【文章內容簡介】 柯赫獲得了諾貝爾獎。(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。由于柯赫在病原菌研究方面的開創(chuàng)性工作，自19世紀70年代至20世紀20年代成了發(fā)現(xiàn)病原菌的黃金時代，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細菌。圖15 柯赫(18431910)柯赫除了在病原菌研究方面的偉大成就外，在微生物基本操作技術方面的貢獻更是為微生物學的發(fā)展奠定了技術基礎，這些技術包括：(1)用固體培養(yǎng)基分離純化微生物的技術，這是進行微生物學研究的基本前體，這項技術一直沿用至今。(2)配制培養(yǎng)基(見第四章)。也是當今微生物學研究的基本技術之一。這二項技術不僅是具有微生物學研究特色的重要技術，而且也為當今動植物細胞的培養(yǎng)作出了十分重要的貢獻。巴斯德和柯赫的杰出工作，使微生物學作為一門獨立的學科開始形成，并出現(xiàn)以他們?yōu)榇矶⒌母鞣种W科，例如細菌學(巴斯德、柯赫等)、消毒外科技術()，免疫學(巴斯德、Metchnikoff, Behring, Ehrlich等)、土壤微生物學(Beijernck Winogradsky等)、病毒學(IVanowsky、Beijerinck等)、植物病理學和真菌學(Bary, Berkeley等)、釀造學(Hensen, Jorgensen等)以及化學治療法(Ehrlish等)等。微生物學的研究內容日趨豐富，使微生物學發(fā)展更加迅速。四、20世紀的微生物學19世紀中期到20世紀初，微生物研究作為一門獨立的學科已經形成，并進行著自身的發(fā)展。但在20世紀早期還未與生物學的主流相匯合。當時大多數(shù)生物學家的研究興趣是有關高等動植物細胞的結構和功能、生態(tài)學、繁殖和發(fā)育、遺傳以及進化等；而微生物學家更關心的是感染 疾病的因子、免疫、尋找新的化學治療藥物以及微生物代謝等。到了20世紀40年代，隨著生物學的發(fā)展，許多生物學難以解決的理論和技術問題十分突出，特別是遺傳學上的爭論問題，使得微生物這樣一種簡單而又具完整生命活動的小生物成了生物學研究的“明星”，微生物學很快與生物學主流匯合，并被推到了整個生命科學發(fā)展的前沿，獲得了迅速的發(fā)展，在生命科學的發(fā)展中作出了巨大的貢獻。微生物學走出了獨自發(fā)展，以應用為主的狹窄研究范圍，與生物學發(fā)展的主流匯合、交叉，獲得全面、深入的發(fā)展。而首先與之匯合的是遺傳學、生物化學。1941年Beadle和Tatum用 粗糙脈胞菌(Neurospora crasa)分離出一系列生化突變株，將遺傳學和生物化學緊密結合起來，不僅促進微生物學本身向縱深發(fā)展，形成了新的基礎研究學科微生物遺 傳學和微生物生理學，而且也推動了分子遺傳學的形成。與此同時，微生物的其他分支學科也得到迅速發(fā)展，如細菌學、真菌學、病毒學、微生物分類學、工業(yè)微生物學、土壤微生物學、植物病理學、醫(yī)學微生物學及免疫學等。還有60年代發(fā)展起來的微生物生態(tài)學、環(huán)境微生物學等。這些都是原來獨立的學科相互交叉、滲透而形成的。微生物的一系列生命活動規(guī)律，包括遺傳變異、細胞結構和功能，微生物的酶及生理生化等的研究逐漸發(fā)展起來，到了20世紀50年代微生物學全面進入分子研究水平，并進一步與迅速發(fā)展起來的分子生物學理論和技術以及其他學科匯合，使微生物學發(fā)展成為生命科學領域內一門發(fā)展最快，影響最大、體現(xiàn)生命科學發(fā)展主流的前沿科學。微生物學應用性廣泛，進入20世紀，特別是40年代后，微生物的應用也獲得重大進展。抗生素的生產已成為現(xiàn)代化的大企業(yè)；微生物酶制劑已廣泛用于農、工、醫(yī)各方面；微生物的其它產物，如有機酸、氨基酸、維生素、核苷酸等，都利用微生物進行大量生產。微生物的利用已組成一項新興的發(fā)酵工業(yè)，并逐步朝著人為有效控制的方面發(fā)展。80年代初，在基因工程的帶動下，傳統(tǒng)的微生物發(fā)酵工業(yè)已從多方面發(fā)生了質的變化，成為現(xiàn)代生物技術的重要組成部分。(1)促進許多重大理論問題的突破生命科學由整體或細胞研究水平進入分子水平，取決于許多重大理論問題的突破，其中微生物學起了重要甚至關鍵的作用，特別是對分子遺傳學和分子生物學的影響最大。我們知道“突變”是遺傳學研究的重要手段，但是只有在1941年Beadle和Tatum用粗糙脈胞霉進行的突變實驗，才使基因和酶的關系得以闡明，提出了“一個基因一個酶”的假說。有關突變的性質和來源(自發(fā)突變)(1943)利用細菌進行的突變所證實。長期爭論而不能得到解決的“遺傳物 質的基礎是什么?”的重大理論問題，只有在以微生物為材料進行研究所獲得的結果才無可辯駁地證實：核酸是遺傳信息的攜帶者，是遺傳物質的基礎(見第八章)。這一重大突破也為 1953年WotsonCrick DNA雙螺旋結構的提出起了戰(zhàn)略性的決定作用，從而奠定了分子遺傳 學的基礎。此外，基因的概念遺傳學發(fā)展的核心，也與微生物學的研究息息相關，例如，著名的“斷裂基因”的發(fā)現(xiàn)來源于對病毒的研究(第七章)；所謂“跳躍基因”(可轉座因子)的發(fā)現(xiàn)雖然首先來源于McClintock對玉米的研究，但最終得到證實和公認是由于對大腸桿菌的研究?；蚪Y構的精細分析、重疊基因的發(fā)現(xiàn)，最先完成的基因組測序等都與微生物學發(fā)展密不可分。以研究生命物質的物理、化學結構及其功能為己任的分子生物學，如果沒有遺傳密碼的闡明，不知道基因表達調控的機制，那將是“無源之水，無本之本”。正是微生物學的研究和發(fā)展為之奠定了基礎。60年代Nirenberg等人通過研究大腸桿菌無細胞蛋白質合成體系及多聚尿苷酶，發(fā)現(xiàn)了苯丙氨酸的遺傳密碼，繼而完成了全部密碼的破譯，為人類從分子水平上研究生命現(xiàn)象開辟了新的途徑。Jacob等人通過研究大腸桿菌誘導酶的形成機制而提出的操縱子學說，闡明了基因表達調控的機制，為分子生物學的形成奠定了基礎。此外，DNA、RNA、蛋白質的合成機制以及遺傳信息傳遞的“中心法則”的提出等都涉及到微生物學家所作出的卓越貢獻。(2)對生命科學研究技術的貢獻微生物學的建立雖然比高等動、植物學晚，但發(fā)展卻十分迅速。動、植物由于結構的復雜性及技術方法的限制而相對發(fā)展緩慢，特別是人類遺傳學的限制更大。20世紀中后期由于微生物學的消毒滅菌，分離培養(yǎng)等技術的滲透和應用的拓寬及發(fā)展，動、植物細胞也可以像微生物一樣在平板或三角瓶中培養(yǎng)，可以在顯微鏡下進行分離，甚至可以像微生物的工業(yè)發(fā)酵一樣，在發(fā)酵罐中進行生產。今天的轉基因動物、轉基團植物的轉化技術也源于微生物轉化的理論和技術。70年代，由于微生物學的許多重大發(fā)現(xiàn)，包括質粒載體，限制性內切酶，連接酶，反轉錄酶等，才導致了DNA重組技術和遺傳工程的出現(xiàn)(見第十章)，使整個生命科學翻開了新的一頁，使人類定向改變生物、根治疾病、美化環(huán)境的的夢想將成為現(xiàn)實。(3)微生物與“人類基因組計劃” “人類基因組計劃”的全稱為“人類基因組作圖和測序計劃”。這是一項當今世界耗資巨大(30億美元)，其深遠意義堪與阿波羅登月計劃媲美的最大的科學工程。要完成如此浩大的工程，除了需要多學科(數(shù)、理、化、信息、計算機等)的交叉外，模式生物的先行至關重要，因為模式生物一般背景清楚，基因組小，便于測定和分析，可從中獲取經驗改進技術方法。而這些模式生物除極少數(shù)(例如果蠅、線蟲、擬南芥等)為非微生物外，絕大部分為細菌和酵母，目前已完成了近20多種獨立生活的微生物基因組的序列測定，在此過程中由于基因組作圖和測序方法的不斷改進，大大加快了基因組計劃進展，預計“人類基因組計劃”有可能提前23年完成(2003年左右)。測序工作只是“計劃”的一部分，緊接著是更巨大的工程后基因組研究，其主要任務是認識基因與基因組的功能。目前微生物基因組序列分析表明，在某些微生物中存在一些與人類某些遺傳疾病相類似的基因，因此可以利用這些細菌的模型來研究這些基因的功能，為認識龐大的人類基因組及其功能提供簡便的模式。總之，20世紀的微生物學一方面在與其它學科的交叉和相互促進中，獲得令人矚目的發(fā)展。另一方面也為整個生命科學的發(fā)展作出了巨大的貢獻，并在生命科學的發(fā)展中占有重要的地位。(4)我國微生物學的發(fā)展我國是具有五千年文明史的古國，我國勞動人民對微生物的認識和利用是最早的幾個國家之一。特別是在制酒、醬油、醋等微生物產品以及用種痘、麥曲等進行防病治療等方面具有卓越的貢獻。但微生物作為一門科學進行研究，我國起步較晚。中國學者開始從事微生物學研究在 20世紀之初，那時一批到西方留學的中國科學家開始較系統(tǒng)地介紹微生物學知識，從事微生物學研究。1910～1921年間伍連德用近代微生物學知識對鼠疫和霍亂病原的探索和防治，在中國最早建立起衛(wèi)生防疫機構，培養(yǎng)了第一支預防鼠疫的專業(yè)隊伍，在當時這項工作居于國際先進地位。20～30年代，我國學者開始對醫(yī)學微生物學有了較多的實驗研究，其中湯飛凡等在醫(yī)學細菌學、病毒學和免疫學等方面的某些領域做出過較高水平的成績，例如沙眼病原體的分離和確證是具有國際領先水平的開創(chuàng)性工作。30年代開始在高等學校設立釀造科目和農產制造系，以釀 造為主要課程，創(chuàng)建了一批與應用微生物學有關的研究機構，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真菌學和植物病理學的奠基人；張憲武和陳華癸等對根瘤菌固氮作用的研究開創(chuàng)了我國農業(yè)微生物學；高尚蔭創(chuàng)建了我國病毒學的基礎理論研究和第一個微生物學專業(yè)。但總的說來，在新中國成立之前，我國微生物學的力量較弱且分散，未形成我國自己的隊伍和研究體系，也沒有我國自己的現(xiàn)代微生物工業(yè)。新中國成立以后，微生物學在我國有了劃時代的發(fā)展，一批主要進行微生物學研究的單位建立起來了，一些重點大學創(chuàng)設了微生物學專業(yè)?，F(xiàn)代化的發(fā)酵工業(yè)、抗生素工業(yè)、生物農藥和菌肥工作已經形成一定規(guī)模，特別是改革開放以來，我國微生物學無論在應用和基礎理論研究方面都取得了重要的成果，例如我國抗生素的總產量已耀居世界首位，我國的兩步法生產維生素C的技術居世界先進水平。培養(yǎng)了一大批微生物學人才。近年來，我國學者瞄準世界微生物學科發(fā)展前沿，進行微生物基因組學的研究，現(xiàn)已完成痘苗病毒天壇株的全基因組測序，最近又對我國的辛德畢斯毒株(變異株)進行了全基因組測序。1999年又啟動了從我國云南省騰沖地區(qū)熱海沸泉中分離得到的泉生熱袍菌全基因組測序，目前取得可喜進展。我國微生物進入了一個全面發(fā)展的新時期。但從總體來說，我國的微生物學發(fā)展水平除個別領域 或研究課題達到國際先進水平，為國外同行承認外，絕大多數(shù)領域與國外先進水平相比，尚有相當大的差距。因此如何發(fā)揮我國傳統(tǒng)應用微生物技術的優(yōu)勢，緊跟國際發(fā)展前沿，趕超世界先進水平，還需作出艱苦的努力。五