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光合作用是自然界中的有机生物吸收太阳光能并将其转化为稳定化学能的重要途径。光合作用起始于外周捕光天线系统对光能的吸收，之后能量通过高效、快速的传递过程最终陷获于反应中心，所有这些过程都仅仅发生在几百飞秒到几十皮秒时间范围内。对其中的超快能量传递途径及相关的机制的研究是近年来光合作用研究领域的一大热点。本论文主要利用飞秒泵浦探测光谱技术对高等植物外周捕光天线复合体LHCⅡ、紫细菌外周捕光天线复合体LH2-RS601及其突变体LH2-GM309中的超快光动力学过程进行了研究，所得到的主要结果如下，1.在绿色植物中分离出的LHCⅡ中，不同色素之间及同种色素的激子态之间存在着快速高效的能量传递过程，利用飞秒泵浦探测光谱技术观测到单体内Ch1b到其邻近的Chla之间的能量传递发生在200～300fs时域，其作用机制符合Forster传递理论；而单体内Chla的激子带间的能量弛豫过程发生在几百飞秒时间尺度；同时，还观察到不同单体内Ch1a分子之间的能量平衡过程，该过程发生在几个皮秒的时间范围，而大于50ps的过程则源于不同聚集体中Ch1a分子之间的能量平衡过程或分子的构象变化。
2.利用飞秒泵浦探测技术研究了紫细菌Rb.sphaeroides601外周捕光天线LH2中的能量传递过程，通过改变不同的激发和探测波长，实验上观察到B800到B850之间存在的快速能量传递，能量传递时间在几百个飞秒的时间范围。然而，Forster理论预算的结果则长于实验得到的时间常数，在B800吸收带的蓝侧和红侧激发时都发现了其间的能量传递速率随着激发波长的蓝/红移而增加的现象，考虑到在B800吸收带中包含着B850激子带的吸收贡献，在B800两侧激发时由于B800吸收的贡献相对减小，而由B850上激子带直接激发对信号的贡献有所增加，这些动力学过程表现为B800和B850同时被激发并伴有B800到B850之间的能量传递等复杂过程。实验中所观察到的一个慢的吸收恢复过程，反映了能量从B800传递到B850之后引起的B850的激发态吸收。结合不同激发波长情况下的动力学实验结果，可以看出B800激发态和B850上激子态之间存在高效的能量传递，而在不同波长激发B850下所观察到的约200fs的快速漂白衰减过程，反映了B850双激子带上所经历的粒子数布居和退布居的动力学过程，同时上激子态在较大的光谱范围内有较大的吸收截面，而且B850具有双激子带能级结构。
3.利用定点突变技术把LH2-RS601中类胡萝卜素共轭双键的个数由十个变为九个得到的突变体LH2-GM309，采用飞秒泵浦探测技术研究了LH2-GM309中的动力学过程。突变使类胡萝卜素的位能升高，导致吸收蓝移了近20nm，使得B800到B850的能量传递速率降低。实验结果表明，在800nm激发时其中的传递速率从0.61ps降低到0.88ps，815nm激发时从0.5ps降低到0.54ps。可以看出，由于类胡萝卜素作为一种能量介体，其位能的升高导致能量给体B800与介体间的能级间隔增大，减缓了B800到B850之间的能量传递。虽然类胡萝卜素的化学环境改变并未影响BChl的电子跃迁，但是它有可能对B850位点产生比较显著的影响，导致B850激子态之间的能量重新分布包括逆向的能量传递过程有所增快。
总之，本课题主要利用飞秒泵浦探测光谱技术研究了高等植物、紫细菌及其突变体中外周捕光天线的超快光动力学过程，所获得的部分结果对于人们深入理解外周捕光天线中的超快光物理和光化学机制具有重要的意义。