第三節 病毒與細菌

微生物 個體微小 種類： 種類及數量繁多、分布極廣，且在生態系上扮演極重要的角色，與人類的關係非常密切。 病毒 細菌 真菌 原生動物 藻類

2-3.1 病毒的形態和構造 形態： 構造： 核心 外殼 病毒非常小，以奈米（nm）作為測量大小的單位 2-3.1 病毒的形態和構造 形態： 構造： 病毒非常小，以奈米（nm）作為測量大小的單位 電子顯微鏡觀察，病毒大小約介於10～300 nm之間 核心 外殼

核心部分：遺傳物質核酸（DNA或RNA）組成 外殼： 多種蛋白質，依特定的排列構成 有些殼外尚有一層脂質的被膜（套膜）

病毒的形狀差異很大 長桿狀：菸草鑲嵌病毒 多面體：腺病毒 球狀：流行性感冒病毒 蝌蚪狀：噬菌體

圖2-5　病毒的構造模式圖與電子顯微照相圖： A.菸草鑲嵌病毒（T.M.V.）

圖2-5　病毒的構造模式圖與電子顯微照相圖： B.腺病毒

圖2-5　病毒的構造模式圖與電子顯微照相圖： C.流行性感冒病毒

圖2-5　病毒的構造模式圖與電子顯微照相圖： D.噬菌體

病毒種類繁多 依其寄主的種類： 病毒各有其一定的寄主範圍，只能感染一種或少數幾種生物 細菌病毒（噬菌體） 植物病毒 動物病毒

特徵 可在寄主細胞外生存 唯在寄主體外時，因缺少代謝作用所需的各種酵素，所以無法表現各種生命現象 絕對寄生（obligatory parasitism）： 病毒都需在寄主細胞內才可繁殖，其寄生具有專一性

2-3.2 病毒的感染與繁殖 感染：病原體進入寄主的過程 不同的病毒進入細胞的方式往往不一樣

感染過程：噬菌體 噬菌體先利用尾部的蛋白質殼吸附在細菌的細胞壁上 圖2-6　一般噬菌體感染細菌的增殖過程

注入核酸 病毒的基因開始表現

一方面抑制寄主細胞生長 一方面利用寄主細胞的原料及酶系，合成自己的核酸及蛋白質殼

將病毒的蛋白質殼及核酸組合成病毒顆粒

離開寄主細胞並繼續感染鄰近細胞 圖2-6　一般噬菌體感染細菌的增殖過程

小常識 流行性感冒及禽流感：流行性感冒是常見的上呼吸道疾病，由流感病毒所引起，該病毒分為A、B和C三型 引發人類流感的是A、B型病毒

禽流感病毒 過去以為禽流感病毒只會在禽畜間傳播，現在已發現，有些A型流感病毒會感染人類 如：A1的H5N1型可感染人類，但只透過禽類傳染給人類，由於流感病毒很容易變種，所以當人被H5N1型及人類流感病毒同時感染時，兩株病毒易在人體內進行基因重組，引起變異而成為「人傳人」的病毒，將對人類造成嚴重傷害

感染過程：動物病毒 它的蛋白質殼附著於黏膜表面 當寄主細胞以內吞作用(endocytosis)攝入病毒後 除去蛋白質殼使核酸裸露 基因才能表現

小常識 內吞作用：細胞外的大分子或顆粒性物質與細胞膜接觸後，細胞膜會內陷，並將這些物質包入、形成小囊，再將小囊送入細胞質內

動物病毒離開寄主細胞 造成寄主細胞的死亡與解體，於是病毒便散出，例如：小兒麻痺病毒 不一定會造成寄主細胞死亡，增殖的病毒可移至細胞膜以出芽方式釋出，再繼續感染鄰近細胞，例如：流行感冒病毒

感染過程：植物病毒 植物的表皮外有角質層，細胞本身又有細胞壁，故病毒無法『直接感染』，而是經由昆蟲咬傷或人為的傷口等進入細胞 植物病毒在寄主細胞內增殖後，植物細胞並不因病毒的感染而破裂

2-3.3 病毒的傳播 病毒可自被感染的個體傳播到另一未感染的個體。

動物病毒的傳播 傳播途徑很多，常依病毒種類而異： 呼吸道感染：麻疹、SARS和流行性感冒病毒 飲食感染：小兒麻痺、腸病和A型肝炎病毒

輸血感染：B型肝炎、C型肝炎和愛滋病病毒 蚊蟲傳播：日本腦炎和登革熱病毒 動物咬傷而傳播：狂犬病病毒

植物病毒的傳播 植物病可經由傷口進入細胞後： 原生質絲感染 輸導組織感染 藉花粉或種子在植物間傳播

原生質絲：原生質絲是植物細胞特有的構造，為細胞間物質和訊息交流的通道 植物細胞的細胞壁與原生質絲

2-3.4 病毒與人類的關係 有些病毒會感染人類而造成疾病，例如：小兒麻痺病毒與肝炎病毒 B型肝炎→慢性肝炎，引起肝硬化或轉變為肝癌 2-3.4 病毒與人類的關係 有些病毒會感染人類而造成疾病，例如：小兒麻痺病毒與肝炎病毒 B型肝炎→慢性肝炎，引起肝硬化或轉變為肝癌 預防方法：B型肝炎疫苗

有些病毒是藉由其他生物為媒介再感染人類 例如：藉蚊蟲傳播的日本腦炎和登革熱病毒 避免蚊蠅滋生而傳播疾病 動物和植物病毒也會受到病毒的感染，常造成人類在農、漁、牧業方面之重大損失

病毒雖然會造成人類的疾病或是經濟的損失，但並非全是有害的 基因改造：利用病毒把核酸帶入寄主細胞 製作疫苗：預防疾病 病毒感染的專一性：病毒性農藥

2-3.5 細菌的形態和構造 非常細小 以放大千倍的光學顯微鏡觀察 種類繁多，分布很廣 根據形狀： 球菌（coccus） 2-3.5 細菌的形態和構造 非常細小 以放大千倍的光學顯微鏡觀察 種類繁多，分布很廣 根據形狀： 球菌（coccus） 桿菌（bacillus） 螺旋菌（spirillum）

球菌（coccus） 不具鞭毛 如：葡萄球菌 圖2-7　細菌的形態：A.球菌

桿菌（bacillus） 呈桿狀 有的具有鞭毛 如：大腸桿菌 圖2-7　細菌的形態：B.桿菌

螺旋菌（spirillum） 呈螺旋狀 有的具有鞭毛 通常不致病 鞭毛為細菌的運動構造 圖2-7　細菌的形態：C.螺旋菌

特殊細菌 形態或構造上比較特殊 例如： 螺旋體（spirochete）：引起人類梅毒的病原體 圖2-7　細菌的形態：D.螺旋體

能量寄生菌 無法自行合成ATP，只能在活細胞中獲得能量，以進行增殖 例如：呈球形且可引起砂眼的披衣菌（衣原菌）

細菌的結構 染色體： 多數由一條環狀DNA所組成，常纏繞成一團 少數細菌（如鏈黴菌），染色體呈線狀 圖2-8　細菌的構造模式圖

質體（plasmid）：有些細菌除染色體外，尚具有額外的DNA 細菌缺少膜狀胞器（如粒線體），ATP的形成是在細胞膜部位進行 圖2-8　細菌的構造模式圖

小常識 質體：有些細菌除了染色體外，在細胞質中另有分子較小的環狀DNA，此種DNA特稱為質體。

質體的特性 質體可自行複製，故含有質體的細菌，其子代會有相同的質體 有些質體具有抗藥性的基因，在自然環境下，質體可藉線毛轉移至其他細菌中，故會加速抗藥性細菌的形成 人們也利用質體會轉移的特性，作為基因轉殖的載體

有些細菌在細胞壁外尚有莢膜（capsule） 細菌的細胞壁主要成分是肽聚糖 有些細菌在細胞壁外尚有莢膜（capsule） 成分大多是多醣類 具有保護作用 其存在與否往往與致病力有關 如：具莢膜的肺炎雙球菌，才會引起肺炎

線毛（pilus） 有些細菌體表外有線毛（pilus），與菌體的附著和個體間交換遺傳物質有關

內孢子（endospore） 少數細菌在環境不適時，體內會形成一種休眠芽胞 環境適合時，一個內孢子可以萌發成一個細菌

▲ 細菌的內孢子

內孢子（endospore） 有些細菌在環境惡劣時，會濃縮細胞質，縮小體積，增厚細胞壁，形成內孢子，此時細胞進入休眠狀態 因具有厚壁，故對冷、熱或化學藥品的抵抗力很強，必須用極高的溫度與壓力才能將之殺死

2-3.6 細菌的繁殖 細菌在適宜的環境中生長到一定大小時，即可藉分裂生殖（fission）增加數量

過程 染色體先行複製為兩條 細胞延長 並在菌體的中央凹陷並形成新的細胞膜與細胞壁 將兩條染色體分隔在兩個子細菌細胞內 圖2-9　電子顯微鏡下分裂中的細菌

有些細菌在理想的環境中，甚至每隔數十分鐘就可以分裂一次，在實驗室裡，一個細菌可在一天之內培養成一個肉眼可見的菌落（colony） 圖2-10　細菌的菌落

2-3.7 細菌與人類的關係 除少數種類有害外 大多數無害或有益的： 人體腸道內的腸內細菌，不危害身體健康 2-3.7 細菌與人類的關係 除少數種類有害外 大多數無害或有益的： 近代許多基因工程、生技產業亦都藉由細菌及病來完成 人體腸道內的腸內細菌，不危害身體健康 腐生菌能分解屍體及排泄物，促進生態系物質的循環

小常識 腸內有益菌（A、B菌）： 嗜酸性乳酸菌（Lactobacillus acidophilus）即一般所稱的「A菌」，常駐於小腸 比菲德氏菌（Bifidus），即一般所稱的「B菌」，又稱雙叉桿菌，常駐於大腸

這些有益菌可以在腸內產生有機酸和乳酸，造成腸內酸性環境，有利於自身成長和腸道健康，同時可以抑制有害細菌的生長

致病細菌 有些細菌常為人類帶來疾病：霍亂、肺結核、肺炎 感染家禽、家畜及農作物，影響糧食生產 分泌毒素：肉桿菌，甚至會分泌素，使食物變質而引起食物中毒。

人畜共通傳染病 微生物及寄生蟲所引起的疾病中，有些具有人畜共通性 如： 狂犬病 禽流感 炭疽病 豬鏈球菌感染症 類鼻疽

醫藥上的應用 目前常用的抗生素多數是由土壤中的細菌所分泌出來的，如：鏈黴素（streptomycin）來自鏈黴菌 醫學上也常利用病原體或其產物來預防疾病，如：肺炎鏈球菌疫苗可預防肺炎

在農業、工業上的應用 有些細菌，如：根瘤菌（nodule bacteria）能將大氣中的氮氣轉化為氮化物，供植物吸收利用

圖2-11　根瘤及根瘤菌：A.豆科植物的根瘤； B.根瘤的電子顯微鏡切片。

有機堆肥是利用多種微生物，將動、植物的遺體或排泄物分解為植物可利用的肥料

發酵工業：製造酒精和有機酸等 環保工業：去除重油汙染及汙水處理 在食品工業上： 常用於製作乳酪，又因使用不同菌種或不同製造過程，而有它各自的硬度、顏色和風味 細菌尚可製造很多醱酵食品，如：泡菜、優酪乳等

在遺傳工程上的應用 將人類胰島素或生長激素的基因，置入細菌體內，使細菌成為一間小型的工廠，來製造胰島素、生長激素分別用以治療糖尿病或侏儒症， 疫苗亦可用此法製成。

此種技術也廣泛應用於農作物及牲畜品種改良，得到抗蟲、抗殺草劑或具高產量、高營養價值的品種。