108 年 國立清華大學生命科學院聯招：分子與細胞生物研究所、分子醫學研究所、生物資訊與結構生物研究所、生物科技研究所、系統神經科學研究所甲組《微生物學》

光學顯微鏡的總放大倍率是透過物鏡（objective lens）和接目鏡（ocular lens）放大倍率相乘而得。

此題主要在考驗學生對細菌細胞骨架（bacterial cytoskeleton）組成與功能的了解。細菌細胞骨架雖然與真核生物的細胞骨架在結構和組成上有所差異，但扮演著相似的角色，例如維持細胞形狀、參與細胞分裂、運輸等。

選項分析：
A. CreS 蛋白（Crescentin）確實是真核生物中中間絲（intermediate filament）蛋白如層黏蛋白（lamin）和角蛋白（keratin）的同源物，在某些彎曲形狀的細菌（如 Caulobacter crescentus）中，CreS 參與維持其彎曲的細胞形態。此敘述正確。

B. MamK 是一種肌動蛋白（actin-like）同源物，在磁桿菌（magnetotactic bacteria）中，它與磁小體（magnetosomes）的組裝和鏈狀排列（chain formation）有關，將磁小體組織成一列。此敘述正確。

此題考驗對革蘭氏陰性菌細胞壁結構中脂多醣體（Lipopolysaccharide, LPS）組成的理解。LPS 是革蘭氏陰性菌外膜（outer membrane）的重要組分，具有多種生物學功能。

LPS 的結構主要包含三個部分：

1. 脂質 A（Lipid A）：位於 LPS 的最內層，嵌入外膜脂質雙層中，是 LPS 的疏水性部分。
2. 核心多醣體（Core polysaccharide）：連接在脂質 A 上，包含一些特殊的糖類，如 KDO（2-keto-3-deoxy-manno-octulosonic acid）。
3. O 抗原（O antigen）或 O 多醣體（O polysaccharide）：連接在核心多醣體外側，是 LPS 的最外層部分，由重複的糖單位組成。

選項分析：
A. 核心多醣體（Core polysaccharide）通常含有磷酸根（phosphate groups）或帶負電的糖分子，因此確實會對細胞表面貢獻負電荷。這對於維持外膜的穩定性和與環境的互動很重要。此敘述正確。

B. O 抗原（O antigen）是 LPS 中變異性最高的部分，其結構因菌種甚至菌株而異。

此題考驗對藥物敏感性測試術語的理解，特別是 Minimal Lethal Concentration (MLC)。

MLC 的定義是：能夠殺死（kill）特定病原體（pathogen）的最低藥物濃度。

選項分析：
A. 這是最小抑菌濃度（Minimum Inhibitory Concentration, MIC）的定義，MIC 是指能抑制病原體生長（prevent growth）的最低藥物

此題考驗對酚類消毒劑（phenol and phenolic derivatives）作用機制的理解。酚類消毒劑是早期廣泛使用的消毒劑，其作用機制是多方面的。

選項分析：
A. 酚類化合物確實具有一定的表面活性劑（detergent）性質，可以干擾細胞膜的結構。

B. 氧化二硫鍵（disulfide bonds）是某些消毒劑（如氧化劑）的作用方式，但不是酚類的主要作用機制。

此題考驗學生對細菌（Bacteria）和古菌（Archaea）之間區別特徵的掌握。這兩個域在細胞結構、遺傳物質、生化代謝等方面存在顯著差異。

選項分析：
A. 膜脂質（Type of membrane lipids）：這是區分細菌和古菌的重要特徵。細菌的細胞膜主要由酯鍵連接的甘油磷脂（glycerol phospholipids）組成，形成脂質雙層。而古菌的細胞膜則由醚鍵連接的異戊二烯醇脂質（isoprenoid lipids）組成，這些脂質可以是單層（如形成脂質單層，monolayer）或雙層（bilayer）。因此，膜脂質的類型是區分兩者的關鍵。此項有幫助。

B. 肽聚醣（Peptidoglycan）在細胞壁中的存在與否：肽聚醣是細菌細胞壁的主要結構成分，幾乎所有細菌都有。而古菌的細胞壁成分多樣，但普遍缺乏肽聚醣。有些古菌的細胞壁由假肽聚醣（pseudopeptidoglycan）或蛋白質組成。因此，肽聚醣的存在與否是區分兩者的重要依據。此項有幫助。

此題考驗對不同種類培養基（growth medium）功能的理解。培養基是微生物學研究中非常基礎且重要的工具。

培養基的種類及其功能：
A. 選擇性培養基（Selective medium）：含有特定成分，可以抑制某些微生物的生長，同時促進目標微生物生長。例如，含有抗生素的培養基可以選擇性地培養對該抗生素不敏感的細菌。

B. 鑑別性培養基（Differential medium）：含有特殊的指示劑或底物，可以使不同種類的微生物在生長時表現出不同的表型特徵（如顏色變化、沉澱形成等），從而區分它們。例如，MacConkey 培養基可以區分乳糖發酵菌和非乳糖發酵菌。

此題考驗對原生生物（Protists）範疇的理解。原生生物是真核生物中的一個龐大且異質性的群體，過去曾被歸類為一個獨立的界（Kingdom Protista），但現在的分類學認為原生生物並非一個單系群（monophyletic group），而是包含多個不同的演化支。然而，在傳統的定義和教學中，原生生物通常包含以下幾類：

A. 原生動物（Protozoa）：單細胞的異營性真核生物，如變形蟲、草履蟲、變形蟲等。
B. 藻類（Algae）：通常是自營性的真核生物，包括單細胞藻（如矽藻、綠藻）和多細胞藻（如海藻）。

此題考驗對病毒遺傳物質（nucleic acid）組成的基本知識。病毒的遺傳物質可以是 DNA 或 RNA，但同一種病毒的遺傳物質通常只有一種。

病毒的遺傳物質可以是：

1. DNA：可以是單鏈 DNA (ssDNA) 或雙鏈 DNA (dsDNA)。
2. RNA：可以是單鏈 RNA (ssRNA) 或雙鏈 RNA (dsRNA)。

此題考驗對病毒結構術語的理解。

A. 蛋白質外殼（Capsid）：病毒衣，由蛋白質亞單位構成，包圍並保護病毒的核酸。
B. 核殼體（Nucleocapsid）：病毒的核酸與蛋白質外殼的組合。

此題考驗對病毒基因組結構類型的理解。

A. 二倍體（Diploid）：指細胞具有兩套染色體。這在病毒中不常見。
B. 分節（Segmented）：指基因組由多個獨立的、非相同的核酸分子組成。這些片段可以一起或分別被包裝到病毒顆粒中。例如，流感病毒的基因組就是分節的 RNA。
C. 多倍體（Polyploid）：指細胞具有多套染色體。這在病毒中不常見。

此題考驗對病毒結構組成的基本知識。

A. 莢膜（Capsule）：是某些細菌外層的額外保護層，不是病毒的組成部分。
B. 蛋白質外殼（Capsid）：這是病毒核酸外圍的蛋白質結構，用於保護核酸並協助病毒進入宿主細胞。
C. 基質（Matrix）：一些有包膜病毒（enveloped viruses）在蛋白質外殼和脂質外膜之間可能存在基質蛋白層，但它不是包圍核酸的蛋白質外殼本身。

此題考驗對與肝癌相關的病毒的知識。

A. 人類乳突病毒（Human papilloma virus, HPV）：主要與子宮頸癌、肛門癌、口咽癌等癌症相關。
B. 乙型肝炎病毒（Hepatitis B virus, HBV）：是導致慢性乙型肝炎的主要原因，慢性乙型肝炎是肝細胞癌（Hepatocellular carcinoma, HCC）最重要的危險因子之一。

此題考驗對血球凝集反應（Hemagglutination）的定義。血球凝集反應是一種常見的病毒學檢測方法，用於檢測病毒的存在或病毒的抗體。

血球凝集反應（Hemagglutination, HA）是指紅血球（red blood cells）在某些病毒（如流感病毒、腺病毒等）的存在下，發生聚集（clumping）的現象。病毒表面的特定結構（如血球凝集素 Hemagglutinin）可以與紅血球表面的受體結合，導致紅血球聚集在一起。

選項分析：
A. the clumping together of red blood cells in the presence of a viral suspension：這是血球凝集反應的正確定義。

此題考驗對類病毒（Viroids）的認知。類病毒是比病毒更小、結構更簡單的病原體，它們只由一條環狀的單鏈 RNA 分子組成，沒有蛋白質外殼。

類病毒的特點：

1. 只在植物宿主中發現。
2. 引起植物病害，導致農作物減產，例如馬鈴薯捲葉病（potato spindle tuber disease）、椰子惡性財富病（coconut cadang-cadang disease）等。
3. 不會感染動物或人類。

此題考驗對普利昂（Prions）的認知。普利昂是一種特殊的蛋白質性感染因子，與傳統的病毒、細菌等不同，它們不含核酸，僅由異常構象的蛋白質（PrPSc）引起。

普利昂的特點：

1. 普利昂主要感染中樞神經系統，引起海綿狀腦病（spongiform encephalopathies），如牛海綿狀腦病（BSE，狂牛症）、人類的庫賈氏病（Creutzfeldt-Jakob disease, CJD）、致死性家族性失眠症（Fatal Familial Insomnia, FFI）等。
2. 這些疾病影響的宿主包括：
   • 家畜（domestic animals）：如牛、羊（羊搔癢症 Scrapie）。
   • 人類（humans）。

此題考驗對不同類型白血球（leukocytes）在不同感染類型中數量的變化。

白血球的主要類型及其在感染中的作用：
A. 嗜中性球（Neutrophils）：是人體內數量最多的白血球，也是先天免疫系統的第一道防線。它們是吞噬細胞，對細菌感染尤其敏感，在細菌感染時會顯著升高（稱為嗜中性球增多症，neutrophilia）。它們也參與對真菌和某些病毒感染的反應。

B. 嗜鹼性球（Basophils）：釋放組織胺等物質，參與過敏反應和抵抗寄生蟲感染。在細菌感染時通常不顯著升高。

C. 單核球（Monocytes）：在血液中，分化為巨噬細胞（macrophages）和樹突狀細胞（dendritic cells），在吞噬病原體、呈遞抗原以及啟動適應性免疫方面起重要作

此題考驗巨噬細胞（Macrophages）的來源。

巨噬細胞是免疫系統中的重要吞噬細胞，它們起源於骨髓中的單核細胞（monocytes）。單核細胞在血液中循環，然後遷移到身體各組織，在那裡分化成熟為巨噬細胞。

選項分析：
A. 顆粒球（Granulocytes）：包括嗜中性球（neutrophils）、嗜酸性球（eosinophils）和嗜鹼性球（basophils）。

此題考驗對 B 細胞活化後分化產物的了解。B 細胞是適應性免疫系統的重要組成部分，負責產生抗體。

B 細胞的活化與分化過程：
當 B 細胞識別到特定抗原並接受 T helper 細胞的輔助信號後，會被活化。活化後的 B 細胞會增殖並分化成兩種主要細胞類型：

1. 漿細胞（Plasma cell）：這是 B 細胞的終末分化形式，主要功能是大量合成和分泌針對特定抗原的抗體。漿細胞的壽命相對較短。
2. 記憶 B 細胞（Memory B cell）：這些細胞壽命較長，可以在再次接觸相同抗原時快速啟動免疫反應。

核心觀念

本題考查原生生物（protists）的共同特徵與分類名詞，重點包括：

• 原生生物的能量代謝胞器
• 有殼與無殼變形蟲的區別
• 原生生物的營養方式與棲息環境
• 原生生物細胞質的區域性分化

其中最關鍵的是 testate、atestate 與 naked amoebae 的名詞辨析。

解題方法

逐一檢查各選項是否符合原生生物學的基本定義。這類題目的快速切入點，是先找出具有「名詞與定義相反」或「分類名稱使用錯誤」的敘述。

「testate」表示具有外殼或外部構造；「atestate」則表示沒有殼。因此，只要選項把兩者的定義顛倒，即可判定為錯誤。

選項分析

A. Protists' energy metabolism occurs within chloroplasts, mitochondria or hydrogenosomes.

此敘述正確。

原生生物是真核生物，能量轉換通常在特定胞器中進行：

• 葉綠體（chloroplast）：進行光合作用，將光能轉換為化學能。
• 粒線體（mitochondria）：進行有氧呼吸與氧化磷酸化，產生 ATP。
• 氫化體（hydrogenosomes）：存在於部分厭氧或缺氧環境中的原生生物，進行特殊形式的能量代謝，常產生氫氣。

因此，原生生物的能量代謝可與葉綠體、粒線體或氫化體有關。

B. Atestate are amoebae that bear external plates, while naked amoebae have no plates.

此敘述錯誤，為本題答案。

正確名詞應區分如下：

• Testate amoebae：具有外部殼（test）的變形蟲，殼可由細胞自行分泌，或由砂粒、碎片等外來材料組成。
• Atestate amoebae：沒有外部殼的變形蟲。
• Naked amoebae：無殼變形蟲，意義上接近 atestate amoebae。

因此，選項將「atestate」錯誤描述為具有外部板片；具有外殼者應是 testate amoebae，不是 atestate amoebae。

核心觀念

本題考查抗生素的主要作用標的：

• Tetracycline：作用於 $30S$ 核糖體次單元，抑制胺醯基-tRNA 進入。
• Penicillin：抑制細菌細胞壁肽聚糖的交聯反應。
• Quinolone：抑制細菌 DNA gyrase 與 topoisomerase IV，阻礙 DNA 複製。
• Chloramphenicol：作用於 $50S$ 核糖體次單元，抑制肽基轉移酶。
• Vancomycin：結合肽聚糖前驅物末端的 D-Ala-D-Ala，抑制細胞壁合成。

解題方法

先將每種抗生素與其主要作用位置配對，再核對選項中的「藥物—標的—作用結果」是否一致：

本題中，若選項完整符合上述配對，即為正確敘述。

選項分析

A. 錯誤

Tetracycline 並非結合 $5S$ 核糖體次單元，而是主要結合細菌 $30S$ 核糖體次單元，阻止 aminoacyl-tRNA 進入核糖體的 A site，因而抑制蛋白質合成。

$5S$ rRNA 位於 $50S$ 核糖體次單元中，並不是 tetracycline 的主要作用標的。

B. 錯誤

Penicillins 的主要作用不是抑制細菌 DNA 複製，而是抑制細胞壁肽聚糖的交聯。

Penicillin 結合 penicillin-binding proteins（PBPs），尤其是 transpeptidase，使肽聚糖鏈之間無法正常交聯，造成細胞壁結構脆弱，最終導致細菌裂解。其作用標的是細胞壁合成，而非 DNA replication。

C. 正確

Quinolones 會抑制細菌 DNA topoisomerases，主要包括：

• DNA gyrase（topoisomerase II）
• Topoisomerase IV

這些酵素負責在 DNA 複製與轉錄過程中調整 DNA 超螺旋、暫時切開並重新接合 DNA。Quinolones 穩定酵素與 DNA 形成的複合體，使 DNA 斷裂無法修復，進而抑制 DNA 複製並造成細菌死亡。

核心觀念

本題考查感染疾病的病程階段、莢膜的抗吞噬作用、空氣傳播粒子、致病島的基因組特徵，以及媒介傳播的分類。判斷關鍵是分清「潛伏期」與「前驅期」：從病原體進入宿主到出現症狀，稱為潛伏期；前驅期則是已出現輕微、非特異性症狀，到典型症狀出現之前的階段。

解題方法

逐項比對敘述與標準定義。A 將潛伏期的定義誤植為前驅期，因此為不正確的敘述；其餘選項描述的都是常見的感染或致病特徵。

選項分析

• A. 錯誤。「病原體進入宿主至徵候與症狀出現的時間」是潛伏期。前驅期發生在潛伏期之後，患者開始出現倦怠、輕微發燒等非特異性表現，之後才進入疾病表現較明顯的階段。此選項混淆了兩個病程階段。

• **B. 正確。**腦膜炎雙球菌（Neisseria meningitidis）具有多醣莢膜，可降低被宿主吞噬細胞吞噬的機會，並幫助細菌抵抗補體介導的清除，是重要的致病因子。美國疾病管制與預防中心：腦膜炎雙球菌疾病

此題考驗對厭氧氨氧化（anammox）反應的理解，要求找出錯誤的敘述。Anammox 反應是氮循環中的一個重要過程，主要由 Planctomycetes 門的細菌進行。

Anammox 反應的總體方程式為：
$\text{NH}_4^+ + \text{NO}_2^- \rightarrow \text{N}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$

詳細過程涉及幾個步驟：

1. 氨（$\text{NH}_4^+$）被氧化為亞硝基肼（nitrosylhydrazine）。
2. 亞硝基肼進一步反應生成肼（hydrazine）。
3. 肼（$\text{N}_2\text{H}_4$）被氧化為氮氣（$\text{N}_2$）。

選項分析：
A. 在 anammox 反應中，氨（$\text{NH}_4^+$）是電子供體（electron donor），被氧化。亞硝酸鹽（$\text{NO}_2^-$）是電子受體（electron acceptor）。此敘述正確。

B. Anammox 反應是一個厭氧過程（anaerobic），並且是氨的氧化（ammonia oxidation）。它發生在特定的厭氧菌（如 Planctomycetes）中。此敘述正確。

C. 這是 anammox 反應的一個關鍵中間步驟。氨（$\text{NH}_4^+$）被氧化為亞硝酸鹽（$\text{NO}_2^-$），然後亞硝酸鹽被還原為亞硝基肼（nitrosylhydrazine），再進一步形成肼（hydrazine）。一些文獻指出，在 anammox 過程中，肼（hydrazine）會被氧化。關於「氨與肼結合形成羥胺（hydroxylamine）」，並由亞硝酸鹽還原酶（nitrite reductase）催化，這並非 anammox 反應的標準描述。Anammox 反應的核心是氨和亞硝酸鹽直接反應生成氮氣。雖然羥胺（$\text{NH}_2\text{OH}$）可能作為中間產物，但其形成途徑和催化酶在此處的描述可能不準確。
傳統的 anammox 過程認為是：
$\text{NH}_4^+ + \text{NO}_2^- \rightarrow [\text{Intermediate}] \rightarrow \text{N}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$
更詳細的步驟可能是：

1. $\text{NH}_4^+$ + $\text{NO}_2^-$ $\rightarrow$ $\text{N}_2\text{H}_2\text{O}_2$ (亞硝基肼)
2. $\text{N}_2\text{H}_2\text{O}_2$ + $\text{NO}_2^-$ $\rightarrow$ $\text{N}_2\text{H}_4$ (肼) + 2$\text{NO}_2^-$ (或類似反應)
3. $\text{N}_2\text{H}_4$ $\rightarrow$ $\text{N}_2$ + $2\text{H}_2$
4. $\text{H}_2$ + $\text{NO}_2^-$ $\rightarrow$ $\text{N}_2$ + $2\text{H}_2\text{O}$ (或肼直接被氧化)

選項 C 的描述「Ammonium combines with hydrazine to form hydroxylamine in a reaction catalyzing by nitrite reductase」聽起來像是將氨和肼作為反應物，形成羥胺，並由亞硝酸鹽還原酶催化。這與 anammox 的主要反應路徑不符。Anammox 的關鍵是氨和亞硝酸鹽直接反應。

D. 厭氧氨氧化菌（Anammox bacteria）主要屬於 Planctomycetes 門。它們在全球氮循環中扮演重要角色，尤其是在海洋中，估計貢獻了約 50-70% 的將氨轉化為氮氣的過程。此敘述正確。

核心觀念

本題考查古菌的葡萄糖分解、膜脂特徵、產甲烷作用、嗜鹽代謝，以及自營古菌的二氧化碳固定與碳同化。判斷時要分清楚兩類方向相反的代謝：糖解作用分解葡萄糖以取得能量；糖質新生則由較小的碳源合成糖類與其他生合成前驅物。

自營古菌固定二氧化碳後，會先形成乙醯輔酶 A 等中央代謝中間物，再透過生合成途徑將碳納入細胞物質。若乙酸被同化，乙酸須先活化為乙醯輔酶 A；這不等於乙酸經由糖解作用被利用。

解題方法

逐一比對各選項所述的代謝方向與代表性生理特徵。A、D 涉及古菌常見的糖分解與嗜鹽生活型；B、C 分別描述特殊膜脂與產甲烷古菌的生理特性。E 則把碳同化和糖解作用混為一談：自營生長時，固定碳進入生合成通常涉及糖質新生方向，而不是以糖解作用描述乙酸的同化。

選項分析

A. 正確。
古菌的葡萄糖分解可採用修飾型 Embden–Meyerhof（EM）途徑，或修飾型 Entner–Doudoroff（ED）途徑。古菌途徑中的酵素組成與反應步驟可和典型細菌、真核生物的糖解途徑不同；ED 途徑還有半磷酸化與非磷酸化等變異型。古菌碳水化合物代謝綜述

B. 正確。
Thaumarchaeol 是與 Thaumarchaeota（奇異古菌門）相關的膜脂，也是辨識這類中溫古菌的重要脂質標誌。

此題考驗對微生物毒素（microbial toxins）的理解，要求找出錯誤的敘述。

A. 外毒素（Exotoxins）的性質：外毒素通常是蛋白質，對熱敏感（heat-labile），在 60-80°C 下容易變性失活。此敘述正確。

B. 赭麴毒素（Aflatoxins）：這是由某些黴菌（如黃麴黴菌 Aspergillus flavus）產生的毒素。它們是強致癌物，長期或急性暴露會導致肝臟疾病，包括肝癌。此敘述正確。

C. 內毒素（Endotoxins）的來源：內毒素是革蘭氏陰性菌（Gram-negative bacteria）細胞壁外膜的組成成分，主要是脂多醣體（LPS）。

核心觀念

本題考查 Proteobacteria 中幾類重要細菌的營養方式、電子供體與代謝特徵：

• 硝化細菌（nitrifying bacteria）：屬於好氧化能自營生物，進行硝化作用。
  • 氨氧化菌：$NH_3/NH_4^+ \rightarrow NO_2^-$
  • 亞硝酸氧化菌：$NO_2^- \rightarrow NO_3^-$
• 紫色非硫細菌（purple nonsulfur bacteria）：可依環境改變代謝方式，兼具好氧化能異營與厭氧光能異營能力。
• 紫色硫細菌（purple sulfur bacteria）：通常在厭氧、具光環境下，以硫化氫等無機物作為電子供體，進行無氧光合作用。
• 大腸桿菌（Escherichia coli）：厭氧時可進行混合酸發酵，重要酵素包括丙酮酸甲酸裂解酶與甲酸去氫酶系統。

解題方法

逐項比對各類細菌的：

1. 氧需求；
2. 能量來源；
3. 碳源與電子供體；
4. 代表性代謝途徑及關鍵酵素。

其中最容易出錯的是硝化反應方向，以及紫色硫細菌與紫色非硫細菌的營養型態。

選項分析

A. 錯誤

硝化細菌確實通常是好氧菌，但題目所寫的反應方向錯誤。

正確的硝化作用為：

以及：

選項卻寫成「氨氧化成硝酸鹽，或硝酸鹽氧化成亞硝酸鹽」。其中「硝酸鹽 $\rightarrow$ 亞硝酸鹽」是還原方向，不是硝化作用；硝化細菌進行的是亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽。

B. 正確

紫色非硫細菌具有代謝彈性：

• 在有氧、無光環境中，可利用有機物作為碳源與能源，進行化能有機異營生長；
• 在無氧、有光環境中，可利用光能，通常以有機物作為電子供體與碳源，進行光能有機異營生長。

因此，題目所述「好氧時為化能有機異營，厭氧時為光能有機異營」正確。

核心觀念

本題考查 Proteobacteria 中幾類重要細菌的營養方式、電子供體與代謝特徵：

• 硝化細菌（nitrifying bacteria）：屬於好氧化能自營生物，進行硝化作用。
  • 氨氧化菌：$NH_3/NH_4^+ \rightarrow NO_2^-$
  • 亞硝酸氧化菌：$NO_2^- \rightarrow NO_3^-$
• 紫色非硫細菌（purple nonsulfur bacteria）：可依環境改變代謝方式，兼具好氧化能異營與厭氧光能異營能力。
• 紫色硫細菌（purple sulfur bacteria）：通常在厭氧、具光環境下，以硫化氫等無機物作為電子供體，進行無氧光合作用。
• 大腸桿菌（Escherichia coli）：厭氧時可進行混合酸發酵，重要酵素包括丙酮酸甲酸裂解酶與甲酸去氫酶系統。

解題方法

逐項比對各類細菌的：

1. 氧需求；
2. 能量來源；
3. 碳源與電子供體；
4. 代表性代謝途徑及關鍵酵素。

其中最容易出錯的是硝化反應方向，以及紫色硫細菌與紫色非硫細菌的營養型態。

選項分析

A. 錯誤

硝化細菌確實通常是好氧菌，但題目所寫的反應方向錯誤。

正確的硝化作用為：

以及：

選項卻寫成「氨氧化成硝酸鹽，或硝酸鹽氧化成亞硝酸鹽」。其中「硝酸鹽 $\rightarrow$ 亞硝酸鹽」是還原方向，不是硝化作用；硝化細菌進行的是亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽。

B. 正確

紫色非硫細菌具有代謝彈性：

• 在有氧、無光環境中，可利用有機物作為碳源與能源，進行化能有機異營生長；
• 在無氧、有光環境中，可利用光能，通常以有機物作為電子供體與碳源，進行光能有機異營生長。

因此，題目所述「好氧時為化能有機異營，厭氧時為光能有機異營」正確。

此題考驗對遲緩桿菌綱（Mollicutes）和非變形菌門革蘭氏陰性菌（nonproteobacterial Gram-negative bacteria）的了解，要求找出錯誤的敘述。

A. 綠硫細菌（Green sulfur bacteria）：這類細菌是光合細菌，屬於 Chlorobi 門。它們是厭氧的，利用硫化物（如 $\text{H}_2\text{S}$）、元素硫（S）和氫氣（$\text{H}_2$）作為電子供體，進行光合作用。此敘述正確。

B. 紫色和綠色細菌的色素：紫色細菌和綠色細菌擁有不同類型的細菌葉綠素（bacteriochlorophylls），它們吸收的光波長範圍更廣，特別是能吸收較長波長的光。這使得它們可以在水體較深處、光線較弱但仍存在硫化物等還原劑的厭氧環境中進行光合作用。此敘述正確。

C. 擬桿菌門（Bacteroidetes）：擬桿菌門是一個重要的細菌類群，其中許多成員是厭氧菌，生活在動物的腸道和瘤胃中，作為共生菌參與消化。例如，Bacteroides 屬的細菌。此敘述正確。

球狀體（Spheroplast）是指細菌細胞經過處理，使其細胞壁（cell wall）被去除或嚴重破壞後，僅保留細胞膜（cell membrane）和內部細胞質的結構。這種處理通常通過酶（如溶菌酶 lysozyme）作用於細胞壁的肽聚醣層，或通過在等滲壓環境下使用青黴素等抑制細胞壁合成的抗生素來實現。

抗酸染色法（Acid-fast staining）是一種特殊的細菌染色技術，主要用於鑑別和檢測具有抗酸性（acid-fastness）的細菌，最著名的是結核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis）及其近緣菌種。

這種染色法的原理基於這些細菌細胞壁中含有大量的 mycolic acids，這是一種長鏈的脂肪酸。Mycolic acids 使細胞壁對酸和脫色劑（如酒精）具有很強的抵抗力。

抗酸染色法的步驟通常包括：

1. 初染（Primary staining）：使用強染劑，如碳酚復紅（carbolfuchsin），加熱或與酚類物質一起作用，使抗酸性細菌的細胞壁能被深紅色染料著色。

菌落形成單位（Colony Forming Unit, CFU）是指在微生物學中，用於估計樣本中活的、能夠繁殖的微生物（通常是細菌或真菌）數量的單位。一個 CFU 通常代表一個單獨的微生物細胞或一個微生物細胞的聚集體（如鏈狀細菌），它們在固體培養基上生長，最終形成一個可見的菌落。

CFU 的概念之所以重要，是因為並非樣本中的所有微生物都能在培養條件下生長形成菌落。有些微生物可能是死的，或者處於休眠狀態，或者對培養基、溫度、氧氣等條件不適應。因此，CFU 的數量比直接計數總微生物細胞數（total cell count）更能反映樣本中具有活力的微生物數量。

Toll 樣受體（Toll-Like Receptors, TLRs）是模式識別受體（Pattern Recognition Receptors, PRRs）家族中的一類重要跨膜蛋白。它們在先天免疫系統（innate immune system）中扮演關鍵角色，能夠識別病原體相關分子模式（Pathogen-Associated Molecular Patterns, PAMPs）以及損傷相關分子模式（Damage-Associated Molecular Patterns, DAMPs），從而啟動免疫反應。

TLRs 的特點：

1. 識別 PAMPs：TLRs 識別的 PAMPs 是微生物在演化過程中保守存在的分子結構，如細菌的脂多醣體（LPS，由 TLR4 識別）、肽聚醣（由 TLR2 識別）、鞭毛蛋白（由 TLR5 識別）、細菌 DNA（由 TLR9 識別）、真菌的幾丁質（由 TLR2 和 TLR

先天免疫（Innate immunity），又稱非特異性免疫，是生物體對抗病原體的第一道防線。它是一種快速、廣譜的免疫反應，不依賴於先前暴露於特定病原體。

先天免疫的主要組成部分和機制包括：

1. 物理和化學屏障：
   • 皮膚和黏膜：阻止病原體進入體內。
   • 分泌物：如淚液、唾液、胃酸、黏液等，含有殺菌物質或能清除病原體。
   • 正常菌群：競爭性抑制病原體的生長。
2. 細胞成分：
   • 吞噬細胞：如巨噬細胞（macrophages）、中性球（neutrophils），能夠吞噬和殺滅病原體。
   • 自然殺手細胞（Natural killer cells, NK cells）：能夠識別並殺傷被病毒感染的細胞和腫瘤細胞。

超級抗原（Superantigens, SAGs）是一類能夠繞過正常抗原呈遞過程，直接激活大量 T 細胞的特殊蛋白質。它們通常由某些細菌（如金黃色葡萄球菌 Staphylococcus aureus、化膿性鏈球菌 Streptococcus pyogenes）或病毒產生，或由某些免疫細胞（如表達的病毒整合基因產物）產生。

超級抗原的作用機制：

1. 非特異性 T 細胞激活：與 T 細胞受體（TCR）的 Vβ 鏈和主要組織相容性複合體（MHC）II 類分子的特定區域結合。
2. 繞過抗原呈遞：超級抗原不需要被抗原呈遞細胞（APCs）處理和呈遞，它可以直接與 APCs 上的 MHC II 分子結合，並同時與 T 細胞上的 TCR 結合。

類轉換（Class switching），又稱類別轉換重組（Class switch recombination, CSR），是 B 細胞在抗原刺激和 T helper 細胞輔助下，改變其分泌的抗體類別（isotype）的一種免疫機制。

B 細胞最初表達的抗體是 IgM 和 IgD。當 B 細胞受到抗原刺激並獲得 T helper 細胞的信號後，會進入一個稱為類轉換的過程。在這個過程中，B 細胞的基因重排會發生改變，將抗體基因的 V(D)J 重組區域（決定抗體結合抗原的特異性）與下游的另一個 C 區基因（encoding the constant region of the antibody he

半數致死劑量（Lethal Dose 50%, LD50），也稱為半數致死量，是指在給定暴露途徑下，能夠導致測試群體中 50% 受試對象死亡的物質（如毒素、藥物、輻射或病原體）的劑量。

LD50 的概念在毒理學、藥理學和微生物學中廣泛應用，用於評估物質的急性毒性或致病性。劑量越低，表示該物質的毒性越強，致死性越高。

反硝化作用（Denitrification）是氮循環中的一個關鍵過程，主要由兼性厭氧或專性厭氧的微生物（主要是細菌）進行。在這個過程中，硝酸鹽（nitrate, $\text{NO}_3^-$）或亞硝酸鹽（nitrite, $\text{NO}_2^-$）被還原為氣態的氮化合物，主要是氮氣（$\text{N}_2$），但也可能產生一氧化二氮（$\text{N}_2\text{O}$）或一氧化氮（NO）。

反硝化作用的化學反應式通常是：

生物修復（Bioremediation）是指利用微生物（如細菌、真菌）或植物的代謝能力，來降解、轉化或固定環境中的污染物，以恢復環境的技術。這是一種環境友善、成本相對較低的污染處理方法。

生物修復的原理：
許多微生物具有廣泛的代謝能力，能夠分解有機物，包括一些複雜的、有毒的污染物，將其轉化為無害的物質（如 $\text{CO}_2$ 和水），或將其固定在微生物體內。

生物修復的類型：

1. 原位生物修復（In situ bioremediation）：在污染現場直接進行處理，無需將污染物移走。這包括：

互利共生（Mutualism）是一種生態學上的相互作用，其中兩種不同物種的生物共同生活，並且雙方都能從這種關係中獲得好處。這種關係通常被認為是「雙贏」（win-win）的。

互利共生的特點：

1. 雙方獲益：參與互利共生的兩個物種，它們的生存、生長或繁殖能力都會因這種關係而得到提升。
2. 長期或短期的密切聯繫：互利共生可以是長期的、緊密的共生關係（如地衣，由真菌和藻類組成），也可以是相對短期的、機會性的相互作用。
3. 廣泛存在於自然界：互利共生關係在各種生態系統中都普遍存在，包括微生物群落、植物與動物、植物與微生物之間。

抗生素（antibiotics）是能夠抑制或殺死微生物（特別是細菌）的物質。根據其作用方式，可以將抗生素分為兩大類：抑菌性抗生素（bacteriostatic antibiotics）和殺菌性抗生素（bactericidal antibiotics）。

抑菌性抗生素 (Bacteriostatic Antibiotics)

• 作用：這類抗生素的作用是抑制細菌的生長和繁殖，而不是直接殺死它們。它們通常通過干擾細菌的關鍵代謝過程來實現，例如：
  • 抑制蛋白質合成（如四環黴素 Tetracyclines, 氯黴素 Chloramphenicol, 紅黴素 Erythromycin）。
  • 抑制核酸合成（如磺胺類 Sulfonamides）。
• 機制：它們阻止細菌進行分裂和增殖，從而為宿主的免疫系統爭取時間來清除病原體。一旦移除了抑菌性抗生素，細菌的生長就可以恢復。
• 例子：四環黴素、氯黴素、紅黴素、磺胺類藥物。

殺菌性抗生素 (Bactericidal Antibiotics)

• 作用：這類抗生素能夠直接殺死細菌。它們通常通過破壞細菌的關鍵結構或功能來實現。
• 機制：它們的作用是不可逆的，即使移除了藥物，細菌也無法恢復。殺菌性抗生素的作用通常比抑菌性抗生素更強，對於免疫功能較弱的患者或嚴重的感染尤其重要。
• 例子：

好的，這是一題關於革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌細胞壁結構比較與對比的經典微生物學題目。這題主要在考驗你對細菌細胞壁結構的詳細了解，以及兩者之間的差異性與相似性。

解題過程

細菌的細胞壁是維持細胞形態、保護細胞免受滲透壓破裂以及參與與宿主交互作用的重要結構。革蘭氏染色法是區分細菌的重要方法，其結果很大程度上取決於細胞壁的組成。

1. 革蘭氏陽性菌 (Gram-positive bacteria) 細胞壁

• 主要成分： 厚層的肽聚醣 (peptidoglycan)。肽聚醣是一種由 N-乙醯葡萄糖胺 (NAG) 和 N-乙醯胞壁酸 (NAM) 交替連接而成的多醣鏈，並透過肽鏈相互交聯形成網狀結構。
• 結構特點：
  • 肽聚醣層非常厚，可達 20-80 奈米，佔細胞壁乾重的 90% 以上。
  • 肽聚醣層的外部通常含有磷壁酸 (teichoic acids) 和脂磷壁酸 (lipoteichoic acids)。磷壁酸是聚核糖醇磷酸或聚甘油醇磷酸，透過共價鍵連接到肽聚醣的 NAM 殘基上；脂磷壁酸則透過脂質部分錨定在細胞膜上，並延伸至肽聚醣層。
  • 磷壁酸和脂磷壁酸帶有負電荷，對於維持細胞壁的負電荷、離子交換、黏附宿主細胞以及參與免疫反應等方面具有重要作用。
  • 細胞壁外沒有額外的膜結構。
• 革蘭氏染色反應： 在革蘭氏染色過程中，由於厚層的肽聚醣能有效保留結晶紫-碘複合物，因此會被染成紫色。

2. 革蘭氏陰性菌 (Gram-negative bacteria) 細胞壁

• 主要成分：
  • 薄層的肽聚醣： 肽聚醣層相對較薄，僅約 5-10 奈米，佔細胞壁乾重的 5-20%。
  • 外膜 (outer membrane)： 這是革蘭氏陰性菌細胞壁最顯著的特徵。外膜是一層雙層結構，由內向外分別是磷脂質內層和外層的脂多醣 (lipopolysaccharide, LPS)。
• 結構特點：
  • 脂多醣 (LPS)： LPS 是革蘭氏陰性菌外膜的主要成分，由三部分組成：
    • 脂質 A (Lipid A)： 嵌入外膜磷脂雙層中，是 LPS 的疏水性部分，具有內毒素活性，可引起宿主的發燒、休克等炎症反應。
    • 核心寡醣 (Core oligosaccharide)： 連接在脂質 A 上，包含多種糖類，是相對保守的結構。
    • O 抗原 (O antigen) 或側鏈多醣 (O-specific polysaccharide)： 連接在核心寡醣上，是高度變異的結構，具有抗原特異性，是細菌分類和辨識的重要標誌。
  • 孔蛋白 (Porins)： 存在於外膜中，形成通道，允許小分子物質（如營養物、離子）通過外膜進入周質空間。
  • 周質空間 (Periplasmic space)： 位於細胞膜和外膜之間，包含一層薄的肽聚醣層以及許多蛋白質，如水解酶、結合蛋白等。
  • 細胞壁外沒有磷壁酸。
• 革蘭氏染色反應： 在革蘭氏染色過程中，由於肽聚醣層薄且外膜含有脂質，在脫色步驟中，酒精會溶解外膜的脂質並使肽聚醣層的結晶紫-碘複合物脫落，隨後被 safranin 染成紅色。

3. 比較與對比 (Compare and Contrast)

| 特徵 | 革蘭氏陽性菌 (Gram-positive) | 革蘭氏陰性菌 (Gram-negative) |