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沈允钢
发布日期:2015-12-15 来源:九三学社中央宣传部
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沈允钢(1927年12月2日—),出生于浙江杭州。植物生理学家。1980年当选为中国科学院学部委员(院士)。1953年加入九三学社。

沈允钢出生于浙江省杭州市一个商人家庭。父亲朱金荪入赘沈家,从事商业活动,母亲沈雪吟,操持家务,生有二子,沈允钢是长子。

沈允钢幼年在杭州长大,7岁时进湖墅德胜桥私塾读书,一年半后转入德胜桥小学。日寇侵华,杭州形势紧张,他随家人去杭州乡村和临安避难。之后在上海私立文化小学、肇光中学、工部局立华童公学继续求学。1942年9月至1947年7月,在省立杭州中学、私立安定中学和省立杭州高级中学读完初中、高中。1947年9月考入浙江大学农业化学系,1951年毕业。

1951年8月,沈允钢被分配到中国科学院上海实验生物研究所植物生理研究室工作,任研究实习员。进所后的第一项工作是参加著名植物生理学家罗宗洛带领的防风林调查,赴苏北开展调研活动,学习室外工作经验。随后在著名植物生理学家殷宏章和汤佩松的主持下开展小麦、大豆品质的调研工作;在这之后,一直跟随殷宏章进行植物生化和光合作用的研究工作。可以说沈允钢非常幸运,一直在高师指导下成长起来。他在他的自述中写道:“1955年,殷先生要我测定水稻开花后籽粒中的物质来源。通过测定我认识到,原来籽粒中的物质基本上都是开花后由光合作用新形成的。从此,我对水稻开花后光合作用对形成产量的重要性有了较深刻的体会。接着,又做了小麦籽粒中物质来源的测定,情况也类似。同时我们还试测了小麦旗叶的光合作用。使我们感到惊奇的是,在上海小麦旗叶虽然看来生长正常,但却测不到多少光合作用,而将同一设备带到河南去,则可测得小麦旗叶有显著的光合作用。想不到类似的小麦叶片在不同情况下光合作用竟有那么大的差别,而这个差别很可能是河南的小麦产量常常比上海高的原因。我很想对两地大田光合作用效率差别的原因加以深究,但当时还没有可带到野外去测光合作用的合适设备,两地粗粗比较一下已很不容易,要追查其差别的原因就无从入手了。我将这苦闷向殷先生诉说。殷先生说科学研究常常如此,在探讨问题的过程中,往往会感到‘山重水复疑无路’,但只要把这事情放在心上,随着科学技术的进步、认识的提高,会逐渐找出办法,达到‘柳暗花明又一村’的境界的。他开导我说,既然体会到光合作用研究的重要性,就要下决心从研究光合作用的基本理论做起。这时,国外又发现了非循环光合磷酸化,即知道了叶绿体在光下从水中放出氧气并将电子传递给辅酶Ⅱ的同时,还能耦联磷酸化,使人们对光合磷酸化在光合作用中的地位认识得更清楚了。殷先生很感慨地说,他在40年代就想了解磷的化合物在光合作用中是否担负重要角色的问题,可是那时所用的研究手段精确度不够,结果不了了之。当时,殷先生的一位研究生邱国雄,从这些讲座中得到启发,提出要测光合磷酸化的量子需要量。以我们实验室当时情况看,要进行这项工作,必须克服许多困难。我感到这项工作与光合作用效率有关,困难虽多,问题却较明确,就建议大家分工合作来做。于是,邱国雄负责攻克叶绿体吸收光量子的测量关,我和沈巩楙承担从叶片提取高活力的叶绿体和掌握用放射性同位素磷测定微量腺三磷形成的技术。经过近一年的努力,大家终于同心协力地完成了光合磷酸化量子需要量的研究。1960年秋,殷先生将工作报告带到第五届国际生化会议上去发表时,其他实验室也完成了类似的工作,而我们的工作还是做得比较好的。……通过这些年从事基本理论与实际问题结合的研究,……我已经由一个过去不愿多接触光合作用研究的青年而变成了一个‘光合迷’。我深深感谢殷先生把我带入了这样一个重大而又充满着奥秘的研究领域。如今,殷宏章先生已经过世,离开了我们。可是,他要开展光合作用研究、造福人类的宏愿,我们一定要继承下去!”(摘自《中国科学院院士自述》,上海教育出版社,1996)

1954年,他在殷宏章指导下开始探讨稻麦籽粒发育过程中淀粉合成及分解酶活力变化与生理过程的联系。他观察到稻麦籽粒成熟过程中,淀粉大量积累时,淀粉分解酶的活力仍相当大,因此就进一步追究β-淀粉酶及其产物麦芽糖的生理功能。他与合作者在实验中证明,β-淀粉酶可通过迅速分解引子淀粉而影响磷酸化酶合成淀粉的能力,从而否定了外国文献中认为β-淀粉酶对磷酸化酶有直接抑制作用的说法。1958年,他们进一步证明籽粒在成熟过程中的确有麦芽糖产生,在盾状体中存在一种麦芽糖激酶,将麦芽糖直接磷酸化,然后再转变成蔗糖。这个发现受到了国内外同行的重视。

1956年,沈允钢等对水稻开花后物质的累积和运转的规律进行研究,发现开花后的光合作用对产量的形成有重大影响。证明籽粒乳熟期是累积物质和代谢水平最旺盛时期。在此工作基础上,1958年他们运用同位素14C测定技术,探明了水稻乳熟期各叶片间光合作用产物没有什么运转,而无效分蘖的光合作用产物可部分转到有效分蘖上去的现象。

1961年,沈允钢等对植物叶片光合作用产物输出的动态进行了研究,发现光合作用产物输出的速度在一定范围内与其待输出产物的浓度成正比;光合作用产物的流动与体内利用、贮藏过程有密切关系。

1959年,沈允钢参与了殷宏章开展的群体光能利用的研究。20世纪60年代初,他们建立了补偿式光合作用测定法,利用pH指示剂反映二氧化碳浓度的变化,来推算光合作用强度。以后,又改进了光合作用干重测定法。为了便于田间光合作用测定,1978年他们又创造了田间取样气流法;1982年他们又改进了氧电极测定光合作用方法。沈允钢等人利用这些光合作用测定法,对我国农业生产中与作物光合作用效率有关的一些问题做了探讨,在农业生产上起了一定作用。

早在开始研究光合作用产物的积累、转化与运输时,沈允钢就注意到了提高光合作用效率的问题。1975年,他和同事们开展了覆盖栽培下的二氧化碳施用的研究,证明增加二氧化碳浓度是提高作物光合作用效率的有效途径之一。近年来,他和他的学生对植物叶片光合作用“午睡”现象做了探讨。实验结果表明,叶片在中午光合作用降低的原因,在很多情况下与中午前后空气湿度较低和温度较高所导致的大气饱和差的增大有关,为“午睡”现象的分析提供了较系统的证据。与此同时,他们在中午采取喷雾处理提高空气湿度的办法对小麦进行了试验,获得明显的增产效果,寻找出减轻光合作用“午睡”现象、提高光合作用效率的途径。

从20世纪60年代起,沈允钢在殷宏章的领导下,开展了光合作用机理的研究,着重进行光合磷酸化与电子传递的耦联机理及其调节控制的研究。1961年,完成了光合磷酸化量子需要量的测定。1961年在莫斯科召开的第五届国际生化学会上,同时有3篇这方面的报告,但沈允钢及其同事的工作最为突出。他们在测定光合磷酸化量子需要量时观察到“光强效应”,即当照光的强度低于一定程度时,光合磷酸化的效率显著降低,在光强增加到一定程度以上,此种情况逐渐消失,1962年对此原因做了进一步探讨。实验证明,经预先照光的叶绿体在暗中具有能使腺二磷和磷酸盐合成腺三磷的能力,从而在世界上首先发现了光合磷酸化过程中存在着高能中间态。高能态的发现使光合磷酸化机理研究大大迈进了一步。沈允钢等人的工作受到了国际科学界的高度评价,1977年,联邦德国出版的《植物生理百科全书》引述中国首先发现高能态,1972年日本《蛋白质,核酸,酵素》杂志刊载论述沈允钢高能态的论文,并说这篇论文是60年代光合磷酸化研究的两篇重要论文之一。继高能态发现后,他又着力探讨它与磷酸化的关系。

近年来,沈允钢等发现了一系列能够改善光合磷酸化与电子传递的耦联效率的物质,如金霉素、多粘菌素、多元酸等,并证明它们是通过影响耦联因子(膜上催化磷酸化反应的蛋白复合体)而产生上述效应的。他们的实验表明,光合磷酸化与电子传递的耦联程度常常不完全,其中一部分原因为耦联因子在催化磷酸化反应时,有一部分高能态无谓损耗,而这种损耗的比例是可以调节的。这个发现对研究提高光合作用效率具有积极意义。

叶绿体延迟发光是光合作用机理研究中的重要问题。1982年,沈允钢和他的学生做进一步研究,证明毫秒级延迟发光的快相除与膜电位有关外,还受质子浓度差的影响,而且这一质子浓度差主要是水氧化时释放的质子引起的。此工作在1983年8月比利时召开的第六届国际光合作用会议上做了介绍。光合磷酸化高能态的发现及有关研究获1979年中国科学院科技成果奖二等奖,1982年获国家自然科学奖二等奖。1987年以后,他带领他的学生们从多种角度对光合机理进行研究。

近年来,他着重探讨光合机构的运转与调节,把光合作用的机理和生理研究进一步联系起来,力求既能在理论上深入,又能开拓通向农业等实际应用的途径。

沈允钢在多年的科研生涯中,形成了自己的治学观点和方法。勤于工作,勤于学习,是他科研上取得成就的成功之点。对专业知识和其他知识,他同样渴求觅取。他认为,一个科学工作者必须处理好专与博这对矛盾,博是为了专,专深必须求博,博是扩大成就的基础,因此博是科技工作者必须具备的业务素质。正是在这个思想的支配下,他在精通专业的基础上,开拓“求博”的道路。

沈允钢历任中国科学院植物生理研究所光合作用室主任、植物生理研究所所长,中国植物生理学会副理事长、理事长、名誉理事长等职。他还曾任《中国科学》、《科学》等重要学术期刊的编委。

主要论著

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2沈允钢、殷宏章、沈巩楙,水稻开花前后光合作用产物的转变与分配,科学通报,1959, 12:398。

3沈允钢,沈巩楙,植物叶片光合产物输出动态的研究,实验生物学报,1962,8(1):45~ 53。

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5沈允钢、李有则、沈巩楙等,关于光下积聚高能中间产物性质的探讨,生物化学与生物物 理学报,1963,3(3):278~292。

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35张华敏、刘愚、王美琪、沈允钢,叶绿体中的细胞分裂素结合蛋白的特性,植物生理学报 ,1996,22(1):27~32。

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44侯彩霞、於新建、李荣、徐春和、汤章城、沈允钢,甜菜碱稳定PSⅡ放氧中心外周多肽机 理,中国科学,1998,28(4):354~361。

45史瑾、魏家绵、沈允钢,玉米叶绿体ATP合酶ε亚基的定点突变,生物化学与生物物理学 报,1998,30(5):483~487。

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