Leaf Chlorophyll Fluorescence: Background and Fundamentals for Plant Biologists

• Published in: The Botanical review Vol. 75; no. 3; pp. 249 - 270
• Main Author: Henriques, Fernando S
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: New York New York Botanical Garden 01-09-2009; Springer-Verlag; Springer Nature B.V
• Subjects: accuracy; Antennas; Biomedical and Life Sciences; carbon dioxide; Chlorophyll; Chlorophylls; electron transfer; Electrons; experimental design; Fluorescence; Foliar diagnosis; gas exchange; leaves; Life Sciences; light; light intensity; literature reviews; measurement; Methods; Molecules; Observations; Optical reflection; Photochemistry; Photosynthesis; photosynthetic reaction centers; photosystem II; plant adaptation; Plant Anatomy/Development; Plant Ecology; Plant Physiology; Plant Sciences; Plant Systematics/Taxonomy/Biogeography; Plants; Properties; Thylakoids; United States; Fluorescence; Photochemical Quenching; Chlorophyll; Non-photochemical Quenching; PSII Photochemistry; Photosynthesis
• ISSN: 0006-8101; 1874-9372
• DOI: 10.1007/s12229-009-9035-y

This review on chlorophyll a fluorescence starts with an overview of the primary photochemistry occurring at PSII and a characterization of the so-called "open" and "closed" states of its reaction centers. This provides the theoretical background for understanding the origin of PSII-emitted fluorescence and how its yield varies with the fraction of open reaction centers. The review proceeds to discuss the changes in fluorescence emission following illumination of a darkadapted leaf and to define the PSII intrinsic quantum yield of photochemistry, which in turn provides an indication of PSII capacity. In light-adapted leaves, it is discussed how the use of modulated fluorometers and the double lighting technique allow an evaluation of photochemical and non-photochemical quenching, two parameters that give useful information about the plant's photosynthetic performance under field conditions. Finally, it is described how the PSII operational efficiency can be used to calculate the photosynthetic electron transport rate and the conditions under which this is linearly related to the CO₂ assimilation rate. Some requirements for a valid application of the technique as well as some limitations in interpreting its results are discussed. /// Esta revisão sobre fluorescência da clorofila a começa por sintetizar a fotoquímica primária que ocorre no PSII e caracterizar os chamados estados "aberto" e "fechado" dos seus centros de reacção. Tal fornece os fundamentos teóricos para compreender a origem da fluorescência emitida pelo PSII e perceber como a sua eficiência varia inversamente com a fracção de centros de reacção abertos. A revisão prossegue com uma discussão das variações da fluorescência que se seguem à iluminação de uma folha adaptada ao escuro e define a eficiência quântica intrínseca da fotoquímica do PSII. Em folhas adaptadas à luz, é discutido como a utilização de fluorímetros de luz modulada e a técnica da dupla iluminação permitiram o cálculo da supressão fotoquímica e não-fotoquímica da fluorescência, parâmetros que fornecem informação útil sobre o desempenho fotossintético da planta em condições de campo. Finalmente, é descrito como a eficiência operacional do PSII pode ser utilizada para calcular a taxa de transporte electrónico fotossintético e as condições em que esta está linearmente relacionada com a da assimilação do CO₂. São igualmente discutidos alguns requisitos para uma aplicação válida da técnica e algumas limitações à interpretação dos seus resultados.