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荧光探针是活细胞实时成像的基础之一，也是细胞生物学家的一个有力工具。它灵敏度高，可视性好，对所研究的细胞干扰最少，因而在活细胞和单分子检测中得到了广泛的应用。本文的目标是试图将有机小分子荧光物应用到生物固氮过程中的分子事件检测等重要研究领域。
Naringenin是豌豆等豆科植物分泌的flavonoid类物质，化学名称为5，7，4’-三羟基二氢黄酮。它能激活Rhizobium Leguminosarum bv. Biciae等根瘤菌的结瘤基因。遗传学证据显示naringenin与结瘤调节蛋白NodD相互作用从而引发其他结瘤基因的表达，但一直缺少直接的证据表明两者之间是否有直接的相互作用，而现代荧光技术恰好可用来探测这一疑问。为此我们提出了以下的研究方案：
1.通过化学的手段，在naringenin分子上选取合适的位点进行修饰，在保持其原有的生物活性的情况下实现该分子的荧光素修饰。
2.通过蛋白质工程和生物化学的手段对根瘤菌NodD蛋白进行现场专一性荧光素修饰。
3.通过现代荧光分析方法和技术，在活细胞内跟踪检测荧光标记的naringenin和荧光标记的NodD蛋白之间是否通过相互作用而发生FRET效应。
通过对naringenin分子上六个不同位点，不同性质，长度连接链以及母体和荧光团之间两种连接方式的11个荧光标记物的合成以及生物活性评价，我们找到了一个荧光标记物，它保留了野生型naringenin约20％的活性，并将其用于根瘤菌固氮过程的研究，发现该荧光标记物能够顺利进入根瘤菌活细胞中，为下一步通过FRET技术研究naringenin和NodD蛋白之间的相互作用打下了基础。在荧光标记研究过程中，我们发展了一类naringenin及其类似物上高度区域专一性的Mannich反应，实现了naringenin分子C-6位置的快速定点荧光标记。
同时我们还设计了一类新型的高效荧光素，它的基本骨架是由吡咯并香豆素构成。它与传统的荧光素相比，它具有高量子产率，大斯托克斯位移等优点，而且具有相对较小的分子量，是现代FRET技术的理想供体荧光团。通过吡咯并香豆素两种类型并环骨架各重要位点的21个衍生物的合成，我们找到了三个具有优异荧光性能的分子，波长较传统的香豆素类荧光素有了明显的红移，并且量子产率也有提高，斯托克斯位移达到120nm。我们对其中一个分子进行结构修饰后，发展了一种基于ICT效应的荧光比率型荧光探针，它的on-off状态之间的波长变化达到了26nm，今后有望用于体内醛基还原酶的检测。