探究青霉素的发现和生产的历程

探究青霉素的发现和生产的历程

一、课题分析

1．教学目标

（１）通过探究青霉素的发现历程，体验科学探究的方法和科学家科学探索的精神。（２）举例说明生物工程技术药物和疫苗的生产原理。

2．背景描述

青霉素是抗菌素的一种，是从青霉菌培养液中提制的药物，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。青霉素是在1928年由英国细菌学家弗莱明发现的。但在当时未引起人们的重视，1935年，英国牛津大学生物化学家钱恩和物理学家弗罗里重新发现了它，经过努力，终于使其抗菌力提高了几千倍，并证明了其功效。1942年，通过发酵工程等生物工程技术手段，青霉素被大规模生产并应用于临床，许多曾经严重危害人类的疾病，例如曾是不治之症的猩红热、化脓性咽喉炎、白喉、梅毒、淋病、以及各种结核病、败血病、肺炎、伤寒等，都受到了有效的抑制。可以毫不夸张地说，青霉素的发现开辟了全世界现代医疗革命的新阶段。青霉素的偶然发现是人类取得的一个了不起的成就。为表彰弗莱明等人对人类作出的杰出贡献，1945年的诺贝尔医学奖授予了弗莱明、弗洛里和钱恩三人。

生物工程主要包括基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程。随着生物学的快速发展，生物工程技术在医药卫生领域的应用非常广泛。例如：利用基因工程方法制造胰岛素、干扰素、白细胞介素等等；抗生素、维生素、动物激素等可以利用发酵工程大量生产；许多有重要价值的蛋白质生物制品，如病毒疫苗、单克隆抗体等，都可以借助动物细胞的大规模培养来生产；一些酶制剂如溶菌酶，尿激酶等可以用做药品，治疗多种疾病。

二、教学建议

在科学过程中，科学家所做的第一步通常是对现象的观察。在观察的基础上建立假说或有意义的猜测，用以解释观察到的现象。通过演绎推理形成预见，用以检验假说，设计实验检验预见。最后，将实验的结果与假说相比较，看二者是否一致；如果一致，假说就变成一个工作模型，接受进一步的检验。在本课题中，通过对青霉素的发现历程的探究，引导学生沿着科学的逻辑思维路线，从提供的设问和实验中去假设、分析和得出结论，从而体验科学探究的方法和科学家科学探索的精神，这是本课题的教学重点。在活动实施过程中，教师应鼓励学生，注意保护学生勇于探究的精神和自信心，给每个学生以尽可能多的机会来提出自己的想法、见解、问题。当然也要注意维持良好的课堂秩序。

本课题通过青霉素的生产使用来说明生物工程技术药物的生产原理，是建立在学生对生物工程技术已有了全面了解的基础上。对此，教师只需展示资料，进行引导，可以让学生自

己归纳总结。

三、探究活动

第一步骤弗莱明发现青霉素的探索过程

1928年的一天，英国细菌学家弗莱明在他的一间简陋的实验室里研究导致人体发热的葡萄球菌。由于盖子没有盖好，他发觉培养细菌用的琼脂上附了一层青霉菌。这是从楼上的一位研究青霉菌的学者的窗口飘落进来的。使弗莱明感到惊讶的是，在青霉菌周围出现了一个透明圈，圈内没有细菌。这个偶然的发现深深吸引了他。

（1）为什么出现这种现象？

学生分析讨论，提出假设。

弗莱明立即决定，把青霉菌放进培养基中培养。几天后，青霉菌明显繁殖起来。于是，他进行了试验：用一根线蘸上溶了水的葡萄球菌，放到青霉菌的培养器中，几小时后，葡萄状球菌全部死亡。

由此，你推测弗莱明的结论是。

接着，他分别把带有白喉菌、肺炎菌、链状球菌、炭疽菌的线放进去，这些细菌也很快死亡。但是放入带有伤寒菌和大肠杆菌等的线，这几种细菌照样繁殖。

根据以上实验，推测弗莱明得出的结论。

（2）为什么青霉菌能杀灭很多细菌？

学生分析讨论，提出假设。

弗莱明把青霉菌放在培养液中培养后，把滤去青霉菌后的培养液加入培养细菌的培养皿中，观察这些培养液对细菌生长的影响。

结果：这种培养液阻止了细菌的生长和繁殖。

由此，你推测弗莱明得出的结论是。

（3）那时流行着许多传染病，如猩红热、白喉、脑膜炎、淋病、梅毒等，这些疾病严重地威胁着人们的生命。这种物质能否用于人体？

小资料：早在1911年，里查特·威斯特林在斯德哥尔摩大学答辩的博士论文中记载过特异青霉，经鉴定证明那就是弗莱明发现的青霉产生菌。遗憾的是，威斯特林并没有进行更深入的研究，从而没有发现它的抗菌作用。

请学生想一想：为什么威斯特林和弗莱明经历相同的偶然发现，却产生了不同的结果

让学生分析，弗莱明的假设是什么，实验的结果与假设是否一致？

想一想：这个实验还有什么缺陷？，该如何改进？

让学生分析，弗莱明的假设是什么，实验的结果与假设是否一致？

学生分析讨论，提出设想。

弗莱明把青霉菌培养液注射进了兔子的血管，然后观察它们的反应，结果发现兔子安然无恙，没有任何异常反应。

实验说明了什么。

与此同时，弗莱明还做了一个实验，把青霉菌培养液加

水稀释，先是一倍、两倍……最后以八百倍水稀释，结果它对葡萄状球菌和肺炎菌的杀灭能力仍然存在。

实验能说明什么。

（4）这种物质是什么？

佛莱明在后来的实验中终于分离出了这种物质，并命名为青霉素，即盘尼西林。

1929年，弗莱明发表了学术论文，报告了他的发现，但当时未引起重视。而且青霉素的提纯问题也还没有解决，因此，弗莱明只好暂时停止了对青霉素的培养和研究工作。

资料：1935年，英国牛津大学生物化学家钱恩和物理学家弗罗里对弗莱明的发现很感兴趣。钱恩负责青霉菌的培养和青霉素的分离、提纯和强化，使其抗菌力提高了几千倍，弗莱明里负责对动物观察试验。至此，青霉素的功效得到了证明。

第二步骤请你阅读

资料１：经过在人体上进行的多次实验，钱恩等人对青霉素的特性、用法和提取都积累了宝贵的经验。问题是青霉素的供应量太少了，单靠实验室提取，只能满足少数病人的需要，还常常要从患者的尿液中回收再用。这种情况怎能满足所有病人的需要呢？为了把人类从各种疾病和传染病的威胁中彻底解救出来，必须在工业上大规模生产青霉素。

直到1942年，青霉素的大规模生产才有可能。因为：第一，人们发现了一种来源广泛又非常便宜的营养液。第二，人们在皮奥里亚的一家杂货店里腐烂的罗马甜瓜中，找到了一种叫做金菌青霉素的霉菌。这种霉菌生产速度很快。

让学生分析，弗莱明做这两项试验有什么意义？

小资料：为了表彰这一造福人类的贡献，弗莱明、钱恩、弗罗里于1945年共同获得诺贝尔医学和生理学奖。