㈠ 20世纪50年代后,生物学进入了什么阶段
20世纪特别是50年代以后,生物学同化学、物理学和数学相互交*渗透,取得了一系列划时代的科学成就,使它跻身精确科学,成为当代成果最多和最吸引人的基础学科之一。关于生命的研究,已经不只是生物学家的任务,也是物理学、化学家以及数学家兴趣较大的领域。现在的生物学常被称为“生命科学”,不仅因为它更深入到生命本质问题,还因为它是多学科的共同产物。在微观方面生物学已经从细胞水平进入到分子水平去探索生命的本质。在宏观方面生态学的发展已经成为综合探讨全球问题的环境科学的主要组成部分。
生物学的各个分支学科,包括分类学、生理学、进化论等,都取得了重要进展,然而促使生物学的面貌发生根本变化的主要分支学科则是遗传学、生物化学和微生物学。遗传学的研究从1900年孟德尔定律的再发现以后与细胞学相结合,随之建立了基因论。到30年代,基因论已被公认是在生物个体水平和群体水平上研究性状遗传的指导理论。遗传学也因而在生物学中甚至在整个科学中占有重要地位。生物化学自1877年提取出离体的“酿酶(zymase)”以后,对生物体内新陈代谢的研究进展迅速,到40年代生物体内分解代谢途径已基本阐明。同时,酶的本质和生物能的研究也有长足进展。对蛋白质、核酸、糖、脂肪等生命基本物质则不仅阐明其基本组分,并且开始了三维结构的探索。微生物学除了对霉菌、细菌继续研究外,在20世纪30~40年代还阐明了病毒与噬菌体的本质。这 3个分支学科各自的发展和相互交*,为分子生物学的出现奠定了基础。
第二次世界大战以后,生物学发生了质的飞跃。1953年DNA双螺旋结构的发现标志着分子生物学的诞生,也标志着生物学的探索开始进入了揭开生命之谜的大门。此后,遗传密码的破译,重组DNA技术的建立,不仅创建起分子遗传学,而且使肿瘤学和免疫学都在分子水平上取得突出成就。神经生物学,特别是在大脑的研究方面也都出现重大突破。可见,20世纪的生物学不仅直接影响着本身各分支学科的发展,而且对农学和医学,甚至对方兴未艾的产业革命已经和将要产生巨大的影响。科学史家普遍认为在20世纪50年代以后生物科学发生了一场革命。这场革命从其开辟新领域,从其对其他科学所产生的作用、从其对社会和人们思想的冲击等方面来考察,其影响之大绝不逊色于20世纪前30年中发生的物理学革命。
20世纪生物学的迅速发展,受到社会经济高速发展的有力支持,使生物学的研究能够迅速大量的应用现代物理学、化学的原理、方法和精密仪器。这样,生物学的定量研究逐渐得到发展。由于一些物理学家和数学家被吸引来探索生命之谜的未知领域,理论生物学这一新学科开始出现。理论生物学是主要用数、理、化方法研究各种生命现象的一个分支学科。早期的代表着作有奥地利L.von贝塔兰菲的《理论生物学》(第一卷1932、第二卷1942);M.贝格纳的《生物学的思想方法》(1959)等。
19世纪生物学主要在欧洲各国发展,特别是在英国、德国和法国。例如,英国的剑桥和牛津等几所有悠久历史和科学基础的大学和皇家学会的学术活动;德国的格丁根、海德堡、柏林等多所大学和凯撒-威廉研究所所属的生物实验室;法国的巴黎大学和1888年在巴黎建立起来的巴斯德研究所以及俄国的圣彼得堡大学等。20世纪这种情况发生了很大的变化。这是因为:欧洲曾是两次世界大战的主要战场;1933年希特勒法西斯专制统治德国,推行残酷的排犹种族主义政策。迫使大批犹太血统的和反法西斯统治的德国科学家移居国外,其中大部分辗转到了美国。美国的科学在第二次世界大战后发展迅速,后来居上,成为世界科学的发展中心。生物学的情况也基本如此。美国本土的生物学家从19世纪末就已逐渐成长,经过20世纪30~40年代与欧洲各国,特别是德国大量移民生物学家的汇合,到20世纪后期无论从质量上或数量上来看美国的生物学都已居于领先地位。当然,上述欧洲国家经过战后40年的恢复和发展,科学技术仍居世界前列。亚洲、南美一些国家也在积极开展这方面的研究。
下面,只介绍了在20世纪中发展较快和影响较大的几个分支学科的简要历史轮廓。
在细胞水平上遗传规律研究的发展 孟德尔规律的 再发现 1900年荷兰的H.德·弗里斯、德国的C.E.科伦斯和奥地利的E.von切尔马克3人先后分别再发现了孟德尔的遗传规律,并查阅到了被淹没在图书馆文献中达35年之久的《植物杂交的实验》原文,把它重新公诸于世。从此,G.J.孟德尔的发现得到了高度评价,他所发现的遗传规律被称为孟德尔定律,他本人被誉为现代遗传学的奠基人。孟德尔定律再发现的1900年则标志着现代遗传学的开始。H.德·弗里斯和C.E.科伦斯都是当时着名的植物学家,对植物杂交和遗传颇有研究,E.von切尔马克则是较年轻的植物育种学家。科学史界一般对前两人的评价较高,尤其是对科伦斯;但无论如何,他们都以自己的工作为基础,充分认识到孟德尔发现的意义。科伦斯曾说过,“再发现远比不上孟德尔原来的发现,其份量要轻得多”。英国遗传学家W.贝特森立即找到孟德尔的报告,于1901年译成英文,从而促使它在英语国家中,更广泛地传播。
细胞遗传学的建立 孟德尔定律再发现以后的年代中生物学家用许多其他动植物为材料进行了多方面的实验验证,结果表明孟德尔定律是动、植物界普遍遵循的遗传规律。许多重要的遗传学概念都是在1900~1910年间建立起来的。美国细胞学家W.S.萨顿于1902~1904年和德国的细胞学家T.H.博韦里都发现,在雌雄配子形成和受精过程中,染色体的行为同孟德尔假设的因子行为是平行的,从而提出孟德尔式的遗传是以染色体为物质基础的理论。英国的W.贝特森于1906年提出了遗传学这一名词,而且早在1902年他就提出了“杂合子”、“纯合子”、“等位基因”等重要概念。H.德·弗里斯则提出“突变”的概念。丹麦生物学家W.L.约翰森建立了纯系理论,并于1909年提出了“基因”、“基因型”、“表型”等名词及概念。从1901~1905年美国细胞学家C.E.麦克朗、E.B.威尔逊和W.L.史蒂文斯等证明了动物细胞核有两种粒子:一种含有副染色体(accessory chromosome)(或称X染色体);另一种则不含。认为性别就是由这种额外染色体决定的。E.B.威尔逊着的《在发育和遗传中的细胞》于1896年初版,1900年再版,到1925年第3版时几乎完全重写,它对细胞遗传学的发展起了积极的促进作用。
从1910年到30年代,主要由于美国遗传学家T.H.摩尔根其学派的科学贡献,建立起细胞遗传学,丰富并发展了孟德尔定律。T.H.摩尔根与E.B.威尔逊是同事和密友。他得到威尔逊从学术到行政各方面的支持。摩尔根最初并不信服孟德尔定律,这一方面是出于胚胎学家的偏见,另一方面也因为他所观察到的遗传现象远较孟德尔定律复杂。但他在细胞学和胚胎学基础上,用果蝇为材料进行的大量杂交实验,终于建立起细胞遗传学或染色体遗传学。1910年他发现了果蝇的白眼突变型总是同雄性相联系的伴性遗传现象,第一次用实验证明遗传白眼的“基因”是坐落在性染色体上的物质。以后他和他的合作者以及其他单位和国家的遗传学家用果蝇作了大量的系统研究,表明不同的“基因”在遗传过程中有“连锁”现象,同源染色体之间有“交换”现象。他们的大量的杂交实验证明基因在染色体上有固定的位置。通过在显微镜下对染色体的观察和大量实验数据的计算,找到各种基因在染色体上的相对位置(见连锁和交换、基因定位)。1915年,摩尔根同他实验室里的年轻学者A.H.斯特蒂文特、H.J.马勒和C.B.布里奇斯合着的《孟德尔遗传原理》一书的出版在学术界产生了相当大的影响。1927年H.J.马勒用X射线人工诱发果蝇突变,这是第一个被公认的用人工方法改变基因的最有说服力的事例,开辟了遗传研究和实际应用的广阔前景。1933年,其他科学家发现了唾液腺细胞的巨大染色体。其后,布里奇斯在1938年绘制出近4000个基因的果蝇染色体图。这些工作对基因论的确立提供了重要依据。
T.H.摩尔根于 1928年修订了 1926年出版的《基因论》一书,把基因在遗传学上的地位同原子、电子在物理学和化学上的地位相比,把基因论同物理学和化学的理论相比,说:“只有当这些理论能帮助我们作出特种数字的和定量的预测时,它们才有存在的价值,这便是基因论同以前许多生物学理论的主要区别。”这段话基本概括了30多年来遗传学的成就。在结尾的一段话中,他提出了“基因是属于有机分子一级”的问题,认为“基因之所以稳定是因为它代表着一个有机的化学实体。这是现在人们能够作出的最简单的假设,并且这项见解既然符合有关基因稳定性的已知实体,那么,至少它不失为一个良好的试用假说”。这一预见在以后的科学发展中得到了证实。
细胞遗传学在苏联等国一度被否定 正当遗传学向前发展之际,在苏联,以农学家Т.Д.李森科为代表的一方,同以植物学家兼遗传学家Н.И.瓦维洛夫为另一方,在1935年米丘林逝世之后展开了争论。由于李森科得到政治上的支持,特别在1948年 8月全苏列宁农业科学院会议后,G.J.孟德尔、A.魏斯曼、T.H.摩尔根的遗传学说遭到全盘否定,并被戴上“反动的”、“唯心主义的”、“形而上学的”等政治帽子,同时下令停止了有关的教学和研究工作,有关遗传学家的各种职务也都被撤掉。这种情况直到1964年才恢复正常。近30年的批判和否定,使苏联的遗传学和有关学科从先进变为落后,并且同样地影响了包括中国在内的许多社会主义国家。
20世纪前期生物大分子和代谢途径研究的进展 对 生物大分子的认识 生物化学起源于19世纪的生理化学,发展于20世纪。起先,由于一些有机化学家对动植物化学的研究,开始认识了组成生命的重要物质——蛋白质、核酸、糖和脂肪的化学成分和部分结构。科学家们用了100多年的时间,到1940年才全部阐明了组成蛋白质的20种氨基酸。19世纪末、20世纪初,德国化学家E.菲舍尔和F.霍夫迈斯特先后分别提出蛋白质的结构是由肽键把各种氨基酸连接为长链的理论,并指出了天然氨基酸都是L系(左旋)的。但直到1929年,瑞典化学家T.斯韦德贝里用他自己发明的超速离心机进行了测定后才证明了蛋白质的大分子本质。1869年,J.F.米舍尔发现核酸以后,德国生化学家A.科塞尔和美籍俄裔的生化学家P.A.T.列文等从世纪交替时起到20世纪30年代,对核酸的结构作了系统的研究,发现核酸是由4种不同的含氮的杂环化合物(嘌呤和嘧啶的衍生物,通称碱基)同核糖、磷酸结合成核苷酸,然后再聚合为大分子。1929年P.A.T.列文发现,由于核糖含氧量不同,而有脱氧核糖核酸(DNA)与核糖核酸(RNA)之分。由于当时条件的局限,他根据不够精确的测定,误以为核酸中4种碱基的含量相等,于1921年提出关于核酸结构的错误的“四核苷酸”假说,把复杂的核酸结构简单化了。30年代这一假说被普遍接受,影响了人们揭示核酸作为生命物质的重要功能。直到40年代中期核酸在遗传上的功能被肯定,才有人再次用刚建立不久的精确方法进行分析,发现四种碱基含量并不完全相等。这才推翻了“四核苷酸”假说,有助于以后DNA双螺旋结构模型的建立。
代谢基本途径、酶和生物能本质的阐明 生物体内代谢途径复杂多端,在20世纪前叶基本上阐明了糖、脂肪和蛋白质三种主要物质的分解代谢途径。
㈡ 微生物学的简史分为哪几个阶段每个阶段有哪些主要成就
分为四个阶段,分别为:1、史前时期人类对微生物的认识与利用 主要成就:在 17 世纪下半叶,荷兰学者吕文虎克( Antony van Leeuwenhook )用自制的简易显微镜亲眼观察到细菌个体之前,对于一门学科来说尚没形成。这个时期称为微生物学史前时期。种痘预防天花是人类控制和应用微生物生命活动规律在预防疾病保护健康方面的宝贵实践。
2、微生物形态学发展阶段 主要成就:17 世纪 80 年代,吕文虎克用他自己制造的,可放大 160 倍的显微镜观察牙垢、雨水、井水以及各种有机质的浸出液,发现到了许多可以活动的 “ 活的小动物 ” ,并发表了这一 “ 自然界的秘密 ” 。
3 、微生物生理学发展阶段 主要成就: 在 19 世纪 60 年代初,巴斯德研究了酒变酸的微生物原理、探索了蚕病、牛羊炭疽病、鸡霍乱和人狂犬病等传染病的病因、有机质腐败和酿酒失败的起因,否定了生命起源的 “ 自然发生说 ” ,建立了巴氏消毒法等一系列微生物学实验技术。柯赫在继巴斯德之后,改进了固体培养基的配方,发明了倾皿法进行纯种分离,建立了细菌细胞的染色技术,显微摄影技术和悬滴培养法,寻找并确证了炭疽病、结核病和霍乱病等一系列严重传染疾病的病原体等。这些成就奠定了微生物学成为一门科学的基础。他们是微生物学的奠基人。 在这一时期,英国学者布赫纳( E. Buchner )在 1897 年研究了磨碎酵母菌的发酵作用,把酵母菌的生命活动和酶化学相联系起来,推动了微生物生理学的发展。同时,其他学者例如俄国学者伊万诺夫斯基 (Ivanovski) 首先发现了烟草花叶病毒 (Tobacco mosaic virus , TMV) ,扩大了微生物的类群范围。
4 、微生物分子生物学发展阶段 主要成就:在上一时期的基础上,本世纪初至 40 年代末微生物学开始进入了酶学和生物化学研究时期,许多酶、辅酶、抗生素以及许多反应的生物化学和生物遗传学都是在这一时期发现和创立的,并在 40 年代末形成了一门研究微生物基本生命活动规律的综合学科 —— 普通微生物学。 50 年代初,随着电镜技术和其他高技术的出现,对微生物的研究进入到分子生物学的水平。 1953 年华特生( J. D. Watson )和克里克( F. H. Crick )发现了细菌基因体脱氧核糖核酸长链的双螺旋构造。 1961 年加古勃( F. Jacab )和莫诺德( J. Monod )提出了操纵子学说,指出了基因表达的调节机制和其局部变化与基因突变之间的关系,即阐明了遗传信息的传递与表达的关系。
㈢ 微生物学发展可分为哪几个时期 每个时期有什么特点
微生物学的发展史
一、初创时期(形态学时期)
1664年,英国人虎克(RobertHooke)用显微镜观察微生物。虎克曾用原始的显微镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。
1674~1695年,荷兰人列文虎克制造分辨率大的单式显微镜;
1676年,微生物学的先驱荷兰人列文虎克(Antonyvanleeuwenhoek)首次观察到了细菌。他没有上过大学,是一个只会荷兰语的小商人,但却在1680年被选为英国皇家学会的会员。
二、奠基时期(生理学时期)
1.法国巴斯德微生物学的奠基人
(1)发现并证实发酵是由微生物引起的。
化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病”和“蚕病”。
(2)彻底否定了“自然发生”学说
着名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实,空气内确实含有微生物,是它们引起有机质的腐败。
(3)免疫学——预防接种
首次制成狂犬疫苗
(4)其他贡献
巴斯德消毒法:60~65℃作短时间加热处理,杀死有害微生物。
2.德国柯赫细菌学的奠基人
(1)微生物学基本操作技术方面的贡献
a)建立细菌纯培养技术(纯种分离技术)
b)悬浮培养法
c)流动蒸汽灭菌
d)细胞染色技术和显微摄影
三、发展时期(生化时期)
无活细胞酵母压榨液
葡萄糖、酒精
1.青霉素
英国微生物学家弗来明发现青霉素,开创了用抗生素治疗疾病的新纪元。
2.摇瓶培养技术
四、分子生物学时期(成熟时期)
基因工程药物学的兴起
转基因的农作物
㈣ 简述微生物学的发展过程
分为四个阶段,分别为:
1、史前时期人类对微生物的认识与利用 主要成就:在 17 世纪下半叶,荷兰学者吕文虎克( Antony van Leeuwenhook )用自制的简易显微镜亲眼观察到细菌个体之前,对于一门学科来说尚没形成.这个时期称为微生物学史前时期.种痘预防天花是人类控制和应用微生物生命活动规律在预防疾病保护健康方面的宝贵实践.
2、微生物形态学发展阶段 主要成就:17 世纪 80 年代,吕文虎克用他自己制造的,可放大 160 倍的显微镜观察牙垢、雨水、井水以及各种有机质的浸出液,发现到了许多可以活动的 “ 活的小动物 ” ,并发表了这一 “ 自然界的秘密 ” .
3 、微生物生理学发展阶段 主要成就:在 19 世纪 60 年代初,巴斯德研究了酒变酸的微生物原理、探索了蚕病、牛羊炭疽病、鸡霍乱和人狂犬病等传染病的病因、有机质腐败和酿酒失败的起因,否定了生命起源的 “ 自然发生说 ” ,建立了巴氏消毒法等一系列微生物学实验技术.柯赫在继巴斯德之后,改进了固体培养基的配方,发明了倾皿法进行纯种分离,建立了细菌细胞的染色技术,显微摄影技术和悬滴培养法,寻找并确证了炭疽病、结核病和霍乱病等一系列严重传染疾病的病原体等.这些成就奠定了微生物学成为一门科学的基础.他们是微生物学的奠基人.在这一时期,英国学者布赫纳( E.Buchner )在 1897 年研究了磨碎酵母菌的发酵作用,把酵母菌的生命活动和酶化学相联系起来,推动了微生物生理学的发展.同时,其他学者例如俄国学者伊万诺夫斯基 (Ivanovski) 首先发现了烟草花叶病毒 (Tobacco mosaic virus ,TMV) ,扩大了微生物的类群范围.
4 、微生物分子生物学发展阶段 主要成就:在上一时期的基础上,本世纪初至 40 年代末微生物学开始进入了酶学和生物化学研究时期,许多酶、辅酶、抗生素以及许多反应的生物化学和生物遗传学都是在这一时期发现和创立的,并在 40 年代末形成了一门研究微生物基本生命活动规律的综合学科 —— 普通微生物学.50 年代初,随着电镜技术和其他高技术的出现,对微生物的研究进入到分子生物学的水平.1953 年华特生( J.D.Watson )和克里克( F.H.Crick )发现了细菌基因体脱氧核糖核酸长链的双螺旋构造.1961 年加古勃( F.Jacab )和莫诺德( J.Monod )提出了操纵子学说,指出了基因表达的调节机制和其局部变化与基因突变之间的关系,即阐明了遗传信息的传递与表达的关系.
㈤ 微生物的发现历史
继列文虎克发现微生物世界以后的200年间,微生物学的研究基本上停留在形态描述和分门别类阶段。直到19世纪中期,以法国的巴斯德和德国的柯赫为代表的科学家才将微生物的研究从形态描述推进到生理学研究阶段,揭露了微生物是造成腐败发酵和人畜疾病的原因,并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的微生物技术。从而奠定了微生物学的基础,同时开辟了医学和工业微生物等分支学科。巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人。
巴斯德和柯赫的杰出工作,使微生物学作为一门独立的学科开始形成,并出现以他们为代表而建立的各分支学科,例如细菌学(巴斯德、柯赫等)、消毒外科技术(J. Lister),免疫学(巴斯德、Metchnikoff、Behring、Ehrlich等)、土壤微生物学(Beijernck Winogradsky 等)、病毒学(Ivanowsky、Beijerinck等)、植物病理学和真菌学(Bary、Berkeley等)、酿造学(Hensen、Jorgensen 等)以及化学治疗法(Ehrlish 等)。微生物学的研究内容日趋丰富,使微生物学发展更加迅速。 19世纪末和20世纪初,微生物学被牢固地建立起来。它的主要发展有两个方面:一是研究传染病和免疫学,研究疾病的防治和化学治疗剂的功效;另一方面是和遗传学的结合。
历史上,微生物学的发展曾经历了两个辉煌的黄金时代,也经历了其发展的低谷时期。近20年来,随着基因组学、结构生物学、生物信息学、PCR技术、高分率荧光显微镜及其它物理化学理论和技术等的应用,使微生物学的研究取得了一系列突破性进展,微生物学己走出其低谷,开始进入它的第三个黄金时代。本文就下列几个方面谈谈自已对当今微生学发展的机遇、挑战和趋势的一些认识。
㈥ 微生物有什么作用
微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在人类疾病中有49.877%是由病毒引起。世界卫生组织公布资料显示:传染病的发病率和病死率在所有疾病中占据第一位。微生物导致人类疾病微生物的历史,也就是人类与之不断斗争的历史。在疾病的预防和治疗方面,人类取得了长足的进展,但是新现和再现的微生物感染还是不断发生,像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力,使许多菌株发生变异,导致耐药性的产生,人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间可以通过重组或重配发生变异,最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大流行流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异,这种快速的变异给疫苗的设计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核感染又在世界范围内猖獗起来。微生物千姿百态,有些是腐败性的,即引起食品气味和组织结构发生不良变化。当然有些微生物是有益的,它们可用来生产如奶酪,面包,泡菜,啤酒和葡萄酒。 微生物非常小,必须通过显微镜放大约1000倍才能看到。比如中等大小的细菌,1000个叠加在一起只有句号那么大。想象一下一滴牛奶,每毫升腐败的牛奶中约有5千万个细菌,或者讲每夸脱牛奶中细菌总数约为50亿。也就是一升牛奶中可有含有50亿个细菌。微生物能够致病,能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂,但微生物也有有益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素,这对医药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。
一些微生物被广泛应用于工业发酵,生产乙醇、食品及各种酶制剂等;一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等,并且可再生资源的潜力极大,称为环保微生物;还有一些能在极端环境中生存的微生物,例如:高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境,依然存在着一部分微生物等等。看上去,我们发现的微生物已经很多,但实际上由于培养方式等技术手段的限制,人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。微生物因为微生物很小,构造又简单,所以人们充分认识它,并发展成为一门学科,与其他学科比起来,还是很晚的。尽管如此,人们已经在广泛的应用微生物了。我国劳动人民很早就认识到微生物的存在和作用,也是最早应用微生物的少数国家之一。据考古学推测,我国在8000年前已经出现了曲蘖酿酒了,4000多年前我国酿酒已十分普遍,而且当时埃及人也已学会烤制面包和酿制果酒。 2500年前中国人民发明酿酱、醋,知道用曲治疗消化道疾病。公元6世纪(北魏时期),我国贾思勰的巨着《齐民要术》详细地记载了制曲、酿酒、制酱和酿醋等工艺。在农业上,虽然还不知道根瘤菌的固氮作用,但已经在利用豆科植物轮作提高土壤肥力。这些事实说明,尽管人们还不知道微生物的存在,但是已经在同微生物打交道了,在应用有益微生物的同时,还对有害微生物进行预防和治疗。为防止食物变质,采用盐渍、糖渍、干燥、酸化等方法。在我国隆庆年间就开始用人痘预防天花。人痘预防天花是我国对世界医学上的一大贡献,这种方法先后传到俄国、日本、朝鲜、土耳其及英国,1798年英国医生琴纳(Jenner)提出用牛痘预防天花。微生物学作为一门学科,是从有显微镜开始的,微生物学发展经历了三个时期:形态学时期、生理学时期和现代微生物学的发展。形态学时期微生物的形态观察是从安东·列文虎克(Antony Van Leeuwenhock 1632-1732)发明的显微镜开始的,它是真正看见并描述微生物的第一人,他的显微镜在当时被认为是最精巧、最优良的单式显微镜,他利用能放大50~300倍的显微镜,清楚地看见了细菌和原生动物,而且还把观察结果报告给英国皇家学会,其中有详细的描述,并配有准确的插图。1695年,安东·列文虎克把自己积累的大量结果汇集在《安东·列文虎克所发现的自然界秘密》一书里。他的发现和描述首次揭示了一个崭新的生物世界——微生物世界。这在微生物学的发展史上具有划时代的意义。
继列文虎克发现微生物世界以后的200年间,微生物学的研究基本上停留在形态描述和分门别类阶段。直到19世纪中期,以法国的巴斯德(Louis Pasteur,1822-1895)和德国的柯赫(Robert Koch,1843-1910)为代表的科学家才将微生物的研究从形态描述推进到生理学研究阶段,揭露了微生物是造成腐败发酵和人畜疾病的原因,并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的微生物技术。从而奠定了微生物学的基础,同时开辟了医学和工业微生物等分支学科。巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人。
微生物巴斯德原是化学家,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,其中着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。
柯赫是着名的细菌学家,由于他曾经是一名医生,因此对病原细菌的研究做出了突出的贡献:①具体证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌;②发现了肺结核病的病原菌,这是当时死亡率极高的传染性疾病,因此柯赫获得了诺贝尔奖;③提出了证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——柯赫原则:首先在患病肌体里存在着一种特定的病原菌,并可以从该肌体里分离得到纯培养;然后用得到的纯培养接种敏感动物,表现出特有的性状;最后从被感染的敏感动物中又一次获得与原病原菌相同的纯培养。由于柯赫在病原菌研究方面的开创性工作,自19世纪70年代至20世纪20年代成了发现病原菌的黄金时代,所发现的各种病原微生物不下百余种,其中还包括植物病原菌。柯赫除了在病原菌方面的伟大成就外,在微生物基本操作技术方面的贡献更是为微生物学的发展奠定了技术基础,这些技术包括:①用固体培养基分离纯化微生物的技术,这是进行微生物学研究的基本前提,这项技术一直沿用至今;②配制培养基,也是当今微生物研究的基本技术之一。这两项技术不仅是具有微生物研究特色的重要技术,而且也为当今动植物细胞的培养做出了十分重要的贡献。巴斯德和柯赫的杰出工作,使微生物学作为一门独立的学科开始形成,并出现以他们为代表而建立的各分支学科,例如细菌学(巴斯德、柯赫等)、消毒外科技术(J. Lister),免疫学(巴斯德、Metchnikoff、Behring、Ehrlich等)、土壤微生物学(Beijernck Winogradsky 等)、病毒学(Ivanowsky、Beijerinck等)、植物病理学和真菌学(Bary、Berkeley等)、酿造学(Hensen、Jorgensen 等)以及化学治疗法(Ehrlish 等)。微生物学的研究内容日趋丰富,使微生物学发展更加迅速。
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(Waksman)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,对细胞化学结构和酶及其功能的研究发展了微生物生理学和生物化学,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,其中两个活跃的前沿领域将是分子微生物遗传学和分子微生物生态学。 微生物产业在21世纪将呈现全新的局面。微生物从发现到现在短短的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。
中国是具有5000年文明史的古国,中国劳动人民对微生物的认识和利用是最早的几个国家之一。特别是在制酒、酱油、醋等微生物产品以及用种痘、麦曲等进行防病治疗等方面具有卓越的贡献。但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,培养了第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。 20世纪30年代开始在高校设立酿造科目和农产品制造系,以酿造为主要课程,创建了一批与应用微生物学有关的研究机构,魏岩寿等在工业微生物方面做出了开拓性工作。戴芳澜和俞大绂等是中国真菌学和植物病理学的奠基人;陈华癸和张宪武等对根瘤菌固氮作用的研究开创了中国农业微生物学;高尚荫创建了中国病毒学的基础理论研究和第一个微生物学专业。但总的来说,在新中国成立之前,我国微生物学的力量较弱且分散,未形成中国自己的队伍和研究体系,也没有中国自己的现代微生物工业。微生物新中国成立以后,微生物学在中国有了划时代的发展,一批主要进行微生物学研究的单位建立起来了,一些重点大学创设了微生物学专业,培养了一大批微生物学人才。
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。近年来,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,最近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,目前取得可喜进展。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。
健康人肠道中即有大量细菌存在,称正常菌群,其中包含的细菌种类高达上百种。在肠道环境中这些细菌相互依存,互惠共生。食物、有毒物质甚至药物的分解与吸收,菌群在这些过程中发挥的作用,以及细菌之间的相互作用机制还不明了。一旦菌群失调,就会引起腹泻。随着医学研究进入分子水平,人们对基因、遗传物质等专业术语也日渐熟悉。人们认识到,是遗传信息决定了生物体具有的生命特征,包括外部形态以及从事的生命活动等等,而生物体的基因组正是这些遗传信息的携带者。因此阐明生物体基因组携带的遗传信息,将大大有助于揭示生命的起源和奥秘。
在分子水平上研究微生物病原体的变异规律、毒力和致病性,对于传统微生物学来说是一场革命。微生物以人类基因组计划为代表的生物体基因组研究成为整个生命科学研究的前沿,而微生物基因组,研究又是其中的重要分支。世界权威性杂志《科学》曾将微生物基因组研究评为世界重大科学进展之一。通过基因组研究揭示微生物的遗传机制,发现重要的功能基因并在此基础上发展疫苗,开发新型抗病毒、抗细菌、真菌药物,将对有效地控制新老传染病的流行,促进医疗健康事业的迅速发展和壮大! 从分子水平上对微生物进行基因组研究为探索微生物个体以及群体间作用的奥秘提供了新的线索和思路。 为了充分开发微生物(特别是细菌)资源,1994年美国发起了微生物基因组研究计划(MGP)。通过研究完整的基因组信息开发和利用微生物重要的功能基因,不仅能够加深对微生物的致病机制、重要代谢和调控机制的认识,更能在此基础上发展一系列与我们的生活密切相关的基因工程产品,包括:接种用的疫苗、治疗用的新药、诊断试剂和应用于工农业生产的各种酶制剂等等。通过基因工程方法的改造,促进新型菌株的构建和传统菌株的改造,全面促进微生物工业时代的来临。工业微生物涉及食品、制药、冶金、采矿、石油、皮革、轻化工等多种行业。通过微生物发酵途径生产抗生素、丁醇、维生素C以及一些风味食品的制备等;某些特殊微生物酶参与皮革脱毛、冶金、采油采矿等生产过程,甚至直接作为洗衣粉等的添加剂;另外还有一些微生物的代谢产物可以作为天然的微生物杀虫剂广泛应用于农业生产。通过对枯草芽孢杆菌的基因组研究,发现了一系列与抗生素及重要工业用酶的产生相关的基因。乳酸杆菌作为一种重要的微生态调节剂参与食品发酵过程。
㈦ 微生物学的历史起源
自古以来,人类在日常生活和生产实践中,已经觉察到微生物的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。2600年前发明了制酱技术 。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《神衣本草经》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,英国人琴纳发明了牛痘苗,为免疫学的发展奠定了基石。 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.科思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。
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,化学家出身的巴斯德涉足微生物是为了治疗“酒病”和“蚕病”。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,着名的曲颈瓶实验无可辩驳的证实了这一点 ;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。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,接着又发现结核病和霍乱的病原细菌,并提倡采用消毒和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,提出着名的科赫法则。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,着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,对免疫学的发展做出了贡献。
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石。
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。 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。 1941年,G.W.比德尔和E.L.塔特姆用X射线和紫外线照射链孢霉,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。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。分支
微生物学经历了一个多世纪的发展,已分化出大量的分支学科,据不完全统计(1990年),已达181门之多。根据其性质可以简单归纳为下面6类:
⑴按研究微生物的基本生命活动规律为目的来分总学科称普通微生物学(General Microbiology),分科如微生物分类学,微生物生理学,微生物遗传学,微生物生态学和分子微生物学等。
⑵按研究的微生物对象分如细菌学,真菌学(菌物学),病毒学,原核生物学,自养菌生物学和厌氧菌生物学等。
⑶按微生物所处的生态环境分如土壤微生物学,微生态学,海洋微生物学,环境微生物学,水微生物学和宇宙微生物学。
⑷按微生物应用领域来分总学科称应用微生物学(Applied Microbiology),分科如工业微生物学,农业微生物学,医学微生物学,药用微生物学,诊断微生物学,抗生素学,食品微生物学等。
⑸按学科间的交叉、融合分如化学微生物学,分析微生物学,微生物生物工程学,微生物化学分类学,微生物数值分类学,微生物地球化学和微生物信息学等。
⑹按实验方法、技术分如实验微生物学,微生物研究方法等。
㈧ 微生物学的发展经历了哪几个阶段
1 史前期 约8000-1676,特点是未见微生物个体,各国人民凭实践经验利用微生物。2 初创期1676-1861 形态描述阶段 特点 自制显微镜观察到细菌等微生物个体。3 奠基期1861-1897 微生物学开始建立(巴斯德 微生物奠基人,科赫 细菌学奠基人)4 发展期1897-1953 生化水平研究阶段 特点 发现微生物代谢统一性 普通微生物学开始行成 青霉素的发现 5 成熟期1953-至今 分子生物学水平研究阶段 特点 主要是广泛利用分子生物学理论和现代研究方法
㈨ 简述微生物学各个发展时期的代表人物和主要贡献。
巴斯德:微生物学的奠基人。他把微生物学的研究从形态描述推进到生理学研究水平,并开创了寻找病原微生物的兴盛时期,使微生物学开始以独立的学科形成。
贡献:
1、彻底否定了“自然发生”学说。
2、证实了发酵是由微生物引起的。
3、将病原菌减毒,使其转变为疫苗。
科赫:
(1)发现了固体培养基,并建立通过了固体培养分离纯化微生物的技术;
(2)用自创的方法分离了许多病原菌,如炭疽芽孢杆菌、结核分枝杆菌等;
(3)提出了“科赫法则”;
(4)创立了许多显微镜技术,如细菌鞭毛染色法、悬滴培养法等。
布赫纳:用酵母菌无细胞压榨汁将葡萄糖进行酒精发酵获得成功,发现了微生物酶的重要作用,从此将微生物学推进到了生化研究的阶段。此后,微生物生理、生化等研究得到了迅速的发展。
微生物学是一门研究微小生物体的学科。该学科的研究对象包括单细胞的、多细胞的(细胞集落)或无细胞的(缺乏细胞)的生物。微生物学包含许多子学科,包括病毒学、寄生虫学、真菌学和细菌学。
真核微生物,如真菌和原生生物,拥有膜覆盖的细胞器,而原核生物——即所有微生物包括细菌和古菌——通常没有细胞器。
微生物学家主要依赖于培养、染色和显微镜检查等传统方法鉴定微生物。然而,在普通环境中存在的微生物中,只有不到1%可以用目前的方法进行分离培养和坚定。
对于很多不可培养的微生物,微生物学家通常依赖分子生物学工具,如基于DNA序列的鉴定,例如细菌鉴定利用16s rRNA基因序列。起源于4000多年前的龙山文化时期。