葉綠素的熒光現象

光合色素的熒光現象和磷光現象

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

chl + h ————→chl* （3－6）

基態 光子能量 激發態

狀態轉變，能量有的以熱的形式釋放，有的以光的形式消耗。從第一單線態回到基態所發射的光就稱為熒光。處在第一三線態的葉綠素分子回到基態時所發出的光為磷光。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部的振動上，發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，在照光時色素會發射很強的熒光。

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

葉綠素的熒光和磷光現象都說明葉綠素能被光所激發，而葉綠素分子的激發是將光能轉變為化學能的第一步。現在，人們用葉綠素熒光儀能精確測量葉片發出的熒光，而熒光的變化可以反映光合機構的狀況，因此，葉綠素熒光被稱為光合作用的探針。