C’est lui qui créa la notion de « symbiose ». Plus tard il découvrira qu’une même espèce mycélienne peut parasiter plusieurs végétaux et que la morphologie et physiologie du parasite change avec l’hôte qu’il infeste : il appela cette propriété » l’Hétérécie ». On doit à Anton de Bary la découverte, la description et le baptême de l’espèce Bacillus megatherium, bactérie normale des sols.

Tel était le prestige intellectuel de l’Institut dirigé par Anton de Bary au moment où Serge Winogradsky y entrait. Le thème principal des recherches était alors la question de la stabilité de la morphologie des micro-organismes sous l’influence du milieu.
Anton de Bary avec Robert Koch, van Tieghem, le vénérable Ferdinand Cohn, penchaient pour le monomorphisme (invariabilité), le camp opposé avec Naegeli militait en faveur du pléomorphisme (variabilité des espèces).

Leptothrix Crenothrix et Beggiatoa, trois organismes filamenteux relativement faciles à observer in vivo au microscope entre lame et lamelle sont l’objet des études de Serge Winogradsky.

Les deux premières espèces très souvent hôtes habituels des fontaines et sources jaillissantes, aux eaux jaunies par les ions ferriques. Beggiatoa pousse dans les boues des stations thermales à eaux sulfurées, où elle donne lieu à des proliférations exubérantes, d’où le nom de « conferve », qui leur est donné (du latin : confervus = foisonnement). Ces boues, appelées indifféremment « Glairine », « Barégine » ou « Péloïde » sont onctueuses au toucher, de couleur crème à blanc ; elles sont en fait un mélange d’eau, d’argile et de « conferves », depuis toujours reconnues dotées de propriétés cicatrisantes. On appelait, pour cette raison les sources qui possédaient de telles boues, les eaux d’arquebuse car on y venait soigner les blessures de guerre mortelles du fait de l’infection surajoutée. En France par exemple Saint Amand des Eaux, qui possède de telles boues, abrita un des premiers hôpitaux militaires fondé par Louis XIV.

Ces bactéries filamenteuses ont la propriété remarquable de vivre sur l’argile en présence de H2S d’eau et d’air. Elles ne se développent qu’en présence d’air, donc à l’émergence des eaux. Ces organismes ont des formes variées plus ou moins longues, plus ou moins mobiles. Elles contiennent toutes des granules de soufre, visibles au microscope, granules qui leur confèrent leur couleur crème à blanchâtre et leur onctuosité si caractéristique.
La méthode d’étude que Winogradsky adopta pour Beggiatoa fut la culture entre lame et lamelle baignant dans une solution minérale à composition contrôlée, le tout directement observable sous microscope.