微生物的發現與微生物學發展簡史

 

在 17 世紀下半葉，荷蘭學者呂文虎克（ Antony van Leeuwenhook ）用自製的簡易顯微鏡親眼觀察到細菌個體之前，對於一門學科來說尚沒形成。這個時期稱為微生物學史前時期。

在這個時期，實際上人們在生產與日常生活中積累了不少關於微生物作用的經驗規律，並且應用這些規律，創造財富，減少和消滅病害。民間早已廣泛應用的釀酒、製醋、發麵、醃製酸菜泡菜、鹽漬、蜜餞等等。古埃及人也早已掌握製作麵包和配製果酒技術。這些都是人類在食品工藝中控製和應用微生物活動規律的典型例子。積肥、漚糞、翻土壓青、豆類作物與其它作物的間作輪作，是人類在農業生產實踐中控製和應用微生物生命活動規律的生產技術。種痘預防天花是人類控製和應用微生物生命活動規律在預防疾病保護健康方麵的寶貴實踐。盡管這些還沒有上升為微生物學理論，但都是控製和應用微生物生命活動規律的實踐活動。

 

17 世紀 80 年代，呂文虎克用他自己製造的，可放大 160 倍的顯微鏡觀察牙垢、雨水、井水以及各種有機質的浸出液，發現到了許多可以活動的 “ 活的小動物 ” ，並發表了這一 “ 自然界的秘密 ” 。這是首次對微生物形態和個體的觀察和記載。隨後，其他研究者憑借顯微鏡對於其它微生物類群進行的觀察和記載，充實和擴大了人類對微生物類群形態的視野。但是在其後相當長的時間內，對於微生物作用的規律仍一無所知。這個時期也稱為微生物學的創始時期。

 

在 19 世紀 60 年代初，法國的巴斯德（ Louis Pasteur ）和德國的柯赫（ Robert Koch ）等一批傑出的科學家建立了一套獨特的微生物研究方法，對微生物的生命活動及其對人類實踐和自然界的作用作了初步研究，同時還建立起許多微生物學分支學科，尤其是建立了解決當時實際問題的幾門重要應用微生物學科，如醫用細菌學、植物病理學、釀造學、土壤微生物學等。

 

在這個時期，巴斯德研究了酒變酸的微生物原理、探索了蠶病、牛羊炭疽病、雞霍亂和人狂犬病等傳染病的病因、有機質腐敗和釀酒失敗的起因，否定了生命起源的 “ 自然發生說 ” ，建立了巴氏消毒法等一係列微生物學實驗技術。柯赫在繼巴斯德之後，改進了固體培養基的配方，發明了傾皿法進行純種分離，建立了細菌細胞的染色技術，顯微攝影技術和懸滴培養法，尋找並確證了炭疽病、結核病和霍亂病等一係列嚴重傳染疾病的病原體等。這些成就奠定了微生物學成為一門科學的基礎。他們是微生物學的奠基人。

 

在這一時期，英國學者布赫納（ E. Buchner ）在 1897 年研究了磨碎酵母菌的發酵作用，把酵母菌的生命活動和酶化學相聯係起來，推動了微生物生理學的發展。同時，其他學者例如俄國學者伊萬諾夫斯基 (Ivanovski) 首先發現了煙草花葉病毒 (Tobacco mosaic virus ， TMV) ，擴大了微生物的類群範圍。

 

在上一時期的基礎上，本世紀初至 40 年代末微生物學開始進入了酶學和生物化學研究時期，許多酶、輔酶、抗生素以及許多反應的生物化學和生物遺傳學都是在這一時期發現和創立的，並在 40 年代末形成了一門研究微生物基本生命活動規律的綜合學科 —— 普通微生物學。

50 年代初，隨著電鏡技術和其他高技術的出現，對微生物的研究進入到分子生物學的水平。 1953 年華特生（ J. D. Watson ）和克裏克（ F. H. Crick ）發現了細菌基因體脫氧核糖核酸長鏈的雙螺旋構造。 1961 年加古勃（ F. Jacab ）和莫諾德（ J. Monod ）提出了操縱子學說，指出了基因表達的調節機製和其局部變化與基因突變之間的關係，即闡明了遺傳信息的傳遞與表達的關係。 1977 年， C. Weose 等在分析原核生物 16S rRNA 和真核生物 18S rRNA 序列的基礎上，提出了可將自然界的生命分為細菌、古菌和真核生物三域（ domain ），揭示了各生物之間的係統發育關係，使微生物學進入到成熟時期。在這個成熟時期，從基礎研究來講，從三大方麵深入到分子水平來研究微生物的生命活動規律：① 研究微生物大分子的結構和功能，即研究核酸、蛋白質、生物合成、信息傳遞、膜結構與功能等。② 在基因和分子水平上研究不同生理類型微生物的各種代謝途徑和調控、能量產生和轉換，以及嚴格厭氧和其他極端條件下的代謝活動等。③ 分子水平上研究微生物的形態構建和分化，病毒的裝配以及微生物的進化、分類和鑒定等，在基因和分子水平上揭示微生物的係統發育關係。尤其是近年來，應用現代分子生物技術手段，將具有某種特殊功能的基因作出了組成序列圖譜，以大腸杆菌等細菌細胞為工具和對象進行了各種各樣的基因轉移、克隆等等開拓性研究。在應用方麵，開發菌種資源、發酵原料和代謝產物，利用代謝調控機製和固定化細胞、固定化酶發展發酵生產和提高發酵經濟的效益，應用遺傳工程組建具有特殊功能的 “ 工程菌 ” ，把研究微生物的各種方法和手段應用於動、植物和人類研究的某些領域。這些研究使微生物學研究進入到一個嶄新的時期。

 

我國是認識和利用微生物曆史最為悠久、在應用成果獲得最為優秀的國家之一。酒、醬油、醋等微生物飲料和調味品的製作，豆科植物與非豆科植物的輪作間作，種痘預防天花等方麵都有卓越的實踐與記載。現在我國的微生物學事業得到了長足發展。現代化的發酵工業、抗生素工業、生物農藥和菌肥的研究和應用以及微生物學基礎研究逐步形成一定規模。應用現代微生物學分子生物學手段在基因水平、分子水平和後基因組水平尚的研究業已廣泛展開。在世界上有影響的研究成果正不斷出現，在某些領域進入了國際先進水平。我國微生物學的發展進入了一個新的時期。然而差距仍十分明顯。