微生物學

　　研究各類微小生物生命活動規律和生物學特性的科學。具體研究內容包括：微生物的形態特徵、分類和生態、生物化學特性、遺傳變異、育種以及微生物與人、動物、植物之間的關係。微生物在工業、農業、醫療醫藥、環保、能源、地質和礦物開採以及研究生命起源等方面有重要作用。微生物種類繁多，包括那些細胞形態的原核微生物，如細菌、古菌等；真核微生物，如真菌等；非細胞形態的類病毒、病毒、擬病毒和朊病毒等；原生動物的一些種類常被列入微生物行列之中，原因在於這些種類的形態非常微小。

　　簡史　古代人類在日常生活和生產實踐中盡管不知道微生物是什麼樣子，但微生物在生產實踐中已經得到應用。在中國，利用微生物釀酒有悠久的歷史。可以追溯到4 000多年前的龍山文化時期。殷商時代的甲骨文中就刻有“酒”字。在北魏賈思勰撰寫的《齊民要術》一書中，就有利用谷物曲釀酒、制醬、造醋和醃菜等的方法。在古希臘留下來的石刻上也記有釀酒的操作過程。

　　生理學階段　17世紀，荷蘭人A.van列文虎克用自制的簡單顯微鏡觀察牙垢、雨水、井水和植物浸液後，發現其中有許多運動著的並呈現不同形態的“微小動物”，這些微小的生物，實際上就是後來人們所說的微生物。此後，意大利植物學傢P.A.米凱也利用簡單的顯微鏡觀察瞭真菌的形態。1838年，德國動物學傢C.G.埃倫貝格在《纖毛蟲是真正的機體》一書中，創立瞭細菌一詞。1854年，德國植物學傢F.J.科恩將細菌歸屬於植物界，從此確定瞭此後百年間細菌的分類地位。

　　從19世紀60年代，對微生物的研究開始進入生物學階段。法國微生物學傢L.巴斯德對微生物生理學的研究為微生物學的誕生奠定瞭基礎。他論證瞭酒和醋的釀造過程以及一些物質的腐敗都是由一定種類的微生物引起的發酵過程，而不是發酵或腐敗產生微生物。他認為發酵是微生物在沒有空氣的環境中的呼吸作用，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自有著獨特的代謝機能，並需要不同的生活條件；他提出瞭防止酒變質的加熱滅菌法，即著名的巴斯德氏滅菌法，使用這一方法可使新生產的葡萄酒和啤酒長期保存。後來，他開始研究人、禽、畜的傳染病（狂犬病、炭疽病和雞霍亂等），創立瞭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研究成果，促進瞭醫學、發酵工業和農業的發展。同巴斯德同時代的德國科學傢R.科赫對新興的醫學微生物學也作出瞭巨大貢獻。他首先論證瞭炭疽桿菌是炭疽病的病原菌，接著又發現結核病和霍亂的病原細菌，並提倡采用消毒和殺菌方法防止一些疾病的傳播；他的學生們發現瞭白喉、肺炎、破傷風、鼠疫等的病原細菌，使當時和以後數十年間人們對細菌的研究給予高度的重視；他首創瞭細菌的染色方法，采用瞭以瓊脂作凝固培養基培養細菌和分離單菌落而獲得純培養的操作過程。1860年，英國外科醫生J.李斯特應用藥物殺菌，並創立瞭無菌的外科手術操作方法。1901年，俄國著名細菌學傢和動物學傢I.I.梅契尼科夫發現白細胞吞噬細菌的作用，對免疫學的發展作出瞭貢獻。

　　1887年和1890年俄國微生物學傢C.H.維諾格拉斯基分別發現瞭硫磺細菌和硝化細菌，從而證實瞭微生物對土壤的硫化作用和硝化作用。此外，他最先發現瞭嫌氣性的自生固氮細菌，並以此揭示瞭土壤微生物參與土壤物質轉化的各種作用，為土壤微生物學的形成與發展奠定瞭基礎。

　　1892年，俄國植物生理學傢D.I.伊萬諾夫斯基發現煙草花葉病原體是比細菌還小的、能通過細菌過濾器的並在光學顯微鏡下觀察不到的生物，即稱之為過濾性病毒。1915～1917年，F.W.特沃特和F.H.de埃雷爾分別發現在細菌菌落上出現噬菌斑以及培養液中的溶菌現象，即發現瞭細菌病毒——噬菌體。病毒的發現使人們對生物的概念從細胞形態擴大到瞭非細胞形態。這一階段是微生物操作技術和研究方法的創立時期。

　　生物化學階段　進入20世紀，生物化學和生物物理學向微生物學滲透，加上電子顯微鏡的發明和同位素示蹤原子的應用，推動瞭微生物學向生物化學階段的發展。1897年，德國科學傢E.畢希納發現酵母菌的無細胞提取液與酵母一樣具有發酵糖液產生乙醇的作用，從而發現瞭酵母菌酒精發酵的酶促過程，並認識到將微生物生命活動與酶的化學結合關系。20世紀30年代起，人們開始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、油脂等的工業化生產。1928年，英國科學傢A.弗萊明發現青黴菌能抑制葡萄球菌的生長，從而揭示瞭微生物間的拮抗關系並發現瞭青黴素。1949年，美國科學傢S.A.瓦克斯曼在研究土壤微生物所積累資料的基礎上，發現瞭鏈黴素。抗生素的發現除瞭為醫學臨床治療帶來革命外，在動植物病害防治和食品保藏方面也有瞭新的認識。

　　分子生物學階段　20世紀40年代，G.W.比德爾和E.L.塔特姆用X射線和紫外線照射鏈孢黴，使其產生變異，獲得營養缺陷型的研究，不僅可以進一步瞭解基因的作用和本質，而且為分子遺傳學打下瞭基礎。20世紀50年代，H.富蘭克爾–康拉特等人通過煙草花葉病毒重組試驗，證明瞭核糖核酸(DNA)是遺傳信息的載體，為分子微生物學奠定基礎起瞭重要作用。其後，又相繼發現轉移核糖核酸(tRNA)的作用機制、基因三聯密碼的論說、病毒的細微結構和感染增殖過程，以及生物固氮機制等微生物學中的重要理論，從而展示瞭微生物學在分子水平上的應用前景。

　　研究狀況　進入21世紀，隨著科學技術的發展，使得許多學科領域的研究更趨細化，學科領域間的交叉研究日趨廣泛。同樣，微生物學的應用與研究也隨之涉及更多的學科領域。傳統的微生物應用研究也有瞭很大發展，如，醫學微生物學、工業微生物學、農業微生物學、資源微生物學、食品微生物學、土壤微生物學、環境微生物學、免疫微生物學，等等。特別是環境微生物學，以及同人類生活息息相關的微生物學科，受到人們的關註。由於微生物在人類生存環境中無處不在這一特點，使微生物學更加註重同其他學科研究領域的聯系。同樣，其他學科領域也在加強運用微生物學的研究成果，微生物學同其他學科的交叉研究將更加緊密。在對微生物進行分子生物學研究的基礎上，更加註重從生物工程學的角度對微生物進行研究。