松廼屋｜論点解説 薬剤師国家試験対策ノート問109-119【生物】論点：細菌の染色法 / グラム染色・抗酸染色
第109回薬剤師国家試験｜薬学理論問題 /
問119
一般問題（薬学理論問題）【生物】
問109-119
Q. 2種類の染色法を用いて細菌Aについて調べた。染色法1(グラム染色)では明瞭な染色像が観察されなかったため、染色法2(抗酸染色)での染色を行ったところ、染色法2では陽性であった。染色法1、2の染色操作を図に示した。細菌Aとこれらの染色法に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。
選択肢｜
1. 細菌Aは、ペプチドグリカン層に加えて染色法1での染色に抵抗性の細胞壁成分を持っている。
2. ペプチドグリカン層が厚い細菌では、クリスタルバイオレットとルゴール液でつくられた色素がエタノールで除去される。
3. 高級脂肪酸やワックスに富む細胞壁成分を持つ細菌は、染色法2で染色されない。
4. 細菌Aの細胞壁は、融点の低い脂質に富んでおり、加温すると石炭酸フクシンの透過性が増す。
5. 染色法1の陽性細菌は青紫色、染色法2の陽性細菌は赤色に染まる。
こんにちは！薬学生の皆さん。
Mats & BLNtです。
matsunoya_note から、薬剤師国家試験の論点解説をお届けします。
苦手意識がある人も、この機会に、薬学理論問題【生物】を一緒に完全攻略しよう！
今回は、第109回薬剤師国家試験｜薬学理論問題 / 問119、論点：細菌の染色法 / グラム染色・抗酸染色を徹底解説します。
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松廼屋｜論点解説 薬剤師国家試験対策ノート問109-119【生物】論点：細菌の染色法 / グラム染色・抗酸染色
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滝沢 幸穂 Yukiho Takizawa, PhD
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設問へのアプローチ｜
第109回薬剤師国家試験の問119（問109-119）では、細菌の染色法 / グラム染色・抗酸染色に関する知識を問われました。
作業の手順を細かく書いてあるのは、2分30秒で問題を解く際には読む必要がないです。
一般的な教養として、一度読んだことがあるという記憶さえあれば大丈夫です。
薬剤師国家試験問題の中に問題を解くのに不必要なルーティーンの作業手順を掲載することを禁止したらどうかと提案したくなります。
国家資格に必要な資質を検出する感度を落とすための手法として、問題を解くことに対して不必要なルーティーンの作業手順を意図的に画像として入れている場合があることを否定できない状況が存在するようです。
まあ、細菌🦠の染色法に関しては、基本は整理して覚えておいてもよいかもしれません。
まず基本的な知識について復習しておきましょう。
■■Grok 2 mini (beta)
※詳細は後述の Lecture で徹底解説します。
細菌の分類基準:
形態: 球菌（コッカス）、棒菌（バチルス）、らせん菌（スピリル）など。
細胞壁の構造: グラム染色による陽性（グラム陽性菌）または陰性（グラム陰性菌）。
増殖の場所: 好気性菌、嫌気性菌、通性嫌気性菌。
代謝特性: 栄養素の利用方法やエネルギー生成方法。
遺伝子情報: 16S rRNAの配列などによる分子系統学。
グラム染色の特徴:
グラム陽性菌:
細胞壁に厚いペプチドグリカン層を持つ。
脱色後もクリスタルバイオレットが保持され、紫色に染まる。
例: Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis.
グラム陰性菌:
外膜と薄いペプチドグリカン層を持つ。
脱色後にサフラニンで赤く染まる。
例: Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa.
抗酸染色の特徴:
抗酸菌:
高分子量脂質（ミコール酸）の細胞壁を持つ。
抗酸染色では石炭酸フクシンで赤く染まり、脱色に耐える。
例: Mycobacterium tuberculosis, Nocardia spp.
非抗酸菌:
抗酸染色でメチレンブルーで青く染まる。
他の染色法の特徴:
エンドスポア染色:
エンドスポアを持つ細菌（例: Bacillus, Clostridium）を識別。
エンドスポアは緑色に、細菌は赤く染まる。
カプセル染色:
カプセルを持つ細菌（例: Klebsiella pneumoniae, Bacillus anthracis）を識別。
負染色法を用いてカプセルを透明に保ち、背景を染色。
負染色（Negative Staining）:
細菌の形態や表面構造を観察。
染色液で背景を染め、細菌本体を染めない。
染色法と細菌分類の関連:
形態と染色: 形態の観察は基本的な分類に利用され、染色法でさらに特性を確認。
グラム染色: 細菌の細胞壁構造に基づく分類。グラム陽性菌とグラム陰性菌の分類が可能。
抗酸染色: 特定の細菌の特性（抗酸菌）を持つかどうかに基づく分類。
特殊染色法: エンドスポアやカプセルの有無、形状などで細菌を細かく分類。
応用と制限:
応用:
臨床診断: 迅速な病原体識別。
研究: 細菌の生態や病原性の理解。
教育: 学生に細菌学の基礎を教える手段。
制限:
完全な同定には不十分: 染色法だけでは限定的で、他の微生物学的方法が必要。
誤染色の可能性: 染色条件や細菌の状態による誤染色。
特定性の欠如: グラム染色では細かい種レベルでの同定が困難。
論点を整理します。
今回、Grok 2 mini (beta)にお願いして、論点をまとめてもらいました。
完全攻略を目指せ！
■■Grok 2 mini (beta)
総合的な論点
この問題は、細菌の染色法、特にグラム染色と抗酸染色についての理解を問うています。以下にその論点を整理します。
グラム染色（染色法1）:
グラム染色は、細菌の細胞壁の組成に基づいて細菌を分類するための方法です。細胞壁にペプチドグリカンが厚いグラム陽性菌は、クリスタルバイオレットとルゴール液で紫色に染まり、エタノールによる脱色に抵抗します。一方、ペプチドグリカンが薄く外膜を持つグラム陰性菌は、エタノールで脱色され、サフラニンで赤く染まります。
抗酸染色（染色法2）:
抗酸染色は、特定の細菌（主に抗酸菌）が持つ、高分子量の脂質（ミコール酸など）による疎水性の細胞壁成分を利用して染色します。これらの細菌は、通常の染色法では染まりにくいため、石炭酸フクシンを用いて加熱し、脱色液で洗浄した後、メチレンブルーで対比染色します。抗酸菌は赤く染まり、他の細菌は青く染まります。
細菌Aの特性:
細菌Aはグラム染色で明瞭な染色像が観察されず、抗酸染色で陽性であったことから、抗酸菌の特徴を持つことが示唆されます。抗酸菌は、通常のグラム染色では染まりにくい特性を持ち、抗酸染色で特異的に染まるためです。
選択肢の評価:
各選択肢がどのように細菌Aの特性や染色法の原理に関連するかを考慮して評価する必要があります。例えば、抗酸菌が持つような特殊な細胞壁成分がグラム染色にどのように影響するか、または抗酸染色が成功する理由を理解する必要があります。
各選択肢の論点および解法へのアプローチ方法
選択肢1: 細菌Aは、ペプチドグリカン層に加えて染色法1での染色に抵抗性の細胞壁成分を持っている。
論点: 抗酸菌はペプチドグリカン層に加えて、高分子量の脂質（ミコール酸）を含む細胞壁を持ち、これがグラム染色に抵抗性を示す。
アプローチ: グラム染色に抵抗性であることと抗酸染色で陽性であることを関連付けて、細菌Aの細胞壁構造が一般的なグラム陽性菌とは異なることを説明する。
選択肢2: ペプチドグリカン層が厚い細菌では、クリスタルバイオレットとルゴール液でつくられた色素がエタノールで除去される。
論点: グラム陽性菌はペプチドグリカン層が厚く、通常エタノールで除去されない。選択肢の内容はグラム陽性菌の特性に相反する。
アプローチ: グラム染色の原理を理解し、グラム陽性菌とグラム陰性菌の違いを明確にすることで、この選択肢が誤りであることを示す。
選択肢3: 高級脂肪酸やワックスに富む細胞壁成分を持つ細菌は、染色法2で染色されない。
論点: 抗酸菌は高分子量の脂質を持ち、抗酸染色で染まる。選択肢の内容は抗酸菌の特性に反する。
アプローチ: 抗酸菌の特性と抗酸染色の仕組みを説明し、選択肢が誤っていることを論証する。
選択肢4: 細菌Aの細胞壁は、融点の低い脂質に富んでおり、加温すると石炭酸フクシンの透過性が増す。
論点: 抗酸菌の細胞壁は高分子量の脂質（ミコール酸）を持ち、これが加温により石炭酸フクシンの透過性を増す。
アプローチ: 抗酸染色のプロセスと抗酸菌の細胞壁構造の関係を説明し、加温が染色にどのように影響するかを示す。
選択肢5: 染色法1の陽性細菌は青紫色、染色法2の陽性細菌は赤色に染まる。
論点: グラム染色の陽性細菌は青紫色、抗酸染色の陽性細菌（抗酸菌）は赤色に染まる。
アプローチ: 染色法の結果に関する基本的な知識を確認し、選択肢の内容が事実に基づいているかを検討する。
楽勝です！
はじめましょう。
薬剤師国家試験の薬学理論問題【生物】から細菌の染色法 / グラム染色・抗酸染色を論点とした問題です。
なお、以下の解説は、著者（Yukiho Takizawa, PhD）がプロンプトを作成して、その対話に応答する形でGPT4o & Copilot 、Gemini 1.5 Pro、またはGrok 2 (beta) が出力した文章であって、著者がすべての出力を校閲しています。
生成AIの製造元がはっきりと宣言しているように、生成AIは、その自然言語能力および取得している情報の現在の限界やプラットフォーム上のインターフェースのレイト制限などに起因して、間違った文章を作成してしまう場合があります。
疑問点に関しては、必要に応じて、ご自身でご確認をするようにしてください。
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第109回薬剤師国家試験｜薬学理論問題 /
問119
一般問題（薬学理論問題）【生物】
問109-119
Q. 2種類の染色法を用いて細菌Aについて調べた。染色法1(グラム染色)では明瞭な染色像が観察されなかったため、染色法2(抗酸染色)での染色を行ったところ、染色法2では陽性であった。染色法1、2の染色操作を図に示した。細菌Aとこれらの染色法に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。
選択肢｜
1. 細菌Aは、ペプチドグリカン層に加えて染色法1での染色に抵抗性の細胞壁成分を持っている。
2. ペプチドグリカン層が厚い細菌では、クリスタルバイオレットとルゴール液でつくられた色素がエタノールで除去される。
3. 高級脂肪酸やワックスに富む細胞壁成分を持つ細菌は、染色法2で染色されない。
4. 細菌Aの細胞壁は、融点の低い脂質に富んでおり、加温すると石炭酸フクシンの透過性が増す。
5. 染色法1の陽性細菌は青紫色、染色法2の陽性細菌は赤色に染まる。
■■Grok 2 mini (beta)
生物｜問 109-119
■論点｜細菌の染色法 / グラム染色・抗酸染色
この問題の論点は、細菌Aが示す染色特性を通じて、その細菌の生物学的特性、特に細胞壁の構成を特定することです。
細菌の分類と染色法の基本原理を理解し、それを問題文および選択肢に適用することで、細菌Aがどのような種類の細菌であるかを推測します。
■解説1｜
選択肢1: 細菌Aは、ペプチドグリカン層に加えて染色法1での染色に抵抗性の細胞壁成分を持っている。[正しい]
グラム染色（染色法1）で明瞭な染色像が得られなかったという事実は、細菌Aが通常のグラム陽性菌やグラム陰性菌ではないことを示しています。抗酸菌のような細菌は、グラム染色では染まりにくい特殊な細胞壁成分を持っています。この選択肢は、細菌Aが抗酸菌である可能性を示唆しています。
選択肢5: 染色法1の陽性細菌は青紫色、染色法2の陽性細菌は赤色に染まる。[正しい]
これはグラム染色と抗酸染色の基本的な結果を述べている。グラム陽性菌は青紫色に染まり、抗酸菌は抗酸染色で赤く染まる。これは染色法の原理に基づく正確な記述です。
■解説2｜
選択肢1について:
抗酸菌は、高分子量の脂質（ミコール酸）による疎水性の細胞壁を持つため、グラム染色では通常の陽性菌や陰性菌の様に染まりません。これにより、抗酸染色を用いて初めて明瞭な染色像が得られることとなります。
選択肢5について:
グラム染色（染色法1）では、クリスタルバイオレットとルゴール液に染まった細菌がエタノールで脱色されない（グラム陽性菌）か、脱色されてサフラニンで赤く染まる（グラム陰性菌）かで判別します。一方、抗酸染色（染色法2）では、抗酸菌が赤く染まることで識別されます。
■結論｜
選択肢1と選択肢5が正答です。
■補足｜
選択肢2: ペプチドグリカン層が厚い細菌では、クリスタルバイオレットとルゴール液でつくられた色素がエタノールで除去される。[誤り]
グラム陽性菌はペプチドグリカン層が厚く、これがエタノールで除去されることはありません。むしろ、グラム陰性菌では除去されます。
選択肢3: 高級脂肪酸やワックスに富む細胞壁成分を持つ細菌は、染色法2で染色されない。[誤り]
抗酸菌は高分子量の脂質を持ち、抗酸染色（染色法2）で染まることが期待されます。
選択肢4: 細菌Aの細胞壁は、融点の低い脂質に富んでおり、加温すると石炭酸フクシンの透過性が増す。[誤り]
抗酸菌の細胞壁は高分子量の脂質で、加温により染色液が透過しやすくなります。融点の低い脂質に富んでいるという表現は不適切です。
■Lecture
論点解説 細菌の染色法 概説
目次
細菌の染色法の歴史
グラム染色（Gram Staining）
2.1 グラム染色の原理
2.2 グラム染色の手順
2.3 グラム染色の結果と解釈
抗酸染色（Acid-Fast Staining）
3.1 抗酸染色の原理
3.2 抗酸染色の手順
3.3 抗酸染色の結果と解釈
その他の染色法
4.1 エンドスポア染色
4.2 カプセル染色
4.3 負染色（Negative Staining）
染色法の応用と制限
第1章 細菌の染色法の歴史
細菌の染色法は、微生物学の発展と共に深く結びついています。初期の微生物学者たちは、肉眼では見えない細菌を観察するために、染色法を開発しました。これは、細菌の形態や構造を理解し、異なる種類の細菌を識別する手段として重要でした。
初期の染色法: 19世紀後半から20世紀初頭にかけて、多くの染色法が開発されました。特に、1884年にクリスティアン・グラムがグラム染色を開発したことは、細菌学における大きな進歩でした。
グラム染色の登場: グラム染色は、細菌をグラム陽性とグラム陰性に分類するために使われ、微生物学における基本的な識別ツールとなりました。
抗酸染色の開発: 抗酸菌（例えば結核菌）のような特殊な細菌を識別するために抗酸染色が開発されました。これは、通常の染色法では染まりにくい細菌を観察可能にするために重要な方法です。
現代の染色法: 今日では、細菌の染色法は多様化し、分子生物学の手法と組み合わせることで、さらに詳細な情報を得ることが可能になっています。
第2章 グラム染色（Gram Staining）
2.1 グラム染色の原理
グラム染色は、細菌の細胞壁の組成に基づいて細菌を分類する染色法です。細胞壁にペプチドグリカンが厚い細菌（グラム陽性菌）は、染色プロセス中にクリスタルバイオレットとルゴール液で形成される複合体を保持し、紫色に染まります。一方、外膜とペプチドグリカンが薄い細菌（グラム陰性菌）は、脱色剤でこの複合体を失い、サフラニンで赤く染まります。
2.2 グラム染色の手順
グラム染色の手順は以下の通りです：
固定: スライドグラスに細菌を塗抹し、火で固定します。これにより細菌がスライドグラスにしっかりと付着します。
初染色: クリスタルバイオレットを滴下し、2分間放置します。これで全ての細菌が紫色に染まります。
媒染: ルゴール液を滴下し、30秒間放置します。ルゴール液はクリスタルバイオレットを固定化し、グラム陽性菌の細胞壁に強固に結び付けます。
脱色: エタノールまたはアセトン-エタノール混合液を滴下します。グラム陽性菌は脱色されませんが、グラム陰性菌は脱色されます。
対比染色: サフラニン液を滴下し、2分間放置します。脱色されたグラム陰性菌が赤く染まります。
洗浄と乾燥: 洗浄し、乾燥させて顕微鏡観察を行います。
2.3 グラム染色の結果と解釈
グラム染色の結果は以下のように解釈されます：
グラム陽性菌: 細胞壁にペプチドグリカンが厚く、紫色に染まる。例えば、Staphylococcus aureusやBacillus subtilisなど。
グラム陰性菌: 外膜とペプチドグリカンが薄く、脱色後、サフラニンで赤く染まる。例えば、Escherichia coliやPseudomonas aeruginosaなど。
解釈の注意点: 若い細菌や一部の細菌はグラム染色で不確かな結果を示すことがあります。また、細菌の成長段階や環境条件によっても染色結果が異なることがあります。
グラム染色は、臨床微生物学では迅速な病原体識別や抗生物質感受性の予測に役立ちますが、最終的な同定には他の方法も必要です。
第3章 抗酸染色（Acid-Fast Staining）
3.1 抗酸染色の原理
抗酸染色は、特に抗酸菌（Mycobacterium spp.やNocardia spp.）のような細菌を染色するための方法です。これらの細菌は、高分子量の脂質（ミコール酸）による疎水性の細胞壁を持ち、通常の染色法では染まりにくいため、特別な染色手法が必要です。この染色法では、抗酸菌は脱色液（酸性アルコール）で脱色されず、染色を保持する特性を利用します。
3.2 抗酸染色の手順
抗酸染色の手順は以下の通りです：
固定: スライドに細菌を塗抹し、火で固定します。
初染色: 石炭酸フクシン（カロル酸フクシン）を滴下し、加熱しながら染色します（通常3-5分間加温）。この際、染色液が蒸発しないように注意し、冷却後、水で洗浄します。
脱色: 塩酸アルコール（3%塩酸と95%エタノール）を滴下し、20秒間放置します。抗酸菌以外の細菌はこの段階で脱色されます。
対比染色: メチレンブルー液を滴下し、30秒間放置します。抗酸菌以外の細菌が青く染まります。
洗浄と乾燥: 水で洗浄し、乾燥させて顕微鏡観察を行います。
この手順により、抗酸菌が赤く染まり、その他の細菌が青く染まるため、容易に識別できます。
3.3 抗酸染色の結果と解釈
抗酸染色の結果は以下のように解釈されます：
抗酸菌: 抗酸菌は、ミコール酸などの高分子量脂質による疎水性の細胞壁を持ち、酸性アルコールによる脱色に耐え、赤く染まる。代表的な例は結核菌（Mycobacterium tuberculosis）です。
非抗酸菌: 他の細菌は、脱色後、メチレンブルーで青く染まる。
抗酸染色は、特に結核やマイコプラズマなどの感染症の診断において重要です。抗酸菌の同定は、抗酸染色が必要な最初のステップであり、他の微生物学的方法や分子生物学的手法と組み合わせて行われます。
第4章 その他の染色法
4.1 エンドスポア染色
エンドスポア染色は、細菌が形成する耐久性の高いエンドスポアを染色する方法です。エンドスポアは細菌が不利な条件下で形成し、極端な環境にも耐えることができます。
手順: マロリー染色法やシャウファー染色法などがあり、一般的にはマラカイトグリーンを用いて加熱し、染色後、水で洗浄してサフラニンで対比染色します。エンドスポアは緑色に、他の細菌は赤く染まります。
目的: 特に耐久性の高い細菌（例えばBacillusやClostridium）の同定に役立ちます。
4.2 カプセル染色
カプセル染色は、細菌が持つカプセル（外膜）を可視化する染色法です。
手順: 負染色法の一種であり、染色液（例えばニグロシンやインディアインク）を背景に染色し、細菌本体を染めずにカプセルを透明に保つことで観察します。
目的: カプセルの存在を確認し、病原性の指標として用いられます。カプセルを持つ細菌は一般に病原性が高いとされます。
4.3 負染色（Negative Staining）
負染色は、細菌の形や構造を背景を染色することで浮かび上がらせる方法です。
手順: 染色液（ニグロシンなど）を細菌の周りに滴下し、乾燥させて観察します。細菌は染色されず、背景が染まる。
目的: 細菌の表面構造や形状を詳細に観察するため。特に細菌の細胞壁やカプセルを観察する際に有用です。
第5章 染色法の応用と制限
応用
臨床診断: グラム染色や抗酸染色は、迅速な病原体同定と感染症の診断に不可欠です。例えば、グラム染色で患者の体液や組織からのサンプルをすぐに分析することができます。
研究: 染色法は新種の細菌の同定、細菌の形態や構造の研究に広く使用されます。
教育: 微生物学の教育において、染色法は学生に細菌の多様性とその基本的な性質を教えるための重要なツールです。
制限
同定の限界: 染色法だけでは完全な細菌の同定は難しく、他の生化学的試験や分子生物学的方法が必要です。
誤染色: 染色条件や染色液の濃度、細菌の成長段階などにより誤染色が起こることがあります。
特定性の欠如: グラム染色では、グラム陽性菌やグラム陰性菌に分類できるものの、それ以上の詳細な同定には限界があります。
抗酸染色の制限: 抗酸菌以外の細菌も一部の条件下では抗酸染色に陽性を示すことがあります。
染色法は、細菌の基本的な性質を理解し、初期の同定や形態観察のための非常に強力なツールですが、限界も理解し、他の方法と組み合わせて用いることが重要です。
Ref.
Gram, H. C. (1884). "Über die isolierte Färbung der Schizomyceten in Schnitt- und Trockenpräparaten." Fortschritte der Medizin, 2, 185-189.
Ziehl, F. (1882). "Über die Färbung des Tuberkelbazillus." Deutsche Medizinische Wochenschrift, 8(28), 451.
Neelsen, A. (1883). "Ein casuistischer Beitrag zur Lehre von der Tuberculose." Centralblatt für die medicinischen Wissenschaften, 21, 497-501.
Bainbridge, W. S. (1900). Manual of Bacteriology. William Wood and Company.
Brock, T. D., Madigan, M. T., Martinko, J. M., & Parker, J. (1994). Biology of Microorganisms. Prentice Hall.
Prescott, L. M., Harley, J. P., & Klein, D. A. (2002). Microbiology. McGraw-Hill.
Schaechter, M., Ingraham, J. L., & Neidhardt, F. C. (2006). Microbe. ASM Press.
Murray, P. R., Rosenthal, K. S., & Pfaller, M. A. (2015). Medical Microbiology. Elsevier Health Sciences.
Garrity, G. M., Brenner, D. J., Krieg, N. R., & Staley, J. T. (Eds.). (2005). Bergey's Manual of Systematic Bacteriology. Springer.
Madigan, M. T., Martinko, J. M., Stahl, D. A., & Clark, D. P. (2012). Brock Biology of Microorganisms. Pearson.
これらの文献は、染色法の歴史、原理、手順、結果の解釈、そして応用と制限に関する科学的理解を提供します。
必須問題の解説はこちらからどうぞ。
薬剤師国家試験対策ノート｜論点解説 必須問題 第106回-第109回 一覧 powered by Gemini 1.5 Pro, Google AI Studio & GPT4, Copilot｜matsunoya (note.com)
薬学理論問題【生物】(1) の解説はこちらからどうぞ。
薬剤師国家試験対策ノート｜論点解説 薬学理論問題 生物(1) 第106回-第109回 19問 powered by Gemini 1.5 Pro, Google AI Studio & GPT4o, C｜matsunoya (note.com)
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問119
一般問題（薬学理論問題）【生物】
問109-119
Q. 2種類の染色法を用いて細菌Aについて調べた。染色法1(グラム染色)では明瞭な染色像が観察されなかったため、染色法2(抗酸染色)での染色を行ったところ、染色法2では陽性であった。染色法1、2の染色操作を図に示した。細菌Aとこれらの染色法に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。
選択肢｜
1. 細菌Aは、ペプチドグリカン層に加えて染色法1での染色に抵抗性の細胞壁成分を持っている。
2. ペプチドグリカン層が厚い細菌では、クリスタルバイオレットとルゴール液でつくられた色素がエタノールで除去される。
3. 高級脂肪酸やワックスに富む細胞壁成分を持つ細菌は、染色法2で染色されない。
4. 細菌Aの細胞壁は、融点の低い脂質に富んでおり、加温すると石炭酸フクシンの透過性が増す。
5. 染色法1の陽性細菌は青紫色、染色法2の陽性細菌は赤色に染まる。
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