Variación estacional de la respuesta antioxidante química de cuatro especies del bosque siempreverde de Aysén

Abstract

El bosque siempreverde de Aysén, al igual que todos los ecosistemas, está sujeto a la variación estacional de condiciones ambientales tales como la temperatura, las precipitaciones, la radiación UV-B, la intensidad de la luz, etc., las cuales podrían alcanzar valores extremos por efectos del cambio climático. Específicamente, se ha reportado que las temperaturas extremas, la falta o exceso de agua y los altos niveles de radiación UV B e intensidad de la luz, causan estrés oxidativo en las plantas por la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS). Ante esta situación, estos organismos generan una respuesta al estrés abiótico activando sus sistemas antioxidantes enzimático y no enzimático. El aumento del contenido de polifenoles es una de las respuestas no enzimáticas al estrés oxidativo. Estos compuestos son una amplia familia de metabolitos secundarios, que incluye flavonoides, cumarinas, entre otros. Diversos estudios informan el aumento en la concentración de compuestos fenólicos en plantas luego de haber sido expuestas a condiciones de estrés abiótico. En este sentido, al conocer la respuesta antioxidante estacional de las plantas, es posible establecer las condiciones ambientales que las afectan y así poder predecir su respuesta a los cambios en las condiciones ambientales derivados del cambio climático. Por lo anterior, en esta investigación se propuso estudiar la relación entre la concentración de polifenoles, flavonoides, la capacidad antioxidante de los extractos foliares de cuatro especies nativas (Rhaphithamnus spinosus, Nothofagus betuloides, Nothofagus nitida y Weinmannia trichosperma) del bosque siempreverde de Aysén (Reserva Nacional Río Simpson) y la variación de las condiciones ambientales (temperaturas, precipitaciones e índices de radiación UV-B) durante las cuatro estaciones de dos años consecutivos (2018-2019). La cuantificación total de flavonoides y polifenoles se realizó mediante los métodos del cloruro de aluminio y Folin-Ciocalteu, respectivamente. El análisis de la capacidad antioxidante se realizó mediante el método de apagamiento del radical 2,2-difenil-1- picrilhidracilo (DPPH) y mediante la reducción del ión cúprico del complejo con neocuproína (CUPRAC). Se encontró que los extractos foliares de todas las especies experimentan cambios estacionales significativos en su respuesta antioxidante. Incluso, se observó que en algunas especies la respuesta antioxidante depende de la ubicación de los individuos en el bosque. En cuanto a la relación entre la respuesta antioxidante y las variables ambientales, se encontró que las especies de dosel, Nothofagus betuloides y Nothofagus nitida, mostraron una disminución de su capacidad antioxidante aquellos días de altas temperaturas (>13 °C) y de mayor radiación UV-B acumulada en un mes, sugiriendo que un aumento de temperatura, dentro de los rangos estudiados, no es una condición de estrés para estas especies. Por otra parte, Rhaphitamnus spinosus aumentó su capacidad de evitar el daño oxidativo provocado por radicales libres a medida que aumentó la cantidad de agua caída en un periodo de cinco días antes de la toma de muestra. Este resultado sugiere una mayor susceptibilidad de esta especie a experimentar estrés oxidativo ante las intensas lluvias o en suelos inundados. Finalmente, W. trichosperma fue la especie que presentó el mayor contenido total de fenoles y la mayor capacidad antioxidante (DPPH y CUPRAC). Su respuesta antioxidante química no se correlacionó con ninguna de las variables ambientales estudiadas.

The evergreen forest of Aysén, like all ecosystems, is subject to seasonal variation in environmental conditions such as temperature, rainfall, UV-B radiation, light intensity, etc., which could reach extreme values due to the effect of climate change. Specifically, it has been reported that extreme temperatures, lack or excess of rainfall, and high levels of UV-B radiation and light intensity, cause oxidative stress in plants by the generation of reactive oxygen species (ROS). In this context, these organisms generate a response to abiotic stress by activating their enzymatic and non-enzymatic antioxidant systems. Increased polyphenol content is one of the non-enzymatic responses to oxidative stress. These compounds are a wide family of secondary metabolites, which includes flavonoids, coumarins, among others. Several studies report the increase in the concentration of phenolic compounds in plants after being exposed to abiotic stress conditions. Moreover, by knowing the seasonal antioxidant response of plants, it is possible to establish the environmental conditions that affect them, and thus, to be able to predict their response to changes in environmental conditions derived from climate change. Therefore, the aim of this research was to study the relationship between the concentration of polyphenols, thetotal flavonoid content, the antioxidant capacity of the foliar extracts of four native species (Rhaphithamnus spinosus, Nothofagus betuloides, Nothofagus nitida and Weinmannia trichosperma) of the evergreen forest of Aysén (Río Simpson National Reserve) and the variation in environmental conditions (temperatures, rainfall and UV-B radiation indices) throughout the years 2018 and 2019. The total flavonoid and phenolic contents were performed by the aluminum chloride and Folin-Ciocalteu methods, respectively. The analysis of the antioxidant capacity was carried out using the 2,2- diphenyl-1-picrylhydrazyl radical quenching method (DPPH) and by reducing copper (II) from the complex with neocuproin (CUPRAC). The foliar extracts of all species exhibit significant seasonal changes in their antioxidant response. It was even observed that in some species the antioxidant response depends on the location of the individuals in the forest. Regarding the relationship between antioxidant response and environmental variables, it was found that the canopy species, Nothofagus betuloides and Nothofagus nitida, showed a decrease in their antioxidant capacity on days of high temperatures (> 13 °C) and higher UV-B radiation accumulated in a month. This suggests that an increase in temperature, within the ranges studied, is not a stressful condition for these species. Besides, Rhaphitamnus spinosus increased its ability to prevent oxidative damage caused by free radicals as rainfall increased in a five-day period prior to sampling. This result suggests a greater susceptibility of this species to oxidative stress due to intense rains. W. trichosperma showed the highest total phenolic content and antioxidant capacities (DPPH and CUPRAC). There was no correlation between its antioxidant response and any of the environmental variables analyzed