微生物學發展概述

2020-12-14 鐵頭阿童木

1.什麼是微生物

微生物是一切肉眼看不見或者看不清楚的微小微生物的總稱。結構比較簡單,個體微小(一般<0.1mm),按照其進化水平和性狀可分為原核類、真核類和非細胞類。表解如下:

2.人類對微生物認識的過程

2.1難以認識的微生物世界

微生物的獨特的性質和特點,決定了人們對微生物長期缺乏認識。尤其是在顯微鏡技術和微生物的各種分離培養技術發明應用以前,人們很難發現和注意這些個體微小(通常在幾um至幾十um之間)、外貌不揚(聚集的菌落或多細胞菌體)、混生雜居而又數量龐大、分布廣泛的微生物群體。也就不會理解那些不可思議的現象(例瘟疫、食物發黴等)是如何發生的,更不會明白這些體積微小、平淡無奇的生物對自然界和人類的真正作用。

大腸桿菌(革蘭氏染色)顯微鏡下
大腸桿菌平板培養

2.2人類開啟微生物世界的歷史

2.2.1史前期

當人們還未見到、理解微生物微生物的時期,只能憑藉自己的經驗在不斷的實踐中開展利用有益微生物和防治有害微生物,並長期停留在低水平的應用階段。在此期間,我國傳承幾千年的傳統制曲釀酒工藝絕對是最高水平的應用,用麴黴或毛黴先進行澱粉的糖化,然後用酵母菌進行酒精發酵,可以說是現代發酵的基礎。而宋代發明的「以毒攻毒」的免疫方法(一說16世紀下半葉開始使用),用接種人痘的方法來預防天花這絕對是劃時代的成就,這比英國人E.Jenner在1796年發明的接種牛痘預防天花早了兩個多世紀。

2.2.2初創期

這一時期標誌事件是荷蘭業餘科學家列文胡克發明單式顯微鏡,於1676年首次觀察到了個體微小、作用巨大的細菌。

列文胡克
用列文胡克顯微鏡觀察的人血圖片

2.2.3奠基期

這一時期主要有兩個人:一個是法國的巴斯德利用曲頸甑肉湯實驗建立了配種學說,自此微生物學開始形成獨立的學科;二是德國的科赫建立了一系列研究微生物的方法,分離培養純種微生物。在兩人的研究基礎上,微生物學及其分支學科不斷的發展和完善。

2.2.4發展期

1897年,德國人E.Buchner用無細胞酵母菌壓榨汁中的「酒化酶」對葡萄糖進行酒精發酵成功,標誌著微生物學進入了生化研究的時代。此後,微生物生理、代謝研究就蓬勃開展起來了。

2.2.5成熟期

1953年,J.D.Waston和H.F.C.Crick發現並建立了DNA結構的雙螺旋模型,開創了分子生物學研究的新階段。

DNA雙螺旋moxing

近年來,隨著各種資料庫的建立和完善以及各種計算機輔助分析軟體的幫助下,基因組學、蛋白組學、生物信息學以及合成生物學、系統生物學逐漸成為生命科學的熱點。

3.微生物學的發展促進了人類的進步

3.1促進人類醫療事業進步

根據巴斯德的胚種學說,19世紀60年代應用石炭酸建立的外科消毒術有效的降低了外科手術死亡率。各種病原微生物的發現、分類和建庫。各種藥物的研製和使用,包括免疫防治的疫苗,化藥;應用基因工程和生物工程技術開發的抗生素、生物製品。通過這些,人類在與病原微生物的鬥爭中已取得了極大的成功。

3.2工業應用

主要是利用有益微生物發酵、釀造,改善食物風味;抑制有害微生物,延長食物保存時間。通過各種發酵技術和代謝控制技術,大規模、高效的生產各種有機產品、生物製品、工業原料。生物工程的興起,即遺傳工程、細胞工程、微生物工程、生化工程和生物反應器工程,結合化工、機械和計算機科學為人們提供巨大的經濟效益和社會效益。

3.3促進農業的進步

微生物在農業中有很多方面的應用,從而促進了農、林、牧、漁的發展,例如以菌治蟲、病、草;以菌當飼料、藥物、食物等等。

3.4對生物學基礎理論研究的貢獻

微生物學是整個生物學中具有一套自己獨特操作技術的學科,因而需要特殊的實驗裝備和獨立訓練。例如顯微鏡技術和製片染色技術,無菌操作技術,消毒滅菌技術,純種分離和克隆技術,選擇性和鑑別性培養技術,突變型標記和篩選技術,菌種保藏技術,原生質體製備和融合技術,以及各種DNA重組技術等。這些技術已迅速擴散到生命科學各領域的研究中,成為生命科學研究的必要手段,從而為整個生命科學作出了方法的貢獻。

4.微生物學及其分科

微生物學有許多分科,表解如下:

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