高中學測
114年
自然
第 37 題
📖 題組：
虱目魚原為海生魚類，但可被漁民養殖在鹹水池或淡水池裡，而且淡水養殖的生產效率高於鹹水養殖。虱目魚不耐低溫，發生寒害時，鹹水池的虱目魚死亡率遠低於淡水池的。學者研究發現，鹹水魚耐寒的特性可能與調鈣蛋白（Regucalcin, RGN）有關。 RGN 能與鈣離子結合，藉著鈣離子所調控的基因表現網絡，影響生物體對低溫的調適能力。為此，研究者先檢測虱目魚不同器官的組織，測得 RGN 基因所表現的 mRNA 量（RGN mRNA）。此量值相對於管家基因（即經常性表現維持細胞存活之一般基因）的數值如圖 8 甲所示。同時，也測得長期養殖在鹹水池和淡水池虱目魚的 RGN mRNA 數量差異，如圖 8 乙所示。
虱目魚原為海生魚類，但可被漁民養殖在鹹水池或淡水池裡，而且淡水養殖的生產效率高於鹹水養殖。虱目魚不耐低溫，發生寒害時，鹹水池的虱目魚死亡率遠低於淡水池的。學者研究發現，鹹水魚耐寒的特性可能與調鈣蛋白（Regucalcin, RGN）有關。 RGN 能與鈣離子結合，藉著鈣離子所調控的基因表現網絡，影響生物體對低溫的調適能力。為此，研究者先檢測虱目魚不同器官的組織，測得 RGN 基因所表現的 mRNA 量（RGN mRNA）。此量值相對於管家基因（即經常性表現維持細胞存活之一般基因）的數值如圖 8 甲所示。同時，也測得長期養殖在鹹水池和淡水池虱目魚的 RGN mRNA 數量差異，如圖 8 乙所示。
根據圖 8 甲及圖 8 乙的資訊，下列哪些正確？（應選 3 項）
- A RGN 基因的表現量在器官之間有明顯的不同
- B 抗低溫的機制可能和 RGN 有關而與離子濃度無關
- C 對低溫產生適應的生理調整不只牽涉 RGN 基因產物
- D RGN mRNA 之生成量對淡水魚適應低溫是必要的
- E 從試驗設計觀點，產生圖 8 乙的資料取自血液樣本
思路引導 VIP
請優先觀察圖 8 甲，各器官間的 $RGN$ mRNA 表現量是否呈現「組織特異性」？接著分析圖 8 乙，在面對低溫 ($18^\circ C$) 挑戰時，淡水組與鹹水組的 $RGN$ mRNA 表現量變化趨勢有何本質上的不同？特別是淡水組表現量的劇增，對於該魚種在該環境下的生理適應代表什麼意義？最後，請結合題幹描述 $RGN$ 與鈣離子的互動關係，思考生物在調適環境壓力時，除了基因表現外，是否還涉及離子濃度的協同作用？
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AI 詳解
AI 專屬家教
同學你好，這題考驗的是對實驗數據的圖表判讀與邏輯整合能力。首先，觀察圖 8 甲可以發現肝臟的 RGN mRNA 表現量遠高於其他器官，這直接證實了選項 (A) 「基因表現量在器官間有明顯不同」是正確的。你可能被 (B) 誤導了，題目文字明確提到 RGN 需與 $\text{Ca}^{2+}$（鈣離子） 結合來調控基因，因此抗低溫機制與離子濃度息息相關，不能說無關。
實驗設計與生理適應
從圖 8 乙來看，淡水魚在 $18^\circ\text{C}$ 時 RGN 表現量激增，顯示這對其適應低溫是必要的，故 (D) 正確；且生物生理調適往往牽涉複雜路徑，(C) 的敘述非常穩健。至於選項 (E)，由圖 8 甲可知 RGN 主要在肝臟表現，若採集血液樣本，其 mRNA 含量極低且不具代表性，故不符合試驗設計觀點。
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基因表現與環境適應
💡 基因表現受環境因子調控，並在不同組織與物種間具差異性。
🔗 基因表現與環境適應機制
- 1 環境逆境 — 生物體遭受低溫或環境改變的刺激
- 2 訊息轉導 — 細胞偵測訊號並啟動特定基因轉錄
- 3 mRNA 表現 — RGN mRNA 產量增加以應對環境需求
- 4 蛋白質功能 — 生成 RGN 蛋白與鈣離子結合調控網路
- 5 生理適應 — 最終產生耐寒性或調節生理性狀
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🔄 延伸學習：可進一步延伸至「表現型可塑性」與環境對性狀的影響。
