眾所周知，人類正面臨著多種危機，如糧食危機、能源短缺、資源短缺、生態惡化和人口爆炸。進入21世紀後，人類將會遇到從利用有限的礦產資源時代向利用無限的生物資源時代過渡所產生的壹系列新問題。微生物細胞不僅是壹個比表面積大、生化轉化能力強、自我復制迅速的生命系統，而且具有物種、遺傳、代謝和生態類型的多樣性，使其在解決人類面臨的各種危機中發揮著不可替代的獨特作用。現描述如下。
微生物和食物
糧食生產是全人類生存的大事。微生物在提高土壤肥力、改善作物性狀(如構建固氮植物)、促進糧食增產、防治糧食作物病蟲害、防止糧食黴變變質、將余糧轉化為糖、單細胞蛋白、各種飲料和調味品等方面可以發揮重要作用。
微生物和能源
目前，化石能源枯竭問題嚴重困擾著世界各國。微生物在能源生產方面有其獨特的優勢:①將自然界中極其豐富的纖維素轉化為乙醇。據估計，我國植物稭稈年產量高達5-6億噸。如果將其10%水解發酵，可生產燃料酒精700-800萬噸，剩余的藥渣仍可作為飼料和肥料，保證土壤中鉀、磷的正常供應。已經發現嗜熱厭氧菌如Closiridiumthermocellum可以直接分解纖維素產生乙醇。(2)利用產甲烷菌將自然界中最豐富的可再生資源生物質轉化為甲烷。這是壹項利國利民、造福生態、造福子孫後代的重大戰略舉措。③利用光合細菌、藍藻或厭氧梭桿菌等微生物生產“清潔能源”——氫氣。④產氣或其代謝產物經微生物發酵提高采收率。⑤研究微生物電池並使其實用化。
(3)微生物和資源
微生物可以將地球上永不枯竭的纖維素等可再生資源轉化為化工、輕工、制藥等各種工業原料。這些產品除了傳統的乙醇、丙酮、丁醇、乙酸、甘油、異丙醇、甲乙酮、檸檬酸、乳酸、蘋果酸、富馬酸和亞甲基丁二酸外，還可以生產水楊酸、烏頭酸、丙烯酸、己二酸、丙烯酰胺、癸二酸、長鏈脂肪酸、長鏈二元醇、2，3-丁二醇、γ-亞麻酸油和聚羥基丁酸酯。由於發酵工程具有代謝產物種類多、原料來源廣、能耗低、經濟效益高、環境汙染少等優點，將逐步取代需要高溫、高壓、高能耗和“三廢”嚴重的化工行業。
微生物在金屬礦產資源的開發利用中也發揮著獨特的作用。第九章提到的細菌浸出技術，可以將長期廢棄的低品位礦石、尾礦、礦渣中所含的銅、鎳、鈾等十余種金屬連續溶解提取出來，成為新的重要資源。
(D)微生物和環境保護
微生物在環境保護中可以利用的地方有很多:①利用微生物肥料、微生物農藥或農用抗生素來替代各種會造成環境惡化的化肥或化學農藥；(2)利用微生物產生的PHB生產可降解醫用塑料制品，減少環境汙染；③利用微生物凈化生活汙水和有毒工業汙水；④利用微生物技術監測環境的汙染程度，如用Ames法檢測環境中的“三致”物質，用EMB培養基檢查飲用水中的腸道致病菌。
(5)微生物與人類健康
微生物與人類健康密切相關。首先，各種傳染病構成了人類的主要疾病，預防和治療這類疾病的主要手段是各種微生物產生的藥物，尤其是抗生素。基因工程創建以來，微生物代謝產物的範圍和品種進壹步擴大，以前只能由動物生產的胰島素、幹擾素、白細胞介素等高效藥物轉向“工程菌”進行生產。與人類生殖和避孕密切相關的甾體激素類藥物，早已從化學生產轉變為微生物轉化。此外，大量與人類健康長壽相關的生物制品，如疫苗、菌苗、類毒素等，都是微生物的產物。難怪有人估計，自疫苗發明以來，人類的平均壽命增加了10歲，自抗生素發現以來，平均壽命增加了10多歲。當然，阻止人口的過度增長不僅僅是微生物學的範疇。
二、現代微生物學的特點和發展趨勢
目前，由於分子生物學研究的逐步深入，各種新方法和新技術在微生物學研究中的廣泛應用，學科之間的積極滲透和交叉，以及生產實踐中大量相關問題的提出，為微生物學的發展提供了巨大的推動力。總的來說，現代微生物學的特點和發展趨勢有以下六個方面。
(A)研究工作正在向分子水平深入發展。
由於分子生物學的快速發展，整個生命科學已經提升到分子水平。微生物學也不例外。目前，微生物學領域的幾乎所有問題都在分子水平上進行了深入研究，如細胞結構與功能、微生物對營養物質的吸收機制、生長、繁殖與分化、代謝類型、途徑與調控、遺傳、變異與進化、感染與免疫、分類與鑒定等等。
(二)在基礎理論深入研究的基礎上，壹批新學科(或潛在學科)正在形成。
比如真菌毒素(科學)、細菌質粒(科學)、微生物分子育種(科學)、重組微生物生理學、原生質體融合遺傳學、極端環境微生物學、菌種保藏(科學)、雜菌發酵生理學、產甲烷菌生物學、厭氧菌生物學、古細菌(科學)、病毒(科學)、微生物酶學、固氮生物化學、固氮遺傳學、微生物。
(三)微生物學與其他學科的滲透、交叉和融合，形成了壹門新的邊緣學科。
在學科發展中，學科之間的相互滲透、交叉和融合往往發揮生長點和帶頭作用，不僅產生壹系列新概念、新理論和新技術，而且產生壹系列具有強大生命力的新的前沿學科。這可能是學科間“互補性”、“雜種優勢”效應的體現。這樣的例子有很多，如分析微生物學、化學分類學、微生物數值分類學和微生物地球化學等等。
(D)新技術和方法在微生物學中的廣泛應用。
在現代數學、物理、化學和許多工程技術學科的帶動下，為微生物學的發展創造了前所未有的優勢，主要體現在提供新方法、新技術、新儀器、新設備和新試劑。例如同位素標記技術、電子顯微鏡技術、X射線衍射技術、計算機技術、超速離心技術、電泳技術、色譜技術、離子交換技術、質譜技術、分光光度計技術、細胞破碎技術、免疫學技術、氨基酸自動分析技術、核酸自動合成技術、蛋白質或核酸順序測定技術、低溫技術、新型微生物培養技術、微生物計數技術、微生物快速鑒定技術、固定化生物催化劑技術等。這些技術的廣泛應用極大地促進了對微生物細胞結構和功能的研究，使原來的靜態、描述性和定性研究逐步上升到動態、定量、測序和定位的新水平。
(E)向復雜生態系統和宏觀範圍擴展。
在生物圈中，微生物的生活範圍是最廣的，也是最立體的。當人們對身邊常見的微生物做了壹些研究後，他們的興趣逐漸轉向更廣闊、更難以接近的空間和各種復雜的生態系統，隨之而來的是壹批新學科的誕生和發展。如極端環境微生物學、資源微生物學、熱帶真菌學、地下生態學、土壤微生物生態學、陸地微生物生態學、海洋微生物生態學、大氣微生物生態學和航天微生物生態學等等。
(6)壹大批應用高科技微生物學分支正在孕育和形成。
微生物學是壹門深深植根於生產實踐的學科。當代應用微生物學包括越來越多的分支學科，具有交叉性強、自覺性高、覆蓋面廣的特點:①交叉性強。比如發酵工程、細菌冶金、水處理微生物學、真菌基因工程、微生物生態工程、農業微生物學、生物工業等。②自我意識高。目前，在分子生物學理論和實踐的推動下，許多應用生物學學科正朝著目的性強、自覺性高、可控性強、效率高的方向發展。壹批貼著“工程”標簽的學科就在其中，比如基因工程、細胞工程、生化工程、酶工程、蛋白質工程以及最新的通路工程。③覆蓋面廣。從廣義上看，微生物的應用範圍主要涉及工業、農業、醫藥、環保和國防。從細分的角度看，每個大領域又可以細分為若幹個子領域，如細菌冶金(理科)、汙水處理微生物學、沼氣發酵微生物學、應用土壤微生物學、微生物生物防治(理科)、農用抗生素、食用菌、藥用真菌、藥用微生物學、人畜疾病微生物學等等。
第三，微生物在“生物世紀”中的作用
目前，許多有遠見的科學家壹致認為“21世紀將是生物學的世紀”，主要理由如下:①由物質運動發展規律決定。壹般物質的運動都是向機械運動→物理運動→化學運動→生命運動的方向發展，復雜的運動規律必須建立在簡單的運動規律基礎上。人類對機械運動、物理運動、化學運動的客觀規律有了深刻的認識，這為人類進壹步認識生命運動規律提供了良好的基礎，提出了迫切的任務。②是由生物界的多樣性和對生物界的長期認識決定的。生物界的多樣性是它區別於非生物界的主要特征之壹。人類對生物界多樣性的認識還處於較低階段，而生物界的多樣性恰恰是人類賴以生存的主要物質基礎。(3)是由當代人類面臨的五大危機及其解決的緊迫性決定的。④是由其他學科對生命科學的推動和生命科學的“反饋”或“回報”規律決定的。
微生物學將在“生物世紀”中發揮特別重要的作用。在自然科學中，如果說生命科學還是壹門“朝陽科學”，微生物學只能算是壹門“曙光科學”；如果說微生物學是壹座“富礦”，那麽它仍然是壹座“只是剝去了壹層表土的富礦”。這是因為微生物的物種、遺傳、代謝和生態類型具有高度多樣性。微生物的多樣性構成了微生物資源的豐富性，而微生物資源的豐富性決定了對其的長期研究、開發和利用。
人類對豐富微生物資源的開發，只能說剛剛起步。無論怎麽估計，微生物群落(包括病毒)的物種總數應該大大超過動植物群落的物種總數之和(已知約1.5萬種)，但前者最多只是後者的1/10。根據科學估計，自然界中真正存在的動物和植物物種的數量至少比今天已知的數量多幾倍。
以下事實可以充分證明微生物資源將是多麽豐富:①微生物新物種的數量每年都在迅速增加，僅較大的真菌每年就有1500個新物種被記錄；②土壤中約90%的微生物是實驗室培養不出來的，其中很多被稱為“活菌能菌”。(3)由於幾乎所有的動物、植物和微生物都發現了相應的病毒，可想而知，在微生物中，僅病毒的數量就可能接近甚至超過其他動物、植物和微生物數量的總和，更不要說有些宿主可以同時擁有多種病毒(例如僅在人類中就發現了300多種病毒！);④人類真正研究微生物的歷史只有130年左右。可想而知未來有多少微生物資源可以被發現和利用！
在已經描述過的微生物中，人類使用的物種數沒有超過1%。例如，在大約654.38+10萬種的大蘑菇中，大約有2000種是可食用的，但迄今為止實驗室培育的只有80種，商業培育的大約有20種，而市場上常見的只有5、6種。
至於微生物的特殊代謝類型，比如微生物在極端環境下的發育，還停留在起跑線上！
第四，大力開展中國微生物學研究
由於歷史原因，我國微生物學與國際先進水平仍有較大差距。作為中華民族的子孫，我們有義務讓我們國家的科技水平趕上國際水平，微生物工作者自然責無旁貸。
發展我國的微生物學，必須從我國的具體國情出發，在有限的條件下集中主要人力物力，攻取少數有中國特色、有壹定基礎、學術、經濟和社會效益明顯的項目作為突破口。取得突破，推廣壹個，再逐步擴大成果。因此，現階段的研究重點應放在應用理論的研究上。
(壹)資源調查和分類鑒定
我國幅員遼闊，地形復雜，寒溫熱三帶，生態環境多樣，是少有的擁有大量微生物資源的國家。但資源調查分類隊伍薄弱，技術落後，發表成果少。據統計，我國研究的細菌和真菌數量僅占世界已知數量的5 ~ 10%。在這壹領域，應努力調查具有中國特色和應用前景的菌株資源，以促進形態學、分類和鑒定(特別是新的鑒定方法)的發展。
例如，固氮微生物資源的調查、根瘤菌的分類和鑒定；新拮抗放線菌的篩選及化學分類:菌根資源調查:食藥用菌資源調查及真菌分類系統研究:蟲生微生物和昆蟲桿狀病毒資源調查:主要農作物病毒病原的分離、檢測和病害防治；單細胞蛋白資源的開發；極端微生物(特別是嗜鹽、嗜堿和嗜熱細菌)資源調查及菌種分類鑒定研究；等壹下。
(2)生理代謝和發酵工程
生理代謝研究的成果可以促進發酵工程、農業和醫學微生物學等許多應用領域的發展。該領域要開展的研究項目很多，如重組微生物生理學、固定化微生物生理學、混合培養微生物生理學、極端微生物生理學、光合細菌生理學、厭氧菌生理學等；固氮的生物化學、次生代謝物(如抗生素)的合成途徑和代謝調控；多階段連續培養動力學；胞外酶、酶抑制劑和激活劑的分泌機制；高密度細菌的生長規律；非糧發酵原料的研究；發酵生產中提高產品濃度、轉化率和生產率(g/l·h)的研究:液體發酵中氧載體的研究:纖維素、木質素和半纖維素的微生物分解機理，微生物產氫機理；生物傳感器的研究，計算機在線控制發酵的研究；中草藥有效成分對病毒的抑制作用:工業產品的黴變機理；厭氧菌代謝產物的研究與利用:等壹下。
(3)遺傳變異和品系選擇
微生物種質資源的研究和改良是微生物學中長期不可缺少的工作。自從基因工程的出現，微生物遺傳育種工作達到了壹個新的水平。在遺傳變異和品系選育領域，值得進壹步研究的問題有:
微生物分子育種原理與技術，原生質體運動物種原理與技術；重組細菌的遺傳穩定性；放線菌遺傳學；建立與發酵工程相關的各種新型受體-載體系統(如芽孢桿菌、棒狀桿菌、酵母、放線菌、絲狀真菌和壹些極端微生物)；根瘤菌的遺傳學，將固氮基因引入非豆科植物；纖維素、木質素和半纖維素分解工程菌的構建:病原菌耐藥性的遺傳原理；以及傳統菌株篩選技術的突破等等。
(四)生態理論與環境保護實踐
在微生物生態學的研究領域，深入的工作還不多見，有大量的工作等待人們去研究。比如土壤中新的微生物類群的調查，土壤微生物的種群結構和功能；* * *生物和病原微生物與其宿主相互識別的分子基礎；利用微生物防治病蟲害的理論基礎；中國傳統釀酒中的微生物生態問題:微生態學研究；黴腐微生物的種類、黴變機理及控制方法；自然界中重要病原菌的生存狀態；瘤胃、盲腸(馬等)中的微生物菌群。)和蟑螂腸及其纖維素分解機制；厭氧降解生態學、難降解有機降解菌、“三廢”綜合利用；海洋微生物生態學；以及有毒真菌和真菌毒素；等壹下。
(5)感染與免疫的機制與實踐。
這方面的研究內容主要包括:病原菌的分子機制；致病性厭氧菌的分離、鑒定及其致病性；反生物戰；新病原菌的分離和鑒定；新疫苗、新生物制品、基因工程和疫苗生產、多價基因工程疫苗；單克隆抗體的研究:等壹下。
(6)其他
微生物學方法的研究；現代菌種保藏技術；建立微生物數據庫；實驗室試劑的標準化；商用簡易快速菌種鑒定盒；等壹下。
* * *
綜上所述，我們可以知道，微生物是生物界的壹支龐大的隊伍。它們作用的大小，對人有益還是有害，主要取決於人對其活動的認識和掌握。無數事實生動地證明，自從人類認識了微生物，並逐漸掌握了它們的活動規律，就有可能使以前無利可圖的微生物變得有利可圖，小的變得有利可圖，有害的變得微小、無害甚至有益，從而極大地推動了人類的進步。這是我們研究微生物學的根本目的。