Fluorescence testing of European beech in the Northern Podillia National Nature Park

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33730/2310-4678.1.2026.359979

Keywords:

monitoring, bioinformatics, ecosystem, vitality index, physiological state, adaptive potential, photosynthesis

Abstract

The fluorescent parameters of European beech (Fagus sylvatica L.) were investigated in forest communities of the Northern Podillia National Nature Park. The scientific and practical significance of analyzing fluorescent parameters for integrated monitoring of forest ecosystem condition is substantiated. The relevance of monitoring studies of dendroflora lies in establishing a baseline of environmental data to assess the state and dynamics of the park’s ecosystems. Reconnaissance surveys of forest stands were conducted, and fluorescence intensity was measured in trees of different age classes growing under diverse forest ecological conditions. Based on the numerical characteristics of fluorescence intensity dynamics, a tree vitality index and indicator parameters reflecting the influence of exogenous and endogenous factors were calculated. The highest vitality index values were recorded for old-growth trees, attributed to optimal light conditions and site characteristics. In contrast, understory saplings exhibited reduced vitality index values due to decreased light availability, reflecting a decline in the potential activity of the photosynthetic apparatus. Variations in the tree vitality index were observed across different site conditions. The observed decrease in vitality index values is associated with relatively lower soil fertility and water availability, reflecting stress-induced adaptive responses of plant physiological functions to varying environmental conditions and representing a primary cause of photosynthetic inactivation. Based on fluorescence testing and bioinformatic analysis, the physiological state and adaptive potential of European beech within the Northern Podillia National Nature Park were determined. The obtained data on changes in tree fluorescence parameters confirm the photosynthetic apparatus’s sensitivity to environmental factors and substantiate the suitability of European beech as a test object for assessing edaphic and hydrogeological conditions on the territory. It was established that the fluorescence method is promising for monitoring the sanitary condition of forest stands, as it enables the determination of an integral, scientifically informative parameter — the tree vitality index. The practical applicability of modern fluorescence-based express testing methods for vegetation is justified, as these methods provide a correlational synthesis of photobiological mechanisms of photosynthesis and graph-analytical information, which is essential for the development of information and diagnostic systems for integrated ecosystem monitoring, biodiversity conservation, and protection of the floristic gene pool of protected natural areas.

References

  1. Lichtenthaler, H. K. (1992). The Kautsky effect: 60 years of chlorophyll fluorescence induction kinetics. Photosynthetica, 27, 45–55.
  2. Cavender-Bares, J., & Bazzaz, F. A. (2004). From leaves to ecosystems: Using chlorophyll fluorescence to assess photosynthesis and plant function in ecological studies. In G. C. Papageorgiou & Govindjee (Eds.), Chlorophyll a fluorescence (Vol. 19). Dordrecht: Springer. doi: 10.1007/978-1-4020-3218-9_29
  3. Zait, Y., Shemer, O. E., & Cochavi, A. (2024). Dynamic responses of chlorophyll fluorescence parameters to drought across diverse plant families. Physiologia Plantarum, 176(5), e14527. doi: 10.1111/ppl.14527
  4. Faseela, P., Sinisha, A. K., Brestič, M., & Puthur, J. T. (2020). Chlorophyll a fluorescence parameters as indicators of a particular abiotic stress in rice. Photosynthetica, 58(SI), 293–300. doi: 10.32615/ps.2019.147
  5. Baker, N. R., & Rosenqvist, E. (2004). Applications of chlorophyll fluorescence can improve crop production strategies: An examination of future possibilities. Journal of Experimental Botany, 55(403), 1607–1621. doi: 10.1093/jxb/erh196
  6. Wang, L., He, P., Hui, M., Li, H., Sun, A., Yin, H., & Gao, X. (2024). Metabolomics combined with transcriptomics and physiology reveals the regulatory responses of soybean plants to drought stress. Frontiers in Genetics, 15, 1458656. doi: 10.3389/fgene.2024.1458656
  7. Jiao, Q., & Hu, X. (2025). Recent advances and emerging trends in chlorophyll fluorescence parameter Fv/Fm. Phyton: International Journal of Experimental Botany, 94(9), 2615–2630. doi: 10.32604/phyton.2025.069246
  8. Bhardwaj, A., Kaur, S., Padhiar, D., & Nayyar, H. (2024). Phenotyping for heat tolerance in food crops. Plant Physiology Reports, 29(4), 736–748. doi: 10.1007/s40502-024-00833-0
  9. Al-Tamimi, N., Langan, P., Bernád, V., Walsh, J., Mangina, E., & Negrão, S. (2022). Capturing crop adaptation to abiotic stress using image-based technologies. Open Biology, 12(6), 210353. doi: 10.1098/rsob.210353
  10. Elfanah, A. M. S., Darwish, M. A., Selim, A. I., Elmoselhy, O. M. A., Ali, A. M., El-Maghraby, M. A., & Abdelhamid, M. T. (2023). Hyperspectral reflectance and agro-physiological traits for field identification of salt-tolerant wheat genotypes using the genotype by yield trait biplot technique. Frontiers in Plant Science, 14, 1165113. doi: 10.3389/fpls.2023.1165113
  11. Sun, D., & Wang, Q. (2018). Linear relationships between photosynthetic rate and photochemical energy expressed by PAR × Fv/Fm. American Journal of Plant Sciences, 9(2), 125–138. doi: 10.4236/ajps.2018.92011
  12. Nichol, C. J., Drolet, G., Porcar-Castell, A., Wade, T., Sabater, N., Middleton, E. M., MacLellan, C., Levula, J., Mammarella, I., Vesala, T., & Atherton, J. (2019). Diurnal and seasonal solar induced chlorophyll fluorescence and photosynthesis in a boreal Scots pine canopy. Remote Sensing, 11(3), 273. doi: 10.3390/rs11030273
  13. Perez-Priego, O., Guan, J., Rossini, M., Fava, F., Wutzler, T., Moreno, G., … Migliavacca, M. (2015). Sun-induced chlorophyll fluorescence and photochemical reflectance index improve remote-sensing gross primary production estimates under varying nutrient availability in a typical Mediterranean savanna ecosystem. Biogeosciences, 12(21), 6351–6367. doi: 10.5194/bg-12-6351-2015
  14. Bartold, M., & Kluczek, M. (2024). Estimating of chlorophyll fluorescence parameter Fv/Fm for plant stress detection at peatlands under Ramsar Convention with Sentinel-2 satellite imagery. Ecological Informatics, 81, 102603. doi: 10.1016/j.ecoinf.2024.102603
  15. Кучерявий, В. П., Мокрий, В. І., Гнатів, П. С., Пахолюк, М. П., & Артемовська, Д. В. (1992). Оптоелектронний метод тестування фотосинтетичного апарату в урбогенних умовах. У Тезах доповідей 44-ої науковотехнічної конференції ЛЛТІ (с. 42–43). Львів: ЛЛТІ.
  16. Мокрий, В. І., Гриджук, С. Д., & Панківський, Ю. І. (1999). Флуоресцентний метод тестування стійкості рослин урбанізованого середовища. Науковий вісник, 9.8, 107–109.
  17. Мокрий, В. І., Мудрак, О. В., Петрушка, І. М., Гречаник, Р. М., Арустамян, Е. М., & Мудрак, Г. В. (2023). Флуоресцентне тестування бука європейського у ботанічних пам’ятках природи Львова. Український журнал природничих наук, 3, 7–23. doi: 10.32782/naturaljournal.3.2023.7-23
  18. Mokryy, V., Trofimchuk, О., Pohrebennyk, V., Politylo, R., Radchuk, V., Radchuk, I., Zagorodnya, S., & Кurlyak, I. (2016). Biophysical monitoring of forest ecosystems. Acta Facultatis Studiorum Humanitatis et Naturae Universitatis Presoviensis: Natural Sciences, 43, 166–171.
  19. Бондаренко, Т. В., Мокрий, В. І., & Паславський, М. М. (2012). Флуоресцентне тестування підліскових чагарників природного заповідника “Медобори”. Науковий вісник Національного університету біоресурсів і природокористування України. Сер.: Лісівництво та декоративне садівництво, 171(1), 38–43. Взято з http://nbuv.gov.ua/UJRN/nvnau_lis_2012_171%281%29__8
  20. Петрушка, І. М., Мокрий, В. І., Арустамян, Е. М., Паньковська, Г. П., & Сомар, Г. В. (2025). Кореляційнорегресійний аналіз флуоресценції букових лісів Національного природного парку “Північне Поділля”. Грааль науки, 58, 297–304. doi: 10.36074/grail-of-science.14.11.2025.034
  21. Китаєв, О., Клочан, П., & Романов, В. (2005). Портативний хронофлуорометр для експрес-діагностики фотосинтезу “Флоратест”. У Збірнику доповідей конференції-звіту з комплексної програми фундаментальних досліджень НАН України у галузі сенсорних систем та технологій (с. 59). Київ.
  22. Костенко, С. М., Китаєв, О. І., & Ковалевський, С. Б. (2014). Індукція флуоресценції хлорофілу листків представників роду Philadelphus L. в умовах міста Києва. Науковий вісник НЛТУ України, 24(4), 209–213.
  23. Манько, М. В., Олексійченко, Н. О., & Китаєв, О. І. (2016). Особливості індукції флуоресценції хлорофілу в листках рослин культиварів Acer platanoides L. в умовах міста Києва. Науковий вісник НЛТУ України, 26(5), 102–109.
  24. Олексійченко, Н. О., Китаєв, О. І., Совакова, М. О., Соваков, О. В., & Борщевський, М. О. (2013). Особливості індукції флуоресценції хлорофілу в листках деревних рослин в умовах урбанізованого середовища. Біоресурси і природокористування, 5(5–6), 107–112. Взято з http://nbuv.gov.ua/UJRN/bpc_2013_5_5-6_14
  25. Олексійченко, Н. О. (2009). Індукція флуоресценції хлорофілу листя липи серцелистої у вуличних насадженнях Києва. Наукові праці Лісівничої академії наук України, 7, 95–97.
  26. Мамонова, Р. Ю., Китаєв, О. І., Шихалєєва, Г. М., Слюсар, С. І., & Колесник, Ю. С. (2018). Функціональна діагностика адаптивності інтродукованих видів роду сніжноягідник (Symphoricarpos Duhamel) в умовах Києва. Наукові доповіді НУБіП України, 1(71), 113–134.
  27. Шепелюк, М. О., Ковалевський, С. Б., & Китаєв, О. І. (2017). Флуоресценція хлорофілу та її індукційні зміни в листках деревних рослин в умовах урбанізованого середовища міста Луцька. Науковий вісник НЛТУ України, 27(1), 101–105. doi: 10.15421/40270122
  28. Кирик, М. М., Таранухо, Ю. М., Таранухо, М. П., Китаєв, О. І., Скряга, В. А., & Артеменко, Д. М. (2011). Діагностика вірусної інфекції смородини чорної та малини методом індукції флуоресценції хлорофілу листків. Вісник аграрної науки, 10, 26–28.
  29. Капустяник, В. Б., & Мокрий, В. І. (2009). Прикладна спектроскопія. Львів: Видавничий центр ЛНУ ім. Івана Франка.
  30. Lichtenthaler, H., Buschmann, C., & Knapp, M. (2005). How to correctly determine the different chlorophyll fluorescence parameters and the chlorophyll fluorescence decrease ratio Rfd of leaves with the PAM fluorometer. Photosynthetica, 43(3), 379–393. doi: 10.1007/s11099-005-0062-6
  31. Rao, L., Li, S., & Cui, X. (2021). Leaf morphology and chlorophyll fluorescence characteristics of mulberry seedlings under waterlogging stress. Scientific Reports, 11, 13379. doi: 10.1038/s41598-021-92782-z

Downloads

Published

2026-02-17

Issue

No. 1 (2026)

Section

Articles

License

  1. The authors reserve the right to authorship their work and pass the journal the right to publish this work under a Creative Commons Attribution License license, which allows other persons to freely distribute the published work with the obligatory The authors of the original work and the first publication of this magazine.
  2. The authors have the right to make independent additional agreements on the nonexclusive dissemination of the work in the form in which it was published by this magazine (for example, to post work in the company's electronic storage or to publish as a monograph) , subject to the first publication of the link to this journal.
  3. Journal policy allows and encourages the placement of authors on the Internet (for example, in the repositories of institutions or on personal websites) manuscript work as to the presentation of this manuscript to the editorial board and during its editorial processing, as it contributes to The productive scientific discussion and positively affects the efficiency and dynamics of citation published work (see The Effect of Open Access).