Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com. Versiunea de browser pe care o utilizați are suport limitat pentru CSS. Pentru cele mai bune rezultate, vă recomandăm să utilizați o versiune mai nouă a browserului dvs. (sau să dezactivați modul de compatibilitate în Internet Explorer). Între timp, pentru a asigura asistență continuă, afișăm site-ul fără stiluri sau JavaScript.
Contaminarea cu cadmiu (Cd) reprezintă o potențială amenințare la adresa siguranței cultivării plantei medicinale Panax notoginseng în Yunnan. În condiții de stres exogen de Cd, au fost efectuate experimente pe teren pentru a înțelege efectele aplicării de var (0, 750, 2250 și 3750 kg/h/m2) și pulverizării foliare cu acid oxalic (0, 0,1 și 0,2 mol/L) asupra acumulării de Cd și antioxidant. Componente sistemice și medicinale ale Panax notoginseng. Rezultatele au arătat că, în condiții de stres de Cd, varul și pulverizarea foliară cu acid oxalic pot crește conținutul de Ca2+ al Panax notoginseng și pot reduce toxicitatea Cd2+. Adăugarea de var și acid oxalic a crescut activitatea enzimelor antioxidante și a modificat metabolismul regulatorilor osmotici. Cea mai semnificativă este creșterea activității CAT de 2,77 ori. Sub influența acidului oxalic, activitatea SOD a crescut de 1,78 ori. Conținutul de MDA a scăzut cu 58,38%. Există o corelație foarte semnificativă cu zahărul solubil, aminoacizii liberi, prolina și proteina solubilă. Varul și acidul oxalic pot crește conținutul de ioni de calciu (Ca2+) al Panax notoginseng, pot reduce conținutul de Cd, pot îmbunătăți rezistența la stres a Panax notoginseng și pot crește producția de saponine și flavonoide totale. Conținutul de Cd este cel mai mic, cu 68,57% mai mic decât cel al lotului de control și corespunde valorii standard (Cd≤0,5 mg kg-1, GB/T 19086-2008). Proporția de SPN a fost de 7,73%, atingând cel mai înalt nivel dintre toate tratamentele, iar conținutul de flavonoide a crescut semnificativ cu 21,74%, atingând valori medicale standard și randamentul optim.
Cadmiul (Cd) este un contaminant comun al solurilor cultivate, migrează ușor și are o toxicitate biologică semnificativă. El-Shafei și colab.2 au raportat că toxicitatea cadmiului afectează calitatea și productivitatea plantelor utilizate. Nivelurile excesive de cadmiu în solul cultivat din sud-vestul Chinei au devenit serioase în ultimii ani. Provincia Yunnan este regatul biodiversității din China, speciile de plante medicinale ocupând primul loc în țară. Cu toate acestea, provincia Yunnan este bogată în resurse minerale, iar procesul de minerit duce inevitabil la poluarea solului cu metale grele, ceea ce afectează producția de plante medicinale locale.
Panax notoginseng (Burkill) Chen3) este o plantă medicinală erbacee perenă foarte valoroasă, aparținând genului Panax din familia Araliaceae. Panax notoginseng îmbunătățește circulația sângelui, elimină stagnarea sângelui și ameliorează durerea. Principala zonă de producție este Prefectura Wenshan, provincia Yunnan5. Peste 75% din solul din zonele locale de cultivare a ginsengului Panax notoginseng este contaminat cu cadmiu, cu niveluri care variază de la 81% la peste 100% în diferite zone6. Efectul toxic al Cd reduce, de asemenea, semnificativ producția de componente medicinale ale Panax notoginseng, în special saponine și flavonoide. Saponine sunt un tip de compus glicozidic ale cărui aglicone sunt triterpenoide sau spirostane. Acestea sunt principalele ingrediente active ale multor medicamente tradiționale chinezești și conțin saponine. Unele saponine au, de asemenea, activitate antibacteriană sau activități biologice valoroase, cum ar fi efecte antipiretice, sedative și anticancerigene7. Flavonoidele se referă în general la o serie de compuși în care două inele benzenice cu grupări hidroxil fenolice sunt conectate prin trei atomi de carbon centrali. Nucleul principal este 2-fenilcromanona 8. Este un antioxidant puternic care poate elimina eficient radicalii liberi de oxigen din plante. De asemenea, poate inhiba penetrarea enzimelor biologice inflamatorii, poate promova vindecarea rănilor și ameliorarea durerii și poate reduce nivelul colesterolului. Este unul dintre principalele ingrediente active ale Panax notoginseng. Există o nevoie urgentă de a aborda problema contaminării cu cadmiu a solurilor din zonele de producție a Panax ginseng și de a asigura producția ingredientelor sale medicinale esențiale.
Varul este unul dintre agenții de pasivare utilizați pe scară largă pentru purificarea staționară a solului de la contaminarea cu cadmiu10. Acesta afectează adsorbția și depunerea Cd în sol prin reducerea biodisponibilității Cd în sol prin creșterea valorii pH-ului și modificarea capacității de schimb cationic a solului (CEC), a saturației în săruri a solului (BS) și a potențialului redox al solului (Eh)3, 11. În plus, varul furnizează o cantitate mare de Ca2+, formează antagonism ionic cu Cd2+, concurează pentru locurile de adsorbție din rădăcini, previne transportul Cd în sol și are o toxicitate biologică scăzută. Când s-au adăugat 50 mmol L-1 Ca sub stres de Cd, transportul Cd în frunzele de susan a fost inhibat, iar acumularea de Cd a fost redusă cu 80%. O serie de studii similare au fost raportate la orez (Oryza sativa L.) și alte culturi12,13.
Pulverizarea foliară a culturilor pentru a controla acumularea de metale grele este o metodă nouă de control al metalelor grele în ultimii ani. Principiul său este legat în principal de reacția de chelare din celulele plantelor, care are ca rezultat depunerea metalelor grele pe peretele celular și inhibă absorbția metalelor grele de către plante14,15. Ca agent de chelare diacid stabil, acidul oxalic poate chela direct ionii de metale grele din plante, reducând astfel toxicitatea. Cercetările au arătat că acidul oxalic din soia poate chela Cd2+ și elibera cristale care conțin Cd prin celulele tricomilor superiori, reducând nivelurile de Cd2+ din organism16. Acidul oxalic poate regla pH-ul solului, poate spori activitatea superoxid dismutazei (SOD), peroxidazei (POD) și catalazei (CAT) și poate regla penetrarea zahărului solubil, a proteinelor solubile, a aminoacizilor liberi și a prolinei. Regulatori metabolici17,18. Acidul și excesul de Ca2+ din plantă formează un precipitat de oxalat de calciu sub acțiunea proteinelor în nucleație. Reglarea concentrației de Ca2+ în plante poate realiza eficient reglarea acidului oxalic dizolvat și a Ca2+ în plante și poate evita acumularea excesivă de acid oxalic și Ca2+19,20.
Cantitatea de var aplicată este unul dintre factorii cheie care influențează efectul de reparare. S-a constatat că doza de var a variat între 750 și 6000 kg/m2. Pentru solul acid cu un pH de 5,0~5,5, efectul aplicării varului la o doză de 3000~6000 kg/h/m este semnificativ mai mare decât la o doză de 750 kg/h/m221. Cu toate acestea, aplicarea excesivă de var va avea unele efecte negative asupra solului, cum ar fi modificări semnificative ale pH-ului solului și compactarea solului22. Prin urmare, am definit nivelurile de tratament cu CaO ca fiind 0, 750, 2250 și 3750 kg hm-2. Când acidul oxalic a fost aplicat la Arabidopsis thaliana, s-a constatat că Ca2+ a fost redus semnificativ la o concentrație de 10 mmol L-1, iar familia de gene CRT, care afectează semnalizarea Ca2+, a răspuns puternic20. Acumularea unor studii anterioare ne-a permis să determinăm concentrația acestui test și să studiem în continuare efectul interacțiunii suplimentelor exogene asupra Ca2+ și Cd2+23,24,25. Prin urmare, acest studiu își propune să exploreze mecanismul de reglare al pulverizării exogene cu var și acid oxalic asupra conținutului de Cd și toleranței la stres a Panax notoginseng în solul contaminat cu Cd și să exploreze în continuare modalități de a asigura mai bine calitatea și eficacitatea medicinală. Producția de Panax notoginseng. El oferă îndrumări valoroase privind creșterea scării cultivării plantelor erbacee în solurile contaminate cu cadmiu și atingerea producției durabile și de înaltă calitate cerute de piața farmaceutică.
Folosind ca material soiul local de ginseng Wenshan Panax notoginseng, a fost efectuat un experiment pe teren în Lannizhai, județul Qiubei, prefectura Wenshan, provincia Yunnan (24°11′N, 104°3′E, altitudine 1446 m). Temperatura medie anuală este de 17°C, iar precipitațiile medii anuale sunt de 1250 mm. Valorile de fond ale solului studiat au fost TN 0,57 g kg-1, TP 1,64 g kg-1, TC 16,31 g kg-1, OM 31,86 g kg-1, N hidrolizat alcalin 88,82 mg kg-1, fără fosfor 18,55 mg kg-1, potasiu liber 100,37 mg kg-1, cadmiu total 0,3 mg kg-1, pH 5,4.
Pe 10 decembrie 2017, s-au amestecat 6 mg/kg Cd2+ (CdCl2·2.5H2O) și s-a aplicat pe suprafața solului un strat de 0~10 cm pe fiecare parcelă, împreună cu un tratament cu var (0, 750, 2250 și 3750 kg/h/m2). Fiecare tratament a fost repetat de 3 ori. Parcelele de testare sunt amplasate aleatoriu, fiecare parcelă acoperind o suprafață de 3 m2. Răsadurile de Panax notoginseng în vârstă de un an au fost transplantate după 15 zile de arare. Când se utilizează o plasă de umbrelă, intensitatea luminoasă a Panax notoginseng din interiorul plasei este de aproximativ 18% din intensitatea luminoasă naturală normală. Cultivarea se efectuează conform metodelor tradiționale locale de cultivare. Înainte de stadiul de coacere a Panax notoginseng în 2019, se pulverizează acid oxalic sub formă de oxalat de sodiu. Concentrațiile de acid oxalic au fost de 0, 0,1 și respectiv 0,2 mol L-1, iar NaOH a fost utilizat pentru a ajusta pH-ul la 5,16 pentru a simula pH-ul mediu al soluției de levigare a așternutului. Pulverizați suprafețele superioare și inferioare ale frunzelor o dată pe săptămână, la ora 8:00. După pulverizarea de 4 ori în a 5-a săptămână, au fost recoltate plante de Panax notoginseng în vârstă de 3 ani.
În noiembrie 2019, plante de Panax notoginseng în vârstă de trei ani au fost colectate de pe câmp și pulverizate cu acid oxalic. Unele probe de plante de Panax notoginseng în vârstă de trei ani, care trebuiau măsurate pentru metabolismul fiziologic și activitatea enzimatică, au fost plasate în tuburi pentru congelare, congelate rapid cu azot lichid și apoi transferate la frigider la -80°C. Unele probe de rădăcini care urmau să fie măsurate pentru conținutul de Cd și ingredient activ în stadiul de maturitate au fost spălate cu apă de la robinet, uscate la 105°C timp de 30 de minute, la greutate constantă la 75°C și măcinate într-un mojar pentru depozitare.
Se cântăresc 0,2 g de probă de plantă uscată, se introduce într-un balon Erlenmeyer, se adaugă 8 ml HNO3 și 2 ml HClO4 și se acoperă peste noapte. A doua zi, se folosește o pâlnie curbată plasată într-un balon Erlenmeyer pentru digestie electrotermică până când apare fum alb și sucurile digestive devin limpezi. După răcirea la temperatura camerei, amestecul a fost transferat într-un balon cotat de 10 ml. Conținutul de Cd a fost determinat folosind un spectrometru de absorbție atomică (Thermo ICE™ 3300 AAS, SUA). (GB/T 23739-2009).
Se cântăresc 0,2 g de probă de plantă uscată, se pune într-o sticlă de plastic de 50 ml, se adaugă 1 mol L-1 HCL în 10 ml, se închide capacul și se agită bine timp de 15 ore, apoi se filtrează. Folosind o pipetă, se pipetează cantitatea necesară de filtrat, se diluează corespunzător și se adaugă soluție de SrCl2 pentru a aduce concentrația de Sr2+ la 1 g L-1. Conținutul de Ca a fost măsurat folosind un spectrometru de absorbție atomică (Thermo ICE™ 3300 AAS, SUA).
Metoda kitului de referință pentru malondialdehidă (MDA), superoxid dismutază (SOD), peroxidază (POD) și catalază (CAT) (DNM-9602, Beijing Prong New Technology Co., Ltd., înregistrare produs), utilizați kitul de măsurare corespunzător. Nr.: Farmacopeea Beijing (precisă) 2013 nr. 2400147).
Se cântăresc aproximativ 0,05 g de probă Panax notoginseng și se adaugă reactiv antronă-acid sulfuric de-a lungul marginilor tubului. Se agită tubul timp de 2-3 secunde pentru a amesteca bine lichidul. Se așează tubul pe un suport pentru tuburi pentru a dezvolta culoare timp de 15 minute. Conținutul de zahăr solubil a fost determinat prin spectrofotometrie ultraviolet-vizibil (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) la o lungime de undă de 620 nm.
Se cântăresc 0,5 g dintr-o probă proaspătă de Panax notoginseng, se macină până se omogenizează cu 5 ml de apă distilată și apoi se centrifughează la 10.000 g timp de 10 minute. Supernatantul a fost diluat la un volum fix. S-a utilizat metoda Coomassie Brilliant Blue. Conținutul de proteine ​​solubile a fost măsurat utilizând spectrofotometria ultraviolet-vizibilă (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) la o lungime de undă de 595 nm și calculat pe baza curbei standard a albuminei serice bovine.
Se cântăresc 0,5 g de probă proaspătă, se adaugă 5 ml de acid acetic 10%, se macină până se obține un omogenizat, se filtrează și se diluează până la volum constant. Metoda de dezvoltare a culorii a fost utilizată cu o soluție de ninhidrină. Conținutul de aminoacizi liberi a fost determinat prin spectrofotometrie UV-vizibilă (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) la 570 nm și calculat pe baza curbei standard a leucinei28.
Se cântăresc 0,5 g de probă proaspătă, se adaugă 5 ml de soluție 3% de acid sulfosalicilic, se încălzește într-o baie de apă și se agită timp de 10 minute. După răcire, soluția a fost filtrată și adusă la un volum constant. S-a utilizat metoda colorimetrică cu ninhidrină acidă. Conținutul de prolină a fost determinat prin spectrofotometrie ultraviolet-vizibil (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) la o lungime de undă de 520 nm și calculat pe baza curbei standard a prolinei29.
Conținutul de saponină a fost determinat prin cromatografie lichidă de înaltă performanță, cu referire la Farmacopeea Republicii Populare Chineze (ediția 2015). Principiul de bază al cromatografiei lichide de înaltă performanță este utilizarea lichidului de înaltă presiune ca fază mobilă și aplicarea tehnologiei de separare a particulelor ultrafine din cromatografia pe coloană de înaltă performanță la faza staționară. Tehnica de operare este următoarea:
Condiții HPLC și test de adecvare a sistemului (Tabelul 1): Se utilizează silicagel legat de octadecilsilan ca material de umplutură, acetonitril ca fază mobilă A și apă ca fază mobilă B. Se efectuează eluția în gradient așa cum se arată în tabelul de mai jos. Lungimea de undă de detecție este de 203 nm. Conform vârfului R1 al saponinelor totale de Panax notoginseng, numărul de talere teoretice trebuie să fie de cel puțin 4000.
Prepararea soluției standard: Se cântăresc cu precizie ginsenozida Rg1, ginsenozida Rb1 și notoginsenozida R1 și se adaugă metanol pentru a prepara un amestec care conține 0,4 mg ginsenozidă Rg1, 0,4 mg ginsenozidă Rb1 și 0,1 mg notoginsenozidă R1 per 1 ml de soluție.
Prepararea soluției de testat: Se cântăresc 0,6 g pulbere de Panax ginseng și se adaugă 50 ml de metanol. Soluția amestecată a fost cântărită (W1) și lăsată peste noapte. Soluția amestecată a fost apoi fiartă ușor într-o baie de apă la 80°C timp de 2 ore. După răcire, se cântărește soluția amestecată și se adaugă metanolul preparat la prima masă W1. Apoi se agită bine și se filtrează. Filtratul se lasă pentru analiză.
Se colectează cu precizie 10 μL din soluția standard și 10 μL din filtrat și se injectează într-un cromatograf de lichide de înaltă performanță (Thermo HPLC-ultimate 3000, Seymour Fisher Technology Co., Ltd.) pentru a determina conținutul de saponină 24.
Curbă standard: măsurarea unei soluții standard mixte de Rg1, Rb1 și R1. Condițiile de cromatografie sunt aceleași ca mai sus. Calculați curba standard prin reprezentarea grafică a ariei vârfului măsurate pe axa y și a concentrației de saponină din soluția standard pe axa x. Concentrația de saponină poate fi calculată prin substituirea ariei vârfului măsurate a probei în curba standard.
Se cântăresc 0,1 g de probă de P. notogensings și se adaugă 50 ml de soluție de CH3OH 70%. Extracția cu ultrasunete a fost efectuată timp de 2 ore, urmată de centrifugare la 4000 rpm timp de 10 minute. Se ia 1 ml de supernatant și se diluează de 12 ori. Conținutul de flavonoide a fost determinat utilizând spectrofotometria ultraviolet-vizibilă (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) la o lungime de undă de 249 nm. Quercetina este una dintre substanțele standard comune8.
Datele au fost organizate folosind software-ul Excel 2010. Pentru analiza varianței datelor s-a utilizat software-ul statistic SPSS 20. Imaginile au fost realizate folosind Origin Pro 9.1. Valorile statistice calculate includ media ± deviația standard. Declarațiile privind semnificația statistică se bazează pe P < 0,05.
La aceeași concentrație de acid oxalic pulverizat pe frunze, conținutul de Ca din rădăcinile de Panax notoginseng a crescut semnificativ odată cu creșterea cantității de var aplicate (Tabelul 2). Comparativ cu absența varului, conținutul de Ca a crescut cu 212% la adăugarea a 3750 kg/h/m2 de var fără pulverizarea acidului oxalic. Pentru aceeași cantitate de var aplicată, conținutul de Ca a crescut ușor odată cu creșterea concentrației de acid oxalic pulverizat.
Conținutul de Cd din rădăcini variază între 0,22 și 0,70 mg kg-1. La aceeași concentrație de pulverizare a acidului oxalic, pe măsură ce cantitatea de var adăugată crește, conținutul de Cd de 2250 kg/h scade semnificativ. Comparativ cu lotul de control, conținutul de Cd din rădăcini a scăzut cu 68,57% după pulverizarea cu 2250 kg hm-2 var și 0,1 mol l-1 acid oxalic. Când s-au aplicat var fără var și 750 kg/h var, conținutul de Cd din rădăcinile de Panax notoginseng a scăzut semnificativ odată cu creșterea concentrației de acid oxalic pulverizat. Când s-au aplicat 2250 kg/m2 var și 3750 kg/m2 var, conținutul de Cd din rădăcini a scăzut mai întâi și apoi a crescut odată cu creșterea concentrației de acid oxalic. În plus, analiza bivariată a arătat că varul a avut un efect semnificativ asupra conținutului de Ca din rădăcinile de Panax notoginseng (F = 82,84**), varul a avut un efect semnificativ asupra conținutului de Cd din rădăcinile de Panax notoginseng (F = 74,99**) și asupra acidului oxalic (F=7,72*).
Pe măsură ce cantitatea de var adăugată și concentrația de acid oxalic pulverizat au crescut, conținutul de MDA a scăzut semnificativ. Nu a existat o diferență semnificativă în conținutul de MDA la rădăcinile de Panax notoginseng fără adăugarea de var și cu adăugarea a 3750 kg/m2 de var. La rate de aplicare de 750 kg/h/m2 și 2250 kg/h/m2, conținutul de var al tratamentului cu pulverizare cu acid oxalic 0,2 mol/L a scăzut cu 58,38%, respectiv 40,21%, comparativ cu lipsa tratamentului cu pulverizare cu acid oxalic. Cel mai scăzut conținut de MDA (7,57 nmol g-1) a fost observat la pulverizarea a 750 kg hm-2 de var și 0,2 mol l-1 de acid oxalic (Fig. 1).
Efectul pulverizării foliare cu acid oxalic asupra conținutului de malondialdehidă din rădăcinile de Panax notoginseng aflate în stres cu cadmiu. Notă: Legenda din figură indică concentrația de acid oxalic la momentul pulverizării (mol L-1), literele mici diferite indică diferențe semnificative între tratamentele cu aceeași aplicare de var. număr (P < 0,05). Același lucru se întâmplă și mai jos.
Cu excepția aplicării a 3750 kg/h var, nu a existat o diferență semnificativă în activitatea SOD la rădăcinile de Panax notoginseng. La adăugarea a 0, 750 și 2250 kg/h/m2 de var, activitatea SOD atunci când a fost tratată prin pulverizare cu acid oxalic la o concentrație de 0,2 mol/l a fost semnificativ mai mare decât fără utilizarea acidului oxalic, crescând cu 177,89%, 61,62% și respectiv 45,08%. Activitatea SOD la rădăcini (598,18 U g-1) a fost cea mai mare în absența aplicării de var și atunci când a fost tratată prin pulverizare cu acid oxalic la o concentrație de 0,2 mol/l. Când acidul oxalic a fost pulverizat la aceeași concentrație sau 0,1 mol L-1, activitatea SOD a crescut odată cu creșterea cantității de var adăugate. După pulverizarea cu 0,2 mol/L acid oxalic, activitatea SOD a scăzut semnificativ (Fig. 2).
Efectul pulverizării frunzelor cu acid oxalic asupra activității superoxid dismutazei, peroxidazei și catalazei la rădăcinile de Panax notoginseng sub stres de cadmiu
La fel ca activitatea SOD la rădăcini, activitatea POD la rădăcinile tratate fără var și pulverizate cu 0,2 mol L-1 de acid oxalic a fost cea mai mare (63,33 µmol g-1), cu 148,35% mai mare decât în ​​cazul controlului (25,50 µmol g-1). Odată cu creșterea concentrației de acid oxalic pulverizat și a tratamentului cu var de 3750 kg/m2, activitatea POD a crescut mai întâi și apoi a scăzut. Comparativ cu tratamentul cu 0,1 mol L-1 de acid oxalic, activitatea POD atunci când a fost tratată cu 0,2 mol L-1 de acid oxalic a scăzut cu 36,31% (Fig. 2).
Cu excepția pulverizării a 0,2 mol/l acid oxalic și a adăugării a 2250 kg/h/m2 sau 3750 kg/h/m2 var, activitatea CAT a fost semnificativ mai mare decât în ​​cazul controlului. La pulverizarea a 0,1 mol/l acid oxalic și adăugarea a 0,2250 kg/m2 sau 3750 kg/h/m2 var, activitatea CAT a crescut cu 276,08%, 276,69% ​​și, respectiv, 33,05%, comparativ cu tratamentul fără pulverizare de acid oxalic. Activitatea CAT la rădăcini a fost cea mai mare (803,52 μmol/g) în tratamentul fără var și în tratamentul cu 0,2 mol/L acid oxalic. Activitatea CAT a fost cea mai mică (172,88 μmol/g) când a fost tratată cu 3750 kg/h/m2 de var și 0,2 mol/L acid oxalic (Fig. 2).
Analiza bivariată a arătat că activitatea CAT și activitatea MDA a rădăcinilor de Panax notoginseng au fost semnificativ asociate cu cantitatea de acid oxalic sau var pulverizat și cu cele două tratamente (Tabelul 3). Activitatea SOD în rădăcini a fost semnificativ legată de tratamentul cu var și acid oxalic sau de concentrația de acid oxalic pulverizat. Activitatea POD a rădăcinilor a fost semnificativ dependentă de cantitatea de var aplicată sau de tratamentul cu var și acid oxalic.
Conținutul de zaharuri solubile din rădăcini a scăzut odată cu creșterea cantității de var aplicat și a concentrației de acid oxalic pulverizat. Nu a existat o diferență semnificativă în conținutul de zaharuri solubile la rădăcinile de Panax notoginseng fără aplicare de var și când s-au aplicat 750 kg/h/m de var. Când s-au aplicat 2250 kg/m2 de var, conținutul de zaharuri solubile atunci când a fost tratat cu 0,2 mol/L acid oxalic a fost semnificativ mai mare decât cel atunci când a fost tratat fără pulverizare cu acid oxalic, crescând cu 22,81%. Când s-au aplicat 3750 kg h/m2 de var, conținutul de zaharuri solubile a scăzut semnificativ odată cu creșterea concentrației de acid oxalic pulverizat. Conținutul de zaharuri solubile atunci când a fost tratat cu 0,2 mol L-1 de acid oxalic a scăzut cu 38,77% comparativ cu cel fără pulverizare cu acid oxalic. În plus, tratamentul cu pulverizare cu acid oxalic 0,2 mol·L-1 a avut cel mai mic conținut de zaharuri solubile, care a fost de 205,80 mg·g-1 (Fig. 3).
Efectul pulverizării foliare cu acid oxalic asupra conținutului de zahăr total solubil și proteine ​​solubile din rădăcinile de Panax notoginseng supuse stresului de cadmiu
Conținutul de proteine ​​solubile din rădăcini a scăzut odată cu creșterea cantităților de var aplicat și a tratamentului cu acid oxalic pulverizat. Fără adăugarea de var, conținutul de proteine ​​solubile, atunci când au fost tratați cu acid oxalic pulverizat la o concentrație de 0,2 mol L-1, a fost redus semnificativ cu 16,20% comparativ cu lotul de control. Nu au existat diferențe semnificative în conținutul de proteine ​​solubile al rădăcinilor de Panax notoginseng atunci când s-au aplicat 750 kg/h de var. În condițiile de aplicare a 2250 kg/h/m² de var, conținutul de proteine ​​solubile al tratamentului cu acid oxalic pulverizat 0,2 mol/L a fost semnificativ mai mare decât cel al tratamentului cu acid non-oxalic pulverizat (35,11%). Când s-au aplicat 3750 kg·h/m² de var, conținutul de proteine ​​solubile a scăzut semnificativ pe măsură ce concentrația de acid oxalic pulverizat a crescut, cel mai scăzut conținut de proteine ​​solubile (269,84 μg·g-1) fiind atunci când tratamentul cu acid oxalic pulverizat a fost de 0,2 mol·L-1 (Fig. 3).
Nu au existat diferențe semnificative în conținutul de aminoacizi liberi din rădăcina de Panax notoginseng în absența aplicării de var. Pe măsură ce concentrația de acid oxalic pulverizat a crescut și s-a adăugat 750 kg/h/m2 de var, conținutul de aminoacizi liberi a scăzut mai întâi, apoi a crescut. Comparativ cu tratamentul fără pulverizare cu acid oxalic, conținutul de aminoacizi liberi a crescut semnificativ cu 33,58% la pulverizarea a 2250 kg hm-2 de var și 0,2 mol l-1 de acid oxalic. Conținutul de aminoacizi liberi a scăzut semnificativ odată cu creșterea concentrației de acid oxalic pulverizat și adăugarea a 3750 kg/m2 de var. Conținutul de aminoacizi liberi din tratamentul cu pulverizare cu acid oxalic 0,2 mol L-1 a fost redus cu 49,76% comparativ cu tratamentul cu pulverizare fără acid oxalic. Conținutul de aminoacizi liberi a fost cel mai mare fără pulverizare cu acid oxalic și a fost de 2,09 mg g-1. Tratamentul cu pulverizare cu acid oxalic 0,2 mol/L a avut cel mai mic conținut de aminoacizi liberi (1,05 mg/g) (Fig. 4).
Efectul pulverizării frunzelor cu acid oxalic asupra conținutului de aminoacizi liberi și prolină din rădăcinile de Panax notoginseng în condiții de stres cu cadmiu
Conținutul de prolină din rădăcini a scăzut odată cu creșterea cantității de var aplicate și a cantității de acid oxalic pulverizat. Nu au existat diferențe semnificative în conținutul de prolină al rădăcinii de Panax ginseng atunci când nu s-a aplicat var. Pe măsură ce concentrația de acid oxalic pulverizat a crescut și aplicarea a 750 sau 2250 kg/m2 de var a crescut, conținutul de prolină a scăzut mai întâi și apoi a crescut. Conținutul de prolină al tratamentului cu pulverizare de acid oxalic 0,2 mol L-1 a fost semnificativ mai mare decât cel al tratamentului cu pulverizare de acid oxalic 0,1 mol L-1, crescând cu 19,52%, respectiv 44,33%. Când s-au adăugat 3750 kg/m2 de var, conținutul de prolină a scăzut semnificativ odată cu creșterea concentrației de acid oxalic pulverizat. După pulverizarea a 0,2 mol L-1 de acid oxalic, conținutul de prolină a scăzut cu 54,68% comparativ cu cel fără pulverizare cu acid oxalic. Cel mai scăzut conținut de prolină a fost obținut la tratarea cu 0,2 mol/l acid oxalic și a fost de 11,37 μg/g (Fig. 4).
Conținutul total de saponine din Panax notoginseng este Rg1>Rb1>R1. Nu a existat o diferență semnificativă în conținutul celor trei saponine odată cu creșterea concentrației de acid oxalic pulverizat și a concentrației fără aplicarea de var (Tabelul 4).
Conținutul de R1 după pulverizarea a 0,2 mol L-1 de acid oxalic a fost semnificativ mai mic decât în ​​cazul s-a efectuat fără pulverizarea acidului oxalic și aplicarea unei doze de var de 750 sau 3750 kg/m2. La o concentrație de acid oxalic pulverizat de 0 sau 0,1 mol/L, nu a existat o diferență semnificativă în conținutul de R1 odată cu creșterea cantității de var adăugate. La o concentrație de pulverizare de 0,2 mol/L de acid oxalic, conținutul de R1 în 3750 kg/h/m2 de var a fost semnificativ mai mic decât 43,84% fără adăugarea de var (Tabelul 4).
Pe măsură ce concentrația de acid oxalic pulverizat a crescut și s-au adăugat 750 kg/m2 de var, conținutul de Rg1 a crescut mai întâi și apoi a scăzut. La rate de aplicare a varului de 2250 și 3750 kg/h, conținutul de Rg1 a scăzut odată cu creșterea concentrației de acid oxalic pulverizat. La aceeași concentrație de acid oxalic pulverizat, pe măsură ce cantitatea de var crește, conținutul de Rg1 crește mai întâi și apoi scade. Comparativ cu lotul de control, cu excepția conținutului de Rg1 în trei concentrații de acid oxalic și tratamentele cu var de 750 kg/m2, care a fost mai mare decât în ​​lotul de control, conținutul de Rg1 în rădăcinile de Panax notoginseng în celelalte tratamente a fost mai mic decât în ​​lotul de control. Conținutul maxim de Rg1 a fost atins la pulverizarea a 750 kg/h/m2 de var și 0,1 mol/l acid oxalic, care a fost cu 11,54% mai mare decât în ​​lotul de control (Tabelul 4).
Pe măsură ce concentrația de acid oxalic pulverizat și cantitatea de var aplicată au crescut la un debit de 2250 kg/h, conținutul de Rb1 a crescut mai întâi și apoi a scăzut. După pulverizarea a 0,1 mol L-1 de acid oxalic, conținutul de Rb1 a atins o valoare maximă de 3,46%, cu 74,75% mai mare decât fără pulverizarea acidului oxalic. Pentru alte tratamente cu var, nu au existat diferențe semnificative între diferitele concentrații de acid oxalic pulverizat. După pulverizarea cu 0,1 și 0,2 mol L-1 de acid oxalic, pe măsură ce cantitatea de var a crescut, conținutul de Rb1 a scăzut mai întâi și apoi a scăzut (Tabelul 4).
La aceeași concentrație de pulverizare cu acid oxalic, pe măsură ce cantitatea de var adăugată a crescut, conținutul de flavonoide a crescut mai întâi și apoi a scăzut. Nu s-a detectat nicio diferență semnificativă în conținutul de flavonoide la pulverizarea diferitelor concentrații de acid oxalic fără var și 3750 kg/m2 de var. La adăugarea a 750 și 2250 kg/m2 de var, pe măsură ce concentrația de acid oxalic pulverizat a crescut, conținutul de flavonoide a crescut mai întâi și apoi a scăzut. La aplicarea a 750 kg/m2 și pulverizarea acidului oxalic la o concentrație de 0,1 mol/l, conținutul de flavonoide a fost maxim - 4,38 mg/g, ceea ce este cu 18,38% mai mare decât la adăugarea aceleiași cantități de var, nefiind necesară pulverizarea acidului oxalic. Conținutul de flavonoide la tratarea cu acid oxalic pulverizat 0,1 mol L-1 a crescut cu 21,74% comparativ cu tratamentul fără acid oxalic și tratamentul cu var la o doză de 2250 kg/m2 (Fig. 5).
Efectul pulverizării frunzelor cu oxalat asupra conținutului de flavonoide din rădăcina de Panax notoginseng sub stres de cadmiu
Analiza bivariată a arătat că, în rădăcinile de Panax notoginseng, conținutul de zahăr solubil a fost semnificativ dependent de cantitatea de var aplicată și de concentrația de acid oxalic pulverizat. Conținutul de proteine ​​solubile din rădăcini a fost corelat semnificativ cu doza de var și acid oxalic. Conținutul de aminoacizi liberi și prolină din rădăcini a fost corelat semnificativ cu cantitatea de var aplicată, concentrația de acid oxalic pulverizat, var și acid oxalic (Tabelul 5).
Conținutul de R1 din rădăcinile de Panax notoginseng a depins semnificativ de concentrația acidului oxalic pulverizat, de cantitatea de var, var și acid oxalic aplicată. Conținutul de flavonoide a depins semnificativ de concentrația acidului oxalic pulverizat și de cantitatea de var adăugată.
Numeroase adaosuri au fost utilizate pentru a reduce nivelurile de cadmiu din plante prin fixarea cadmiului în sol, cum ar fi varul și acidul oxalic30. Varul este utilizat pe scară largă ca amendament pentru sol pentru a reduce nivelurile de cadmiu din culturi31. Liang și colab.32 au raportat că acidul oxalic poate fi utilizat și pentru remedierea solului contaminat cu metale grele. După adăugarea de concentrații variabile de acid oxalic în solul contaminat, conținutul de materie organică din sol a crescut, capacitatea de schimb cationic a scăzut și pH-ul a crescut33. Acidul oxalic poate reacționa, de asemenea, cu ionii metalici din sol. În condiții de stres la Cd, conținutul de Cd din Panax notoginseng a crescut semnificativ în comparație cu controlul. Cu toate acestea, dacă se utilizează var, acesta este redus semnificativ. Când s-au aplicat 750 kg/h/m² de var în acest studiu, conținutul de Cd al rădăcinilor a atins standardul național (limita de Cd este Cd≤0,5 mg/kg, AQSIQ, GB/T 19086-200834), iar efectul a fost bun. Cel mai bun efect se obține prin adăugarea a 2250 kg/m2 de var. Adăugarea de var creează un număr mare de situsuri de competiție pentru Ca2+ și Cd2+ în sol, iar adăugarea de acid oxalic reduce conținutul de Cd din rădăcinile de Panax notoginseng. După amestecarea varului cu acidul oxalic, conținutul de Cd din rădăcina de Panax ginseng a scăzut semnificativ și a atins standardul național. Ca2+ din sol este adsorbit la suprafața rădăcinii printr-un proces de flux masic și poate fi absorbit în celulele rădăcinii prin canale de calciu (canale de Ca2+), pompe de calciu (Ca2+-AT-Pase) și antiportatori Ca2+/H+, și apoi transportat orizontal la rădăcini. Xilem23. A existat o corelație negativă semnificativă între conținutul de Ca și Cd din rădăcini (P < 0,05). Conținutul de Cd a scăzut odată cu creșterea conținutului de Ca, ceea ce este în concordanță cu ideea de antagonism între Ca și Cd. ANOVA a arătat că cantitatea de var a avut un efect semnificativ asupra conținutului de Ca din rădăcina de Panax notoginseng. Pongrack și colab. 35 au raportat că Cd se leagă de oxalat în cristalele de oxalat de calciu și concurează cu Ca. Cu toate acestea, efectul reglator al acidului oxalic asupra Ca a fost nesemnificativ. Acest lucru arată că precipitarea oxalatului de calciu din acidul oxalic și Ca2+ nu este o simplă precipitare, iar procesul de coprecipitare poate fi controlat de mai multe căi metabolice.
Sub stresul cauzat de cadmiu, în plante se formează o cantitate mare de specii reactive de oxigen (ROS), care deteriorează structura membranelor celulare36. Conținutul de malondialdehidă (MDA) poate fi utilizat ca indicator pentru a evalua nivelul de ROS și gradul de deteriorare a membranei plasmatice a plantelor37. Sistemul antioxidant este un mecanism de protecție important pentru eliminarea speciilor reactive de oxigen38. Activitățile enzimelor antioxidante (inclusiv POD, SOD și CAT) sunt de obicei modificate de stresul cauzat de cadmiu. Rezultatele au arătat că conținutul de MDA a fost corelat pozitiv cu concentrația de Cd, indicând faptul că gradul de peroxidare a lipidelor din membrana plantelor s-a adâncit odată cu creșterea concentrației de Cd37. Acest lucru este în concordanță cu rezultatele studiului realizat de Ouyang și colab.39. Acest studiu arată că conținutul de MDA este influențat semnificativ de var, acid oxalic, var și acid oxalic. După nebulizarea a 0,1 mol L-1 de acid oxalic, conținutul de MDA din Panax notoginseng a scăzut, indicând faptul că acidul oxalic ar putea reduce biodisponibilitatea nivelurilor de Cd și ROS din Panax notoginseng. Sistemul enzimatic antioxidant este locul în care are loc funcția de detoxifiere a plantei. SOD elimină O2 conținut în celulele plantei și produce O2 netoxic și H2O2 cu toxicitate scăzută. POD și CAT elimină H2O2 din țesuturile plantei și catalizează descompunerea H2O2 în H2O. Pe baza analizei proteomului iTRAQ, s-a constatat că nivelurile de expresie proteică ale SOD și PAL au fost scăzute, iar nivelul de expresie al POD a crescut după aplicarea de var sub stres Cd40. Activitățile CAT, SOD și POD la rădăcina de Panax notoginseng au fost afectate semnificativ de doza de acid oxalic și var. Tratamentul prin pulverizare cu 0,1 mol L-1 de acid oxalic a crescut semnificativ activitatea SOD și CAT, dar efectul de reglare asupra activității POD nu a fost evident. Acest lucru arată că acidul oxalic accelerează descompunerea ROS sub stresul de Cd și completează în principal eliminarea H2O2 prin reglarea activității CAT, ceea ce este similar cu rezultatele cercetărilor lui Guo și colab.41 asupra enzimelor antioxidante ale Pseudospermum sibiricum. Kos. ). Efectul adăugării a 750 kg/h/m2 de var asupra activității enzimelor sistemului antioxidant și conținutului de malondialdehidă este similar cu efectul pulverizării cu acid oxalic. Rezultatele au arătat că tratamentul cu pulverizare cu acid oxalic ar putea spori mai eficient activitățile SOD și CAT la Panax notoginseng și ar putea spori rezistența la stres a Panax notoginseng. Activitățile SOD și POD au fost reduse prin tratamentul cu 0,2 mol L-1 de acid oxalic și 3750 kg hm-2 de var, indicând faptul că pulverizarea excesivă a unor concentrații mari de acid oxalic și Ca2+ poate provoca stres plantelor, ceea ce este în concordanță cu studiul lui Luo și colab. Wait 42.