83 K光系统Ⅱ核心复合物不同激发的荧光光谱学

在83 K低温下,利用稳态荧光光谱技术对光系统Ⅱ（PSⅡ）核心复合物中激发能的传递进行了研究,激励波长分别选择为436 nm,480 nm,495 nm和507 nm,得到4种波长激发下的稳态荧光光谱.经过比较发现其最大峰值所在的位置没有因激发波长的不同而发生改变,都在696 nm处,在不同激发波长下经过高斯解析获得不同的谱带.根据发射光谱与吸收光谱的对应性,反映了不同的光谱特性,说明在不同波长光的激发下,核心复合物中能量传递的途径不同.同时,可以分析出在核心复合物中,至少有Chl a670.4670,Chl a684.7,685.1683,Chl a689.0687,Chl a690.9,693.4,695.2,698.06904种Chl a组分参与了能量的传递.     

PSⅡ的荧光光谱特性

采用激励光源为82MHz、514.5nm的皮秒荧光光谱装置对PS颗粒、内周天线CP43、CP47三种样品进行研究,通过探测三种样品的荧光总光谱强度随激光功率的变化,测得PS颗粒样品在激光功率为120mW时,荧光强度趋于饱和;CP43在激光功率为73mW时,荧光趋于饱和,但当激光功率为82mW时,荧光强度有下降趋势;而在激光功率为20～96mW的范围内,CP47的荧光强度与激光功率几乎是线性关系.依据它们的荧光量子产额与激光功率的关系,认为CP47中存在较强的激子效应.几种样品的荧光光谱范围分别为700～780nm(PS颗粒);640～780nm(CP43);630～775nm(CP47).CP43和CP47的最大荧光峰分别为680nm和690nm,荧光寿命分别为3.543ns和3.222ns.在514.5nm激光激发下,CP43和CP47中最先受激发的是β-Car分子,发射荧光的是Chla分子,理论计算认为在CP43和CP47中Chla分子发射荧光的效率分别为38.3%和40.6%.     

PSⅡ颗粒复合物飞秒分辨低温荧光动力学研究

采用飞秒时间分辨荧光光谱学对PSⅡ颗粒复合物在83 K,160 K,273 K下进行研究,实验表明随温度升高,光谱加宽.并且发现在PSⅡ颗粒复合物中至少存在以下几种特征Chl分子：Chl b640639,Chl b645640,Chl a663660,Chl a668667,Chl a676673,Chl a681680,Chl a682680/681,Chl a688/689684,685,Chl a698688.在不同的温度下,参与能量传递的色素分子传能途径各不相同,但都有一个共同点：在到达反应中心之前能量传递高效进行,绝大多数能量传递到了反应中心,而在680 nm之后的波段,能量损耗明显增大,这是由于电子传能受阻,能量绝大多数以荧光形式耗散.对荧光衰减曲线进行时间拟合,得到四组时间常数：30～40 ps,260 ps,550～670 ps,1～8 ns.几个ns的长寿命组分,反映了两个能量传递过程,即与基对态P680＋pheo－,以及能量传递过程中Chl a分子由激发态辐射荧光衰退到基态以辐射荧光形式丢失能量的过程有关.550～670 ps的时间组分,反映的是部分电荷重组的过程.260 ps的组分只在83 K出现,应归于LHCⅡ中的Car分子经中间传递体传能到Chl b 639分子后继续将能量传递到反应中心P680的时间.30～40 ps的时间组分为LHCⅡ中的Chl分子吸收光能后通过一系列中间体将能量传递到反应中心,Chl a680/681分子的能量传递过程.     

光系统ⅡChl分子能量传递超快光谱动力学

利用ICCD飞秒扫描成象和飞秒时间分辨光谱装置实验研究了高等植物捕光天线LHCⅡ三聚体和PSⅡ颗粒复合物的超快光谱动力学,经过吸收光谱和发射光谱分析,确定在LHCⅡ三聚体中至少存在7种Chl分子光谱特性,分别是Chlb_653/656^658.7、Chla_662.0^665.2、Chla/b_670/671^677.1、Chla_675.0^677.1、Chla_680/681^682.9、Chla_685.0^689.1和Chla_695.0^695.6.采用光强1013光子/cm²/脉冲激励浓度为30μg/mL的捕光天线LHCⅡ三聚体,在650nm到705nm谱段逐点探测分析处理,产生了2组短寿命组分210fs、520fs和5.2ps、36.7ps及2个长寿命组分1.8ns、2ns.最快的3个寿命210fs、520fs和5.2ps反映了三聚体Chlb分子向Chla分子的激发能传递过程;寿命36.7ps反映了Chla分子向相邻单体Chla分子的激发能传递过程;最长的2个寿命1.8ns和2ns是在三聚体中Chla分子通过中间体Chla分子辐射荧光,分别跃迁回基态的过程.获得的6个寿命组分有把激发能传递时间与Chla/b分子发射光谱相结合的特点.经拟合处理解析PSⅡ颗粒复合物光谱,得到3个组分谱,其峰值分别为686.8nm、692.2nm和694.9nm,与LHCⅡ比较分析,说明天然构型的PSⅡ有很强的吸收光能和有效传递光能的本领.     

光系统ⅡChl分子能量传递超快光谱动力学

利用ICCD飞秒扫描成象和飞秒时间分辨光谱装置实验研究了高等植物捕光天线LHCⅡ三聚体和PSⅡ颗粒复合物的超快光谱动力学,经过吸收光谱和发射光谱分析,确定在LHCⅡ三聚体中至少存在7种Chl分子光谱特性,分别是Chlb658.7653/656、Chla665.2662.0、Chla/b671.1670/671、Chla677.1675.0、Chla682.9680/681、Chla689.1685.0和Chla695.6695.0.采用光强1013光子/cm2/脉冲激励浓度为30μg/mL的捕光天线LHCⅡ三聚体,在650nm到705nm谱段逐点探测分析处理,产生了2组短寿命组分210fs、520fs和5.2ps、36.7ps及2个长寿命组分1.8ns、2ns.最快的3个寿命210fs、520fs和5.2ps反映了三聚体Chlb分子向Chla分子的激发能传递过程;寿命36.7ps反映了Chla分子向相邻单体Chla分子的激发能传递过程;最长的2个寿命1.8ns和2ns是在三聚体中Chla分子通过中间体Chla分子辐射荧光,分别跃迁回基态的过程.获得的6个寿命组分有把激发能传递时间与Chla/b分子发射光谱相结合的特点.经拟合处理解析PSⅡ颗粒复合物光谱,得到3个组分谱,其峰值分别为686.8nm、692.2nm和694.9nm,与LHCⅡ比较分析,说明天然构型的PSⅡ有很强的吸收光能和有效传递光能的本领.     

菠菜PSII核心复合物激发能传递与温度的关系

采用基于延时分次扫描单光子计数器为探测装置的皮秒时间分辨荧光光谱测试系统研究了菠菜光系统 (PSⅡ )核心复合物光能传递与温度的关系。分别对PSII核心复合物样品在 2 0℃、42℃、48℃下做温浴处理 ,然后以脉宽为 1 2 0 ps,重复率为 4MHz ,波长为 5 1 4nm的Ar+激光作为光源分别激发处理后样品的荧光。通过对测量结果进行数据处理 ,分析比较发现 :同一温度下 ,呈荧光带的激发能传递速度比副荧光带处的快 ;同一波长下 ,慢组分的时间常量随温度升高而变慢 ,而快速组分的时间常数则变化不大 ;做 42℃温浴处理的样品接近于蛋白质解体的临界状态     

菠菜PSII核心复合物激发能传递与温度的关系

采用基于延时分次扫描单光子计数器为探测装置的皮秒时间分辨荧光光谱测试系统研究了菠菜光系统(PSⅡ)核心复合物光能传递与温度的关系.分别对PSII核心复合物样品在20℃、42℃、48℃下做温浴处理,然后以脉宽为120 ps,重复率为4MHz,波长为514nm的Ar+激光作为光源分别激发处理后样品的荧光.通过对测量结果进行数据处理,分析比较发现:同一温度下,呈荧光带的激发能传递速度比副荧光带处的快;同一波长下,慢组分的时间常量随温度升高而变慢,而快速组分的时间常数则变化不大;做42℃温浴处理的样品接近于蛋白质解体的临界状态.     

光系统Ⅱ荧光特性快速扫描成象光谱技术研究

本文以菠菜(Spinica oleracea L.)叶绿体中的PS颗粒复合物、CP47、CP43和LHC为材料,对其结构和功能关系进行了分析,用扫描成象光谱技术对这四种样品的光谱特性进行了研究,并通过对其荧光发射光谱图象的处理,得到它们的荧光发射光谱曲线.分析结果表明,PS颗粒复合物的荧光发射光谱中心波长在680.1nm,波段的范围较宽;CP43荧光光谱的中心波长位于680nm,并在近红外区观察到振动小峰;CP47荧光光谱的中心波长在691.3nm处;CP47和CP43在短波长区640nm和长波长区720nm附近分别出现肩峰,推测可能是样品中游离的叶绿素a和叶绿素b分子引起;LCH荧光发射光谱的峰值位于678nm,光谱范围为576nm～780nm.     

光系统Ⅱ核心天线的低温荧光光谱及动力学研究

采用稳态及飞秒荧光光谱技术研究了光系统Ⅱ中核心复合物在83 K、160 K和273 K低温下的能量传递途径.激发波长为507 nm.随着温度的升高,稳态荧光光谱逐渐发生蓝移.通过对不同温度下稳态光谱进行高斯解析,获得5个特征叶绿素a分子, 分别为Chl a670.4670, Chl a681.9680, Chl a683.9683, Chl a687.5,687.8,689687和Chl a698.0690,其中仅有Chl a687.5,687.8,689687在3个温度下的光谱中都解析获得,并且其谱宽以及荧光比例都随着温度升高而增加,因此推断温度对CP47中易裂解的叶绿素a分子有较大的影响.在680 nm以及690 nm波长处对不同温度下的时间曲线利用F900时间处理系统进行拟合,获得73 ps、 110 ps、 186 ps、 246~972 ps和1~3.7 ns 5个时间组分.其中, 73 ps是电荷分离的时间;110 ps和186 ps是β-Car分子受激发后,将激发能最终传递给反应中心所需要的时间;246~972 ps是电荷重组的时间过程;而1~3.7 ns是激发态分子发生电荷重组后又衰退回到基态的时间.73 ps的时间组分只在83 K温度下得到,因此,随着温度降低,可以探测到快的时间组分. 此外,对光谱随温度升高而发生蓝移进行了分析.     

PSⅡ颗粒复合物低温荧光光谱特性

为了获得低温下PSⅡ颗粒复合物色素分子间的能量传递信息,运用荧光激发谱及荧光发射谱对273 K温度时不同波长光激发下菠菜的PSⅡ颗粒复合物的荧光光谱特性进行了研究,分析得出荧光强度的大小与激发光的波长有关,在实验所采用的激发波长中,436 nm的光激发产生的荧光强度最大,520 nm的最小.在能量传递过程中Chl a分子的荧光效率最高,Chl b分子次之.结合吸收谱分析还发现在PSⅡ颗粒复合物中至少存在四种具特征吸收的Chl分子： Chl a661660, Chl a/b672669,670,Chl a682680,Chl a690687.对436 nm光激发所得到的荧光发射谱进一步经高斯解析后得到五个光谱组分：661 nm,672 nm,682 nm,690 nm,730 nm,所占的比例分别为4.75%,9.89%,43.18%,22.08%,20.10%.     

捕光复合物LHCⅡ的荧光动力学特性

采用时间分辨荧光光谱技术,在273 K下用波长为507 nm的光激发对菠菜光系统Ⅱ捕光天线LHCⅡ的光谱特性和时间特性作了研究.将获得的荧光光谱进行高斯解析,得到6个光谱组分,反映了光谱特性：Chl a６６２６６０／６６１、Chl a/b６７２６７０／６７１、Chl a６８３.5６８０／６８１和Chl a６９９.9６９５.0,而中心波长为738.6nm、761.0 nm的光谱组分则可能对应着主发射峰的振动副带.通过对荧光衰减曲线进行三指数时间拟合,得到激发能在LHCⅡ中传递的时间常数：8.8 ps、500 ps、1.6 ns,并分析得出了时间常数与光谱组分的对应关系.     

光系统Ⅱ捕光复合物中能量传递动力学研究

采用时间分辩荧光光谱技术研究捕光色素复合体(LHCⅡ)荧光的时间光谱特性.以脉宽为120fs、重复率为82MHz、波长为360nm～420nm激光激发LHCⅡ样品荧光.原始信号经过数据处理,多指数拟合,解得了能量在LHCⅡ中传递的时间常量分别为320±10fs、4.0±0.1ps、20.0±0.1ps.相对应的各组分荧光占总荧光的百分比分别为3.4%、50%、46.6%.经过全局分析,解得荧光强度随波长变化曲线,其三个峰值波长分别为652nm、673nm、692nm(以去离子水为悬浮液)和658nm、687nm、700nm(以酒精为悬浮液).根据LHCⅡ结构以及荧光的时间、光谱特性分析,认为320±10fs的时间组分属于一个单体内同一膜平面中Chlb→Chla的能量传递时间;4.0±0.1ps的时间组分属于同一单体中不同膜平面间Chlb→Chla和Chla→Chla的能量传递时间;20.0±0.1ps的时间组分属于不同单体之间、不同三聚体之间Chla→Chla的能量传递时间.     

捕光天线LHCⅡ的荧光光谱特性研究

采用稳态荧光光谱技术在低温83 K下用波长为436 nm和507 nm的连续光激发对LHCⅡ进行研究,得到两种波长光激发下LHCⅡ的荧光光谱,并采用高斯组分光谱解析的方法,分别解析出四个谱带,结合吸收光谱和发射光谱分析,认为各自其中两个反映了两种光谱特性：Chl a683.6680/681、Chl a694.0690.0和Chl a/b671.4670.0和Chl a683.8680/681,其余两个长波长组分可能是Chl a分子主发射峰的振动副带.另外还将两种波长光激发下得到的荧光光谱特性做了比较,436 nm光激发下LHCⅡ发出的荧光强度要高于507 nm光的激发,这是由于接收436 nm光的Chl a分子数目多于接收507 nm光的类胡萝卜素分子,且436 nm下Chl a的吸收率也大于507 nm下类胡萝卜素的.从峰值上看,436 nm较507 nm光激励下的荧光光谱峰值产生红移,表明在不同波长光激励下,色素分子之间的能量传递途径是不同的.     

PSⅡ颗粒二聚体中类胡萝卜素向反应中心传能研究

运用瞬态荧光光谱技术在77 K低温下对PSⅡ颗粒复合物中类胡萝卜素（Car）分子的能量传递过程进行研究, 通过不同激发波长473 nm, 481 nm, 507 nm选择性激发PSⅡ颗粒复合物中色素分子, 得到PSⅡ颗粒二聚体中关于Car能量传递的三组时间组分：16.6 ps, 130~183 ps, 217~249 ps. 其中16.6 ps反映了LHCⅡ中的Car分子将能量通过中间体Cars、Chls分子传递到Chl639的过程; 130~183 ps为核心天线中的β-Car分子向RC的能量传递时间; 217~249 ps为LHCⅡ中Car481通过中间Chla分子向RC的传能时间.     

外周天线LHCⅡ的荧光光谱特性

外周天线LHC在光合作用过程中,担负着吸收和传递光能的作用.我们采用扫描成象荧光光谱技术对菠菜中外周天线LHC的荧光光谱特性进行了研究,在514.5nm的激光激励下获取了积分荧光谱,认为从类胡萝卜素分子到叶绿素分子间存在有能量传递.采用高斯组分光谱解析的方法,解析出LHC的荧光发射有七个谱带:656.7、664.6、671.5、677.2、683.5、689.6、695.3nm,各自所占的比例分别为3.0%、13.1%、13.3%、21.1%、13.2%、33.3%、3.0%,其中658.7nm的发射谱是由叶绿素b分子所发射的,其余的发射谱分别是由吸收峰为662、670/671、676、680nm以及吸收大于690nm的叶绿素a分子所发射.3.0%的叶绿素b分子的荧光发射说明在能量平衡过程中绝大部分能量被叶绿素a分子所禁锢,689.6nm处的荧光所占的比例最大,可能与LHC的一种自保护机制有关     

采用选择激发研究光系统Ⅱ反应中心β-Car的物理特性

光系统Ⅱ反应中心包含有2个去镁叶绿素分子(Pheo),2个β胡萝卜素分子(β-Car)和6个叶绿素a分子(Chla).对反应中心的时间分辨荧光光谱表明,两个β-Car具有不同的吸收光谱,吸收峰分别为489 nm(Car489)和507 nm(Car507),Car489靠近吸收峰为667 nm和675 nm的叶绿素a(Chl a),它的主要功能是保护反应中心免受单态氧的破坏,而不能将激发能传递给光化学反应活性的色素分子P680;Car507靠近吸收峰为669 nm的Chl a分子;能够将激发能传递给P680,进行电荷分离.采用全局优化拟合的方法对荧光光谱进行处理,Car489在61 ps时间内将能量传递给Chl a672, 随后传给Chl a677,处于激发态的Chl a677在3 ns衰减到基态;Car507在274 ps时间内将能量传递给P680,P680＋Pheo-的电荷重组发生在3.8 ns和16 ns.     

高等植物光系统Ⅱ反应中心的亚纳秒时间分辨荧光光谱的测量

高等植物光系统Ⅱ是光合作用中的一个非常重要的单元,它是与裂解水放氧相关的功能结构,光系统Ⅱ反应中心是进行光化学反应的场所,在其内部发生的光能的吸收、激发态的传递、电荷的分离重组以及迁移等等过程,都是在非常短的时间里发生的,其时间尺度在10^-15～10^-7s之间,本文建立了亚纳秒时间分辨荧光光谱测量装置,并对菠菜光系统Ⅱ反应中心蛋白复合体D₁/D₂/cyt b─559,在不同波长激发下的时间分辨荧光光谱进行了测量,经过解卷积和多指数数据拟合,获得4个寿命组分,并对结果进行了分析讨论,指出在不同的激发波长激发下的荧光衰减曲线的差异可能源于被激发的组分不同和能量传递路径的不同.     

飞秒差异吸收微弱信号测量技术

本文报道一种用飞秒差异吸收光谱装置探测光合作用光系统Ⅱ(PS Ⅱ)颗粒复合物电子传递、电荷分离、能量传递技术,装置的时间分辨率小于120fs,光谱调谐范围为720～860nm,采用低温双探头Boxcar平均处理器进行信息采集处理,测得了PS Ⅱ颗粒复合物3.2±0.3Ps的P680^* Pheo到P680⁺Pheo^-的电荷分离时间,还获得了由外周天线到内周天线CP43和CP47,再到PSⅡ反应中心的能量传递时间25ps,以及电荷分离后的能量衰变时间37.2ps.     

假根羽藻外周天线内能量传递的飞秒光谱研究

在时间相关单光子技术的基础上,对假根羽藻外周天线内叶绿素分子间的能量传递进行研究.采用瞬态吸收与荧光发射谱识别样品内的具有特征光谱组分的分子,得到在叶绿素分子的Q带区主要存在以下六个特征分子：Chlb630,Chlb642,Chla653652,Chla667664,Chla676,680675,Chla683682.630 nm的飞秒脉冲光的激发下,通过对不同特征发射峰出的荧光动力学进行解析得到： 1)Chlb628分子所吸收的能量仅有大约20%被直接传递给其他叶绿素分子,传能时间小于150 fs;2)叶绿素间大部分的能量传递发生在长于76 ps 时间范围内;3)传能时间常量在几百fs及10 ps左右的间接传能可能与具有不同光谱组分特征的叶绿素分子在外周天线内的排列方式以及偶极距的取向有关;4)Chlb654,657652,Chla666664,Chla677,680674和Chla683682以荧光形势耗散能量的时间常量分别为1.41 ns, 1.39 ns, 676 ps, 709 ps,这部分在整个能量耗散中占的比例不超过40%.     

叶绿体不同浓度下光诱导延迟荧光光谱研究

针对《光子学报》文献［1］中实验结果与已有报道相关光谱特征的显著差异,利用多种光谱学手段对不同浓度下叶绿体延迟荧光行进了研究.实验结果表明：PSⅠ反应中心叶绿素P700对PSⅡ所发685 nm成份的吸收随叶绿体浓度的增加而增强,从而导致PSⅠ发出的730 nm成份增强,而使得延迟荧光光谱中730 nm成为主峰,甚至685 nm成份的消失.该研究结果表明：叶绿体延迟荧光光谱中730 nm成份,是由PSⅠ作用中心叶绿素P700对PSⅡ中所发685 nm成份延迟荧光的重吸收,产生激发态所发出的荧光.该结论有助于延迟荧光光谱中各成份产生机理的进一步研究.