人類(lèi)對微生物世界的認識過(guò)程

    (一)一個(gè)難以認識的微生物世界

    (1)個(gè)體微小  一般地說(shuō)，人眼對小于1mm的物體就看不清楚了，而微生物的大小多數

是在幾”m至幾十，m范圍內，因此就無(wú)法發(fā)現或辨認它們。

    (2)外貌不顯  微生物的個(gè)體(細胞)雖看不見(jiàn)，但是由無(wú)數個(gè)體組成的群體菌苔)卻是可見(jiàn)的。然而，各種微生物群體的外形往往平淡無(wú)奇、不甚顯目，因此用就極易忽略。

    (3)雜居混生  微生物在自然條件下都是雜居混生在一起的，因此，在發(fā)明對其中各純種微生物可進(jìn)行分離、培養的技術(shù)前，是無(wú)法知道各種微生物對自然界和人類(lèi)的真正作用的。

    (4)因果難聯(lián)  由于微生物具有生長(cháng)繁殖速度快和代謝活力強等特點(diǎn)，因此，當人體或動(dòng)植物體處在病原微生物感染的早期時(shí)，一般并不會(huì )引起人們的警覺(jué)。一旦事態(tài)突然嚴重時(shí)，對于一些沒(méi)有較深刻的微生物學(xué)知識的人來(lái)說(shuō)，也不會(huì )真正理解這竟然是微生物生命活動(dòng)的結果，因此容易遭到損失。在非病原微生物引起的各種生物化學(xué)變化(如發(fā)酵、腐敗等)中，也有同樣的情況。

     微生物學(xué)歷史發(fā)屜的早期，就是圍繞著(zhù)如何克服這四大障礙而開(kāi)展各種研究工作的。

 (二)人類(lèi)揭開(kāi)微生物世界奧秘的歷史

    微生物學(xué)的發(fā)展歷史可分為五個(gè)時(shí)期，現簡(jiǎn)述如下。

1．史前期  史前期是指人類(lèi)還未見(jiàn)到微生物個(gè)體尤其是細菌細胞前的一段漫長(cháng)的歷史時(shí)期繁地打交道，井憑自己的經(jīng)驗在實(shí)踐中開(kāi)展利用有益微生物和防治有害微生物的活動(dòng)。但由于在思想方法上長(cháng)期停留在“實(shí)踐一實(shí)踐一實(shí)踐”的基礎上，因此只能長(cháng)期處于低水平的應用階段。

在史前期，世界各國人民在自己的生產(chǎn)實(shí)踐中都累積了許多利用有益微生物和防治有害微生物的經(jīng)驗，例如發(fā)面，天然果酒和啤酒的釀造，牛乳和乳制品的發(fā)酵以及利用霉菌來(lái)治療一些疾病等。但是，在當時(shí)應用水嚴最高并獨樹(shù)一幟的應首推我國人民在制曲、釀酒方面的偉大創(chuàng )造。

     我國人民在距今約8 000年至4 500年間，已發(fā)明子制曲釀酒工藝，在2 500年前的春秋戰國時(shí)期，已知制醬和醋。在宋代，已采用老的曲子——“曲母”來(lái)進(jìn)行接種，還根據紅曲苗有喜酸和喜溫的生長(cháng)習性，利用酸大米和明礬水在較高溫度下培養，以制造優(yōu)良的紅曲。在900年前，利用自養細苗生命活動(dòng)的膽水浸銅法(類(lèi)似于今日的細菌瀝濾，見(jiàn)第九章)已正式用于生產(chǎn)銅。在2000年前，已發(fā)現豆科植物的根瘤有增產(chǎn)作用，井采用積肥、漚糞、壓青和輪作等農業(yè)措施，宋利用和控制有益微生物的生命活動(dòng)，從而提高作物產(chǎn)量。在醫藥方面，我們的祖先早在2 500年前就知道利用麥曲治療腹病。另外，在對傳染病及其流行規律的認識，對消毒、滅菌措施的利用等方面都有過(guò)一定的貢獻。此外，在宋代還創(chuàng )造過(guò)“以毒攻毒”的免疫方法，發(fā)明用種人痘來(lái)預防天花，這要比英國人E．Jenner在1796年發(fā)明種牛痘預防天花早半個(gè)多世紀。

    我國人民所創(chuàng )造的制曲釀酒工藝有四大特點(diǎn)，即歷史悠久、工藝獨特、經(jīng)驗豐富、品種多樣，這是值得后人發(fā)揚光大的。

2． 初創(chuàng )期  從1676年列文虎克用自制的單式顯傲鏡觀(guān)察到細菌的個(gè)體起，直至1861年近200年的時(shí)間，在這一時(shí)期中，人們對微生物的研究?jì)H停留在形態(tài)描述的低級水平上，而對它們的生理活動(dòng)及其與人類(lèi)實(shí)踐活動(dòng)的關(guān)系卻未加研究，因此，微生物學(xué)作為一門(mén)學(xué)科在當時(shí)還未形成。

    這一時(shí)期的代表人物是荷蘭的業(yè)余科學(xué)家——微生物學(xué)先驅者列文虎克(Anthonyvan Leeuwenh~8，1632~1723)。他的貢獻主要有三方面；

①     利用單式顯敬鋪(透鏡直徑約3mm)觀(guān)察了許多微小物體和生物，并于1676年首次觀(guān)察到形態(tài)微小、作用巨大的細菌，從而解決了認識微生物世界的第一個(gè)障礙；

②     一生制作了419架顯微鏡或放大鏡，放大串一般為50～200倍，最高者達266倍；

③     發(fā)表過(guò)約400篇論文，其中絕大部分(376篇)寄往英國皇家學(xué)會(huì )發(fā)表。

3． 奠基期  從1861年巴斯德根據曲頸瓶試驗徹底推翻生命的自然發(fā)生說(shuō)并建立胚種學(xué)說(shuō)(germtheory)起，直至1897年的一段時(shí)間。其特點(diǎn)為：

①  建立了一系列研究微生物所必要的獨特方法和技術(shù)，從而解決了認識微生物的第二、三、四個(gè)障礙；

②  借助于良好的研究方法，開(kāi)創(chuàng )子尋撥病原微生物的“黃金時(shí)期”；

③   把微生物學(xué)的研究從形態(tài)描述推進(jìn)到生理學(xué)研究的新水嚴；

④   開(kāi)始客觀(guān)上以辯證唯物主義的，“實(shí)踐一理論一實(shí)踐”的思想方法指導科學(xué)實(shí)驗；

⑤   微生物學(xué)以獨立的學(xué)科形式開(kāi)始形成，但當時(shí)主要還是以其各應用性分支學(xué)科的形式存在。

     本時(shí)期的代表人物主要是法國的巴斯德

巴斯德學(xué)派的主要貢獻是提出了生命只能來(lái)自生命的胚種學(xué)說(shuō)，并認為只有活的微生物才是傳染病、發(fā)酵和腐敗的真正原因，再加上消毒滅菌等一系列方法的建立，就為微生物學(xué)的發(fā)展奠定了堅實(shí)的基礎。他從“酒病”(1857年)的實(shí)際出發(fā)，研究了一系列的實(shí)際問(wèn)題，  即“腐敗病”(指曲頸瓶實(shí)驗中的肉湯變質(zhì)，1881)、蠶病(蠶微粒子病，1865)、禽病(雞霍獸病(牛、羊的炭疽病，1881)和人病(狂犬病，1885)。在其研究工作中發(fā)現各種傳染病都有其共同原因——活的小生物，從而使人類(lèi)對傳染病本質(zhì)的認識提高到一個(gè)嶄新的水平上。在這種理論指導下，他提出了一系列行之有效的解決問(wèn)題的方法。例如，發(fā)明了巴斯德消毒法來(lái)防治“酒病”，用消毒滅菌法來(lái)防止“腐敗病”，用檢出并淘汰病蛾的方法來(lái)防治蠶病，發(fā)明用接種減毒菌苗的辦法來(lái)預防雞霍亂和牛、羊的炭疽病，以及用狂犬兔化疫苗來(lái)防治人類(lèi)的狂犬病，等等。

科赫學(xué)派的重要業(yè)績(jì)主要有三個(gè)方面：

①     建立了研究微生物的一系列重要方法，尤其在分離微生物純種方面，他們把早年在馬鈐薯塊上的固體培養技術(shù)改進(jìn)為明膠平板培養技術(shù) (1881)，并進(jìn)而提高到瓊脂平板培養技術(shù)(1882)。在1881年前后，科赫及其助手們還創(chuàng )立許多顯微鏡技術(shù)，包括細菌鞭毛染色在內的許多染色方法、懸滴培養法以及顯微攝影技術(shù)．

②     利用平板分離方法尋找并分離到多種傳染病的病原菌，例如炭疽病菌(1877)、結核桿菌 (1882)、鏈球菌(1882)和霍亂弧苗(1883)等。

③     在理論上，科赭于t884年提出了科赫法則(Koch’spostulates)，其主要內容為；病原微生物總是在患傳染病的動(dòng)物產(chǎn)發(fā)現而不存在于健康個(gè)體中；這一微生物可以離開(kāi)動(dòng)物體，并被培養為純種培養物；這種純培養物接種到敏感動(dòng)物體后，應當出現特有的病癥；該微生物可以從患病的實(shí)驗動(dòng)物中重新分離出來(lái)，井可在實(shí)驗室中再次培養，此后它仍然應該與原始病原微生物相同。   

繼巴斯搏與科赫的研究工作后，就出現了其成果的橫向擴散，結果，一系列微生物學(xué)的分支學(xué)科就相繼創(chuàng )立了。例如細菌學(xué)(巴斯德，科赫等)，消毒外科術(shù)

4．發(fā)展期  1897年藩國人E．和chner用無(wú)細胞酵母茵壓榨汁中的“酒化酶’’(zymase)對葡萄糖進(jìn)行酒精發(fā)酵成功，從而開(kāi)創(chuàng )了微生物生化研究的新時(shí)代。此后，微生物生理、代謝研究就蓬勃開(kāi)展了起來(lái)。在發(fā)展期中，微生物學(xué)研究有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1) 進(jìn)入廠(chǎng)微生物生化水平的研究。如果說(shuō)上一時(shí)期的一些微生物學(xué)家主要是以尋找人和動(dòng)物的致病菌為目標的“微生物獵人”的話(huà)，則這一時(shí)期就以研究微生物對維生素需要、酶的特性、尋找和研究抗生宏以及逐步深入到以研究它們的遺傳變異和基因為主的新階段。因此，微生物學(xué)家就從“微生物獵人“而發(fā)展為“維生素獵人”、“酶獵人”、“抗生素獵人”和“基因獵人”了。

(2) 應用微生物的分支學(xué)科更為擴大，出現了抗生素等新學(xué)科。

(3) 開(kāi)始出現微生物學(xué)史上的第二個(gè)“侗金熱”——尋找各種有益微生物代謝產(chǎn)物的熱潮。

(4) 在各微生物應用學(xué)科較深入發(fā)展的基礎上，一門(mén)以研究微生物基本生物學(xué)規律的綜合學(xué)科一普通微生物學(xué)開(kāi)始形成，代表人物是美國加里福尼亞大學(xué)伯克利分校的M，Doudoroff   

(5)各相關(guān)學(xué)科和技術(shù)方法相互滲透，相互促進(jìn)，加速了微生物學(xué)的發(fā)展，   

5．成熟期  從1953年4月2S日J．D．Watson和H．F．己Crick在英國的C自然》雜志上發(fā)表關(guān)于DNA結構的雙螺旋模型起，整個(gè)生命科學(xué)就進(jìn)入了分子生物學(xué)研究的新階段，同樣也是微生物學(xué)發(fā)展史上成熟期到來(lái)的標志。   

本時(shí)期的特點(diǎn)為：

①     微生物學(xué)從一門(mén)在生命科學(xué)中較為孤立的以應用為主的學(xué)科，迅速成長(cháng)為一門(mén)十分熱門(mén)的前沿基礎學(xué)科，

②     在基礎理論的研究方面，逐步進(jìn)入到分子水子的研究，微生物迅速成為分子生物學(xué)研究中的最主要的對象；

③     在應用研究方面，向著(zhù)更自覺(jué)、更有效和可人為控制的方向發(fā)展，至70年代初，有關(guān)發(fā)酵工程的研究已與遺傳工程、細胞工程和酶工程等緊密結合，微生物已成為新興的生物工程中的主角。

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