4.1 微生物學的形成和發展
因為微生物很小，構造又簡單，所以人們充分認識它，并發展成為一門學科，與其他學科比起來，還是很晚的。盡管如此，人們已經在廣泛的應用微生物了。我國勞動人民很早就認識到微生物的存在和作用，也是最早應用微生物的少數國家之一。據考古學推測，我國在8000年前已經出現了曲蘗釀酒了，4000多年前我國釀酒已十分普遍，而且當時埃及人也已學會烤制面包和釀制果酒。2500年前我國人民發明釀醬、醋，知道用曲治療消化道疾病。公元6世紀（北魏時期）,我國賈思勰的巨著《齊民要術》詳細地記載了制曲、釀酒、制醬和釀醋等工藝。在農業上，雖然還不知道根瘤菌的固氮作用，但已經在利用豆科植物輪作提高土壤肥力。這些事實說明，盡管人們還不知道微生物的存在，但是已經在同微生物打交道了，在應用有益微生物的同時，還對有害微生物進行預防和治療。為防止食物變質，采用鹽漬、糖漬、干燥、酸化等方法。在我國隆慶年間就開始用人痘預防天花。人痘預防天花是我國對世界醫學上的一大貢獻，這種方法先后傳到俄國、日本、朝鮮、土耳其及英國，1798年英國醫生琴納（Jenner）提出用牛痘預防天花。
微生物學作為一門學科，是從有顯微鏡開始的，微生物學發展經歷了三個時期：形態學時期、生理學時期和現代微生物學的發展。
4.1.1形態學時期
微生物的形態觀察是從安東·列文虎克（Antony Van Leeuwenhock 1632-1732）發明的顯微鏡開始的，它是真正看見并描述微生物的第一人，他的顯微鏡在當時被認為是最精巧、最優良的單式顯微鏡，他利用能放大50～300倍的顯微鏡，清楚地看見了細菌和原生動物，而且還把觀察結果報告給英國皇家學會，其中有詳細的描述，并配有準確的插圖。1695年，安東·列文虎克把自己積累的大量結果匯集在《安東·列文虎克所發現的自然界秘密》一書里。他的發現和描述首次揭示了一個嶄新的生物世界——微生物世界。這在微生物學的發展史上具有劃時代的意義。
4.1.2 生理學時期
繼列文虎克發現微生物世界以后的200年間，微生物學的研究基本上停留在形態描述和分門別類階段。直到19世紀中期，以法國的巴斯德（Louis Pasteur,1822-1895）和德國的柯赫(Robert Koch,1843-1910)為代表的科學家才將微生物的研究從形態描述推進到生理學研究階段，揭露了微生物是造成腐敗發酵和人畜疾病的原因，并建立了分離、培養、接種和滅菌等一系列獨特的微生物技術。從而奠定了微生物學的基礎，同時開辟了醫學和工業微生物等分支學科。巴斯德和柯赫是微生物學的奠基人。
(1) 巴斯德
巴斯德原是化學家，曾在化學上做出過重要的貢獻，后來轉向微生物學研究領域，為微生物學的建立和發展做出了卓越的貢獻。主要集中在下列三個方面：
① 徹底否定了“自然發生”學說
“自生說”是一個古老學說，認為一切生物是自然發生的。到了17世紀，雖然由于研究植物和動物的生長發育和生活循環，是“自生說”逐漸消弱，但是由于技術問題，如何證實微生物不是自然發生的仍是一個難題，這不僅是“自生說”的一個頑固陣地，同時也是人們正確認識微生物生命活動的一大屏障。巴斯德在前人工作的基礎上，進行了許多試驗，其中著名的曲頸瓶（見圖1-2）試驗無可辯駁地證實，空氣內確實含有微生物，他們引起有機質的腐敗。巴斯德自制了一個具有細長而彎曲的頸的玻瓶，其中盛有有機物水浸液，經加熱滅菌后，瓶內可一直保持無菌狀態，有機物不發生腐敗，一旦將瓶頸打斷，瓶內浸液中才有了微生物，有機質發生腐敗。巴斯德的試驗徹底否定了“自生說”，并從此建立了病原學說，推動了微生物學的發展。
② 免疫學——預防接種
Jenner雖然早在1798年發明了種痘法可預防天花，但卻不了解這個免疫過程的基本機制，因此，這個發現沒能獲得繼續發展。1877年，巴斯德研究了雞霍亂，發現將病原菌減毒可誘發免疫性，以預防雞霍亂病。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，證實其免疫學說，為人類防病、治病做出了重大貢獻。
③ 證實發酵是由微生物引起的
究竟發酵是一個由微生物引起的生物過程還是一個純粹的化學反應過程，曾是化學家和微生物學家激烈爭論的問題。巴斯德在否定“自生說”的基礎上，認為一切發酵作用都可能與微生物的生長繁殖有關。經不斷地努力，巴斯德終于分離到了許多引起發酵的微生物，并證實酒精發酵是由酵母菌引起的。還研究了氧氣對酵母菌的發育和酒精發酵的影響。此外，巴斯德還發現乳酸發酵、醋酸發酵和丁酸發酵都是不同細菌所引起的。為進一步研究微生物的生理生化奠定了基礎。
④ 其它貢獻
一直沿用至今天的巴斯德消毒法（60～65℃作短時間加熱處理，殺死有害微生物的一種消毒法）和家蠶軟化病問題的解決也是巴斯德的重要貢獻，它不僅在實踐上解決了當時法國酒變質和家蠶軟化病的實際問題，而且也推動了微生物病原學說的發展，并深刻影響醫學的發展。
(2) 柯赫
柯赫是著名的細菌學家，由于他曾經是一名醫生，因此對病原細菌的研究做出了突出的貢獻：
①具體證實了炭疽病菌是炭疽病的病原菌；②發現了肺結核病的病原菌，這是當時死亡率極高的傳染性疾病，因此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：首先在患病肌體里存在著一種特定的病原菌，并可以從該肌體里分離得到純培養；然后用得到的純培養接種敏感動物，表現出特有的性狀；最后從被感染的敏感動物中又一次獲得與原病原菌相同的純培養。由于柯赫在病原菌研究方面的開創性工作，自19世紀70年代至20世紀20年代成了發現病原菌的黃金時代，所發現的各種病原微生物不下百余種，其中還包括植物病原菌。
柯赫除了在病原菌方面的偉大成就外，在微生物基本操作技術方面的貢獻更是為微生物學的發展奠定了技術基礎，這些技術包括：①用固體培養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提，這項技術一直沿用至今；②配制培養基（見第三章），也是當今微生物研究的基本技術之一。這兩項技術不僅是具有微生物研究特色的重要技術，而且也為當今動植物細胞的培養做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，并出現以他們為代表而建立的各分支學科，例如細菌學（巴斯德、柯赫等）、消毒外科技術（J. Lister），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）。微生物學的研究內容日趨豐富，使微生物學發展更加迅速。
4.1.3 現代微生物學的發展
20世紀上半葉微生物學事業欣欣向榮。微生物學沿著兩個方向發展，即應用微生物學和基礎微生物學。在應用方面，對人類疾病和軀體防御機能的研究，促進了醫學微生物學和免疫學的發展。青霉素的發現（Fleming,1929）和瓦克斯曼（Waksman）對土壤中放線菌的研究成果導致了抗生素科學的出現，這是工業微生物學的一個重要領域。環境微生物學在土壤微生物學研究的基礎上發展起來。微生物在農業中的應用使農業微生物學和獸醫微生物學等也成為重要的應用學科。應用成果不斷涌現，促進了基礎研究的深入，于是細菌和其它微生物的分類系統在20世紀中葉出現了，對細胞化學結構和酶及其功能的研究發展了微生物生理學和生物化學，微生物遺傳和變異的研究導致了微生物遺傳學的誕生。微生物生態學在20世紀60年代也形成了一個獨立學科。
20世紀80年代以來，在分子水平上對微生物研究迅速發展，分子微生物學應運而生。在短短的時間內取得了一系列進展，并出現了一些新的概念，較突出的有，生物多樣性、進化、三原界學說；細菌染色體結構和全基因組測序；細菌基因表達的整體調控和對環境變化的適應機制；細菌的發育及其分子機理；細菌細胞之間和細菌同動植物之間的信號傳遞；分子技術在微生物原位研究中的應用。經歷約150年成長起來的微生物學，在21世紀將為統一生物學的重要內容而繼續向前發展，其中兩個活躍的前沿領域將是分子微生物遺傳學和分子微生物生態學。
微生物產業在21世紀將呈現全新的局面。微生物從發現到現在短短的300年間，特別是20世紀中葉，已在人類的生活和生產實踐中得到廣泛的應用，并形成了繼動、植物兩大生物產業后的第三大產業。這是以微生物的代謝產物和菌體本身為生產對象的生物產業，所用的微生物主要是從自然界篩選或選育的自然菌種。21世紀，微生物產業除了更廣泛的利用和挖掘不同生境（包括極端環境）的自然資源微生物外，基因工程菌將形成一批強大的工業生產菌，生產外源基因表達的產物，特別是藥物的生產將出現前所未有的新局面，結合基因組學在藥物設計上的新策略將出現以核酸（DNA或RNA）為靶標的新藥物（如反義寡核苷酸、肽核酸、DNA疫苗等）的大量生產，人類將完全征服癌癥、艾滋病以及其他疾病。此外，微生物工業將生產各種各樣的新產品，例如降解性塑料、DNA芯片、生物能源等，在21世紀將出現一批嶄新的微生物工業，為全世界的經濟和社會發展做出更大貢獻.
4.2 我國微生物學的發展
我國是具有5000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的介紹微生物知識，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生防疫機構，培養了第一支預防鼠疫的專業隊伍，在當時這項工作居于國際先進地位。20世紀20-30年代，我國學者開始對醫學微生物學有了較多的試驗研究，其中湯飛凡等在醫學細菌學、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認是具有國際領先水平的開創性工作。20世紀30年代開始在高校設立釀造科目和農產品制造系，以釀造為主要課程，創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；陳華癸和張憲武等對根瘤菌固氮作用的研究開創了我國農業微生物學；高尚蔭創建了我國病毒學的基礎理論研究和第一個微生物學專業。但總的來說，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代微生物工業。
新中國成立以后，微生物學在我國有了劃時代的發展，一批主要進行微生物學研究的單位建立起來了，一些重點大學創設了微生物學專業，培養了一大批微生物學人才。現代化的發酵工業、抗生素工業、生物農藥和菌肥工作已經形成一定的規模，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躍居世界首位，我國的兩步法生產維生素C的技術居世界先進水平。近年來，我國學者瞄準世界微生物學科發展前沿，進行微生物基因組學的研究，現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。我國微生物學進入了一個全面發展的新時期。但從總體來說，我國的微生物學發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，絕大多數領域與國外先進水平相比，尚有相當大的差距。因此如何發揮我國傳統應用微生物技術的優勢，緊跟國際發展前沿，趕超世界先進水平，還需作出艱苦的努力。