在17世纪下半叶，荷兰学者吕文虎克（Ancony van Leeuwenhoek）用自制的简易显微镜观察到细菌个体之前，对于一门学科来说尚未形成。这个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已经积累了不少关于微生物对人类有用的经验，并且应用这些经验创造财富，减少和消灭病害。如中国民间早已广泛应用的微生物技术酿酒、制醇、发面、腌制酸菜泡菜、盐渍蜜饯，等等。古埃及人也早已掌握制作面包和配制果酒技术。这些都说明人类已经自发地学会在食品工艺中控制和利用微生物活动的规律。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和利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。尽管当时这些还没有上升为微生物学理论，但都是控制和利用微生物生命活动规律的实践活动。
（二）微生物形态学发展阶段
17世纪80年代，吕文虎克用他自己制造的可放大160 倍的显微镜观察牙垢、雨水、井水以及各种有机质的浸出液时，发现了许多可以活动的“活的小动物”，并发表了这一“自然界的秘密”。这是首次对微生物形态和个体的观察和记载。随后，其他研究者凭借显微镜对其他许多微生物类群进行了观察和记载，扩大了人类对微生物类群形态的视野。但是在此后相当长的时间内，人们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。
（三）微生物生理学发展阶段
在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做了初步研究，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。
在这个时期，巴斯德研究了酒变酸的微生物原理，探索了蚕病、牛羊炭疽病、鸡霍乱和人狂犬病等传染病的病因以及有机质腐败和酿酒失败的起因，否定了生命起源的“自然发生说”，建立了巴氏消毒法等一系列微生物学实验技术。柯赫在继巴斯德之后，改进了固体培养基的配方，发明了倾皿法进行纯种分离，建立了细菌细胞的染色技术、显微摄影技术和悬滴培养法，寻找并确证了炭疽病、结核病和霍乱病等一系列严重传染疾病的病原体，提出了Koch 法则。这些成就奠定了微生物学成为一门科学的基础。他们是微生物学的奠基人。
在这一时期，英国学者布赫纳（E.Buchner）在1897年研究了磨碎酵母菌的发酵作用，把酵母菌的生命活动和酶化学相联系起来，推动了微生物生理学的发展。同时，其他学者例如俄国学者伊万诺夫斯基（Ivanovski）首先发现了烟草花叶病毒（Tobacco mosaic virus，TMV），扩大了微生物的类群范围。(www.xing528.com)
（四）微生物分子生物学发展阶段
20世纪的世纪初至40年代末微生物学开始进入酶学和生物化学研究时期，许多酶、辅酶、抗生素以及生物化学和生物遗传学都是在这一时期发现和创立的，并在40年代末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。
50年代初，随着电镜技术和其他现代技术的出现，对微生物的研究进入到分子生物学的水平。I953年沃森（J.D.Watson）和克里克（F.H.Crick）发现了细菌染色体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.Mcmod）提出了操纵子学说，指出了基因表达的调节机制和其局部变化与基因突变之间的关系，即阐明了遗传信息的传递与表达的关系。
1977年，C.Woese 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、古菌和真核生物三域（domain），揭示了各生物之间的系统发育关系，使微生物学进入成熟时期。
就基础研究来讲，在这个成熟时期，从三大方面深入到了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.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做出了组成序列图谱，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。这些进步使微生物学研究进入一个崭新的时期。
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