微觀宇宙

微生物學實務教本

格物

獻給探索者的自然筆記

壹、概論與分類學

微生物學 (Microbiology)： 研究肉眼無法直接觀察之微小生物的科學。涵蓋細菌、古菌、真菌、藻類、原生動物及病毒。

三域系統 (Three-domain System)

由 Carl Woese 提出，依據核糖體 RNA (16S rRNA) 序列差異，將生命分為三大領域：

特徵	細菌域 (Bacteria)	古菌域 (Archaea)	真核域 (Eukarya)
核膜	無 (原核)	無 (原核)	有 (真核)
細胞壁	含肽聚醣	無肽聚醣	幾丁質/纖維素/無
環境	廣泛分佈	多極端環境	廣泛分佈

命名法則

採用林奈 (Linnaeus) 的二名法 (Binomial nomenclature)：

Escherichia coli

第一字：屬名 (Genus)，首字母大寫。
第二字：種小名 (species)，全小寫。
書寫規範：印刷時斜體，手寫時底部加畫橫線。

貳、細菌學：結構與鑑別

基本結構

細胞壁 (Cell Wall)：維持形狀，抵抗滲透壓。主要成分為肽聚醣。
莢膜 (Capsule)：多醣體構成，具抗吞噬作用，增加致病力。
鞭毛 (Flagella)：運動器官。
內孢子 (Endospore)：在惡劣環境下形成的休眠構造，抗熱、抗化學藥劑（如炭疽桿菌）。

實務技術：革蘭氏染色 (Gram Stain)

微生物實驗室最重要的鑑別染色法，利用細胞壁結構差異進行分類。

初染 (Crystal Violet)： 結晶紫染色1分鐘。所有細菌染成紫色。
媒染 (Iodine)： 加碘液1分鐘。形成結晶紫-碘複合物 (CV-I)。
脫色 (Alcohol)： 關鍵步驟。95%酒精沖洗約10-20秒。
G(+)：壁厚，孔隙縮小，色素保留。
G(-)：外膜溶解，壁薄，色素流失（變無色）。
複染 (Safranin)： 番紅染色1分鐘。
G(+)：仍為紫色（紫色蓋過紅色）。
G(-)：被染成紅色。

鏡下視野示意圖

參、微生物生理學

細菌生長曲線 (Growth Curve)

在封閉系統（Batch Culture）中，細菌族群數量的變化遵循特定規律。

遲滯期 (Lag Phase)：適應新環境，大量合成酵素與RNA，細胞增大但數目不增。
對數期 (Log Phase)：二分裂旺盛，以指數增長。代謝最活躍，對抗生素最敏感。
穩定期 (Stationary Phase)：養分耗盡，廢物堆積。生長速率等於死亡速率。內孢子可能在此期產生。
衰亡期 (Death Phase)：死亡速率大於生長速率。

環境需求

溫度： 嗜冷菌、嗜中溫菌 (25-40°C, 多數致病菌)、嗜熱菌。
氧氣：
- 專性好氧：必須有氧 (如結核桿菌)。
- 專性厭氧：氧氣具毒性 (如破傷風桿菌)。
- 兼性厭氧：有氧生長較好，無氧行發酵 (如大腸桿菌)。

肆、微生物之控制

滅菌 (Sterilization)： 殺滅所有微生物形式（包含內孢子）。
消毒 (Disinfection)： 殺滅致病菌，不一定包含孢子，多用於無生命物體。
防腐 (Antisepsis)： 用於生物體表，抑制生長。

物理控制法

方法	條件/機制	應用
高壓蒸氣滅菌	121°C, 15 psi, 15分鐘	培養基、玻璃器皿、醫療廢棄物（最有效）
巴氏殺菌法	63°C 30分或 72°C 15秒	牛奶、果汁（保留風味，殺滅致病菌）
乾熱滅菌	160-170°C, 2小時	玻璃器皿、金屬器械
過濾法	孔徑 < 0.22 μm	不耐熱液體（血清、抗生素溶液）
紫外線 (UV)	260 nm 波長，破壞DNA	無菌操作台表面、空氣

伍、真菌與病毒學概論

真菌 (Fungi)

真核生物，具有幾丁質細胞壁。醫學上重要性：

黴菌症： 淺層感染（香港腳）、深層感染（肺麴菌病）。
毒素： 黃麴毒素 (Aflatoxin)，由黃麴黴產生，具肝毒性與致癌性。

病毒 (Virus)

絕對細胞內寄生。結構包含核酸 (DNA/RNA) 與蛋白質衣殼 (Capsid)。

複製週期：

吸附： 鑰匙與鎖的結合。
穿入與脫殼： 釋放遺傳物質。
合成： 劫持宿主工廠製造病毒零件。
組裝與釋放：
- 溶裂循環 (Lytic cycle)：宿主破裂死亡。
- 潛溶循環 (Lysogenic cycle)：病毒DNA嵌入宿主染色體，隨細胞分裂傳遞（如帶狀皰疹病毒的潛伏）。

陸、實驗實務技術

顯微鏡操作要點

油鏡 (100x) 使用原理： 使用香柏油或合成油，折射率 (n≈1.5) 與玻璃相近，減少光線折射散失，提高解析度。觀察細菌必備。
對焦順序： 低倍粗調 → 高倍細調 → 油鏡（僅用細調）。

培養基製備

瓊脂 (Agar)： 來自紅藻，作為凝固劑。45°C凝固，100°C融化，微生物無法分解它。

液體培養基 (Broth)：增殖菌量。
固體培養基 (Plate/Slant)：分離純種、觀察菌落形態。
鑑別培養基：利用指示劑區分細菌（如 MacConkey agar 區分乳糖發酵菌）。

無菌操作技術 (Aseptic Technique)

目的：防止外來污染及保護操作者。

接種環 (Inoculation loop) 須燒紅冷卻後使用。
試管口過火。
操作時勿交談，動作迅速準確。

壹、 概論與分類學