生物科學能力競賽複試試題

九十八學年度師大附中

生物學科能力競賽複賽

【試卷編號： 】

【實驗操作注意事項】

1.請確認桌面及試題卷上之競賽編號是否正確。

2.請清點各組實驗器材，若有缺少或損壞，請舉手向監考老師反

應；材料用完後不再補充，操作完畢後，請務必將器材歸位放置

整齊。

3.考試時間為上午 9:10 ~ 12:10，共三小時。

4.試題共有六題，試卷共有 13 頁，若有缺頁請舉手告知監試老師。

5.請直接在試卷上作答，否則不予計分。

6.若作答空間不足，請在該試題卷的背面繼續作答。

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實驗材料及器具：

壹、共同器材（請至共同區拿取） 1. 活性酵母粉 1 瓶 2. 葡萄糖 1 瓶 3. 蔗糖 1 瓶 4. 90% 酒精 1 瓶 5. 蒸餾水 1 箱 6. 電子秤 1 台 7. 秤量紙 1 盒 8. 藥杓 數支 9. 自來水（水浴槽保持37℃） 10. 鋁箔紙 1 捲 11. 水果刀 1 把 12. 膠水 1 瓶 13. 吹風機 1 台 貳、個人器材（位於個人桌上） 一、顯微鏡及解剖器具 1. 解剖顯微鏡 1 台 2. 複式顯微鏡 1 台 3. 載玻片 少許 4. 蓋玻片 少許 5. 大解剖剪 1 隻 6. 小解剖剪 1 隻 7. 解剖針 2 隻 8. 刀片 1 隻 9. 鑷子 2 隻 二、其他器具 10. 氣球 6 個 11. 竹籤 數支 12. 試管架 1 台 13. 封口片膠（parafilm） 4 片 14. 毛筆 1 隻 15. 培養皿 2 組 16. 燒杯100 ml 1 個 17. 燒杯250 ml 1 個 18. 燒杯500 ml 2 個 19. 燒杯1000 ml 1 個 20. 長條濾紙 2 張 21. 試管 4 支 22. 量筒 10ml 2 個 23. 量筒 50ml 1 個 24. 量筒 100ml 1 個 25. 滴管 5 隻 26. 直尺 1 把 27. 拭鏡紙 1 疊 28. 手套 1 副 29. 香菸 數支 1

30. 果蠅麻醉器 1 組 31. 橡皮墊 1 個 32. 展開液 1 管 33. 90％丙酮 1 管 34. 紗布 2 片 35. 毛細管 1 隻 36. 乙醚 1 管 （毒性溶液易揮發，使用後將瓶蓋旋緊） 四、活體材料與未知溶液 37. 水蚤 數隻 38. 果蠅培養瓶（A～F） 6 瓶 39. 百合花 1 朵 40. 烘乾的葉片 少許 41. 煙草浸出液 1 管 42. 水果（芭樂、蓮霧、梨子、桃子、草莓、蕃茄、 釋迦、鳳梨） 各 1 個 2

試題一：基因剔除小鼠

2007 年諾貝爾生理學或醫學獎由三位教授：Martin J. Evans、Mario R. Capecchi 和 Oliver Smithies 共同獲得，主要是因為他們利用老鼠胚胎幹細胞進行基因標的（ gene targeting），而建立基因剔除小鼠（knock-out mice）的技術。藉由觀察基因剔除小鼠和 正常小鼠表現型的差異，便可得知剔除的基因在小鼠生長、發育，以及各種生理功能的維持 上所扮演的角色。且因其基因與人類亦保有高度的相似性，更可進一步研究人類因基因缺陷 而造成的遺傳性或退化性疾病。 Martin J. Evans 的主要貢獻，是建立了自小鼠囊胚中分離和培養胚胎幹細胞的技術， 而且證明胚胎幹細胞具有分化全能性，包括可以分化成生殖細胞。

Mario R. Capecchi 和 Oliver Smithies 的貢獻，主要是利用同源重組（homologous

recombination）的技術把外來的基因片段插入宿主原有的基因體裡，使原有基因失去功能， 相當於把想研究的基因剔除掉。 圖一、胚胎幹細胞的離體培養 取小鼠尚未 著床的囊胚 取出內細胞群細胞 在培養皿中培養 未分化的細胞 同源 DNA 同源 DNA 載體 細胞內欲 標的基因 同源重組 已標的基因 正篩選基因 插入 DNA 負篩選基因 載體 圖二、構築標的基因的載體。載體需帶有和小鼠原有 基因互補的序列 ( 同源 DNA) ，且中間插入正 篩 選基因，末端插入負篩選基因。 圖三、同源重組。利用染色體互換的原理，載體有機 會和細胞內互補的片段互換，當正篩選基因有 表現，而未能表現負篩選基因時，即表示細胞 內原本的基因已被插入的正篩選基因所破壞。

經由同源重組技術，會先培育出第一胎的 金剛合體小鼠 ，因為部分組織來自改良過的｢ ｣ 胚胎幹細胞，部分組織來自正常的胚胎幹細胞。因此需再經由雜交的配對過程才能生出「同 型合子的基因剔除小鼠」。 一、 根據上文，以及你在生物技術方面所學的離體培養、試管嬰兒及顯微注射等知識， 推導：建立第一胎「金剛合體小鼠」的流程。請仿圖一的流程，以圖、文的表達方式作答。 （10 分） 二、 請利用你所學的胚胎發育方面的知識，說明為何第一胎培育出的是 金剛合體 小鼠｢ ｣ ？ （5 分）

三、 請利用你在遺傳學方面所學得的雜交實驗知識，推導：由「金剛合體小鼠」培育「同 型合子的基因剔除小鼠」之流程。請仿圖一的流程，以圖、文的表達方式作答。（10 分）

試題二：酵母菌對各種醣類與物質的醱酵作用與型態觀察

1. 實驗原理： 酵母菌是一種圓形或橢圓形的單細胞，具有細胞核的真核生物。它們細胞的大小(直徑)約 比細菌大十倍，大多以出芽的方式來繁殖。分類學上酵母菌屬於真菌類。本實驗在探討酵 母菌對各種不同醣類或有機物質進行醱酵作用的反應。 2. 實驗步驟： (1) 取葡萄糖約 2 公克。 (2) 將葡萄糖置入玻璃管試管中。 (3) 加入 10 ml 蒸餾水混合均勻，製成葡萄糖溶液(必須完全溶解)。 (4) 重複上述(1)～(3)步驟，分別準備好蔗糖溶液及澱粉溶液。 (5) 另外準備含 10 ml 蒸餾水試管 1 支。 (6) 取 37C 的水於 500 ml 燒杯中(為防止溫度迅速下降，可先蓋上鋁鉑紙)。 (7) 量取 2 公克活性酵母粉。 (8) 置入前述的葡萄糖溶液中。 (9) 以封口膠(parafilm)蓋住試管口，用手指壓緊。 (10) 劇烈上下搖盪試管，使菌液充分混合(可用竹籤攪拌)。 (11) 取下膠片，套上氣球(套上前應將氣球內的空氣擠壓乾淨)。 (12) 重複上述(7)～(11)步驟，分別準備好蔗糖溶液、澱粉溶液、及蒸餾水溶液。 (13) 將準備好的四支菌液試管置入 37C 的水浴中。 (14) 分別於不同時間(0～20 分鐘)觀察各試管內溶液的變化，以及氣球的充氣情形。 (15) 詳細紀錄及撰寫報告（8 分）： 溶液內變化 氣球充氣情形 葡萄糖溶液

蔗糖溶液

澱粉

3. 試題： (1) 從本實驗可以發現酵母菌對不同物質的醱酵速率各有不同。請問哪一種(或哪些)物質 的醱酵最佳（3 分）？ (2) 請問本實驗為何要設置蒸餾水一組（3 分）？ (3) 請解釋為何在自然界中，酵母菌常出現在花蜜或果實的表皮上（3 分）？ (4) 取醱酵後的菌液，製備浸液標本一片，以 400顯微觀察酵母菌，並繪圖（3 分）。

試題三：花與果實的觀察

1. 實驗原理： 一朵完全花，由花萼、花冠、雄蕊、雌蕊所組成。一朵花之花被(花瓣和花萼)大小相似 形狀相同，呈輻射對稱者，稱為「整齊花」。若花被之大小形狀不一，呈兩側對稱者，稱 為「不整齊花」。 花的形態與分類，可依花被著生位置與雌蕊子房的關係，分為：上位花、周位花、 下位花；甚至開花結果之後仍然有跡可尋。 (1) 上位花(Epigynous flower)：花萼、花瓣及雄蕊著生在子房的上方，屬子房下位。 (2) 周位花：花萼、花瓣及雄蕊合生成花托筒(hypanthium)，雌蕊著生於花托筒上，子房與 花托是分離的，並不癒合，形成子房上位。子房並沒有完全下陷，只有基部被花托包 圍，花萼、花瓣及雄蕊環繞著子房著生，並非直接在子房的上方。 (3) 下位花(Hypogynous flower)：花萼、花瓣及雄蕊著生在子房的下方，屬子房上位。 雌蕊經過授粉及受精後，發生變化，胚珠遂發育為種子，其外圍之子房壁則發育為 果實，稱為「真果(true fruit)」。子房內常有種子，但有些無核果則是由單性結果而成。因此 種子並不是果實的基本條件。另外，還有些植物在子房外的組織，如花托或花萼也能與子 房共同聯合發育成「假果(accessory fruit)」。果實的種類，可依子房的數目分為： (1) 單生果(simple fruit)：一個子房構成的果實。 (2) 聚生果(aggregate fruit)：由著生許多雌蕊的一朵花發育而成的。每一個子房發育成一個 小果，集生於肥大的花托上。 (3) 多花果(multiple fruit)：由整個花序的許多花朵聯合發育而成；有時並附有花托或花軸 的組織。 2. 實驗步驟： (1) 觀察百合花的外部形態。 (2) 以複式顯微鏡觀察百合花的花粉形態： 以解剖針刺破花藥，並用毛筆沾取花粉，將花粉刷落於載玻片上。 加 90%酒精數滴於花粉上，待酒精揮發後，加水一滴，並加蓋玻片，置於顯微鏡下

觀察。 (3) 將百合花的雌蕊縱切，以解剖顯微鏡觀察子房及胚珠著生情形。 (4) 觀察桌上的果實。 3. 試題： (1) 百合花的觀察 i. 觀察百合花的構造，請問百合花為：完全花或不完全花？整齊或不整齊花？ 上位花、周位花或下位花（3 分）？ ii. 製作花粉玻片的步驟中加90%酒精之目的為何（2 分）？ iii. 花粉表面的顆粒有何功能（2 分）？ iv. 以解剖顯微觀察百合花的子房及胚珠著生情形，並繪圖（3 分）。 (2) 果實的觀察 i. 請依果蒂(花萼衍生而成)和果梗的位置，判斷哪些果實是子房上位花（2 分）？ ii. 哪些果實是假果（2 分）？ iii. 哪些果實是集生果（2 分）？

(3) 細胞的觀察 i. 梨子果肉中有「石細胞」，置作梨子果肉的切片，以顯微鏡觀察找出石細胞， 並繪出其型態（2 分）。 ii. 石細胞有何功能（2 分）？

試題四：水蚤的觀察與研究

1. 取一隻水蚤，置於顯微鏡下觀察，並繪圖於下方空白處。(5 分) 2. 依據觀察，完成下列小題： (1) 水蚤屬於________界，_________門(2 分)。判斷依據為何(2 分)？ (2) 你能否看到水蚤的血液流動？(1 分) 3. 設計一實驗研究「煙草浸出液對水蚤心搏速率的影響」，並完成之。 (1) 實驗設計：(5 分)

(2) 實驗結果：(5 分)

試題五：果蠅的觀察與檢索表的製作

1. 實驗說明： 過去幾十年許多遺傳學方面的學識都是以果蠅作為實驗材料所獲得的結果，由於果 蠅會飛翔，因此觀察果蠅之前必須設法將之麻醉。 2. 果蠅麻醉過程如下： (1) 取出麻醉器的瓶塞，利用滴管吸取乙醚少許，滴數滴乙醚在漏斗柄部的棉繩上。 (2) 將漏斗及瓶塞放回麻醉器的管瓶上。 (3) 手持盛果蠅的管瓶，將底部在橡皮墊上輕輕拍擊，使果蠅掉落瓶底。 (4) 將裝果蠅的管瓶上棉花打開，迅速將管瓶倒立於麻醉器的漏斗內。 (5) 一手握住麻醉器，一手扶住倒立的管瓶，使管瓶緊扣於漏斗內，將麻醉器在橡皮墊 上輕輕拍擊，使果蠅落入麻醉器中。 (6) 待麻醉器中果蠅全部停止即表示果蠅已經麻醉，此時移去麻醉器瓶塞將果蠅到入培 養皿，即可利用解剖顯微鏡觀察。 3. 題目： (1) 雄果蠅前足第四節具有性梳，雌果蠅則無，請繪出雄果蠅前足第四節形態。（6 分 %） (2) 請再寫出另外兩項可以區分果蠅雌雄的特徵。（4 分） (3) 請製作一檢索表，可區分出果蠅培養瓶 A 至 F 共 6 瓶內的果蠅（10 分）。

試題六：葉片中光合色素的萃取

1. 實驗說明： 葉綠體內的葉綠素、葉黃素及類胡蘿蔔素是光反應必需的色素，缺少這些色素，光 合作用就無法進行。本活動利用簡易的濾紙層析方法分離與檢定光合色素的種類。 2. 實驗過程如下： (1) 配製展開液：先以石油醚：丙酮約 4：1 的比例配製展開混合液。將約 5 mL 的展開 液倒入 100 mL 量筒內，然後用鋁箔紙包住量筒口，使展開液不易揮發，靜置於桌上 備用。 (2) 將已經烘乾好的葉片放入研缽中，研磨至粉狀。加入 90％丙酮 5ml，繼續研磨至泥狀 (3) 用一塊雙層紗布過濾葉泥擠出萃取液。 (4) 在長條濾紙一端約 1.5 cm 處剪成尖形箭頭，以毛細管吸取萃取液精準地重複點在約 3 cm 處，使其在濾紙上呈現深綠色的圓點，可重複數次增加色素的量。 (5) 將點好的長條濾紙放入盛有展開液的量筒中，尖端浸入展開液 0.5 cm，以免濾紙上 的色素溶入展開液中。將濾紙另一端露出量筒的部分下折，再用鋁箔紙封住量筒口， 靜置於桌上。隨時觀察量筒中展開液在濾紙上的葉汁上升情形。 (6) 當展開液上升至濾紙全長的 90％時，取出濾紙，觀察色素在濾紙上的分離情形。 3. 題目： (1) 將濾紙用吹風機吹乾後，黏貼於本題作答區，並用鉛筆將已分離的各色素位置及展 開液位置作記號。已知光合色素的分子式如下：葉綠素a（C55H72O5N4Mg）、葉綠素 b（C55H70O6N4Mg）、胡蘿蔔素（C40H56）、葉黃素（C40H5602），從濾紙上判斷各色素 的顏色。 (2) 請計算出各色素的 RF 值（即 Rf ＝ 色素所移動上升的距離 / 展開液移動上升的距 離）。