方式、解剖結構以及對水分和溫度的適應性。
| 特徵 | C3 光合作用 | C4 光合作用 | CAM 光合作用 |
|---|---|---|---|
| 初步 CO2 固定 | RuBisCO 直接固定 CO2，形成 3-PGA (3碳化合物) | PEP carboxylase 固定 CO2，形成 Oxaloacetate (4碳化合物)，然後轉化為 Malate/Aspartate | PEP carboxylase 在夜間固定 CO2，形成有機酸 (如 Malate)，儲存在液泡中。白天再釋放 CO2。 |
| CO2 濃縮機制 | 無 | 有，通過 Kranz 結構將 CO2 濃縮在維管束鞘細胞中。 | 有，通過時間分離（夜間固定，白天釋放）來避免 RuBisCO 在高溫時的氧合作用。 |
| 解剖結構 | 葉肉細胞（mesophyll cells）進行光合作用。 | Kranz 結構：維管束鞘細胞（bundle sheath cells）包圍維管束，光合作用分佈於兩種細胞。 | 葉肉細胞，但其液泡在白天和夜晚有不同的功能，且氣孔在白天關閉，夜間開放。 |
| RuBisCO 位置 | 僅在葉肉細胞中 | 主要在維管束鞘細胞中 | 在葉肉細胞中，但 CO2 供應是分階段的。 |
| 光呼吸 (Photorespiration) | 顯著，尤其在高溫、乾燥、強光下。 | 顯著降低或幾乎無。 |