微生物学

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微生物学(microbiology),生物学的分支学科之一。它是研究各类微小生物(细菌放线菌真菌病毒立克次氏体、枝原体、衣原体原生动物以及藻类)的形态、生理生物化学、分类和生态的科学。
  简史和主要内容  经验阶段  自古以来,人类在日常生活和生产实践中,已经觉察到微生物生命活动及其所发生的作用。中国利用微生物进行酿酒的历史,可以追溯到4000多年前的龙山文化时期。殷商时代的甲骨文中刻有“酒”字 。北魏贾思勰的《齐民要术》(533~544)中,列有谷物制曲、酿酒、制酱、造醋和腌菜等方法。


  在古希腊留下来的石刻上,记有酿酒的操作过程。中国在春秋战国时期,就已经利用微生物分解有机物质的作用,进行沤粪积肥。公元1世纪的《氾胜之书》提出要以熟粪肥田以及瓜与小豆间作的制度。2世纪的《神农本草经》中,有白僵蚕治病的记载。6世纪的《左传》中,有用麦曲治腹泻病的记载。在10世纪的《医宗金鉴》中,有关于种痘方法的记载。1796年,英国人E.琴纳发明了牛痘苗,为免疫学的发展奠定了基础。


  形态学阶段  17世纪,荷兰人列文虎克用自制的简单显微镜(可放大160~260倍)观察牙垢、雨水、井水和植物浸液后,发现其中有许多运动着的“微小动物”,并用文字和图画科学地记载了人类最早看见的“微小动物”──细菌的不同形态(球状、杆状和螺旋状等)。过了不久,意大利植物学家P.A.米凯利也用简单的显微镜观察了真菌的形态。1838年,德国动物学家C.G.埃伦贝格在《纤毛虫是真正的有机体》一书中,把纤毛虫纲分为22科,其中包括3个细菌的科(他将细菌看作动物),并且创用bacteria(细菌)一词。1854年,德国植物学家F.J.科恩发现杆状细菌的芽孢,他将细菌归属于植物界,确定了此后百年间细菌的分类地位。
  生理学阶段  微生物学的研究从19世纪60年代开始进入生理学阶段。法国科学家L.巴斯德对微生物生理学的研究为现代微生物学奠定了基础。他论证酒和醋的酿造以及一些物质的腐败都是由一定种类的微生物引起的发酵过程,并不是发酵或腐败产生微生物;他认为发酵是微生物在没有空气的环境中的呼吸作用,而酒的变质则是有害微生物生长的结果;他进一步证明不同微生物种类各有独特的代谢机能,各自需要不同的生活条件并引起不同的作用;他提出了防止酒变质的加热灭菌法,后来被人称为巴斯德灭菌法,使用这一方法可使新生产的葡萄酒和啤酒长期保存。后来,他开始研究人、禽、畜的传染病(狂犬病炭疽病和鸡霍乱等),创立了病原微生物是传染病因的正确理论和应用菌苗接种预防传染病的方法。巴斯德在微生物学各方面的科学研究成果,促进了医学、发酵工业和农业的发展。与他同时代的德国微生物学家R.科赫对新兴的医学微生物学作出了巨大贡献。科赫首先论证炭疽杆菌是炭疽病的病原菌,接着又发现结核病霍乱的病原细菌,并提倡采用消毒杀菌方法防止这些疾病的传播;他的学生们也陆续发现白喉肺炎破伤风鼠疫等的病原细菌,导致了当时和以后数十年间人们对细菌给予高度的重视;他首创细菌的染色方法,采用了以琼脂作凝固培养基培养细菌和分离单菌落而获得纯培养的操作过程;他规定了鉴定病原细菌的方法和步骤,提出著名的科赫法则。1860年,英国外科医生J.利斯特应用药物杀菌,并创立了无菌的外科手术操作方法。1901年,著名细菌学家和动物学家И.И.梅契尼科夫发现白细胞吞噬细菌的作用,对免疫学的发展作出了贡献。
  俄国出生的法国微生物学家 C.H. 维诺格拉茨基于1887年发现硫磺细菌,1890年发现硝化细菌,他论证了土壤中硫化作用和硝化作用的微生物学过程以及这些细菌的化能营养特性。他最先发现嫌气性的自生固氮细菌,并运用无机培养基、选择性培养基以及富集培养等原理和方法,研究土壤细菌各个生理类群的生命活动,揭示土壤微生物参与土壤物质转化的各种作用,为土壤微生物学的发展奠定了基础。
  1892年,俄国植物生理学家Д.И.伊万诺夫斯基发现烟草花叶病原体是比细菌还小的、能通过细菌过滤器的、光学显微镜不能窥测的生物,称之为过滤性病毒。1915~1917年,F.W.特沃特和F.H.de埃雷尔观察细菌菌落上出现噬菌斑以及培养液中的溶菌现象,发现了细菌病毒──噬菌体。病毒的发现使人们对生物的概念从细胞形态扩大到了非细胞形态。
  在这一阶段中,微生物操作技术和研究方法的创立是微生物学发展的特有标志。
  生物化学阶段  20世纪以来,生物化学和生物物理学向微生物学渗透,再加上电子显微镜的发明和同位素示踪原子的应用,推动了微生物学向生物化学阶段的发展。1897年德国学者E.毕希纳发现酵母菌的无细胞提取液能与酵母一样具有发酵糖液产生乙醇的作用,从而认识了酵母菌酒精发酵的酶促过程,将微生物生命活动与酶化学结合起来。G.诺伊贝格等人对酵母菌生理的研究和对酒精发酵中间产物的分析,A.J.克勒伊沃对微生物代谢的研究以及他所开拓的比较生物化学的研究方向,其他许多人以大肠杆菌为材料所进行的一系列基本生理和代谢途径的研究,都阐明了生物体的代谢规律和控制其代谢的基本原理,并且在控制微生物代谢的基础上扩大利用微生物,发展酶学,推动了生物化学的发展。从20世纪30年代起,人们利用微生物进行乙醇、丙酮丁醇甘油、各种有机酸、氨基酸蛋白质、油脂等的工业化生产。
  1929年,A.弗莱明发现点青霉菌能抑制葡萄球菌的生长,揭示了微生物间的拮抗关系并发现了青霉素。1949年,S.A.瓦克斯曼在他多年研究土壤微生物所积累资料的基础上,发现了链霉素。此后陆续发现的新抗生素越来越多。这些抗生素除医用外,也应用于防治动植物的病害和食品保藏
  分子生物学阶段  1941年,G.W.比德尔和E.L.塔特姆用X射线紫外线照射链孢霉,使其产生变异,获得营养缺陷型。他们对营养缺陷型的研究不仅可以进一步了解基因的作用和本质,而且为分子遗传学打下了基础。1944年,O.T.埃弗里第一次证实了引起肺炎球菌形成荚膜遗传性状转化的物质是脱氧核糖核酸(DNA)。 1953年,J.D.沃森和F.H.C.克里克提出了 DNA分子的双螺旋结构模型和核酸半保留复制学说。H.富兰克尔-康拉特等通过烟草花叶病毒重组试验,证明核糖核酸(RNA)是遗传信息的载体,为奠定分子生物学基础起了重要作用。其后,又相继发现转运核糖核酸(tRNA)的作用机制、基因三联密码的论说、病毒的细微结构和感染增殖过程、生物固氮机制等微生物学中的重要理论,展示了微生物学广阔的应用前景。1957年,A.科恩伯格等成功地进行了DNA的体外组合和操纵。近年来,原核微生物基因重组的研究不断获得进展,胰岛素已用基因转移的大肠杆菌发酵生产,干扰素也已开始用细菌生产。现代微生物学的研究将继续向分子水平深入,向生产的深度和广度发展。
  学科分支  在微生物学的发展过程中,按照研究内容和目的的不同,相继建立了许多分支学科:研究微生物基本性状的有关基础理论的有微生物形态学、微生物分类学、微生物生理学、微生物遗传学和微生物生态学;研究微生物各个类群的有细菌学、真菌学、藻类学、原生动物学、病毒学等;研究在实践中应用微生物的有医学微生物学、工业微生物学、农业微生物学、食品微生物学、乳品微生物学(见乳品微生物)、石油微生物学(见石油发酵微生物)、土壤微生物学、水的微生物学、饲料微生物学(见饲料微生物)、环境微生物学、免疫学等。由于微生物学各分支学科的相互配合、互相促进,以及与生物化学、生物物理学、分子生物学等学科的相互渗透,使其在基础理论研究和实际应用两方面都有了迅速的发展。
  参考书目
 陈华癸、樊庆笙:《微生物学》,农业出版社,北京,1979。

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