Effectiveness of the photochemical reflectance index to track photosynthetic activity over a range of forest tree species and plant water statuses

Riassunto – Le potenzialità dell’indice di riflettanza fogliare PRI (photochemical reflectance index) sono state valutate per tracciare l’attività fotosintetica in condizioni di limitazione idraulica da stress idrico estivo, mettendo a confronto tale indice con misure fisiologiche di attività fotosintetica e misure biochimiche di contenuti di pigmenti fotosintetici (clorofilla e xantofille) in numerose specie arboree di interesse forestale soggette a condizioni progressive di stress idrico. PRI diminuisce con il potenziale idrico fogliare prima dell’alba, e è stata rilevata un’associazione significativa tra PRI e stato di depossidazione delle xantofille (DEPS), sebbene sia presenta un’ampia variabilità interspecifica nella sensitività del PRI alle variazioni di DEPS. Per le singole specie arboree, è stata osservata una forte relazione tra PRI e i tassi fotosintetici a luce saturante e PRI e l’efficienza massima del fotosistema II (ΔF/Fm′); con una maggiore dispersione della relazione su l’intero campione di specie. Una migliore correlazione con i parametri fotosintetici è stata osservata utilizzando ΔPRI (la differenza tra i valori di PRI all’alba e quelli a metà giornata). Il lavoro evidenzia che l’indice PRI può essere utilizzato per stimare l’assimilazione massima di CO2 a luce saturante e l’efficienza massima del fotosistema II per le singole specie forestali anche in condizioni di stress idrico. In condizioni di mescolanza di specie l’indice presenta maggiori incertezze per gli effetti confondenti legati a diversi valori iniziali di PRI e per la diversa sensitività del PRI a variazioni di DEPS con le carenze idriche. Abstract - In this study, we investigated the potential of the photochemical reflectance index (PRI) to track photosynthetic activity under water stress conditions by measuring PRI, leaf fluorescence, the xanthophyll cycle and photosynthetic activity in different forest tree species subjected to progressive drought. The PRI declined with pre-dawn water potential and a significant relationship between PRI and the xanthophyll de-epoxidation state (DEPS) was observed, although with large interspecific variability in the sensitivity of PRI to changes in DEPS. For single tree species, a strong relationship was observed on either PRI light saturated photosynthesis or PRI maximum photochemical efficiency of PSII (ΔF/Fm′); a larger variability in both relationships was apparent when data from different species were pooled together. However, an improved correlation was shown only in the former relationship by plotting the ΔPRI (dawn PRI minus the midday PRI values). Thus, we conclude that PRI is able to provide a good estimate of maximum CO2 assimilation at saturating light and ΔF/Fm′ for single tree species, despite the severe drought conditions applied. PRI should be applied more cautiously when dealing with multispecific forests because of confounding factors such as the strong interspecific differences in the initial value of PRI and in the sensitivity of PRI to changes in DEPS in response to drought.