科学研究与创新

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1、科学研究与科学创新一、几个创新案例1、一个曾被遗忘的创新案例汤佩松和王竹溪对植物细胞水分关系研究的创新贡献1940年8月9日，美国《物理化学杂志》（JournalofPhysicalChemistry）编辑部收到寄自中国的一篇来稿，地址是中国昆明国立清华大学生理学实验室和物理系，作者为汤佩松和王竹溪。他们所寄论文的标题是：《离体活细胞水分关系的热力学论述》（Thermodynamicformulationofwaterrelationinanisolatedlivingcell）。这篇论文未经修改被发表在1

2、941年出版的《物理化学杂志》第45卷第2期上。次年，论文的摘要被收入美国《生物学文摘》杂志（BiologicalAbstracts，1942，16：2758）论文发表后没有什么反响。据说是生理学家看不大懂，而能看懂的物理化学家却认为该理论与他们的专业没有什么关系。于是，这篇文章就有意无意地被遗忘了。其实这篇文章解决了当时描述植物细胞中水分运动的一个极为关键的问题。从热力学理论来说，水是向低处流的，但水在植物体中却是向高处流的。为解释这一反常现象，20世纪70年代以来，植物细胞中水分运动的问题成为探讨的重要

3、课题。植物细胞如何与外界交换水分，先后出现过三种描述植物细胞吸水、排水规律的理论解释。第一种是“渗透压”解释。第二种是“吸水力”解释。第三种是“水势”解释。1966年后，确立了建立在热力学基础上的关于植物细胞吸水、排水的水势概念体系。这一概念体系的基本要点是：⑴采用水的化学势来描述植物细胞与周围环境中的含水状态，称之为水势；⑵水的化学势通过与溶液处于平衡的蒸汽中的水汽分压测量；⑶据热力学化学平衡原理，水势梯度就自然地确定了植物细胞—环境水分流动方向与限度。从以上概念体系出发，A，B两种溶液水分运动的方向由它

4、们的水势之差决定，称为水势判据。按照这一解释：>0，水分由A溶液流向B溶液；<0，水分由B溶液流向A溶液；=0，A，B溶液水分平衡。这种解释具有明显的优越性：1、将植物细胞吸水、排水现象的解释建立在普遍适用的热力学基础上，概念清晰，免除了混乱；2、适用范围扩展了，可以统一描述和分析土壤-植物-大气系统各部分的水分状态和流动规律。斯拉特尔（R.O.Slatyer）、泰勒（S.A.Taylor）在1960年首先提出用水的化学势描写植物含水状态，用水势梯度描写植物细胞水分运动的趋向和限度，和克拉麦（P.J.Kra

5、mer），则是水势描述体系的最后完善者和确定者（1966）。1984年和1985年，Kramer相继在美国植物学会的新闻通讯和专业杂志上写文章介绍汤佩松和王竹溪1941年的论文，并表示“但愿这篇短文可以在某些程度上，弥补我们长期忽略汤、王关于细胞水分关系热力学先驱性论文的遗憾”汤佩松和王竹溪1941年论文确实已经包含了1966年完成的植物-环境体系水分运动关系水势概念描述体系的几乎全部内容。这个创新案例有两点值得注意：1、汤佩松是生物学家；王竹溪是物理学家。学科交叉是这一创新的特点。2、西南联大的学术氛围西

6、南联大的生活艰苦学术创造性的高涨2、体液调节的发现人们发现了一些用神经调节所不能解释的生命现象。1849年德国哥丁根的伯索德，把公鸡的睾丸摘掉，过一段时间，见其雄性性征明显消失：鸡冠变小，不能啼呜。把这只公鸡自身的睾丸重新植回其腹腔，就可使雄性性征免于消退。这一实验是很有意义的，因为重新植入的睾丸与神经系统没有联系。用反射学说是说不通的。但不知为什么，这件有意义的工作他没有进一步做下去。1894年，俄国科学家道林斯基（Dolinski）发现：用相当于胃酸酸度（pH值0.9-1.5）的盐酸注入狗的上段小肠时，

7、会引起胰液的分泌。上述现象解释：盐酸刺激了小肠的感受器，通过传入神经作用神经中枢，再通过传出神经去作用胰腺这个效应器，从而引起了胰液的分泌。问题是按照这种说法，下列的现象就不好解释了：这个反应用阿托品（副交感神经的阻断剂）作用后仍会出现。一位法国人的实验：干脆把实验动物一段小肠游离出来，把肠袢的神经全部切断，这段小肠只通过动脉和静脉与身体联系。可当把盐酸再注入这样处理的小肠后，仍能引起胰液的分泌。在这些事实面前，实验者们仍坚持用神经调节的理论去解释；认为是一种“局部分泌反射”，一定有某种神经在起作用，小肠上

8、的神经是难以切干净的。1902年，英国的生理学家贝利斯（WilliammBayliss）和斯塔林（EmestH．Starling）大胆地跳出了这个调节观念的圈子。新的假设：在盐酸的作用下。小肠组织本身产生了一种物质，这种物质随着血液循环运送到胰腺，引起胰腺的分泌。他们把—条狗的一段小肠剪下来，将其可能分泌物质的粘膜层刮下来，加上盐酸再磨碎，进行过滤后做成了含有这种分泌物质的提取液，注射到同—条狗的血管中。结果，这