HKDSE · 答案詳解與評分準則

2025 DSE 生物 答案詳解與評分準則

Thinka 2025 文憑試模擬試卷 — 生物

84 110 分鐘2025
此為 Thinka 原創練習卷,按該年文憑試的結構與難度設計,並非香港考評局試卷,亦非其複製本。

乙部 - Structured & Essay

全部試題均須作答。答案寫在預留的空位內。
11 題目 · 84.00000000000001
題目 1 · Short Answer & Structural Analysis
5.4
一種針對肺炎鏈球菌(Streptococcus pneumoniae)的新型結合疫苗,由細菌莢膜多醣與載體蛋白結合而成。

(a) 解釋為何將多醣與載體蛋白結合對於刺激輔助性T細胞反應是必需的。(2分)
(b) 描述接種疫苗後產生的記憶細胞,如何在隨後受到真實病原體感染時,導致快速且強烈的二次免疫反應。(3分)

答案

(a) Polysaccharides alone cannot be presented to T cells, while the carrier protein is processed and presented to activate helper T cells. (b) Memory B and T cells quickly recognize the pathogen, proliferating and differentiating into plasma cells to release a massive amount of antibodies rapidly.

解題

(a) 單獨的多醣抗原屬於非T細胞依賴性抗原,無法被抗原呈遞細胞(APC)加工並呈遞於 MHC II 類分子上以活化輔助性T細胞。將其與載體蛋白結合後,APC 能吞噬該結合物,降解蛋白質並將肽段呈遞給輔助性T細胞,從而刺激其活化並釋放細胞因子。
(b) 當再次感染時,體內已存在的記憶B細胞和記憶T細胞能立即識別病原體的抗原。記憶B細胞迅速增殖並分化為分泌抗體的漿細胞,在更短的時間內產生比初次免疫反應濃度高得多的特異性抗體。

評分準則

(a)
- 指出T細胞受體只能識別由抗原呈遞細胞呈遞的肽段抗原(或單獨的多醣不能活化輔助性T細胞)(1分)
- 解釋載體蛋白被加工並呈遞給輔助性T細胞,從而觸發其活化(1分)

(b)
- 指出接種疫苗後,記憶B和T細胞會持續存在於血液/淋巴系統中(1分)
- 解釋當再次感染時,記憶B細胞能立即識別抗原並毫不延遲地分化為漿細胞(1分)
- 提到能迅速產生大量抗體以清除病原體(1分)
題目 2 · Short Answer & Structural Analysis
5.4
進行了一項實驗以研究人類小腸上皮細胞對葡萄糖和果糖的吸收。該細胞用一種能完全阻斷線粒體 ATP 合成的代謝抑制劑進行處理。

(a) 葡萄糖的吸收率下降了 90%,而果糖的吸收率則不受影響。推斷這兩種糖分跨越這些細胞頂端膜的主要運輸機制。(3分)
(b) 解釋當葡萄糖的主動運輸被完全抑制時,細胞的氧氣消耗量為何會減少。(2分)

答案

(a) Glucose: Active transport; Fructose: Facilitated diffusion. (b) Less active transport reduces ATP consumption, increasing the ATP/ADP ratio, which feedback-inhibits cellular respiration and lowers oxygen consumption.

解題

(a) 主動運輸需要消耗代謝能量(ATP)。由於阻斷 ATP 合成後,葡萄糖的吸收率下降了 90%,說明其主要運輸機制是主動運輸。相反,易化擴散(協助性擴散)是被動過程,不需要 ATP。由於果糖的吸收不受影響,其主要運輸機制是易化擴散。
(b) 葡萄糖的主動運輸利用 ATP 水解產生的能量,將 ATP 轉化為 ADP。當該運輸被抑制時,ATP 的消耗減少,導致細胞內 ATP 與 ADP 的比率上升。高比率會反饋抑制細胞呼吸中的關鍵酶(如糖酵解和克氏循環中的酶),從而減慢電子傳遞鏈的速率(氧在其中作為最終電子受體),因此減少了氧氣消耗量。

評分準則

(a)
- 指出葡萄糖運輸為主動運輸,因為它高度依賴 ATP/代謝能量(1分)
- 指出果糖運輸為易化擴散,因為它不依賴代謝能量(1分)
- 解釋主動運輸利用 ATP 逆濃度梯度移動分子,而易化擴散則在不消耗 ATP 的情況下順濃度梯度通過載體/通道蛋白移動分子(1分)

(b)
- 指出較少的主動運輸導致 ATP 水解為 ADP 的量減少(1分)
- 解釋較高的 ATP/ADP 比率會反饋抑制細胞呼吸 / 電子傳遞鏈,從而減少氧氣(作為最終電子受體)的消耗(1分)
題目 3 · Short Answer & Structural Analysis
5.4
在利用黑曲黴(Aspergillus niger)工業化生產檸檬酸的過程中,發酵介質配方含有過量的蔗糖,但嚴格限制鐵離子(\(Fe^{2+}\)/\(Fe^{3+}\))的濃度。

(a) 解釋在該發酵過程中提供過量蔗糖的生物學意義。(2分)
(b) 鐵是順烏頭酸酶(aconitase)的輔因子,該酶在克氏循環中催化檸檬酸轉化為異檸檬酸。解釋限制鐵濃度如何導致檸檬酸的累積。(3分)

答案

(a) Excess sucrose ensures rapid fungal growth and maintains a high rate of glycolysis to produce precursors for citric acid. (b) Without iron, aconitase is inactive, blocking the conversion of citric acid to isocitric acid, causing citric acid to accumulate.

解題

(a) 高濃度的蔗糖有兩個主要作用:它為黑曲黴的快速生物量生長提供豐富的碳源和能源,並維持高水平的糖酵解速率。這種高糖酵解速率確保了丙酮酸和乙醯輔酶A(合成檸檬酸的直接前體)的持續、快速供應。
(b) 在克氏循環中,檸檬酸經順烏頭酸酶催化轉化為異檸檬酸,該酶嚴格需要鐵離子(\(Fe^{2+}\)/\(Fe^{3+}\))作為輔因子才能發揮功能。當介質中的鐵受到限制時,順烏頭酸酶會失去活性。結果,克氏循環的代謝途徑在檸檬酸形成後的第一步就被阻斷,導致檸檬酸在真菌細胞內累積,隨後被排出細胞外。

評分準則

(a)
- 指出過量的蔗糖為真菌生長和呼吸提供了豐富的碳源/能源(1分)
- 解釋它維持了高糖酵解速率,以產生足夠的檸檬酸合成前體(乙醯輔酶A/丙酮酸)(1分)

(b)
- 指出順烏頭酸酶需要鐵離子作為其催化活性的關鍵輔因子(1分)
- 解釋缺鐵使順烏頭酸酶失活,阻斷了檸檬酸向異檸檬酸的轉化(1分)
- 得出結論:檸檬酸無法在克氏循環中被進一步代謝,導致其累積並排出體外(1分)
題目 4 · Short Answer & Structural Analysis
5.4
中樞性尿崩症是一種以腦垂體分泌抗利尿激素(ADH)不足為特徵的疾病。

(a) 預測並解釋患有此病症的患者其尿量和尿液濃度的變化。(3分)
(b) 建議一種可用於治療此病症的激素類似物,並解釋它如何幫助恢復正常的尿量。(2分)

答案

(a) Large volume of dilute urine. Lack of ADH reduces collecting duct permeability to water, decreasing water reabsorption. (b) Desmopressin (an ADH analogue) binds to collecting duct receptors, increasing water reabsorption.

解題

(a) 中樞性尿崩症患者會排出大量且高度稀釋的尿液。在健康個體中,ADH 作用於集合管細胞,通過插入水通道蛋白來增加其對水的通透性。由於該患者缺乏 ADH,集合管對水的通透性保持在極低水平,較少的水分從濾液中重吸收回毛細血管,導致大量水分殘留在尿液中。
(b) 可施用去氨加壓素(Desmopressin,或任何 ADH 類似物)。它作為 ADH 的合成替代物,與集合管細胞基底側膜上的 V2 受體結合。這會觸發水通道蛋白插入頂端膜,恢復通過滲透作用進行的水重吸收,從而使尿量恢復到正常水平。

評分準則

(a)
- 指出患者會產生大量稀釋的尿液(1分)
- 解釋缺乏 ADH 導致集合管/遠曲小管對水的通透性降低(1分)
- 解釋較少的水分通過滲透作用被重吸收入血,導致尿液中流失大量水分(1分)

(b)
- 建議去氨加壓素(Desmopressin)/ 合成 ADH 類似物(1分)
- 解釋它模仿內源性 ADH 以增加集合管對水的通透性,促進水重吸收並減少尿量(1分)
題目 5 · Short Answer & Structural Analysis
5.4
研究人員在恆定光照下,用脫落酸(ABA)處理一株水分充足的植物葉片。

(a) 解釋施加 ABA 如何影響鉀離子(\(K^+\))跨越保衛細胞膜的運輸,並隨後導致氣孔關閉。(3分)
(b) 雖然氣孔關閉能保存水分,但解釋為何長期暴露於高濃度的 ABA 會導致植物乾重減少。(2分)

答案

(a) ABA triggers potassium efflux from guard cells, raising their water potential so water leaves by osmosis, causing them to become flaccid and close. (b) Closed stomata limit carbon dioxide entry, reducing photosynthesis and lowering organic matter accumulation below respiratory loss.

解題

(a) ABA 與保衛細胞受體結合會觸發信號通路,刺激鉀離子(\(K^+\))自保衛細胞外流至周圍的表皮細胞。溶質的流失提高了保衛細胞內的水勢。因此,水分順水勢梯度通過滲透作用離開保衛細胞。保衛細胞失去膨壓,變得鬆弛,氣孔因而關閉。
(b) 當氣孔關閉時,光合作用的原料二氧化碳(\(CO_2\))向葉片內的擴散受到嚴重限制。這導致光合作用速率大幅下降。隨着時間的推移,碳固定速率低於呼吸作用速率(呼吸作用持續消耗有機物),導致有機物質淨流失,從而減少了植物的乾重。

評分準則

(a)
- 指出 ABA 導致鉀離子(\(K^+\))自保衛細胞外流(1分)
- 解釋鉀離子的流失提高了保衛細胞內部的水勢,導致水分通過滲透作用流失(1分)
- 解釋保衛細胞失去膨壓/變得鬆弛,從而導致氣孔關閉(1分)

(b)
- 指出氣孔關閉阻礙或極大限制了二氧化碳向葉片內的擴散(1分)
- 解釋光合作用速率降至呼吸作用速率以下,導致有機物/乾重的淨流失(1分)
題目 6 · Experimental Design & Interpretation
9.2
一項實驗旨在探究表面積與體積比(SA/Vol)對擴散速率的影響。準備了三個邊長分別為 1 cm、2 cm 和 3 cm,並含有酚酞和氫氧化鈉(使瓊脂呈粉紅色)的瓊脂立方體。將這些立方體浸入 0.1 M 鹽酸(HCl)中恰好 10 分鐘,然後將它們切成兩半以測量褪色區域的深度。(a) 指出本實驗的獨立變量和應變變量。[2分] (b) 解釋為什麼瓊脂塊浸入鹽酸中時會由粉紅色變為無色。[2分] (c) 10 分鐘後,發現三個立方體褪色區域的深度均為 2 mm。(i) 解釋為什麼三個立方體的褪色深度完全相同。[2分] (ii) 計算 1 cm 立方體中保持粉紅色的體積百分比。顯示你的計算步驟。[2.2分] (iii) 根據本實驗所展示的生物體大小與擴散速率之間的關係,解釋為什麼大型多細胞生物需要特化的運輸系統。[1分]

答案

(a) Independent variable: Surface area-to-volume ratio (or size of the agar cube). Dependent variable: The rate of diffusion. (b) Hydrochloric acid diffuses into the agar cube. As HCl is acidic, it neutralizes the alkaline sodium hydroxide in the agar, causing the pH indicator phenolphthalein to turn from pink to colorless. (c) (i) The rate of diffusion depends on intrinsic factors like temperature and concentration gradient of HCl, which are identical for all cubes. Thus, the rate of penetration is constant regardless of cube size. (ii) Side length of 1 cm cube = 10 mm. Original volume = \(10 \times 10 \times 10 = 1000\text{ mm}^3\). Depth of penetration = 2 mm on each side. Side length of the remaining pink region = \(10 - (2 \times 2) = 6\text{ mm}\). Volume of pink region = \(6 \times 6 \times 6 = 216\text{ mm}^3\). Percentage remaining pink = \(\frac{216}{1000} \times 100\% = 21.6\%\). (iii) As size increases, the surface area-to-volume ratio decreases. Simple diffusion is too slow to transport substances to and from the cells deep inside a large multicellular organism.

解題

(a) 獨立變量:瓊脂塊的表面積與體積比。應變變量:酸的擴散深度或速率。(b) 酸(HCl)由高濃度區域(燒杯)擴散至低濃度區域(瓊脂)。酸中和了氫氧化鈉,降低了 pH 值,導致酚酞指示劑由粉紅色變為無色。(c) (i) 擴散作用由濃度梯度和粒子的動能驅動,由於 HCl 的濃度和溫度保持不變,因此所有處理組的這些條件都相同。(ii) 1 cm 立方體的總體積 = \(10\text{ mm} \times 10\text{ mm} \times 10\text{ mm} = 1000\text{ mm}^3\)。酸從各邊滲入 2 mm,留下一個邊長為 \(10\text{ mm} - 2\text{ mm} - 2\text{ mm} = 6\text{ mm}\) 的中央粉紅色立方體。剩餘粉紅色區域的體積 = \(6\text{ mm} \times 6\text{ mm} \times 6\text{ mm} = 216\text{ mm}^3\)。保持粉紅色的百分比 = \((216 / 1000) \times 100\% = 21.6\%\)。(iii) 大型生物的表面積與體積比(SA/Vol)較小,這使得簡單擴散作用的速度太慢,無法跨越漫長的距離到達內部細胞。

評分準則

(a) 獨立變量:表面積與體積比/立方體大小(1分)。應變變量:擴散速率/酸液滲入深度(1分)。(b) 鹽酸擴散進入瓊脂(1分)。中和氫氧化鈉使 pH 值下降,導致酚酞由粉紅變無色(1分)。(c) (i) 擴散速率由固有因素(如濃度梯度、溫度)決定,而這些因素均保持不變(1分);因此,酸液滲入的速度相同(1分)。(ii) 立方體總體積 = \(1000\text{ mm}^3\)(0.5分)。剩餘粉紅色立方體體積 = \(6\text{ mm} \times 6\text{ mm} \times 6\text{ mm} = 216\text{ mm}^3\)(1分)。百分比 = \(21.6\%\)(0.7分)。(iii) 大型多細胞生物的表面積與體積比較小,這意味著擴散距離太長,外源物質無法及時到達深層組織(1分)。
題目 7 · Experimental Design & Interpretation
9.2
某學生安裝了一個氣泡蒸騰計,以研究風速對葉質枝條吸水速率的影響。(a) 指出在切割葉質枝條並將其安裝到蒸騰計中時必須採取的兩項預防措施,並解釋每項措施如何確保實驗結果的有效性。[4.2分] (b) 學生在兩種條件下測量了氣泡的移動:分別是「靜止空氣」和「有風」(使用電風扇)。在靜止空氣中,氣泡在 5 分鐘內移動了 15 mm;在有風條件下,氣泡在 5 分鐘內移動了 45 mm。(i) 從水蒸氣濃度梯度的角度,解釋這兩種條件下氣泡移動速率的差異。[3分] (ii) 為什麼由蒸騰計量度的吸水速率並不完全等於葉質枝條的實際蒸騰速率?[2分]

答案

(a) Precaution 1: Cut the stem of the leafy shoot under water. Explanation: This prevents air bubbles from entering the xylem vessels, which would block water transport. Precaution 2: Seal all joints of the apparatus with petroleum jelly. Explanation: This ensures the apparatus is completely airtight so that water uptake is solely due to transpiration from the leafy shoot. (b) (i) In still air, water vapor accumulates around the stomata, forming a humid boundary layer, which decreases the water vapor concentration gradient between the air inside the leaf and the surrounding air, resulting in a slower transpiration rate. Under windy conditions, the wind blows away the accumulated water vapor around the leaf surface, maintaining a steep water vapor concentration gradient, which increases the transpiration rate and water uptake. (ii) A small portion of the water taken up by the leafy shoot is used in photosynthesis or to maintain cell turgidity within the plant cells, rather than being transpired into the atmosphere.

解題

(a) 在水底切割枝條可防止木質部中出現氣鎖,確保連續水柱的凝聚力。用油脂密封接頭可確保不漏氣,維持蒸騰作用產生的吸力張力。(b) (i) 風吹走了氣孔口附近水蒸氣的潮濕邊界層。這增加了氣孔下腔與乾燥外部大氣之間的水蒸氣濃度梯度,從而加速了擴散作用(蒸騰作用)。(ii) 蒸騰計量度的是水分吸收速率。並非所有吸收的水分都通過蒸騰作用流失;部分水分用於細胞代謝(光合作用)或儲存以維持細胞膨壓。

評分準則

(a) 預防措施1:在水底切割枝條莖部(1分)。原因:防止氣泡阻塞木質部導管/維持連續的水柱(1.1分)。
預防措施2:用凡士林密封接縫(1分)。原因:防止空氣漏入系統,否則會破壞負壓/阻礙氣泡移動(1.1分)。
(b) (i) 風吹走葉片表面附近的水蒸氣(1分)。這增加/維持了氣孔下腔與大氣之間更陡峭的水蒸氣濃度梯度(1分)。因此,單位時間內有更多水分通過氣孔擴散出去,導致吸水量增加和氣泡移動加快(1分)。
(ii) 並非所有吸收的水分都會被蒸騰掉(1分)。部分水分被用於代謝過程(例如光合作用)或維持細胞膨壓/生長(1分)。
題目 8 · Experimental Design & Interpretation
9.2
一項生態調查旨在研究兩種腹足綱動物(Patella vulgata,物種 A 和 Littorina littorea,物種 B)沿岩岸從低潮線到高潮線的分佈。(a) 描述如何在岩岸上利用樣線和樣方進行系統抽樣。[3分] (b) 結果顯示,物種 A 主要分佈在低潮線附近,而物種 B 則主要分佈在高潮線附近。(i) 提出一個由低潮線到高潮線變化的非生物因子,並解釋它如何影響物種 A 的分佈。[2.2分] (ii) 與物種 B 相比,物種 A 是空間的強大競爭者,但極易受到乾燥的影響。利用此信息解釋物種 B 在海岸上的分佈。[2分] (c) 指出使用樣方估算高活動性動物數量的一個限制,並建議一種適合活動性動物的替代方法。[2分]

答案

(a) Lay a line transect from the low tide mark to the high tide mark, perpendicular to the shoreline. Place quadrats at regular intervals along the transect line. Record the abundance of Species A and Species B within each quadrat. (b) (i) Abiotic factor: Desiccation/exposure to air. Near the high tide mark, organisms are exposed to air for longer periods. Since Species A is highly susceptible to desiccation, it cannot survive high water loss and is restricted to the lower shore. (ii) Although Species A is a stronger competitor, it cannot tolerate the dry conditions of the upper shore. Since Species B is tolerant to desiccation, it can colonize the upper shore where competition from Species A is absent/minimal. (c) Limitation: Mobile animals may move out of the quadrat before or during counting, leading to inaccurate counting. Alternative method: Mark-release-recapture method.

解題

(a) 從低潮標到高潮標,垂直於水線拉一條樣線。沿樣線以固定間隔(例如每 2 米)放置樣方,以系統地計數腹足綱動物。(b) (i) 乾燥(或溫度波動/波浪作用)。從低潮到高潮移動時,暴露於空氣中的時間增加。物種 A 無法耐受長時間的乾燥,因此其分佈被限制在較低區域。(ii) 物種 B 能更好地耐受乾燥,因此能在高潮區生存。它被限制在高潮區,是因為在空間競爭中較強的物種 A 在低潮區排擠了它,而低潮區的物理條件對兩者都是有利的。(c) 樣方假設生物是靜止的。活動性動物在計數過程中可能會移動或藏匿。替代方法是標誌重捕法(林肯指數)。

評分準則

(a) 垂直於潮線(由低潮到高潮)拉一條樣線(1分)。沿樣線按固定間隔放置樣方(1分)。識別並計數每個樣方中物種 A 和 B 的數量(1分)。(b) (i) 非生物因子:乾燥/暴露於空氣中的時間(1分)。解釋:在高潮線附近,暴露在空氣中的時間較長;物種 A 水分流失迅速並死亡,限制了其在低潮區的分佈(1.2分)。(ii) 由於物理限制(乾燥),物種 A 僅限於低潮區(1分)。物種 B 具備耐受力,能在高潮區生存,從而避免了與物種 A 的競爭排斥(1分)。(c) 限制:高活動性的動物可能會逃跑或被重複計算/導致計數不準確(1分)。替代方法:標誌重捕法(1分)。
題目 9 · Experimental Design & Interpretation
9.2
某學生研究了在不同葡萄糖濃度下酵母菌進行無氧呼吸的速率。在試管中,將酵母菌懸浮液分別與 0%、5%、10% 和 25% 濃度的葡萄糖溶液混合。每支試管頂部均用一層液體石蠟密封。在 30 分鐘內,使用氣體注射器測量產生的氣體體積。(a) 指出在該探究中液體石蠟層的作用。[2分] (b) 結果顯示,10% 葡萄糖溶液中的產氣量最高,但在 25% 葡萄糖溶液中卻顯著降低。(i) 解釋為何 10% 葡萄糖中的產氣速率高於 5%。[2.2分] (ii) 解釋為何 25% 葡萄糖溶液中的產氣速率顯著降低。[3分] (c) 設計一個合適的對照實驗裝置,以證明氣體是由酵母菌呼吸作用產生,而非由葡萄糖自發分解產生。[2分]

答案

(a) To exclude oxygen from entering the yeast suspension, ensuring anaerobic conditions for fermentation. (b) (i) Glucose is the substrate for respiration. A higher concentration provides more respiratory substrate, increasing the rate of glycolysis and fermentation, leading to more carbon dioxide gas production. (ii) At 25%, the high solute concentration creates a hypertonic environment. Water leaves the yeast cells by osmosis, causing dehydration which inhibits metabolic enzymes and slows respiration. (c) Set up an identical apparatus but use boiled and cooled yeast suspension (where yeast cells are killed) with the same glucose concentrations.

解題

(a) 液體石蠟的密度小於水且不溶於水,能形成一道屏障,防止大氣中的氧氣溶解到酵母菌懸浮液中,從而強行製造無氧環境。(b) (i) 葡萄糖是主要的呼吸底物。濃度增加到 10% 會增加底物可用性,導致酶與底物複合物的形成速率提高,從而加快二氧化碳的產生。(ii) 25% 葡萄糖溶液具有非常低的水勢。水分順著水勢梯度通過滲透作用離開酵母細胞,導致細胞脫水(質壁分離),從而降低了呼吸所需細胞內酶的活性。(c) 對照裝置包括用死酵母(經煮沸並冷卻)或蒸餾水代替活性酵母懸浮液,同時保持所有其他變量(葡萄糖濃度、溫度、裝置)完全相同。

評分準則

(a) 排除氧氣/防止氧氣溶解到混合物中(1分)。這確保了酵母發酵所需的無氧環境(1分)。(b) (i) 葡萄糖是呼吸底物(1分)。較高濃度的底物增加了底物分子與呼吸酶之間碰撞的頻率,從而加速發酵並產生更多氣體(1.2分)。(ii) 25% 葡萄糖溶液的水勢低於酵母細胞質(1分)。水分通過滲透作用離開酵母細胞(1分),導致質壁分離/脫水,從而使酶失活/受抑制,減慢代謝活動(1分)。(c) 在相同條件下,使用已死亡(煮沸並冷卻)的酵母菌懸浮液(1分)以及相同濃度的葡萄糖(1分)。
題目 10 · Experimental Design & Interpretation
9.2
一項實驗旨在研究白鼠的初次和再次免疫反應。兩組健康的白鼠按照以下日程注射抗原 X 和抗原 Y:- 第一組:在第 0 天注射抗原 X,並在第 28 天再次注射抗原 X。- 第二組:在第 0 天注射抗原 X,並在第 28 天注射抗原 Y。每週測量兩組白鼠血液中的抗體濃度。(a) 對於第一組,描述並解釋在第一次注射(第 0 天)和第二次注射(第 28 天)後,針對抗原 X 的抗體水平的差異。[4分] (b) 對於第二組,比較第 35 天針對抗原 Y 的抗體濃度與第一組在第 35 天針對抗原 X 的抗體濃度。解釋該差異。[3.2分] (c) 解釋為什麼這個實驗設計應該使用年齡、性別和遺傳背景相同的白鼠。[2分]

答案

(a) After the first injection, the antibody level increases slowly and reaches a low peak. After the second injection, the antibody level increases rapidly, reaches a much higher peak, and remains high for longer. This is because the first injection triggers a primary response, producing memory B cells. Upon the second injection, the memory B cells quickly recognize the antigen, rapidly proliferate and differentiate into plasma cells, producing a large amount of antibodies quickly. (b) On Day 35, the antibody concentration against Antigen Y in Group 2 is much lower than that against Antigen X in Group 1. This is because Group 2 mice are exposed to Antigen Y for the first time on Day 28, triggering a primary immune response, which has a longer lag phase. Group 1 mice are exposed to Antigen X for the second time, triggering a strong secondary response. (c) These factors act as control variables. Age, gender, and genetic background can affect the baseline immune capability, ensuring that differences in antibody level are solely due to the antigens injected.

解題

(a) 初次反應(第 0 天注射)具有滯後期且抗體濃度較低,因為必須選擇未接觸過抗原的 B 細胞,且克隆擴增需要時間。再次反應(第 28 天注射)更快、更強且更持久,因為在初次反應期間產生的記憶 B 細胞會被直接激活並迅速分化為分泌抗體的漿細胞。(b) 在第 35 天,第二組對抗原 Y 表現出初次反應(第 28 天首次接觸),產生較低的抗體濃度。第一組對抗原 X 表現出再次反應(第二次接觸),產生較高的抗體濃度。這證明了免疫記憶具有抗原特異性;接觸抗原 X 並不能賦予針對抗原 Y 的記憶。(c) 年齡、性別和遺傳背景是影響免疫系統反應性的干擾變量。使用相同年齡、性別和基因相同的白鼠可確保公平比較,確保測得的抗體產生僅代表處理的效果。

評分準則

(a) 描述:第一次注射導致緩慢、低且短暫的抗體反應,而第二次注射導致快速、高且持久的抗體反應(1分)。解釋:第一次注射觸發初次反應,產生記憶 B 細胞(1分)。第二次注射觸發再次反應,記憶細胞立即識別抗原 X(1分),迅速分裂分化為漿細胞以產生大量抗體(1分)。
(b) 比較:第二組對 Y 的抗體水平低於第一組對 X 的抗體水平(1分)。解釋:第二組注射 Y 是初次反應(首次接觸)(1分),需要時間進行抗原呈遞和克隆選擇(1.2分),而第一組對 X 表現出再次反應。
(c) 確保抗體產生的任何變化都是由於處理(注射的抗原)而非個體免疫力的差異引起(1分);不同的年齡、性別或遺傳會影響基準免疫能力並引入偏差(1分)。
題目 11 · essay
11
試比較及對照自然選擇與人工選擇的過程。你的答案應包括兩者的驅動力、選擇性狀的準則,以及它們對種群基因多樣性和長期生存的各自影響。(9分內容 + 2分溝通)

答案

Detailed comparative essay comparing natural selection and artificial selection across four main aspects: driving forces, criteria for selection, genetic diversity, and long-term survival.

解題

**相同之處:**
自然選擇與人工選擇都是在種群內現有的基因變異基礎上起作用的演化機制。這兩個過程都通過選擇具有特定可遺傳表型的個體,使其得以繁殖並傳遞其基因,從而導致隨後世代中等位基因頻率的改變。

**不同之處:**
1. **驅動力:**
- 自然選擇是由自然環境因素驅動的,包括生物壓力(例如捕食、疾病和競爭)和非生物壓力(例如氣候變化和生境特徵)。
- 相反,人工選擇是由人類干預驅動的,由人類根據所需特徵刻意選擇哪些個體可以進行繁殖。

2. **選擇性狀的準則:**
- 在自然選擇中,性狀的選擇取決於它們能在多大程度上提高生物在其自然棲息地中的生存和繁殖成功率(演化適應度)。
- 在人工選擇中,性狀的選擇取決於它們對人類的實用價值、經濟價值或美學吸引力。這些性狀通常對生物體在野外的生存沒有好處,甚至可能是有害的。

3. **對基因多樣性的影響:**
- 自然選擇傾向於維持一定程度的基因變異,以使種群能夠適應不斷變化的環境條件。
- 人工選擇通常會導致基因多樣性迅速而急劇地下降。這是因為人類經常讓親緣關係接近的個體進行繁育(近親繁殖),或利用克隆技術繁殖少數極具吸引力的表型。

4. **對長期生存的影響:**
- 在自然選擇下,種群變得更適應其自然環境,從而提高了其在野外的長期存活能力和生存機會。
- 在人工選擇下,種群通常變得高度依賴人類的照顧才能生存。所選擇的性狀如果被放回野外,通常會降低其適應度和生存能力。

評分準則

**內容(最高 9 分):**
*相同點(最高 1 分):*
- 兩者都涉及基於現有基因變異的選擇 / 導致隨後世代中等位基因頻率的改變。(1)

*驅動力(最高 2 分):*
- 自然選擇由環境因素 / 選擇壓力(生物和非生物)驅動。(1)
- 人工選擇由人類的偏好 / 選擇 / 干預驅動。(1)

*選擇性狀的準則(最高 2 分):*
- 在自然選擇下,會選擇能提高野外生存和繁殖成功率(演化適應度)的性狀。(1)
- 在人工選擇下,會選擇對人類有利或有用的性狀(即使這些性狀對生物體本身不利)。(1)

*對基因多樣性的影響(最高 2 分):*
- 自然選擇保留了基因多樣性,以允許適應變化的環境。(1)
- 人工選擇由於近親繁殖或少數個體的選擇性繁育,會迅速且劇烈地減少基因多樣性 / 增加純合性。(1)

*對長期生存的影響(最高 2 分):*
- 自然選擇提高了種群在其自然棲息地中的適應能力和長期生存機會。(1)
- 人工選擇通常會降低種群在野外的適應度 / 生存能力,使其依賴人類的支援。(1)

**溝通(最高 2 分):**
- **2 分**:系統且有條理的比較,在結構清晰的主題下(驅動力、性狀、多樣性、生存)清楚區分相同與不同之處。無重大生物學概念錯誤,表達流暢。
- **1 分**:顯示出一定的結構,關鍵內容但比較顯得混亂,或部分內容僅以孤立的描述形式呈現,缺乏主動的對比。
- **0 分**:表達混亂,有重大概念遺漏,或清晰度極差。