20 世纪以来，生物化学和生物物理学向微生物学渗透，再加上电子显微镜的发明和同位素示踪技术的应用，大大推动了微生物学的发展。 原来看不见或观察不清楚的内部结构，现在可以观察得比较清楚；有关蛋白质、糖类等物质的代谢过程，也研究得比较透彻；对微生物的生长、遗传、免疫和分类研究，广泛而深入并取得了许多重要的成果。
总的来看，微生物学沿着两个方向发展，即基础微生物学和应用微生物学。 按照研究内容和目的的不同，微生物学相继建立了许多分支学科:研究微生物基本性状和相关基础理论的有“微生物形态学”“微生物分类学”“微生物生理学”“微生物遗传学”和“微生物生态学”；研究微生物各个类群的有“细菌学”“真菌学”“藻类学”“原生动物学”“病毒学”等；研究在实践中应用微生物的有“医学微生物学”“工业微生物学”“农业微生物学”“食品微生物学”“乳品微生物学”“石油微生物学”“土壤微生物学”“海洋微生物学”“饲料微生物学”“环境微生物学”等。 20 世纪80 年代以来，现代微生物学在分子水平上对微生物的研究发展迅速，分子微生物学应运而生。 经历约150 年成长起来的微生物学，21 世纪将在分子层面形成统一的生物学理论，其中两个活跃的前沿领域是分子微生物遗传学和分子微生物生态学。(www.xing528.com)
微生物从发现到现在经历的短短300 年间，尤其是20 世纪中叶以来，已在人类生活和生产实践中得到广泛应用，并形成了继动物、植物两大生物产业后的第三大产业。 从20 世纪30年代起，人们利用微生物进行乙醇、丙酮、丁醇、甘油、有机酸、氨基酸、蛋白质、油脂等的工业化生产。 微生物产业在21 世纪呈现出全新的局面。 人们除了更广泛地利用和挖掘不同生物环境（包括极端环境）的自然微生物外，还通过基因工程培育了一批强大的工业生产菌，生产外源基因表达产物，特别是在药物的生产中已呈现出前所未有的新局面。 结合基因组学在药物设计上的新策略，将出现以核酸（DNA 或RNA）为靶标的新药物（如反义寡核苷酸、肽核酸、DNA 疫苗等）大量生产，人类将征服癌症、艾滋病及其他疾病。 此外，微生物工业将生产各种各样的新产品，如降解性塑料、DNA 芯片、生物能源等。 21 世纪即将出现一批崭新的微生物工业，为全世界的经济和社会发展做出更大的贡献。
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