4.1 微生物學(xué)的形成和發(fā)展
因?yàn)槲⑸锖苄�，�?gòu)造又簡(jiǎn)單，所以人們充分認(rèn)識(shí)它，并發(fā)展成為一門學(xué)科，與其他學(xué)科比起來(lái)，還是很晚的。盡管如此，人們已經(jīng)在廣泛的應(yīng)用微生物了。我國(guó)勞動(dòng)人民很早就認(rèn)識(shí)到微生物的存在和作用，也是最早應(yīng)用微生物的少數(shù)國(guó)家之一。據(jù)考古學(xué)推測(cè)，我國(guó)在8000年前已經(jīng)出現(xiàn)了曲蘗釀酒了，4000多年前我國(guó)釀酒已十分普遍，而且當(dāng)時(shí)埃及人也已學(xué)會(huì)烤制面包和釀制果酒。2500年前我國(guó)人民發(fā)明釀醬、醋，知道用曲治療消化道疾病。公元6世紀(jì)（北魏時(shí)期）,我國(guó)賈思勰的巨著《齊民要術(shù)》詳細(xì)地記載了制曲、釀酒、制醬和釀醋等工藝。在農(nóng)業(yè)上，雖然還不知道根瘤菌的固氮作用，但已經(jīng)在利用豆科植物輪作提高土壤肥力。這些事實(shí)說(shuō)明，盡管人們還不知道微生物的存在，但是已經(jīng)在同微生物打交道了，在應(yīng)用有益微生物的同時(shí)，還對(duì)有害微生物進(jìn)行預(yù)防和治療。為防止食物變質(zhì)，采用鹽漬、糖漬、干燥、酸化等方法。在我國(guó)隆慶年間就開始用人痘預(yù)防天花。人痘預(yù)防天花是我國(guó)對(duì)世界醫(yī)學(xué)上的一大貢獻(xiàn)，這種方法先后傳到俄國(guó)、日本、朝鮮、土耳其及英國(guó)，1798年英國(guó)醫(yī)生琴納（Jenner）提出用牛痘預(yù)防天花。
微生物學(xué)作為一門學(xué)科，是從有顯微鏡開始的，微生物學(xué)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期：形態(tài)學(xué)時(shí)期、生理學(xué)時(shí)期和現(xiàn)代微生物學(xué)的發(fā)展。
4.1.1形態(tài)學(xué)時(shí)期
微生物的形態(tài)觀察是從安東·列文虎克（Antony Van Leeuwenhock 1632-1732）發(fā)明的顯微鏡開始的，它是真正看見并描述微生物的第一人，他的顯微鏡在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是最精巧、最優(yōu)良的單式顯微鏡，他利用能放大50～300倍的顯微鏡，清楚地看見了細(xì)菌和原生動(dòng)物，而且還把觀察結(jié)果報(bào)告給英國(guó)皇家學(xué)會(huì)，其中有詳細(xì)的描述，并配有準(zhǔn)確的插圖。1695年，安東·列文虎克把自己積累的大量結(jié)果匯集在《安東·列文虎克所發(fā)現(xiàn)的自然界秘密》一書里。他的發(fā)現(xiàn)和描述首次揭示了一個(gè)嶄新的生物世界——微生物世界。這在微生物學(xué)的發(fā)展史上具有劃時(shí)代的意義。
4.1.2 生理學(xué)時(shí)期
繼列文虎克發(fā)現(xiàn)微生物世界以后的200年間，微生物學(xué)的研究基本上停留在形態(tài)描述和分門別類階段。直到19世紀(jì)中期，以法國(guó)的巴斯德（Louis Pasteur,1822-1895）和德國(guó)的柯赫(Robert Koch,1843-1910)為代表的科學(xué)家才將微生物的研究從形態(tài)描述推進(jìn)到生理學(xué)研究階段，揭露了微生物是造成腐敗發(fā)酵和人畜疾病的原因，并建立了分離、培養(yǎng)、接種和滅菌等一系列獨(dú)特的微生物技術(shù)。從而奠定了微生物學(xué)的基礎(chǔ)，同時(shí)開辟了醫(yī)學(xué)和工業(yè)微生物等分支學(xué)科。巴斯德和柯赫是微生物學(xué)的奠基人。
(1) 巴斯德
巴斯德原是化學(xué)家，曾在化學(xué)上做出過(guò)重要的貢獻(xiàn)，后來(lái)轉(zhuǎn)向微生物學(xué)研究領(lǐng)域，為微生物學(xué)的建立和發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。主要集中在下列三個(gè)方面：
① 徹底否定了“自然發(fā)生”學(xué)說(shuō)
“自生說(shuō)”是一個(gè)古老學(xué)說(shuō)，認(rèn)為一切生物是自然發(fā)生的。到了17世紀(jì)，雖然由于研究植物和動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育和生活循環(huán)，是“自生說(shuō)”逐漸消弱，但是由于技術(shù)問(wèn)題，如何證實(shí)微生物不是自然發(fā)生的仍是一個(gè)難題，這不僅是“自生說(shuō)”的一個(gè)頑固陣地，同時(shí)也是人們正確認(rèn)識(shí)微生物生命活動(dòng)的一大屏障。巴斯德在前人工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了許多試驗(yàn)，其中著名的曲頸瓶（見圖1-2）試驗(yàn)無(wú)可辯駁地證實(shí)，空氣內(nèi)確實(shí)含有微生物，他們引起有機(jī)質(zhì)的腐敗。巴斯德自制了一個(gè)具有細(xì)長(zhǎng)而彎曲的頸的玻瓶，其中盛有有機(jī)物水浸液，經(jīng)加熱滅菌后，瓶?jī)?nèi)可一直保持無(wú)菌狀態(tài)，有機(jī)物不發(fā)生腐敗，一旦將瓶頸打斷，瓶?jī)?nèi)浸液中才有了微生物，有機(jī)質(zhì)發(fā)生腐敗。巴斯德的試驗(yàn)徹底否定了“自生說(shuō)”，并從此建立了病原學(xué)說(shuō)，推動(dòng)了微生物學(xué)的發(fā)展。
② 免疫學(xué)——預(yù)防接種
Jenner雖然早在1798年發(fā)明了種痘法可預(yù)防天花，但卻不了解這個(gè)免疫過(guò)程的基本機(jī)制，因此，這個(gè)發(fā)現(xiàn)沒能獲得繼續(xù)發(fā)展。1877年，巴斯德研究了雞霍亂，發(fā)現(xiàn)將病原菌減毒可誘發(fā)免疫性，以預(yù)防雞霍亂病。其后它又研究了牛、羊炭疽病和狂犬病，并首次制成狂犬疫苗，證實(shí)其免疫學(xué)說(shuō)，為人類防病、治病做出了重大貢獻(xiàn)。
③ 證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的
究竟發(fā)酵是一個(gè)由微生物引起的生物過(guò)程還是一個(gè)純粹的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，曾是化學(xué)家和微生物學(xué)家激烈爭(zhēng)論的問(wèn)題。巴斯德在否定“自生說(shuō)”的基礎(chǔ)上，認(rèn)為一切發(fā)酵作用都可能與微生物的生長(zhǎng)繁殖有關(guān)。經(jīng)不斷地努力，巴斯德終于分離到了許多引起發(fā)酵的微生物，并證實(shí)酒精發(fā)酵是由酵母菌引起的。還研究了氧氣對(duì)酵母菌的發(fā)育和酒精發(fā)酵的影響。此外，巴斯德還發(fā)現(xiàn)乳酸發(fā)酵、醋酸發(fā)酵和丁酸發(fā)酵都是不同細(xì)菌所引起的。為進(jìn)一步研究微生物的生理生化奠定了基礎(chǔ)。
④ 其它貢獻(xiàn)
一直沿用至今天的巴斯德消毒法（60～65℃作短時(shí)間加熱處理，殺死有害微生物的一種消毒法）和家蠶軟化病問(wèn)題的解決也是巴斯德的重要貢獻(xiàn)，它不僅在實(shí)踐上解決了當(dāng)時(shí)法國(guó)酒變質(zhì)和家蠶軟化病的實(shí)際問(wèn)題，而且也推動(dòng)了微生物病原學(xué)說(shuō)的發(fā)展，并深刻影響醫(yī)學(xué)的發(fā)展。
(2) 柯赫
柯赫是著名的細(xì)菌學(xué)家，由于他曾經(jīng)是一名醫(yī)生，因此對(duì)病原細(xì)菌的研究做出了突出的貢獻(xiàn)：
①具體證實(shí)了炭疽病菌是炭疽病的病原菌；②發(fā)現(xiàn)了肺結(jié)核病的病原菌，這是當(dāng)時(shí)死亡率極高的傳染性疾病，因此柯赫獲得了諾貝爾獎(jiǎng)；③提出了證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則——柯赫原則：首先在患病肌體里存在著一種特定的病原菌，并可以從該肌體里分離得到純培養(yǎng)；然后用得到的純培養(yǎng)接種敏感動(dòng)物，表現(xiàn)出特有的性狀；最后從被感染的敏感動(dòng)物中又一次獲得與原病原菌相同的純培養(yǎng)。由于柯赫在病原菌研究方面的開創(chuàng)性工作，自19世紀(jì)70年代至20世紀(jì)20年代成了發(fā)現(xiàn)病原菌的黃金時(shí)代，所發(fā)現(xiàn)的各種病原微生物不下百余種，其中還包括植物病原菌。
柯赫除了在病原菌方面的偉大成就外，在微生物基本操作技術(shù)方面的貢獻(xiàn)更是為微生物學(xué)的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，這些技術(shù)包括：①用固體培養(yǎng)基分離純化微生物的技術(shù)，這是進(jìn)行微生物學(xué)研究的基本前提，這項(xiàng)技術(shù)一直沿用至今；②配制培養(yǎng)基（見第三章），也是當(dāng)今微生物研究的基本技術(shù)之一。這兩項(xiàng)技術(shù)不僅是具有微生物研究特色的重要技術(shù)，而且也為當(dāng)今動(dòng)植物細(xì)胞的培養(yǎng)做出了十分重要的貢獻(xiàn)。
巴斯德和柯赫的杰出工作，使微生物學(xué)作為一門獨(dú)立的學(xué)科開始形成，并出現(xiàn)以他們?yōu)榇矶⒌母鞣种W(xué)科，例如細(xì)菌學(xué)（巴斯德、柯赫等）、消毒外科技術(shù)（J. Lister），免疫學(xué)（巴斯德、Metchnikoff、Behring、Ehrlich等）、土壤微生物學(xué)（Beijernck Winogradsky 等）、病毒學(xué)（Ivanowsky、Beijerinck等）、植物病理學(xué)和真菌學(xué)（Bary、Berkeley等）、釀造學(xué)（Hensen、Jorgensen 等）以及化學(xué)治療法（Ehrlish 等）。微生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容日趨豐富，使微生物學(xué)發(fā)展更加迅速。
4.1.3 現(xiàn)代微生物學(xué)的發(fā)展
20世紀(jì)上半葉微生物學(xué)事業(yè)欣欣向榮。微生物學(xué)沿著兩個(gè)方向發(fā)展，即應(yīng)用微生物學(xué)和基礎(chǔ)微生物學(xué)。在應(yīng)用方面，對(duì)人類疾病和軀體防御機(jī)能的研究，促進(jìn)了醫(yī)學(xué)微生物學(xué)和免疫學(xué)的發(fā)展。青霉素的發(fā)現(xiàn)（Fleming,1929）和瓦克斯曼（Waksman）對(duì)土壤中放線菌的研究成果導(dǎo)致了抗生素科學(xué)的出現(xiàn)，這是工業(yè)微生物學(xué)的一個(gè)重要領(lǐng)域。環(huán)境微生物學(xué)在土壤微生物學(xué)研究的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)。微生物在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用使農(nóng)業(yè)微生物學(xué)和獸醫(yī)微生物學(xué)等也成為重要的應(yīng)用學(xué)科。應(yīng)用成果不斷涌現(xiàn)，促進(jìn)了基礎(chǔ)研究的深入，于是細(xì)菌和其它微生物的分類系統(tǒng)在20世紀(jì)中葉出現(xiàn)了，對(duì)細(xì)胞化學(xué)結(jié)構(gòu)和酶及其功能的研究發(fā)展了微生物生理學(xué)和生物化學(xué)，微生物遺傳和變異的研究導(dǎo)致了微生物遺傳學(xué)的誕生。微生物生態(tài)學(xué)在20世紀(jì)60年代也形成了一個(gè)獨(dú)立學(xué)科。
20世紀(jì)80年代以來(lái)，在分子水平上對(duì)微生物研究迅速發(fā)展，分子微生物學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。在短短的時(shí)間內(nèi)取得了一系列進(jìn)展，并出現(xiàn)了一些新的概念，較突出的有，生物多樣性、進(jìn)化、三原界學(xué)說(shuō)；細(xì)菌染色體結(jié)構(gòu)和全基因組測(cè)序；細(xì)菌基因表達(dá)的整體調(diào)控和對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)機(jī)制；細(xì)菌的發(fā)育及其分子機(jī)理；細(xì)菌細(xì)胞之間和細(xì)菌同動(dòng)植物之間的信號(hào)傳遞；分子技術(shù)在微生物原位研究中的應(yīng)用。經(jīng)歷約150年成長(zhǎng)起來(lái)的微生物學(xué)，在21世紀(jì)將為統(tǒng)一生物學(xué)的重要內(nèi)容而繼續(xù)向前發(fā)展，其中兩個(gè)活躍的前沿領(lǐng)域?qū)⑹欠肿游⑸镞z傳學(xué)和分子微生物生態(tài)學(xué)。
微生物產(chǎn)業(yè)在21世紀(jì)將呈現(xiàn)全新的局面。微生物從發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在短短的300年間，特別是20世紀(jì)中葉，已在人類的生活和生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛的應(yīng)用，并形成了繼動(dòng)、植物兩大生物產(chǎn)業(yè)后的第三大產(chǎn)業(yè)。這是以微生物的代謝產(chǎn)物和菌體本身為生產(chǎn)對(duì)象的生物產(chǎn)業(yè)，所用的微生物主要是從自然界篩選或選育的自然菌種。21世紀(jì)，微生物產(chǎn)業(yè)除了更廣泛的利用和挖掘不同生境（包括極端環(huán)境）的自然資源微生物外，基因工程菌將形成一批強(qiáng)大的工業(yè)生產(chǎn)菌，生產(chǎn)外源基因表達(dá)的產(chǎn)物，特別是藥物的生產(chǎn)將出現(xiàn)前所未有的新局面，結(jié)合基因組學(xué)在藥物設(shè)計(jì)上的新策略將出現(xiàn)以核酸（DNA或RNA）為靶標(biāo)的新藥物（如反義寡核苷酸、肽核酸、DNA疫苗等）的大量生產(chǎn)，人類將完全征服癌癥、艾滋病以及其他疾病。此外，微生物工業(yè)將生產(chǎn)各種各樣的新產(chǎn)品，例如降解性塑料、DNA芯片、生物能源等，在21世紀(jì)將出現(xiàn)一批嶄新的微生物工業(yè)，為全世界的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn).
4.2 我國(guó)微生物學(xué)的發(fā)展
我國(guó)是具有5000年文明史的古國(guó)，我國(guó)勞動(dòng)人民對(duì)微生物的認(rèn)識(shí)和利用是最早的幾個(gè)國(guó)家之一。特別是在制酒、醬油、醋等微生物產(chǎn)品以及用種痘、麥曲等進(jìn)行防病治療等方面具有卓越的貢獻(xiàn)。但微生物作為一門科學(xué)進(jìn)行研究，我國(guó)起步較晚。中國(guó)學(xué)者開始從事微生物學(xué)研究在20世紀(jì)之初，那時(shí)一批到西方留學(xué)的中國(guó)科學(xué)家開始較系統(tǒng)的介紹微生物知識(shí)，從事微生物學(xué)研究。1910-1921年間伍連德用近代微生物學(xué)知識(shí)對(duì)鼠疫和霍亂病原的探索和防治，在中國(guó)最早建立起衛(wèi)生防疫機(jī)構(gòu)，培養(yǎng)了第一支預(yù)防鼠疫的專業(yè)隊(duì)伍，在當(dāng)時(shí)這項(xiàng)工作居于國(guó)際先進(jìn)地位。20世紀(jì)20-30年代，我國(guó)學(xué)者開始對(duì)醫(yī)學(xué)微生物學(xué)有了較多的試驗(yàn)研究，其中湯飛凡等在醫(yī)學(xué)細(xì)菌學(xué)、病毒學(xué)和免疫學(xué)等方面的某些領(lǐng)域做出過(guò)較高水平的成績(jī)，例如沙眼病原體的分離和確認(rèn)是具有國(guó)際領(lǐng)先水平的開創(chuàng)性工作。20世紀(jì)30年代開始在高校設(shè)立釀造科目和農(nóng)產(chǎn)品制造系，以釀造為主要課程，創(chuàng)建了一批與應(yīng)用微生物學(xué)有關(guān)的研究機(jī)構(gòu)，魏巖壽等在工業(yè)微生物方面做出了開拓性工作。戴芳瀾和俞大紱等是我國(guó)真菌學(xué)和植物病理學(xué)的奠基人；陳華癸和張憲武等對(duì)根瘤菌固氮作用的研究開創(chuàng)了我國(guó)農(nóng)業(yè)微生物學(xué)；高尚蔭創(chuàng)建了我國(guó)病毒學(xué)的基礎(chǔ)理論研究和第一個(gè)微生物學(xué)專業(yè)。但總的來(lái)說(shuō)，在新中國(guó)成立之前，我國(guó)微生物學(xué)的力量較弱且分散，未形成我國(guó)自己的隊(duì)伍和研究體系，也沒有我國(guó)自己的現(xiàn)代微生物工業(yè)。
新中國(guó)成立以后，微生物學(xué)在我國(guó)有了劃時(shí)代的發(fā)展，一批主要進(jìn)行微生物學(xué)研究的單位建立起來(lái)了，一些重點(diǎn)大學(xué)創(chuàng)設(shè)了微生物學(xué)專業(yè)，培養(yǎng)了一大批微生物學(xué)人才。現(xiàn)代化的發(fā)酵工業(yè)、抗生素工業(yè)、生物農(nóng)藥和菌肥工作已經(jīng)形成一定的規(guī)模，特別是改革開放以來(lái)，我國(guó)微生物學(xué)無(wú)論在應(yīng)用和基礎(chǔ)理論研究方面都取得了重要的成果，例如我國(guó)抗生素的總產(chǎn)量已躍居世界首位，我國(guó)的兩步法生產(chǎn)維生素C的技術(shù)居世界先進(jìn)水平。近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者瞄準(zhǔn)世界微生物學(xué)科發(fā)展前沿，進(jìn)行微生物基因組學(xué)的研究，現(xiàn)已完成痘苗病毒天壇株的全基因組測(cè)序，最近又對(duì)我國(guó)的辛德畢斯毒株（變異株）進(jìn)行了全基因組測(cè)序。1999年又啟動(dòng)了從我國(guó)云南省騰沖地區(qū)熱海沸泉中分離得到的泉生熱袍菌全基因組測(cè)序，目前取得可喜進(jìn)展。我國(guó)微生物學(xué)進(jìn)入了一個(gè)全面發(fā)展的新時(shí)期。但從總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)的微生物學(xué)發(fā)展水平除個(gè)別領(lǐng)域或研究課題達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，為國(guó)外同行承認(rèn)外，絕大多數(shù)領(lǐng)域與國(guó)外先進(jìn)水平相比，尚有相當(dāng)大的差距。因此如何發(fā)揮我國(guó)傳統(tǒng)應(yīng)用微生物技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，緊跟國(guó)際發(fā)展前沿，趕超世界先進(jìn)水平，還需作出艱苦的努力。