厭氧菌進行硝酸鹽還原試驗時，加 solution A （sulfanilic acid ）、solution B （α-naphthylamine ）後呈無色，而加鋅粉後呈紅色，則下列敘述何者正確？

本題觀念：

本題考查的是微生物學中的 硝酸鹽還原試驗 (Nitrate Reduction Test) 原理及其結果判讀，特別是針對厭氧菌的檢測流程與 鋅粉 (Zinc dust) 的化學作用。

選項分析

• A: 此反應 nitrate reduction 陽性

  • 錯誤。
  • 判讀邏輯：
    1. 加入 Reagent A & B 後呈無色：表示液體中沒有亞硝酸鹽 (Nitrite, $NO_2^-$)。這有兩種可能：(1) 硝酸鹽根本沒被還原 (陰性)；(2) 硝酸鹽被還原成亞硝酸鹽，且進一步被還原成氮氣或氨 (強陽性)。
    2. 加入鋅粉後呈紅色：鋅粉是化學還原劑，能將剩餘的硝酸鹽 ($NO_3^-$) 還原為亞硝酸鹽 ($NO_2^-$)。亞硝酸鹽隨即與溶液中的 Reagent A & B 反應產生紅色。
    3. 結論：既然加鋅粉後變紅，代表培養液中仍有大量的「硝酸鹽」存在（未被細菌利用）。因此，細菌沒有進行硝酸鹽還原作用。
  • 此結果應判讀為 Nitrate Reduction 陰性 (Negative)。

• B: 加鋅粉是結合 nitrite 使呈紅色

  • 錯誤。
  • 鋅粉的作用：鋅粉 (Zinc dust) 的角色是 非生物性的還原劑 (Reducing agent)，它負責將未反應的 Nitrate ($NO_3^-$) 還原成 Nitrite ($NO_2^-$)。
  • 顯色原理：真正結合 Nitrite 並產生紅色的是 Solution A (Sulfanilic acid) 和 Solution B (α-naphthylamine) 形成的重氮化合物 (Diazonium compound)。鋅粉本身不結合 Nitrite。

• C: Bacteroides fragilis 呈陽性反應

  • 錯誤。
  • 菌種特性：Bacteroides fragilis (脆弱擬桿菌) 的生化特性通常為 Nitrate Reduction 陰性 (-)。
  • 雖然 B. fragilis 作為陰性菌，進行此試驗確實會出現「加鋅粉後變紅」的現象（即陰性結果），但選項敘述為「呈陽性反應」，這在檢驗術語中是指「該菌具有還原硝酸鹽的能力 (Result: Positive)」。由於 B. fragilis 是陰性菌，故此敘述不正確。

• D: 鋅粉為還原劑

  • 正確。
  • 如選項 B 分析所述，鋅粉在試驗中的化學角色就是將尚未被細菌作用的 Nitrate ($NO_3^-$) 還原 為 Nitrite ($NO_2^-$)，以確認細菌是否完全未利用硝酸鹽。

答案解析

題目描述的情況是：加入 A、B 試劑無色（無亞硝酸鹽），加入鋅粉後變紅（確認有殘留硝酸鹽）。這代表細菌完全沒有還原硝酸鹽，結果為 陰性。

• 選項 A 判讀錯誤。
• 選項 B 機轉錯誤。
• 選項 C 菌種特性錯誤（B. fragilis 為陰性）。
• 選項 D 正確描述了鋅粉的化學功能。

故正確答案為 (D)。

核心知識點

1. 硝酸鹽還原試驗 (Nitrate Reduction Test) 判讀流程：
   • 第一步 (加 A+B 試劑)：
     • 變紅 $\rightarrow$ 陽性 (+) (還原至 $NO_2^-$)。
     • 無色 $\rightarrow$ 進入第二步。
   • 第二步 (加鋅粉 Zinc)：
     • 變紅 $\rightarrow$ 陰性 (-) (代表 $NO_3^-$ 仍存在，細菌未作用)。
     • 無色 $\rightarrow$ 陽性 (+) (代表 $NO_3^-$ 已消失，且第一步已知無 $NO_2^-$，表示被完全還原成 $N_2$ 或 $NH_3$)。
2. 鋅粉角色：化學還原劑 (Reducing agent)，將 $NO_3^-$ 還原為 $NO_2^-$。
3. 關鍵菌種特性：
   • Bacteroides fragilis：Nitrate Negative (-)。
   • Enterobacteriaceae (腸桿菌科)：大多為 Nitrate Positive (+)。
   • Pseudomonas aeruginosa：Nitrate Positive (+，且通常產氣，還原至 $N_2$)。

參考資料

1. Microbe Notes: Nitrate Reduction Test – Principle, Procedure, Uses and Interpretation
2. Microbe Notes: Biochemical Test of Bacteroides fragilis
3. LibreTexts: 31.6: Nitrate Reduction Test