Assessment of physiological and biochemical recovery processes in four tree species following natural heat stress [Articol]

Abstract

The intensification of heat waves and extreme temperatures in recent years has negatively affected trees, reducing their growth processes and diminishing their capacity to withstand thermal stress. In this context, identifying the physiological and biochemical recovery processes in ecologically and economically valuable species is essential for sustainable forest management. This study investigated two forests dominated by Quercus petraea and by Q. robur located in the Plaiul Fagului Nature Reserve (Republic of Moldova). Detached leaves of F. sylvatica, Q. petraea, Q. robur and Fraxinus excelsior were collected and incubated under controlled conditions for ten days following natural exposure of the trees to thermal stress. The research assessed recovery processes based on functional parameters (photosynthetic pigment content, effective quantum yield of photosystem II), antioxidant activity (catalase and phenolic compounds), and leaf water retention capacity. F. sylvatica exhibited the highest tolerance to thermal stress, maintaining both photosynthetic function and leaf hydration. Q. petraea showed an intermediate response, characterized by elevated antioxidant activity. In contrast, F. excelsior recorded the lowest physiological and biochemical values, indicating increased vulnerability to thermal stress. Additionally, the physiological condition of Quercus robur trees revealed greater tolerance in individuals with green foliage compared to those with yellow-brown leaves. These findings suggest species-specific and condition-dependent differences in physiological adaptation mechanisms linked to foliar functional status.

Die Zunahme von Hitzewellen und extremen Temperaturen in den letzten Jahren wirkt sich negativ auf Bäume aus, indem sie deren Wachstumsprozesse hemmt und ihre Fähigkeit zur Bewältigung von Hitzestress verringert. Vor diesem Hintergrund ist die Identifizierung physiologischer und biochemischer Erholungsprozesse bei ökologisch und wirtschaftlich wertvollen Baumarten von Bedeutung für die nachhaltige Forstwirtschaft. In dieser Studie wurden Blätter aus zwei Wälder dominiert durch Quercus petraea und Q. robur im Naturschutzgebiet Plaiul Fagului (Republik Moldau) gesammelt. Die Untersuchung bewertete die physiologischen und biochemischen Erholungsprozesse in abgetrennten Blättern von F. sylvatica, Q. petraea, Q. robur, Carpinus betulus und Fraxinus excelsior, die zehn Tage lang unter kontrollierten Bedingungen inkubiert wurden, nachdem die Bäume natürlichem Hitzestress ausgesetzt waren. Die Analysen zeigten signifikante Unterschiede zwischen den drei Arten hinsichtlich ihrer Erholungsfähigkeit, basierend auf funktionellen Parametern (Gehalt an photosynthetischen Pigmenten, Chlorophyllfluoreszenz), der Aktivität von Antioxidantien (Katalase und phenolische Verbindungen) sowie der Wasserhaltekapazität der Blätter. F. sylvatica zeigte die höchste Toleranz gegenüber Hitzestress und erhielt sowohl die photosynthetische Funktionalität als auch die Blattwasserhaltung aufrecht. Q. petraea wies eine mittlere Reaktion auf, die sich durch eine erhöhte antioxidative Aktivität auszeichnete. F. excelsior hingegen verzeichnete die niedrigsten Werte der physiologischen und biochemischen Indikatoren, was auf eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber Hitzestress hinweist. Zugleich zeigte die Analyse des physiologischen Zustands von Quercus robur eine höhere Toleranz gegenüber Hitzestress bei den Individuen mit grünem Laub im Vergleich zu jenen mit gelb-bräunlichem Blattwerk. Diese Ergebnisse deuten auf artspezifische und zustandsabhängige Unterschiede in den physiologischen Anpassungsreaktionen in Abhängigkeit vom funktionellen Zustand des Blattapparates hin.