微生物学的发展与应用

一、微生物学及其分支学科

1.微生物学及其研究内容

微生物学（Microbiology）是研究微生物及其生命活动规律的科学。包括微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异；微生物的进化、分类、生态等生命活动规律；与其他微生物之间、动植物之间的相互关系、外界环境理化因素之间的相互关系；微生物在生物地球化学循环中的作用；微生物在工业、农业、医疗卫生、环境保护、食品生产等各个领域中的应用；等等。实际上，微生物学除相应的理论体系外，还包括微生物学研究技术，是一门既有独特的理论体系，又有很强实践性的学科。

2.微生物学的分支学科

微生物学已形成了基础微生物学和应用微生物学，又可根据研究的侧重面和层次不同而分为许多不同的分支学科，并且还在不断地形成新的学科和研究领域。按研究对象分，可分为细菌学、放线菌学、真菌学、病毒学、原生动物学、藻类学等；按过程与功能分，可分为微生物生理学、微生物分类学、微生物遗传学、微生物生态学、微生物分子生物学、微生物基因组学、细胞微生物学等；按生态环境分，可分为土壤微生物学、环境微生物学、水域微生物学、海洋微生物学、宇宙微生物学等；按技术与工艺分，可分为发酵微生物学、分析微生物学、遗传工程学、微生物技术学等；按应用范围分，可分为工业微生物学、农业微生物学、医学微生物学、兽医微生物学、食品微生物学、预防微生物学等；按与人类疾病关系分，可分为流行病学、医学微生物学、免疫学等。

微生物学已成为当今的发展最为活跃、最为迅速、最为辉煌、影响最大的生命科学之一。

二、微生物学发展史

1.史前时期人类对微生物的认识与利用

17世纪下半叶，荷兰学者吕文虎克（Antony van Leeuwenhook）用自制的简易显微镜亲眼观察到了细菌个体。此事件之前的时期称为微生物学史前时期。

在这个时期，人们在生产与日常生活中积累了不少关于微生物作用的经验规律，并且应用这些规律，创造财富，减少和消灭病害。如民间早已广泛应用的酿酒、制醋、发面、腌制酸菜泡菜、盐渍、蜜饯等。古埃及人也早已掌握制作面包和配制果酒技术。这些都是人类在食品工艺中控制和应用微生物活动规律的典型例子。积肥、沤粪、翻土压青、豆类作物与其他作物的间作轮作，是人类在农业生产实践中控制、应用微生物生命活动规律的生产技术。种痘预防天花是人类控制和应用微生物生命活动规律在预防疾病保护健康方面的宝贵实践。尽管这些还没有上升为理论，但都是控制和应用微生物生命活动规律的实践活动。(www.xing528.com)

2.微生物形态学发展阶段

自吕文虎克观察到细菌个体后，其他研究者凭借显微镜对其他微生物类群进行的观察和记载，充实和扩大了人类对微生物类群形态观察和研究的视野。但在其后相当长的时间内，对于微生物作用的规律仍一无所知。这个时期也称为微生物学的创始时期。

3.微生物生理学发展阶段

19世纪60年代初，法国的巴斯德（Louis Pasteur）和德国的柯赫（Robert Koch）等一批杰出的科学家建立了一套独特的微生物研究方法，对微生物的生命活动及其对人类实践和自然界的作用作了初步研究，同时还建立起许多微生物学分支学科，尤其是建立了解决当时实际问题的几门重要的应用微生物学科，如医用细菌学、植物病理学、酿造学、土壤微生物学等。

4.微生物分子生物学发展阶段

20世纪初至40年代末微生物学开始进入了酶学和生物化学研究时期，许多酶、辅酶、抗生素以及许多反应的生物化学和生物遗传学都是在这一时期发现和创立的，并形成了一门研究微生物基本生命活动规律的综合学科 —— 普通微生物学。

20世纪50年代初，随着电镜技术和其他高技术的出现，微生物的研究进入到分子生物学水平。1953年沃森（J.D.Watson）和克里克（F.H.Crick）发现了脱氧核糖核酸长链的双螺旋构造。1961年加古勃（F.Jacab）和莫诺德（J.Monod）提出了操纵子学说，阐明了遗传信息的传递与表达的关系。1977年，沃斯（C.Weose）等在分析原核生物16S rRNA和真核生物18S rRNA序列的基础上，提出了可将自然界的生命分为细菌、古菌和真核生物3域（domain），揭示了各生物之间的系统发育关系，使微生物学进入到成熟时期。在这个成熟时期，从基础研究来讲，从3大方面深入到分子水平来研究微生物的生命活动规律：①研究微生物大分子的结构和功能，即研究核酸、蛋白质、生物合成、信息传递、膜结构与功能等。②在基因和分子水平上研究不同生理类型微生物的各种代谢途径和调控、能量产生和转换，以及严格厌氧和其他极端条件下的代谢活动等。③在分子水平上研究微生物的形态构建和分化，病毒的装配以及微生物的进化、分类和鉴定等，在基因和分子水平上揭示微生物的系统发育关系。尤其是近年来，应用现代分子生物技术手段，将具有某种特殊功能的基因作出了组成序列图谱，以大肠杆菌等细菌细胞为工具和对象进行了各种各样的基因转移、克隆等开拓性研究。在应用方面，开发菌种资源、发酵原料和代谢产物，利用代谢调控机制和固定化细胞、固定化酶发展发酵生产和提高发酵经济的效益，应用遗传工程组建具有特殊功能的“工程菌”，把研究微生物的各种方法和手段应用于动、植物和人类研究的某些领域。这些研究使微生物学研究进入一个崭新的时期。

5.我国微生物学的发展与贡献

我国是认识和利用微生物历史最为悠久、应用成果获得最为优秀的国家之一。酒、酱油、醋等微生物饮料和调味品的制作，豆科植物与非豆科植物的轮作间作，种痘预防天花等方面都有卓越的实践与记载。现在，我国的微生物学事业得到了长足发展。现代化的发酵工业、抗生素工业、生物农药和菌肥的研究和应用以及微生物学基础研究逐步形成一定规模。应用现代微生物学分子生物学手段在基因水平、分子水平和后基因组水平上的研究也已广泛展开。在世界上有影响的研究成果正不断出现，在某些领域进入了国际先进水平。我国微生物学的发展进入了一个新的时期，然而差距仍十分明显。