叶绿素的荧光和磷光现象
叶绿素溶液在透射光下呈绿色,而在反射光下呈红色,这种现象称为叶绿素荧光现象.叶绿素为什么会发荧光呢?当叶绿素分子吸收光量子后,就由最稳定的、能量的最低状态－基态（ground state）上升到不稳定的高能状态－激发态（excited state）（图3-3）.叶绿素分子有红光和蓝光两个最强吸收区.如果叶绿素分子被蓝光激发,电子跃迁到能量较高的第二单线态；如果被红光激发,电子跃迁到能量较低的第一单线态.处于单线态的电子,其自旋方向保持原来状态,如果电子在激发或退激过程中自旋方向发生变化,该电子就进入能级较单线态低的三线态.由于激发态不稳定,迅速向较低能级状态转变,能量有的以热的形式释放,有的以光的形式消耗.从第一单线态回到基态所发射的光就称为荧光.处在第一三线态的叶绿素分子回到基态时所发出的光为磷光.荧光的寿命很短,只有10-8～10-10s.由于叶绿素分子吸收的光能有一部分消耗于分子内部的振动上,发射出的荧光的波长总是比被吸收的波长要长一些.所以叶绿素溶液在入射光下呈绿色,而在反射光下呈红色.在叶片或叶绿体中发射荧光很弱,肉眼难以观测出来,耗能很少,一般不超过吸收能量的5％,因为大部分能量用于光合作用.色素溶液则不同,由于溶液中缺少能量受体或电子受体,在照光时色素会发射很强的荧光.
另外,吸收蓝光后处于第二单线态的叶绿素分子,其贮存的能量虽远大于吸收红光处于第一单线态的状态,但超过的部分对光合作用是无用的,在极短的时间内叶绿素分子要从第二单线态返回第一单线态,多余的能量也是以热的形式耗散.因此,蓝光对光合作用而言,在能量利用率上不如红光高.
叶绿素的荧光和磷光现象都说明叶绿素能被光所激发,而叶绿素分子的激发是将光能转变为化学能的第一步.现在,人们用叶绿素荧光仪能精确测量叶片发出的荧光,而荧光的变化可以反映光合机构的状况,因此,叶绿素荧光被称为光合作用的探针.