解釋葉綠素的熒光現(xiàn)象

2023.7.21

光合色素的熒光現(xiàn)象和磷光現(xiàn)象

葉綠素溶液在透射光下呈綠色，而在反射光下呈紅色，這種現(xiàn)象稱為葉綠素?zé)晒猬F(xiàn)象。葉綠素為什么會發(fā)熒光呢？當(dāng)葉綠素分子吸收光量子后，就由最穩(wěn)定的、能量的最低狀態(tài)－基態(tài)（ground state）上升到不穩(wěn)定的高能狀態(tài)－激發(fā)態(tài)（excited state）。葉綠素分子有紅光和藍(lán)光兩個最強(qiáng)吸收區(qū)。如果葉綠素分子被藍(lán)光激發(fā)，電子躍遷到能量較高的第二單線態(tài)；如果被紅光激發(fā)，電子躍遷到能量較低的第一單線態(tài)。處于單線態(tài)的電子，其自旋方向保持原來狀態(tài)，如果電子在激發(fā)或退激過程中自旋方向發(fā)生變化，該電子就進(jìn)入能級較單線態(tài)低的三線態(tài)。由于激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，迅速向較低能級

chl + h ————→chl* （3－6）

基態(tài) 光子能量激發(fā)態(tài)

狀態(tài)轉(zhuǎn)變，能量有的以熱的形式釋放，有的以光的形式消耗。從第一單線態(tài)回到基態(tài)所發(fā)射的光就稱為熒光。處在第一三線態(tài)的葉綠素分子回到基態(tài)時所發(fā)出的光為磷光。熒光的壽命很短，只有10-8～10-10s。由于葉綠素分子吸收的光能有一部分消耗于分子內(nèi)部的振動上，發(fā)射出的熒光的波長總是比被吸收的波長要長一些。所以葉綠素溶液在入射光下呈綠色，而在反射光下呈紅色。在葉片或葉綠體中發(fā)射熒光很弱，肉眼難以觀測出來，耗能很少，一般不超過吸收能量的5％，因為大部分能量用于光合作用。色素溶液則不同，由于溶液中缺少能量受體或電子受體，在照光時色素會發(fā)射很強(qiáng)的熒光。

另外，吸收藍(lán)光后處于第二單線態(tài)的葉綠素分子，其貯存的能量雖遠(yuǎn)大于吸收紅光處于第一單線態(tài)的狀態(tài)，但超過的部分對光合作用是無用的，在極短的時間內(nèi)葉綠素分子要從第二單線態(tài)返回第一單線態(tài)，多余的能量也是以熱的形式耗散。因此，藍(lán)光對光合作用而言，在能量利用率上不如紅光高。

葉綠素的熒光和磷光現(xiàn)象都說明葉綠素能被光所激發(fā)，而葉綠素分子的激發(fā)是將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的第一步?，F(xiàn)在，人們用葉綠素?zé)晒鈨x能精確測量葉片發(fā)出的熒光，而熒光的變化可以反映光合機(jī)構(gòu)的狀況，因此，葉綠素?zé)晒獗环Q為光合作用的探針。

葉綠素

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