Photochemistry and photophysics of biological systems: chlorophyll fluorescence and photosynthesis

Abstract

El análisis de la fluorescencia de la clorofila−a en plantas permite obtener información relevante sobre la actividad fotosintética. La clave que conecta la fotosíntesis con la fluorescencia se encuentra en la competitividad de los procesos que conducen a la desactivación de la clorofila, una vez que ésta es excitada por absorción de luz o transferencia de energía. Efectivamente, son tres los procesos que compiten entre sí: i) cesión de electrones desde el estado excitado, que inicia el transporte electrónico de la cadena fotosintética, ii) disipación de calor y iii) emisión de la fluorescencia. En este trabajo se presenta una revisión de las metodologías usadas en el análisis de la fluorescencia de la clorofila−a en distintos materiales fotosintéticos, tanto a nivel de laboratorio como de campo y se explican modelos físicos para corregir distorsiones por procesos de reabsorción de luz. Se introduce cómo puede obtenerse información sobre el efecto de la contaminación o estrés ambiental sobre la salud de cultivos a partir del análisis de la emisión fluorescente. Se resumen los principales logros de nuestro grupo de investigación tanto para medios naturales como para sistemas híbridos constituidos por material fotosintético con nanopartículas incorporadas.

The analysis of chlorophyll−a fluorescence inplants allows obtaining relevant information about the photosynthetic activity. The key that connects photosynthesis with fluorescence is provided by the competitiveness of the processes that lead to the deactivation of chlorophyll, once it is excited by light absorption or energy transfer. In fact, there are three competing processes: i) transfer of electrons from the excited state, which initiates the electronic transport of the photosynthetic chain, ii) heat dissipation and iii) emission of fluorescence. This paper presents a review of the methodologies used inthe analysis of chlorophyll−a fluorescence for diverse photosynthetic materials; both at laboratory and field level, and physical models tocorrect distortions by light re-absorption processes are explained. It introduces how information on the effect ofpollution and/or environmental stress onthe health of crops can be obtained from the analysis of the fluorescent emission. The mainachievements of our research group are summarized, both for natural media and for hybrid systems constitutedbyphotosynthetic material with incorporated nanoparticles.