微生物的发展前景
一、微生物学在解决人类面临的五大危机中的作用
众所周知，人类正面临着各种危机，如粮食危机、能源短缺、资源短缺、生态恶化、人类轰炸等。
进入21世纪后，人类将会遇到从利用有限的矿产资源时代向利用无限的生物资源时代过渡所产生的一系列新问题。
微生物细胞不仅是一个比表面积大、生化转化能力强、自我复制迅速的生命系统，而且具有物种、遗传、代谢和生态类型的多样性，使其在解决人类面临的各种危机中发挥着不可替代的独特作用。
现描述如下。
微生物和食物
粮食生产是全人类生存的大事。
微生物在提高土壤肥力、改善作物性状(如构建固氮植物)、促进粮食增产、防治粮食作物病虫害、防止粮食霉变变质、将余粮转化为糖、单细胞蛋白、各种饮料和调味品等方面可以发挥重要作用。
微生物和能源
目前，化石能源枯竭问题严重困扰着世界各国。
微生物在能源生产方面有其独特的优势:①将自然界中极其丰富的纤维素转化为乙醇。
据估计，我国植物秸秆年产量高达5-6亿吨。如果将其10%水解发酵，可生产燃料酒精700-800万吨，剩余的药渣仍可作为饲料和肥料，保证土壤中钾、磷的正常供应。
目前发现Closiridiumthermocellum等嗜热厌氧菌可以直接分解纤维素产生乙醇。
(2)利用产甲烷菌将自然界中最丰富的可再生资源生物质转化为甲烷。
这是一项利国利民、造福生态、造福子孙后代的重大战略举措。
③利用光合细菌、蓝藻或厌氧梭杆菌等微生物生产“清洁能源”——氢气。
④产气或其代谢产物经微生物发酵提高采收率。
⑤研究微生物电池并使其实用化。
(3)微生物和资源
微生物可以将地球上永不枯竭的纤维素等可再生资源转化为化工、轻工、制药等各种工业原料。
这些产品除了传统的乙醇、丙酮、丁醇、乙酸、甘油、异丙醇、甲乙酮、柠檬酸、乳酸、苹果酸、富马酸和亚甲基丁二酸外，还可以生产水杨酸、乌头酸、丙烯酸、己二酸、丙烯酰胺、癸二酸、长链脂肪酸、长链二元醇、2，3-丁二醇、γ-亚麻酸油和聚羟基丁酸酯。
由于发酵工程具有代谢产物种类多、原料来源广、能耗低、经济效益高、环境污染少等诸多优势，将逐步取代需要高温、高压、高能耗和“三废”严重的化学工业。
微生物在金属矿产资源的开发利用中也发挥着独特的作用。
第九章提到的细菌浸出技术，可以将长期废弃的低品位矿石、尾矿、矿渣中所含的铜、镍、铀等十余种金属连续溶解提取出来，成为新的重要资源。
(D)微生物和环境保护
微生物在环境保护中可以利用的地方有很多:①利用微生物肥料、微生物农药或农用抗生素来替代各种会造成环境恶化的化肥或化学农药；(2)利用微生物产生的PHB生产可降解医用塑料制品，减少环境污染；③利用微生物净化生活污水和有毒工业污水；④利用微生物技术监测环境的污染程度，如用Ames法检测环境中的“三致”物质，用EMB培养基检查饮用水中的肠道致病菌。
(5)微生物与人类健康
微生物与人类健康密切相关。
首先，各种传染病构成了人类的主要疾病，预防和治疗这类疾病的主要手段是各种微生物产生的药物，尤其是抗生素。
基因工程创建以来，微生物代谢产物的范围和品种进一步扩大，以前只能由动物生产的胰岛素、干扰素、白细胞介素等高效药物转向“工程菌”进行生产。
与人类生殖和避孕密切相关的甾体激素类药物，早已从化学生产转变为微生物转化。
此外，大量与人类健康长寿相关的生物制品，如疫苗、菌苗、类毒素等，都是微生物的产物。
难怪有人估计，自疫苗发明以来，人类的平均寿命增加了10岁，自抗生素发现以来，平均寿命增加了10多岁。
当然，阻止人口的过度增长不仅仅是微生物学的范畴。
二、现代微生物学的特点和发展趋势
目前，由于分子生物学研究的逐步深入，各种新方法和新技术在微生物学研究中的广泛应用，学科之间的积极渗透和交叉，以及生产实践中大量相关问题的提出，为微生物学的发展提供了巨大的推动力。
总的来说，现代微生物学的特点和发展趋势有以下六个方面。
(A)研究工作正在向分子水平深入发展。
由于分子生物学的快速发展，整个生命科学已经提升到分子水平。
微生物学也不例外。
目前，微生物学领域的几乎所有问题都在分子水平上进行了深入研究，如细胞结构与功能、微生物对营养物质的吸收机制、生长、繁殖与分化、代谢类型、途径与调控、遗传、变异与进化、感染与免疫、分类与鉴定等等。
(二)在基础理论深入研究的基础上，一批新学科(或潜在学科)正在形成。
比如真菌毒素(科学)、细菌质粒(科学)、微生物分子育种(科学)、重组微生物生理学、原生质体融合遗传学、极端环境微生物学、菌种保藏(科学)、杂菌发酵生理学、产甲烷菌生物学、厌氧菌生物学、古细菌(科学)、病毒(科学)、微生物酶学、固氮生物化学、固氮遗传学、微生物。
(三)微生物学与其他学科的渗透、交叉和融合，形成了一门新的边缘学科。
在学科发展中，学科之间的相互渗透、交叉和融合往往发挥生长点和带头作用，不仅产生一系列新概念、新理论和新技术，而且产生一系列具有强大生命力的新的前沿学科。
这可能是学科间“互补性”、“杂种优势”效应的体现。
这样的例子有很多，如分析微生物学、化学分类学、微生物数值分类学和微生物地球化学等等。
(D)新技术和方法在微生物学中的广泛应用。
在现代数学、物理、化学和许多工程技术学科的带动下，为微生物学的发展创造了前所未有的优势，主要体现在提供新方法、新技术、新仪器、新设备和新试剂。
例如同位素标记技术、电子显微镜技术、X射线衍射技术、计算机技术、超速离心技术、电泳技术、色谱技术、离子交换技术、质谱技术、分光光度计技术、细胞破碎技术、免疫学技术、氨基酸自动分析技术、核酸自动合成技术、蛋白质或核酸顺序测定技术、低温技术、新型微生物培养技术、微生物计数技术、微生物快速鉴定技术、固定化生物催化剂技术等。
这些技术的广泛应用极大地促进了对微生物细胞结构和功能的研究，使原来的静态、描述性和定性研究逐步上升到动态、定量、测序和定位的新水平。
(E)向复杂生态系统和宏观范围扩展。
在生物圈中，微生物的生活范围是最广的，也是最立体的。
当人们对身边常见的微生物做了一些研究后，他们的兴趣逐渐转向更广阔、更难以接近的空间和各种复杂的生态系统，随之而来的是一批新学科的诞生和发展。
如极端环境微生物学、资源微生物学、热带真菌学、地下生态学、土壤微生物生态学、陆地微生物生态学、海洋微生物生态学、大气微生物生态学和航天微生物生态学等等。
(6)一大批应用高科技微生物学分支正在孕育和形成。
微生物学是一门深深植根于生产实践的学科。
当代应用微生物学包括越来越多的分支学科，具有交叉性强、自觉性高、覆盖面广的特点:①交叉性强。
比如发酵工程、细菌冶金、水处理微生物学、真菌基因工程、微生物生态工程、农业微生物学、生物工业等。
②自我意识高。
目前，在分子生物学理论和实践的推动下，许多应用生物学学科正朝着目的性强、自觉性高、可控性强、效率高的方向发展。
一批贴着“工程”标签的学科就在其中，比如基因工程、细胞工程、生化工程、酶工程、蛋白质工程以及最新的通路工程。
③覆盖面广。
从广义上看，微生物的应用范围主要涉及工业、农业、医药、环保和国防。从细分的角度看，每个大领域又可以细分为若干个子领域，如细菌冶金(理科)、污水处理微生物学、沼气发酵微生物学、应用土壤微生物学、微生物生物防治(理科)、农用抗生素、食用菌、药用真菌、药用微生物学、人畜疾病微生物学等等。
第三，微生物在“生物世纪”中的作用
目前，许多有远见的科学家一致认为“21世纪将是生物学的世纪”，主要理由如下:①由物质运动发展规律决定。
一般物质的运动都是向机械运动→物理运动→化学运动→生命运动的方向发展，复杂的运动规律必须建立在简单的运动规律基础上。
目前，人类对机械运动、物理运动和化学运动的客观规律有了深刻的认识，这为人类进一步认识生命运动规律提供了良好的基础，提出了迫切的任务。
②是由生物界的多样性和对生物界的长期认识决定的。
生物界的多样性是它区别于非生物界的主要特征之一。人类对生物界多样性的认识还处于较低阶段，而生物界的多样性恰恰是人类赖以生存的主要物质基础。
(3)是由当代人类面临的五大危机及其解决的紧迫性决定的。
④是由其他学科对生命科学的推动和生命科学的“反馈”或“回报”规律决定的。
微生物学将在“生物世纪”中发挥特别重要的作用。
在自然科学中，如果说生命科学还是一门“朝阳科学”，微生物学只能算是一门“曙光科学”；如果说微生物学是一座“富矿”，那么它目前仍然是一座“只是剥去了一层表土的富矿”。
这是因为微生物的物种、遗传、代谢和生态类型具有高度多样性。
微生物的多样性构成了微生物资源的丰富性，而微生物资源的丰富性决定了对其的长期研究、开发和利用。
人类对丰富微生物资源的开发，只能说刚刚起步。
无论如何估算，微生物群落(包括病毒)的物种总数都应该大大超过动植物群落物种总数的总和(目前约为1.5万种)，但目前前者仅为后者的1/10。
根据科学估计，自然界中真正存在的动物和植物物种的数量至少比今天已知的数量多几倍。
以下事实可以充分证明微生物资源将是多么丰富:①微生物新物种的数量每年都在迅速增加，仅较大的真菌每年就有1500个新物种被记录；②土壤中约90%的微生物是实验室培养不出来的，其中很多被称为“活菌能菌”。(3)由于几乎所有的动物、植物和微生物中都存在相应的病毒，可想而知，在微生物中，仅病毒的数量就可能接近甚至超过其他动物、植物和微生物数量的总和，更不要说有些宿主可以同时拥有多种病毒(例如目前发现的人类病毒就有300多种！);④人类真正研究微生物的历史只有130年左右。可想而知未来有多少微生物资源可以被发现和利用！
在已经描述过的微生物中，人类使用的物种数没有超过1%。
例如，在大约654.38+10万种的大蘑菇中，大约有2000种是可食用的，但迄今为止实验室培育的只有80种，商业培育的大约有20种，而市场上常见的只有5、6种。
至于微生物的特殊代谢类型，比如微生物在极端环境下的发育，还停留在起跑线上！
第四，大力开展中国微生物学研究
由于历史原因，我国微生物学与国际先进水平还有较大差距。
作为中华民族的子孙，我们有义务让我们国家的科技水平赶上国际水平，微生物工作者自然责无旁贷。
发展我国的微生物学，必须从我国的具体国情出发，在有限的条件下集中主要人力物力，攻取少数有中国特色、有一定基础、学术、经济和社会效益明显的项目作为突破口。
取得突破，推广一个，再逐步扩大成果。
因此，现阶段的研究重点应放在应用理论的研究上。
(一)资源调查和分类鉴定
我国幅员辽阔，地形复杂，寒温热三带，生态环境多样，是少有的拥有大量微生物资源的国家。
但目前资源调查分类队伍薄弱，技术落后，发表成果少。
据统计，我国目前研究的细菌和真菌数量仅占世界已知数量的5 ~ 10%。
在这一领域，近期应努力调查具有中国特色和应用前景的菌株资源，以促进形态学、分类和鉴定(特别是新的鉴定手段)的发展。
例如，固氮微生物资源的调查、根瘤菌的分类和鉴定；新拮抗放线菌的筛选及化学分类:菌根资源调查:食药用真菌资源调查及真菌分类系统研究:虫生微生物和昆虫杆状病毒资源调查:主要农作物病毒病原的分离、检测和病害防治；单细胞蛋白资源的开发；极端微生物(特别是嗜盐、嗜碱和嗜热细菌)资源调查及菌种分类鉴定研究；等一下。
(2)生理代谢和发酵工程
生理代谢研究的成果可以促进发酵工程、农业和医学微生物学等许多应用领域的发展。
该领域要开展的研究项目很多，如重组微生物生理学、固定化微生物生理学、混合培养微生物生理学、极端微生物生理学、光合细菌生理学、厌氧菌生理学等；固氮的生物化学、次生代谢物(如抗生素)的合成途径和代谢调控；多阶段连续培养动力学；胞外酶、酶抑制剂和激活剂的分泌机制；高密度细菌的生长规律；非粮发酵原料的研究；发酵生产中提高产品浓度、转化率和生产率(g/l·h)的研究:液体发酵中氧载体的研究:纤维素、木质素和半纤维素的微生物分解机理，微生物产氢机理；生物传感器的研究，计算机在线控制发酵的研究；中草药有效成分对病毒的抑制作用:工业产品的霉变机理；厌氧菌代谢产物的研究与利用:等一下。
(3)遗传变异和品系选择
微生物种质资源的研究和改良是微生物学中长期不可缺少的工作。
自从基因工程的出现，微生物遗传育种工作达到了一个新的水平。
在遗传变异和品系选育领域，值得进一步研究的问题有:
微生物分子育种原理与技术，原生质体运动物种原理与技术；重组细菌的遗传稳定性；放线菌遗传学；建立与发酵工程相关的各种新型受体-载体系统(如芽孢杆菌、棒状杆菌、酵母、放线菌、丝状真菌和一些极端微生物)；根瘤菌的遗传学，将固氮基因引入非豆科植物；纤维素、木质素和半纤维素分解工程菌的构建:病原菌耐药性的遗传原理；以及传统菌株筛选技术的突破等等。
(四)生态理论与环境保护实践
在微生物生态学的研究领域，深入的工作还不多见，有大量的工作等待人们去研究。
比如土壤中新的微生物类群的调查，土壤微生物的种群结构和功能；* * *生物和病原微生物与其宿主相互识别的分子基础；利用微生物防治病虫害的理论基础；中国传统酿酒中的微生物生态问题:微生态学研究；霉腐微生物的种类、霉变机理及控制方法；自然界中重要病原菌的生存状态；瘤胃、盲肠(马等)中的微生物菌群。)和蟑螂肠及其纤维素分解机制；厌氧降解生态学、难降解有机降解菌、“三废”综合利用；海洋微生物生态学；以及有毒真菌和真菌毒素；等一下。
(四)生态理论与环境保护实践
在微生物生态学的研究领域，深入的工作还不多见，有大量的工作等待人们去研究。
比如土壤中新的微生物类群的调查，土壤微生物的种群结构和功能；* * *生物和病原微生物与其宿主相互识别的分子基础；利用微生物防治病虫害的理论基础；中国传统酿酒中的微生物生态问题:微生态学研究；霉腐微生物的种类、霉变机理及控制方法；自然界中重要病原菌的生存状态；瘤胃、盲肠(马等)中的微生物菌群。)和蟑螂肠及其纤维素分解机制；厌氧降解生态学、难降解有机降解菌、“三废”综合利用；海洋微生物生态学；以及有毒真菌和真菌毒素；等一下。
(5)感染与免疫的机制与实践。
这方面的研究内容主要包括:病原菌的分子机制；致病性厌氧菌的分离、鉴定及其致病性；反生物战；新病原菌的分离和鉴定；新疫苗、新生物制品、基因工程和疫苗生产、多价基因工程疫苗；单克隆抗体的研究:等一下。
(6)其他
微生物学方法的研究；现代菌种保藏技术；建立微生物数据库；实验室试剂的标准化；商用简易快速菌种鉴定盒；等一下。
综上所述，我们可以知道，微生物是生物界的一支庞大的队伍。
它们作用的大小，对人有益还是有害，主要取决于人对其活动的认识和掌握。
无数事实生动地证明，自从人类认识了微生物，并逐渐掌握了它们的活动规律，就有可能使以前无利可图的微生物变得有利可图，小的变得有利可图，有害的变得微小、无害甚至有益，从而极大地推动了人类的进步。
这是我们研究微生物学的根本目的。