葉綠素的光物理學、生合成調控和降解在光合效率優化和作物衰老調控中有重要應用。
葉綠素的激發態動力學
Chl a 的 S₁ 態壽命約 5 ns（在溶液中），但在天線複合體中因 FRET 縮短至 ps 級。S₁ 態的去活化途徑包括：(1) 螢光（kf，量子產率 ~0.3 in vitro）；(2) 內轉換（kic）；(3) 系統間交叉至三重態 T₁（kisc）；(4) FRET 到鄰近色素（kET）。在反應中心，電荷分離（P680* → P680⁺ Pheo⁻）的速率約 3 ps，遠快於其他去活化途徑，確保量子效率接近 1.0。三重態 ³Chl 極危險——可與 O₂ 反應生成 ¹O₂（單態氧），因此類胡蘿蔔素的光保護功能（三重態-三重態能量轉移淬滅 ³Chl）是必須的。
葉綠素生合成
四大階段：(1) ALA 合成（5-aminolevulinic acid，由 GluTR/GSA-AT 催化，以 Glu-tRNA 為起始物——植物/藍綠菌的 C5 途徑）；(2) 四個 ALA → protoporphyrin IX（porphyrin 骨架）；(3) 分支點——Mg²⁺ 插入由 Mg-chelatase（CHL H/I/D 複合體）催化（走向 Chl），Fe²⁺ 插入由 ferrochelatase 催化（走向 heme）；(4) Protochlorophyllide → Chlorophyllide → Chl a（phytol tail 加成）。Protochlorophyllide oxidoreductase（POR）是被子植物中唯一的光依賴性 Chl 合成酶——黑暗中 Pchlide 累積，光照後 POR 催化還原為 Chlide，這就是黃化苗（etiolated seedling）照光後快速轉綠的分子基礎。
SGR 蛋白與 stay-green 表型
Sakuraba et al.（2012, Plant Cell 24: 507）鑑定 SGR（Mendel's Green Cotyledon Gene）為 Chl 降解起始蛋白——SGR 與 LHCII 和 CCE（Chl catabolic enzymes）形成複合體，拆解 LHC 上的 Chl 並導入降解途徑。sgr 突變體呈現 stay-green 表型（葉片衰老但不變黃），在穀物中被用來延長光合作用活性期（functional stay-green），提升收成指數。
葉綠素 f 和遠紅光光合作用
Chen et al.（2010, Science 329: 1318）在鞘毛藻綱藍綠菌 Acaryochloris marina 中發現 Chl d（吸收 710 nm），後來又在 Halomicronema 中發現 Chl f（吸收 740 nm）。Nürnberg et al.（2018, Science 360: 1210）證明 Chl f 可插入 PSI 和 PSII 反應中心，使其在遠紅光下驅動氧化型光合作用。這些發現擴展了光合作用可用的光譜範圍，為工程化「遠紅光增強型」作物提供了可能。
文獻參考：Chen, M. et al. (2010). Science, 329, 1318-1319. / Nürnberg, D.J. et al. (2018). Science, 360, 1210-1213.