Dziękujemy za odwiedzenie strony Nature.com. Używana przez Ciebie wersja przeglądarki ma ograniczoną obsługę CSS. Aby uzyskać najlepsze rezultaty, zalecamy korzystanie z nowszej wersji przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w przeglądarce Internet Explorer). W międzyczasie, aby zapewnić ciągłą obsługę, wyświetlamy witrynę bez stylów i JavaScriptu.
Zanieczyszczenie kadmem (Cd) stanowi potencjalne zagrożenie dla bezpieczeństwa uprawy rośliny leczniczej Panax notoginseng w Junnanie. W warunkach stresu egzogennego Cd przeprowadzono eksperymenty polowe w celu zrozumienia wpływu wapnowania (0, 750, 2250 i 3750 kg/h/m2) i opryskiwania dolistnego kwasem szczawiowym (0, 0,1 i 0,2 mol/l) na akumulację Cd i przeciwutleniacza. Systemowe i lecznicze składniki Panax notoginseng. Wyniki wykazały, że w warunkach stresu Cd wapnowanie i opryskiwanie dolistne kwasem szczawiowym może zwiększyć zawartość Ca2+ w Panax notoginseng i zmniejszyć toksyczność Cd2+. Dodatek wapna i kwasu szczawiowego zwiększył aktywność enzymów antyoksydacyjnych i zmienił metabolizm regulatorów osmotycznych. Najbardziej znaczący jest wzrost aktywności CAT o 2,77 raza. Pod wpływem kwasu szczawiowego aktywność SOD wzrosła 1,78-krotnie. Zawartość MDA zmniejszyła się o 58,38%. Istnieje bardzo istotna korelacja z cukrami rozpuszczalnymi, wolnymi aminokwasami, proliną i białkiem rozpuszczalnym. Wapno i kwas szczawiowy mogą zwiększać zawartość jonów wapniowych (Ca2+) w Panax notoginseng, zmniejszać zawartość Cd, poprawiać odporność na stres Panax notoginseng i zwiększać produkcję całkowitych saponin i flawonoidów. Zawartość Cd jest najniższa, o 68,57% niższa niż w grupie kontrolnej i odpowiada wartości standardowej (Cd ≤ 0,5 mg kg-1, GB/T 19086-2008). Udział SPN wyniósł 7,73%, osiągając najwyższy poziom wśród wszystkich zabiegów, a zawartość flawonoidów wzrosła znacząco o 21,74%, osiągając standardowe wartości medyczne i optymalną wydajność.
Kadm (Cd) jest powszechnym zanieczyszczeniem gleb uprawnych, łatwo migruje i wykazuje znaczną toksyczność biologiczną. El-Shafei i wsp. [2] donieśli, że toksyczność kadmu wpływa na jakość i wydajność wykorzystywanych roślin. Nadmierny poziom kadmu w glebach uprawnych w południowo-zachodnich Chinach stał się poważny w ostatnich latach. Prowincja Junnan to chińskie królestwo bioróżnorodności, z gatunkami roślin leczniczych na pierwszym miejscu w kraju. Prowincja Junnan jest jednak bogata w zasoby mineralne, a proces wydobywczy nieuchronnie prowadzi do zanieczyszczenia gleby metalami ciężkimi, co wpływa na produkcję lokalnych roślin leczniczych.
Panax notoginseng (Burkill) Chen3) to bardzo cenna, wieloletnia roślina lecznicza zielna należąca do rodzaju Panax z rodziny araliowatych. Panax notoginseng poprawia krążenie krwi, eliminuje zastoje krwi i łagodzi ból. Głównym obszarem produkcji jest prefektura Wenshan w prowincji Junnan5. Ponad 75% gleby na lokalnych obszarach uprawy żeń-szenia Panax notoginseng jest zanieczyszczone kadmem, którego poziom waha się od 81% do ponad 100% w różnych obszarach6. Toksyczne działanie Cd znacznie zmniejsza również produkcję składników leczniczych Panax notoginseng, zwłaszcza saponin i flawonoidów. Saponiny to rodzaj związku glikozydowego, którego aglikony są triterpenoidami lub spirostanami. Są głównymi składnikami aktywnymi wielu tradycyjnych chińskich leków i zawierają saponiny. Niektóre saponiny mają również działanie przeciwbakteryjne lub cenne właściwości biologiczne, takie jak działanie przeciwgorączkowe, uspokajające i przeciwnowotworowe7. Flawanoidy to ogólnie grupa związków, w których dwa pierścienie benzenowe z fenolowymi grupami hydroksylowymi są połączone trzema centralnymi atomami węgla. Głównym rdzeniem jest 2-fenylochromanon 8. Jest on silnym przeciwutleniaczem, który skutecznie wychwytuje wolne rodniki tlenowe w roślinach. Może również hamować penetrację biologicznych enzymów zapalnych, wspomagać gojenie się ran i uśmierzać ból oraz obniżać poziom cholesterolu. Jest jednym z głównych składników aktywnych żeń-szenia właściwego (Panax notoginseng). Istnieje pilna potrzeba rozwiązania problemu zanieczyszczenia kadmem gleb na obszarach uprawy żeń-szenia właściwego (Panax ginseng) i zapewnienia produkcji jego niezbędnych składników leczniczych.
Wapno jest jednym z powszechnie stosowanych pasywatorów do stacjonarnego oczyszczania gleby z zanieczyszczeń kadmem10. Wpływa na adsorpcję i depozycję Cd w glebie poprzez zmniejszenie biodostępności Cd w glebie przez zwiększenie wartości pH i zmianę pojemności wymiany kationów glebowych (CEC), nasycenia gleby solą (BS) i potencjału redoks gleby (Eh)3, 11. Ponadto wapno dostarcza dużą ilość Ca2+, tworzy antagonizm jonowy z Cd2+, konkuruje o miejsca adsorpcji w korzeniach, zapobiega transportowi Cd do gleby i ma niską toksyczność biologiczną. Po dodaniu 50 mmol L-1 Ca w warunkach stresu Cd, transport Cd w liściach sezamu został zahamowany, a akumulacja Cd została zmniejszona o 80%. Opisano wiele podobnych badań dotyczących ryżu (Oryza sativa L.) i innych upraw12,13.
Opryskiwanie dolistne upraw w celu kontroli akumulacji metali ciężkich to nowa metoda kontroli metali ciężkich w ostatnich latach. Jej zasada działania opiera się głównie na reakcji chelatowania w komórkach roślin, która powoduje odkładanie się metali ciężkich na ścianach komórkowych i hamuje ich pobieranie przez rośliny14,15. Jako stabilny dwukwasowy środek chelatujący, kwas szczawiowy może bezpośrednio chelatować jony metali ciężkich w roślinach, zmniejszając w ten sposób toksyczność. Badania wykazały, że kwas szczawiowy w soi może chelatować Cd2+ i uwalniać kryształy zawierające Cd przez górne komórki włosków, zmniejszając poziom Cd2+ w organizmie16. Kwas szczawiowy może regulować pH gleby, zwiększać aktywność dysmutazy ponadtlenkowej (SOD), peroksydazy (POD) i katalazy (CAT) oraz regulować przenikanie cukrów rozpuszczalnych, białek rozpuszczalnych, wolnych aminokwasów i proliny. Regulatory metabolizmu17,18. Kwas i nadmiar Ca2+ w roślinie tworzą osad szczawianu wapnia pod wpływem białek nukleujących. Regulacja stężenia Ca2+ w roślinach może skutecznie regulować poziom rozpuszczonego kwasu szczawiowego i Ca2+ w roślinach, zapobiegając nadmiernemu gromadzeniu się kwasu szczawiowego i Ca2+19,20.
Ilość zastosowanego wapna jest jednym z kluczowych czynników wpływających na efekt naprawy. Stwierdzono, że dawka wapna wahała się od 750 do 6000 kg/m2. W przypadku gleby kwaśnej o pH 5,0~5,5, efekt zastosowania wapna w dawce 3000~6000 kg/h/m2 jest znacznie wyższy niż w dawce 750 kg/h/m221. Jednak nadmierne zastosowanie wapna spowoduje pewne negatywne skutki dla gleby, takie jak znaczne zmiany pH gleby i zagęszczenie gleby22. Dlatego zdefiniowaliśmy poziomy zabiegu CaO jako 0, 750, 2250 i 3750 kg hm-2. Po zastosowaniu kwasu szczawiowego do Arabidopsis thaliana stwierdzono, że Ca2+ zostało znacząco zredukowane przy stężeniu 10 mmol L-1, a rodzina genów CRT, która wpływa na sygnalizację Ca2+, zareagowała silnie20. Zebrane dotychczas wyniki badań pozwoliły nam określić stężenie tego testu i zbadać wpływ interakcji suplementów egzogennych na stężenie Ca2+ i Cd2+23,24,25. Celem niniejszego badania jest zbadanie mechanizmu regulacji zawartości Cd i tolerancji na stres u Panax notoginseng w glebie zanieczyszczonej Cd oraz dalsze poszukiwanie sposobów na zapewnienie jakości i skuteczności leczniczej. Autor dostarcza cennych wskazówek dotyczących zwiększenia skali uprawy roślin zielnych na glebach zanieczyszczonych kadmem oraz osiągnięcia wysokiej jakości i zrównoważonej produkcji wymaganej przez rynek farmaceutyczny.
Wykorzystując lokalną odmianę żeń-szenia Wenshan Panax notoginseng jako materiał, przeprowadzono eksperyment polowy w Lannizhai, powiat Qiubei, prefektura Wenshan, prowincja Junnan (24°11′N, 104°3′E, wysokość 1446 m). Średnia roczna temperatura wynosi 17°C, a średnie roczne opady wynoszą 1250 mm. Wartości tła badanej gleby były następujące: TN 0,57 g kg-1, TP 1,64 g kg-1, TC 16,31 g kg-1, OM 31,86 g kg-1, alkalicznie zhydrolizowany N 88,82 mg kg-1, wolny fosfor 18,55 mg kg-1, wolny potas 100,37 mg kg-1, całkowity kadm 0,3 mg kg-1, pH 5,4.
W dniu 10 grudnia 2017 r. wymieszano 6 mg/kg Cd2+ (CdCl2·2,5H2O) i wapnowanie (0, 750, 2250 i 3750 kg/h/m2) i zastosowano na powierzchnię gleby warstwą 0~10 cm na każdej działce. Każde leczenie powtórzono 3 razy. Poletka testowe rozmieszczono losowo, każde poletko obejmowało powierzchnię 3 m2. Jednoroczne sadzonki Panax notoginseng przesadzono po 15 dniach uprawy roli. Przy zastosowaniu siatki przeciwsłonecznej, natężenie światła Panax notoginseng wewnątrz siatki przeciwsłonecznej wynosi około 18% normalnego natężenia światła naturalnego. Uprawa prowadzona jest zgodnie z lokalnymi tradycyjnymi metodami uprawy. Przed fazą dojrzewania Panax notoginseng w 2019 r., opryskać kwasem szczawiowym w postaci szczawianu sodu. Stężenia kwasu szczawiowego wynosiły odpowiednio 0, 0,1 i 0,2 mol l-1, a do uzyskania pH 5,16, w celu symulacji średniego pH roztworu wymywającego ściółkę, użyto NaOH. Opryskiwać górną i dolną powierzchnię liści raz w tygodniu o godzinie 8:00 rano. Po czterokrotnym oprysku w 5. tygodniu zebrano 3-letnie rośliny Panax notoginseng.
W listopadzie 2019 roku zebrano z pola trzyletnie rośliny Panax notoginseng i opryskano je kwasem szczawiowym. Niektóre próbki trzyletnich roślin Panax notoginseng, które wymagały pomiaru metabolizmu fizjologicznego i aktywności enzymatycznej, umieszczono w probówkach do zamrożenia, szybko zamrożono ciekłym azotem, a następnie przeniesiono do lodówki w temperaturze -80°C. Niektóre próbki korzeni, które miały zostać zbadane pod kątem zawartości Cd i substancji czynnej w fazie dojrzałości, przemyto wodą z kranu, wysuszono w temperaturze 105°C przez 30 minut, do uzyskania stałej masy w temperaturze 75°C, a następnie zmielono w moździerzu do przechowywania.
Odważyć 0,2 g suchej próbki rośliny, umieścić ją w kolbie Erlenmeyera, dodać 8 ml HNO3 i 2 ml HClO4 i przykryć na noc. Następnego dnia, używając lejka z zakrzywionym końcem umieszczonego w kolbie Erlenmeyera, przeprowadzić trawienie elektrotermiczne, aż do pojawienia się białego dymu i klarowności soków trawiennych. Po ostygnięciu do temperatury pokojowej mieszaninę przeniesiono do kolby miarowej o pojemności 10 ml. Zawartość Cd oznaczono za pomocą spektrometru absorpcji atomowej (Thermo ICE™ 3300 AAS, USA). (GB/T 23739-2009).
Odważyć 0,2 g suchej próbki rośliny, umieścić ją w 50 ml plastikowej butelce, dodać 1 mol l-1 HCl w 10 ml, zakręcić i dobrze wstrząsać przez 15 godzin, a następnie przefiltrować. Za pomocą pipety odmierzyć odpowiednią ilość filtratu, odpowiednio rozcieńczyć i dodać roztwór SrCl2, aby stężenie Sr2+ wynosiło 1 g l-1. Zawartość wapnia mierzono za pomocą spektrometru absorpcji atomowej (Thermo ICE™ 3300 AAS, USA).
Metoda zestawu referencyjnego do oznaczania malondialdehydu (MDA), dysmutazy ponadtlenkowej (SOD), peroksydazy (POD) i katalazy (CAT) (DNM-9602, Beijing Prong New Technology Co., Ltd., rejestracja produktu), należy stosować odpowiedni zestaw pomiarowy. Nr: Beijing Pharmacopoeia (dokładna) 2013 nr 2400147).
Odważyć około 0,05 g próbki Panax notoginseng i dodać odczynnik antronowo-siarkowy wzdłuż ścianek probówki. Wstrząsać probówką przez 2-3 sekundy, aby dokładnie wymieszać ciecz. Umieścić probówkę na statywie i pozostawić na 15 minut, aby wywołać barwę. Zawartość cukrów rozpuszczalnych oznaczono metodą spektrofotometrii ultrafioletowo-widzialnej (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Chiny) przy długości fali 620 nm.
Odważyć 0,5 g świeżej próbki Panax notoginseng, zmielić ją na homogenat z 5 ml wody destylowanej, a następnie wirować z prędkością 10 000 g przez 10 minut. Supernatant rozcieńczono do ustalonej objętości. Zastosowano metodę z błękitem brylantowym Coomassie. Zawartość białka rozpuszczalnego mierzono metodą spektrofotometrii ultrafioletowo-widzialnej (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Chiny) przy długości fali 595 nm i obliczono na podstawie krzywej standardowej albuminy surowicy bydlęcej.
Odważyć 0,5 g świeżej próbki, dodać 5 ml 10% kwasu octowego, zmielić do uzyskania homogenatu, przefiltrować i rozcieńczyć do stałej objętości. Metodę wywoływania barwy zastosowano z roztworem ninhydryny. Zawartość wolnych aminokwasów oznaczono metodą spektrofotometrii UV–widzialnej (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Chiny) przy długości fali 570 nm i obliczono na podstawie krzywej standardowej leucyny28.
Odważyć 0,5 g świeżej próbki, dodać 5 ml 3% roztworu kwasu sulfosalicylowego, ogrzewać w łaźni wodnej i wytrząsać przez 10 minut. Po ochłodzeniu roztwór przefiltrowano i doprowadzono do stałej objętości. Zastosowano metodę kolorymetryczną z kwasem ninhydrynowym. Zawartość proliny oznaczono metodą spektrofotometrii ultrafioletowo-widzialnej (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Chiny) przy długości fali 520 nm i obliczono na podstawie krzywej standardowej proliny29.
Zawartość saponin oznaczono metodą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) zgodnie z Farmakopeą Chińskiej Republiki Ludowej (wydanie z 2015 r.). Podstawową zasadą wysokosprawnej chromatografii cieczowej jest wykorzystanie cieczy pod wysokim ciśnieniem jako fazy ruchomej oraz zastosowanie technologii separacji ultradrobnych cząstek, znanej z wysokosprawnej chromatografii kolumnowej, do fazy stacjonarnej. Metoda analityczna jest następująca:
Warunki HPLC i test przydatności systemu (Tabela 1): Użyj żelu krzemionkowego związanego oktadecylosilanem jako wypełniacza, acetonitrylu jako fazy ruchomej A i wody jako fazy ruchomej B. Przeprowadź elucję gradientową zgodnie z poniższą tabelą. Długość fali detekcji wynosi 203 nm. Zgodnie z pikiem R1 całkowitych saponin Panax notoginseng, liczba półek teoretycznych powinna wynosić co najmniej 4000.
Przygotowanie roztworu standardowego: Dokładnie odważyć ginsenozyd Rg1, ginsenozyd Rb1 i notoginsenozyd R1, a następnie dodać metanol, aby przygotować mieszaninę zawierającą 0,4 mg ginsenozydu Rg1, 0,4 mg ginsenozydu Rb1 i 0,1 mg notoginsenozydu R1 na 1 ml roztworu.
Przygotowanie roztworu testowego: Odważyć 0,6 g proszku Panax ginseng i dodać 50 ml metanolu. Zważony roztwór (W1) pozostawiono na noc. Następnie delikatnie gotowano w łaźni wodnej w temperaturze 80°C przez 2 godziny. Po ostygnięciu zważyć roztwór i dodać przygotowany metanol do pierwszej próbki W1. Następnie dobrze wstrząsnąć i przefiltrować. Filtrat pozostawić do analizy.
Dokładnie pobierz 10 μl roztworu standardowego i 10 μl filtratu, a następnie wstrzyknij je do chromatografu cieczowego wysokosprawnego (Thermo HPLC-ultimate 3000, Seymour Fisher Technology Co., Ltd.) w celu oznaczenia zawartości saponiny 24.
Krzywa standardowa: pomiar mieszanego roztworu standardowego Rg1, Rb1 i R1. Warunki chromatografii są takie same jak powyżej. Oblicz krzywą standardową, nanosząc zmierzoną powierzchnię piku na oś Y, a stężenie saponiny w roztworze standardowym na oś X. Stężenie saponiny można obliczyć, podstawiając zmierzoną powierzchnię piku próbki do krzywej standardowej.
Odważyć 0,1 g próbki P. notogensings i dodać 50 ml 70% roztworu CH3OH. Ekstrakcję ultradźwiękową prowadzono przez 2 godziny, a następnie wirowano z prędkością 4000 obr./min przez 10 minut. Pobrać 1 ml supernatantu i rozcieńczyć go 12-krotnie. Zawartość flawonoidów oznaczono metodą spektrofotometrii ultrafioletowo-widzialnej (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Chiny) przy długości fali 249 nm. Kwercetyna jest jedną ze standardowych substancji8.
Dane uporządkowano za pomocą oprogramowania Excel 2010. Do analizy wariancji danych wykorzystano oprogramowanie statystyczne SPSS 20. Rysunki sporządzono za pomocą programu Origin Pro 9.1. Obliczone wartości statystyczne obejmują średnią ± odchylenie standardowe. Stwierdzenia istotności statystycznej oparte są na p < 0,05.
Przy tym samym stężeniu kwasu szczawiowego opryskanego na liście, zawartość wapnia w korzeniach Panax notoginseng znacząco wzrosła wraz ze wzrostem ilości zastosowanego wapna (Tabela 2). W porównaniu z brakiem wapna, zawartość wapnia wzrosła o 212% po dodaniu 3750 kg/h/m² wapna bez oprysku kwasem szczawiowym. Przy tej samej ilości zastosowanego wapna, zawartość wapnia nieznacznie wzrosła wraz ze wzrostem stężenia kwasu szczawiowego w oprysku.
Zawartość Cd w korzeniach waha się od 0,22 do 0,70 mg kg-1. Przy tym samym stężeniu kwasu szczawiowego, wraz ze wzrostem ilości dodanego wapna, zawartość Cd wynosząca 2250 kg/h znacząco spada. W porównaniu z kontrolą, zawartość Cd w korzeniach zmniejszyła się o 68,57% po oprysku 2250 kg hm-2 wapna i 0,1 mol l-1 kwasu szczawiowego. Po zastosowaniu bezwapniowego i 750 kg/h wapna, zawartość Cd w korzeniach Panax notoginseng znacząco spadła wraz ze wzrostem stężenia kwasu szczawiowego. Po zastosowaniu 2250 kg/m2 wapna i 3750 kg/m2 wapna, zawartość Cd w korzeniach najpierw spadła, a następnie wzrosła wraz ze wzrostem stężenia kwasu szczawiowego. Ponadto analiza dwuwymiarowa wykazała, że ​​wapno miało istotny wpływ na zawartość Ca w korzeniach Panax notoginseng (F = 82,84**), wapno miało istotny wpływ na zawartość Cd w korzeniach Panax notoginseng (F = 74,99**), a kwas szczawiowy (F = 7,72*).
Wraz ze wzrostem ilości dodanego wapna i stężenia rozpylanego kwasu szczawiowego, zawartość MDA znacząco spadała. Nie było znaczącej różnicy w zawartości MDA w korzeniach Panax notoginseng bez dodatku wapna i po dodaniu 3750 kg/m2 wapna. Przy dawkach aplikacji 750 kg/h/m2 i 2250 kg/h/m2, zawartość wapna w oprysku 0,2 mol/l kwasu szczawiowego spadła odpowiednio o 58,38% i 40,21%, w porównaniu z brakiem oprysku kwasem szczawiowym. Najniższą zawartość MDA (7,57 nmol g-1) zaobserwowano przy oprysku 750 kg hm-2 wapna i 0,2 mol l-1 kwasu szczawiowego (rys. 1).
Wpływ oprysku dolistnego kwasem szczawiowym na zawartość malondialdehydu w korzeniach Panax notoginseng w warunkach stresu kadmowego. Uwaga: Legenda na rysunku wskazuje stężenie kwasu szczawiowego w momencie oprysku (mol L-1), różne małe litery oznaczają istotne różnice między zabiegami przy tym samym zastosowaniu wapna. (P < 0,05). Poniżej.
Z wyjątkiem zastosowania 3750 kg/h wapna, nie było znaczącej różnicy w aktywności SOD w korzeniach Panax notoginseng. Po dodaniu 0, 750 i 2250 kg/h/m2 wapna, aktywność SOD po traktowaniu przez opryskiwanie kwasem szczawiowym o stężeniu 0,2 mol/l była istotnie wyższa niż bez użycia kwasu szczawiowego, wzrastając odpowiednio o 177,89%, 61,62% i 45,08%. Aktywność SOD w korzeniach (598,18 U g-1) była najwyższa przy braku stosowania wapna i po traktowaniu przez opryskiwanie kwasem szczawiowym o stężeniu 0,2 mol/l. Gdy kwas szczawiowy był opryskiwany w tym samym stężeniu lub 0,1 mol L-1, aktywność SOD wzrastała wraz ze wzrostem ilości dodanego wapna. Po opryskaniu 0,2 mol/l kwasu szczawiowego aktywność SOD istotnie spadła (rys. 2).
Wpływ opryskiwania liści kwasem szczawiowym na aktywność dysmutazy ponadtlenkowej, peroksydazy i katalazy w korzeniach Panax notoginseng w warunkach stresu kadmowego
Podobnie jak aktywność SOD w korzeniach, aktywność POD w korzeniach traktowanych bez wapna i opryskiwanych 0,2 mol l-1 kwasem szczawiowym była najwyższa (63,33 µmol g-1), co stanowi wartość o 148,35% wyższą niż w grupie kontrolnej (25,50 µmol g-1). Wraz ze wzrostem stężenia kwasu szczawiowego w oprysku i 3750 kg/m2 wapnem, aktywność POD najpierw wzrosła, a następnie spadła. W porównaniu z opryskiem 0,1 mol l-1 kwasem szczawiowym, aktywność POD po opryskaniu 0,2 mol l-1 kwasem szczawiowym spadła o 36,31% (rys. 2).
Z wyjątkiem oprysku kwasem szczawiowym o stężeniu 0,2 mol/l i dodania 2250 kg/h/m² lub 3750 kg/h/m² wapna, aktywność CAT była istotnie wyższa niż w przypadku kontroli. Po oprysku kwasem szczawiowym o stężeniu 0,1 mol/l i dodaniu 0,2250 kg/m² lub 3750 kg/h/m² wapna, aktywność CAT wzrosła odpowiednio o 276,08%, 276,69% ​​i 33,05% w porównaniu z zabiegiem bez oprysku kwasem szczawiowym. Aktywność CAT w korzeniach była najwyższa (803,52 μmol/g) w przypadku zabiegu bez wapnowania oraz w przypadku zabiegu z kwasem szczawiowym o stężeniu 0,2 mol/l. Aktywność CAT była najniższa (172,88 μmol/g) po zastosowaniu 3750 kg/h/m wapna i 0,2 mol/l kwasu szczawiowego (rys. 2).
Analiza dwuczynnikowa wykazała, że ​​aktywność CAT i MDA w korzeniach Panax notoginseng była istotnie związana z ilością oprysku kwasem szczawiowym lub wapnem oraz dwoma metodami (Tabela 3). Aktywność SOD w korzeniach była istotnie związana z opryskiem wapnem i kwasem szczawiowym lub stężeniem kwasu szczawiowego w oprysku. Aktywność POD w korzeniach była istotnie zależna od ilości zastosowanego wapna lub samego oprysku wapnem i kwasem szczawiowym.
Zawartość rozpuszczalnych cukrów w korzeniach zmniejszała się wraz ze wzrostem ilości wapna i stężenia oprysku kwasem szczawiowym. Nie było istotnej różnicy w zawartości rozpuszczalnych cukrów w korzeniach Panax notoginseng bez wapnowania i po zastosowaniu 750 kg/h/m wapna. Po zastosowaniu 2250 kg/m2 wapna, zawartość rozpuszczalnych cukrów po traktowaniu 0,2 mol/l kwasu szczawiowego była istotnie wyższa niż w przypadku traktowania bez oprysku kwasem szczawiowym, wzrastając o 22,81%. Po zastosowaniu 3750 kg h/m2 wapna, zawartość rozpuszczalnych cukrów znacznie spadła wraz ze wzrostem stężenia opryskanego kwasu szczawiowego. Zawartość rozpuszczalnych cukrów po traktowaniu 0,2 mol L-1 kwasu szczawiowego zmniejszyła się o 38,77% w porównaniu do bez oprysku kwasem szczawiowym. Ponadto w przypadku oprysku kwasem szczawiowym o stężeniu 0,2 mol·L-1 stwierdzono najniższą zawartość cukru rozpuszczalnego, wynoszącą 205,80 mg·g-1 (ryc. 3).
Wpływ opryskiwania dolistnego kwasem szczawiowym na zawartość całkowitego cukru rozpuszczalnego i białka rozpuszczalnego w korzeniach Panax notoginseng w warunkach stresu kadmowego
Zawartość rozpuszczalnego białka w korzeniach zmniejszała się wraz ze wzrostem ilości wapna stosowanego i oprysku kwasem szczawiowym. Bez dodatku wapna, zawartość rozpuszczalnego białka po oprysku kwasem szczawiowym o stężeniu 0,2 mol L-1 została istotnie zmniejszona o 16,20% w porównaniu z kontrolą. Nie było istotnych różnic w zawartości rozpuszczalnego białka w korzeniach Panax notoginseng, gdy zastosowano 750 kg/h wapna. W warunkach stosowania 2250 kg/h/m wapna, zawartość rozpuszczalnego białka po oprysku kwasem szczawiowym o stężeniu 0,2 mol/l była istotnie wyższa niż po oprysku kwasem nieszczawiowym (35,11%). Po zastosowaniu 3750 kg·h/m2 wapna, zawartość rozpuszczalnego białka znacznie spadła wraz ze wzrostem stężenia kwasu szczawiowego, przy czym najniższa zawartość rozpuszczalnego białka (269,84 μg·g-1) była dla stężenia kwasu szczawiowego 0,2 mol·L-1. leczenie (rys. 3).
Nie było istotnych różnic w zawartości wolnych aminokwasów w korzeniu Panax notoginseng przy braku wapnowania. Wraz ze wzrostem stężenia oprysku kwasem szczawiowym i dodatkiem 750 kg/h/m2 wapna, zawartość wolnych aminokwasów najpierw spadała, a następnie wzrastała. W porównaniu z zabiegiem bez oprysku kwasem szczawiowym, zawartość wolnych aminokwasów wzrosła istotnie o 33,58% po oprysku 2250 kg hm-2 wapna i 0,2 mol l-1 kwasu szczawiowego. Zawartość wolnych aminokwasów istotnie spadła wraz ze wzrostem stężenia oprysku kwasu szczawiowego i dodatkiem 3750 kg/m2 wapna. Zawartość wolnych aminokwasów przy oprysku kwasem szczawiowym o stężeniu 0,2 mol l-1 została zmniejszona o 49,76% w porównaniu z opryskiem bez kwasu szczawiowego. Zawartość wolnych aminokwasów była najwyższa bez oprysku kwasem szczawiowym i wynosiła 2,09 mg g-1. Najniższą zawartość wolnych aminokwasów (1,05 mg/g) stwierdzono w przypadku oprysku kwasem szczawiowym o stężeniu 0,2 mol/l (ryc. 4).
Wpływ opryskiwania liści kwasem szczawiowym na zawartość wolnych aminokwasów i proliny w korzeniach Panax notoginseng w warunkach stresu kadmowego
Zawartość proliny w korzeniach zmniejszała się wraz ze wzrostem ilości zastosowanego wapna i ilości oprysku kwasem szczawiowym. Nie było istotnych różnic w zawartości proliny w korzeniu Panax ginseng, gdy nie stosowano wapna. Wraz ze wzrostem stężenia oprysku kwasem szczawiowym i zwiększeniem zastosowania 750 lub 2250 kg/m2 wapna, zawartość proliny najpierw spadała, a następnie wzrastała. Zawartość proliny w oprysku kwasem szczawiowym o stężeniu 0,2 mol L-1 była istotnie wyższa niż w oprysku kwasem szczawiowym o stężeniu 0,1 mol L-1, wzrastając odpowiednio o 19,52% i 44,33%. Po dodaniu 3750 kg/m2 wapna zawartość proliny istotnie spadała wraz ze wzrostem stężenia opryskiwanego kwasu szczawiowego. Po oprysku kwasem szczawiowym o stężeniu 0,2 mol L-1 zawartość proliny spadła o 54,68% w porównaniu z zawartością bez oprysku kwasem szczawiowym. Najniższą zawartość proliny odnotowano po dodaniu 0,2 mol/l kwasu szczawiowego i wyniosła ona 11,37 μg/g (rys. 4).
Całkowita zawartość saponin w Panax notoginseng wynosi Rg1>Rb1>R1. Nie stwierdzono istotnej różnicy w zawartości trzech saponin wraz ze wzrostem stężenia kwasu szczawiowego w oprysku i bez wapna (Tabela 4).
Zawartość R1 po rozpyleniu 0,2 mol l-1 kwasu szczawiowego była istotnie niższa niż bez rozpylania kwasu szczawiowego i przy zastosowaniu dawki wapna 750 lub 3750 kg/m². Przy stężeniu rozpylonego kwasu szczawiowego 0 lub 0,1 mol/l nie stwierdzono istotnej różnicy w zawartości R1 wraz ze wzrostem ilości dodanego wapna. Przy stężeniu rozpylonego kwasu szczawiowego 0,2 mol/l, zawartość R1 w 3750 kg/h/m² wapna była istotnie niższa niż 43,84% bez dodawania wapna (Tabela 4).
Wraz ze wzrostem stężenia oprysku kwasu szczawiowego i dodaniem 750 kg/m2 wapna, zawartość Rg1 najpierw wzrosła, a następnie spadła. Przy dawkach wapna 2250 i 3750 kg/h, zawartość Rg1 spadła wraz ze wzrostem stężenia oprysku kwasu szczawiowego. Przy tym samym stężeniu oprysku kwasu szczawiowego, wraz ze wzrostem ilości wapna, zawartość Rg1 najpierw wzrosła, a następnie spadła. W porównaniu z kontrolą, z wyjątkiem zawartości Rg1 w trzech stężeniach kwasu szczawiowego i 750 kg/m2 wapnowania, która była wyższa niż w kontroli, zawartość Rg1 w korzeniach Panax notoginseng w innych zabiegach była niższa niż w kontroli. Maksymalna zawartość Rg1 wystąpiła przy oprysku 750 kg/h/m2 wapna i 0,1 mol/l kwasu szczawiowego, która była o 11,54% wyższa niż w kontroli (Tabela 4).
Wraz ze wzrostem stężenia kwasu szczawiowego i ilości zastosowanego wapna przy przepływie 2250 kg/h, zawartość Rb1 najpierw wzrastała, a następnie malała. Po opryskaniu 0,1 mol l-1 kwasu szczawiowego, zawartość Rb1 osiągnęła maksymalną wartość 3,46%, która była o 74,75% wyższa niż bez opryskiwania kwasem szczawiowym. W przypadku innych zastosowań wapna nie stwierdzono istotnych różnic między różnymi stężeniami kwasu szczawiowego. Po opryskaniu 0,1 i 0,2 mol l-1 kwasu szczawiowego, wraz ze wzrostem ilości wapna, zawartość Rb1 najpierw malała, a następnie malała (Tabela 4).
Przy tym samym stężeniu oprysku z kwasem szczawiowym, wraz ze wzrostem ilości dodanego wapna, zawartość flawonoidów najpierw wzrastała, a następnie malała. Nie stwierdzono istotnej różnicy w zawartości flawonoidów przy oprysku różnymi stężeniami kwasu szczawiowego bez wapna i 3750 kg/m2 wapna. Po dodaniu 750 i 2250 kg/m2 wapna, wraz ze wzrostem stężenia opryskanego kwasu szczawiowego, zawartość flawonoidów najpierw wzrastała, a następnie malała. Przy zastosowaniu 750 kg/m2 i oprysku kwasem szczawiowym o stężeniu 0,1 mol/l, zawartość flawonoidów była maksymalna - 4,38 mg/g, która jest o 18,38% wyższa niż przy dodaniu tej samej ilości wapna i nie było potrzeby opryskiwania kwasem szczawiowym. Zawartość flawonoidów w przypadku zastosowania oprysku kwasem szczawiowym o stężeniu 0,1 mol L-1 wzrosła o 21,74% w porównaniu do zastosowania bez kwasu szczawiowego i zastosowania wapna w dawce 2250 kg/m2 (rys. 5).
Wpływ opryskiwania liści szczawianem na zawartość flawonoidów w korzeniu Panax notoginseng w warunkach stresu kadmowego
Analiza dwuczynnikowa wykazała, że ​​zawartość cukrów rozpuszczalnych w korzeniach Panax notoginseng była istotnie zależna od ilości zastosowanego wapna i stężenia opryskanego kwasu szczawiowego. Zawartość białka rozpuszczalnego w korzeniach była istotnie skorelowana z dawką wapna i kwasu szczawiowego. Zawartość wolnych aminokwasów i proliny w korzeniach była istotnie skorelowana z ilością zastosowanego wapna, stężeniem opryskanego kwasu szczawiowego, wapnem i kwasem szczawiowym (Tabela 5).
Zawartość R1 w korzeniach Panax notoginseng była istotnie zależna od stężenia opryskiwanego kwasu szczawiowego, ilości wapna, wapna i kwasu szczawiowego. Zawartość flawonoidów zależała istotnie od stężenia opryskiwanego kwasu szczawiowego i ilości dodanego wapna.
W celu obniżenia poziomu kadmu w roślinach, poprzez jego wiązanie w glebie, stosowano wiele środków, takich jak wapno i kwas szczawiowy30. Wapno jest powszechnie stosowane jako dodatek do gleby w celu obniżenia poziomu kadmu w uprawach31. Liang i in.32 donieśli, że kwas szczawiowy może być również stosowany do remediacji gleby zanieczyszczonej metalami ciężkimi. Po dodaniu kwasu szczawiowego o różnym stężeniu do zanieczyszczonej gleby, zawartość materii organicznej w glebie wzrosła, pojemność wymiany kationów spadła, a pH wzrosło33. Kwas szczawiowy może również reagować z jonami metali w glebie. W warunkach stresu kadmu, zawartość kadmu w Panax notoginseng znacznie wzrosła w porównaniu z próbką kontrolną. Jednakże, po zastosowaniu wapna, ulega ona znacznemu obniżeniu. Gdy w tym badaniu zastosowano 750 kg/h/m wapna, zawartość Cd w korzeniach osiągnęła normę krajową (limit Cd wynosi Cd ≤ 0,5 mg/kg, AQSIQ, GB/T 19086-200834), a efekt był dobry. Najlepszy efekt osiągnięto dodając 2250 kg/m2 wapna. Dodanie wapna tworzy dużą liczbę miejsc konkurencyjnych dla Ca2+ i Cd2+ w glebie, a dodanie kwasu szczawiowego zmniejsza zawartość Cd w korzeniach Panax notoginseng. Po zmieszaniu wapna i kwasu szczawiowego zawartość Cd w korzeniu Panax ginseng znacznie spadła i osiągnęła normę krajową. Ca2+ w glebie jest adsorbowany na powierzchni korzeni poprzez proces przepływu masy i może być absorbowany do komórek korzeni przez kanały wapniowe (kanały Ca2+), pompy wapniowe (Ca2+-AT-Pase) i antyportery Ca2+/H+, a następnie transportowany poziomo do korzeni. Xylem23. Zaobserwowano istotną ujemną korelację między zawartością Ca i Cd w korzeniach (P < 0,05). Zawartość Cd malała wraz ze wzrostem zawartości Ca, co jest zgodne z teorią antagonizmu między Ca i Cd. Analiza wariancji (ANOVA) wykazała, że ​​ilość wapna miała istotny wpływ na zawartość Ca w korzeniach Panax notoginseng. Pongrack i in. 35 donieśli, że Cd wiąże się ze szczawianem w kryształach szczawianu wapnia i konkuruje z Ca. Jednakże, regulacyjny wpływ kwasu szczawiowego na Ca był nieistotny. Dowodzi to, że wytrącanie szczawianu wapnia z kwasu szczawiowego i Ca2+ nie jest prostym wytrącaniem, a proces współstrącania może być kontrolowany przez kilka szlaków metabolicznych.
Pod wpływem stresu kadmowego w roślinach wytwarzana jest duża ilość reaktywnych form tlenu (ROS), które uszkadzają strukturę błon komórkowych36. Zawartość malonodialdehydu (MDA) może być stosowana jako wskaźnik do oceny poziomu ROS i stopnia uszkodzenia błony plazmatycznej roślin37. Układ antyoksydacyjny jest ważnym mechanizmem ochronnym służącym do usuwania reaktywnych form tlenu38. Aktywność enzymów antyoksydacyjnych (w tym POD, SOD i CAT) jest zazwyczaj zmieniana przez stres kadmowy. Wyniki wykazały, że zawartość MDA była dodatnio skorelowana ze stężeniem Cd, co wskazuje, że stopień peroksydacji lipidów błonowych roślin pogłębiał się wraz ze wzrostem stężenia Cd37. Jest to zgodne z wynikami badania Ouyang i in.39. Badanie to pokazuje, że na zawartość MDA istotnie wpływają wapno, kwas szczawiowy, wapno i kwas szczawiowy. Po rozpyleniu 0,1 mol L-1 kwasu szczawiowego, zawartość MDA w Panax notoginseng zmniejszyła się, co wskazuje, że kwas szczawiowy może zmniejszyć biodostępność poziomów Cd i ROS w Panax notoginseng. System enzymów antyoksydacyjnych jest miejscem, w którym odbywa się funkcja detoksykacyjna rośliny. SOD usuwa O2- zawarty w komórkach roślinnych i produkuje nietoksyczny O2 i niskotoksyczny H2O2. POD i CAT usuwają H2O2 z tkanek roślinnych i katalizują rozkład H2O2 do H2O. Na podstawie analizy proteomu iTRAQ stwierdzono, że poziomy ekspresji białka SOD i PAL były zmniejszone, a poziom ekspresji POD wzrósł po zastosowaniu wapna w warunkach stresu Cd40. Aktywność CAT, SOD i POD w korzeniu Panax notoginseng była istotnie zależna od dawki kwasu szczawiowego i wapna. Oprysk kwasem szczawiowym o stężeniu 0,1 mol L-1 znacząco zwiększył aktywność SOD i CAT, ale efekt regulacyjny aktywności POD nie był oczywisty. Pokazuje to, że kwas szczawiowy przyspiesza rozkład ROS pod wpływem stresu Cd i głównie uzupełnia usuwanie H2O2 poprzez regulację aktywności CAT, co jest podobne do wyników badań Guo i in.41 dotyczących enzymów antyoksydacyjnych Pseudospermum sibiricum. Kos. ). Wpływ dodania 750 kg/h/m2 wapna na aktywność enzymów układu antyoksydacyjnego i zawartość malondialdehydu jest podobny do efektu opryskiwania kwasem szczawiowym. Wyniki wykazały, że oprysk kwasem szczawiowym może skuteczniej zwiększać aktywność SOD i CAT w Panax notoginseng i zwiększać odporność na stres Panax notoginseng. Aktywność SOD i POD została obniżona po zastosowaniu 0,2 mol L-1 kwasu szczawiowego i 3750 kg hm-2 wapna, co wskazuje, że nadmierne opryskiwanie wysokimi stężeniami kwasu szczawiowego i Ca2+ może powodować stres roślin, co jest zgodne z badaniami Luo i in. Wait 42.