/ Е. Р. Буханов, М. А. Коршунов, А. В. Шабанов> // Сиб. лесн. журн. - 2018. -
№ 5. - С. 19-32,
DOI 10.15372/SJFS20180502. - Библиогр.: 68
. - ISSN 2311-1410
Перевод заглавия: Optical processes in photosynthesis
Аннотация: Приведены обзор состояния и анализ работ, связанных с оптическими процессами фотосинтеза. Особое внимание уделено работам по исследованию этих процессов в иридо- и хлоропластах, имеющих
фотонно-кристаллическую структуру. Фотонный
кристалл (ФК) - это сверхрешетка с характерным масштабом периодичности диэлектрической проницаемости (показателя преломления) порядка длины световой волны. В таких структурах в спектре электромагнитных волн возникают запрещенные зоны. Это означает, что в заданном спектральном диапазоне свет любой поляризации не может войти в ФК или выйти в каком-либо направлении. Важным свойством ФК является высокая степень локализации электромагнитных волн на дефектах решетки. В этом случае в запрещенных зонах ФК возникают дефектные уровни энергии. Атом или молекула могут излучить квант с частотой, соответствующей дефектной моде. В большинстве работ, посвященных исследованию оптических процессов фотосинтеза, не учитывались особенности распространения света в ФК-структурах. Периодические структуры обнаружены в растительном и животном мире. В работе представлено влияние длиннопериодической структуры на оптические свойства и локальные характеристики световых волн, в том числе на спектр пропускания и отражения, а также на распределение электромагнитного поля в слоистой структуре. С использованием современного математического аппарата произведен расчет основных спектральных и оптических характеристик на примере бегонии Begonia L. В работах, описывающих распространение света, до последнего времени не учитывалось длиннопериодическое строение, однако для интерпретации результатов были введены понятия (антенна, реакционный центр, наличие двух фотосистем) без детального описания их физической природы. Дополнительно ввели резонансный механизм передачи энергии возбуждения от молекулы донора к молекуле акцептора и квантовую когерентность. На основе анализа полученных данных в рамках единого подхода это позволило объяснить механизм влияния на фотосинтез, а именно: возникновение двух фотосистем (разделение стоп-зоны на две), особенность длинноволнового квантового выхода - его усиление (эффект Эмерсона), в том числе смещение красной границы, увеличение эффективности фотосинтеза при дополнительном облучении, расширение области поглощения.
A review of the state and analysis of works related to optical processes of photosynthesis are given. Particular attention is paid to the work on the investigation of these processes in iridoplasts and chloroplasts with photonic crystal structure. From a general point of view, a photonic crystal (PhC) is a superlattice with a characteristic scale of periodicity of permittivity (refractive indices) of the order of the wavelength of the light wave. In such structures, the forbidden bands occur in the spectrum of electromagnetic waves. This means that in a given spectral range the light of any polarization cannot enter the PhC or exit in any direction. An important property of PhC is high degree of localization of electromagnetic waves on the lattice defects. In this case, defective energy levels manifest themselves in the forbidden zones of the PhC. An atom or molecule emit a quantum with a frequency corresponding to a defective mode. Most of the works dealing with the study of optical processes of photosynthesis have not taken into account the features of light propagation in structures. Periodic structures have been found in the plant and animal world. This paper presents the effect of a long-period structure on the optical properties and local characteristics of light waves, including the transmission and reflection spectrum, as well as the distribution of the electromagnetic field in the layered structure. Based on modern mathematical apparatus, the main spectral and optical characteristics were calculated using the example of a begonia plant. In recent works describing the propagation of light, the long-period structure was not taken into account. However, for the interpretation of the results, concepts (antenna, reaction center, the presence of two photosystems) without a detailed description of the physical nature were introduced. In addition, we had to employ a resonance mechanism for the transfer of excitation energy from the donor molecule to the acceptor molecule and quantum coherence. The analysis of the data obtained within the framework of a unified approach made it possible to explain the mechanism of the effect on photosynthesis, namely, the appearance of two photosystems (division of the stop zone into two parts), the feature of the long-wavelength quantum yield, its amplification (Emerson effect), including the red boundary shift, the efficiency of photosynthesis with additional irradiation and the expansion of the absorption region.
Смотреть статью,
РИНЦ,
Для получение полного текста обратитесь в библиотеку
Держатели документа: Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН
Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр СО РАН»
Доп.точки доступа: Коршунов, Михаил Анатольевич; Korshunov, M.A.; Шабанов, Александр Васильевич; Shabanov, A.V.; Bukhanov E.R.