从列文虎克用自制的显微镜首次观察到微生物以来，人们对微生物的认识只不过300多年的历史；作为一门独立的学科，微生物学也比动物学、植物学晚得多，只有100多年的历史。这门学科的诞生和发展经历了艰难曲折的历程，其间许多科学家为此做出了卓越的贡献，使得微生物这种最小的生命体在人类居住的地球上，特别是对人类自身的生存和健康发挥着巨大的、不可替代的作用。微生物学作为一门最具生命力的科学也一直是推动整个生命科学发展的强大动力。
本章首先从微生物与人类的密切关系开始，通过介绍微生物学的发展简史（包括我国微生物学的发展），着重介绍微生物学创立和发展的奠基者及他们的开创性工作，以及微生物学在生命科学发展中做出的伟大贡献，并将对21世纪微生物学的发展、特别是微生物基因组学对微生物学发展赋予的生机和使命予以介绍和展望。
一、微生物和你
当你清晨起床后，深深吸一口清新的空气，喝一杯可口的酸奶，品尝着美味的面包或馒头的时候，你就已经享受到了微生物给你带来的恩惠：当你因患感冒或其他某些疾病而躺在医院的病床上，经受病痛的折磨时，那便是有害的微生物侵蚀了你的身体；但当白衣护士给你服用（或注射）抗生素类药物，使你很快恢复了健康时，你得感谢微生物给你带来的福音，因为抗生素是微生物的“奉献”。然而，如果高剂量的某种抗生素注入你的体内后，效果甚微或者甚至毫无效果，你可曾想到这也是微生物的恶作剧——病原微生物对药物产生了抗性。这时医生只好尝试用其他药物，这些药物又有待于微生物学家和其他科学家去研究，开发。
可以说，微生物与人类关系的重要性，你怎么强调都不过分。微生物是一把十分锋利的双刃剑，它们在给人类带来巨大利益的同时也带来“残忍”的破坏。它给人类带来的利益不仅是享受，而且实际上涉及人类的生存。在微生物学课程中，你们将读到微生物在许多重要产品中所起的不可替代的作用，例如面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、维生素、酶等重要产品的生产，同时也是人类生存环境中必不可少的成员，有了它们才使得地球上的物质进行循环，否则地球上的所有生命将无法繁衍下去。此外，你还将看到以基因工程为代表的现代生物技术的发展及其美妙的前景也是微生物对人类作出的重大贡献。
然而，这把双刃剑的另一面——微生物的“残忍”给人类带来的灾难有时甚至是毁灭性的。1347年，一场由鼠疫耶森氏菌引起的瘟疫几乎摧毁了整个欧洲，有1/3的人（约2500万人）死于这场灾难。在此后的80年间，这种疾病一再肆虐，实际上消灭了大约75％的欧洲人口，一些历史学家认为这场灾难甚至改变了欧洲文化。我国在新中国成立前也曾多次流行鼠疫，死亡率极高。今天，一种新的瘟疫——艾滋病（AIDS）也正在全球蔓延；癌症威胁着人类的健康和生命；许多已被征服的传染病（如肺结核、疟疾、霍乱等）也有“卷土重来”之势。据1999年8月世界卫生组织的统计，目前全世界有18.6亿人（相当于全球人口的32％）患结核病。随着环境污染日趋严重，出现一些以前从未见过的新的威胁。
因此，你——未来的微生物学家或其他科学家任重道远。正确地使用微生物这把双刃剑，造福于人类是我们学习和应用微生物的目的，也是每一个微生物学工作者义不容辞的责任。
二、微生物学
（一）研究对象及分类地位
微生物研究作为一门科学——微生物学、比动物学，植物学要晚得多，至今不过100多年的历史。因为微生物太小，需借助显微镜才能看清它们。因此，微生物学一般定义为研究肉眼难以看清的称之为微生物的生命活动的科学。这些微小生物包括无细胞结构不能独立生活的病毒、亚病毒（类病毒、拟蕈病毒、朊病毒）、具原核细胞结构的真细菌、古生菌以及具真核细胞结构的真菌（酵母、霉菌、菌等）、单细胞藻类、原生动物等。但其中也有少数成员是肉眼可见的。例如1993年正式确定为细菌的Epulopixium fishdioni以及1998年报道的Thiomargarita namibicnsis。所以上述微生物学的定义是指一般的概念，是历史的沿革，但仍为今天所适用。
有的微生物学家提出不同的看法，例如著名的微生物学家Roger Stanier提出，确定微生物学领域不应只是根据其大小，还应该根据有别于动植物的研究技术。微生物学家通常首先从群体中分离出特殊的微生物纯种，然后进行培养，因此研究微生物要使用特殊的技术，例如消毒灭菌和培养基的应用等，这对成功地分离和培养微生物是必需的，也是有别于动植物的。
由于微生物的多样性以及独特的生物学特性（个体小、繁殖快、分布广等），使其在整个生命科学中占据着举足轻重的地位。无论是1969年Whittaker提出的五界系统，还是1977年Wocee提出的三域系统，微生物都占据了绝大多数的“席位”，分别为3/5和2/3强。这是微生物在整个生物界的分类地位。在本章我们还将讨论微生物及微生物对整个生命科学作出的巨大贡献及其生物学地位。
（二）研究内容及分科
那么微生物学具体的研究内容是什么呢？总的来说，微生物学是研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等规律及其应用的一门学科。随着微生物学的不断发展，已形成了基础微生物学和应用微生物学，其又可分为许多不同的分支学科，并且还在不断地形成新的学科和研究领域。
三、微生物的发现和微生物学的发展
（一）微生物的发现
在人们真正看到微生物之前，实际上已经猜想或感觉到它们的存在，甚至人们已经不知不觉地应用它们。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年以前已经出现了曲药酿酒。4000多年前我国酿酒已十分普遍，而且当时的埃及人也已学会烘制面包和酿制果酒，2500年前我国人民已发明酿酱、醋。公元6世纪（北魏时期），我国贾思勰的巨著《齐民要术》详细地记载了制曲、酿酒、制酱和酿醋等工艺。公元9世纪到10世纪，我国已发明用鼻苗法种痘，用细菌浸出法开采铜。到了16世纪，古罗巴医生G.Fracastoro才明确提出疾病是由肉眼看不到的生物引起的。我国明末（1641年）医生吴又可也提出“气”学说，认为传染病的病因是一种看不见的“气”，其传播途径以口鼻为主。
真正看见并描述微生物的第一个人是荷兰商人安东·列文虎克（1632-1723），但他的最大贡献不是在商界，而是他利用自制的显微镜发现了微生物世界（当时称之为微小动物），他的显微镜放大倍数为50~3000倍，构造很简单，仅有一个透镜安装在两片金属薄片的中间，在透镜前面有一根金属短棒，在棒的尖端捆上需要观察的样品，通过调焦螺旋调节焦距。利用这种显微镜，列文虎克清楚地看见了细菌和原生动物，首次揭示了一个崭新的生物世界——微生物界。由于他的划时代贡献，1680年被选为英国皇家学会委员。
（二）微生物学发展过程中的重大事件
由列文虎克揭示的多姿多彩的微生物世界吸引着各国学者去研究、探索、推动着微生物学的建立和发展。
其发现或发明人就有30位获得诺贝尔奖。据有关统计表明，20世纪诺贝尔生理学和医学奖获得者中，从事微生物问题研究的就占了1/3，这从另一个侧面反映了微生物举足轻重的地位。可见，微生物的发展对整个科学技术和社会经济的重大作用和贡献。
（三）微生物学发展的奠基者
继列文虎克发现微生物世界以后的200年，微生物的研究基本停留在形态描述和分门别类的阶段。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，揭示了微生物是造成腐败发酵和人畜疾病的原因，建立了分离、培养和灭菌等一系列的微生物技术，从而奠定了微生物的基础，开辟了医学和工业为深股等分支学科。巴斯德和柯赫是微生物学的奠基人。
1.巴斯德
巴斯德原始化学家，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。其贡献主要集中表现在下列三个方面。
（1）彻底否定了“自生说”。“自生说”是一个古老的学说，认为一切生物是自然发生的。到了17世纪，由于植物和动物的生长发育和对生活史的研究，“自生说”逐渐削弱，但是由于技术问题，如何正视微生物不是自然发生的仍然是一个难题，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。巴斯德自制了一个具有细长且弯曲颈的玻璃瓶，其中盛有有机物水浸液，经加热灭菌后，瓶内一直保持无菌状态，有机物不发生腐败，因为弯曲的瓶颈阻挡了外面空气中微生物直达有机物浸液，但将瓶颈打开，瓶内浸液中就有了微生物，有机质发生腐败。巴斯德的试验彻底否定了“自生说”，并从此建立了病原说，推动了微生物的发展。
（2）免疫学——预防接种。Jenner虽然早在1978年发明了种痘法预防天花，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。其后他又研究了牛、羊炭疽病和狂犬病，并首次制成狂犬疫苗，正是其免疫学说，为人类疾病、治病作出了重大贡献。
（3）证实酒精发酵是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和微生物的生长繁殖有关。经不断的努力，巴斯德终于分离到了许多引起发酵的微生物，并证实是细菌所引起的，为进一步研究微生物的生理生化奠定了基础。
（4）其他贡献。一直沿用至今天的巴斯德消毒法（60~65℃做短时间加热处理，杀死有害微生物的一种消毒法）和家蚕卵化病问题的解决也是巴斯德的重要贡献，他不仅在实践上解决了当时法国酒变质和家蚕卵化病的实际问题，而且也推动了微生物病原学说发展，并影响医学的发展。
2.科赫
科赫是著名的细菌学家，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，因此科赫获得了诺贝尔奖；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——科赫原则。由于科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细菌。
科赫除了在病原菌研究方面的伟大成就外，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支持。这些技术包括：①用固体培养基分离纯化微生物，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，也是当今微生物学研究的基本技术之一，而且为当今动植物细胞的培养做出了十分重要的贡献。
巴斯德和科赫的杰出工作，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、科赫等）、消毒外科技术（J.Lister），免疫学（巴斯德、Metchnikoff、Behring、Ehrlich等）、土壤微生物学（Beijemck Winogradsky等）、病毒学（Vanowsky、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。