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.

Impacts of LEDs in the Red Spectrum on the Germination, Early Seedling Growth and Antioxidant Metabolism of Pea (Pisum sativum L.) and Melon (Cucumis melo L.)

“…It is interesting to notice that in both melon and pea seedlings, DHAR activity was undetectable. This response implies that ascorbate can be recycled by the MDHAR pathway, which uses NADPH as reducing power, which is much more efficient from an energy point of view, instead of the DHAR pathway, which uses GSH as electron donor [40].…”

Some physiological and biochemical changes of micropropagated Rhynchostylis gigantea during ex vitro acclimatization and greenhouse stages

“…Trong quá trình này, cây con phải thích nghi với sự thay đổi của môi trường sống từ nhân tạo (giàu đường, phytohormone và có độ ẩm cao) đến tự nhiên trong một thời gian ngắn 4 . Vì vậy, nhiều nghiên cứu về các biến đổi sinh lí hóa sinh trong giai đoạn luyện cây ex vitro ở một số loài thực vật đã được tiến hành như ở cây táo 5 , cây dâu tằm (Morus nigra L.) 6 , cây Etlingera elatior 7 , lan Hoàng thảo (Dendrobium) 8 , cỏ ngọt (Stevia rebaudiana) 9 . Nhiều biến đổi về sinh lý, hóa sinh rất đáng chú ý giúp thực vật có thể thích nghi với môi trường mới đã được nghiên cứu, trong đó có hoạt độ một số enzyme chống oxi hóa cũng như các chất bảo vệ thẩm thấu.…”

“…Hoạt độ của các enzyme trên của cây Đầu đài Ấn Độ (Tylophora indica) đều tăng trong thời kì luyện ex vitro so với cây in vitro 12 . So với ở cây cỏ ngọt in vitro, hoạt độ guaiacol peroxidase (GPX) tăng cao trong cây ở giai đoạn 2, 7, 14 và 21 ngày nhưng giảm về mức ban đầu ở ngày 28 của quá trình luyện ex vitro 9 . Bên cạnh đó, proline, một chất bảo vệ thẩm thấu, giúp cây chống lại stress cũng được nghiên cứu ở cây in vitro trong giai đoạn luyện ex vitro 13,14…”

“…Sau đó hoạt độ GPX giảm xuống ở ngày 28 (bằng 1,37 lần so với ở ngày 0) và lại tăng lên ở các ngày 84 và 140 (lần lượt bằng 1,74 và 2,11 lần so với ở ngày 0). Biến động hoạt độ GPX trong cây lan Đai châu ở thời kì đầu luyện ex vitro trong nghiên cứu này có điểm tương đồng với biến động hoạt độ GPX ở cây cỏ ngọt, theo đó, hoạt độ GPX ở cây cỏ ngọt ở các ngày 2, 7, 14 của quá trình luyện ex vitro tăng cao hơn hai lần so với cây in tro, sau đó giảm dần ở giai đoạn ngày 21 (bằng 1,2 lần so với ở cây in vitro) và ngày 28 (bằng với ở cây in vitro) 9 . Sự biến động hoạt độ GPX của cây lan Đai châu trong nghiên cứu này cũng có thể so sánh với sự biến động ascorbate peroxidase (APX) ở cây Đầu đài Ấn Độ 12 , hoạt độ enzyme này của cây in vitro thấp hơn so với ở cây ex vitro trong 28 ngày luyện cây.…”

“…Hai enzyme này đã được chứng minh cùng có hoạt độ tăng lên khi cây gặp điều kiện bất lợi 31 . Sự tăng trở lại hoạt độ GPX ở các thời điểm ngày 84 và 140 trong nhà lưới có thể liên quan đến sự sinh trưởng của cây lan Đai châu đã thích nghi với môi trường tự nhiên, vì GPX đã được chứng minh có hoạt độ cao liên quan đến sự làm cứng thành tế bào, một bộ phận của quá trình biệt hóa ở thực vật 9 . Nhìn chung, kết quả phân tích hàm lượng proline, hoạt độ enzyme GPX có sự liên quan đến hàm lượng nước, hàm lượng chất khô cũng như cường độ thoát hơi nước trong nghiên cứu này.…”