Antioxidant response of the invasive herb Ambrosia artemisiifolia L. to different irradiance levels Réponse antioxydant de l’herbe envahissante Ambrosia artemisiifolia L. à différents taux de flux énergétique

Abstract

The exotic invasive Ambrosia artemisiifolia L. and a native co-occurring species in southern China, Urena lobata L., were compared to investigate the possible protective role of leaf antioxidant systems in the acclimation of invasive plants to different irradiance levels. Antioxidant activities of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), and catalase (CAT) were examined under four irradiance regimes: 10% (dense shade), 30% (low irradiance), 55% (medium irradiance) and 100% (full irradiance). Free proline (Pro) content and the rate of lipid peroxidation in terms of malondialdehyde (MDA) content, glutathione reductase (GR), and tea polyphenols (TP) were also assessed under the different irradiance regimes. Antioxidant enzyme activity of SOD and CAT and the MDA, GR and TP contents for the two species increased with increasing irradiance levels. Invasive A. artemisiifolia was able to scavenge oxygen radicals more efficiently at higher irradiance levels by enhancing CAT activity and GR and TP contents although leaf SOD activity was not greatly enhanced. This exotic species also maintained normal physiological functions when subjected to low irradiance, which might be attributed to the increase in POD activity with decreasing irradiance levels. The higher efficiency of adaptive responses of antioxidant enzymes may protect plants from irradiance-induced stress and may contribute to the invasiveness of A. artemisiifolia in subtropical and tropical regions.

Keywords:

• Abiotic stress,
• Ambrosia artemisiifolia,
• antioxidative enzymes,
• common ragweed,
• invasive plants,
• irradiance,
• lipid peroxidation,
• Urena lobata

Résumé

Dans le sud de la Chine, l’espèce exotique envahissante Ambrosia artemisiifolia L. a été comparée à une espèce indigène compagne, Urena lobata L., afin d’évaluer le rôle protecteur potentiel fourni par les systèmes antioxydants de la feuille lors de l’acclimatation des plantes envahissantes soumises à différents taux de flux énergétique. Les activités antioxydants de la superoxyde dismutase (SOD), de la peroxydase (POD) et de la catalase (CAT) ont été examinées sous quatre régimes de flux énergétique : 10 % (ombrage dense), 30 % (faible flux énergétique), 55 % (flux énergétique moyen) et 100 % (flux énergétique complet). Le contenu en proline libre (Pro) et le taux de peroxydation lipidique en termes de malonaldéhyde (MDA), de réductase de glutathion (RG) et de polyphénols de thé (PT) ont également été évalués pour différents taux de flux énergétique. Les activités enzymatiques antioxydantes de SOD et de CAT et les contenus en MDA, RG et PT des deux espèces ont augmenté avec l’augmentation des taux de flux énergétique. L’espèce invasive A. artemisiifolia était en mesure de récupérer les radicaux d’oxygène plus efficacement à un taux de flux énergétique plus élevé grâce à une activité accrue de la CAT et des contenus de RG et PT plus élevés, bien que l’activité de la SOD dans la feuille n’ait pas beaucoup augmentée. Cette espèce exotique a également maintenu des fonctions physiologiques normales lorsque soumise à de faible taux de flux énergétique, ce qui pourrait être attribuable à l’augmentation de l’activité de la POD en lien avec une diminution du taux de flux énergétique. Une plus grande efficacité des réactions adaptatives des enzymes antioxidants pourrait protéger les plantes du stress relié au flux énergétique et contribuer à l’envahissement de l’A. artemisiifolia dans les régions tropicales et subtropicales.

Mots clés:

• Ambrosia artemisiifolia,
• enzymes antioxydants,
• flux énergétique,
• peroxydation lipidique,
• petite herbe à poux,
• plantes envahissantes,
• stress abiotique,
• Urena lobata