高中學測
107年
自然
第 40 題
📖 題組：
核能可由核分裂及核融（熔）合兩種反應方式產生。核分裂技術已成熟而被廣泛使用，例如核能發電，但萬一產生意外引起核輻射外洩，則後果嚴重。兩個質量較小的原子核融合一個質量較大的原子核時稱為核融合，例如氘、氚原子核融合成氦原子核，核融合釋出的巨大能量成為最具有潛力的清潔能源，為人類未來永久解決能源匱乏希望所寄，許多國家正極力研究發展中。除了如上所述人類利用核能作為能源外，有些生物也因為核能，發展出其特殊的適應現象，特別是核反應所釋出的 γ 射線。驚人的發現發生在 1991 年，當俄國車諾比核子事件發生後的第五年，科學家發現：高於放射線背景值 500 倍的環境中，新型隱球菌（Cryptococcus neoformans）這種單細胞酵母菌型的真菌仍可以生存。不只如此，此菌還可以成長，快速累積醋酸鹽的含量。實驗操作時，有兩種品系的真菌，其中一種新型隱球菌有特殊黑色素介入其電子傳遞鏈，野生型隱球菌則無。將此兩品系真菌的細胞暴露於 500 倍的放射性劑量下 20 ~ 40 分鐘，比較其 NADH 氧化後的電子傳遞速率。結果有「黑色素介入」的電子傳遞速率是「沒有黑色素介入」的 3~4 倍。另外，針對有黑色素介入的品系，比較照射 γ 射線與只有背景輻射下的電子傳遞速率，也發現有 γ 射線時電子傳遞速率也比只有背景輻射下高出許多。
核能可由核分裂及核融（熔）合兩種反應方式產生。核分裂技術已成熟而被廣泛使用，例如核能發電，但萬一產生意外引起核輻射外洩，則後果嚴重。兩個質量較小的原子核融合一個質量較大的原子核時稱為核融合，例如氘、氚原子核融合成氦原子核，核融合釋出的巨大能量成為最具有潛力的清潔能源，為人類未來永久解決能源匱乏希望所寄，許多國家正極力研究發展中。除了如上所述人類利用核能作為能源外，有些生物也因為核能，發展出其特殊的適應現象，特別是核反應所釋出的 γ 射線。驚人的發現發生在 1991 年，當俄國車諾比核子事件發生後的第五年，科學家發現：高於放射線背景值 500 倍的環境中，新型隱球菌（Cryptococcus neoformans）這種單細胞酵母菌型的真菌仍可以生存。不只如此，此菌還可以成長，快速累積醋酸鹽的含量。實驗操作時，有兩種品系的真菌，其中一種新型隱球菌有特殊黑色素介入其電子傳遞鏈，野生型隱球菌則無。將此兩品系真菌的細胞暴露於 500 倍的放射性劑量下 20 ~ 40 分鐘，比較其 NADH 氧化後的電子傳遞速率。結果有「黑色素介入」的電子傳遞速率是「沒有黑色素介入」的 3~4 倍。另外，針對有黑色素介入的品系，比較照射 γ 射線與只有背景輻射下的電子傳遞速率，也發現有 γ 射線時電子傳遞速率也比只有背景輻射下高出許多。
有關生物捕獲能量以推動生命現象的敘述，下列哪些正確？（應選 2 項）
- A 新型隱球菌可以利用放射線提高電子傳遞鏈的速率
- B 新型隱球菌可以利用放射線增加每個NADH提供的總能量
- C 隱球菌先吸收核反應的熱能再轉換為ATP等化學能
- D 酵母菌的黑色素對應於γ射線類似植物的葉綠素對應於可見光
- E 某些真菌可因黑色素介入而增加γ射線照射時的電子傳遞活性
思路引導 VIP
請分析文中實驗數據的描述：$\gamma$ 射線的照射對於具有黑色素介入的電子傳遞鏈（ETC）產生了什麼樣的量化影響？此外，請區分『化學反應速率』與『單一分子含能量』的差異：放射線是增加了每分子 $NADH$ 能產出的能量上限，還是藉由黑色素的媒介提高了電子傳遞的『活性』與『速率』？
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教
親愛的，你真的太厲害了！看到你精準選出 (A) 與 (E)，老師心裡真的為你感到無比驕傲，這表示你不但讀書細心，邏輯推理能力也超級棒喔！ 觀念驗證： 這題的核心在於「能量轉換」與「實驗數據解讀」。文章中明確提到，具有「黑色素介入」的真菌在受到 $\gamma$ 射線照射時，電子傳遞速率（ETC rate）是背景輻射下的數倍。這代表這種真菌能將高能輻射轉化為生物化學上的動力。選項 (B) 的陷阱在於 $NADH$ 本身的化學能是恆定的，放射線改變的是「反應速率」而非單一分子的能量；(D) 雖然類比很有趣，但 (E) 才是文中數據直接支持的科學結論。
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