115 高普考高考三級 昆蟲 昆蟲生理與毒理學 考古題詳解
第 一 題25 分
請說明何謂呼吸作用、呼吸作用在何處進行？以及昆蟲如何經由呼吸作用產生細胞活動所需能量來源 ATP 的完整過程。
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核心觀念
本題考查細胞呼吸作用的定義、進行位置，以及葡萄糖中的化學能如何經一連串氧化反應轉換成 ATP。作答時要區分「昆蟲的氣體交換」與「細胞內的呼吸作用」：氣管系統負責將氧送到組織並移除二氧化碳；細胞呼吸則是在細胞內分解有機物、轉移能量並合成 ATP 的代謝過程。
昆蟲的氣管由氣門通往氣管，再分枝成細氣管；氧沿氣管系統擴散或經通氣作用抵達組織，最後進入細胞。多數昆蟲的氧不需由血淋巴運送。細胞呼吸主要在細胞質與粒線體進行：糖解作用在細胞質；丙酮酸氧化、檸檬酸循環及電子傳遞鏈主要在粒線體內進行。
有氧呼吸的總反應可概括為：
釋出的能量一部分被捕捉並儲存在 ATP 中，其餘以熱散失。ATP 水解所釋出的自由能，可供肌肉收縮、主動運輸、神經活動及生合成等細胞活動使用。
解題方法：依細胞呼吸的階段說明
由「葡萄糖進入細胞」開始，依序說明碳骨架如何被氧化、電子如何傳遞，以及 ATP 如何形成。以一分子葡萄糖為單位，主要過程如下：
- 糖解作用：細胞質
一分子葡萄糖經多步酵素反應分解成兩分子丙酮酸。此階段不直接消耗氧，淨產生 2 ATP，並將電子轉移給 NAD⁺，形成 2 NADH。
- 丙酮酸氧化：粒線體基質
在有氧條件下，丙酮酸進入粒線體，轉變成乙醯輔酶 A，並釋出二氧化碳、產生 NADH。每分子葡萄糖形成兩分子丙酮酸，因此此階段每分子葡萄糖產生 2 NADH、2 CO₂，不直接產生 ATP。
- 檸檬酸循環：粒線體基質
乙醯輔酶 A 的乙醯基進入循環，逐步氧化成二氧化碳。每分子葡萄糖經兩輪循環，合計產生 4 CO₂、6 NADH、2 FADH₂，並以受質階層磷酸化產生 2 ATP（或等量 GTP）。
- 電子傳遞鏈與氧化磷酸化：粒線體內膜
第 二 題25 分
請以蝗蟲為例，說明當昆蟲體內水分過多時，會以何種激素？如何進行水分平衡調節？
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核心觀念
本題考昆蟲的排泄與滲透壓調節。蝗蟲主要依靠馬氏管（Malpighian tubules）與後腸調節體液中的水分與離子：馬氏管分泌初級尿液，後腸則可再吸收其中的水分與離子。
當蝗蟲體內水分過多時，會促進**利尿激素（diuretic hormone, DH）**作用。蝗蟲的利尿激素可刺激馬氏管分泌；與此相對，離子運輸胜肽（ion-transport peptide, ITP）等抗利尿調節因子可促進後腸對離子與水分的再吸收。
解題方法
作答時依「水分過多 → 增加利尿 → 馬氏管分泌增加 → 多餘水分排出」的方向說明：
- 激素作用於馬氏管：利尿激素刺激馬氏管上皮細胞分泌離子至管腔，帶動水分隨滲透梯度進入管腔，使初級尿液增加。
第 三 題25 分
請按殺蟲劑抗藥性行動委員會（Insecticide Resistance Action Committee）的作用機制分類，列舉至少五種可以調節昆蟲（蟎類）生長的殺蟲劑作用機制名稱（中英文皆可），並在各作用機制組別項下列舉一種在臺灣有登記的有效成分中文普通名。
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核心觀念
本題考查 IRAC（殺蟲劑抗藥性行動委員會）依「作用機制」所做的分類，以及昆蟲生長調節劑（insect growth regulators, IGRs）的代表性作用方式。昆蟲生長調節劑會干擾昆蟲的荷爾蒙調控、蛻皮或表皮形成，使其發育、蛻皮、羽化或繁殖受阻；效果常不如神經毒劑迅速。
作答時須區分「作用機制組別」與「有效成分」：組別是依作用標的或生理作用分類；有效成分則是該組別中實際登記使用的化學物質。題目要求至少五種組別，且每一組各列一種在臺灣有登記的有效成分中文普通名。
解題方法
先從 IRAC 分類中挑選與生長、發育有關的作用機制，再為每一機制配對一種臺灣登記的有效成分。下列列出七組，可滿足「至少五種」的要求：
| IRAC 組別 | 作用機制名稱 | 作用簡述 | 臺灣登記有效成分中文普通名 |
|---|---|---|---|
| 7 | 幼蟲生長激素類似物（Juvenile hormone mimics） | 模擬幼蟲生長激素，干擾正常變態與繁殖發育 | 百利普芬（pyriproxyfen） |
| 10 | 蟎類生長抑制劑（Mite growth inhibitors） | 干擾蟎類卵孵化或幼蟎發育 | 依殺蟎（etoxazole） |
| 15 | 幾丁質生合成抑制劑，作用於 CHS1（Inhibitors of chitin biosynthesis affecting CHS1） | 抑制幾丁質形成，使昆蟲無法正常建立新表皮或蛻皮 | 除蟲脲（lufenuron） |
| 16 | 幾丁質生合成抑制劑，第 1 型（Inhibitors of chitin biosynthesis, type 1） | 干擾幾丁質生合成及正常蛻皮 | 布芬淨（buprofezin） |
第 四 題25 分
請說明庫斯蘇力菌晶體蛋白（crystal protein）對鱗翅目幼蟲的致毒機制，包括晶體蛋白的致毒途徑、從活化到穿孔破壞腸壁細胞的完整過程。
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核心觀念
本題考查蘇力菌（Bacillus thuringiensis, Bt）庫斯亞種（B. thuringiensis subsp. kurstaki, Btk）所產生的 Cry 晶體蛋白，如何在感受性鱗翅目幼蟲的中腸中被活化，並造成中腸上皮細胞膜穿孔、細胞破壞與幼蟲死亡。答題主軸是依序交代：
攝食晶體 → 鹼性中腸溶解 → 蛋白酶活化 → 專一受體結合 → 寡聚化與膜插入 → 形成孔洞 → 細胞及中腸組織受損。
Cry 蛋白的作用具有宿主選擇性，關鍵在於幼蟲中腸的環境、消化蛋白酶，以及上皮細胞膜上的受體是否適合該毒素。
解題方法：依致毒途徑說明完整過程
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攝食晶體蛋白 幼蟲取食帶有 Btk 孢子與伴孢晶體的食物後，Cry 晶體進入中腸。晶體中的蛋白主要以較大、尚未活化的原毒素形式存在。
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鹼性中腸使晶體溶解 感受性鱗翅目幼蟲的中腸腔呈鹼性環境，有助於 Cry 晶體溶解，釋出原毒素。若晶體不能有效溶解，後續的蛋白酶活化與致毒步驟便難以進行。
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中腸蛋白酶將原毒素活化 中腸消化蛋白酶切除原毒素的部分胜肽，使其轉變為較小、具毒性的活化 Cry 毒素片段。以常見 Cry1 類毒素為例，活化過程涉及 N 端及 C 端的蛋白水解加工；實際切割位置與產物大小會依毒素種類及幼蟲的蛋白酶而異。
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活化毒素辨識並結合中腸上皮細胞受體 活化 Cry 毒素到達中腸上皮細胞的頂端膜，與特定膜受體結合。鱗翅目 Cry1 毒素常見相關受體包括鈣黏蛋白樣蛋白（cadherin-like protein）、胺基胜肽酶 N（aminopeptidase N, APN）、鹼性磷酸酶（alkaline phosphatase, ALP）及部分 ABC 轉運蛋白。