微生物學

微生物學是生物學的分支學科之一，它是研究各類微小生物，如細菌、放線菌、真菌、病毒、立克次氏體、枝原體、衣原體、原生動物以及藻類等的形態(tài)、生理、生物化學、分類和生態(tài)的科學。

微生物學發(fā)展簡史

　　自古以來，人類在日常生活和生產實踐中，已經覺察到微生物的生命活動及其所發(fā)生的作用。中國利用微生物進行釀酒的歷史，可以追溯到4000多年前的龍山文化時期。殷商時代的甲骨文中刻有“酒”字。北魏賈思勰的《齊民要術》中，列有谷物制曲，釀酒、制醬、造醋和腌菜等方法。

　　在古希臘留下來的石刻上，記有釀酒的操作過程。中國在春秋戰(zhàn)國時期，就已經利用微生物分解有機物質的作用，進行漚糞積肥。公元二世紀的《神農本草經》中，有白僵蠶治病的記載。公園六世紀的《左傳》中，有用麥曲治腹瀉病的記載。在10世紀的《醫(yī)宗金鑒》中，有關于種痘方法的記載。1796年，英國人琴納發(fā)明了牛痘苗，為免疫學的發(fā)展奠定了基礎。

　　17世紀，荷蘭人列文虎克用自制的簡單顯微鏡(可放大160～260倍)觀察牙垢、雨水、井水和植物浸液后，發(fā)現(xiàn)其中有許多運動著的“微小動物”，并用文字和圖畫科學地記載了人類最早看見的“微小動物”——細菌的不同形態(tài)(球狀、桿狀和螺旋狀等)。過了不久，意大利植物學家米凱利也用簡單的顯微鏡觀察了真菌的形態(tài)。

　　1838年，德國動物學家埃倫貝格在《纖毛蟲是真正的有機體》一書中，把纖毛蟲綱分為22科，其中包括3個細菌的科(他將細菌看作動物)，并且創(chuàng)用細菌一詞。1854年，德國植物學家科恩發(fā)現(xiàn)桿狀細菌的芽孢，他將細菌歸屬于植物界，確定了此后百年間細菌的分類地位。

　　微生物學的研究從19世紀60年代開始進入生理學階段。法國科學家巴斯德對微生物生理學的研究為現(xiàn)代微生物學奠定了基礎。他論證酒和醋的釀造以及一些物質的腐敗都是由一定種類的微生物引起的發(fā)酵過程，并不是發(fā)酵或腐敗產生微生物；他認為發(fā)酵是微生物在沒有空氣的環(huán)境中的呼吸作用，而酒的變質則是有害微生物生長的結果；他進一步證明不同微生物種類各有獨特的代謝機能，各自需要不同的生活條件并引起不同的作用；他提出了防止酒變質的加熱滅菌法，后來被人稱為巴斯德滅菌法，使用這一方法可使新生產的葡萄酒和啤酒長期保存。

　　后來，他開始研究人、禽、畜的傳染病(狂犬病、炭疽病和雞霍亂等)，創(chuàng)立了病原微生物是傳染病因的正確理論，和應用菌苗接種預防傳染病的方法。巴斯德在微生物學各方面的科學研究成果，促進了醫(yī)學、發(fā)酵工業(yè)和農業(yè)的發(fā)展。

　　與巴斯德同時代的德國微生物學家科赫對新興的醫(yī)學微生物學作出了巨大貢獻。科赫首先論證炭疽桿菌是炭疽病的病原苗，接著又發(fā)現(xiàn)結核病和霍亂的病原細菌，并提倡采用消毒和殺菌方法防止這些疾病的傳播；他的學生們也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)白喉，肺炎、破傷風、鼠疫等的病原細菌，導致了當時和以后數(shù)十年間人們對細菌給予高度的重視；他首創(chuàng)細菌的染色方法，采用了以瓊脂作凝固培養(yǎng)基培養(yǎng)細菌和分離單苗落而獲得純培養(yǎng)的操作過程；他規(guī)定了鑒定病原細菌的方法和步驟，提出著名的科赫法則。

　　1860年，英國外科醫(yī)生利斯特應用藥物殺菌，并創(chuàng)立了無菌的外科手術操作方法。1901年，著名細菌學家和動物學家梅契尼科夫發(fā)現(xiàn)白細胞吞噬細菌的作用，對免疫學的發(fā)展作出了貢獻。

　　俄國出生的法國微生物學家維諾格拉茨基于1887年發(fā)現(xiàn)硫磺細菌，1890年發(fā)現(xiàn)硝化細菌，他論證了土壤中硫化作用和硝化作用的微生物學過程以及這些細菌的化能營養(yǎng)特性。他最先發(fā)現(xiàn)嫌氣性的自生固氮細菌，并運用無機培養(yǎng)基、選擇性培養(yǎng)基以及富集培養(yǎng)等原理和方法，研究土壤細菌各個生理類群的生命活動，揭示土壤微生物參與土壤物質轉化的各種作用，為土壤微生物學的發(fā)展奠定了基礎。

　　1892年，俄國植物生理學家伊萬諾夫斯基發(fā)現(xiàn)煙草花葉病原體是比細菌還小的、能通過細菌過濾器的，光學顯微鏡不能窺測的生物，稱之為過濾性病毒。1915～1917年，特沃特和埃雷爾觀察細菌苗落上出現(xiàn)噬菌斑以及培養(yǎng)液中的溶菌現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了細菌病毒——噬菌體。病毒的發(fā)現(xiàn)使人們對生物的概念從細胞形態(tài)擴大到了非細胞形態(tài)。

　　20世紀以來，生物化學和生物物理學向微生物學滲透，再加上電子顯微鏡的發(fā)明和同位素示蹤原子的應用，推動了微生物學向生物化學階段的發(fā)展。1897年德國學者畢希納發(fā)現(xiàn)酵母菌的無細胞提取液能與酵母一樣具有發(fā)酵糖液產生乙醇的作用，從而認識了酵母菌酒精發(fā)酵的酶促過程，將微生物生命活動與酶化學結合起來。

　　諾伊貝格等人對酵母菌生理的研究和對酒精發(fā)酵中間產物的分析，克勒伊沃對微生物代謝的研究以及他所開拓的比較生物化學的研究方向，其他許多人以大腸桿菌為材料所進行的一系列基本生理和代謝途徑的研究，都闡明了生物體的代謝規(guī)律和控制其代謝的基本原理，并且在控制微生物代謝的基礎上擴大利用微生物，發(fā)展酶學，推動了生物化學的發(fā)展。從20世紀30年代起，人們利用微生物進行乙醇、丙酮、丁醇、甘油、各種有機酸、氨基酸、蛋白質、油脂等的工業(yè)化生產。

　　1929年，弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉菌能抑制葡萄球菌的生長，揭示了微生物間的拮抗關系，并發(fā)現(xiàn)了青霉素。1949年，瓦克斯曼在他多年研究土壤微生物所積累資料的基礎上，發(fā)現(xiàn)了鏈霉素。此后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的新抗生素越來越多。這些抗生素除醫(yī)用外，也應用于防治動植物的病害和食品保藏。

　　1941年，比德爾和塔特姆用X射線和紫外線照射鏈孢霉，使其產生變異，獲得營養(yǎng)缺陷型。他們對營養(yǎng)缺陷型的研究不僅可以進一步了解基因的作用和本質，而且為分子遺傳學打下了基礎。1944年，埃弗里第一次證實了引起肺炎球菌形成莢膜遺傳性狀轉化的物質是脫氧核糖核酸(DNA)。1953年，沃森和克里克提出了DNA分子的雙螺旋結構模型和核酸半保留復制學說。

　　富蘭克爾-康拉特等通過煙草花葉病毒重組試驗，證明核糖核酸(RNA)是遺傳信息的載體，為奠定分子生物學基礎起了重要作用。其后，又相繼發(fā)現(xiàn)轉運核糖核酸(tRNA)的作用機制、基因三聯(lián)密碼的論說、病毒的細微結構和感染增殖過程、生物固氮機制等微生物學中的重要理論，展示了微生物學廣闊的應用前景。

　　1957年，科恩伯格等成功地進行了DNA的體外組合和操縱。近年來，原核微生物基因重組的研究不斷獲得進展，胰島素已用基因轉移的大腸桿菌發(fā)酵生產，干擾素也已開始用細菌生產。現(xiàn)代微生物學的研究將繼續(xù)向分子水平深入，向生產的深度和廣度發(fā)展。

　　在微生物學的發(fā)展過程中，按照研究內容和目的的不同，相繼建立了許多分支學科：研究微生物基本性狀的有關基礎理論的有微生物形態(tài)學、微生物分類學、微生物生理學、微生物遺傳學和微生物生態(tài)學；研究微生物各個類群的有細菌學、真菌學、藻類學、原生動物學、病毒學等；研究在實踐中應用微生物的有醫(yī)學微生物學、工業(yè)微生物學、農業(yè)微生物學、食品微生物學、乳品微生物學、石油微生物學、土壤微生物學、水的微生物學飼料微生物學、環(huán)境微生物學、免疫學等。

　　由于微生物學各分支學科的相互配合、互相促進，以及與生物化學、生物物理學、分子生物學等學科的相互滲透，使其在基礎理論研究和實際應用兩方面都有了迅速的發(fā)展。