叶绿素a的荧光反应原理

叶绿素a荧光作为光合作用研究的探针，得到了广泛的研究和应用。叶绿素a荧光不仅能反映光能吸收、激发能传递和光化学反应等光合作用的原初反应过程，而且与电子传递、质子梯度的建立及ATP合成和CO2固定等过程有关，几乎所有光合作用过程的变化均可通过叶绿素荧光反映出来。
从叶绿素a荧光产生的机理上看，叶绿素a荧光是依存于叶绿素光合作用过程中产生的能量释放。叶绿素a体内包含两个光合作用反应中心：光系统1和光系统2。在环境温度25℃下，叶绿素a的荧光主要来源于光系统2，光合作用所需要的光能首先被光系统2中的聚光复合体吸收后，其中一部分能量参与光化学反应（光合作用），另一部分被用于非光化学过程（通常以热能的形式耗散掉），剩下一小部分以荧光的形式再发射出去。
上述一小部分能量就是在叶绿体吸收光后，激发了捕光色素蛋白复合体（LHC），LHC将其能量传递到光系统2或光系统1期间所吸收的光能有所损失，大约3%-9%所吸收的光能被重新发射出来，其波长较长，即叶绿素荧光。叶绿素溶液在投射光下呈绿色，在反射光下呈红色，如下图所示：

当一个叶绿素分子a的电子从激发态回到基态的去激过程中，一小部分激发能（3%-9%）以红色的荧光形式耗散，如下图所示：

从叶绿素a荧光的光谱行为特征上看，活体叶绿素a荧光是浮游植物在400-700nm太阳光的激发下，在683nm附近产生的红光辐射。它近似遵循高斯正太分布，其高度通叶绿素a的浓度有关。随着叶绿素a浓度的增大，荧光峰逐渐增高，且会出现“红移现象”，即荧光峰增高的同时伴随着峰值位置朝红外方向移动。当叶绿素a浓度＜3mg/m3时，荧光峰的位置大致在683nm处；当叶绿素a浓度增加至10mg/m3时，荧光峰缓慢移到685nm处；当叶绿素a浓度达到100mg/m3时，荧光峰的位置在700nm处；而当叶绿素a浓度达到300mg/m3时，荧光峰到达705nm处，甚至更远，如下图所示：