非平衡态热力学在现代植物生命科学研究中的作用_
非平衡态物理学的研究进展
非平衡态物理学的研究进展非平衡态物理学是一门研究物质在非平衡态下的行为和性质的学科。
它主要研究与平衡态不同的物理现象，例如非线性、失稳、混沌和相变等，这些现象都是非平衡态过程的典型特征。
目前，随着技术的进步和理论的丰富，非平衡态物理学已经逐渐成为了热门的研究领域，为人类探索自然规律带来了新的思路和方法。
一、非平衡态物理学的研究领域非平衡态物理学研究的范畴很广泛，它包括了化学反应、杂质扩散、固体变形、湍流、磁性、超流性等领域。
在这些领域中，人们发现了很多有趣的非平衡现象，例如：震荡化学反应中的时钟现象、液晶材料中的失稳现象、太阳风暴中的高温等离子体等等。
二、非平衡态物理学的理论基础非平衡态物理学的研究方法主要是基于实验和理论相结合，其中，理论研究是非常重要的一环。
现代非平衡态物理学的理论基础主要包括非平衡态统计物理、动力学系统理论、复杂系统理论等。
这些理论不仅为实验提供了指导，也为人类探索自然规律带来了新的思路和方法。
三、非平衡态物理学在生命科学中的应用非平衡态物理学在生命科学领域中的应用也越来越受到关注。
生命系统是一个非平衡态系统，因此，研究非平衡态物理学的方法可以提供新的思路和方法用于理解和研究生命系统的行为和性质。
例如，非平衡态物理学已经在细胞生物学、生物化学、生物医学等领域中得到了广泛的应用，帮助人类在生命科学领域进行探索、发现和应用。
四、非平衡态物理学在新材料研发中的应用非平衡态物理学在新材料研发中的应用也得到了广泛的关注。
这一领域的主要目标是研究并制备具有优异性能的材料，例如高温超导材料、光电材料、催化剂等。
非平衡态物理学提出了一些新的研究思路和方法，如激光熔覆技术、等离子体处理技术等，这些方法在新材料研发过程中得到了广泛的应用。
总之，随着技术的进步和理论的丰富，非平衡态物理学在科学研究和实际应用中都有着广泛的应用前景。
未来，人们将继续深入探索非平衡态物理学的本质和规律，为人类探索自然规律带来更加全面和深刻的认识。
非平衡态热力学的研究进展及应用
非平衡态热力学的研究进展及应用
张士宪;李运刚;何小凤
【期刊名称】《湿法冶金》
【年(卷),期】2007(026)004
【摘要】在自然界中,许多过程都是非平衡态过程.要研究这些过程,仅靠经典热力学是远远不够的.本文介绍了非平衡态热力学的主要理论,综述了非平衡态热力学的研究进展,介绍了非平衡态热力学在各个领域中的应用现状,指出随着非平衡态热力学理论的发展,它将在越来越多的领域得到广泛的应用.
【总页数】6页(P169-174)
【作者】张士宪;李运刚;何小凤
【作者单位】河北理工大学,冶金与能源学院,河北,唐山,063009;河北理工大学,冶金与能源学院,河北,唐山,063009;河北理工大学,冶金与能源学院,河北,唐山,063009【正文语种】中文
【中图分类】O645.164
【相关文献】
1.线性非平衡态热力学及其应用 [J], 刘蓉莉
2.非平衡态热力学在环境岩土工程中的应用 [J], 胡亚元
3.非平衡态热力学在核素迁移行为研究中的应用 [J], 宋艳丽;王玉平;李前名
4.非平衡态热力学的综合应用 [J], 薛明明
5.电场作用下支撑熔盐膜分离CO<sub>2</sub>的研究──非平衡态热力学的应用 [J], 黎四芳;路琼华;李盘生
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非热平衡态-概述说明以及解释
非热平衡态-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在文章的1.1部分，我们将会对非热平衡态进行概述。
非热平衡态是指系统处于一个不同于热平衡态的状态，其中存在着能量和粒子流的非均衡分布。
相比于热平衡态，非热平衡态具有更为复杂和丰富的动力学行为。
非热平衡态在自然界中随处可见，比如大气中的风、水流以及生物体的新陈代谢等都是非热平衡过程的例子。
事实上，非热平衡态在多个学科领域都具有重要的研究价值。
研究非热平衡态的重要性不仅在于丰富和完善我们对自然界的理解，更重要的是其在材料科学、生物医学、环境科学等应用领域的潜在价值。
例如，了解和控制材料的热传导过程可以在能源领域提高热电材料的效率；研究和阐明热稳定蛋白质的折叠过程有助于深入理解疾病的发生机理。
在接下来的部分中，我们将会详细介绍非热平衡态的定义、特征以及研究的重要性。
通过这篇文章，我们希望能够为读者提供一个全面而深入的认识，以便能够更好地理解和应用非热平衡态的知识。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以描述本篇长文的章节组织和内容安排。
以下是参考内容：2. 正文2.1 非热平衡态的定义2.2 非热平衡态的特征2.3 非热平衡态的重要性在正文部分，我们将详细讨论非热平衡态的定义、特征和重要性。
首先，我们将介绍非热平衡态的定义，包括从热力学和统计物理的角度对其进行解释和界定。
其次，我们将探讨非热平衡态的特征，包括系统的不可逆性、能量流动和热力学梯度等方面的表征。
最后，我们将讨论非热平衡态的重要性，包括其在自然界和工程领域中的应用以及对理论物理和实验科学的贡献。
通过对非热平衡态的定义、特征和重要性的探讨，我们可以更深入地理解非热平衡态的本质和研究意义。
在下一节中，我们将总结非热平衡态的概念和特征，并突出其在科学研究和实际应用中的重要性。
此外，我们还将展望非热平衡态研究的未来方向，指出可能存在的挑战和改进的方向。
这将为读者提供一个全面了解非热平衡态及其研究的框架，并为后续的学术探讨和实验设计提供参考。
热力学平衡和非平衡态的区别
热力学平衡和非平衡态的区别热力学是研究能量转化和传递的物理学分支，它描述了宏观系统的性质和行为。
在热力学中，我们可以探索物质的平衡和非平衡态。
本文将介绍热力学平衡和非平衡态的区别，以便更好地理解这两个概念。
1. 热力学平衡热力学平衡是指系统处于稳定状态，并且没有产生任何宏观改变的状态。
在热力学平衡中，系统的各种属性和状态变量保持不变。
这意味着系统内部的能量转化和传递是匀速进行的，而且各个部分之间没有梯度或差异。
在热力学平衡状态下，系统的宏观性质可以通过几个平衡态参数来描述，如温度、压力、密度等。
同时，系统的任何微小扰动都会自发地被抵消或消失，使系统重新回到平衡态。
2. 非平衡态与热力学平衡不同，非平衡态是指系统处于不稳定状态或者正在经历宏观变化的状态。
非平衡态系统的内部具有梯度或差异，这会导致能量的转化和传递不再匀速进行。
非平衡态可以分为两种类型：稳定非平衡态和非稳定非平衡态。
稳定非平衡态是指系统处于变化但能够保持某种稳定性质的状态。
例如，当一个玻璃杯里的水被搅动时，水会形成旋涡，但最终会转变成一个稳定的涡流状态。
在这种情况下，水的非平衡态是稳定的，并且符合一些动态平衡条件。
非稳定非平衡态是指系统处于一种不稳定的状态，而且其宏观性质会随着时间的推移而发生剧烈变化。
例如，当我们把热水倒入一个冰块的容器中，水和冰之间的相互作用会导致温度的快速变化，而且系统难以达到稳定。
3. 区别和应用热力学平衡与非平衡态之间的区别在于系统是否保持稳定性。
在平衡态中，系统是稳定的，并且各个部分之间没有差异；而在非平衡态中，系统处于不稳定状态，可能发生剧烈变化。
应用上，热力学平衡和非平衡态都具有重要意义。
热力学平衡是热力学的基础，它帮助我们理解和描述自然界中各种平衡态的行为。
而非平衡态则适用于描述现实中的许多实际过程，如化学反应、能量转换、生物体代谢等。
总结：热力学平衡和非平衡态是研究能量转化和传递的热力学中的重要概念。
热力学非平衡状态
热力学非平衡状态1. 定义2. 与平衡态的对比- 平衡态下系统的熵达到最大值（在孤立系统中），系统处于最无序但宏观性质稳定的状态。
而在非平衡状态下，系统的熵值小于平衡态时的熵值（如果把系统向平衡态的演化看作是熵增加的过程）。
例如，将一块热的铁块放入冷水中，初始时刻水和铁块整体处于非平衡状态，随着时间推移，它们会趋于热平衡，这个过程中系统的熵是不断增加的。
- 平衡态可以用几个状态参量（如理想气体的压强p、体积V、温度T）完全描述系统的状态。
但非平衡状态下，系统内不同部分的状态参量可能不同，不能简单地用几个统一的参量来描述整个系统，可能需要考虑空间分布等因素。
1. 外部条件的影响- 外界对系统做功或传热不均匀是常见的原因。
例如，用火焰只加热物体的一端，物体两端就会出现温度差，从而处于非平衡状态。
再如，对一个容器中的气体进行局部压缩，压缩部分的压强和密度会与未压缩部分不同，导致系统处于非平衡态。
2. 内部物质交换或反应不均匀- 在化学反应系统中，如果反应物的混合不均匀，或者反应速率在不同区域不同，就会产生非平衡状态。
例如，在一个大的反应釜中进行化学反应，由于搅拌不充分，反应物在釜内不同位置的浓度不同，反应进行的程度也不同，此时系统处于非平衡状态。
- 在多相系统中，相之间的物质交换如果不均匀也会导致非平衡。
水和水蒸气共存的系统，如果水汽化和液化的速率在不同位置不同，系统就处于非平衡态。
1. 热非平衡- 这是指系统内存在温度差的情况。
如前面提到的热铁块放入冷水中的例子，系统内有热量的传递，这种热量传递是由温度差驱动的。
在热非平衡状态下，根据傅里叶定律q = - k(dT)/(dx)（q为热流密度，k为热导率，(dT)/(dx)为温度梯度），热量会从高温区域流向低温区域。
2. 力非平衡- 当系统内存在压强差或者应力差时就处于力非平衡状态。
例如，在一个一端封闭、一端开口且内部有活塞的气缸中，如果活塞突然移动，气缸内不同部分的气体压强会不同，气体就会产生流动以趋于平衡。
非平衡态态热力学分析技术在材料科学中的应用
非平衡态态热力学分析技术在材料科学中的应用非平衡态热力学分析技术在材料科学中的应用热力学研究了物质的热学性质和热力学过程，它是现代物理学的重要分支。
传统的热力学研究的是平衡态下的物质性质和物理过程，即物质处于热力平衡状态时的特性和行为。
非平衡态热力学是以传统热力学为基础，综合了化学、统计物理学、非线性动力学和复杂系统科学，研究非平衡态下物质的性质和现象，对于材料科学的研究和应用具有重要意义。
非平衡态热力学分析技术是利用非平衡态下的物质性质和现象，从而得到物质特性和热力学参数的一种分析方法。
它包括均匀场和非均匀场两种情况，其中均匀场主要包括非平衡态热力学量测定法、非平衡态热力学平衡法等方法，而非均匀场主要包括温度梯度、化学梯度和动力学梯度等技术。
这些分析技术可用来研究材料在不同温度、压力、化学环境下的非平衡特性，对于了解物质的结构、性质和应用具有重要意义。
非平衡态热力学分析技术在材料科学中的应用具有广泛的领域和深远的影响。
在材料工程领域中，它可用来探测材料在强烈应力、快速冷却或高温环境下的非平衡态特性，从而优化材料的制备工艺和改善其性能。
例如，利用非平衡态热力学分析技术可以研究高分子材料的结晶行为，进而控制其结晶方式。
在材料物理学中，非平衡态热力学分析技术也是研究非线性、非平衡和非常规材料特性的有效方法。
例如，利用非平衡态热力学分析技术可以研究金属材料的流变行为、形状记忆材料的相变行为、烟花爆炸的化学反应动力学等。
进一步地，在纳米科技中，非平衡态热力学分析技术可用来研究纳米材料的特性和性质。
纳米材料具有独特的性质，如大比表面积、量子尺度效应等，这种非常规性质使得传统的热力学分析方法难以研究。
通过非平衡态热力学分析技术，人们可以了解纳米材料在极端条件下的行为和特性，有利于设计和制备新型的纳米材料。
总之，非平衡态热力学分析技术是材料科学中的重要研究方法之一。
它可以研究物质的非平衡态特性，了解材料性质和应用中的非常规、非线性和非平衡行为，有助于优化物质的制备方法和改善其性能。
非平衡态相变热力学
非平衡态相变热力学热力学是研究能量转化与能量传递规律的科学，而相变热力学是研究物质在不同相态之间转变时所伴随的热力学性质和规律的分支学科。
一般来说，相变是指物质在一定条件下，由一种相态转变为另一种相态的过程。
常见的相变有固体的熔化、汽化、液体的冷凝、冷冻等。
在热力学中，我们通常研究的是平衡态的相变，即物质在达到热力学平衡时的相变过程。
然而，在现实世界中，很多相变过程并不是在平衡态下进行的，而是在非平衡态下发生的。
非平衡态相变热力学研究的正是这种非平衡态下的相变过程，它与平衡态相变热力学有着密切的联系，但又有其独特的研究内容和方法。
非平衡态相变热力学的研究内容主要包括非平衡态下的相变动力学过程和相变过程中的非平衡态热力学性质。
相变动力学研究的是相变的速率和机制，它关注的是相变过程的动态行为。
相变过程中的非平衡态热力学性质则是指在相变过程中，热力学性质的变化和演化。
非平衡态相变热力学的研究对于理解和描述相变过程的动态行为以及相变过程中的热力学性质变化具有重要意义。
非平衡态相变热力学的研究方法主要包括实验研究和理论模拟两种。
实验研究是通过设计和进行相应的实验来观测和测量非平衡态相变过程中的各种物理量，以获取相变动力学和热力学性质的实验数据。
理论模拟则是通过建立相应的数学模型和计算方法，对非平衡态相变过程进行模拟和计算，以获得相变过程的动态行为和热力学性质的理论结果。
非平衡态相变热力学的研究成果不仅可以用于解释和预测实际物质的相变行为，还可以应用于材料科学、能源科学、生命科学等领域的研究。
例如，在材料科学中，非平衡态相变热力学可以用于研究材料的相变过程和相变动力学特性，从而指导材料的制备和性能调控。
在能源科学中，非平衡态相变热力学可以用于研究能源转化和储存过程中的相变行为和机制，以提高能源利用效率。
在生命科学中，非平衡态相变热力学可以用于研究生物体内的相变过程和相变动力学特性，以揭示生物体的生理功能和疾病发生机制。
生命科学中的平衡态和非平衡态研究
生命科学中的平衡态和非平衡态研究是一个非常重要的领域。
生命系统能够维持稳定的内部环境，表现出一系列复杂的动态行为，这与生命系统内部的平衡态和非平衡态密切相关。
本文将围绕生命科学中的平衡态和非平衡态展开讨论。
一、平衡态平衡态是指在没有受到外部干扰的情况下，生物系统内的物质浓度、能量和各种生理参数都保持在一定的范围内，达到一种平衡状态。
平衡态是一个非常基本的生命现象，它保证了生物体内部稳定的环境，是维持生命系统功能的基础。
作为生命科学中的基础概念，平衡态涉及到生物系统的许多方面。
例如，在细胞内，细胞质、细胞膜、细胞核内等处的物质在平衡态下能够保持压差；在细胞外，生物体内外液体之间也能形成静压平衡。
此外，平衡态还有着重要的生命表现，例如体温、血压、心跳等等都处于一种稳定的状态。
在生命科学中，研究生物系统平衡态的研究，不仅可以深入了解生命的基本规律，也为医学疾病治疗提供了有益的思路和方法，如研究各种代谢物的基础生物学机制，从而对许多疾病的治疗提供更可靠的依据。
二、非平衡态非平衡态是指生物系统在通过代谢和生命活动过程中产生的变化，往往需要消耗能量以维持生命活动和动态行为。
与平衡态不同，非平衡态指代生命系统中各种复杂、动态、多变的状态，如细胞内蛋白质、DNA、RNA等生物大分子的自组装、无序性、规律性等等，都属于非平衡态的范畴。
在非平衡态研究中，微小生物和细胞表现出一些极端复杂的行为，例如不同群体之间的协同和竞争等，非平衡态的存在是其行为的基础。
三、平衡态和非平衡态之间的联系生命科学中的平衡态和非平衡态都是生物系统中的基本状态，二者之间既有联系，也有差异。
在某些情况下，平衡态和非平衡态可以通过相互转化来继续维持生命系统的稳定。
例如，发热是指热量的产生和释放，是调节体温的机制之一。
由于发热的能量来源于身体内部的能量储备，因此发热是一种非平衡态。
在疾病治疗研究中，平衡态和非平衡态需要同时考虑。
例如，肿瘤细胞与正常细胞在分裂、繁殖、代谢和维护细胞稳定性等方面有所不同。
生命活动中的热力学原理及其科学价值
生命活动中的热力学原理及其科学价值在热力学的范畴中，我们发现热力学不仅关注物质与能量的转化，也丰富了我们对于生命活动的认识。
生命活动中的热力学原理是生命现象中一个重要的基础，究其原理，我们会发现新的革命性的思考方式。
这些原理中包括了热力学第一法则和第二法则等。
生命存在于所有物质之上。
所有的生物体都是由原子和分子构成，这说明生命活动中的基本单位是物质，物质与能量的转化也是生命活动中的重要功能之一。
光合作用、呼吸作用和新陈代谢等过程均涉及到热力学原理。
在这些变化过程中，热量是不可避免的。
能够带来化学反应和生命活动的动力，也可带来分子的移动等现象。
在这些经过不断调节的过程中，生命体也会产生热量。
代谢活动、神经传导和肌肉运动中都会释放能量。
在生命现象中，我们发现热力学第一法则起着至关重要的作用。
该法则指出能量存在守恒定律，也就是说，能量不能被创造或毁灭，只能转化为其他形式。
这意味着生命体的能量来自于食物等物质来源，可以在身体内进行转化。
人类所需的代谢能量来自于食物，正是能量的转化使人类保持了生命活动。
生命存在于非平衡状态，因此在热力学第二法则的范畴中，我们会看到熵的概念。
熵是物质转化过程中能量的损失，也是热力学第二法则的一个基础概念。
生命也是一个非平衡态系统，因此生命活动中的熵增加是不可避免的。
生命体可以通过产生热量或排出废物等方式来减少熵增加的影响。
热力学原理在生命活动中的应用，为生命科学的研究提供了一种范式。
先前认为的生物学原理被证实与热力学原理是一致的，这说明生物学和热力学是相辅相成的科学学科。
生物学根据一系列定律发展出了一套完整的理论体系，这一新的理论体系正为我们了解生命现象带来深刻启示。
生命体的运作机制依靠于对于物质和能量之间相互作用的描述。
在通过对生命活动中热力学原理的进一步研究中，我们可以找到新的操作机制、发现新的生物物理现象、探索新的治疗方法等。
无论是人体的免疫反应系统还是心脏血管系统，都能得到更细致深入的热力学原理的阐述。
热力学中的非平衡态系统
热力学中的非平衡态系统热力学是物理学中的一个重要分支，主要研究能量转换和工作性能。
通常我们所熟悉的热力学系统是处于平衡态的，即系统物理量不随时间改变，并且系统内部各部分之间的温度、压力、浓度等物理量相等。
然而，实际生活中，非平衡态系统也是非常常见的，它在自然界和人类活动中起着重要的作用。
什么是非平衡态系统呢？简单来说，非平衡态系统是指系统中各部分存在着梯度，即物理量在空间或时间上分布不均匀的情况。
这种分布不均匀可能是由外部条件或内部不稳定性造成的。
非平衡态系统与平衡态系统相比，具有更多的不确定性和复杂性。
非平衡态系统的例子在我们的生活中随处可见。
比如，当你在一杯热咖啡中加入冰块时，咖啡的温度会随着时间的推移而变化。
最初，热咖啡和冰块之间存在温度差，随着时间的推移，系统逐渐趋于热平衡，最终温度会趋于均匀。
又如，生物体内的新陈代谢过程也是一个非平衡态系统。
人体通过摄取食物来获得能量，并通过各种化学反应进行能量转换，从而保持身体机能的正常运作。
非平衡态系统的研究对于理解自然界和改善技术应用具有重要意义。
然而，由于非平衡态系统的复杂性，其研究也面临着许多挑战。
其中一个重要的挑战是如何描述非平衡态系统的演化和动力学过程。
在热力学中，我们通常使用平衡态统计物理学来描述热力学系统的性质。
然而，对于非平衡态系统来说，平衡态统计物理学的假设不再成立。
因此，我们需要发展新的理论和方法来描述非平衡态系统。
一种常用的方法是非平衡态统计物理学。
非平衡态统计物理学是研究非平衡态系统的统计性质和动力学过程的理论框架。
它基于平衡态统计物理学，但在处理非平衡态系统时引入了新的概念和方法。
例如，非平衡态系统的演化可以通过描述系统接近热平衡态的过程来近似。
这种描述可以通过统计物理学中的概率分布函数来实现。
在非平衡态统计物理学中，我们通常使用玻尔兹曼方程来描述非平衡态系统的演化。
玻尔兹曼方程是一个描述粒子分布随时间变化的偏微分方程。
它将时间演化和空间分布联系起来，可以描述系统中的粒子运动和相互作用。
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非平衡态热力学在现代植物生命科学研究中的作用*
习 岗
(华南农业大学理学院，广州 510642)
摘 要 讨论了非平衡态热力学在现代植物生命科学研究中的作用，指出非平衡态热力学在复杂生命现象的研究中具有重要的意义.
关键词 非平衡态热力学；应用；植物
分类号 O 414.1;Q 613
非平衡态热力学近几十年来取得了飞速的发展，其标志就是耗散结构理论的建立.作为一门研究非平衡体系的学科，非平衡态热力学特别适用于生命体系的研究，它的发展为现代植物生命科学的发展提供了一个极好的契机.本文讨论非平衡态热力学在现代植物生命科学研究中的作用，通过这种讨论可以看到，非平衡态热力学在现代植物生命科学研究中具有重要的应用价值，许多复杂的生命现象可以从非平衡态热力学中找到答案或解决的办法，它的引入将为现代植物生命科学的研究开辟一个新的领域.
1 线性非平衡态热力学与植物体内的物质运输
非平衡态热力学可分为线性非平衡态热力学与非线性非平衡态热力学.线性非平衡态热力学的核心是线性唯象关系：
Jk=lLklXl (1)
其中，Llk称唯象系数，Jk为广义的热力学“流”，Xl为广义的热力学“力”，Lkk关联了热力学力Xk与它对应的热力学共轭流Jk，而Lkl(l≠k)反映了各种不
同的不可逆过程间的交叉耦合作用.式(1)表明，任何一种 “力”都可以引起与之共轭的物质流动，并且如果有耦合作用的话，还会引起与这种“力”耦合的其他物质的流动. 在生命科学中，在相当多的情况下，线性唯象关系可以较好地描述各种运输现象，因此，式(1)适用于植物体内的物质运输过程的研究.
若将式(1)应用于植物体内水分和溶质的跨膜运输，按式(1)写出的线性唯象方程就为
Jw=Lww(-(dμw)/(dx))+Lws(-(dμs)/(dx)) (2)
Js=Lsw(-(dμw/(dx))+Lss(-(dμs)/(dx)) (3)
其中，Jw与Js分别为跨膜水流和溶质流，(dμw)/(dx)与(dμs)/(dx)分别为水和溶质沿垂直于膜表面方向上某点x处的化学势梯度.式(3)表明，跨膜溶质流同时受到溶质自身及水的化学势梯度的作用，因而引起细胞失水的力将由于耦合作用引起溶质的外渗，细胞失水愈多，电解质外渗量也将愈大.这个来自线性非平衡态热力学的论断已经得到了实验的证实［1］，说明式(1)完全可以应用于植物体内的物质运输过程.
事实上，人们已经从式(1)出发，从理论上详细分析了植物细胞膜的渗透特性，得出了决定细胞内溶质外渗的条件以及细胞膜对溶质的反射系数等一系列重要的参数［2］.
对于植物根系的吸水过程，式(1)也可应用.例如，Lttge和Pitman就利用式(1)得出了植物根部或根系切口的溢泌水流满足［3］
JV=Lp(Δp+σRTΔCs)+J0 (4)
其中，Δp为压力差，σ为反射系数，R为普适气体常量，T为绝对温度，ΔCs 为浓度差，J0为非渗透项，Lp为水传导系数. 式(1)在植物生命科学研究中的另一个应用是对植物生长素运输的研究.
在植物体内，生长素是从细胞形态学顶端向基部的运输，这种运输称为极性运输.对这种极性运输的机理，Goldsmith提出了一个“化学渗透学说”.该学说认为，生长素分子进入细胞的过程是一个与代谢无关的被动运输过程.但是，应用式(1)的研究表明，生长素的极性运输是一个与呼吸代谢相耦联的主动运输过程［4］.
植物生长素运输的另一个特点是在照光时发生向背光面的横向运输，从而导致叶片发生向光性运动.对于生长素的这种横向运输的原因一直很不清楚.作者曾用式(1)说明了生长素的横向运输可能是一种与温度耦合的扩散效［5］.
迄今为止，线性非平衡态热力学理论主要应用在物质运输方面，这是因为，对于运输过程，“力”和“流”近似满足线性关系.但是，对生命体内实际进行的绝大部分生化反应体系而言，这种线性唯象关系并不满足，因此，在生命体内进行的大部分代谢过程都是远离平衡的不可逆过程，生命系统是一个远离平衡的系统，对远离平衡系统行为的研究应属于非线性非平衡态热力学的范畴.下面讨论非线性非平衡态热力学的应用.
2 非线性非平衡态热力学与植物中的时空有序现象
按非线性非平衡态热力学，当体系远离平衡时，不再存在象熵或熵产生那样的热力学势函数，因而，不再有一个确定的普适的过程发展规律，体系随时间发展到哪个极限状态取决于动力学过程的详细行为.因此，在非线性非平衡态热力学中，热力学与动力学是紧密相联系的.按照非线性非平衡态热力学理论，当体
系远离平衡，其内部的动力学过程中又包括适当的非线性步骤时，体系就有可能失去稳定性而发展到一个新的时空有序状态.
在植物体中，从分子到细胞、从结构到功能、从个体到群体，都可以观察到各种各样的时空有序现象.对这些有序现象的解释长期以来一直是植物生命科学的难题.但是，若从上述非线性非平衡态热力学指明的方向来看，就可能找到解决的办法，这方面一个典型的例子是非线性非平衡态热力学对糖酵解反应体系出现的振荡现象的解释.
糖酵解是呼吸代谢中的一个关键的链式反应体系.实验发现，在某些条件下，糖酵解过程中所有中间产物的浓度会随时间振荡，呈现出一种时间有序化行为.从热力学分析可知，糖酵解反应体系是一个远离平衡的体系，其间存在着大量的反馈步骤［1］.因此，从非线性非平衡态热力学的角度来看，时间振荡行为的出现就具有客观必然性.事实上，有人已根据热力学和动力学建立了糖酵解反应体系的非线性方程组，利用数值积分的方法已经模拟出了与实验定性一致的结果，从非线性非平衡态热力学角度较好地解释了生命体系中出现的糖酵解振荡这样一个时间有序化现象［7］.
用非线性非平衡态热力学方法研究生命现象的另一个例子是对植物光敏素 呈现的双稳态现象的解释.
光敏素是在植物种子萌发和光形态建成中起触发作用的一种感光色素.实验表明，光敏素的触发作用是通过其钝化态形式Pr与活化态形式Pfr两种构型之间的可逆转换实现的.对光敏素的这种双稳态现象，植物学家们提出了一些从生理、生化角度上的解释方法.但是，若从非线性非平衡态热力学的角度来看，光敏素的这种双稳态现象是一种光敏素转化体系远离平衡时的动力学特征［4］.基于这
种考虑，作者曾建立了光敏素转化体系的非线性动力学方程组，理论分析表明，这种双稳态现象可能起源于速率方程与温度变化的非线性耦合［8］.
在植物生命科学中，象糖酵解反应和光敏素构型转换所呈现的时空有序化行为是很多的，例如，已经发现的柠檬酸振荡、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶聚合态可逆转换、脱落酸与赤霉素的分支合成、胚胎极性、细胞分化以及生物节律等等.可以预料，用非线性非平衡态热力学方法可以解释更多的植物中存在的时空有序化现象.
3 结语
综上所述，非平衡态热力学的各个层次都可以在植物生命科学中找到它的应用，它不仅深化了人们对许多复杂生命现象的认识，而且有可能对许多有序现象进行数值分析与数学模拟，从而为唯象的植物生命科学走向定量化开辟一个新的门径.
最后值得一提的是，目前植物生命科学正向更深层次的分子水平发展.然而，现今的生命科学中这种将活体逐步拆分成细胞、细胞器和分子，并将它们置于试管反应系统之中进行试验的研究方法割裂了活体内部各部分之间的必然联系，因而也就不可能真正全面了解活体的实际生命运转状态及运转机理.因此，尽管分子生物学已取得了巨大的成就，但是，利用各种拆分实验的结果进行活体的整合研究必将成为现代植物生命科学研究的发展趋势.在整合研究中，非平衡态热力学可以提供一种有效的方法.诚然，迄今为止，应用非平衡态热力学方法进行生命现象的研究还不多，特别是对各种生物有序现象的研究才刚刚开始，但是，作者相信，应用非平衡态热力学方法一定可以解决更多的生命的奥秘，从而推动整个植物生命科学的发展.
4 参考文献
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3 Lttge U, Pitman M G. Transport in Plants II Part B, Tissues and Organs. New York: Springer-Verlag, 1976
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*国家教委面向21世纪高等农林教育改革研究项目
收稿日期：1996-11-15；修回日期：1997-07-11。