Tak for dit besøg på Nature.com. Den browserversion, du bruger, har begrænset CSS-understøttelse. For at opnå de bedste resultater anbefaler vi, at du bruger en nyere version af din browser (eller at du slår kompatibilitetstilstand fra i Internet Explorer). I mellemtiden viser vi webstedet uden styling eller JavaScript for at sikre løbende support.
Cadmiumkontaminering (Cd) udgør en potentiel trussel mod sikkerheden ved dyrkning af lægeplanten Panax notoginseng i Yunnan. Under eksogen Cd-stress blev der udført feltforsøg for at forstå virkningerne af kalktilførsel (0, 750, 2250 og 3750 kg/t/m2) og bladsprøjtning med oxalsyre (0, 0,1 og 0,2 mol/L) på akkumulering af Cd og antioxidant. Systemiske og medicinske komponenter i Panax notoginseng. Resultaterne viste, at under Cd-stress kunne kalk og bladsprøjtning med oxalsyre øge Ca2+-indholdet i Panax notoginseng og reducere toksiciteten af ​​Cd2+. Tilsætning af kalk og oxalsyre øgede aktiviteten af ​​antioxidantenzymer og ændrede metabolismen af ​​osmotiske regulatorer. Den mest betydningsfulde er stigningen i CAT-aktivitet på 2,77 gange. Under påvirkning af oxalsyre steg aktiviteten af ​​SOD til 1,78 gange. MDA-indholdet faldt med 58,38%. Der er en meget signifikant korrelation med opløseligt sukker, frie aminosyrer, prolin og opløseligt protein. Kalk og oxalsyre kan øge calciumionindholdet (Ca2+) i Panax notoginseng, reducere Cd-indholdet, forbedre stressresistensen i Panax notoginseng og øge produktionen af ​​totale saponiner og flavonoider. Cd-indholdet er det laveste, 68,57% lavere end kontrolværdien, og svarer til standardværdien (Cd≤0,5 mg kg-1, GB/T 19086-2008). Andelen af ​​SPN var 7,73%, hvilket nåede det højeste niveau blandt alle behandlinger, og flavonoidindholdet steg signifikant med 21,74%, hvilket nåede standard medicinske værdier og optimalt udbytte.
Cadmium (Cd) er et almindeligt forurenende stof i dyrkede jorde, migrerer let og har betydelig biologisk toksicitet. El-Shafei et al.2 rapporterede, at cadmiumtoksicitet påvirker kvaliteten og produktiviteten af ​​de anvendte planter. For høje niveauer af cadmium i dyrket jord i det sydvestlige Kina er blevet alvorlige i de senere år. Yunnan-provinsen er Kinas biodiversitetskongerige, hvor lægeplantearter rangerer først i landet. Yunnan-provinsen er dog rig på mineralressourcer, og minedriftsprocessen fører uundgåeligt til tungmetalforurening i jorden, hvilket påvirker produktionen af ​​lokale lægeplanter.
Panax notoginseng (Burkill) Chen3) er en meget værdifuld flerårig urteagtig lægeplante, der tilhører slægten Panax af Araliaceae-familien. Panax notoginseng forbedrer blodcirkulationen, eliminerer blodstagnation og lindrer smerter. Det primære produktionsområde er Wenshan-præfekturet, Yunnan-provinsen5. Mere end 75 % af jorden i lokale dyrkningsområder for Panax notoginseng ginseng er forurenet med cadmium, med niveauer der varierer fra 81 % til over 100 % i forskellige områder6. Den toksiske effekt af Cd reducerer også produktionen af ​​medicinske komponenter i Panax notoginseng betydeligt, især saponiner og flavonoider. Saponiner er en type glykosidforbindelse, hvis aglykoner er triterpenoider eller spirostaner. De er de vigtigste aktive ingredienser i mange traditionelle kinesiske lægemidler og indeholder saponiner. Nogle saponiner har også antibakteriel aktivitet eller værdifulde biologiske aktiviteter såsom febernedsættende, beroligende og kræfthæmmende virkninger7. Flavonoider refererer generelt til en række forbindelser, hvor to benzenringe med phenoliske hydroxylgrupper er forbundet gennem tre centrale kulstofatomer. Hovedkernen er 2-phenylchromanon 8. Det er en stærk antioxidant, der effektivt kan bekæmpe iltfri radikaler i planter. Det kan også hæmme penetrationen af ​​inflammatoriske biologiske enzymer, fremme sårheling og smertelindring og sænke kolesterolniveauer. Det er en af ​​de vigtigste aktive ingredienser i Panax notoginseng. Der er et presserende behov for at løse problemet med cadmiumforurening i jord i Panax ginseng-produktionsområder og sikre produktionen af ​​dets essentielle medicinske ingredienser.
Kalk er et af de mest anvendte passiveringsmidler til stationær jordrensning fra cadmiumforurening10. Det påvirker adsorptionen og aflejringen af ​​Cd i jorden ved at reducere biotilgængeligheden af ​​Cd i jorden ved at øge pH-værdien og ændre jordens kationbytningskapacitet (CEC), jordens saltmætning (BS) og jordens redoxpotentiale (Eh)3, 11. Derudover leverer kalk en stor mængde Ca2+, danner ionisk antagonisme med Cd2+, konkurrerer om adsorptionssteder i rødder, forhindrer transport af Cd ind i jorden og har lav biologisk toksicitet. Når 50 mmol L-1 Ca blev tilsat under Cd-stress, blev Cd-transporten i sesamblade hæmmet, og Cd-akkumuleringen blev reduceret med 80%. En række lignende undersøgelser er blevet rapporteret i ris (Oryza sativa L.) og andre afgrøder12,13.
Bladsprøjtning af afgrøder for at kontrollere ophobningen af ​​tungmetaller er en ny metode til at kontrollere tungmetaller i de senere år. Dens princip er primært relateret til chelateringsreaktionen i planteceller, hvilket resulterer i aflejring af tungmetaller på cellevæggen og hæmmer planters optagelse af tungmetaller14,15. Som et stabilt disyrechelateringsmiddel kan oxalsyre direkte chelatere tungmetalioner i planter og derved reducere toksiciteten. Forskning har vist, at oxalsyre i sojabønner kan chelatere Cd2+ og frigive Cd-holdige krystaller gennem de øvre trichomceller, hvilket reducerer Cd2+-niveauerne i kroppen16. Oxalsyre kan regulere jordens pH-værdi, forbedre aktiviteten af ​​superoxiddismutase (SOD), peroxidase (POD) og katalase (CAT) og regulere penetrationen af ​​opløseligt sukker, opløseligt protein, frie aminosyrer og prolin. Metaboliske regulatorer17,18. Syre og overskydende Ca2+ i planten danner et calciumoxalatbundfald under påvirkning af kimdannende proteiner. Regulering af Ca2+-koncentrationen i planter kan effektivt opnå regulering af opløst oxalsyre og Ca2+ i planter og undgå overdreven ophobning af oxalsyre og Ca2+19,20.
Mængden af ​​påført kalk er en af ​​de vigtigste faktorer, der påvirker reparationseffekten. Det blev konstateret, at kalkdoseringen varierede fra 750 til 6000 kg/m2. For sur jord med en pH-værdi på 5,0~5,5 er effekten af ​​at påføre kalk i en dosis på 3000~6000 kg/t/m2 betydeligt højere end ved en dosis på 750 kg/t/m221. Overdreven påføring af kalk vil dog resultere i nogle negative effekter på jorden, såsom betydelige ændringer i jordens pH-værdi og jordkomprimering22. Derfor definerede vi CaO-behandlingsniveauerne som 0, 750, 2250 og 3750 kg hm-2. Da oxalsyre blev påført Arabidopsis thaliana, blev det konstateret, at Ca2+ blev signifikant reduceret ved en koncentration på 10 mmol L-1, og CRT-genfamilien, som påvirker Ca2+-signalering, reagerede stærkt20. Akkumuleringen af ​​nogle tidligere undersøgelser gjorde det muligt for os at bestemme koncentrationen af ​​denne test og yderligere undersøge effekten af ​​interaktionen mellem eksogene kosttilskud på Ca2+ og Cd2+23,24,25. Derfor har dette studie til formål at undersøge reguleringsmekanismen for eksogen kalk- og oxalsyrebladspray på Cd-indhold og stresstolerance af Panax notoginseng i Cd-forurenet jord og yderligere undersøge måder at bedre sikre medicinsk kvalitet og effekt på. Panax notoginseng-produktion. Han giver værdifuld vejledning i at øge omfanget af dyrkning af urteagtige planter i cadmium-forurenede jorde og opnå den bæredygtige produktion af høj kvalitet, som det farmaceutiske marked kræver.
Med den lokale ginseng-sort Wenshan Panax notoginseng som materiale blev der udført et feltforsøg i Lannizhai, Qiubei County, Wenshan-præfekturet, Yunnan-provinsen (24°11′N, 104°3′Ø, højde 1446 m). Den gennemsnitlige årstemperatur er 17°C, og den gennemsnitlige årlige nedbør er 1250 mm. Baggrundsværdierne for den undersøgte jord var TN 0,57 g kg-1, TP 1,64 g kg-1, TC 16,31 g kg-1, OM 31,86 g kg-1, alkalihydrolyseret N 88,82 mg kg-1, fosforfrit 18,55 mg kg-1, frit kalium 100,37 mg kg-1, total cadmium 0,3 mg kg-1, pH 5,4.
Den 10. december 2017 blev 6 mg/kg Cd2+ (CdCl2·2,5H2O) og kalkbehandling (0, 750, 2250 og 3750 kg/t/m2) blandet og påført jordoverfladen i et lag på 0~10 cm i hvert felt. Hver behandling blev gentaget 3 gange. Testfelterne er tilfældigt placeret, hver felt dækker et areal på 3 m2. Et-årige Panax notoginseng-kimplanter blev omplantet efter 15 dages jordbearbejdning. Ved brug af et solnet er lysintensiteten af ​​Panax notoginseng inde i solnettet omkring 18% af normal naturlig lysintensitet. Dyrkning udføres i henhold til lokale traditionelle dyrkningsmetoder. Før modningsstadiet af Panax notoginseng i 2019 sprøjtes oxalsyre i form af natriumoxalat. Oxalsyrekoncentrationerne var henholdsvis 0, 0,1 og 0,2 mol L-1, og NaOH blev brugt til at justere pH-værdien til 5,16 for at simulere den gennemsnitlige pH-værdi af udvaskningsopløsningen fra strøelsen. Sprøjt bladenes øvre og nedre overflader en gang om ugen kl. 8:00. Efter sprøjtning 4 gange i den 5. uge blev 3-årige Panax notoginseng-planter høstet.
I november 2019 blev tre år gamle Panax notoginseng-planter indsamlet fra marken og sprøjtet med oxalsyre. Nogle prøver af tre år gamle Panax notoginseng-planter, der skulle måles for fysiologisk metabolisme og enzymaktivitet, blev anbragt i rør til frysning, hurtigt frosset med flydende nitrogen og derefter overført til et køleskab ved -80 °C. Nogle rodprøver, der skulle måles for Cd og indhold af aktive ingredienser i modenhedsstadiet, blev vasket med postevand, tørret ved 105 °C i 30 minutter, ved konstant vægt på 75 °C og malet i en morter til opbevaring.
Vej 0,2 g tør planteprøve af, anbring den i en Erlenmeyer-kolbe, tilsæt 8 ml HNO3 og 2 ml HClO4, og dæk til natten over. Næste dag anvendes en buet tragt i en Erlenmeyer-kolbe til elektrotermisk nedbrydning, indtil der dannes hvid røg, og fordøjelsessafterne er klare. Efter afkøling til stuetemperatur blev blandingen overført til en 10 ml målekolbe. Cd-indholdet blev bestemt ved hjælp af et atomabsorptionsspektrometer (Thermo ICE™ 3300 AAS, USA). (GB/T 23739-2009).
Vej 0,2 g tør planteprøve af, anbring den i en 50 ml plastikflaske, tilsæt 1 mol L-1 HCL i 10 ml, sæt låg på og ryst godt i 15 timer, og filtrer. Brug en pipette til at pipettere den nødvendige mængde filtrat, fortynd det tilsvarende, og tilsæt SrCl2-opløsning for at bringe Sr2+-koncentrationen op på 1 g L-1. Ca-indholdet blev målt ved hjælp af et atomabsorptionsspektrometer (Thermo ICE™ 3300 AAS, USA).
Malondialdehyd (MDA), superoxiddismutase (SOD), peroxidase (POD) og katalase (CAT) referencekitmetode (DNM-9602, Beijing Prong New Technology Co., Ltd., produktregistrering), brug det tilsvarende målekit. Nr.: Beijing Pharmacopoeia (nøjagtig) 2013 nr. 2400147).
Vej ca. 0,05 g Panax notoginseng-prøve af, og tilsæt anthron-svovlsyrereagens langs siderne af røret. Ryst røret i 2-3 sekunder for at blande væsken grundigt. Placer røret på et rørstativ for at udvikle farve i 15 minutter. Indholdet af opløseligt sukker blev bestemt ved ultraviolet-synlig spektrofotometri (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Kina) ved en bølgelængde på 620 nm.
Afvej 0,5 g af en frisk prøve af Panax notoginseng, mal den til et homogenat med 5 ml destilleret vand, og centrifuger derefter ved 10.000 g i 10 minutter. Supernatanten blev fortyndet til et fast volumen. Coomassie Brilliant Blue-metoden blev anvendt. Indholdet af opløseligt protein blev målt ved hjælp af ultraviolet-synlig spektrofotometri (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Kina) ved en bølgelængde på 595 nm og beregnet ud fra standardkurven for bovint serumalbumin.
Vej 0,5 g frisk prøve, tilsæt 5 ml 10% eddikesyre, mal til et homogenat, filtrer og fortynd til konstant volumen. Farveudviklingsmetoden blev anvendt med en ninhydrinopløsning. Indholdet af frie aminosyrer blev bestemt ved UV-synlig spektrofotometri (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Kina) ved 570 nm og beregnet ud fra leucinstandardkurven28.
Vej 0,5 g af en frisk prøve, tilsæt 5 ml af en 3% opløsning af sulfosalicylsyre, opvarm i et vandbad og ryst i 10 minutter. Efter afkøling blev opløsningen filtreret og bragt til et konstant volumen. Den kolorimetriske metode med syre ninhydrin blev anvendt. Prolinindholdet blev bestemt ved ultraviolet-synlig spektrofotometri (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Kina) ved en bølgelængde på 520 nm og beregnet ud fra prolinstandardkurven29.
Saponinindholdet blev bestemt ved hjælp af højtryksvæskekromatografi med henvisning til Folkerepublikken Kinas farmakopé (2015-udgaven). Grundprincippet for højtryksvæskekromatografi er at bruge højtryksvæske som mobil fase og anvende ultrafine partikelseparationsteknologi fra højtrykssøjlekromatografi på den stationære fase. Driftsteknikken er som følger:
HPLC-betingelser og systemegnethedstest (Tabel 1): Brug octadecylsilanbundet silicagel som fyldstof, acetonitril som mobil fase A og vand som mobil fase B. Udfør gradienteluering som vist i tabellen nedenfor. Detektionsbølgelængden er 203 nm. Ifølge R1-toppen for de samlede saponiner i Panax notoginseng bør antallet af teoretiske plader være mindst 4000.
Fremstilling af standardopløsning: Afvej ginsenosid Rg1, ginsenosid Rb1 og notoginsenoside R1 nøjagtigt, og tilsæt methanol for at fremstille en blanding indeholdende 0,4 mg ginsenosid Rg1, 0,4 mg ginsenosid Rb1 og 0,1 mg notoginsenoside R1 pr. 1 ml opløsning.
Fremstilling af testopløsning: Vej 0,6 g Panax ginseng-pulver af, og tilsæt 50 ml methanol. Den blandede opløsning blev vejet (W1) og henstod natten over. Den blandede opløsning blev derefter forsigtigt kogt i et vandbad ved 80 °C i 2 timer. Efter afkøling vejes den blandede opløsning, og den fremstillede methanol tilsættes den første masse W1. Ryst derefter godt og filtrer. Filtratet henstår til analyse.
Opsaml nøjagtigt 10 μL af standardopløsningen og 10 μL af filtratet, og injicér dem i en højtydende væskekromatograf (Thermo HPLC-ultimate 3000, Seymour Fisher Technology Co., Ltd.) for at bestemme saponin 24-indholdet.
Standardkurve: måling af en blandet standardopløsning af Rg1, Rb1 og R1. Kromatografibetingelserne er de samme som ovenfor. Beregn standardkurven ved at plotte det målte topareal på y-aksen og koncentrationen af ​​saponin i standardopløsningen på x-aksen. Saponinkoncentrationen kan beregnes ved at indsætte det målte topareal af prøven i standardkurven.
Afvej 0,1 g P. notogensings-prøve, og tilsæt 50 ml 70% CH3OH-opløsning. Ultralydsekstraktion blev udført i 2 timer, efterfulgt af centrifugering ved 4000 rpm i 10 minutter. Tag 1 ml supernatant og fortynd den 12 gange. Flavonoidindholdet blev bestemt ved hjælp af ultraviolet-synlig spektrofotometri (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Kina) ved en bølgelængde på 249 nm. Quercetin er et af de almindelige standardstoffer8.
Data blev organiseret ved hjælp af Excel 2010-software. SPSS 20 statistiksoftware blev brugt til at udføre variansanalyse på dataene. Billeder blev tegnet ved hjælp af Origin Pro 9.1. Beregnede statistiske værdier inkluderer middelværdi ± SD. Udsagn om statistisk signifikans er baseret på P < 0,05.
Ved den samme koncentration af oxalsyre sprøjtet på bladene steg Ca-indholdet i rødderne af Panax notoginseng signifikant i takt med den påførte mængde kalk (Tabel 2). Sammenlignet med fravær af kalk steg Ca-indholdet med 212% ved tilsætning af 3750 kg/t/m2 kalk uden sprøjtning med oxalsyre. Ved den samme mængde kalk steg Ca-indholdet en smule i takt med den påførte koncentration af oxalsyre steg.
Cd-indholdet i rødderne varierer fra 0,22 til 0,70 mg kg-1. Ved den samme sprøjtekoncentration af oxalsyre falder Cd-indholdet på 2250 kg/t signifikant, når mængden af ​​tilsat kalk stiger. Sammenlignet med kontrolgruppen faldt Cd-indholdet i rødderne med 68,57% efter sprøjtning med 2250 kg hm-2 kalk og 0,1 mol l-1 oxalsyre. Når der blev påført kalkfri kalk og 750 kg/t kalk, faldt Cd-indholdet i rødderne af Panax notoginseng signifikant med stigende koncentration af oxalsyrespray. Når der blev påført 2250 kg/m2 kalk og 3750 kg/m2 kalk, faldt roden's Cd-indhold først og steg derefter med stigende oxalsyrekoncentration. Derudover viste bivariat analyse, at kalk havde en signifikant effekt på Ca-indholdet i Panax notoginseng-rødder (F = 82,84**), kalk havde en signifikant effekt på Cd-indholdet i Panax notoginseng-rødder (F = 74,99**) og oxalsyre (F=7,72*).
Efterhånden som mængden af ​​tilsat kalk og koncentrationen af ​​sprøjtet oxalsyre steg, faldt MDA-indholdet signifikant. Der var ingen signifikant forskel i MDA-indholdet i rødderne af Panax notoginseng uden tilsætning af kalk og med tilsætning af 3750 kg/m2 kalk. Ved påføringsmængder på 750 kg/t/m2 og 2250 kg/t/m2 faldt kalkindholdet ved sprøjtning med 0,2 mol/L oxalsyre med henholdsvis 58,38% og 40,21% sammenlignet med ingen sprøjtning med oxalsyre. Det laveste MDA-indhold (7,57 nmol g-1) blev observeret ved sprøjtning med 750 kg hm-2 kalk og 0,2 mol l-1 oxalsyre (fig. 1).
Effekt af bladsprøjtning med oxalsyre på malondialdehydindholdet i Panax notoginseng-rødder under cadmiumstress. Bemærk: Forklaringen i figuren angiver koncentrationen af ​​oxalsyre ved sprøjtningen (mol L-1). Forskellige små bogstaver angiver signifikante forskelle mellem behandlinger med samme kalkpåføring. Antal (P < 0,05). Samme nedenfor.
Bortset fra tilførsel af 3750 kg/t kalk var der ingen signifikant forskel i SOD-aktiviteten i Panax notoginseng-rødder. Ved tilsætning af 0, 750 og 2250 kg/t/m2 kalk var SOD-aktiviteten, når den blev behandlet med sprøjtning med oxalsyre i en koncentration på 0,2 mol/l, signifikant højere end uden brug af oxalsyre, med en stigning på henholdsvis 177,89%, 61,62% og 45,08%. SOD-aktiviteten i rødderne (598,18 U g-1) var den højeste uden kalktilførsel og ved behandling med sprøjtning med oxalsyre i en koncentration på 0,2 mol/l. Når oxalsyre blev sprøjtet med samme koncentration eller 0,1 mol L-1, steg SOD-aktiviteten med stigende mængde tilsat kalk. Efter sprøjtning med 0,2 mol/L oxalsyre faldt SOD-aktiviteten signifikant (fig. 2).
Effekt af sprøjtning af blade med oxalsyre på aktiviteten af ​​superoxiddismutase, peroxidase og katalase i rødderne af Panax notoginseng under cadmiumstress
Ligesom SOD-aktivitet i rødder var POD-aktiviteten i rødder behandlet uden kalk og sprøjtet med 0,2 mol L-1 oxalsyre den højeste (63,33 µmol g-1), hvilket er 148,35 % højere end kontrolgruppen (25,50 µmol g-1). Med stigende oxalsyre-sprøjtekoncentration og 3750 kg/m2 kalkbehandling steg POD-aktiviteten først og faldt derefter. Sammenlignet med behandlingen med 0,1 mol L-1 oxalsyre faldt POD-aktiviteten ved behandling med 0,2 mol L-1 oxalsyre med 36,31 % (fig. 2).
Med undtagelse af sprøjtning med 0,2 mol/l oxalsyre og tilsætning af 2250 kg/t/m2 eller 3750 kg/t/m2 kalk var CAT-aktiviteten signifikant højere end kontrolgruppen. Ved sprøjtning med 0,1 mol/l oxalsyre og tilsætning af 0,2250 kg/m2 eller 3750 kg/t/m2 kalk steg CAT-aktiviteten med henholdsvis 276,08%, 276,69% ​​og 33,05% sammenlignet med behandling uden sprøjtning med oxalsyre. CAT-aktiviteten i rødder var højest (803,52 μmol/g) i behandlingen uden kalk og i behandlingen med 0,2 mol/L oxalsyre. CAT-aktiviteten var lavest (172,88 μmol/g) ved behandling med 3750 kg/t/m2 kalk og 0,2 mol/L oxalsyre (fig. 2).
Bivariat analyse viste, at CAT-aktivitet og MDA-aktivitet af Panax notoginseng-rødder var signifikant associeret med mængden af ​​sprøjtet oxalsyre eller kalk og de to behandlinger (Tabel 3). SOD-aktivitet i rødder var signifikant relateret til kalk- og oxalsyrebehandling eller oxalsyresprøjtningskoncentrationen. Rod-POD-aktivitet var signifikant afhængig af mængden af ​​påført kalk eller kalk- og oxalsyrebehandlingen.
Indholdet af opløseligt sukker i rødderne faldt med stigende mængde kalkpåføring og koncentration af oxalsyrespray. Der var ingen signifikant forskel i indholdet af opløseligt sukker i Panax notoginseng-rødder uden kalkpåføring og ved påføring af 750 kg/t/m2 kalk. Ved påføring af 2250 kg/m2 kalk var indholdet af opløseligt sukker signifikant højere ved behandling med 0,2 mol/L oxalsyre end ved behandling uden sprøjtning af oxalsyre, med en stigning på 22,81%. Ved påføring af 3750 kg t/m2 kalk faldt indholdet af opløseligt sukker signifikant, efterhånden som koncentrationen af ​​sprøjtet oxalsyre steg. Indholdet af opløseligt sukker ved behandling med 0,2 mol L-1 oxalsyre faldt med 38,77% sammenlignet med behandling uden sprøjtning af oxalsyre. Derudover havde sprøjtebehandlingen med 0,2 mol·L-1 oxalsyre det laveste indhold af opløseligt sukker, som var 205,80 mg·g-1 (fig. 3).
Effekt af bladsprøjtning med oxalsyre på indholdet af opløseligt totalsukker og opløseligt protein i Panax notoginseng-rødder under cadmiumstress
Indholdet af opløseligt protein i rødderne faldt med stigende mængder kalkpåføring og oxalsyresprøjtning. Uden tilsætning af kalk blev indholdet af opløseligt protein ved behandling med oxalsyresprøjtning i en koncentration på 0,2 mol L-1 signifikant reduceret med 16,20% sammenlignet med kontrolgruppen. Der var ingen signifikante forskelle i indholdet af opløseligt protein i Panax notoginseng-rødder, når der blev påført 750 kg/t kalk. Under påføringsbetingelserne på 2250 kg/t/m² kalk var indholdet af opløseligt protein ved 0,2 mol/L oxalsyresprøjtning signifikant højere end ved ikke-oxalsyresprøjtning (35,11%). Ved påføring af 3750 kg·t/m² kalk faldt indholdet af opløseligt protein signifikant, efterhånden som oxalsyresprøjtningskoncentrationen steg, med det laveste indhold af opløseligt protein (269,84 μg·g-1), når oxalsyresprøjtningen var 0,2 mol·L-1 (fig. 3).
Der var ingen signifikante forskelle i indholdet af frie aminosyrer i roden af ​​Panax notoginseng uden kalkpåføring. Efterhånden som sprøjtekoncentrationen af ​​oxalsyre steg, og der blev tilsat 750 kg/t/m2 kalk, faldt indholdet af frie aminosyrer først og steg derefter. Sammenlignet med behandlingen uden sprøjtning med oxalsyre steg indholdet af frie aminosyrer signifikant med 33,58% ved sprøjtning med 2250 kg hm-2 kalk og 0,2 mol l-1 oxalsyre. Indholdet af frie aminosyrer faldt signifikant med stigende sprøjtekoncentration af oxalsyre og tilsætning af 3750 kg/m2 kalk. Indholdet af frie aminosyrer ved sprøjtebehandling med 0,2 mol L-1 oxalsyre blev reduceret med 49,76% sammenlignet med sprøjtebehandling uden oxalsyre. Indholdet af frie aminosyrer var højest uden oxalsyresprøjtning og var 2,09 mg g-1. Sprøjtebehandlingen med 0,2 mol/L oxalsyre havde det laveste indhold af frie aminosyrer (1,05 mg/g) (fig. 4).
Effekt af sprøjtning af blade med oxalsyre på indholdet af frie aminosyrer og prolin i rødderne af Panax notoginseng under cadmiumstressforhold
Prolinindholdet i rødderne faldt med en stigning i mængden af ​​påført kalk og mængden af ​​sprøjtning med oxalsyre. Der var ingen signifikante forskelle i prolinindholdet i Panax ginseng-rod, når der ikke blev påført kalk. Efterhånden som sprøjtekoncentrationen af ​​oxalsyre steg, og påføringen af ​​750 eller 2250 kg/m2 kalk steg, faldt prolinindholdet først og steg derefter. Prolinindholdet ved sprøjtebehandling med 0,2 mol L-1 oxalsyre var signifikant højere end ved sprøjtebehandling med 0,1 mol L-1 oxalsyre, med en stigning på henholdsvis 19,52 % og 44,33 %. Da der blev tilsat 3750 kg/m2 kalk, faldt prolinindholdet signifikant, efterhånden som koncentrationen af ​​sprøjtet oxalsyre steg. Efter sprøjtning med 0,2 mol L-1 oxalsyre faldt prolinindholdet med 54,68 % sammenlignet med behandlingen uden sprøjtning med oxalsyre. Det laveste prolinindhold var ved behandling med 0,2 mol/l oxalsyre og udgjorde 11,37 μg/g (fig. 4).
Det samlede saponinindhold i Panax notoginseng er Rg1>Rb1>R1. Der var ingen signifikant forskel i indholdet af de tre saponiner med stigende koncentration af oxalsyrespray og koncentration uden kalkpåføring (Tabel 4).
R1-indholdet efter sprøjtning med 0,2 mol L-1 oxalsyre var signifikant lavere end uden sprøjtning med oxalsyre og påføring af en kalkdosis på 750 eller 3750 kg/m2. Ved en sprøjtet oxalsyrekoncentration på 0 eller 0,1 mol/L var der ingen signifikant forskel i R1-indholdet med stigende mængde tilsat kalk. Ved en sprøjtekoncentration på 0,2 mol/L oxalsyre var R1-indholdet i 3750 kg/t/m2 kalk signifikant lavere end 43,84% uden tilsætning af kalk (Tabel 4).
Efterhånden som sprøjtekoncentrationen af ​​oxalsyre steg, og der blev tilsat 750 kg/m2 kalk, steg Rg1-indholdet først og faldt derefter. Ved kalkpåføringsmængder på 2250 og 3750 kg/t faldt Rg1-indholdet med stigende oxalsyrekoncentration. Ved den samme koncentration af sprøjtet oxalsyre stiger Rg1-indholdet først og falder derefter, når mængden af ​​kalk stiger. Sammenlignet med kontrollen, bortset fra Rg1-indholdet i tre koncentrationer af oxalsyre og 750 kg/m2 kalkbehandlinger, som var højere end kontrollen, var Rg1-indholdet i Panax notoginseng-rødder i andre behandlinger lavere end kontrolkontrollen. Det maksimale indhold af Rg1 var ved sprøjtning af 750 kg/t/m2 kalk og 0,1 mol/l oxalsyre, hvilket var 11,54 % højere end kontrollen (Tabel 4).
Efterhånden som sprøjtekoncentrationen af ​​oxalsyre og mængden af ​​påført kalk steg ved en flowhastighed på 2250 kg/t, steg Rb1-indholdet først og faldt derefter. Efter sprøjtning med 0,1 mol L-1 oxalsyre nåede Rb1-indholdet en maksimal værdi på 3,46%, hvilket var 74,75% højere end uden sprøjtning med oxalsyre. For andre kalkbehandlinger var der ingen signifikante forskelle mellem forskellige koncentrationer af oxalsyresprøjtning. Efter sprøjtning med 0,1 og 0,2 mol L-1 oxalsyre faldt Rb1-indholdet først og derefter, efterhånden som mængden af ​​kalk steg (Tabel 4).
Ved samme sprøjtekoncentration med oxalsyre steg og faldt indholdet af flavonoider først, da mængden af ​​tilsat kalk steg. Der blev ikke observeret nogen signifikant forskel i indholdet af flavonoider, når der blev sprøjtet forskellige koncentrationer af oxalsyre uden kalk og 3750 kg/m2 kalk. Ved tilsætning af 750 og 2250 kg/m2 kalk steg og faldt indholdet af flavonoider først, da koncentrationen af ​​sprøjtet oxalsyre steg. Ved påføring af 750 kg/m2 og sprøjtning af oxalsyre i en koncentration på 0,1 mol/l var indholdet af flavonoider maksimalt – 4,38 mg/g, hvilket er 18,38 % højere end ved tilsætning af den samme mængde kalk, og der var ikke behov for at sprøjte oxalsyre. Indholdet af flavonoider steg med 21,74% ved behandling med 0,1 mol L-1 oxalsyrespray sammenlignet med behandlingen uden oxalsyre og behandlingen med kalk i en dosis på 2250 kg/m2 (fig. 5).
Effekt af sprøjtning af blade med oxalat på indholdet af flavonoider i roden af ​​Panax notoginseng under cadmiumstress
Bivariat analyse viste, at indholdet af opløseligt sukker i Panax notoginseng-rødder var signifikant afhængig af mængden af ​​påført kalk og koncentrationen af ​​sprøjtet oxalsyre. Indholdet af opløseligt protein i rødderne var signifikant korreleret med doseringen af ​​kalk og oxalsyre. Indholdet af frie aminosyrer og prolin i rødderne var signifikant korreleret med mængden af ​​påført kalk, koncentrationen af ​​sprøjtet oxalsyre, kalk og oxalsyre (Tabel 5).
R1-indholdet i Panax notoginseng-rødder var signifikant afhængig af koncentrationen af ​​sprøjtet oxalsyre, mængden af ​​kalk, lime og oxalsyre, der blev påført. Indholdet af flavonoider afhang signifikant af koncentrationen af ​​sprøjtet oxalsyre og mængden af ​​tilsat kalk.
Mange forbedringsmidler er blevet brugt til at reducere cadmiumniveauer i planter ved at fiksere cadmium i jorden, såsom kalk og oxalsyre30. Kalk bruges i vid udstrækning som jordforbedringsmiddel til at reducere cadmiumniveauer i afgrøder31. Liang et al.32 rapporterede, at oxalsyre også kan bruges til at afhjælpe jord forurenet med tungmetaller. Efter at varierende koncentrationer af oxalsyre blev tilsat forurenet jord, steg jordens indhold af organisk materiale, kationbytningskapaciteten faldt, og pH-værdien steg33. Oxalsyre kan også reagere med metalioner i jorden. Under Cd-stressforhold steg Cd-indholdet i Panax notoginseng signifikant sammenlignet med kontrolgruppen. Men hvis der anvendes kalk, reduceres det signifikant. Da 750 kg/t/m² kalk blev anvendt i denne undersøgelse, nåede Cd-indholdet i rødderne den nationale standard (Cd-grænsen er Cd≤0,5 mg/kg, AQSIQ, GB/T 19086-200834), og effekten var god. Den bedste effekt opnås ved at tilsætte 2250 kg/m2 kalk. Tilsætningen af ​​kalk skaber et stort antal konkurrencesteder for Ca2+ og Cd2+ i jorden, og tilsætningen af ​​oxalsyre reducerer Cd-indholdet i rødderne af Panax notoginseng. Efter blanding af kalk og oxalsyre faldt Cd-indholdet i Panax ginseng-roden betydeligt og nåede den nationale standard. Ca2+ i jorden adsorberes til rodoverfladen gennem en massestrømningsproces og kan absorberes i rodceller gennem calciumkanaler (Ca2+-kanaler), calciumpumper (Ca2+-AT-Pase) og Ca2+/H+ antiportere og derefter transporteres horisontalt til rødderne. Xylem23. Der var en signifikant negativ korrelation mellem Ca- og Cd-indhold i rødderne (P < 0,05). Cd-indholdet faldt med stigende Ca-indhold, hvilket er i overensstemmelse med ideen om antagonisme mellem Ca og Cd. ANOVA viste, at mængden af ​​kalk havde en signifikant effekt på Ca-indholdet i roden af ​​Panax notoginseng. Pongrack et al. 35 rapporterede, at Cd binder sig til oxalat i calciumoxalatkrystaller og konkurrerer med Ca. Imidlertid var den regulerende effekt af oxalsyre på Ca ubetydelig. Dette viser, at udfældningen af ​​calciumoxalat fra oxalsyre og Ca2+ ikke er simpel udfældning, og at samudfældningsprocessen kan styres af flere metaboliske veje.
Under cadmiumstress dannes en stor mængde reaktive iltarter (ROS) i planter, hvilket beskadiger cellemembranernes struktur36. Indholdet af malondialdehyd (MDA) kan bruges som en indikator til at bedømme niveauet af ROS og graden af ​​skade på planters plasmamembran37. Antioxidantsystemet er en vigtig beskyttelsesmekanisme til at opfange reaktive iltarter38. Aktiviteten af ​​antioxidantenzymer (herunder POD, SOD og CAT) ændres typisk af cadmiumstress. Resultaterne viste, at MDA-indholdet var positivt korreleret med Cd-koncentrationen, hvilket indikerer, at omfanget af lipidperoxidation i plantemembranen blev dybere med stigende Cd-koncentration37. Dette er i overensstemmelse med resultaterne af undersøgelsen foretaget af Ouyang et al.39. Denne undersøgelse viser, at MDA-indholdet er signifikant påvirket af kalk, oxalsyre, kalk og oxalsyre. Efter forstøvning af 0,1 mol L-1 oxalsyre faldt MDA-indholdet i Panax notoginseng, hvilket indikerer, at oxalsyre kan reducere biotilgængeligheden af ​​Cd- og ROS-niveauer i Panax notoginseng. Det er i det antioxidante enzymsystem, plantens afgiftningsfunktion finder sted. SOD fjerner O2- indeholdt i planteceller og producerer ikke-toksisk O2 og lavtoksisk H2O2. POD og CAT fjerner H2O2 fra plantevæv og katalyserer nedbrydningen af ​​H2O2 til H2O. Baseret på iTRAQ-proteomanalyse blev det fundet, at proteinekspressionsniveauerne af SOD og PAL var faldet, og ekspressionsniveauet af POD var forøget efter kalkpåføring under Cd40-stress. Aktiviteterne af CAT, SOD og POD i roden af ​​Panax notoginseng blev signifikant påvirket af doseringen af ​​oxalsyre og kalk. Sprøjtebehandling med 0,1 mol L-1 oxalsyre øgede aktiviteten af ​​SOD og CAT signifikant, men den regulatoriske effekt på POD-aktivitet var ikke tydelig. Dette viser, at oxalsyre accelererer nedbrydningen af ​​ROS under Cd-stress og primært fuldender fjernelsen af ​​H2O2 ved at regulere aktiviteten af ​​CAT, hvilket svarer til forskningsresultaterne fra Guo et al.41 om antioxidantenzymer i Pseudospermum sibiricum. Kos.). Effekten af ​​at tilsætte 750 kg/t/m2 kalk på aktiviteten af ​​enzymer i antioxidantsystemet og indholdet af malondialdehyd svarer til effekten af ​​sprøjtning med oxalsyre. Resultaterne viste, at sprøjtebehandling med oxalsyre mere effektivt kunne forbedre aktiviteterne af SOD og CAT i Panax notoginseng og forbedre stressresistensen af ​​Panax notoginseng. Aktiviteten af ​​SOD og POD blev reduceret ved behandling med 0,2 mol L-1 oxalsyre og 3750 kg hm-2 kalk, hvilket indikerer, at overdreven sprøjtning af høje koncentrationer af oxalsyre og Ca2+ kan forårsage plantestress, hvilket er i overensstemmelse med undersøgelsen af ​​Luo et al. Wait 42.