微生物學(xué)

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

微生物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史

　　自古以來，人類在日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中，已經(jīng)覺察到微生物的生命活動(dòng)及其所發(fā)生的作用。中國利用微生物進(jìn)行釀酒的歷史，可以追溯到4000多年前的龍山文化時(shí)期。殷商時(shí)代的甲骨文中刻有“酒”字。北魏賈思勰的《齊民要術(shù)》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(shí)期，就已經(jīng)利用微生物分解有機(jī)物質(zhì)的作用，進(jìn)行漚糞積肥。公元二世紀(jì)的《神農(nóng)本草經(jīng)》中，有白僵蠶治病的記載。公園六世紀(jì)的《左傳》中，有用麥曲治腹瀉病的記載。在10世紀(jì)的《醫(yī)宗金鑒》中，有關(guān)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(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

　　17世紀(jì)，荷蘭人列文虎克用自制的簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)著的“微小動(dòng)物”，并用文字和圖畫科學(xué)地記載了人類最早看見的“微小動(dòng)物”——細(xì)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(xué)家米凱利也用簡(jiǎn)單的顯微鏡觀察了真菌的形態(tài)。

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

　　微生物學(xué)的研究從19世紀(jì)60年代開始進(jìn)入生理學(xué)階段。法國科學(xué)家巴斯德對(duì)微生物生理學(xué)的研究為現(xiàn)代微生物學(xué)奠定了基礎(chǔ)。他論證酒和醋的釀造以及一些物質(zhì)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(chǎn)生微生物；他認(rèn)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(zhì)則是有害微生物生長的結(jié)果；他進(jìn)一步證明不同微生物種類各有獨(dú)特的代謝機(jī)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(zhì)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(chǎn)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(yīng)用菌苗接種預(yù)防傳染病的方法。巴斯德在微生物學(xué)各方面的科學(xué)研究成果，促進(jìn)了醫(yī)學(xué)、發(fā)酵工業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

　　與巴斯德同時(shí)代的德國微生物學(xué)家科赫對(duì)新興的醫(yī)學(xué)微生物學(xué)作出了巨大貢獻(xiàn)。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(jié)核病和霍亂的病原細(xì)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(xué)生們也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)白喉，肺炎、破傷風(fēng)、鼠疫等的病原細(xì)菌，導(dǎo)致了當(dāng)時(shí)和以后數(shù)十年間人們對(duì)細(xì)菌給予高度的重視；他首創(chuàng)細(xì)菌的染色方法，采用了以瓊脂作凝固培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)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(xì)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(yīng)用藥物殺菌，并創(chuàng)立了無菌的外科手術(shù)操作方法。1901年，著名細(xì)菌學(xué)家和動(dòng)物學(xué)家梅契尼科夫發(fā)現(xiàn)白細(xì)胞吞噬細(xì)菌的作用，對(duì)免疫學(xué)的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。

　　俄國出生的法國微生物學(xué)家維諾格拉茨基于1887年發(fā)現(xiàn)硫磺細(xì)菌，1890年發(fā)現(xiàn)硝化細(xì)菌，他論證了土壤中硫化作用和硝化作用的微生物學(xué)過程以及這些細(xì)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(xì)菌，并運(yùn)用無機(jī)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(xì)菌各個(gè)生理類群的生命活動(dòng)，揭示土壤微生物參與土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化的各種作用，為土壤微生物學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

　　1892年，俄國植物生理學(xué)家伊萬諾夫斯基發(fā)現(xiàn)煙草花葉病原體是比細(xì)菌還小的、能通過細(xì)菌過濾器的，光學(xué)顯微鏡不能窺測(cè)的生物，稱之為過濾性病毒。1915～1917年，特沃特和埃雷爾觀察細(xì)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(xì)菌病毒——噬菌體。病毒的發(fā)現(xiàn)使人們對(duì)生物的概念從細(xì)胞形態(tài)擴(kuò)大到了非細(xì)胞形態(tài)。

　　20世紀(jì)以來，生物化學(xué)和生物物理學(xué)向微生物學(xué)滲透，再加上電子顯微鏡的發(fā)明和同位素示蹤原子的應(yīng)用，推動(dòng)了微生物學(xué)向生物化學(xué)階段的發(fā)展。1897年德國學(xué)者畢希納發(fā)現(xiàn)酵母菌的無細(xì)胞提取液能與酵母一樣具有發(fā)酵糖液產(chǎn)生乙醇的作用，從而認(rèn)識(shí)了酵母菌酒精發(fā)酵的酶促過程，將微生物生命活動(dòng)與酶化學(xué)結(jié)合起來。

　　諾伊貝格等人對(duì)酵母菌生理的研究和對(duì)酒精發(fā)酵中間產(chǎn)物的分析，克勒伊沃對(duì)微生物代謝的研究以及他所開拓的比較生物化學(xué)的研究方向，其他許多人以大腸桿菌為材料所進(jìn)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(chǔ)上擴(kuò)大利用微生物，發(fā)展酶學(xué)，推動(dòng)了生物化學(xué)的發(fā)展。從20世紀(jì)30年代起，人們利用微生物進(jìn)行乙醇、丙酮、丁醇、甘油、各種有機(jī)酸、氨基酸、蛋白質(zhì)、油脂等的工業(yè)化生產(chǎn)。

　　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(guān)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(chǔ)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(yīng)用于防治動(dòng)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(chǎn)生變異，獲得營養(yǎng)缺陷型。他們對(duì)營養(yǎng)缺陷型的研究不僅可以進(jìn)一步了解基因的作用和本質(zhì)，而且為分子遺傳學(xué)打下了基礎(chǔ)。1944年，埃弗里第一次證實(shí)了引起肺炎球菌形成莢膜遺傳性狀轉(zhuǎn)化的物質(zhì)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(jié)構(gòu)模型和核酸半保留復(fù)制學(xué)說。

　　富蘭克爾-康拉特等通過煙草花葉病毒重組試驗(yàn)，證明核糖核酸(RNA)是遺傳信息的載體，為奠定分子生物學(xué)基礎(chǔ)起了重要作用。其后，又相繼發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸(tRNA)的作用機(jī)制、基因三聯(lián)密碼的論說、病毒的細(xì)微結(jié)構(gòu)和感染增殖過程、生物固氮機(jī)制等微生物學(xué)中的重要理論，展示了微生物學(xué)廣闊的應(yīng)用前景。

　　1957年，科恩伯格等成功地進(jìn)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(jìn)展，胰島素已用基因轉(zhuǎn)移的大腸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)，干擾素也已開始用細(xì)菌生產(chǎn)。現(xiàn)代微生物學(xué)的研究將繼續(xù)向分子水平深入，向生產(chǎn)的深度和廣度發(fā)展。

　　在微生物學(xué)的發(fā)展過程中，按照研究?jī)?nèi)容和目的的不同，相繼建立了許多分支學(xué)科：研究微生物基本性狀的有關(guān)基礎(chǔ)理論的有微生物形態(tài)學(xué)、微生物分類學(xué)、微生物生理學(xué)、微生物遺傳學(xué)和微生物生態(tài)學(xué)；研究微生物各個(gè)類群的有細(xì)菌學(xué)、真菌學(xué)、藻類學(xué)、原生動(dòng)物學(xué)、病毒學(xué)等；研究在實(shí)踐中應(yīng)用微生物的有醫(yī)學(xué)微生物學(xué)、工業(yè)微生物學(xué)、農(nóng)業(yè)微生物學(xué)、食品微生物學(xué)、乳品微生物學(xué)、石油微生物學(xué)、土壤微生物學(xué)、水的微生物學(xué)飼料微生物學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、免疫學(xué)等。

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