114 年 國立臺灣海洋大學食品科學系碩士班生物科技組《微生物學》

本題考驗高壓滅菌（Autoclaving）的適用性。高壓滅菌是利用高溫高壓（通常為 121°C，15 psi）來殺滅微生物，常用於滅菌實驗器材、培養基等。然而，某些物質在高溫高壓下可能會發生變性、分解或爆炸，因此不適用高壓滅菌。

(a) 玻璃（Glass）：玻璃製品通常能耐高溫高壓，是高壓滅菌的常用滅菌對象。
(b) 氯化鈉溶液（Sodium chloride solution）：高濃度的鹽溶液本身也具有一定的抑菌效果，且其化學性質穩定，耐高溫高壓，可透過高壓滅菌來滅菌。

本題考驗食品保存的常見方法和使用的化學抑菌劑。食品保存的目的是抑制或殺滅微生物的生長，延長食品的保質期。

(a) 硝酸鈉（Sodium nitrate）：常作為亞硝酸鹽的前驅物，在醃製肉製品（如火腿、香腸）中，可以抑制肉毒桿菌（Clostridium botulinum）的生長，同時也提供肉製品的粉紅色澤和特殊風味。
(b) 丙酸鈉（Sodium propionate）：是一種常見的食品防腐劑，尤其對黴菌和酵母菌有較好的抑制效果，常用於麵包、糕點等烘焙食品。

核心觀念

本題考查細菌 DNA 複製的基本機制，包括：

1. DNA polymerase 的合成方向。
2. leading strand 與 lagging strand 的合成方式。
3. DNA primer 的種類。
4. 細菌環狀染色體的複製方向。

DNA polymerase 只能將新的核苷酸接到既有核酸鏈的 $3'$-OH 端，因此新 DNA 鏈一律以：

$$5' \rightarrow 3'$$

方向合成。DNA 複製開始時，需要由 primase 合成一小段 RNA primer，提供 DNA polymerase 所需的 $3'$-OH 端。

解題方法

判斷各選項是否符合 DNA 複製的三項基本原則：

• DNA polymerase 只能進行 $5' \rightarrow 3'$ 合成。
• leading strand 可配合複製叉前進而連續合成。
• lagging strand 必須分段合成，且每一段都由 RNA primer 啟動。
• 細菌環狀染色體通常由單一複製起點開始，形成兩個複製叉，向相反方向進行。

其中最容易混淆的是 primer 的種類：DNA 複製所需的 primer 是 RNA primer，不是 DNA primer。

選項分析

a) DNA polymerase joins nucleotides in one direction only.

此敘述正確。

DNA polymerase 只能將新核苷酸接到正在延長之 DNA 鏈的 $3'$-OH 端，因此新鏈的合成方向固定為：

$$5' \rightarrow 3'$$

DNA polymerase 無法直接以 $3' \rightarrow 5'$ 方向合成 DNA。

b) The leading strand of DNA is made continuously.

此敘述正確。

本題考驗 cDNA（complementary DNA，互補 DNA）在基因工程中的價值。cDNA 是通過逆轉錄酶（reverse transcriptase）以 mRNA 為模板合成的 DNA。

mRNA 是由基因轉錄而來，但經過剪接（splicing）過程，去除了內含子（introns），只保留了外顯子（exons）。因此，mRNA 攜帶的是基因的蛋白質編碼序列。

cDNA 的特點：

1. 缺乏內含子（introns）：由於 mRNA 中沒有內含子，因此以 mRNA 為模板合成的 cDNA 也就不含有內含子。
2. 僅包含外顯子（exons）：cDNA 包含的是 mRNA 中所有的外顯子序列，這些序列直接編碼蛋白質。
3. 是 DNA 形式：cDNA 是 DNA 分子，具有 DNA 的穩定性，可以被插入到載體中進行複製、表達等。

在基因工程中，使用 cDNA 的主要優勢是：

• 簡化基因結構：當需要在大腸桿菌等原核生物中表達真核生物的基因時，由於原核生物缺乏剪接機制，無法去除內含子，直接使用基因組 DNA（gDNA）會導致無法產生功能性蛋白質。

本題考驗對植物病原菌 Agrobacterium tumefaciens 及其獨特能力的理解。Ti 質體（Tumor-inducing plasmid）是該菌株攜帶的一個重要質體。

Agrobacterium tumefaciens（根癌農桿菌）是一種土壤細菌，以其能夠誘導植物產生腫瘤（根癌）的能力而聞名。這種能力源於它攜帶的 Ti 質體。Ti 質體包含 T-DNA（transfer DNA）區域，該區域可以在特定條件下轉移到植物細胞的基因組中，並整合到植物 DNA 中。T-DNA 中含有誘導植物細胞不受控制生長（形成腫瘤）和合成異常代謝物（如類鴉片酸，opines）的基因。

Agrobacterium tumefaciens 的 Ti 質體是植物基因工程中常用的載體，因為它可以將外源基因高效地整合到植物基因組中。

分析選項：
a) Thermus aquaticus：這是一種耐高溫的細菌，是 Taq 聚合酶的來源，與 Ti 質體無關。

本題考驗分子演化學和系統發生學的基本原理，特別是 rRNA 在分類學上的應用。

rRNA（核糖體 RNA）在所有生物體中都普遍存在，並且在細胞功能上高度保守。然而，在 rRNA 的序列中，也存在著隨時間演化的變異。這些變異的速率相對較慢且穩定，因此 rRNA 序列的相似性可以反映生物體之間的親緣關係。

如果兩個生物體具有相似的 rRNA 序列，這意味著它們在演化歷史上分歧的時間相對較近，或者它們在該序列上經歷的突變較少。這最直接的推論是它們擁有一個共同的祖先，並且在演化上是近親。

分析選項：
a) They live in the same place. (牠們生活在同一個地方) - 生物體的地理分佈受多種因素影響（如棲息地、食物來源、氣候等），僅憑 rRNA 序列相似性無法推斷其地理位置。
b) They evolved from a common ancestor. (牠們演化自一個共同的祖先) - rRNA 序列的相似性是衡量親緣關係的指標，相似的序列通常意味著較近的共同演化歷史，因此可以推斷它們演化自一個共同的祖先。這是最直接且合理的結論。

本題考驗生物分類學中的「物種」（species）定義。在生物分類學中，物種是基本的分類單位，也是最基礎的分類等級。

生物分類學的等級結構通常是：界（Kingdom）、門（Phylum/Division）、綱（Class）、目（Order）、科（Family）、屬（Genus）、種（Species）。在這個層級結構中，種是最小、最基礎的分類單位，所有更高級別的分類單元（如屬、科、綱等）都是由更低級別的單位組成的。

分析選項：
a) A taxon composed of families. (由科組成的分類單元) - 科（Family）是由屬（Genus）組成的，而屬是由種（Species）組成的。所以，一個「由科組成的分類單元」指的是「目」（Order）。
b) A taxon belonging to a genus. (屬於某個屬的分類單元) - 這是對「種」的正確描述。一個物種是屬於一個特定的屬。
c) A taxon comprised of classes. (由綱組成的分類單元) - 綱（Class）是由目（Order）組成的，目是由科（Family）組成的，科是由屬（Genus）組成的，屬是由種（Species）組成的。所以，一個「由綱組成的分類單元」指的是「界」（Kingdom）或「門」（Phylum/Division）。
d) The most specific taxon. (最基礎的分類單元) - 這也是對「種」的正確描述。

本題考驗對潛伏性病毒（Latent viruses）在宿主細胞內存在的形式的理解。潛伏性病毒是指那些能夠在宿主細胞內長期存在，但通常不引起明顯症狀的病毒。在適當的條件下，它們可以重新活化並進入複製週期。

潛伏性病毒在宿主細胞內主要以兩種形式存在：

1. 原病毒（Provirus）：對於某些 RNA 病毒（如反轉錄病毒）或 DNA 病毒，它們的遺傳物質會整合到宿主細胞的染色體 DNA 中，成為宿主基因組的一部分。這種整合形式的病毒基因組被稱為原病毒。原病毒可以隨著宿主細胞的分裂而傳遞給子代細胞。
2. 潛伏性病毒顆粒（Latent viral particles）：對於某些 DNA 病毒（如疱疹病毒），它們可以以獨立的 DNA 分子形式存在於細胞核中，不整合到宿主染色體，但也不進行複製或僅進行極少量的複製，處於不活躍狀態。

題目問的是「Latent viruses are present in cells as」，需要找出病毒潛伏狀態下的存在形式。

分析選項：
a) Capsids. (衣殼) - 衣殼是病毒顆粒的蛋白質外殼，包含病毒的遺傳物質。

本題考驗不同滅菌或抑菌方法的原理和效果。Bactericidal 指的是殺滅細菌的行為，而 bacteriostatic 則是抑制細菌生長。題目要求選出「most likely to be bactericidal」（最可能殺滅細菌的）。

a) 膜過濾（Membrane filtration）：這是一種物理方法，通過具有特定孔徑的濾膜，將細菌等微生物從液體或氣體中去除。它是一種「去除」微生物的方法，而不是「殺滅」微生物。過濾後的濾膜上保留了細菌，但細菌本身可能仍然存活。
b) 電離輻射（Ionizing radiation）：例如伽馬射線（γ-rays）或電子束（electron beams）。電離輻射具有很高的能量，可以破壞微生物的 DNA，細胞膜和其他重要分子，導致其死亡。這是一種有效的殺滅微生物的方法，常被用於滅菌。
c) 凍乾（Lyophilization）：也稱為冷凍乾燥。這是一種通過冷凍後在真空下昇華冰晶來去除水分的方法。凍乾可以顯著降低水分活度，抑制微生物的生長，但並非所有微生物都能被完全殺滅。許多細菌孢子或耐旱微生物可以在凍乾後存活，並在重新獲得水分後恢復活性。

核心觀念

DNA 雙股核酸以「互補鹼基配對」及「反向平行」方式形成雙股：

• $A$ 與 $T$ 配對
• $G$ 與 $C$ 配對

題目給出的 DNA probe 為：

$$3'-GGCTTA-5'$$

其互補股必須按照反向平行方向排列，因此應為：

$$5'-CCGAAT-3'$$

所以關鍵不只是找互補序列，也要確認兩股的 $5'$ 與 $3'$ 方向相反。

解題方法

逐一依照鹼基配對規則排列：

Probe	互補鹼基
$3'-G$	$C-5'$
$3'-G$	$C-5'$
$3'-C$	$G-5'$
$3'-T$	$A-5'$
$3'-T$	$A-5'$
$3'-A$	$T-5'$

若將互補股依正常書寫方向由 $5'$ 端寫到 $3'$ 端，即為：

$$5'-CCGAAT-3'$$

因此正確選項為 d。

選項分析

a) $5'-CCGUUA$

錯誤。雖然其方向為 $5'$ 到 $3'$，但序列並非 probe 的完整互補序列：

• $G$ 應與 $C$ 配對
• $C$ 應與 $G$ 配對
• $T$ 應與 $A$ 配對
• DNA 中的 $T$ 不應以此序列中的 $U$ 取代

核心觀念

轉錄是以 DNA 的一股作為模板，由 RNA 聚合酶合成 RNA 的過程。RNA 聚合酶沿 DNA 模板股讀取方向為 $3' \to 5'$，並以 $5' \to 3'$ 方向合成 RNA。

• 啟動子（promoter）：位於基因轉錄起始點上游的 DNA 序列，是 RNA 聚合酶及相關轉錄因子辨識、結合並啟動轉錄的位置。啟動子也參與決定轉錄起始位置與方向。
• 終止子（terminator）：使 RNA 聚合酶停止轉錄並釋出新生 RNA 的 DNA 序列。細菌中可透過 RNA 形成髮夾結構並促使轉錄終止，或由 Rho 蛋白參與終止；真核生物的轉錄終止機制則依 RNA 聚合酶種類而異。
• 信使 RNA（mRNA）：轉錄產物之一，攜帶由 DNA 複製而來的遺傳訊息。在蛋白質合成時，核糖體讀取 mRNA 的密碼子，以此作為合成多肽的模板。

解題方法

核心觀念

本題考查噬菌體感染細菌後的兩種增殖途徑：溶原循環（lysogenic cycle）與溶菌循環（lytic cycle）。關鍵在於噬菌體基因體進入宿主後，是先以潛伏狀態與宿主共存，還是立即大量複製並破壞宿主細胞。

解題方法

比較兩種循環時，可依序看三件事：噬菌體基因體的狀態、是否立即製造新噬菌體，以及宿主細胞的命運。

比較項目	溶原循環	溶菌循環
基因體狀態	噬菌體基因體整合進細菌染色體，或以其他方式在細胞內維持；整合於染色體中的噬菌體基因體稱為前噬菌體（prophage）	噬菌體基因體立即表現並進行複製
新噬菌體產生	潛伏期間通常不大量製造完整噬菌體	製造噬菌體核酸與蛋白質，組裝成新的噬菌體
宿主細胞命運	細菌存活並分裂，前噬菌體可隨宿主染色體一同複製、傳給子細胞	新噬菌體釋出時，通常使細菌細胞裂解死亡

核心觀念

PCR（聚合酶連鎖反應，polymerase chain reaction）是在試管中，利用耐熱型 DNA 聚合酶與兩條引子，反覆複製特定 DNA 片段的方法。反應液通常含有模板 DNA、正向與反向引子、dNTP、DNA 聚合酶及適當的緩衝液；溫度循環則依序完成 DNA 變性、引子退火與 DNA 延伸。理想狀況下，每循環使目標片段數量約增為兩倍，經 $n$ 個循環後可近似表示為 $2^n$ 倍增，但實際反應會受效率與試劑耗減影響。美國國家醫學圖書館 PCR 說明

PCR 主要用途是擴增 DNA，本身不等同於 DNA 重組；在 DNA 重組實驗中，可利用帶有同源重疊序列的引子，透過重疊延伸 PCR（overlap-extension PCR）將不同 DNA 片段接合，或引入指定突變。此題主要考查 PCR 的原理，以及各階段溫度對反應的作用。

解題方法：依溫度循環順序說明

典型 PCR 會在熱循環儀中重複以下三個步驟。實際溫度與時間須依聚合酶種類、引子序列及模板特性調整。

階段	常用溫度	作用
初始變性	約 $94$–$98^\circ\mathrm{C}$	使雙股 DNA 分開；也可協助活化部分熱啟動型聚合酶。
變性（denaturation）	約 $94$–$98^\circ\mathrm{C}$	每循環使雙股 DNA 解離成單股，讓引子能接觸互補序列。
退火（annealing）	常約 $50$–$65^\circ\mathrm{C}$	降溫使引子與模板上的互補序列配對。溫度依引子的熔解溫度 $T_m$ 設定，常以略低於 $T_m$ 作為起始條件，再視結果最佳化。
延伸（extension）	常約 $72^\circ\mathrm{C}$	耐熱 DNA 聚合酶由引子末端開始，依模板序列加入 dNTP，合成新 DNA 鏈。

核心觀念

本題考查將外源（異源）DNA送入受體細胞的方式。外源 DNA 進入細胞後，可能以染色體外 DNA 形式存在，也可能整合進宿主染色體；是否能表現，還取決於 DNA 是否含有適合該宿主的啟動子、複製起點及其他調控序列。

題目未限定細胞種類，因此以下列出五種常見的基因導入方法，涵蓋細菌與真核細胞。

解題方法：五種導入方式

1. 化學轉形／轉染（chemical transformation/transfection）
   對細菌，可用氯化鈣等化學處理使細胞暫時具有攝取質體 DNA 的能力，再以熱休克促進 DNA 進入細胞，此法稱為化學轉形。對真核細胞，可用磷酸鈣沉澱或脂質體包覆 DNA，使細胞攝取 DNA，此類操作常稱為轉染。

2. 電穿孔（electroporation）
   將細胞與外源 DNA 混合後施加短暫電場，使細胞膜短時間形成孔洞，DNA 因而進入細胞。電穿孔可用於細菌、酵母及多種動植物細胞；電場條件須配合細胞種類調整，以兼顧導入效率與細胞存活率。

核心觀念

本題考查「微生物」的定義，以及不同類群在細胞構造、遺傳物質、繁殖方式與營養型態上的差異。微生物是體型微小、通常需藉助顯微鏡觀察的生物或感染性因子；「微生物」是依研究與觀察尺度形成的分類概念，並非單一的分類階層。

多數微生物由單一細胞構成，也包含部分微小的多細胞生物。病毒沒有細胞構造，須在宿主細胞內複製，嚴格而言不屬於細胞生物；但在微生物學中仍常與微生物一併研究。

解題方法

作答時先界定「微生物」的範圍，再依主要類群逐項比較。每一類至少交代其細胞型態、重要構造及繁殖或生存方式，並特別區分原核生物、真核生物與非細胞性因子。

不同類型微生物的特徵

類群	細胞與構造	主要特徵及繁殖方式
細菌	原核生物，沒有膜狀細胞核及膜狀胞器；通常具有細胞膜與細胞壁，細胞壁主要含肽聚醣	常見形態有球菌、桿菌與螺旋菌；多以二分裂繁殖。代謝多樣，可為異營或自營、需氧或厭氧，也有兼性厭氧菌。部分種類能形成內生孢子以耐受不利環境。
古菌	原核生物，沒有膜狀細胞核；細胞膜脂質及細胞壁組成與細菌不同，通常不含肽聚醣	形態與部分生理特徵可類似細菌，但在分子與生化特性上形成獨立類群。許多古菌能生活於高溫、高鹽、酸性或缺氧環境；甲烷生成作用只見於古菌。
真菌	真核生物，具有細胞核及膜狀胞器；細胞壁主要含幾丁質	包括酵母菌、黴菌及大型真菌。酵母菌多為單細胞，可出芽或分裂；黴菌由菌絲構成，常以孢子繁殖。

核心觀念

革蘭氏染色（Gram stain）是鑑別染色法，利用細菌細胞壁結構差異，觀察細胞在脫色步驟後能否保留結晶紫—碘複合物。染色結果可初步分為革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌。標準流程包含初染、媒染、脫色及複染四個步驟。美國微生物學會染色流程

解題方法與操作步驟

答題時依序交代製備抹片、四個染色步驟及觀察結果，並說明脫色是決定染色結果的關鍵步驟。

1. 製備抹片與固定：將菌液薄薄塗在玻片上，風乾後以熱固定，使細菌附著於玻片。避免抹片過厚，否則染色與脫色不均。
2. 初染：以結晶紫（crystal violet）覆蓋抹片，再以水沖洗。此時革蘭氏陽性菌與陰性菌都呈紫色。
3. 媒染：加入革蘭氏碘液（Gram’s iodine），再以水沖洗。碘作為媒染劑，與結晶紫形成較大的結晶紫—碘複合物。
4. 脫色：以乙醇、丙酮或其混合液短暫處理，隨即以水沖洗停止脫色。脫色時間須控制得當，是全程最關鍵的一步。
5. 複染：以番紅（safranin）染色，再以水沖洗並吸乾玻片。以油鏡觀察：紫色細菌判為革蘭氏陽性，粉紅或紅色細菌判為革蘭氏陰性。

核心觀念

本題要比較乳酸菌將葡萄糖發酵時的代謝途徑、主要終產物與能量產率。判別重點是：葡萄糖主要走哪一條代謝途徑，以及碳最後分配到哪些產物。

• 同型乳酸發酵（homofermentative）：主要以糖解作用的 EMP 途徑分解葡萄糖，乳酸是幾乎唯一的主要發酵終產物。
• 異型乳酸發酵（heterofermentative）：主要經由磷酸戊糖－磷酸酮解酶途徑分解葡萄糖，除乳酸外，也產生乙醇及二氧化碳。

「同型」和「異型」指的是發酵產物的種類，不是菌體形態或是否只產生單一代謝物。參考資料指出，同型乳酸菌主要經 EMP 途徑產生乳酸；異型乳酸菌則經磷酸酮解酶途徑產生多種產物。NCBI《Medical Microbiology》、威斯康辛大學乳酸菌教材

解題方法

作答時依序比較「途徑、產物、ATP 淨產量」，並用每莫耳葡萄糖的總反應式呈現差異。

同型乳酸發酵

葡萄糖經 EMP 途徑形成兩分子丙酮酸，再由乳酸脫氫酶將丙酮酸還原成乳酸；此反應同時氧化 NADH，回收 NAD⁺，讓糖解作用可以持續進行。

$$\text{葡萄糖} + 2\text{ADP} + 2\text{P}_{i} \rightarrow 2\text{乳酸} + 2\text{ATP} + 2\text{H}_{2}\text{O}$$

每莫耳葡萄糖的淨產量為 2 莫耳乳酸與 2 莫耳 ATP。

異型乳酸發酵

葡萄糖經磷酸戊糖－磷酸酮解酶途徑分解，產生的碳流分別形成乳酸、乙醇及二氧化碳；乙醇形成過程可消耗 NADH，協助再生 NAD⁺。

核心觀念

細菌生長是指細胞合成細胞成分並分裂，使族群數量增加。要支持生長，培養環境須同時提供足夠的營養與能量，並維持該菌種可生長的物理、化學條件。不同細菌的需求不同，因此「必需因子」是指符合特定菌種需求的因子，不代表所有細菌都需要同一種碳源或氧氣。OpenStax：微生物生長需求

解題方法

可把題目拆成兩部分回答：細菌需要哪些物質作為營養與代謝來源，以及環境需維持哪些適合生長的條件。

1. 營養與代謝所需物質

   • 水分：提供代謝反應與物質運輸所需的環境；重點是可利用水分。
   • 碳源與能量來源：碳用於合成細胞有機物；能量用於生合成、運輸及維持細胞功能。異營菌可利用有機物，自營菌可利用二氧化碳作為碳源；能量可來自化學反應，也可由光取得。
   • 主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫，常以 CHONPS 表示。氮、磷、硫分別用於胺基酸與核酸、核酸與磷脂、含硫胺基酸等細胞成分。
   • 礦物質與微量元素：如鉀、鎂、鈣、鐵，以及鋅、錳、銅、鉬等；常作為酵素輔因子或細胞結構成分。
   • 生長因子：某些細菌無法自行合成特定物質，需由環境提供，例如維生素、胺基酸、嘌呤或嘧啶。

2. 適合生長的環境條件

   • 溫度：須落在該菌的最低與最高生長溫度之間，且最適溫度下生長最快。
   • 酸鹼值（pH）：須符合該菌的耐受範圍；多數常見細菌偏好接近中性的環境。

核心觀念

細菌生長是指細胞數目或細胞物質增加。測量細菌生長的方法，可依測量對象分成三類：

1. 細胞數目：直接計數細胞，或計算能形成菌落的活菌數。
2. 細胞量：測量菌體濁度、乾重或體積。
3. 代謝活性：測量細胞消耗養分或產生代謝物的速率，間接推估生長。

若要描繪生長曲線，需在培養期間定時取樣，並以相同方法測量各時間點的細菌量。

解題方法：依測量原理分類

一、活菌計數法

將菌液連續稀釋後，取已知體積塗布或混入培養基，培養後計算菌落數。一般假設一個菌落由一個可繁殖的細胞或細胞團形成，因此結果以菌落形成單位表示為 CFU/mL。

計算公式為：

$$\text{CFU/mL} = \frac{\text{菌落數}\times\text{稀釋倍數}}{\text{接種體積（mL）}}$$

例如，將原菌液稀釋至 $10^{-5}$，取 $0.1\ \text{mL}$ 塗布後得到 80 個菌落：

$$\text{CFU/mL} = \frac{80\times10^{5}}{0.1} = 8.0\times10^{7}$$

常見操作包括平板塗布法與平板混入法。此法可反映能在指定培養條件下繁殖的細菌數；但無法計入不可培養的活菌，細胞成團時也會低估細胞總數。

**最可能數法（MPN）**將不同稀釋度的菌液接種至多管培養基，依陽性管數查統計表推估活菌數，適合菌數較低或樣本不易直接計數的情況。

膜過濾法將一定體積的液體通過濾膜，使細菌留在膜上，再把濾膜放置於培養基培養並計算菌落，適合低菌數的大體積樣本。

二、直接細胞計數法

核心觀念

本題考查培養基的分類，關鍵在於培養基中各成分的化學組成是否明確。

• 化學成分確定培養基（chemically defined medium）：每種成分的化學身分與添加量都已知，可明確列出培養基的組成。
• 複合培養基（complex medium）：含有酵母抽出物、蛋白腖、肉類抽出物等成分；這些原料由多種物質組成，確切的化學成分與比例無法逐一確定。

解題方法

比較兩類培養基時，先抓住「成分是否確定」這個分類標準，再延伸比較其用途、優點與限制。判斷時不可只看培養基是否含有豐富營養，也要看每種成分的實際化學組成是否已知。

比較項目	化學成分確定培養基	複合培養基
組成	每種化學成分及其添加量明確	含複雜的生物來源原料，確切組成不完全明確
常見成分	特定糖類、無機鹽、胺基酸、維生素等	蛋白腖、酵母抽出物、肉類抽出物等
可重現性	高，容易控制各成分的濃度	較低，原料批次差異可能造成組成變動
主要用途	研究特定營養需求、代謝與基因調控	一般培養、菌種維持，或培養營養需求較複雜的微生物

核心觀念

本題考查培養基如何協助分離與辨認微生物：

• 選擇性培養基（selective medium）：加入特定抑制物，抑制某些微生物生長，讓目標微生物較容易生長或被分離。用途是篩選、分離特定類群。
• 鑑別性培養基（differential medium）：加入特定基質與指示劑，依微生物的代謝或生化特性產生可觀察的差異，例如菌落顏色或培養基顏色改變。用途是區分不同微生物。

選擇性描述「哪些微生物能生長」，鑑別性描述「生長後呈現什麼差異」。兩種功能可以同時存在於同一培養基。

解題方法

先抓住題目中的兩個目的：一是控制微生物的生長範圍，二是觀察微生物之間的表型差異。答題時分別說明培養基的作用，再各舉一例即可。

核心觀念

這題考查細菌在封閉式培養中的典型生長曲線。培養基中的營養物質逐漸耗盡，代謝廢物逐漸累積，因此細菌族群會依序經歷四個時期：遲滯期、對數期、穩定期、衰亡期。

生長曲線通常以培養時間為橫軸、活菌數的對數為縱軸。曲線呈現的是整個族群的變化，不代表每個細菌都以相同速度生長。

解題方法

作答時依照生長曲線的時間順序，說明各期的細胞數變化、生理狀態與主要成因，即可完整描述。

1. 遲滯期（lag phase）

細菌進入新培養環境後，先調整生理狀態以適應新的營養與環境條件。細胞會合成所需的酵素、核酸及其他細胞成分，為後續分裂做準備。

此時活菌數通常沒有明顯增加，但細胞仍有代謝活動。遲滯期長短會受菌種、接種菌齡、接種量，以及新舊培養環境差異影響。

2. 對數期（log phase 或 exponential phase）

細菌以接近固定的世代時間快速分裂，族群數呈指數增加。若每個世代細胞數加倍，則經過 $n$ 個世代後：

$$N=N_0 2^n$$

其中 $N_0$ 為起始細胞數，$N$ 為培養後的細胞數。對數期的細胞生理狀態較一致，常用於研究細菌的生理特性、抗菌劑作用及生長速率。

若已知培養時間 $t$，世代數可由下式求得：