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皆可透過二分裂繁殖,而非真核細胞的有絲分裂。
生物分類的歷史發展
(1) 林奈二界分類法(18世紀)
由瑞典科學家 Carolus Linnaeus 創立,將生物分為植物界Plantae)和
動物界(Animalia)。
但隨著顯微鏡技術的發展,科學家發現有許多生物無法歸類於這兩
界。
(2) 黑克爾三界分類法(19世紀)
德國生物學家 Ernst Haeckel 建立了原生生物界(Protista),用來容納
所有單細胞微生物。
■
他稱細菌為 Moneres,並將它們放在原生生物界的基部。
(3) 四界系統(1956年)
Herbert Copland 建議將細菌從原生生物界中獨立出來,創立原核生物
界(Monera)。
(4) 五界系統(1959年)
■ Robert Whittaker提出五界分類法,增加了真菌界(Fungi),因為真菌
與植物和動物的消化方式不同。
五界系統包括:
原核生物界(Monera)
原生生物界(Protista)
真菌界(Fungi)
植物界(Plantae)
動物界(Animalia)
(5) 三域系統(1977年)
Carl Woes 透過比較核糖體RNA(rRNA)序列,發現原核生物界其實
包含兩種截然不同的生物。
這導致生物被重新劃分為三個「域」(Domain):
古細菌域(Archaea)
細菌域(Bacteria)
真核生物域(Eukarya)
這種基於遺傳序列的分類方式成為現代生物分類的基礎。

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三域分類法與「生命之樹」
(1) 三個域的區別
細菌域(Bacteria):典型的細菌,如大腸桿菌(Escherichia coli)。
古細菌域(Archaea):生活在極端環境,如高溫、高鹽環境,與細菌
在遺傳上不同。
■
真核生物域(Eukarya):包含動物、植物、真菌和多數原生生物。
(2) 最後普遍共同祖先(LUCA, Last Universal Common Ancestor)
■ LUCA 是所有現存生物的共同祖先,擁有DNA、細胞膜、細胞質、核
糖體。
其後代分化為細菌、古細菌和真核生物。
(3) 生命之樹(Tree of Life, ToL)
透過基因分析,科學家可以重建各種生物的演化關係
°
最新分類發現:
CPR(Candidate Phyla Radiation):增加了幾乎50%的細菌物種,
形成細菌的新支系。
TACK 超群(TACK superphylum):包括四種古細菌的新類群。
微生物的命名與分類
雙名法(Binomial Nomenclature)
由林奈創立,每個物種的學名由兩部分組成:
分類階層
屬名(Genus):首字母大寫
種名(Species epithet):全部小寫
格式:學名需斜體(手寫時須底線)
例如:Escherichia coli (大腸桿菌)
簡寫時可用 E.coli
域(Domain)>界(Kingdom)>門(Phylum)>綱(Class)>目
(Order)>科(Family)>屬(Genus)>種(Species)
例如:
人類(Homo sapiens)
域:Eukarya
界:Animalia

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門:Chordata
綱:Mammalia
目:Primates
科:Hominidae
屬:Homo
種:H.sapiens
細菌的分類與 Bergey's Manual
Bergey' s Manual of Systematic Bacteriology:細菌分類的標準參考書,
依據遺傳特徵(如rRNA分析)對細菌進行分類。
Bergey's Manual of Determinative Bacteriology:提供臨床細菌的鑑定方
法,根據細菌的形態、生理特徵來分類。
微生物的鑑定方法
(1) 傳統生理與生化測試
透過形態、顯微鏡觀察、培養特性、生化反應來鑑定。
例子:
革蘭氏染色(Gram stain)
氧氣需求(需氧菌、厭氧菌)
碳源與氮源利用(例如:利用檸檬酸測試)
發酵反應(例如:乳糖發酵測試)
(2) 免疫學測試(SerologicalTests)
■ 抗原-抗體反應來鑑定病原體:
血清測試(Serotyping):檢測病人血清中的抗體,例如傷寒桿菌
測試。
ELISA測試(酵素免疫分析法)
(3) 分子生物學技術
■ PCR(聚合酶鏈式反應)
檢測微生物的 DNA 或 RNA,可快速鑑定病原體。
核酸雜交(Nucleic Acid Hybridization)
利用探針與病原體的核酸進行配對,確認特定物種。
(4) 質譜分析(MALDI-TOFMS)
MALDI - TOF(Matrix - Assisted Laser Desorption/ Ionization Time - Of -
Flight)

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利用雷射激發微生物蛋白質產生質譜圖,可在數分鐘內識別細菌種
類。
(5) 自動化系統
Enterotube™ II:一次進行15項生化測試,透過顏色變化自動判讀。
Biolog MicroPlate:測試細菌能否利用95種不同的代謝基質,透過電
腦分析結果。
原核生物細胞為何如此微小
高代謝需求與快速生長:
許多細菌可以在15分鐘內增殖一代,需要大量的營養供應與代謝效
率。
細胞體積增加時,細胞質的體積增加比細胞膜的表面積快,若細胞過
大,營養交換與廢物排出的速度會跟不上需求。
解決方案:
原核細胞保持小型,細胞質與細胞膜距離短,促進物質交換。
真核細胞則透過細胞內部區隔(如胞器)和細胞骨架來解決大體
積的問題。
能量供應問題:
◉
原核細胞依靠細胞膜進行ATP產生,因此小型細胞能更有效率地分配
能量。
■ 真核細胞內擁有粒線體,使其能夠有效提供能量,即使細胞較大。
微生物與病毒的測量單位
微生物通常使用公制(Metricsystem)測量,標準長度單位為公尺(m):
■ 微米(um)=10-6公尺(適用於細菌)
奈米(nm)=10-9公尺(適用於病毒)
常見尺寸範圍:
◉
原核細胞(細菌):0.3um~5um
真核微生物(單細胞真核生物):5um~20m
■ 病毒:20nm~300nm
光學顯微鏡(Light Microscopy)
(1) 基本結構與放大原理

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光學顯微鏡是最常用的微生物觀察工具,利用可見光透過透鏡系統放
大樣本。
-
重要組成部分:
物鏡(Objective lens):提供主要放大倍率(常見10X、40、100x)。
目鏡(Ocular lens):進一步放大物鏡成像(通常10x)。
總放大倍率=物鏡倍率×目鏡倍率(如100xx10x=1000x)。
分辨率(Resolution, RP):指顯微鏡區分兩點為不同點的能力,計
入
算公式:RP = 2×NA
其中:
入(光波長):可見光約550nm
• NA(數值孔徑):反映透鏡收集光線的能力
(2) 油鏡(OilImmersion Lens)
100x油鏡需要使用浸油:
當光線進入空氣時會折射(Refraction),導致成像模糊。
浸油可降低光線折射,使更多光線進入物鏡,提高影像清晰度。
染色技術(Staining Techniques)
(1) 簡單染色法(Simple Stain)
使用陽離子染料(如亞甲基藍),能夠與帶負電的細胞壁結合,讓細胞
著色。
(2) 負染色法(Negative Stain)
■ 使用陰離子染料(如Nigrosin 或 Indiaink),染料被細胞排斥,背景變
暗,而細胞保持透明。
(3) 差異染色法(Differential Stains)
革蘭氏染色(Gram Staining):
用於區分革蘭氏陽性菌(Gram-positive)和革蘭氏陰性菌(Gram-
negative):
A. 初染:結晶紫(Crystal violet)
B. 固定:碘液(Iodine)
C. 脫色:酒精或丙酮(Gram 陽性保持紫色,Gram 陰性變無
色)
D. 對比染色:番紅(Safranin,Gram 陰性菌呈紅色)

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影響治療選擇:
Gram 陽性菌:對青黴素(Penicillin)敏感。
Gram 陰性菌:對四環素(Tetracycline)更敏感。
抗酸染色(Acid-FastStaining):
用於鑑定結核分枝桿菌(Mycobacterium tuberculosis),該細菌細
胞壁含蠟質,需使用紅色染料(Carbolfuchsin)
芽孢染色(Spore Staining):
。
孢子可耐受極端環境,因此需特別染色來區分芽孢與細胞。
特殊光學顯微鏡技術
相差顯微鏡(Phase-Contrast Microscopy):
■ 透過改變光線相位來提高對比度,適合觀察活細胞。
暗場顯微鏡(Dark-Field Microscopy):
■ 使用特殊聚光鏡,讓光線從側面進入,細胞在黑色背景上發光,可觀
察梅毒螺旋體(Treponema pallidum)。
螢光顯微鏡(Fluorescence Microscopy):
■ 使用螢光染料(如 Fluorescein),在紫外光下發出特定顏色的螢光,用
於快速識別病原體。
電子顯微鏡(Electron Microscopy)
電子顯微鏡解析度遠高於光學顯微鏡,可達2nm。
兩種主要類型:
(1) 穿透式電子顯微鏡(TEM, Transmission Electron Microscopy):
觀察細胞內部結構,標本需製作成超薄切片(100nm)。
最高放大倍率 200 萬倍。
(2) 掃描式電子顯微鏡(SEM, Scanning Electron Microscopy):
觀察細胞表面結構,樣本需鍍金處理。
最高放大倍率約20萬倍,提供3D影像。