Antioxidant Metabolism and Chlorophyll Fluorescence during the Acclimatisation to Ex Vitro Conditions of Micropropagated Stevia rebaudiana Bertoni Plants

Abstract

In this study, the functioning of antioxidant metabolism and photosynthesis efficiency during the acclimatisation of Stevia rebaudiana plants to ex vitro conditions was determined. A high percentage of acclimatised plants (93.3%) was obtained after four weeks. According to the extent of lipid peroxidation, an oxidative stress occurred during the first hours of acclimatisation. A lower activity of monodehydroascorbate reductase (MDHAR) than dehydroascorbate reductase (DHAR) was observed after 2 days of acclimatisation. However, after 7 days of acclimatisation, stevia plants activated the MDHAR route to recycle ascorbate, which is much more efficient energetically than the DHAR route. Superoxide dismutase and catalase activities showed a peak of activity after 7 days of acclimatisation, suggesting a protection against reactive oxygen species. Peroxidase activity increased about 2-fold after 2 days of acclimatisation and remained high until day 14, probably linked to the cell wall stiffening and the lignification processes. In addition, a progressive increase in the photochemical quenching parameters and the electronic transport rate was observed, coupled with a decrease in the non-photochemical quenching parameters, which indicate a progressive photosynthetic efficiency during this process. Taken together, antioxidant enzymes, lipid peroxidation, and chlorophyll fluorescence are proven as suitable tools for the physiological state evaluation of micropropagated plants during acclimatisation to ex vitro conditions.

En este estudio, se determinó el funcionamiento del metabolismo antioxidante y la eficiencia fotosintética durante la aclimatación de plantas de Stevia rebaudiana a condiciones ex vitro. Se obtuvo un alto porcentaje de plantas aclimatadas (93.3%) después de cuatro semanas. Según la extensión de la peroxidación lipídica, se produjo un estrés oxidativo durante las primeras horas de aclimatación. Se observó una menor actividad de la monodeshidroascorbato reductasa (MDHAR) que de la deshidroascorbato reductasa (DHAR) después de 2 días de aclimatación. Sin embargo, después de 7 días de aclimatación, las plantas de stevia activaron la ruta de la MDHAR para reciclar el ascorbato, que es mucho más eficiente energéticamente que la ruta de la DHAR. Las actividades de superóxido dismutasa y catalasa mostraron un pico de actividad después de 7 días de aclimatación, lo que sugiere una protección contra especies reactivas de oxígeno. La actividad de la peroxidasa aumentó aproximadamente 2 veces después de 2 días de aclimatación y se mantuvo alta hasta el día 14, probablemente vinculada a los procesos de endurecimiento de la pared celular y lignificación. Además, se observó un aumento progresivo en los parámetros de disipación fotoquímica y la tasa de transporte electrónico, junto con una disminución en los parámetros de disipación no fotoquímica, lo que indica una eficiencia fotosintética progresiva durante este proceso. En conjunto, las enzimas antioxidantes, la peroxidación lipídica y la fluorescencia de la clorofila se han demostrado como herramientas adecuadas para la evaluación del estado fisiológico de plantas micropropagadas durante la aclimatación a condiciones ex vitro.