Development of a standardized methodology for quantifying total chlorophyll and carotenoids from foliage of hardwood and conifer tree species

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Abstract:

Despite the availability of several protocols for the extraction of chlorophylls and carotenoids from foliage of forest trees, information regarding their respective extraction efficiencies is scarce. We compared the efficiencies of acetone, ethanol, dimethyl sulfoxide (DMSO), and N, N-dimethylformamide (DMF) over a range of incubation times for the extraction of chlorophylls and carotenoids using small amounts of unmacerated tissue. Of the 11 species studied, comparable amounts of chlorophyll were extracted by all four solvents from three species and by ethanol and DMF from nine species. In four species, acetone, ethanol, and DMF extracted comparable chlorophyll amounts, while in another two species comparable amounts were extracted by ethanol, DMSO, and DMF. In one species, ethanol extracted significantly greater amounts of chlorophyll compared with all other solvents. The brown coloration of DMSO extracts for some species compromised the calculations of chlorophylls and carotenoids, making DMSO a poor choice. Overall, extraction efficiencies of ethanol and DMF were comparable for analyzing chlorophyll concentrations. However, because DMF is more toxic than ethanol, we recommend ethanol as the better option of these two for chlorophyll extractions. On the other hand, DMF is the most efficient solvent among the four tested for the extraction of carotenoids from these species. The results presented will facilitate the design of multispecies local- and regional-scale ecological studies to evaluate forest health. Additionally, they will enable reliable comparisons of results from multiple laboratories and (or) studies that used different solvents and help validate chlorophyll estimates obtained by remote sensing.

Bien qu’il existe plusieurs protocoles pour extraire la chlorophylle et les caroténoïdes du feuillage des arbres forestiers, les informations concernant leur efficacité relative sont rares. Nous avons comparé l’efficacité de l’acétone, de l’éthanol, du diméthylsulfoxyde (DMSO) et du N, N-diméthylformamide (DMF) en utilisant différentes périodes d’incubation pour l’extraction de la chlorophylle et des caroténoïdes à partir de tissus non macérés. Parmi les 11 espèces étudiées, des quantités comparables de chlorophylle ont été extraites avec les quatre solvants chez trois espèces et avec l’éthanol et le DMF chez neuf espèces. Chez quatre espèces, l’acétone, l’éthanol et le DMF ont extrait des quantités comparables de chlorophylle tandis que chez deux autres espèces, c’était l’éthanol, le DMSO et le DMF. Chez une espèce, l’éthanol a extrait des quantités significativement plus élevées de chlorophylle que les autres solvants. Chez certaines espèces le DMSO n’est pas la meilleure option parce que la coloration brune des extraits compromet l’exactitude du calcul des quantités de chlorophylle et de caroténoïdes. Entre deux options comparables pour l’extraction de la chlorophylle chez la plupart des espèces, nous recommandons l’éthanol plutôt que le DMF à cause de la toxicité de ce dernier. Cependant, le DMF est le seul solvant qui peut efficacement extraire les caroténoïdes chez ces espèces. Les données présentées dans cette étude vont faciliter la conception des études écologiques qui comportent plusieurs espèces pour évaluer l’état de santé de la forêt. De plus, elles vont permettre de faire des comparaisons fiables entre les résultats provenant de plusieurs laboratoires ou études qui utilisent différents solvants et aider à valider les estimations de la chlorophylle obtenues par télédétection.

Document Type: Research Article

Publication date: April 1, 2009

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