与植物生理学有关的诺贝尔奖简介Brief introduction of Nobel prize related to plant physiology 1997年诺贝尔奖颁奖仪式（Stockholm) 植物生理学：研究植物生命活动规律的科 学。研究目的：认识植物的生长发育与形态建 成、 物质与能量转化、 信息传递和信号转导 以及植物体内外环境条件对其生命活动的影响 。诺贝尔奖是当今科学界的最高奖励，是科 学研究中最杰出成就的象征。获得诺贝尔奖的 科学家们都是科学界的精英，他们做出的贡献 在促进科学发展和社会进步中起着非凡的作用 。本文介绍诺贝尔化学奖和生理学或医学奖中 与植物生理学有关的奖项及其获奖者.迄今为 止，与植物生理学有关的诺贝尔奖项有近30 项.一、 与植物水分代谢有关的诺贝尔奖1.范特霍夫(Vant Hoff) 荷兰化学家，1901年因研究化学动力学和 溶液渗透压的有关定律，成为第1 位获得诺 贝尔化学奖的科学家。范特霍夫提出的溶液 渗透压的计算公式ys=yp=-iCRT，一直是植 物生理学中研究、分析和测定植物细胞吸收 和运输水分基础。2. 彼得阿格雷(Peter Agre)和罗德里克麦金 农(Roderick MacKinnon)。 Peter Agre：美国生物化学家，1988 年，他在鉴定人类Rh 血型抗原时，在细胞膜上发现了一种分子量为28 kDa 的蛋白， 称为CHIP28。1991 年，他测定了CHIP28 的cDNA 序列，并将 CHIP28 的mRNA 注入非洲爪蟾的卵母细胞；在低渗溶液中， 这种卵母细胞即迅速膨胀破裂，从而揭示了细胞膜上水通道蛋 白(亦称水孔蛋白)的存在。这一发现掀起了分离和鉴定水通道 蛋白的高潮。此后的短短几年内，人们从植物中也分离出了4 种 类型的水孔蛋白，从而认识到水分进出细胞的主要途径是水通 道蛋白。阿格雷因此获得2003年诺贝尔化学奖。在这一奖项中的另一位美国科学家是Roderick MacKinnon （麦金农）。主要贡献是绘制出世界上第1张离子通道(K+通道蛋 白)的三维结构图，并阐明了离子通道的结构和工作原理。离子 通道是矿质离子快速进出细胞的专一性通道，在调节包括植物 细胞在内的细胞生命活动过程中非常重要。Peter AgreRoderick MacKinnon二、与植物矿质营养有关的诺贝尔奖1.弗里兹-哈伯(Fritz Haber)德国化学家，人工合成氨的发明者，他由于 发明直接用氮气和氢气人工合成氨的化学(工)固 氮法而于1918年获得诺贝尔化学奖，使化学氮肥 和其他含氮化合物得以批量生产，从而使农作物 产量得以大幅度提高。但是哈伯用他的这项发明 帮助德国制造炸药和化学武器，参加了第一次世 界大战，而成为一位最具争议的诺贝尔奖获得者 ，曾受到世界科学家的谴责。2. 埃尔文内尔(Erwin Neher)和伯特-萨 克曼(Bert Sakmann)两人都是德国马克斯普朗克学会生物物 理化学研究所的科学家，他们发现细胞膜上存 在着单一离子通道，并对这些单一离子通道的 功能作了研究；而且据此发明了一种可以直接 测定单个离子通道电流的“膜片钳技术” (patch clamp)。现在，这项技术在植物生理学领域也 广泛使用。由于离子通道在生命活动中有着广 泛而深刻的作用，二人共同获得1991年诺贝尔 生理学或医学奖。Erwin NeherBert Sakmann三、与植物光合作用有关的诺贝尔奖植物光合作用是自然界中最重 要的化学反应过程，也是植物生理 学中最受关注的研究领域之一。与 植物生理学有关的诺贝尔奖中以与 光合作用有直接或间接关系的诺贝 尔奖项为最多，有8个之多。1.威尔斯泰特(Richard M. Willsttter) 德国化学家，叶绿素晶体结构的发现者，他发明 了萃取植物色素的方法，并查明绿色植物细胞中存在着2种类型的叶绿素，即叶绿素a和叶绿素b，二者大约以3:1的比例存在于绿色细胞中， 都是镁的络合物。威尔斯泰特因此获得1915年的诺贝尔化学奖。2.汉斯费歇尔(Hans Fischer)德国化学家，他确定了整个叶绿素的 结构，并且证实叶绿素和血红素在化学结 构上有许多相似之处，叶绿素和血红素的 活性核心部位都是由卟啉构成的，这项工 作为人工合成叶绿素铺平了道路。费歇尔 因此获得1930年诺贝尔化学奖。3.卡尔文(Melvin Calvin)美国生物化学家，在上世纪50年代， 他发现了植物光合作用中后来人们称之 为“卡尔文循环”的二氧化碳同化途径，即 叶绿体如何通过光合作用把二氧化碳转 化为机体内碳水化合物的循环过程。卡 尔文因此获得1961 年诺贝尔化学奖。4.伍德沃德(Robert Burns Woodward)美国化学家，他以极其精巧的技术，合成 了胆固醇、维生素B12和叶绿素等多种有机化 合物。同时，他对有机化学合成和结构分析都 有独到的见解和杰出的贡献。1965年，他提出 了有机反应的基本规律“分子轨道对称守恒原 理”，所以他被誉为“现代有机合成之父”。他因 为在合成甾醇和叶绿素等复杂有机化合物方面 有杰出的贡献而荣获1965年诺贝尔化学奖5.彼得米切尔(Peter Dennis Mitchell)英国生物化学家，他提出了化学渗透学说， 并用以解释光合和氧化磷酸化的作用机制。这 个学说认为，光合作用和呼吸作用过程中跨膜 形成的质子动力(proton motive force, pmf)， 又称质子电化学势差，是促使ATP 合成所需的 能量，并制定了化学渗透理论的公式：DP (pmf)=Dy-2.3RTDpH/F。米切尔因研究生物系 统中的能量转变过程而获得1978年诺贝尔化学 奖。6.戴森霍弗(Johann Deisenhofer)休伯尔(Robert Huber)米歇尔(Hartmut Michel)三人都是德国马普学会生物物理所的科学家， 他们因阐明紫色光合细菌反应中心的空间结构而共 同获得1988的诺贝尔化学奖。通过这项工作，人们 对光合作用过程中光能的吸收、传递和转化机制有 了更为直观的认识。Johann DeisenhoferRobert HuberHartmut Michel7.马库斯(Rudolph Arthur Marcus)美国化学家，加州理工大学教授。他因阐明包括 光合作用和呼吸作用在内的化学系统的电子传递机制 ，获得了1992年的诺贝尔化学奖。他提出的电子转移模型认为：电子转移反应速度 取决于电子供体与受体之间的距离、反应中自由能变 化以及反应物与周围溶剂重组能的大小。电子转移过 程可发生在很多体系中，其中包括生命体系。这一理 论模型促进了人们研究和认识包括光合和呼吸作用在 内的很多生物化学过程。8.博耶(Paul Delos Boyer)沃克(John Ernest Walker)斯科(Jens Christian Skou)博耶：美国生物化学家， 他根据彼得米切尔提出的化学渗 透学说，提出了ATP 合成酶合成ATP 的“结合转变机制”，这一 机制解释了 ATP 合成酶催化特点。沃克：英国生物化学家，确定了构成ATP合酶的蛋白质亚基 的氨基酸序列，澄清了ATP 合成酶的三维结构，他的工作支持 了博耶的“结合转变机制”。斯科：丹麦科学家，发现了离子泵(如Na +、K+-ATPase)利 用ATP 逆浓度梯度转运离子的机制。三人都是因研究ATP酶而共同获得1997年诺贝尔化学奖。他 们的研究成果使人们认识了生物产生能量的方法以及能量在离 子跨膜转运中的作用机制。Paul Delos BoyerJohn Ernest WalkerJens Christian Skou四、与呼吸作用有关的诺贝尔奖1.毕希纳(Eduard Buchner)德国生物化学家，他于1897 年发表的非细 胞的发酵一文，证明离体酵母提取物可像活体 酵母细胞一样将葡萄糖转变为酒精和二氧化碳。 这一转变并不依赖于酵母细胞，而是依赖于无生 命的酶。这一成果结束了长达半个世纪之久的有 关发酵本质的生命力论和机械论的争论，从而推 动了微生物学、生物化学、发酵生物学和酶化学 的研究。因此，他被授予1907年度诺贝尔化学 奖。Eduard Buchner2.哈登(Arthur Harden)奥伊勒-凯尔平(Hansvon Euler-Chelpin)人们研究新陈代谢是从查明酵母细胞是怎样把糖变成乙醇开始的。毕 希纳曾指出：发酵可在含有酶(酒化酶)的酵母无细胞提取物中发生。英国生物化学家哈登进一步证明酒化酶是酶的复杂混合物，其中每一组 分都催化蔗糖转化为乙醇的分阶段降解；并指出磷在新陈代谢中起重要作 用，蔗糖转化的第一阶段实际上是糖的磷酸化，磷酸醣是反应的关键性中 间体。他分离出糖发酵过程中的代谢中间产物二磷酸果糖，是人们确认的 第1 种代谢中间物。瑞典生物化学家奥伊勒-凯尔平第1个揭示出酶和底物可通过羧基和氨基 连接；他在研究辅酶结构和性质中指出酶分子中除蛋白质外，还有非蛋白 质即辅酶，并提纯出酒化酶的辅酶，证明此辅酶是糖与磷酸生成的特殊脂 。 哈登和奥伊勒- 凯尔平因阐明糖发酵的过程和辅酶的作用而共同获得 1929年诺贝尔化学奖。Arthur HardenHansvon Euler-Chelpin3.克雷布斯(Hans Adolf Krebs)李普曼(Fritz Albert Lipmann)Krebs：是英国生物化学家，他发现了生物体内 营养物质糖类、脂肪、蛋白质等分解代谢的最终途径 三羧酸循环以及排尿素动物合成尿素的鸟氨酸循 环。Lipmann：是美籍德国人，生物化学家，他证明 泛酸是一种新的辅酶，命名为辅酶A，并发现辅酶A 在调节新陈代谢中，可以打通糖酵解和脂肪酸氧化的 最终产物，进入三羧酸循环的通道。他与克雷布斯共 获1953年诺贝尔生理学或医学奖。Hans Adolf KrebsFritz Albert Lipmann4.瓦尔堡(Otto Heinrich Warburg)德国生物化学家，他设计了可以精确测 定组织耗氧速度的检压计，认为在细胞中 存在激活氧的酶(末端氧化酶)，揭示正铁 血红素在生物氧化呼吸链中起呼吸酶的作 用。这些工作都是研究生物氧化的基础。为此，他获得1931 年诺贝尔生理学或 医学奖。五、与植物有机物代谢有关的诺贝尔奖1.埃米尔费歇尔(Hermann Emil Fischer)德国化学家，在糖类化学和含氮有机化合物 嘌呤的研究中有突出的成就。他阐明了糖的结构 ，从而解决了长期以来有机化学领域中糖结构的问 题；发明了用苯肼鉴定糖类的方法，并合成了近30 种葡萄糖及其他糖类化合物。他认为生物学领域中 糖类分子的形状比他们结构的作用更重要。他还合成了150多种嘌呤化合物，并首次合成 了18个氨基酸的多肽。他因成功地解决了糖的结构 以及在嘌呤衍生物和肽合成等方面的成果，荣获 1902 年诺贝尔化学奖。埃米尔费歇尔(Hermann Emil Fischer) 2.瓦拉赫(Otto Wallach)德国化学家，他最早制备纯化了萜烯类化合物 并对萜烯加以命名。他测定出萜烯类化合物的结构 都是由含5个碳原子的异戊二烯单位构成的聚合物 ，并指出在强酸和高温作用下，萜烯能从一种类型 转变成另一种类型，这是尔后人工合成萜烯的基础 。他还最早人工合成了香料，在脂环族化合物的研 究中做出了贡献。他是脂环族和萜烯化学研究以及 人造香精和合成树脂工业的奠基人。因此，他获得 1910年诺贝尔化学奖。3.卡雷(Paul Karrer)哈沃斯(Norman Haworth)卡雷：瑞士化学家，1926年开始研究植物色素，尤其是 黄色的类胡萝卜素，并阐明了其化学结构，证明其中数种在动 物体内可以转变为维生素A，并确定了维生素A 的分子结构。 他还研究了维生素B，证明了核黄素是维生素B 的一部分。哈沃斯：英国化学家，他发现糖的碳原子不是排列成直 线而是环状，此结构称为“哈沃斯结构式”。此后，他转而研究 维生素 C ，并