會發出熒光的葉綠素你見過麼（二）

細菌葉綠素植物葉綠素一樣嗎

接下來我們接著上一篇的內容繼續講解。大家都聽過光合作用，植物進行光合作用才能夠產生氧氣，那麼對於光合作用的知識你瞭解多少呢？什麼是光合作用？光合作用需要哪些條件？光合作用在哪裡進行？只有植物可以進行光合作用嗎？這些都是平常大家問我的問題。自然-化學》雜誌刊登了一項新的研究。科學家發現參與光合作用的分子能像非生命物質那樣，表現出相同的量子效應

。

儘管在此之前，就有研究指出，量子相干性在光合作用的能量傳輸過程中扮演著重要作用。但這次是科學家

第一次在涉及到光合作用的生命系統中證實了量子效應的存在

。該研究不僅能幫助我們更好地理解植物、陽光以及與其相關的許多事物，還可能為我們帶來酷炫的新技術。接下來就讓恐龍哥哥為你解讀一下。

光合作用（Photosynthesis）是綠色植物、和某些細菌利用葉綠素，在可見光的照射下，將二氧化碳和水轉化為有機物（主要是澱粉），並釋放出氧氣的生化過程。對於生物界的幾乎所有生物來說，這個過程是他們賴以生存的關鍵，而地球上的碳氧迴圈，光合作用是必不可少的。

光合作用文字方程式：

二氧化碳+水+光能->澱粉+氧氣

植物與動物不同。對於綠色植物來說，在陽光充足的白天，將利用陽光的能量來進行光合作用，以獲得生長髮育必需的養分，就是所謂的自養生物。

這個過程的關鍵參與者是內部的葉綠體。葉綠體在陽光的作用下，把經由氣孔進入葉子內部的二氧化碳和由根部吸收的水轉變成為葡萄糖，同時釋放出氧氣：

12H2O + 6CO2 +陽光→ （與葉綠素產生化學作用）C6H12O6 （葡萄糖） + 6O2 + 6H2O

注意：上式中等號兩邊的水不能抵消，雖然在化學上式子顯得很特別。原因是左邊的水，是植物吸收所得，而且用於製造氧氣和提供電子和氫離子。而右邊的水分子的氧原子則是來自二氧化碳。為了更清楚地表達這一原料產物起始過程，人們更習慣在等號左右兩邊都寫上水分子，或者在右邊的水分子右上角打上星號。

植物的光合作用可分為光反應和碳反應兩個步驟如下：

12H2O +陽光→ 12H2 + 6O2 ［光反應］

12H2 （來自光反應） + 6CO2 → C6H12O6 （葡萄糖） + 6H2O ［碳反應］

我們在顯微鏡下觀察到是葉綠素分子吸收光能從基態變為激發態，這個過程是吸收光能，如果從激發態變為基態就是釋放能量，在我們的能量躍遷圖裡面曾經講到過。

葉綠素吸收光能後，會從基態到激發態，然而激發態不穩定，能量就要釋放，釋放途徑有三種：1 熒光；2 熱散失；3 光化學（就是將二氧化碳變為葡萄糖），但是這三種途徑發生的速率不同，熒光是納秒級別，光化學是ps級別（1000ps=1納秒），然而反應越快，自然反應所佔比重也就越多，所以熒光一般只佔總量的0。5%左右，但是不同情況下，其各自的比重也會有所變化，當轉換為葡萄糖的途徑受阻後，熒光的部分自然就多了。所以我們的提取液中，熒光現象也就越明顯了。

細胞內的葉綠素分子透過直接吸收光量子或間接透過捕光色素吸收光量子得到能量後，從基態（低能態）躍遷到激發態（高能態）。由於波長越短能量越高，故葉綠素分子吸收紅光後，電子躍遷到最低激發態；吸收藍光後，電子躍遷到比吸收紅光更高的能級（較高激發態）。處於較高激發態的葉綠素分子很不穩定，在幾百飛秒（fs，1 fs=10－15 s）內，透過振動弛豫向周圍環境輻射熱量，回到最低激發態。最低激發態的葉綠素分子可以穩定存在幾納秒（ns，1 ns=10－9 s）。

處於較低激發態的葉綠素分子可以通過幾種途徑釋放能量回到穩定的基態。能量的釋放方式有如下幾種：

1。重新放出一個光子，回到基態，即產生熒光。由於部分激發能在放出熒光光子之前以熱的形式逸散掉了，因此熒光的波長比吸收光的波長長，葉綠素熒光一般位於紅光區。2，不放出光子，直接以熱的形式耗散掉（非輻射能量耗散）。

3，將能量從一個葉綠素分子傳遞到鄰近的另一個葉綠素分子，能量在一系列葉綠素分子之間傳遞，最後到達反應中心，反應中心葉綠素分子透過電荷分離將能量傳遞給電子受體，從而進行光化學反應。以上這3個過程是相互競爭的，往往是具有最大速率的過程處於支配地位。對許多色素分子來說，熒光發生在納秒級，而光化學發生在ps級，因此當光合生物處於正常的生理狀態時，天線色素吸收的光能絕大部分用來進行光化學反應，熒光只佔很小的一部分。

簡單來說就是：可以透過檢測葉綠素熒光來反應光合作用過程中的其它反應進行的程度。

葉綠素熒光，作為光合作用研究的探針，得到了廣泛的研究和應用。葉綠素熒光不僅能反映光能吸收、激發能傳遞和光化學反應等光合作用的原初反應過程，而且與電子傳遞、質子梯度的建立及ATP合成和CO2固定等過程有關。幾乎所有光合作用過程的變化均可透過葉綠素熒光反映出來，而熒光測定技術不需破碎細胞，不傷害生物體，因此透過研究葉綠素熒光來間接研究光合作用的變化是一種簡便、快捷、可靠的方法。目前，葉綠素熒光在光合作用、植物脅迫生理學、水生生物學、海洋學和遙感等方面得到了廣泛的應用。

關於葉綠素熒光的作用這裡講解兩個：1 植物光合作用強度，依次可以利用熒光的強弱，研究同一植物在缺水，多雨，鹽鹼等不同環境下的光合作用，依次判斷植物的生長習性等；2 遙感遙測，可以利用衛星的遙感測試不同地區，植物的光合作用，依次推斷各個地區植物的生長狀況。

這就是我們透過兩節課內容為大家呈現的葉綠素熒光的科學知識，這兩節課相對比較難一點，希望感興趣的同學能夠關注收藏！