普通生物學　申論題歷屆試題與參考架構

請以中英文寫出下列生物之分類學資訊。（每小題2分，共20分）

（一）馬糞海膽所隸屬之綱及門之名稱

（二）夜光蠑螺所隸屬之綱及門之名稱

（三）巨硨磲貝所隸屬之綱及門之名稱

（四）豹紋章魚所隸屬之綱及門之名稱

（五）黑面琵鷺所隸屬之綱及門之名稱

（六）椰子蟹所隸屬之綱及門之名稱

（七）珠光鳳蝶所隸屬之目及綱之名稱

（八）臺灣長臂金龜所隸屬之目及綱之名稱

（九）鯨鯊所隸屬之綱及門之名稱

（十）中華白海豚所隸屬之目及綱之名稱

（20 分）

請以文字及圖形具體說明三種生存曲線（survival curve）並列出代表性的生物類群。（15分）

（15 分）

請試述下列生態演化及個體生物學名詞之意涵。（每小題2.5分，共20分）

（一）Biodiversity hotspot

（二）Ray-finned fish

（三）Ruminant

（四）Keystone species

（五）Maximum parsimony

（六）Taxis

（七）Shannon diversity index

（八）Endothermic

（20 分）

請以文字及圖形具體說明兩種族群成長模式（population growth models）以及在何情況下族群會以這些模式成長。（20分）

（20 分）

請說明以下三種species concept並評論其各自之限制。（15分）

（一）Biological species concept

（二）Morphological species concept

（三）Ecological species concept

（15 分）

請說明一個群落中的生物多樣性高低如何影響該群落之穩定性？（10分）

（10 分）

請試述下列名詞之意涵：（每小題 3 分，共 30 分）

（一） Epigenetics

（二） Stem cell

（三） Dendrochronology

（四） Commensalism

（五） Phytoremediation

（六） Ectomycorrhiza

（七） Countercurrent exchange

（八） Life table

（九） Ecological footprint

（十） Trophic efficiency

（30 分）

全世界目前約有超過 6 萬種的脊椎動物（vertebrates），相較於種類數多的昆蟲，脊椎動物種數雖較少但卻具有差異非常大的多樣體型。

（一）請說明脊椎動物的關鍵特徵（key characteristics）及脊椎動物演化過程中四個重要演變的關鍵特徵及其適應優勢。 （16 分）

（二）並請說明何謂 Hox genes 及其與脊椎動物演化過程的相關性。（4 分）

（20 分）

配對系統（mating system）是生物學家比較不同動物生殖行為的重要描述。

（一）請說明何謂配對系統，並請列出配對系統的所有類別及各自一代表動物種類。（12 分）

（二）並請說明親代育幼（parental care）及雌雄二型性（sexual dimorphism）與配對系統的關聯性。（8 分）

（20 分）

探討物種的分類與產生是生物學最重要的課題之一。物種的分類會因為分類的依據而有不同；請說明生物種概念（biological species concept）以外的其他三種常用的物種概念，包括其分類依據、適用範圍或缺失。 （15 分）

（15 分）

下表為黃豆苗在第 7 天的表型與基因型觀察值。

（一）請依據哈溫平衡（Hardy-Weinberg equilibrium）試算第 21 天的表型與基因型預測值（1, 2, 3）。（5 分）

（二）並說明要符合哈溫平衡的 5 要件。 （10 分）Green Green-yellow Yellow Total individuals（CG CG） （CG CY） （CY CY）Day 7 149 102 249 500 Day 21 1 2 3 1000

（15 分）

體細胞核移植（somatic cell nuclear transfer, SCNT）是動物細胞工程應用於複製生物的重要技術。從最早第一個克隆哺乳動物桃莉羊，到晚近超過 20 種哺乳動物的複製，都有利用這項技術來完成。

（一）試簡述複製胚胎中體細胞核移植的流程步驟。在第一隻複製貓 CC（CopyCat）的研究中發現，即便是利用體細胞核移植的技術，讓牠保有和原本來源的貓 Rainbow 一樣的細胞核遺傳物質，但是 CC 的毛色和色塊樣式和 Rainbow 並不相同。其理由為何？（8 分）

（二） 2020 年美國研究人員成功利用 30 年前死亡的黑足鼬個體體細胞，重新複製出已經瀕危的黑足鼬幼體，讓保育生物學在生物技術發展和倫理議題上重新被討論。試簡述複製生物技術在保育生物學上的優、缺點和可行性。（10 分）

（18 分）

生物的生活史類型相當多變，有些如洄流性鮭魚在成熟後回到溪流上游產下上千個卵後死去，此類生活史策略被稱之為單次生殖（semelparity）。相對而言，大部份的哺乳動物終其一生會有多次的生殖，這類則被稱為多次生殖（iteroparity）的模式。

（一）試解釋生殖策略模式（單/多次生殖），與子代存活率和環境變異度之間的關係。 （8 分）

（二）哺乳動物很少是單次生殖，常見的解釋是因為哺乳動物有親代照顧的育幼行為。試從子代數目和成體存活率等角度說明此說法。 （8 分）

（16 分）

生物學者羅伯．潘恩（Robert Paine）以潮間帶生態系為研究對象，提出關鍵物種（keystone species）的概念，以解釋物種之間的生態交互關係。

（一）試比較關鍵物種、優勢物種（dominant species） ，以及保育生物學上的旗艦物種（flagship species），在定義上的異同。（12 分）

（二）墾丁地區珊瑚礁的馬糞海膽（Tripneustes gratilla）和澎湖的銀合歡（Leucaena leucocephala（Lam.）de Wit），各屬於上述那個的物種定義？從臺灣保育生物學的角度來看，它們的重要性又是如何？（10 分）

（22 分）

北美的美洲野牛（American bison）數量曾經多達千萬頭以上，但在大量獵捕壓力下，十九世紀末期只餘數千頭。而在各方努力下，至今族群漸漸回復到 40 萬頭以上，然而許多生物學家擔心美洲野牛族群受到瓶頸效應（bottleneck effect）影響。此外在黃石公園的族群（YNP）從 1900年代的 46 頭，成長到至今日的 3500 頭。但在德州的族群（TSBH）於1897 年有 36 頭，雖也受到保護，但到今天仍然只有不到 50 頭美洲野牛，同時發現該族群中雄性個體精蟲活動力和雌性受孕生育率都較其他地方低。利用微衛星體多型性研究美洲野牛族群發現，在德州的 TSBH族群的等位基因平均數為 2.5，較黃石公園的 YNP 族群中平均 5 個等位基因少了約一半。

（一）試問何謂瓶頸效應？它在族群遺傳多樣性上會造成什麼影響？（6 分）

（二）族群的遺傳多樣性指標之一為等位基因的數目，就理論而言，等位基因數高低在遺傳和生存上有何優劣之處？這個結果和理論預測是否相符？（6 分）

（三）有學者因上述結果建議，應對不同小族群間進行人工交配。然而也有學者發現德州的美洲野牛族群可能因早期的育種實驗，而帶有當地安格斯牛的基因。從保育生物學的角度來看，進行美洲野牛族群間的人工交配優缺點為何？（8 分）

（20 分）

生物多樣性熱點（biodiversity hotspots）的概念由諾曼．邁爾斯所提出，後由全球性的保育國際基金會（Conservation International）依此概念選定全世界超過三十處的地點，以做為保育政策及生物多樣性關注的重要參考。

（一）試問邁爾斯所提的生物多樣性熱點必須符合那兩項條件？設定條件的理由為何？（8 分）

（二）以目前所認知的生物多樣性熱點來看，臺灣周圍有那三個熱點？其特點為何？（6 分）

（三）從保育生物學的角度來看，邁爾斯所定義的生物多樣性熱點有什麼缺點？（10 分）

（24 分）

請詳述生物具有的共同特徵；並根據冠狀病毒的構造和其生殖方式，說明冠狀病毒是生物或非生物？（15分）

（15 分）

解釋“演化”（evolution）；並說明為什麼“演化”被認為是生物學的核心理論，以及敘述驅動演化的四種作用機制。（20分）

（20 分）

比較葉綠體和粒線體在構造和功能上的異同；並舉證說明其可能之演化起源。（20分）

（20 分）

（一）圖示陸生植物世代交替的過程並說明其重要性。（10分）

（二）敘述被子植物的花經由受精形成種子的過程、種子的構造和重要性。（15分）

（25 分）

分別舉兩個例子說明植物和微生物（包含細菌和真菌）對於維持生態系機能的重要性，並舉兩個例子說明可以如何應用植物和微生物（包含細菌和真菌）間的共生作用以加速復原退化的生態系。（20分）

（20 分）

何謂 GMO？試說明近代產生 GMO 的原理與方法，以及 GMO 在生態上的疑慮。（20 分）

（20 分）

試比較 C3，C4，CAM 三種植物的差異，並據以說明未來面臨全球暖化威脅時，何者可能具有潛在適應優勢並成為人類糧食的主要來源？（15 分）

（15 分）

現今地球上的植物以被子植物最占優勢，試說明被子植物有那些特殊構造以及這些構造在適應上的優勢，以致在演化過程中能成為地球上最多樣化的植物類群。（20 分）

（20 分）

近年的分類系統將地球上所有生物分為三域，請問是那三域？試說明此一分類系統的主要證據來源。（10 分）

（10 分）

何 謂 speciation ？ 試 列 舉 並 說 明 speciation 所 需 要 的 條 件 ？ 說 明hybridization 和 polyploidization 在植物 sympatric speciation 所扮演的角色。（20 分）

（20 分）

試比較原生種、外來種與入侵種的差異，並說明入侵生物對當地物種及生態系的影響。（15 分）

（15 分）

請試述下列名詞之意涵：（每小題 3 分，共 30 分）

（一） CAM

（二） Metagenomics

（三） Pure line

（四） Acclimatization

（五） Basal metabolic rate

（六） Rhizome

（七） Fitness

（八） Genetic drift

（九） Calvin cycle

（十） Biological hot spot

（30 分）

請說明 DNA fingerprinting 何以能解析個體間的關係？（6 分）

（6 分）

請說明為何食蟲植物及寄生植物往往分布在營養較貧乏的棲地？（6 分）

（6 分）

請說明 monophyletic group 與 paraphyletic group 的差異。（6 分）

（6 分）

請說明 Biological Species Concept（BSC）的定義與面臨的質疑。（6 分）

（6 分）

請說明何謂”disturbance”（干擾）？請以森林火災為例，比較高頻度 vs.低頻度，高嚴重程度（severity）vs.低嚴重程度對生態系的衝擊。 （6 分）

（6 分）

請詳述 Hardy-Weinberg equilibrium 以及維持此世代間動態平衡的條件。（10 分）

（10 分）

請說明何謂入侵生物？並請詳述造成外來植物入侵（亦即 invasiveness）的可能原因。（10 分）

（10 分）

鳥類、翼龍及蝙蝠都具有飛翔用的翅膀為前肢，牠們的翅膀是否為同源器官？如果是，怎麼可能同樣的器官既是同源器官又是同功器官？有無不同物種的翅膀是趨同演化的結果，而非同源？（10 分）

（10 分）

何謂全球暖化？造成全球暖化的主要原因有那些？對於生物的衝擊有那些？（10 分）

（10 分）

有關外來種（exotic species）之生態議題，請回答下列問題：

（一）為何島嶼的環境較容易被外來種入侵成功？（10 分）

（二）有人說：從演化歷史來看，生物本來就會播遷來播遷去，沒有什麼外來種會破壞生態的難題，你支持此說法嗎？請說明理由。（5 分）

（三）一座天然湖泊內魚類多樣性豐富，當地居民想引進外來種且為大型獵食性經濟魚類來飼養謀利，你恰是當地農業主管官員，請問你該如何用生態學知識來勸阻他們？（5 分）

（20 分）

循環系統主要功能是將氧氣送達各組織細胞內，而脊椎動物這個任務由血紅蛋白（hemoglobin）擔任，請回答下列問題：

（一）血液中氧氣分壓濃度（PO2）與血紅蛋白攜氧量之間呈現 S 型，亦即身體環境的氧氣分壓濃度（PO2）返回心臟時為 40 mmHg 時，但血紅蛋白仍保留約有 75%的飽和度，其適應性理由何在？（10 分）

（二）冬天時常發生瓦斯中毒致死事件，是血紅蛋白發生什麼原因之故？（6 分）

（三）肌紅蛋白（myoglobin）對氧氣的親合力比血紅蛋白高，而海豹類的潛水哺乳動物具有高比例的肌紅蛋白，對其有何益處？（6 分）

（22 分）

達爾文（Darwin）的《物種起源》一書中，有段話如此寫著：「…任何一個物種的後代，倘若在構造、體質、習性上越是多樣化的話，那麼它們在自然組成中，就越能同樣地多占有很多及形形色色位置，而且它們在數量上也就越能增多……」。請問這句話和現代演化論中的平衡多態性（balanced polymorphism）說法有何相關性？（10 分）

（10 分）

請以分子發育胚胎學來回答下列問題：（每小題 8 分，共 16 分）

（一）為何所有哺乳動物的頸椎只有七節，但長頸鹿頸骨卻特別長，其形成理由何在？

（二）所有鳥類的胚胎都具有蹼狀足的構造，為何鴨仍保有蹼構造，雞卻沒有？

（16 分）

請各舉例說明人體生理調節系統的過程，所使用感測資訊的正回饋（positive feedback）與負回饋（negative feedback）之作用方式？（12 分）

（12 分）

當氣候溫暖化越嚴重時，請回答下列問題：（每小題 10 分，共 20 分）

（一） CAM 植物的數量將會比 C3 植物越豐富，請就光合作用機制說明其理由？

（二）氣候溫暖化，臺灣植物帶將增加熱帶區域植物群落，熱帶區域的生物多樣性較高，但臺灣的學者與環保團體仍不願意看見氣溫增加，就臺灣的環境而言，其理由何在？

（20 分）

請說明細胞如何利用葡萄糖以提供能量。（15 分）

（15 分）

年降雨量以及年均溫是影響全生物圈陸域 biomes 分布的兩個主要氣候因子；請回答下列問題：

（一）在臺灣什麼地區可以發現有這些 biomes 的分布，其代表性物種為何？（15 分）

（二）請說明水對植物的重要性，以及維管束植物吸收和運輸水分的機制。（10 分）

（三）請說明溫度對生物個體的影響，以及生物個體如何調節其內在溫度在可忍受的範圍。（10 分）

（35 分）

（一）請說明估算族群存活格局（pattern of survival）的方法。（6 分）

（二）圖示並說明三種類型之存活曲線（survivorship curve）。（8 分）

（三）舉例說明屬於題（二）的三種類型之生物族群。（6 分）

（20 分）

請回答下列有關生物多樣性的問題：

（一）如何量化群聚（community）之物種多樣性？（10 分）

（二）舉例說明影響生態系內群聚物種多樣性之因素。（5 分）

（三）說明維持生物多樣性對生態系之重要性。（5 分）

（20 分）

請解釋 restoration ecology，並舉例說明 restoration ecology 常用的兩種方法。（10 分）

（10 分）

完成生殖作用乃生物基本功能，生物面對不同生活環境挑戰有不同的機制因應；動物有性生殖受精作用（fertilization）的主要功能為何？請以海洋的海膽為例，說明其在茫茫大海中如何完成受精作用？說明防止多個精子同時進入卵子的機制？（20 分）

（20 分）

動物胚胎發育過程何謂原腸化（gastrulation）？Spemann 和 Mangold 在蛙胚原腸化的背唇細胞移植實驗中，證明某些細胞在發育過程中具“主導者（organizer）”的功能。試問這些主導者是由那一類型的細胞組成？若將這些主導者細胞移植到原腸化早期蛙胚外胚層任何位置的下方，將產生什麼結果？哺乳類胚胎發育過程中，擔任此主導者的角色是那個部位？此主導者將誘導那些器官系統的發育？（20 分）

（20 分）

系統分類學上：

（一）試比較 grade 和 clade 兩個名詞。（6 分）

（二）寒武紀大爆發（Cambrian explosion）產生新的動物體制（body plan），以生物學的觀點，造成大量新種出現的可能原因為何？（7 分）

（三）白堊紀大滅絕，新生代來臨，請說明哺乳類多樣性大幅增加的原因。（7 分）

（20 分）

面對不同生活環境的挑戰，脊椎動物排泄系統的功能為何？描述腎元（nephron）的構造組成？請比較：淡水魚、海水魚、水獺、鳥類、沙漠鼠的腎元構造有何差異？與其系統發生的地位是否有關連性？（20 分）

（20 分）

比較先天免疫（innate immunity）和後天免疫（acquired immunity）的組成成員及功能。Toll 樣受體（Toll-like receptor）在多種生物（包括原口和後口動物、及刺胞動物）中被發現。此外，訊息傳導系統的組成成員也在各式各樣生物體中被發現，充當補體系統的成員，此與免疫系統的演化有何關聯？（20 分）

（20 分）

請試述下列名詞之意涵：（每小題 4 分，共 40 分）

（一）competitive exclusion

（二）callus

（三）parthenogenesis

（四）biomass

（五）invasive species

（六）mimicry

（七）oncogene

（八）pheromone

（九）signal transduction

（十）greenhouse gas

（40 分）

請回答下列問題：（每小題 6 分，共 30 分）

（一）請列舉及說明達爾文主義（Darwinism）的三個主要的學說。

（二）試比較異域種化（allopatric speciation）與鄰域種化（parapatric speciation）的差異。

（三）試說明Woese（1990）分類系統的生命樹（Tree of Life）中的三個域（domain）以及彼此的親緣關係。

（四）試定義 clade，以及 clades 之間如何彼此分別，並以哺乳類為例說明。

（五）1900 年孟德爾的遺傳學被再發現之後，Walter Sutton 提出“ Where in the cell were the “genes” located ”？試說明三個證據支持基因是在細胞核的染色體上。

（30 分）

請詳述下列問題：（每小題 15 分，共 30 分）

（一）試說明演化因子中那些會造成族群中異型合子比例（heterozygosity）提高？

（二）試說明甚麼是次世代的定序技術（next generation sequencing）在探討非模式物種的基因體、親緣及演化的優勢，以及資料分析上可能的困難。

（30 分）

地球表面約有四分之三由水覆蓋而富含水分，請問水分子具備那些性質並衍生出那些統合特性（emergent property）致使地球適合生物生存？（20 分）

（20 分）

減數分裂和授精作用之交替進行建構出生物之有性生活史（sexual life cycle），請分別說明後生動物和植物之有性生活史，繼而闡述有性生殖產生遺傳變異之機制。（20 分）

（20 分）

請問動物排泄之含氮廢物有那三種？請說明動物排泄之含氮廢物如何反映其親緣與棲所？意即演化與環境對動物排泄作用之影響。（20 分）

（20 分）

三百多年前，雷文霍克（Antoni van Leeuwenhoek）首度透過顯微鏡，發現一滴池水裡微小而多樣的生物。請問其中單細胞真核生物為何？請討論此生物分類地位之演變與現況並舉例說明此生物在生態系中擔任之兩項關鍵角色。（20 分）

（20 分）

「Few things are more vital than healthy soil life.」生物多樣性專家如是說。不僅人類的食物供給源自於健康土壤，野生植物更生長於斯，動物以植物樹葉、種子和果實為生，掠食者則捕捉草食性動物，形成群聚之營養結構。請回答下列問題：

（一）說明土壤生態系之生物多樣性。（5 分）

（二）討論土壤保育與永續農業之關係。（10 分）

（三） 評 論 近 來 科 學 家 們 著 手 之 「 全 球 土 壤 生 物 多 樣 性 倡 議 」 （ The Global Soil Biodiversity Initiative）。（5 分）

（20 分）