光合作用多色素捕光模型中光激发对能量传输的影响

摘要

光合作用激发能传输过程中量子效应的研究大都基于单激发初态假设,该假设能较好地描述人们所关心的部分光合作用系统的初态.但对于不满足上述假设条件的自然及人工光合作用系统,激发过程对系统动力学有不可忽略的影响.本文基于由高斯脉冲激发的多色素分子模型,主要研究了激发脉冲宽度和激发间隔对系统动力学和激发能传输效率的影响.首先,推导了理论上可包含任意数量的色素分子构成的供体系统和受体系统整体演化所满足的动力学方程.之后通过数值模拟展示了激发能传输效率随系统各相关参数变化的关系及相应参数的最优范围.研究发现,在单个脉冲激发供体色素分子的条件下,存在最优脉冲宽度,且脉冲宽度对色素分子数目、耦合强度及退相位速率的最优范围都有调制作用,并分析了该调制作用的产生机制.在两个高斯脉冲依次激发供体色素分子的条件下,存在最优脉冲宽度及脉冲间隔的组合.本文得到的动力学方程可推广到其他形式的激发脉冲,得到的数值结果及优化设计原则对工作在不同光照条件下的人工光合作用系统的优化设计具有参考意义.