接下来我们接着上一篇的内容继续讲解。大家都听过光合作用，植物进行光合作用才能够产生氧气，那么对于光合作用的知识你了解多少呢？什么是光合作用？光合作用需要哪些条件？光合作用在哪里进行？只有植物可以进行光合作用吗？这些都是平常大家问我的问题。自然-化学》杂志刊登了一项新的研究。科学家发现参与光合作用的分子能像非生命物质那样，表现出相同的量子效应。尽管在此之前，就有研究指出，量子相干性在光合作用的能量传输过程中扮演着重要作用。但这次是科学家第一次在涉及到光合作用的生命系统中证实了量子效应的存在。该研究不仅能帮助我们更好地理解植物、阳光以及与其相关的许多事物，还可能为我们带来酷炫的新技术。接下来就让恐龙哥哥为你解读一下。


光合作用（Photosynthesis）是绿色植物、和某些细菌利用叶绿素，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为有机物（主要是淀粉），并释放出氧气的生化过程。对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是他们赖以生存的关键，而地球上的碳氧循环，光合作用是必不可少的。


光合作用文字方程序：

二氧化碳+水+光能-淀粉+氧气

植物与动物不同。对于绿色植物来说，在阳光充足的白天，将利用阳光的能量来进行光合作用，以获得生长发育必需的养分，就是所谓的自养生物。


这个过程的关键参与者是内部的叶绿体。叶绿体在阳光的作用下，把经由气孔进入叶子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为葡萄糖，同时释放出氧气：

12H2O+6CO2+阳光→(与叶绿素产生化学作用)C6H12O6(葡萄糖)+6O2+6H2O

注意：上式中等号两边的水不能抵消，虽然在化学上式子显得很特别。原因是左边的水，是植物吸收所得，而且用于制造氧气和提供电子和氢离子。而右边的水分子的氧原子则是来自二氧化碳。为了更清楚地表达这一原料产物起始过程，人们更习惯在等号左右两边都写上水分子，或者在右边的水分子右上角打上星号。

植物的光合作用可分为光反应和碳反应两个步骤如下：

12H2O+阳光→12H2+6O2[光反应]

12H2(来自光反应)+6CO2→C6H12O6(葡萄糖)+6H2O[碳反应]

我们在显微镜下观察到是叶绿素分子吸收光能从基态变为激发态，这个过程是吸收光能，如果从激发态变为基态就是释放能量，在我们的能量跃迁图里面曾经讲到过。


叶绿素吸收光能后，会从基态到激发态，然而激发态不稳定，能量就要释放，释放途径有三种：1荧光；2热散失；3光化学（就是将二氧化碳变为葡萄糖），但是这三种途径发生的速率不同，荧光是纳秒级别，光化学是ps级别（1000ps=1纳秒），然而反应越快，自然反应所占比重也就越多，所以荧光一般只占总量的0.5%左右，但是不同情况下，其各自的比重也会有所变化，当转换为葡萄糖的途径受阻后，荧光的部分自然就多了。所以我们的提取液中，荧光现象也就越明显了。


细胞内的叶绿素分子通过直接吸收光量子或间接通过捕光色素吸收光量子得到能量后，从基态（低能态）跃迁到激发态（高能态）。由于波长越短能量越高，故叶绿素分子吸收红光后，电子跃迁到最低激发态；吸收蓝光后，电子跃迁到比吸收红光更高的能级（较高激发态）。处于较高激发态的叶绿素分子很不稳定，在几百飞秒（fs，1fs=10－15s）内，通过振动弛豫向周围环境辐射热量，回到最低激发态。最低激发态的叶绿素分子可以稳定存在几纳秒（ns，1ns=10－9s）。


处于较低激发态的叶绿素分子可以通过几种途径释放能量回到稳定的基态。能量的释放方式有如下几种:

1.重新放出一个光子，回到基态，即产生荧光。由于部分激发能在放出荧光光子之前以热的形式逸散掉了，因此荧光的波长比吸收光的波长长，叶绿素荧光一般位于红光区。2，不放出光子，直接以热的形式耗散掉（非辐射能量耗散）。


3，将能量从一个叶绿素分子传递到邻近的另一个叶绿素分子，能量在一系列叶绿素分子之间传递，最后到达反应中心，反应中心叶绿素分子通过电荷分离将能量传递给电子受体，从而进行光化学反应。以上这3个过程是相互竞争的，往往是具有最大速率的过程处于支配地位。对许多色素分子来说，荧光发生在纳秒级，而光化学发生在ps级，因此当光合生物处于正常的生理状态时，天线色素吸收的光能绝大部分用来进行光化学反应，荧光只占很小的一部分。


简单来说就是：可以通过检测叶绿素荧光来反应光合作用过程中的其它反应进行的程度。

叶绿素荧光，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，而荧光测定技术不需破碎细胞，不伤害生物体，因此通过研究叶绿素荧光来间接研究光合作用的变化是一种简便、快捷、可靠的方法。目前，叶绿素荧光在光合作用、植物胁迫生理学、水生生物学、海洋学和遥感等方面得到了广泛的应用。


关于叶绿素荧光的作用这里讲解两个：1植物光合作用强度，依次可以利用荧光的强弱，研究同一植物在缺水，多雨，盐碱等不同环境下的光合作用，依次判断植物的生长习性等；2遥感遥测，可以利用卫星的遥感测试不同地区，植物的光合作用，依次推断各个地区植物的生长状况。