細菌的形態、革蘭氏染色、微觀構造與致病毒素全攻略 | 莫斯利自然科學

在肉眼看不見的微觀世界中，細菌作為地球上最古老且數量龐大的原核生物，不僅在生態系的物質循環中扮演關鍵角色，某些種類更是人類疾病的元兇。究竟細菌在形態上有哪些多樣性？革蘭氏陽性菌與陰性菌的細胞壁結構有何不同？它們又是如何透過外毒素與內素對宿主造成傷害？

選修生物III 細菌

一、 細菌的形態與革蘭氏染色特性系統化表

細菌屬於原核生物界，其基本形態可分為三大類，並可透過革蘭氏染色法根據細胞壁構造進行區分：   

比較項目	細節說明與生理特徵
1. 細菌的三大形態	- 球狀 (Coccus)： 如雙球菌、鏈球菌、葡萄狀球菌等。    - 桿狀 (Bacillus)： 如單桿菌、雙桿菌、鏈桿菌、柱狀桿菌等。    - 螺旋狀 (Spirillum)： 如螺旋菌等。
2. 革蘭氏染色 (Gram Stain)	- 依據細胞壁構造的不同，可分為革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌。    - 革蘭氏陽性菌： 肽聚醣層較厚，脂質含量較少，染色後呈深藍或紫色。    - 革蘭氏陰性菌： 肽聚醣層較薄，外側具有脂多醣（LPS）構成的外膜，脂質較多，染色後呈紅色。

二、 細菌的微觀構造解析

細菌缺乏膜包覆的胞器，其細胞構造與外側附屬構造包含以下重點：   

1. 遺傳物質（DNA 與質體）：

   
   

   • 擬核區： 沒有真正的細胞核與核膜，細菌染色體集中在擬核區中。   

     
     

   • 質體 (Plasmids)： 許多細菌含有額外的小型環狀 DNA，能獨立複製與突變，與細菌的正常生理生長無關，但常攜帶部分關鍵基因（如抗藥性基因）。   

     
     

2. 胞器：

   
   

   • 不含任何膜包覆的胞器，僅具有核糖體（非膜狀構造），是細菌合成蛋白質的唯一場所。   

     
     

3. 細胞膜外的構造：

   
   

   • 莢膜 (Capsule)： 主要由多醣類組成，可抗溶菌酶、抗白血球吞噬，具莢膜的細菌致病力較強（例如有莢膜的肺炎鏈球菌會引發宿主肺炎，無莢膜則無致病力）。   

     
     

   • 鞭毛 (Flagella)： 細菌的運動器官。   

     
     

   • 線毛／性毛 (Pili)： 附著在物體上或在細菌間進行遺傳物質交流。   

     
     

   • 細胞壁： 以肽聚醣為主，部分細菌在肽聚醣外還有一層類似細胞膜的外膜（如陰性菌），能隔絕革蘭氏染劑。   

     
     

三、 細菌對宿主的傷害：外毒素 vs 內毒素比較表

細菌會產生毒素造成宿主細胞死亡，依其化學性質與釋放位置可分為外毒素與內毒素兩大類：   

比較項目	外毒素 (Exotoxin)	內毒素 (Endotoxin)
存在與釋放位置	由活菌分泌到細胞外。	屬於細菌細胞壁（外膜的一部分，如脂多醣）的組分。
毒性強度	通常較強（不一定）。	通常較弱（不一定）。
溫度影響	易受溫度影響（多數為蛋白質，加熱易變性）。	較不受溫度影響（耐熱）。
抗原性與免疫反應	抗原性強，容易誘發強烈的免疫反應。	抗原性弱，不易引起強烈免疫反應。
常見細菌類型	多數為革蘭氏陽性菌所產生。	多數為革蘭氏陰性菌所釋放。
臨床實例	可引起急性中毒，如肉毒桿菌毒素、破傷風毒素。	常引起發燒或腹瀉，如傷寒桿菌與痢疾桿菌釋放的毒素。

四、 講義精選例題

【題型一：革蘭氏陽性菌與陰性菌的細胞壁結構】

【題目】 關於革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌在構造與染色特性上的比較，下列何者正確？   

1. 革蘭氏陽性菌的細胞壁肽聚醣層較薄，且外側具有豐富的脂多醣外膜。   

   
   

2. 革蘭氏陰性菌經革蘭氏染色後，顯微鏡下會呈現深藍色或紫色。   

   
   

3. 革蘭氏陽性菌的肽聚醣層較厚、脂質較少，經革蘭氏染色後呈現深藍或紫色。   

   
   

4. 兩者的細胞壁皆完全不含任何肽聚醣成分。   

   
   

【解析】

• 選項 1 錯誤：肽聚醣層較薄、外側具脂多醣外膜的是革蘭氏陰性菌。   

  
  

• 選項 2 錯誤：革蘭氏陰性菌染色後呈現紅色。   

  
  

• 選項 3 正確：革蘭氏陽性菌肽聚醣厚、脂質少，能鎖住染劑呈現深藍或紫色。   

  
  

• 選項 4 錯誤：細菌細胞壁的主要成分就是肽聚醣。   

  
  

• 正確答案：(3)   

  
  

【題型二：外毒素與內毒素的特性判斷】

【題目】 關於細菌產生的「外毒素」與「內毒素」之生理特性的敘述，下列何者最適當？   

1. 外毒素是活菌直接分泌到細胞外的蛋白質，抗原性強且容易引發強烈免疫反應。   

   
   

2. 內毒素主要存在於革蘭氏陽性菌的細胞質內部，對溫度極度敏感。   

   
   

3. 肉毒桿菌毒素與破傷風毒素屬於內毒素的典型代表。   

   
   

4. 內毒素的毒性強度永遠比外毒素還要微弱，對人體完全無害。   

   
   

【解析】

• 選項 1 正確：外毒素是活菌分泌到細胞外的物質，抗原性強、易誘發免疫反應（如肉毒桿菌與破傷風毒素）。   

  
  

• 選項 2 錯誤：內毒素是革蘭氏陰性菌細胞壁的成分，且較不受溫度影響。   

  
  

• 選項 3 錯誤：肉毒桿菌毒素與破傷風毒素屬於外毒素。   

  
  

• 選項 4 錯誤：內毒素也會引起發燒或腹瀉等病理反應，並非完全無害。   

  
  

• 正確答案：(1)   

  
  

五、 莫斯利重點整理

1. 革蘭氏染色口訣：

   
   

   • 陽性菌： 肽聚醣厚、脂質少 ➔ 染後紫黑色。   

     
     

   • 陰性菌： 肽聚醣薄、外側有脂多醣外膜 ➔ 染後紅色。   

     
     

2. 質體特徵： 環狀 DNA，能獨立複製，常帶有抗藥性基因，跟細菌本身生死無直接關係。   

   
   

3. 莢膜與致病力： 有莢膜可以抵抗白血球吞噬（如肺炎鏈球菌），致病力大增。   

   
   

4. 毒素對決： 外毒素是活菌分泌的蛋白質（強抗原、怕熱、多屬陽性菌）；內毒素是細胞壁成分（耐熱、多屬陰性菌）。