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By.藍忠昱老師
課程簡介
課程簡介
介紹微生物以及他們被發現的的歷史，了解微生物的大小、構造以及對人類的影響，最後學習葛萊氏染色的原理並操作
課程內容
微生物發現歷史
古代：各種發酵的飾品都是依靠微生物的幫忙而製成的，例如：醬油、酒、麵包等...
雷文霍克：透過自製顯微鏡觀察並描述為生物
虎克：設計並製造顯微鏡，觀察並命名細胞
自然發生說：認為生命是自然發生的
巴斯德：他推翻了自然發生說，並確認了酒精發酵與酵母菌的關係
20世紀以後：躍進至分子生物學與基因體學時代
微生物的簡介
主要分為五大類分別是細菌、原生生物、藻類、病毒、真菌，長度從最長1cm到1/50000cm都有
微生物的結構
1. 原核生物結構
1. 原核生物結構
原核生物沒有成形的細胞核，也沒有具膜的細胞器。它們的結構相對簡單，但適應力極強
基本結構：
細胞壁：主要由肽聚糖構成，負責保護細胞並維持形狀
細胞膜：控制物質進出
細胞質：含有核糖體，是進行化學反應的主要場所
擬核：一條雙鏈環狀的 DNA，沒有核膜包覆，直接裸露在細胞質中
特殊結構：
莢膜：細胞壁外的一層黏性物質，能幫助細菌防禦宿主的免疫系統
鞭毛：長而粗的絲狀物，提供運動能力
菌毛：短而細的結構，能幫助細菌黏附在物體表面
芽孢：在惡劣環境下形成的休眠體，對高溫、乾燥有極強的抵抗力
2. 真核微生物結構
2. 真核微生物結構
真核微生物擁有完整的細胞核，並且有複雜的、具膜的細胞器
細胞壁：主要成分是幾丁質
細胞核：擁有雙層核膜，將 DNA 與細胞質分開
細胞器：
線粒體：能量工廠，進行有氧呼吸
內質網與高基氏體：負責蛋白質的加工與運輸
液泡：儲存水分和營養物質
3. 病毒
3. 病毒
病毒不屬於細胞生物，沒有細胞膜、細胞質或細胞器，必須寄生在活細胞內才能表現生命
核心：由遺傳物質組成
衣殼：包覆在遺傳物質外面的蛋白質外殼，保護基因主
包膜：部分病毒在衣殼外還有一層由脂質構成的包膜，上面常有刺突，用於識別並結合宿主細胞
微生物對人類的影響
一、 微生物對人類的益處
一、 微生物對人類的益處
微生物在維持人體健康、生態平衡以及產業發展上，扮演著重要的角色。
微生物在維持人體健康、生態平衡以及產業發展上，扮演著重要的角色。
1. 人體健康與免疫系統
1. 人體健康與免疫系統
消化：人類腸道內生存著數兆個細菌。它們協助我們分解無法消化的膳食纖維，並合成人體必需的營養素。
免疫：定殖在皮膚和黏膜表面的益生菌，會形成天然的生物屏障，阻止外來病原菌的入侵。
2. 食品與農業製造
2. 食品與農業製造
發酵食品：人類利用酵母菌、乳酸菌和黴菌製造了大量的食品。
3. 醫學與生物科技
3. 醫學與生物科技
抗生素：許多抗生素的製造都源自微生物。
藥物生產：利用基因轉殖技術，將人類基因植入大腸桿菌或酵母菌中，讓它們大量生產胰島素、生長激素及疫苗。
4. 生態平衡
4. 生態平衡
分解者：細菌和真菌能分解動植物的屍體與排泄物，可以將有機物還原為簡單的無機物，讓物質可以在生態系中循環。
二、 微生物對人類的危害
二、 微生物對人類的危害
1. 傳染病
1. 傳染病
細菌感染
病毒感染
真菌與寄生蟲感染
2. 食物腐敗
2. 食物腐敗
微生物會在溫暖潮濕的環境下快速繁殖，導致食物發霉、變質，甚至產生致命的毒素。
它們也會破壞木材、皮革、紡織品等人類生活物資。
結晶紫單染色與葛蘭氏染色
結晶紫單染色法是微生物領域中最基礎的觀察技術，可以用來提升細菌細胞與背景之間的顏色對比程度。由於活體細菌在自然狀態下大多呈無色透明，直接進行顯微鏡檢難以辨識，因此藉由染劑的顯色作用，使細菌的外形在光學顯微鏡下呈現。
這項技術的機制是透過電荷的異性相吸原理。結晶紫在水溶液中會解離出帶正電荷的色素基團，而細菌在一般的環境下，細胞壁與細胞膜中富含的核酸、磷脂質以及蛋白質等物質，使得表面帶有負電荷。當結晶紫染液覆蓋菌體時，帶正電的基團會迅速與帶負電的細胞結構發生結合，導致所有與色素接觸的細菌細胞都會被均勻染成深藍紫色。
在操作過程中，必須先將菌液均勻塗抹於載玻片上，並透過酒精燈火焰進行熱固定，將菌體黏附在玻片表面，確保在後續的染色與沖洗過程中不會剝落。固定完成後，讓結晶紫染液在玻片上靜置作用十秒，接著用蒸餾水沖洗掉結晶紫染劑，並把玻片底部擦乾，蓋上蓋玻片，即可直接置於顯微鏡下進行油鏡觀察。
使用方法的價值在於操作非常簡單而且成色快速，能讓我們在很短的時間內看到菌株的形態。然而，結晶紫單染色法無法顯示細菌細胞壁結構的化學差異，因此如果要進一步判別微生物的分類，就需要更複雜的革蘭氏染色法。
革蘭氏染色法是微生物學應用最廣的染色技術，由丹麥醫師漢斯·克里斯蒂安·葛蘭於十九世紀末發明。與僅能觀察外觀形態的單染色法不同，革蘭氏染色屬於多種顏色的鑑別染色法。
葛蘭氏染色的機制取決於細菌細胞壁中肽聚糖層的厚度以及外膜的存在。革蘭氏陽性菌擁有很厚的肽聚糖結構，而革蘭氏陰性菌的肽聚糖層則非常薄，但外側包了一層含有大量脂質與脂多醣的外膜。
當實驗進行時，先進行加熱固化細菌的前置作業，接著使用結晶紫進行初染，使所有細菌均呈現紫色，隨後加入碘液作為媒染劑，在細胞內部形成不溶性的結晶紫與碘的複合物。
接著要使用酒精進行處理，革蘭氏陽性菌的肽聚糖層會因脫水而使孔徑縮小、結構更緻密，而將結晶紫與碘的複合物困在細胞壁內，維持深紫色。相反地，酒精會溶解革蘭氏陰性菌的外膜脂質，且相當薄的肽聚糖層無法阻擋複合物流失，導致陰性菌失去顏色。最後，加入對比染劑番紅進行複染，已經被脫色的陰性菌會吸附染劑而呈現粉紅色或紅色，而未脫色的陽性菌則維持原本的深藍紫色。
葛蘭氏染色實驗結果
左圖：結晶紫單染色大腸桿菌
中圖：葛蘭氏染色大腸桿菌，為葛蘭氏陰性菌，染色後呈現紅、粉紅色
右圖：葛蘭氏染色枯草桿菌，為葛蘭氏陽性菌，染色後呈現紫色（紫紅色）
左圖：葛蘭氏染色的大腸桿菌與枯草桿菌混合，可以發現有偏紫色的枯草桿菌以及偏紅色、粉紅色的大腸桿菌
--楊鎧謙
參考資料
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%BE%AE%E7%94%9F%E7%89%A9%E5%AD%A6
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%BE%AE%E7%94%9F%E7%89%A9
https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/c000009/detail?ID=20706815-7aef-4be7-8e93-9b3fe6438682
https://health.ntuh.gov.tw/health/new/6367.html
https://case.ntu.edu.tw/highscope/%E4%BA%BA%E9%AB%94%E6%B6%88%E5%8C%96%E9%81%93%E5%BE%AE%E7%94%9F%E7%89%A9%E7%9B%B8%EF%BC%88microbiota%EF%BC%89%E5%B0%8D%E5%81%A5%E5%BA%B7%E7%9A%84%E5%BD%B1%E9%9F%BF/index.html
https://wagners.com.tw/wp-content/uploads/2021/08/J103A%E8%A9%A6%E9%96%B1.pdf
https://kmweb.moa.gov.tw/redirect_files.php?theme=knowledgebase&id=569546
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%94%9F%E7%89%A9%E6%8A%80%E6%9C%AF
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%88%86%E8%A7%A3%E8%80%85
https://www.commonhealth.com.tw/article/75202
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%97%85%E5%8E%9F%E4%BD%93
https://www.cfs.gov.hk/tc_chi/multimedia/multimedia_pub/multimedia_pub_fsf_24_02.html
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%9D%A9%E8%98%AD%E6%B0%8F%E6%9F%93%E8%89%B2
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