应用飞秒时间分辨差异吸收光谱技术对PSⅡ的LHCⅡ三聚体中的能量传递过程进行实验研究,分析得到三组能量传递的时间寿命组分:748 fs、3.28 ps、32.15 ps.其中748 fs的组分为单体内Chl b649分子经Chl b658将能量传递给Chl a665分子的过程;3.28 ps时间常量反映单体内能量从Chl a677向吸收更长波长的Chl a688分子的能量传递过程,以及Chl b643、Chl b6 58和Chl a668～670分子获得能量的过程;而32.15 ps的时间与三聚体内的单体间的能量传递过程有关.

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 α670 670.4,Chlα683 684.7,685.1 ,Chl α687 689.0,Chlα690 690.9,693.4,695.2,698.0 4种Chl a组分参与了能量的传递.

通过对稳态、瞬态吸收谱以及瞬态荧光发射谱的测量分析得出:在三聚体内存在以下六个特征叶绿素分子Chlb628、Chlb646、Chlb654,657 652、Chla666 664、Chla677,680 674、Chla683 682(下标为吸收峰,上标为发射峰).在波长为655 nm、666 nm、680 nm、683 nm时分别采用时间相干单光子技术(TCSPC)记录其荧光动力学谱.根据荧光产生的物理学机制,对这些荧光动力学谱的分析采用的是分子同时接受能量与耗散能量的指数模型,得出在离体的外周天线三聚体内,Chl b654,657 652、Chl a666 664、Chl a677,680 674和Chl a683 682分子在接受Chl b628分子的传能时,大部分经过了Chl b646分子,传能时间发生在97～157 ps的时间间隔内,可见Chl b646分子在外周天线三聚体中是连接Chl b和Chl a传能的主要分子;Chl b654,657 652…→Chl a666 664…→Chl a677,680 674…→Chl a683 682分子依次传能的时间在10 ps左右,这种传递过程可归结为是处于激发态分子首先经过内转换后再将能量以F(o)rster共振机制的形式传给了其它分子;大量小于1 ps的传能过程是叶绿素分子之间以激子共振的方式进行直接传能;Chl b654,657 652、Chl a666 664、Chl a677,680 674和Chl a683 682分子以时间常量分别为1.44 ns,1.43 ns,636 ps,713 ps发射荧光回到基态.

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，Chla(653,652)，Chla(667,664)，Chla(676,680,675)，Chla(683,682)．在630nm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150fs；2)叶绿素间大部分的能量传递发生在长于76ps的时间范围内；3)传能时间常量在几百fs以及10ps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)Chlb_654，657652，Chla(666,664)，Chla(677,680,675)和Chla(683,682)以荧光形势耗散能量的时间常量分别为1．41ns，1．39ns，676ps，709ps，这部分在整个能量耗散中占的比例不超过40%．

假根羽藻外周天线捕光色素蛋白复合物(Light-harvesting
Complex Ⅱ,LHC Ⅱ)在不同聚集态的情况下,它所包含色素分子间的能量传递是不同的.采用荧光发射光谱和激发光谱技术对不同聚集态(单体、三聚体和寡聚体)的LHC
Ⅱ进行研究,发现三聚体中色素分子间的能量传递效率比较高,单体要小一些.520
nm激发下,类胡萝卜素分子向叶绿素a分子的能量传递效率:三聚体约为64%、单体约为56%;650
nm激发下,叶绿素b分子向叶绿素a分子的能量传递效率:三聚体约为89%、单体约为78%.寡聚体的能量传递要复杂些,从光谱分析出它包含两种不同吸收光谱特性的叶绿素b分子,吸收峰分别为480
nm和468 nm,其中蓝区吸收峰为480 nm的叶绿素b分子向发射685 nm荧光的叶绿素a分子的能量传递效率要小于75%.

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.

采用飞秒时间分辨荧光光谱技术在室温下用波长为495nm的光激发,研究了假根羽藻LHCⅡ的同质三聚体和异质三聚体这两种不同聚集形式蛋白复合物的光谱特性和传能特性.将实验获得的两样品的荧光光谱分别进行高斯解析,各得到5条亚谱带,并分析得出同质三聚体的四种特征Chl分子的光谱特性和异质三聚体的五种特征Chl分子光谱特性,另外还对两蛋白复合物的荧光光谱作了比较.利用Global优化处理方法,建立多指数拟合联立方程对荧光衰减曲线进行拟合处理,得到同质三聚体Chl分子传能的寿命:165±8.5 fs、2.2±0.6 ps、5.1±0.1 ns;异质三聚体Chl分子传能的寿命:255±6.3 fs、4±0.8 ps和3.8±0.1 ns;并且将这些时间常数作出归属.将其分析比较,快组分同质三聚体的传能速率较高,推断组成同质三聚体的同种脱辅基蛋白间的结合程度较组成异质三聚体的不同脱辅基蛋白间的更紧密,使其上结合的Chl分子空间位置更近,更有利于能量的迅速传递;而慢组分同质三聚体的偏大,可能是由于其经历的传能途径较长,传能机制上也和异质三聚体不同所致.

按照超快极微弱分子吸收光谱学,荧光光谱学,时间分辨光谱学以及偏振荧光光谱学探测特性,设计、集成组建了能够探测紫外-可见-红外快到飞秒时间分辨的单分子光学事件的激光瞬态光谱仪.其光源有从300 nm到3000 nm连续可调的飞秒激光器、纳秒氢灯及连续氙灯.光谱分辨率达0.05 nm,在泵浦探测差异吸收下有小于150 fs的时间分辨率.谱仪能够实时给出光谱曲线及生物分子组分寿命.利用该谱仪探测了PSⅡCC,PSⅡRC的能量传递动力学.在83 K温度下PSⅡCC中的β-Car分子接收507 nm光能,以单步跃迁和随机转移的方式通过Chl a641.5637/638分子传递光能到反应中心Chl a683.2680/681,平均传能时间为77 ps,有59.94%的组分用355 ps时间电荷重组.在PSⅡRC中的β-Car分子接收507 nm光能,由Chl a641.5637/638分子传递光能通过Chl a678.2675.5到反应中心,平均传能时间为88.5 ps.在83 K温度下,反应中心复合物离子对[P680+·pheo-]平均再复合寿命为19.35 ns.

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.

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.