微生物发展现状及前景

前景

继续采用微生物作为生命科学的研究材料 。

微生物生产与动植物生产并列为生物产业的三大支柱
。

在工业中许多产品利用微生物来生产，如各种生物活性物质(抗生素等)、化工原料(酒精等)。

微生物在农业生产中也有着多方面的作用 。

微生物在食品加工中有广泛用途 ，发酵食品和许多调味品都离不开微生物
。

微生物是消除污染 、净化环境的重要手段。

在新兴的生物技术产业中
，微生物的作用更是不可替代 。作为基因工程的外源DNA载体，不是微生物本身(如噬菌体) ，就是微生物细胞中的质粒；被用作切割与拼接基因的工具酶
，绝大多数来自各种微生物。由于微生物生长繁殖快
、培养条件较简易，当今大量的基因工程产品主要是以微生物作为受体而进行生产 ，尤其是大肠杆菌、枯草芽胞杆菌和酿酒醉母
。借助微生物发酵法，人们已能生产外源蛋白质药物(如人胰岛素和干扰素等)。尽管基因工程所采用的外源基因可以来自动植物
，但由于微生物生理代谢类型的多样性，它们是最丰富的外源基因供体 。

与高等动植物相比 ，已知微生物种类只是估计存在数量的很小一部分
。哺乳动物和鸟类的物种几乎全部为人们所掌握
，被子植物已知种类达93%，但细菌已知种数仅为估计数的12% ，真菌为5%
，病毒为4%(Bull，1992)。目前研究的也只是已知种类的很少一部分 。根据SCI(science citation index)资料 ，1991—1997发表的微生物学文献大量集中在8个属
，尤其是埃希氏杆菌，其中大肠杆菌又占主要部分(Galvez等 ，1998)
。可以想像
，既然对少数已知微生物的研究就已为人类作出了重要贡献，通过对多样性微生物的开发必然会为社会带来巨大利益。微生物学事业方兴未艾 。

微生物基因组学研究将全面展开 ，以微生物之间 、微生物与其他生物
、微生物与环境的相互作用为主要内容的微生物生态学、环境微生物学 、细胞微生物学将基因组信息在基础上获得长足发展
。

生物技术的发展有哪些标志性事件 那一事件对现代生物技术的发展最有意义 为什么

微生物学家巴斯德原是化学家，曾在化学上做出过重要的贡献
，后来转向微生物学研究领域，为微生物学的建立和发展做出了卓越的贡献。主要集中在下列三个方面：① 彻底否定了“自然发生”学说 。“自生说 ”是一个古老学说 ，认为一切生物是自然发生的
。到了17世纪
，虽然由于研究植物和动物的生长发育和生活循环，是“自生说
”逐渐消弱 ，但是由于技术问题
，如何证实微生物不是自然发生的仍是一个难题，这不仅是“自生说”的一个顽固阵地 ，同时也是人们正确认识微生物生命活动的一大屏障。巴斯德在前人工作的基础上
，进行了许多试验，其中著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实 ，空气内确实含有微生物
，他们引起有机质的腐败 。巴斯德自制了一个具有细长而弯曲的颈的玻瓶，其中盛有有机物水浸液 ，经加热灭菌后，瓶内可一直保持无菌状态
，有机物不发生腐败，一旦将瓶颈打断 ，瓶内浸液中才有了微生物
，有机质发生腐败。巴斯德的试验彻底否定了“自生说 ”，并从此建立了病原学说 ，推动了微生物学的发展
。

② 免疫学——预防接种。Jenner虽然早在1798年发明了种痘法可预防天花
，但却不了解这个免疫过程的基本机制，因此 ，这个发现没能获得继续发展 。1877年
，巴斯德研究了鸡霍乱，发现将病原菌减毒可诱发免疫性 ，以预防鸡霍乱病
。其后它又研究了牛、羊炭疽病和狂犬病
，并首次制成狂犬疫苗，证实其免疫学说 ，为人类防病
、治病做出了重大贡献。

③ 证实发酵是由微生物引起的 。究竟发酵是一个由微生物引起的生物过程还是一个纯粹的化学反应过程，曾是化学家和微生物学家激烈争论的问题
。巴斯德在否定“自生说
”的基础上
，认为一切发酵作用都可能与微生物的生长繁殖有关。经不断地努力，巴斯德终于分离到了许多引起发酵的微生物 ，并证实酒精发酵是由酵母菌引起的 。还研究了氧气对酵母菌的发育和酒精发酵的影响
。此外
，巴斯德还发现乳酸发酵、醋酸发酵和丁酸发酵都是不同细菌所引起的。为进一步研究微生物的生理生化奠定了基础 。

④ 其它贡献
。一直沿用至今天的巴斯德消毒法（60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物的一种消毒法）和家蚕软化病问题的解决也是巴斯德的重要贡献 ，它不仅在实践上解决了当时法国酒变质和家蚕软化病的实际问题
，而且也推动了微生物病原学说的发展，并深刻影响医学的发展。 微生物20世纪上半叶微生物学事业欣欣向荣 ，微生物学沿着两个方向发展
，即应用微生物学和基础微生物学 。在应用方面，对人类疾病和躯体防御机能的研究 ，促进了医学微生物学和免疫学的发展。青霉素的发现（Fleming,1929）和瓦克斯曼（Wak *** an）对土壤中放线菌的研究成果导致了抗生素科学的出现
，这是工业微生物学的一个重要领域
。

环境微生物学在土壤微生物学研究的基础上发展起来。微生物在农业中的应用使农业微生物学和兽医微生物学等也成为重要的应用学科 。应用成果不断涌现，促进了基础研究的深入 ，于是细菌和其它微生物的分类系统在20世纪中叶出现了，生物化学
，微生物遗传和变异的研究导致了微生物遗传学的诞生
。微生物生态学在20世纪60年代也形成了一个独立学科。20世纪80年代以来，在分子水平上对微生物研究迅速发展 ，分子微生物学应运而生 。在短短的时间内取得了一系列进展
，并出现了一些新的概念，较突出的有 ，生物多样性 、进化
、三原界学说；细菌染色体结构和全基因组测序；细菌基因表达的整体调控和对环境变化的适应机制；细菌的发育及其分子机理；细菌细胞之间和细菌同动植物之间的信号传递；分子技术在微生物原位研究中的应用
。经历约150年成长起来的微生物学
，在21世纪将为统一生物学的重要内容而继续向前发展，分子微生物生态学。

微生物产业在21世纪将呈现全新的局面 。微生物短短的300年间 ，特别是20世纪中叶
，已在人类的生活和生产实践中得到广泛的应用，并形成了继动、植物两大生物产业后的第三大产业
。这是以微生物的代谢产物和菌体本身为生产对象的生物产业 ，所用的微生物主要是从自然界筛选或选育的自然菌种。21世纪
，微生物产业除了更广泛的利用和挖掘不同生境（包括极端环境）的自然资源微生物外，基因工程菌将形成一批强大的工业生产菌 ，生产外源基因表达的产物，特别是药物的生产将出现前所未有的新局面
，结合基因组学在药物设计上的新策略将出现以核酸（DNA或RNA）为靶标的新药物（如反义寡核苷酸 、肽核酸
、DNA疫苗等）的大量生产，人类将完全征服癌症、艾滋病以及其他疾病 。此外 ，微生物工业将生产各种各样的新产品
，例如降解性塑料 、DNA芯片
、生物能源等，在21世纪将出现一批崭新的微生物工业 ，为全世界的经济和社会发展做出更大贡献
。 微生物作为一门科学进行研究
，中国起步较晚。中国学者开始从事微生物学研究在20世纪之初，那时一批到西方留学的中国科学家开始较系统的介绍微生物知识 ，从事微生物学研究 。1910-1921年微生物间伍连德用近代微生物学知识对鼠疫和霍乱病原的探索和防治
，在中国最早建立起卫生防疫机构，培养了之一支预防鼠疫的专业队伍 ，在当时这项工作居于国际先进地位。20世纪20-30年代
，中国学者开始对医学微生物学有了较多的试验研究，其中汤飞凡等在医学细菌学、病毒学和免疫学等方面的某些领域做出过较高水平的成绩 ，例如沙眼病原体的分离和确认是具有国际领先水平的开创性工作
。

现代化的发酵工业 、抗生素工业
、生物农药和菌肥工作已经形成一定的规模，特别是改革开放以来
，中国微生物学无论在应用和基础理论研究方面都取得了重要的成果，例如中国抗生素的总产量已跃居世界首位 ，中国的两步法生产维生素C的技术居世界先进水平。中国学者瞄准世界微生物学科发展前沿
，进行微生物基因组学的研究，现已完成痘苗病毒天坛株的全基因组测序 ，2013年又对中国的辛德毕斯毒株（变异株）进行了全基因组测序 。1999年又启动了从中国云南省腾冲地区热海沸泉中分离得到的泉生热袍菌全基因组测序
，2013年取得可喜进展
。中国微生物学进入了一个全面发展的新时期。但从总体来说，中国的微生物学发展水平除个别领域或研究课题达到国际先进水平 ，为国外同行承认外
，绝大多数领域与国外先进水平相比，尚有相当大的差距 。因此如何发挥中国传统应用微生物技术的优势 ，紧跟国际发展前沿
，赶超世界先进水平，还需作出艰苦的努力
。

荷兰的列文虎克在17世纪后期发现了微生物世界；18世纪时瑞典的林奈建立了生物的科学分类法 ，创立了双名命名法。19世纪后，生物学获得了快速的发展
，其中最主要的有施莱登和施旺,建立的细胞学说；微尔和提出了细胞病理学说；达尔文1859年发表了不朽名著《物种起源》，奠定了科学进化论的基础 ，1900年孟德尔遗传定律的重新发现
，等等 。由于这些重大进展，使生物学从原来的描述性学科发展成一门实验性的学科
。自20世纪50年代以来 ，由于自然科学新成就在生物学研究中的广泛应用
，更使生物学的研究逐步深入到分子结构与功能水平，从静态观察发展到对生命活动过程的分析和测定。1953年由沃森和克里克两人提出了遗传物质脱氧核糖核酸（DNA）的双螺旋结构模型 ，从此
，把整个生物学研究推进到分子生物学的新阶段 。到了70年代，一门由分子生物学与实践密切联系的新学科——生物过程学脱颖而出 ，它标志着生物学理论与实践结合的最新成果
，为人类更有效地利用和能动地改造生物界提供了锐利武器
。