DSE 生物 · Topic III
生物與環境
Organisms and Environment
本課題是課程最大課題（84小時），以人類為動物模型，涵蓋植物和動物的基本生命過程（營養、氣體交換、運輸）、生殖與發育、協調與反應（神經/激素/運動）、體內平衡，以及生態系統的能量流動、物質循環與保育。
01
植物的生命過程
Life Processes in Plants
植物營養（礦物質吸收）、氣體交換、蒸騰作用與影響因素、水分與有機物運輸、支撐機制
核心考點
1. 描述植物對礦物質及水分的吸收與運輸
考評提示：礦物質需要主動運輸吸收
- 考評重點 植物屬自養生物，透過光合作用將二氧化碳固定並合成有機物；植物從土壤吸收的礦物離子 — 氮 (用於合成胺基酸及蛋白質)、鎂 (合成葉綠素)、鈣 (合成細胞壁) 及鐵 (合成含鐵酶類) — 均以主動運輸方式進入根部；缺乏時出現特定的缺素症狀
- 邏輯 根毛細胞具長管狀突出以增加表面積，有利於水分及礦物離子的吸收；礦物離子主要以主動運輸方式逆濃度梯度被吸收，此過程需消耗 ATP；水分則沿水勢梯度透過滲透作用被動進入根毛細胞
HKEAA 評卷員建議
2020 年 硝酸鹽吸收→運輸→同化為胺基酸再合成蛋白質，需列出結構、過程及中間產物。同學常給無關資料如氮循環細節。
2. 解釋植物葉片的氣體交換及蒸騰作用
考評提示：葉的結構適應、蒸騰實驗設計
- 考評重點 葉片結構適應氣體交換：葉片扁平且具大表面積、葉身薄 (擴散距離短)、葉肉細胞之間有氣腔、氣孔可控制 CO₂、O₂ 及水蒸氣的進出；當光強度增加，光合作用速率上升，對 CO₂ 的需求增加，氣孔隨之張開以加快氣體交換
- 邏輯 蒸騰作用驅動水分運輸：葉片氣孔的水分蒸發使葉肉細胞水勢下降；水分沿水勢梯度由木質部被拉上至葉 (蒸騰拉力)；木質部向上運輸水及礦物離子，韌皮部則把光合作用產物 (糖分) 由源 (source) 運送至庫 (sink)
- 考評重點 氣孔的開閉機制：保衛細胞吸水時膨壓增加，細胞彎曲形成氣孔開口；在光照、低 CO₂ 濃度及 K⁺ 離子進入保衛細胞的情況下，水分經滲透作用進入保衛細胞，膨壓上升而氣孔張開；在黑暗或高 CO₂ 濃度下則相反，氣孔關閉
- trap 蒸騰計 (potometer) 量度的是水分吸收速率，並近似於蒸騰速率，但並非直接量度蒸發量；進行比較實驗時，須控制光強度、溫度、濕度及空氣流動等環境變數
HKEAA 評卷員建議
2020 年 蒸騰作用實驗中，49%同學在控制變量方面得零分。燒瓶封閉的重要控制變量是風速和濕度，而非溫度或光照。
3. 比較草本植物與木本植物的支持機制
考評提示：草本vs木本支持方式的比較
- 對比 植物的兩種支撐機制：草本植物主要靠細胞的膨壓提供支撐，當水分充足時細胞飽滿挺立，若水分不足細胞失水、膨壓下降，植株便會萎蔫；木本植物則於木質部導管及纖維細胞壁上沉積木質素，使其堅硬且不透水，提供長期的機械支撐
常見題型
說明植物作為自養生物的重要性
- 植物是自養生物（autotroph）：利用光能，以CO₂和H₂O為原料，通過光合作用合成有機物（葡萄糖），同時釋放O₂。
- 植物是生態系統的生產者（producer）：為所有異養生物提供有機物（食物）和能量來源，是食物鏈的基礎。
- 植物光合作用固定大氣CO₂，維持大氣中CO₂和O₂的平衡，對地球生命的維持至關重要。
- 人類依賴植物作為食物、藥物、建材和化石燃料的來源，體現植物自養性的直接價值。
解釋植物對礦物質（N、Mg、Ca、Fe）的需求及缺乏症狀
- 氮（N）：合成蛋白質（胺基酸）、核酸（DNA/RNA）、葉綠素；缺氮→老葉先黃化（葉綠素降解，N從老葉轉移至嫩葉）。
- 鎂（Mg）：葉綠素分子卟啉環的中心金屬離子，是葉綠素的直接組成成分；缺鎂→葉脈間黃化（脈間失綠症）。
- 鈣（Ca）：細胞壁中膠層（果膠酸鈣）的組成成分，維持細胞壁結構；缺鈣→嫩葉及生長點壞死（Ca不能從老組織轉移）。
- 鐵（Fe）：葉綠素合成的必要輔助因子（Fe不構成葉綠素分子，但合成所需）；缺鐵→嫩葉先黃化（與缺N方向相反）。
描述根的結構及其在水份和礦物質吸收中的功能
- 根毛（root hair）：根表皮細胞的管狀延伸，大幅增加根的吸收表面積（可達普通根的數百倍）。
- 水分吸收：根毛細胞液溶質濃度高→水勢低於土壤溶液→水分以滲透作用（被動）流入根毛；沿皮層細胞間滲透至木質部。
- 礦物質吸收：礦物質離子（如NO₃⁻、K⁺、Ca²⁺）以主動運輸方式逆濃度梯度吸收，需ATP和載體蛋白；土壤中礦物質濃度通常低於根毛細胞液。
- 根毛細胞結構適應：細胞壁薄（減少擴散距離）、無葉綠體（地下，無光）、大量線粒體（供主動運輸所需ATP）、大液泡（維持高溶質濃度）。
描述葉的結構特徵及其與氣體交換和減少水份散失的關係
- 葉片扁平薄：大表面積→最大化吸光 and 氣體交換；薄→縮短CO₂/O₂從氣孔到葉肉細胞的擴散距離。
- 葉肉細胞間的胞間隙（air spaces）：海綿組織胞間隙發達→提供CO₂和O₂在葉內擴散的通道，增大細胞與空氣接觸面積。
- 氣孔（stomata）位於下表皮（多於上表皮）：減少陽光直射引起的水分蒸發；白天開放進行氣體交換，夜晚/缺水時關閉以減少水分散失。
- 角質層（cuticle）：表皮細胞分泌的不透水蠟質層，防止水分非氣孔性散失；下表皮角質層較薄（與氣孔多有關）。
解釋光強度對植物氣體交換速率的影響
- 黑暗：只有呼吸作用，植物淨吸收O₂、淨釋放CO₂；氣孔關閉，無光合氣體交換。
- 光補償點（light compensation point）：光強度使光合速率恰好等於呼吸速率，CO₂和O₂無淨氣體交換。
- 光強度超過補償點：光合速率>呼吸速率，淨吸收CO₂，淨釋放O₂；氣孔開放，CO₂進入增加。
- 光強度↑→保衛細胞光合↑→糖類積累→滲透壓↑→吸水→膨壓↑→氣孔開放→CO₂進入增加→光合加速（正反饋循環）。
- 光飽和點以上：光合速率不再隨光強增加（CO₂濃度或溫度成為限制因素）；氣體交換速率趨於平穩。
解釋蒸騰作用與水份吸收、轉運及植物冷卻的關係
- 蒸騰拉力（transpiration pull）：葉片水分蒸發→木質部水勢↓→形成負壓（張力）→從根部向上拉動連續水柱（黏聚力-張力學說）。
- 水分吸收連動：葉片失水→木質部水勢降低傳至根部→根毛細胞水勢高於木質部→水分以滲透作用持續流入根→維持連續水流。
- 礦物質隨水運輸：礦物質離子溶於水，隨水分在木質部向上被動運輸至葉片，不需額外消耗ATP。
- 植物冷卻：水分蒸發需吸收氣化潛熱（約2.4 kJ/g），帶走葉片熱量，防止葉片在強光照射下因溫度過高而損傷酶（蛋白質）。
解釋環境因素對蒸騰速率的影響
- 溫度↑→葉片水蒸氣壓升高、空氣飽和水蒸氣壓亦升高，但葉片與大氣間水蒸氣濃度梯度↑→蒸騰速率↑。
- 相對濕度↑→大氣水蒸氣濃度↑→葉片與大氣間水蒸氣濃度梯度↓→蒸騰速率↓。
- 光強度↑→氣孔開放程度↑→水蒸氣逸出阻力↓→蒸騰速率↑。
- 風速↑→帶走氣孔附近水蒸氣→維持高濃度梯度→蒸騰速率↑；無風時水蒸氣積聚於葉表面，梯度↓。
- 蒸騰計（potometer）：量度水分吸收速率（≈蒸騰速率），非直接量度蒸發量；實驗設計每次只改變一個自變量，控制其他因素不變。
描述物質在有花植物中的轉運途徑
- 木質部（xylem）：運輸水分和礦物質離子，由根→莖→葉，單向向上；導管（vessel）由死細胞組成，無細胞質，無橫壁，木質素加固壁，水柱連續流動。
- 韌皮部（phloem）：運輸有機養料（主要是蔗糖）雙向運輸，從源（source，如製造有機物的葉片）到庫（sink，如根、果實、生長點）。
- 韌皮部結構：篩管細胞（活細胞，無核，有篩板）+ 伴細胞（有核，提供ATP）；蔗糖裝載需主動運輸（消耗ATP）。
- 水分轉運路徑：根毛（滲透）→皮層→木質部→莖→葉→蒸騰散失。
比較草本和木本雙子葉植物的支持機制
- 草本雙子葉植物（如豆苗）：主要靠細胞膨壓（turgor pressure）支持；細胞充水→細胞壁受壓→組織硬挺；缺水→膨壓↓→植株萎蔫（wilting）；木質素含量少。
- 木本雙子葉植物（如樹木）：主要靠木質素（lignin）沉積於木質部細胞壁提供機械支撐；木質素使細胞壁堅硬，不隨失水而軟化，可支撐巨大體積和重量。
- 比較：草本→靠水（膨壓），失水即萎蔫，支撐力有限；木本→靠木質素，持久堅固，不受水分狀態影響。
- 兩者均有厚角組織（collenchyma，細胞角隅加厚）和厚壁組織（sclerenchyma，均勻加厚木質化）提供額外機械支持。
解釋蒸騰拉力及內聚力-張力理論在水分轉運中的作用
- 蒸騰拉力（transpiration pull）：葉片水分蒸發產生負壓（抽吸力），是水分由根向莖、葉上升的主要動力。
- 連續水柱：水分子在木質部導管內形成一條連續不斷的水柱，被蒸騰拉力向上拉動。
- 木質素加固：木質部細胞壁含木質素，防止導管因負壓而塌陷，並維持水柱的連續性。
比較木質部導管與韌皮部篩管的結構適應
- 木質部導管：死細胞組成，無細胞質及細胞核，形成中空的管道以減少水流阻力；無橫壁使水流連續；壁有木質素加固以提供支持。
- 韌皮部篩管：活細胞組成，但缺乏細胞核、液泡及大部分細胞器，為有機物質運輸留出空間；具篩板（sieve plates）及其上的篩孔，方便溶質通過。
- 伴細胞（companion cells）：與篩管緊密相連，含大量線粒體提供ATP，主動裝載蔗糖進入篩管。
- 功能差異：木質部靠物理力（被動）運輸水分及礦物質；韌皮部靠壓流機制（需能量參與的主動過程）轉運有機養分。
描述蒸騰計的實驗設置、操作要點及限制
- 設置：必須在水底切割植物嫩枝，並在水中連接儀器，以防止空氣進入木質部導管形成氣栓（embolism）。
- 密封：所有連接處塗上凡士林（Vaseline）確保氣密，防止水分滲漏或空氣進入影響讀數。
- 操作：利用儲水瓶將氣泡重設至零位；計時測量氣泡移動的距離以計算水分吸收速率。
- 限制：蒸騰計量度的是「水分吸收速率」而非直接量度「蒸騰速率」；部分吸收的水分用於光合作用及維持細胞膨壓。
描述草本植物的膨壓支持機制及萎蔫的原因
- 支持機制：水分進入液泡產生膨壓（turgor pressure），使細胞內容物壓向細胞壁；細胞變得硬挺（turgid），為非木質化組織提供支持。
- 吸水與失水：當周圍環境水勢高於細胞液時，水滲透進入細胞（吸水）；反之則失水（質壁分離）。
- 萎蔫（wilting）：當蒸騰速率超過根部吸水速率時，細胞失去膨壓變得柔軟（flaccid）；葉片和莖部下垂以減少受光面積，從而減少水分進一步散失。
- 生理意義：短暫萎蔫是植物的一種保護性反應，但長期萎蔫會導致細胞損傷及光合作用停止。
02
動物的生命過程
Life Processes in Animals
人類消化（消化系統；澱粉、蛋白質、脂肪的消化）；氣體交換（呼吸系統）；血液循環與淋巴系統
核心考點
1. 描述人體對食物的消化及吸收過程
考評提示：脂質vs水溶性養分的吸收途徑
- 邏輯 脂肪的吸收途徑與葡萄糖、胺基酸不同：脂肪先被消化為脂肪酸及甘油；脂肪酸與甘油在小腸絨毛上皮細胞內重新合成為三酸甘油酯，與蛋白質結合為乳糜微粒，進入絨毛中央的乳糜管 (淋巴管)，最終經淋巴系統回流至血液循環
- trap 葡萄糖及胺基酸為水溶性，被吸收後經絨毛微血管 → 肝門靜脈 → 肝臟；脂質則先進入乳糜管 → 淋巴系統 → 再匯入血液。考生常把兩條吸收路徑混淆，屬頻考陷阱
HKEAA 評卷員建議
2020 年 膽管阻塞題中，同學需精確列出組分（膽鹽乳化脂肪、碳酸氫鈉提供適宜pH、脂肪酶催化消化），而非籠統說「膽汁」或「胰液」。
2021 年 同學需精確列出脂肪消化所需的成分而非籠統答案。部分同學混淆了各成分的產生位置。
2. 描述人體氣體交換及血液循環系統
考評提示：肺泡結構適應、毛細血管網功能
- 考評重點 肺泡的結構特徵適應氣體交換：壁薄 (僅由一層扁平上皮細胞構成)，提供短的擴散距離；內表面濕潤，有利 O₂ 及 CO₂ 溶解；數目眾多，總表面積大；肺泡外密布微血管網，維持濃度梯度，使 O₂ 及 CO₂ 能快速擴散
HKEAA 評卷員建議
2020 年 氧氣運輸的適應特徵需按組織層次回答：細胞級（紅血球無核增大體積、血紅蛋白攜氧）、組織級（血液屬組織）、器官級（心臟泵送、間隔分隔含氧/脫氧血）。
2021 年 毛細血管網的結構特徵需根據圖示回答，而非背誦標準答案。同學背誦「壁薄一層細胞」但圖中未顯示此特徵時不應作答。
常見題型
描述食物的種類、功能及均衡飲食的原則
- 碳水化合物（糖和澱粉）：主要能量來源（每克4 kcal）；纖維素促進腸蠕動，防便秘。
- 蛋白質：組成和修復細胞、酶、抗體、激素；每克4 kcal；必需胺基酸必須從食物攝取。
- 脂肪：最高能量密度（每克9 kcal）；必需脂肪酸、脂溶性維生素A/D/E/K的溶媒；隔熱保溫。
- 維生素C（抗氧化、膠原蛋白合成）；維生素D（鈣磷吸收，骨骼發育）；鐵（血紅蛋白合成）；鈣（骨骼和牙齒）；均衡飲食包含各類食物適量，避免過多飽和脂肪和糖。
描述牙齒的類型及物理消化的作用
- 門齒（incisors）：扁平、鋒利，用於切割食物；犬齒（canines）：尖銳，用於撕裂食物（肉食動物發達）。
- 前臼齒和臼齒（premolars/molars）：寬平、多尖頭，用於磨碎食物；增大食物表面積，提高酶的消化效率。
- 咀嚼（機械消化）：將食物磨碎成小塊，增大與消化酶的接觸面積，加快化學消化速率。
- 唾液混合：唾液腺分泌唾液澱粉酶（ptyalin），將澱粉部分水解為麥芽糖；唾液潤滑食團，便於吞嚥。
描述消化系統各區段的化學消化過程
- 口腔：唾液澱粉酶（pH 7）→澱粉→麥芽糖（部分消化）。
- 胃：鹽酸（pH 2）激活胃蛋白酶原→胃蛋白酶；胃蛋白酶→蛋白質→多肽；鹽酸殺死大部分細菌；churning（機械消化）形成食糜。
- 小腸（十二指腸）：胰澱粉酶→澱粉→麥芽糖；胰蛋白酶/胰凝乳蛋白酶→多肽→短肽；胰脂肪酶→脂肪→脂肪酸+甘油（膽汁乳化脂肪，增大脂肪酶作用面積）；腸液中麥芽糖酶→麥芽糖→葡萄糖；肽酶→短肽→胺基酸。
- 大腸：無消化酶；水分、鹽分重吸收；腸道細菌發酵未消化纖維；糞便形成。
解釋小腸的結構適應及吸收後養分的去向
- 絨毛（villi）和微絨毛（microvilli）極大增加小腸吸收表面積（約200 m²）；每條絨毛含豐富毛細血管網和乳糜管（lacteals）。
- 葡萄糖和胺基酸：主動運輸/促進擴散→腸壁細胞→毛細血管→肝門靜脈→肝臟→體循環。
- 脂肪酸和甘油：透過擴散進入腸壁細胞→重新合成三酸甘油酯→乳糜微粒（chylomicrons）→乳糜管→淋巴系統→左鎖骨下進靜脈→體循環（不經肝臟）。
- 肝的角色：葡萄糖和胺基酸經肝門靜脈送至肝臟，肝臟調節血糖（糖原合成/分解），並生成膽汁，再將養分分發至體循環各組織。
解釋膽汁在脂肪消化中的多重角色
- 乳化作用（emulsification）：膽鹽將大脂肪滴破碎成極小的微滴，大幅增加脂肪與脂肪酶（lipase）的接觸表面積。
- 物理消化：乳化屬於物理性消化，不改變脂肪的化學性質，但能顯著提高化學消化的效率。
- 中和胃酸：膽汁呈鹼性，有助於中和從小腸進入的酸性食糜（chyme）。
- 調節pH值：為小腸內的消化酶（如胰脂肪酶）提供最適宜的微鹼性環境。
描述小腸絨毛與微絨毛對吸收的結構適應
- 表面面積：絨毛（villi）及上皮細胞表面的微絨毛（microvilli）極大地增加了小腸的總表面積，加快吸收速率。
- 擴散距離：絨毛壁僅由單層上皮細胞組成，縮短了養分擴覽進入血液或淋巴管的距離。
- 運輸系統：每條絨毛內均含豐富的毛細血管（吸收糖和胺基酸）及乳糜管（吸收脂肪），迅速帶走吸收的養分以維持濃度梯度。
- 線粒體：上皮細胞含大量線粒體，為養分（如葡萄糖、胺基酸）的主動運輸提供所需的能量（ATP）。
比較口腔、胃部及小腸中消化的特點
- 口腔：物理消化（咀嚼）增加表面積；唾液澱粉酶將澱粉分解為麥芽糖。
- 胃：胃壁蠕動混合食物；胃酸（HCl）殺菌並提供酸性環境；胃蛋白酶（pepsin）將蛋白質分解為多肽。
- 小腸：主要消化及吸收場所；接收來自胰臟的酶（胰澱粉酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶）及肝臟的膽汁。
- 膽汁：雖不含酶，但可將脂肪乳化為小油滴，增加脂肪酶的作用表面積。
- 最終產物：葡萄糖、胺基酸、脂肪酸與甘油，經小腸絨毛吸收進入血液或淋巴。
描述人體雙循環系統的路線與意義
- 肺循環：右心室→肺動脈→肺（氣體交換）→肺靜脈→左心房；血液由缺氧變為充氧。
- 體循環：左心室→主動脈→全身組織（交換 O₂及養分）→大靜脈→右心房；血液由充氧變為缺氧。
- 意義：血液兩次經過心臟產生較高血壓，能更有效率地輸送 O₂和養分至身體各處。
- 優勢：與魚的單循環比較，雙循環可在肺部低壓下進行溫和氣體交換，同時維持體循環高血壓，支援高代謝需求。
描述葡萄糖與胺基酸被吸收後的同化作用及去向
- 葡萄糖去向：主要用於細胞呼吸以釋放能量；過剩的在肝臟或肌肉轉化為糖原，或在脂肪組織轉化為脂肪儲存。
- 胺基酸去向：進入細胞用於合成結構蛋白質（如肌肉）、酶、激素及抗體；用於修復受損組織及促進生長。
- 同化作用（assimilation）：指生物體將吸收的小分子養分轉化為自身組成物質（如複雜的蛋白質、多糖）或能量的過程。
- 運輸路徑：這兩類養分均通過肝門靜脈進入肝臟進行初步處理，再經體循環分發至全身。
詳述人體吸氣與呼氣過程中的肌肉協調機制
- 吸氣（主動）：肋間外肌收縮使肋骨上提並向外移；膈肌（橫隔膜）收縮由穹窿形變為扁平狀並下移；胸腔容積增大，肺內氣壓下降。
- 呼氣（被動/主動）：肋間外肌舒張使肋骨因重力下移；膈肌舒張恢復穹窿形並上移；胸腔容積減小，肺內氣壓上升。
- 用力呼吸：用力呼氣時，肋間內肌收縮及腹肌收縮，進一步減小胸腔容積，迫使更多空氣排出。
- 壓強差：肺內氣壓與大氣壓之間的差值驅動空氣流入（吸氣）或流出（呼氣）肺部。
比較吸入氣與呼出氣的成分及其差異原因
- 氧氣含量：吸入氣約21%，呼出氣約16%；減少是因為氧氣在肺泡擴散進入血液供細胞呼吸使用。
- 二氧化碳含量：吸入氣約0.04%，呼出氣約4%；增加是因為細胞呼吸產生的二氧化碳經血液運至肺部排出。
- 水蒸氣：吸入氣通常較乾燥，呼出氣為飽和水蒸氣；因為呼吸道黏膜濕潤，水分蒸發使空氣濕潤。
- 溫度：呼出氣溫度通常接近體溫（約37°C），因為空氣在流經溫暖的呼吸道時被加熱。
- 氮氣：含量基本不變（約78-79%），因為氮氣不參與人體的新陳代謝。
描述肺泡適應高效氣體交換的特徵
- 巨大的表面面積：數以億計的肺泡提供了龐大的交換總面積（約70平方米），有利於快速擴散。
- 極短的擴散距離：肺泡壁及毛細血管壁均僅由單層上皮細胞組成，氣體只需穿過極薄的距離。
- 濕潤的表面：肺泡內壁有一層薄薄的水分，使氧氣先溶解於水中再擴散穿過細胞膜。
- 維持濃度梯度：豐富的毛細血管網及持續的血流與通氣，確保肺泡與血液間始終保持較大的氣壓差（濃度梯度）。
解釋心臟瓣膜的功能及心室壁厚度的生理意義
- 瓣膜功能：房室瓣（tricuspid/bicuspid）防止心室收縮時血液倒流入心房；半月瓣（semilunar）防止血液倒流入心室；確保血液單向流動。
- 心房與心室：心房壁較薄，因其只需將血液泵入心室（距離短）；心室壁較厚，需產生較高壓力。
- 左、右心室比較：左心室壁厚度約為右心室的三倍；因為左心室需將血液泵往全身（體循環），阻力較大且路徑較長。
- 右心室：只需將血液泵往肺部（肺循環），路徑短且阻力小，因此壁較薄，產生的壓力較低。
比較動脈、靜脈與毛細血管的結構與功能
- 動脈：壁厚，管腔相對較窄；負責把血液由心臟運送到身體各部分。
- 靜脈：壁薄，管腔較寬，具有瓣膜防止血液倒流；負責把血液由身體各部分送回心臟。
- 毛細血管：壁極薄（單層細胞），數量極多；是血液與組織細胞進行物質交換的場所。
描述血細胞（紅細胞、白細胞、血小板）的特化結構與功能
- 紅細胞（RBC）：雙凹圓盤形以增大表面積/體積比；成熟時無核及線粒體，騰出空間容納血紅蛋白（Hb）；主要功能是運送氧氣。
- 吞噬細胞（Phagocytes）：白細胞的一種，具不規則形狀的核，能改變形狀穿過毛細血管壁，通過吞噬作用消滅病原體。
- 淋巴細胞（Lymphocytes）：白細胞的一種，具大型圓核，負責辨識抗原並產生特異性抗體或進行細胞免疫。
- 血小板（Platelets）：細胞碎片，無核；當血管受傷時會聚集並釋放化學物質觸發凝血機制，防止失血及細菌侵入。
描述心臟週期中瓣膜的協調運作
- ① 心房收縮：心房壓力 > 心室壓力 → 房室瓣 (AV valves) 開啟，血液流入心室；半月瓣 (Semilunar valves) 關閉。
- ② 心室收縮：心室壓力急升 > 心房壓力 → 房室瓣關閉（發出「泵」聲第一音）；心室壓力 > 動脈壓力 → 半月瓣開啟，血液射入動脈。
- ③ 心室舒張：心室壓力 < 動脈壓力 → 半月瓣關閉（防止血液倒流，發出第二音）；心室壓力 < 心房壓力 → 房室瓣重新開啟。
- 關鍵字：必須提及「壓力差異 (Pressure difference)」決定瓣膜開關。
03
生殖、生長與發育
Reproduction, Growth and Development
植物有性及無性生殖；人類生殖系統、月經週期、胎盤發育、分娩、節育；生長曲線分析
核心考點
1. 比較有性生殖與無性生殖
考評提示：兩種生殖方式的優缺點比較
- 考評重點 有性生殖涉及兩個配子 (例如花粉粒內的雄配子與卵細胞) 的融合，受精後合子恢復二倍體；由於減數分裂中的基因重組加上突變，後代具有較高的遺傳變異，有助族群適應環境變化
- 邏輯 無性生殖 (如根莖、匍匐莖、扦插及組織培養) 由有絲分裂產生與親本遺傳上相同的後代 (克隆)；繁殖速度快，能保留優良性狀，但後代遺傳變異低，抗逆性較弱
HKEAA 評卷員建議
2020 年 受精後合子通過有絲分裂發育，而非直接分裂為兩個合子。需提及受精恢復二倍體狀態。
2. 列出節育方法並解釋其生物學原理
考評提示：各節育方法的作用位點
- trap 不同避孕方法的作用位點各異：激素避孕丸透過負反饋抑制腦下垂體分泌 FSH 及 LH，從而抑制排卵；屏障法 (例如避孕套) 物理性阻隔精子與卵子相遇，防止受精；子宮環 (IUD) 改變子宮內膜環境，阻止受精卵著床；考生須能按題意指出相應的作用位點
常見題型
描述無性生殖的方式（細菌二分裂與植物營養繁殖）
- 細菌二分裂：DNA複製→細胞伸長→橫向分裂→兩個相同子細胞；無有絲分裂，速度快（如大腸桿菌20分鐘一代）。
- 植物營養繁殖：根莖（rhizome，薑）、匍匐莖（stolon，草莓）、球莖（bulb，洋蔥）、塊莖（tuber，馬鈴薯）、扦插、嫁接、組織培養。
- 無性生殖優點：後代基因型與親本相同（保留優良性狀）；速度快；不需配偶。
- 無性生殖缺點：後代遺傳多樣性低；對環境變化適應能力弱；疾病可迅速蔓延整個克隆群體。
描述開花植物的有性生殖過程（傳粉、受精與種子散播）
- 蟲媒花特徵：花瓣大而鮮艷、有香氣和花蜜、花粉少而有黏性；風媒花特徵：花瓣小或無、花絲長、花藥懸掛於外、花粉量大而輕。
- 受精：花粉粒落於柱頭→花粉管沿花柱生長→抵達子房→精細胞進入胚珠→與卵細胞受精→受精卵發育成種子；子房壁發育成果實。
- 種子散播方式：風力（翅膀狀/毛狀附屬物，如蒲公英）；動物（肉質果實吃食後排出，如漿果）；水力（浮力結構，如椰子）；自力（果皮開裂彈出，如豆莢）。
- 考點：區分自花傳粉（同一朵花或同株）和異花傳粉（不同植株）；後者增加遺傳多樣性。
描述人類生殖系統的結構及月經週期與受精過程
- 男性：睪丸產生精子（減數分裂）和雄激素（睪酮）；附睪儲存精子；輸精管、精囊、前列腺、尿道；精子：頭部含核和頂體酶、中段含線粒體、尾部鞭毛游動。
- 女性：卵巢產生卵子和雌激素/黃體酮；輸卵管為受精場所；子宮為胎兒發育場所；子宮頸、陰道。
- 月經週期（約28天）：第1–5天月經（子宮內膜剝落）；第6–13天增殖期（雌激素↑→內膜增厚）；第14天排卵（LH峰）；第15–28天分泌期（黃體酮↑→內膜血管化）；若未受精→黃體退化→激素↓→月經。
- 受精：精子在輸卵管中與卵子受精→受精卵分裂→桑葚胚→囊胚→在子宮內膜著床（約6–7天後）。
描述胎兒發育、胎盤功能及分娩與避孕的方法
- 胎盤：母體血液和胎兒血液不直接混合（各自循環）；O₂和養分從母體→胎兒（擴散/主動運輸）；CO₂和代謝廢物從胎兒→母體；抗體IgG可通過胎盤；激素分泌（hCG維持黃體）。
- 同卵雙胞胎（identical twins）：一個受精卵分裂成兩個→遺傳基因完全相同；異卵雙胞胎（fraternal twins）：兩個卵子各自受精→遺傳基因不同。
- 分娩：雌激素↑→催產素（oxytocin）分泌→子宮收縮→宮頸擴張→胎兒娩出→胎盤娩出（正反饋機制）。
- 避孕：口服避孕藥（合成雌激素+黃體酮抑制排卵）；宮內節育器（IUD，阻止著床）；屏障法（保險套，阻止精子進入）；結紮（永久性，切斷輸精管/輸卵管）。
解釋S形生長曲線的成因及種子萌發的條件
- S形（sigmoid）生長曲線：遲滯期（lag phase，環境適應）→對數生長期（log phase，資源充足，指數增長）→靜止期（stationary phase，資源限制/競爭/廢物積累，出生率=死亡率）。
- 種子萌發條件：充足水分（啟動酶活性）、適宜溫度（酶最適溫度）、充足氧氣（細胞呼吸提供能量）；光照對某些種子有影響。
- 幼苗生長：種子吸水→酶（澱粉酶等）水解儲存物質→提供能量→胚根（radicle）先出土→胚芽（plumule）後出土；葉綠素形成後轉為自養。
- 人類生長階段：嬰兒期（快速）→兒童期（穩定）→青春期（第二次生長高峰，性激素觸發）→成年期（停止線性生長）→老年期（骨密度下降等）。
討論各種量度生長的參數之優劣
- 鮮重（Fresh mass）：優點：量度簡便，不需殺死生物；缺點：易受水份含量（如澆水、蒸騰）波動影響，不夠準確。
- 乾重（Dry mass）：優點：反映有機物的真實增加，最準確；缺點：必須殺死生物且需時長（烘乾）。
- 高度/長度（Height/Length）：優點：容易量度，適合活生物；缺點：僅反映單一方向生長，不一定反映整體有機物增加。
- 表面積（Surface area）：適合量度葉片生長；缺點：形狀不規則時難以精確測量。
比較無性生殖與有性生殖的優缺點
- 無性生殖：只需一個親本，不需配子形成及受精；後代基因型與親本完全相同（克隆）。
- 優點：繁殖速度快，能在穩定的環境中迅速佔據棲息地；能保留親本的優良性狀。
- 有性生殖：涉及減數分裂產生配子及受精作用；後代具有遺傳變異。
- 優點：增加遺傳多樣性，提高種群在多變環境中的適應能力及演化潛力。
- 缺點：無性生殖易因環境劇變或疾病導致整個種群滅亡；有性生殖需耗費能量尋找配偶及繁殖過程較慢。
避孕方法的生物學原理
- 屏障法（如避孕套、子宮帽）：物理性阻止精子進入子宮，防止精子與卵子相遇。避孕套還能預防性傳染病（STD）。
- 激素法（如避孕丸、避孕針）：含合成雌激素和黃體酮，抑制排卵；同時使子宮頸黏液變稠，阻礙精子通過。
- 外科手術（結紮）：切斷並紮緊輸精管或輸卵管；永久性防止精子排出或精子與卵子相遇。
- 宮內節育器（IUD）：改變子宮內環境，干擾精子活動及阻止受精卵在子宮內膜著床。
- 節律法（安全期）：避開排卵期進行性行為；由於排卵受多種因素影響，此方法極不穩定且失敗率高。
胎盤的結構及其功能適應
- 結構：由胎兒的絨毛膜和母體的子宮內膜共同組成；胎兒血液與母體血液在各自的血管內流動，互不相混。
- 物質交換：絨毛大幅增加表面積，縮短擴散距離；養分（葡萄糖、胺基酸）和O₂從母體擴散至胎兒；代謝廢物（尿素）和CO₂從胎兒擴散至母體。
- 保護功能：防止母體內的高血壓直接傳給胎兒；阻擋部分細菌和病原體，但病毒（如風疹病毒）和藥物仍可能通過。
- 免疫：母體的抗體（IgG）可通過胎盤進入胎兒，提供出生後的短期被動免疫。
- 內分泌：分泌人體絨毛膜促性腺激素（hCG）、雌激素和黃體酮，以維持子宮內膜，支持妊娠。
育兒照顧及母乳餵哺的重要性
- 育兒照顧：提供食物、保護和庇護所，增加後代的存活率，尤其是在複雜或充滿捕食者的環境中。
- 社交與學習：為後代提供學習生存技能及社交行為的機會（對哺乳類尤為重要）。
- 母乳營養：含有嬰兒發育所需的完美比例養分，且易於消化；含豐富抗體（初乳中的IgA），增強嬰兒免疫力。
- 生理意義：促進子宮收縮（由於催產素分泌），幫助母體產後恢復；減少母體患某些疾病（如乳腺癌）的風險。
- 情感聯結：加強母嬰之間的情感紐帶，有利於嬰兒的心理健康發展。
比較蟲媒花與風媒花的特徵
- 蟲媒花（如玫瑰）：花瓣大且鮮豔、有香味和蜜腺以吸引昆蟲；花粉粒較大、表面粗糙或有黏性，易附著在昆蟲身上。
- 風媒花（如草）：花瓣小或退化、呈綠色、無香味或蜜腺；花粉粒極多、細小且輕，易隨風飄散。
- 雄蕊適應：蟲媒花花藥位於花內；風媒花花絲長，花藥懸掛在花外，以便風吹散花粉。
- 雌蕊適應：蟲媒花柱頭通常較小且黏；風媒花柱頭大、呈羽毛狀，以增大捕捉空氣中花粉的表面積。
種子萌發的必要條件及實驗設計
- 水份：使種皮軟化，激活胚內的酶，並作為生化反應的介質。
- 氧氣：提供胚進行有氧呼吸，釋放生長所需的能量（ATP）。
- 適宜溫度：為酶促反應提供最適環境；過高或過低都會抑制萌發。
- 實驗控制：利用「對照實驗」法，例如：在A瓶提供所有條件，B瓶用煮沸冷卻的水（無氧），C瓶放於冰箱（低溫），D瓶不加水（乾燥）。
- 光照：大多數種子萌發不需光，但某些微小種子可能需要光照刺激。
種子萌發與早期生長的乾重變化
- 萌發初期：乾重下降。原因：胚進行呼吸作用消耗了種子儲存的食物（澱粉、脂質等），釋放能量和CO₂。
- 幼葉形成後：乾重開始上升。原因：幼葉長出並開始進行光合作用，製造的有機養分多於呼吸消耗的量。
- 鮮重變化：萌發初期鮮重迅速上升。原因：種子大量吸水以啟動代謝過程。
- 實驗測量：需在100°C下烘乾植物直至重量恆定，以獲取準確的乾重數據（排除水份變化的干擾）。
04
協調與反應
Coordination and Response
人眼、人耳；神經系統（CNS、神經元、突觸、反射弧）；激素協調；肌肉骨骼系統；植物向光性
核心考點
1. 描述神經衝動的傳導及突觸間訊息傳遞
考評提示：反射弧路徑、突觸傳遞的單向性
- 邏輯 反射弧的組成：感受器接收刺激 → 傳入神經元 → 脊髓的中間神經元 (整合中樞) → 傳出神經元 → 效應器產生反應；過程不必經過大腦，反應快速且具保護作用；與需要大腦皮層參與的隨意動作不同
- 考評重點 突觸傳遞：當神經衝動抵達突觸前神經元末端，囊泡釋放神經遞質 (例如乙酰膽鹼) 至突觸間隙；神經遞質擴散後與突觸後膜上的特異受體結合，引發突觸後神經元產生新的神經衝動；由於神經遞質只在突觸前神經元合成並釋放，故傳遞為單向性
HKEAA 評卷員建議
2020 年 瞳孔反射題表現很好，79%正確回答兩種感受器。但部分同學未提及神經遞質需結合到下一神經元膜上才能引發動作電位。
2021 年 約46%同學能以正確拼寫識別突觸，但許多同學將synapse與其他術語混淆。需說明神經遞質擴散過突觸間隙後與下一神經元受體結合。
2. 比較神經協調與激素協調
考評提示：兩種調節方式的比較表
- 考評重點 神經調節與激素調節的比較：神經調節以神經衝動沿神經元傳遞，作用快、精確、反應短暫；激素調節則由內分泌腺分泌激素經血液運送至靶器官，作用較慢、範圍廣、效應持久；於「戰或逃」反應中，腎上腺素與交感神經系統協同作用
常見題型
描述眼的結構及視覺調節機制與常見視覺缺陷
- 視網膜包含視杆細胞（rods，對弱光敏感，黑白視覺）和視錐細胞（cones，對強光敏感，彩色視覺，位於黃斑fovea）；盲點（optic disc）無感光細胞。
- 調節（accommodation）：看近物→睫狀肌收縮→懸韌帶鬆弛→晶狀體變厚（折射率增大）；看遠物→睫狀肌舒張→懸韌帶繃緊→晶狀體變薄。
- 近視（myopia）：眼球過長或晶狀體過厚→影像聚焦在視網膜前方→用凹透鏡矯正；遠視（hyperopia）：眼球過短→影像聚焦在視網膜後方→用凸透鏡矯正。
- 色盲（colour blindness）：視錐細胞缺乏特定色素，導致無法辨別某些顏色（如紅綠色盲）；屬於視覺缺陷的一種。
- 視力矯正的外科方法：激光矯視（LASIK）— 用激光重塑角膜曲率，永久矯正近視/遠視/散光；另有人工晶體置換術（IOL）用於嚴重屈光不正或白內障患者。
描述關節的類型及拮抗肌的協調作用
- 骨骼功能：支撐、保護（顱骨保護腦）、運動（槓桿）、產生血細胞（紅骨髓）、儲存礦物質（鈣、磷）。
- 鉸鏈關節（hinge joint，如肘關節）：單軸運動（屈/伸）；球窩關節（ball-and-socket joint，如肩/髖關節）：多軸運動（屈、伸、外展、內收、旋轉）。
- 拮抗肌（antagonistic muscles）：二頭肌（biceps）收縮→前臂屈曲；三頭肌（triceps）收縮→前臂伸展；兩者不能同時收縮（一收縮時另一舒張）。
- 肌肉收縮：運動神經衝動傳至骨骼肌→肌肉收縮產生力量以拉動骨骼；收縮需要 ATP 供能。
解釋體內平衡的概念及負反饋機制的運作
- 體內平衡（homeostasis）：維持體內環境（血液、組織液）的物理化學條件相對穩定，以確保細胞正常代謝。
- 負反饋（negative feedback）：偏差→感受器偵測→控制中心整合→效應器糾正→恢復正常水平→偏差減小；核心特徵是「抵消偏差」。
- 調節參數包括：血糖濃度、血O₂/CO₂分壓、體液滲透壓（水平衡）、體溫（37°C左右）。
- 考點：與正反饋（positive feedback）區分——正反饋放大偏差（如分娩時催產素分泌），不用於體內平衡。
視網膜中的視桿細胞與視錐細胞
- 視桿細胞（Rods）：分佈於視網膜周圍；對弱光極敏感，負責黑白視覺；多個視桿細胞連接一個神經元，導致影像解析度較低。
- 視錐細胞（Cones）：集中在黃斑（Fovea）；對強光敏感，負責彩色視覺（紅、綠、藍三種）；一個視錐細胞通常連接一個神經元，提供極高的解析度。
- 生理功能：黑暗環境主要靠視桿細胞（此時無法辨色）；強光下視錐細胞運作提供清晰彩色影像。
- 分佈差異：黃斑中心完全由視錐細胞組成，因此是視覺最敏銳的地方。
描述反射弧的結構組成及其功能意義
- 組成（五部分）：感受器（接收刺激）→感覺神經元→中樞神經（脊髓內的中間神經元）→運動神經元→效應器（肌肉或腺體）。
- 例子：縮手反射──皮膚感受器偵測熱→訊號經感覺神經進入脊髓→直接傳至運動神經→肌肉收縮縮手。
- 特徵：快速、自動、不需意識參與；大腦隨後才感知痛覺。
- 意義：迅速避開傷害性刺激，保護身體免受損傷。
描述神經元的基本結構及其功能適應
- 細胞體：含細胞核及細胞器，是神經元代謝中心。
- 樹突（dendrites）：自細胞體伸出的短分枝，接收來自其他神經元或感受器的訊號。
- 軸突（axon）：長而細的纖維，將神經衝動由細胞體傳至末端。
- 髓鞘（myelin sheath）：包裹軸突的脂質層，可加快神經衝動傳導並作絕緣作用。
- 軸突末端：分枝形成突觸，釋放神經遞質與下一神經元或效應器溝通。
比較神經協調與激素協調的特點
- 傳遞方式：神經協調透過神經元的電訊號傳遞；激素協調透過血液運送化學信息素。
- 速度：神經協調非常迅速（以毫秒計）；激素協調較慢（由分鐘至小時）。
- 作用範圍：神經協調有特定靶位，作用範圍較局部；激素可到達全身但只作用於具對應受體的靶細胞。
- 持續時間：神經反應短暫；激素效應可較長期（如生長激素）。
- 例子：縮手反射屬神經協調；血糖調節（胰島素、升糖素）屬激素協調。
描述中樞神經系統與周圍神經系統的分工
- 中樞神經系統（CNS）：包括腦及脊髓；負責處理及整合訊息，發出運動指令。
- 腦的主要分區：大腦（思考、記憶、隨意動作）、小腦（協調肌肉動作及平衡）、腦幹（調節心跳、呼吸等基本生命功能）。
- 周圍神經系統（PNS）：包括感覺神經（傳入訊號至 CNS）及運動神經（傳出訊號至效應器）。
- 整合：感覺訊號→CNS 分析處理→運動訊號傳至肌肉或腺體產生反應。
視覺缺陷：近視與遠視的成因與矯正
- 近視（Myopia）：眼球過長或晶狀體過厚（折射力太強）；遠處物體的影像聚焦在視網膜前方。
- 近視矯正：使用凹透鏡（Diverging lens）使光線先發散，讓影像重新聚焦在視網膜上。
- 遠視（Hyperopia）：眼球過短或晶狀體過薄；近處物體的影像聚焦在視網膜後方。
- 遠視矯正：使用凸透鏡（Converging lens）增加折射率，使光線提前聚焦在視網膜上。
- 老花眼（Presbyopia）：隨年齡增長，晶狀體失去彈性及睫狀肌減弱，導致調節能力下降，主要影響近距離視力。
視覺調節機制：看近與看遠物體
- 看近物：睫狀肌收縮 → 懸韌帶鬆弛 → 晶狀體因彈性變厚（曲率增加） → 折射率增大 → 影像聚焦在視網膜上。
- 看遠物：睫狀肌舒張 → 懸韌帶繃緊 → 晶狀體被拉薄（曲率減小） → 折射率減小 → 影像聚焦在視網膜上。
- 生理意義：確保不同距離的物體影像均能準確落在視網膜上，提供清晰視覺。
- 控制：屬於非隨意反應，受自主神經系統調節。
聽覺的形成過程：從耳膜到神經衝動
- 聲波傳導：耳廓收集聲波 → 外耳道 → 鼓膜產生振動。
- 機械放大：三塊聽小骨（錘、砧、鐙）將振動傳入內耳，並顯著放大壓力。
- 液體波動：鐙骨撞擊卵圓窗 → 引起耳蝸內的淋巴液產生波動。
- 信號轉換：液體波動使基底膜上的毛細胞彎曲 → 觸發神經衝動。
- 感知：神經衝動沿聽神經傳導至大腦皮層的聽覺中樞，產生聽覺感。
植物向光性的機制：生長素的作用
- 感應與產生：胚芽鞘尖端感測單側光，並產生生長素（IAA）。
- 橫向運輸：在單側光影響下，生長素從向光側移動到背光側。
- 極性運輸：生長素從尖端向下運輸至伸長區。
- 細胞伸長：背光側生長素濃度較高，促進該側細胞加速伸長；向光側生長較慢。
- 彎曲生長：由於兩側生長速率不均，莖向光源方向彎曲（正向光性）。
反射弧的組成部分與傳導途徑
- 1. 感受器：接收刺激並將其轉化為神經衝動。
- 2. 傳入神經元（感覺神經元）：將衝動從感受器傳往中樞神經系統（脊髓）。
- 3. 神經中樞（通常在脊髓）：由中間神經元整合信號，不需經過大腦即可作出決定。
- 4. 傳出神經元（運動神經元）：將衝動從中樞傳往效應器。
- 5. 效應器（肌肉或腺體）：執行反應。
- 重要特點：反應極快且自動，有助於保護身體免受傷害（如縮手反射）。
比較反射動作與隨意動作
- 反射動作：非隨意、自動化、反應迅速；由脊髓或腦幹控制，不需大腦意識參與。
- 隨意動作：受意識支配、反應速度相對較慢；由大腦皮層發出指令並協調。
- 反射例子：膝跳反射、瞳孔反射、眨眼反射。
- 隨意例子：寫字、跑步、彈琴（經重複練習可變得半自動化）。
- 生理功能：反射主要用於自我保護和維持基本生命活動；隨意動作用於執行複雜的、具目的性的行為。
突觸的結構及其信號傳遞機制
- 結構：突觸前膜（含突觸小泡）、突觸間隙（約20nm寬）、突觸後膜（含受體）。
- 化學傳遞：神經衝動到達突觸球 → 觸發鈣離子進入 → 突觸小泡釋放神經遞質（如乙酰膽鹼）。
- 擴發與結合：遞質擴散穿過間隙，與突觸後膜上的特異性受體結合。
- 新衝動產生：受體結合導致離子通道開啟，在後一個神經元產生新的神經衝動。
- 單向傳遞：由於只有突觸前膜釋放遞質且只有突觸後膜具受體，神經衝動只能單向傳導。
05
體內平衡
Homeostasis
負反饋機制；血糖調節（胰島素/胰高血糖素/肝臟）；血液成分恆定
核心考點
1. 解釋血糖水平的負反饋調節機制
考評提示：胰島素/胰高血糖素的負反饋機制
- 邏輯 血糖水平以負反饋機制調節：進食後血糖上升，胰臟的 β 細胞分泌胰島素，刺激肝臟把葡萄糖轉化為糖原儲存，並促進體細胞對葡萄糖的攝取，血糖因而下降；當血糖過低時，α 細胞分泌升糖素，刺激肝臟分解糖原為葡萄糖並釋放至血液中，使血糖回復正常水平
- 考評重點 肝臟是血糖調節的主要器官：它能把多餘的葡萄糖轉化為糖原儲存，亦能把糖原分解為葡萄糖釋回血液；肝臟同時接受神經系統及激素 (胰島素、升糖素) 的調控
- trap 糖尿病分兩型，病因不同：第 I 型由自身免疫破壞 β 細胞引致，胰島素分泌不足，須以注射胰島素治療；第 II 型為靶細胞對胰島素反應下降 (胰島素抵抗)，即使血液中胰島素水平仍可能正常；考生須分辨「不能分泌胰島素」與「細胞不反應」的差別
常見題型
解釋負回饋機制的通用模型及其在穩態中的意義
- 組成部分：包括刺激（環境變化）、感受器（偵測變化）、控制中心（處理信息）及效應器（產生反應）。
- 運作原理：當某一參數偏離正常水平時，感受器偵測到信號，引發效應器產生與偏差方向相反的反應。
- 糾正偏差：反應會抵消最初的刺激，使該參數恢復至正常的設定點（set-point）。
- 穩態意義：透過不斷糾正偏差，維持體內環境（如血液 pH、滲透壓）在狹窄的穩定範圍內，確保酶活性。
詳述胰臟與肝臟在血糖調節中的協調角色
- 胰臟作為感受器：胰島內的 α 和 β 細胞能直接偵測流經胰臟血液中的葡萄糖濃度。
- 激素分泌：血糖高時 β 細胞分泌胰島素；血糖低時 α 細胞分泌胰高血糖素。
- 肝臟作為主要效應器：肝細胞具兩種激素的受體，負責進行糖原合成（glycogenesis）或糖原分解（glycogenolysis）。
- 負回饋：肝臟的反應（增加或減少血糖釋放）會消除最初的血糖偏差，從而減少激素的分泌量。
解釋胰島素與升糖素對靶細胞的具體生理效應
- 胰島素效應：增加細胞膜對葡萄糖的通透性（促進攝取）；加速葡萄糖轉化為肝糖原或脂肪；提高細胞呼吸率。
- 升糖素效應：促進肝臟中的肝糖原分解為葡萄糖（糖原分解/glycogenolysis）並釋入血液，從而升高血糖水平。
- 拮抗作用：兩者效應相反，胰島素負責降低血糖，升糖素負責升高血糖，共同維持動態平衡。
- 肌肉細胞：胰島素亦作用於肌肉細胞以合成肌糖原，但肌糖原不能直接分解回血液葡萄糖。
描述血液中二氧化碳水平對呼吸速率的調節機制
- 刺激來源：細胞呼吸產生 CO₂ 進入血液，形成碳酸，導致血液 pH 值下降。
- 化學感受器：延髓及大動脈/頸動脈內的化學感受器偵測到 H⁺ 濃度增加（pH 下降）。
- 呼吸中樞：延髓的呼吸中樞發送更頻密的神經衝動至呼吸肌（肋間肌及膈肌）。
- 反應：呼吸頻率增加及深度加強，加速肺部氣體交換，排出多餘 CO₂，使血液 pH 恢復正常。
解釋體內平衡的意義及其對生物的重要性
- 定義：體內平衡是指生物體內部環境（如體溫、血糖、pH、水分）維持在相對穩定範圍內的過程。
- 重要性：酶活性對溫度及 pH 高度敏感；穩定環境確保酶正常運作，維持正常代謝。
- 細胞功能：穩定的水分及離子濃度可防止細胞因滲透而脹破或萎縮。
- 獨立性：有效的體內平衡使生物能夠在不同外界環境下維持正常生理功能。
以負反饋機制的通用模型解釋體內平衡的運作
- 四個元件：感受器（偵測偏離）→控制中心（比較與整合）→效應器（執行反應）→反應使偏離回復至設定點。
- 偏離：若某變量偏離設定值（上升或下降），感受器會偵測變化。
- 反應：效應器產生與偏離方向相反的反應（如血糖高時分泌胰島素使其下降）。
- 通用性：血糖、體溫、水分等調節均遵循此模型；負反饋可避免過度反應。
負反饋 (Negative Feedback) 萬能框架
- 所有 DSE 生理調節題均可套用以下 6 步：
- ① 刺激 (Stimulus)：偏離正常水平的狀態（如體溫升高）。
- ② 感受器 (Receptor)：感知變化的細胞/器官（如大腦下丘腦）。
- ③ 控制中心 (Control Centre)：發出信號的部位（通常也是下丘腦或胰島）。
- ④ 效應器 (Effector)：執行指令的部位（如汗腺、血管、肌肉）。
- ⑤ 反應 (Response)：效應器的具體動作（如汗腺分泌增加）。
- ⑥ 結果 (Result)：參數恢復正常水平（負反饋完成）。
解釋神經系統與內分泌系統在穩態中的協調
- 神經系統：負責快速、精確的短期調節（如縮手反射、即時的體溫調節）。
- 內分泌系統：負責較慢但持久的廣泛調節（如生長、長期血糖控制、生殖週期）。
- 下丘腦的角色：作為兩大系統的橋樑；接收神經信號並通過垂體控制激素分泌。
- 協同作用示例：在應激狀態下，交感神經首先激活，隨後腎上腺素（激素）維持持續的應急反應。
比較負回饋與正回饋機制
- 負回饋（Negative Feedback）：旨在減少或抵消最初的偏差，使系統回歸穩定狀態（如血糖調節）。
- 正回饋（Positive Feedback）：旨在放大最初的偏差，推動過程走向完成（如分娩時的宮縮、血液凝固）。
- 穩態關係：穩態主要依賴負回饋來維持體內環境恆定；正回饋通常與爆發性的生理過程相關，非用於維持恆定。
體內平衡對細胞代謝的重要性
- 酶活性：維持恆定的溫度及 pH 值，確保體內各種酶能以最高效率工作。
- 水勢穩定：防止細胞因外界滲透壓變化而過度吸水脹破或失水皺縮。
- 養分供應：確保血液中具備穩定的葡萄糖水平，為細胞呼吸提供不間斷的能源。
- 廢物排除：防止代謝廢物（如 CO2, 尿素）在體內積聚而毒害細胞。
06
生態系統
Ecosystem
生態組織層次；生態系統類型；種群關係（捕食/競爭/共生/寄生）；能量流動；碳氮循環；演替；取樣方法
核心考點
1. 描述生態系的能量流動及碳、氮循環
考評提示：10%能量轉移效率、碳氮循環
- 考評重點 能量沿食物鏈向上一營養級流動時，大部份能量以呼吸作用時的熱能散失、未被食用或以糞便、排泄物形式流失；一般而言每升一個營養級可用能量約減少 90%；故食物鏈越長，頂級消費者所能獲得的能量越少
- 邏輯 碳循環：光合作用將大氣中的 CO₂ 固定為生物體內的有機碳；生物的呼吸作用、遺體的分解及化石燃料的燃燒把 CO₂ 釋回大氣。氮循環：固氮細菌把 N₂ 轉化為銨化合物；硝化細菌把銨化合物氧化為硝酸鹽，供植物吸收合成蛋白質；反硝化細菌把硝酸鹽還原為 N₂ 返回大氣；分解者在兩循環中均扮演關鍵角色
- trap 數量金字塔可以倒置 (例如一棵大樹上寄生大量的昆蟲)，但能量金字塔不能倒置，因為能量在各營養級中必然逐層遞減；生物放大作用：不易降解的脂溶性污染物 (如 DDT) 沿食物鏈逐級累積，頂級消費者體內濃度最高
HKEAA 評卷員建議
2020 年 食物鏈頂端捕食者被移除後，需逐層解釋對各營養級的影響（頂端消費者消失→次級消費者增加→初級消費者被捕食更多→生產者數量增加），而非僅說「生態失衡」。
2. 描述生態演替的過程及各階段特徵
考評提示：初生vs次生演替
- 考評重點 生態演替的過程：原生演替由裸露、無土壤的環境 (例如岩石表面) 開始，先鋒物種 (如地衣、蘚苔) 逐漸改造環境、形成土壤；次生演替則發生於原有群落被干擾後 (例如山火後)，因土壤仍在，演替速度較快；最終發展出相對穩定、物種多樣性高的頂級群落
常見題型
描述生態組織的層次及香港的主要生態系類型
- 組織層次（由小至大）：物種（species）→種群（population）→群落（community）→生態系（ecosystem）→生物群系（biome）→生物圈（biosphere）。
- 種群特徵：種群密度、出生率/死亡率、年齡結構、性別比例；決定種群大小變化。
- 香港主要生態系類型：淡水溪流（freshwater streams）、岩石海岸（rocky shores）、紅樹林（mangroves，咸淡水交界）、草地（grassland）、林地（woodland）。
- 生態棲位（ecological niche）：物種在群落中的「功能角色」，包括食物、時間、空間利用；不同物種棲位不同，減少競爭（character displacement）。
描述生物間的捕食、競爭、共生與寄生關係
- 捕食（predation）：捕食者和獵物種群大小相互波動；捕食者增加→獵物減少→捕食者食物不足→捕食者減少→獵物恢復，形成週期性振盪。
- 競爭（competition）：同種個體間（種內競爭）或不同種（種間競爭）爭奪有限資源（食物、空間、光照等）；種間競爭激烈時，競爭力較弱的物種種群數量會下降甚至被排擠；不同物種可利用不同資源或在不同時間/空間活動，從而減少直接競爭，共存於同一環境。
- 互利共生（mutualism）：兩者均受益（+/+）；如根瘤菌和豆科植物（細菌提供固氮，植物提供碳水化合物）、菌根（真菌+植物根）。
- 寄生（parasitism）：寄生者受益，宿主受損（+/–）；如絛蟲寄生人類腸道；片利共生（commensalism）：一方受益，另一方無影響（+/0）。
解釋初生演替與次生演替的過程及頂極群落的特徵
- 初生演替（primary succession）：從無土壤裸地開始（如火山熔岩、裸露岩石）；先鋒物種（pioneer species，如地衣）風化岩石、積累有機質，改變非生物環境，使其他物種得以定植。
- 次生演替（secondary succession）：原有植被被破壞（如火災、農田棄耕）但土壤保留；速度遠快於初生演替，因為土壤中保存種子庫和有機質。
- 演替過程：一般從先鋒植被→草地→灌木→喬木（林地）；物種多樣性逐漸增加，群落結構日趨複雜。
- 頂極群落（climax community）：在當地氣候條件下相對穩定的最終群落；香港氣候頂極為熱帶/亞熱帶季雨林；人類干預（如砍伐、放牧）可阻止演替進程。
分析生態系統的能量流動、食物鏈與能量金字塔
- 能量流動方向：太陽能→生產者（光合作用固定）→初級消費者→次級消費者→頂端消費者；分解者分解各級有機物。
- 能量轉移效率：每升一個營養級，僅約 10% 的能量被傳至下一級，其餘約 90% 以熱能散失（呼吸、代謝）、或在未被消化的物質中隨糞便排出；因此食物鏈通常不超過 4–5 個營養級。
- 能量金字塔始終正置（能量逐級減少）；數量金字塔可倒置（如一棵大樹→多隻昆蟲→少數鳥）；生物量金字塔通常正置，但某些水生生態系可倒置。
- 生物積聚（bioaccumulation/biomagnification）：脂溶性、難降解的毒素（如DDT、汞）沿食物鏈濃縮，頂端捕食者體內濃度最高，危害最大。
描述碳循環與氮循環的過程及生物在其中的作用
- 碳循環：光合作用（CO₂→有機碳）→消費者攝食→呼吸作用（有機碳→CO₂）→分解者（有機碳→CO₂）；化石燃料燃燒→CO₂↑→溫室效應→全球暖化。
- 氮循環四個關鍵過程：①固氮（N₂→NH₃，固氮菌如根瘤菌）；②氨化（含氮有機物→NH₃，分解者）；③硝化（NH₃→NO₂⁻→NO₃⁻，亞硝化菌和硝化菌）；④反硝化（NO₃⁻→N₂，反硝化菌，厭氧條件）。
- 植物只能吸收NH₄⁺或NO₃⁻，不能直接利用N₂；動物通過食物獲取有機氮；過量施肥→硝酸鹽流入水體→富營養化（eutrophication）。
- 分解者（細菌和真菌）在兩個循環中均不可缺少：將有機物分解釋放CO₂和無機養分回環境，維持物質循環。
比較數量金字塔與能量金字塔的結構特點
- 數量金字塔：反映各營養級的個體數量。可能倒置（例如：一棵大樹支撐大量昆蟲）。
- 能量金字塔：反映各營養級在一定時間內獲取的能量總量。永遠呈正金字塔形，不會倒置。
- 能量流失：由於能量在轉移過程中會流失（熱能、排泄），高營養級獲得的能量必然減少。
- 代表性：能量金字塔比數量金字塔更能準確反映生態系統中真實的能量流動情況。
分析生態系統中能量流失的主要原因及其對食物鏈長度的限制
- 呼吸作用：大部分能量在細胞呼吸中轉化為熱能，散失到環境中，不能被下一營養級利用。
- 未被攝食或消化：生物體的部分部位（如骨骼、毛髮）未被捕食，或排泄物（糞便）中含有未消化的化學能。
- 轉移效率：相鄰營養級間的能量轉移效率通常僅約 10%。
- 長度限制：由於可用能量隨營養級迅速減少，生態系統通常只能支撐 4 至 5 個營養級。
描述樣方法（Quadrats）在生態調查中的應用與限制
- 適用對象：適用於調查移動性低或固著的生物（如植物、藤壺）。
- 隨機取樣：為避免偏見（Bias），應使用隨機號碼表確定樣方座標，確保樣本具代表性。
- 計算指標：可用於測量物種密度、頻率或百分比覆蓋率。
- 限制：樣方大小必須合適（物種越大，樣方需越大）；不適用於分佈極不均勻或高度移動的動物。
解釋樣條法（Transects）在研究環境梯度中的作用
- 系統取樣：沿著一條穿越環境梯度的直線（樣條）按固定間距放置樣方。
- 環境梯度：特別適用於研究環境因素隨距離改變的情況，如海岸演替、高度變化或污染源遠近。
- 連續樣條與帶狀樣條：連續樣條記錄線上所有生物；帶狀樣條則記錄樣條兩側一定寬度內的生物。
- 分析：有助於揭示物種分佈與非生物因素（如濕度、光照、鹽度）之間的相關性。
評估人類活動對環境的衝擊及自然保育的措施
- 主要人類影響：棲息地破壞（城市化、農業擴張）→物種滅絕；過度捕獵/捕魚→種群崩潰；引入外來物種→競爭/捕食本土物種；污染（水、空氣、土壤）。
- 化石燃料燃燒→CO₂↑→溫室效應→氣候變化（海平面上升、極端天氣）；SO₂/NOₓ 排放→酸雨→森林及水體酸化。
- 保育策略：就地保育（in-situ，建立自然保護區）；遷地保育（ex-situ，動物園、植物園、種子庫）；法律保護（CITES，禁止瀕危物種貿易）；可持續農業和漁業管理。
- 香港保育例子：郊野公園佔香港陸地面積約40%；海岸公園保護海洋生態（如白海豚）；禁止捕獵瀕危物種（如中華白海豚、綠海龜）。
