Takk for at du besøker Nature.com. Nettleserversjonen du bruker har begrenset CSS-støtte. For best resultat anbefaler vi at du bruker en nyere versjon av nettleseren din (eller slår av kompatibilitetsmodus i Internet Explorer). I mellomtiden, for å sikre kontinuerlig støtte, viser vi nettstedet uten styling eller JavaScript.
Kadmiumforurensning (Cd) utgjør en potensiell trussel mot sikkerheten ved dyrking av medisinplanten Panax notoginseng i Yunnan. Under eksogent Cd-stress ble det utført feltforsøk for å forstå effektene av kalkpåføring (0, 750, 2250 og 3750 kg/t/m2) og bladsprøyting med oksalsyre (0, 0,1 og 0,2 mol/L) på akkumulering av Cd og antioksidant. Systemiske og medisinske komponenter i Panax notoginseng. Resultatene viste at under Cd-stress kunne kalk og bladsprøyting med oksalsyre øke Ca2+-innholdet i Panax notoginseng og redusere toksisiteten til Cd2+. Tilsetning av kalk og oksalsyre økte aktiviteten til antioksidantenzymer og endret metabolismen til osmotiske regulatorer. Den viktigste er økningen i CAT-aktivitet med 2,77 ganger. Under påvirkning av oksalsyre økte aktiviteten til SOD til 1,78 ganger. MDA-innholdet gikk ned med 58,38 %. Det er en svært signifikant korrelasjon med løselig sukker, frie aminosyrer, prolin og løselig protein. Kalk og oksalsyre kan øke kalsiumioninnholdet (Ca2+) i Panax notoginseng, redusere Cd-innholdet, forbedre stressmotstanden til Panax notoginseng og øke produksjonen av totale saponiner og flavonoider. Cd-innholdet er det laveste, 68,57 % lavere enn kontrollen, og tilsvarer standardverdien (Cd≤0,5 mg kg-1, GB/T 19086-2008). Andelen SPN var 7,73 %, som nådde det høyeste nivået blant alle behandlinger, og flavonoidinnholdet økte betydelig med 21,74 %, og nådde standard medisinske verdier og optimalt utbytte.
Kadmium (Cd) er en vanlig forurensning i dyrket jord, migrerer lett og har betydelig biologisk toksisitet. El-Shafei et al. rapporterte at kadmiumtoksisitet påvirker kvaliteten og produktiviteten til plantene som brukes. For høye nivåer av kadmium i dyrket jord i sørvest-Kina har blitt alvorlige de siste årene. Yunnan-provinsen er Kinas biologiske mangfoldsrike, med medisinplantearter som er rangert først i landet. Yunnan-provinsen er imidlertid rik på mineralressurser, og gruvedriftsprosessen fører uunngåelig til tungmetallforurensning i jorden, noe som påvirker produksjonen av lokale medisinplanter.
Panax notoginseng (Burkill) Chen3) er en svært verdifull flerårig urteaktig medisinplante som tilhører slekten Panax i Araliaceae-familien. Panax notoginseng forbedrer blodsirkulasjonen, eliminerer blodstagnasjon og lindrer smerter. Hovedproduksjonsområdet er Wenshan prefektur, Yunnan-provinsen5. Mer enn 75 % av jorden i lokale dyrkingsområder for Panax notoginseng ginseng er forurenset med kadmium, med nivåer som varierer fra 81 % til over 100 % i forskjellige områder6. Den toksiske effekten av Cd reduserer også produksjonen av medisinske komponenter i Panax notoginseng betydelig, spesielt saponiner og flavonoider. Saponiner er en type glykosidforbindelse hvis aglykoner er triterpenoider eller spirostaner. De er de viktigste aktive ingrediensene i mange tradisjonelle kinesiske medisiner og inneholder saponiner. Noen saponiner har også antibakteriell aktivitet eller verdifulle biologiske aktiviteter som febernedsettende, beroligende og krefthemmende effekter7. Flavonoider refererer vanligvis til en serie forbindelser der to benzenringer med fenoliske hydroksylgrupper er forbundet gjennom tre sentrale karbonatomer. Hovedkjernen er 2-fenylkromanon 8. Det er en sterk antioksidant som effektivt kan fjerne oksygenfrie radikaler i planter. Den kan også hemme penetrasjonen av inflammatoriske biologiske enzymer, fremme sårheling og smertelindring, og senke kolesterolnivået. Det er en av de viktigste aktive ingrediensene i Panax notoginseng. Det er et presserende behov for å ta tak i problemet med kadmiumforurensning i jord i Panax ginseng-produksjonsområder og sikre produksjonen av dens essensielle medisinske ingredienser.
Kalk er et av de mest brukte passiveringsmidlene for stasjonær jordrensing fra kadmiumforurensning10. Det påvirker adsorpsjonen og avsetningen av Cd i jord ved å redusere biotilgjengeligheten av Cd i jord ved å øke pH-verdien og endre jordens kationbyttekapasitet (CEC), jordens saltmetning (BS) og jordens redokspotensial (Eh)3, 11. I tillegg gir kalk en stor mengde Ca2+, danner ionisk antagonisme med Cd2+, konkurrerer om adsorpsjonssteder i røtter, forhindrer transport av Cd inn i jorden og har lav biologisk toksisitet. Når 50 mmol L-1 Ca ble tilsatt under Cd-stress, ble Cd-transport i sesamblader hemmet og Cd-akkumuleringen ble redusert med 80 %. En rekke lignende studier har blitt rapportert på ris (Oryza sativa L.) og andre avlinger12,13.
Bladsprøyting av avlinger for å kontrollere akkumulering av tungmetaller er en ny metode for å kontrollere tungmetaller de siste årene. Prinsippet er hovedsakelig knyttet til chelateringsreaksjonen i planteceller, som resulterer i avsetning av tungmetaller på celleveggen og hemmer opptaket av tungmetaller av planter14,15. Som et stabilt disyrechelateringsmiddel kan oksalsyre direkte chelatere tungmetallioner i planter, og dermed redusere toksisitet. Forskning har vist at oksalsyre i soyabønner kan chelatere Cd2+ og frigjøre Cd-holdige krystaller gjennom de øvre trikomcellene, noe som reduserer Cd2+-nivåene i kroppen16. Oksalsyre kan regulere jordens pH, øke aktiviteten til superoksiddismutase (SOD), peroksidase (POD) og katalase (CAT), og regulere penetrasjonen av løselig sukker, løselig protein, frie aminosyrer og prolin. Metabolske regulatorer17,18. Syre og overskudd av Ca2+ i planten danner et kalsiumoksalatutfelling under påvirkning av kjernedannende proteiner. Regulering av Ca2+-konsentrasjonen i planter kan effektivt oppnå regulering av oppløst oksalsyre og Ca2+ i planter og unngå overdreven akkumulering av oksalsyre og Ca2+19,20.
Mengden kalk som påføres er en av nøkkelfaktorene som påvirker reparasjonseffekten. Det ble funnet at kalkdoseringen varierte fra 750 til 6000 kg/m2. For sur jord med en pH på 5,0–5,5 er effekten av å påføre kalk i en dose på 3000–6000 kg/t/m2 betydelig høyere enn ved en dose på 750 kg/t/m221. Imidlertid vil overdreven kalkpåføring føre til noen negative effekter på jorden, for eksempel betydelige endringer i jordens pH og jordkomprimering22. Derfor definerte vi CaO-behandlingsnivåene som 0, 750, 2250 og 3750 kg hm⁻². Da oksalsyre ble påført Arabidopsis thaliana, ble det funnet at Ca2+ ble betydelig redusert ved en konsentrasjon på 10 mmol L⁻¹, og CRT-genfamilien, som påvirker Ca2+-signalering, responderte sterkt20. Akkumuleringen av noen tidligere studier tillot oss å bestemme konsentrasjonen av denne testen og videre studere effekten av samspillet mellom eksogene tilskudd på Ca2+ og Cd2+23,24,25. Derfor tar denne studien sikte på å utforske reguleringsmekanismen til eksogen kalk og oksalsyrebladspray på Cd-innhold og stresstoleranse for Panax notoginseng i Cd-forurenset jord, og videre utforske måter å bedre sikre medisinsk kvalitet og effekt på. Panax notoginseng-produksjon. Han gir verdifull veiledning om å øke omfanget av dyrking av urteaktige planter i kadmiumforurenset jord og oppnå den bærekraftige produksjonen av høy kvalitet som kreves av legemiddelmarkedet.
Med den lokale ginseng-sorten Wenshan Panax notoginseng som materiale ble det utført et felteksperiment i Lannizhai, Qiubei fylke, Wenshan prefektur, Yunnan-provinsen (24°11′N, 104°3′Ø, høyde 1446 m). Den gjennomsnittlige årstemperaturen er 17 °C og den gjennomsnittlige årlige nedbøren er 1250 mm. Bakgrunnsverdiene for den studerte jorden 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, alkalihydrolysert N 88,82 mg kg-1, fosforfritt 18,55 mg kg-1, fritt kalium 100,37 mg kg-1, totalt kadmium 0,3 mg kg-1, pH 5,4.
10. desember 2017 ble 6 mg/kg Cd2+ (CdCl2·2,5H2O) og kalkbehandling (0, 750, 2250 og 3750 kg/t/m2) blandet og påført jordoverflaten i et lag på 0~10 cm på hvert område. Hver behandling ble gjentatt 3 ganger. Testområdene ble tilfeldig plassert, hver del dekker et område på 3 m2. Ett år gamle Panax notoginseng-frøplanter ble omplantet etter 15 dagers jordbearbeiding. Ved bruk av solskjermnett er lysintensiteten til Panax notoginseng inne i solskjermnettet omtrent 18 % av normal naturlig lysintensitet. Dyrkingen utføres i henhold til lokale tradisjonelle dyrkingsmetoder. Før modningsstadiet av Panax notoginseng i 2019, sprayes oksalsyre i form av natriumoksalat. Oksalsyrekonsentrasjonene var henholdsvis 0, 0,1 og 0,2 mol L-1, og NaOH ble brukt til å justere pH-verdien til 5,16 for å simulere gjennomsnittlig pH-verdi i utvaskingsløsningen. Spray de øvre og nedre overflatene av bladene én gang i uken klokken 08:00. Etter spraying 4 ganger i den 5. uken ble 3 år gamle Panax notoginseng-planter høstet.
I november 2019 ble tre år gamle Panax notoginseng-planter samlet inn fra åkeren og sprayet med oksalsyre. Noen prøver av tre år gamle Panax notoginseng-planter som måtte måles for fysiologisk metabolisme og enzymaktivitet, ble plassert i rør for frysing, raskt frosset ned med flytende nitrogen og deretter overført til kjøleskap ved -80 °C. Noen rotprøver som skulle måles for Cd og aktiv ingrediensinnhold i modningsstadiet ble vasket med vann fra springen, tørket ved 105 °C i 30 minutter, med konstant vekt på 75 °C, og malt i en morter for lagring.
Vei 0,2 g tørr planteprøve, plasser den i en Erlenmeyer-kolbe, tilsett 8 ml HNO3 og 2 ml HClO4 og dekk til over natten. Neste dag, bruk en buet trakt plassert i en Erlenmeyer-kolbe for elektrotermisk nedbrytning til hvit røyk kommer frem og fordøyelsessaftene renner klare. Etter avkjøling til romtemperatur ble blandingen overført til en 10 ml målekolbe. Cd-innholdet ble bestemt ved hjelp av et atomabsorpsjonsspektrometer (Thermo ICE™ 3300 AAS, USA). (GB/T 23739-2009).
Vei 0,2 g tørr planteprøve, plasser den i en 50 ml plastflaske, tilsett 1 mol L-1 HCL i 10 ml, sett på korken og rist godt i 15 timer og filtrer. Bruk en pipette til å pipettere den nødvendige mengden filtrat, fortynn det deretter og tilsett SrCl2-løsning for å bringe Sr2+-konsentrasjonen til 1 g L-1. Ca-innholdet ble målt ved hjelp av et atomabsorpsjonsspektrometer (Thermo ICE™ 3300 AAS, USA).
Malondialdehyd (MDA), superoksiddismutase (SOD), peroksidase (POD) og katalase (CAT) referansesettmetode (DNM-9602, Beijing Prong New Technology Co., Ltd., produktregistrering), bruk det tilhørende målesettet. Nr.: Beijing Pharmacopoeia (nøyaktig) 2013 nr. 2400147).
Vei omtrent 0,05 g Panax notoginseng-prøve og tilsett antron-svovelsyrereagens langs sidene av røret. Rist røret i 2–3 sekunder for å blande væsken grundig. Plasser røret på et rørstativ for å utvikle farge i 15 minutter. Innhold av løselig sukker ble bestemt ved ultrafiolett-synlig spektrofotometri (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Kina) ved en bølgelengde på 620 nm.
Vei 0,5 g av en fersk prøve av Panax notoginseng, mal den til et homogenat med 5 ml destillert vann, og sentrifuger deretter ved 10 000 g i 10 minutter. Supernatanten ble fortynnet til et fast volum. Coomassie Brilliant Blue-metoden ble brukt. Innhold av løselig protein ble målt ved hjelp av ultrafiolett-synlig spektrofotometri (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Kina) ved en bølgelengde på 595 nm og beregnet basert på standardkurven for bovint serumalbumin.
Vei 0,5 g fersk prøve, tilsett 5 ml 10 % eddiksyre, mal til et homogenat, filtrer og fortynn til konstant volum. Fargeutviklingsmetoden ble brukt med en ninhydrinløsning. Innholdet av frie aminosyrer ble bestemt ved UV-synlig spektrofotometri (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Kina) ved 570 nm og beregnet basert på leucinstandardkurven28.
Vei 0,5 g av en fersk prøve, tilsett 5 ml av en 3 % løsning av sulfosalicylsyre, varm opp i et vannbad og rist i 10 minutter. Etter avkjøling ble løsningen filtrert og brakt til et konstant volum. Den kolorimetriske metoden med syre ninhydrin ble brukt. Prolininnholdet ble bestemt ved ultrafiolett-synlig spektrofotometri (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Kina) ved en bølgelengde på 520 nm og beregnet basert på prolinstandardkurven29.
Saponininnholdet ble bestemt ved hjelp av høytrykksvæskekromatografi med henvisning til Folkerepublikken Kinas farmakopé (2015-utgaven). Grunnprinsippet for høytrykksvæskekromatografi er å bruke høytrykksvæske som mobil fase og anvende ultrafine partikkelseparasjonsteknologi fra høytrykkskolonnekromatografi på den stasjonære fasen. Driftsteknikken er som følger:
HPLC-betingelser og systemegnethetstest (tabell 1): Bruk oktadecylsilanbundet silikagel som fyllstoff, acetonitril som mobil fase A og vann som mobil fase B. Utfør gradienteluering som vist i tabellen nedenfor. Deteksjonsbølgelengden er 203 nm. I henhold til R1-toppen for de totale saponinene i Panax notoginseng, bør antallet teoretiske plater være minst 4000.
Tilberedning av standardløsning: Vei nøyaktig ginsenosid Rg1, ginsenosid Rb1 og notoginsenoside R1 og tilsett metanol for å lage en blanding som inneholder 0,4 mg ginsenosid Rg1, 0,4 mg ginsenosid Rb1 og 0,1 mg notoginsenoside R1 per 1 ml løsning.
Tilberedning av testløsning: Vei 0,6 g Panax ginseng-pulver og tilsett 50 ml metanol. Den blandede løsningen ble veid (W1) og fikk stå over natten. Den blandede løsningen ble deretter forsiktig kokt i et vannbad ved 80 °C i 2 timer. Etter avkjøling, vei den blandede løsningen og tilsett den tilberedte metanolen til den første massen W1. Rist deretter godt og filtrer. Filtratet blir stående til analyse.
Samle nøyaktig 10 μL av standardløsningen og 10 μL av filtratet og injiser dem inn i en høytrykksvæskekromatograf (Thermo HPLC-ultimate 3000, Seymour Fisher Technology Co., Ltd.) for å bestemme saponin-24-innholdet.
Standardkurve: måling av en blandet standardløsning av Rg1, Rb1 og R1. Kromatografiforholdene er de samme som ovenfor. Beregn standardkurven ved å plotte det målte topparealet på y-aksen og konsentrasjonen av saponin i standardløsningen på x-aksen. Saponinkonsentrasjonen kan beregnes ved å sette inn det målte topparealet av prøven i standardkurven.
Vei 0,1 g av P. notogensings-prøven og tilsett 50 ml av en 70 % CH3OH-løsning. Ultralydekstraksjon ble utført i 2 timer, etterfulgt av sentrifugering ved 4000 o/min i 10 minutter. Ta 1 ml supernatant og fortynn den 12 ganger. Flavonoidinnholdet ble bestemt ved hjelp av ultrafiolett-synlig spektrofotometri (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Kina) ved en bølgelengde på 249 nm. Quercetin er et av de vanlige standardstoffene8.
Dataene ble organisert ved hjelp av Excel 2010-programvare. Statistisk programvare SPSS 20 ble brukt til å utføre variansanalyse på dataene. Bilder ble tegnet ved hjelp av Origin Pro 9.1. Beregnede statistiske verdier inkluderer gjennomsnitt ± SD. Utsagn om statistisk signifikans er basert på P < 0,05.
Ved samme konsentrasjon av oksalsyre sprøytet på bladene økte Ca-innholdet i røttene til Panax notoginseng betydelig etter hvert som mengden kalk som ble påført økte (tabell 2). Sammenlignet med fravær av kalk økte Ca-innholdet med 212 % ved tilsetning av 3750 kg/t/m2 kalk uten å sprøyte oksalsyre. For samme mengde kalk økte Ca-innholdet litt etter hvert som konsentrasjonen av oksalsyrespray økte.
Kadmiuminnholdet i røttene varierer fra 0,22 til 0,70 mg kg-1. Ved samme sprøytekonsentrasjon av oksalsyre, synker Kadmiuminnholdet på 2250 kg/t betydelig etter hvert som mengden tilsatt kalk øker. Sammenlignet med kontrollen, sank Kadmiuminnholdet i røttene med 68,57 % etter sprøyting med 2250 kg hm-2 kalk og 0,1 mol l-1 oksalsyre. Da kalkfri og 750 kg/t kalk ble påført, sank Kadmiuminnholdet i røttene til Panax notoginseng betydelig med økende konsentrasjon av oksalsyrespray. Da 2250 kg/m2 kalk og 3750 kg/m2 kalk ble påført, sank først Kadmiuminnholdet i røttene og økte deretter med økende oksalsyrekonsentrasjon. I tillegg viste bivariat analyse at kalk hadde en signifikant effekt på Ca-innholdet i Panax notoginseng-røttene (F = 82,84**), kalk hadde en signifikant effekt på Cd-innholdet i Panax notoginseng-røttene (F = 74,99**), og oksalsyre (F=7,72*).
Etter hvert som mengden tilsatt kalk og konsentrasjonen av sprøytet oksalsyre økte, sank MDA-innholdet betydelig. Det var ingen signifikant forskjell i MDA-innholdet i røttene til Panax notoginseng uten tilsetning av kalk og med tilsetning av 3750 kg/m2 kalk. Ved påføringsmengder på 750 kg/t/m2 og 2250 kg/t/m2 sank kalkinnholdet ved 0,2 mol/L oksalsyresprøytebehandling med henholdsvis 58,38 % og 40,21 %, sammenlignet med ingen oksalsyresprøytebehandling. Det laveste MDA-innholdet (7,57 nmol g-1) ble observert ved sprøyting av 750 kg hm-2 kalk og 0,2 mol l-1 oksalsyre (fig. 1).
Effekt av bladsprøyting med oksalsyre på malondialdehydinnholdet i Panax notoginseng-røtter under kadmiumstress. Merk: Forklaringen i figuren indikerer konsentrasjonen av oksalsyre ved sprøytingen (mol L-1), forskjellige små bokstaver indikerer signifikante forskjeller mellom behandlinger med samme kalkpåføring. antall (P < 0,05). Samme nedenfor.
Bortsett fra påføring av 3750 kg/t kalk, var det ingen signifikant forskjell i SOD-aktivitet i Panax notoginseng-røtter. Ved tilsetning av 0, 750 og 2250 kg/t/m2 kalk var SOD-aktiviteten ved behandling med sprøyting med oksalsyre i en konsentrasjon på 0,2 mol/l betydelig høyere enn uten bruk av oksalsyre, med en økning på henholdsvis 177,89 %, 61,62 % og 45,08 %. SOD-aktiviteten i røttene (598,18 U g-1) var høyest uten kalkpåføring og ved behandling med sprøyting med oksalsyre i en konsentrasjon på 0,2 mol/l. Når oksalsyre ble sprøytet med samme konsentrasjon eller 0,1 mol L-1, økte SOD-aktiviteten med økende mengde tilsatt kalk. Etter sprøyting med 0,2 mol/L oksalsyre, minket SOD-aktiviteten betydelig (fig. 2).
Effekt av sprøyting av blader med oksalsyre på aktiviteten til superoksiddismutase, peroksidase og katalase i røttene til Panax notoginseng under kadmiumstress
I likhet med SOD-aktivitet i røtter var POD-aktiviteten i røtter behandlet uten kalk og sprøytet med 0,2 mol L-1 oksalsyre høyest (63,33 µmol g-1), som er 148,35 % høyere enn kontrollen (25,50 µmol g-1). Med økende oksalsyresprøytekonsentrasjon og 3750 kg/m2 kalkbehandling økte POD-aktiviteten først og minket deretter. Sammenlignet med behandlingen med 0,1 mol L-1 oksalsyre, minket POD-aktiviteten ved behandling med 0,2 mol L-1 oksalsyre med 36,31 % (fig. 2).
Med unntak av sprøyting med 0,2 mol/l oksalsyre og tilsetning av 2250 kg/t/m2 eller 3750 kg/t/m2 kalk, var CAT-aktiviteten betydelig høyere enn kontrollen. Ved sprøyting med 0,1 mol/l oksalsyre og tilsetning av 0,2250 kg/m2 eller 3750 kg/t/m2 kalk, økte CAT-aktiviteten med henholdsvis 276,08 %, 276,69 % og 33,05 %, sammenlignet med behandling uten sprøyting av oksalsyre. CAT-aktiviteten i røtter var høyest (803,52 μmol/g) i behandlingen uten kalk og i behandlingen med 0,2 mol/l oksalsyre. CAT-aktiviteten var lavest (172,88 μmol/g) ved behandling med 3750 kg/t/m2 kalk og 0,2 mol/L oksalsyre (fig. 2).
Bivariat analyse viste at CAT-aktivitet og MDA-aktivitet i Panax notoginseng-røtter var signifikant assosiert med mengden oksalsyre eller kalk som ble sprøytet og de to behandlingene (tabell 3). SOD-aktivitet i røtter var signifikant relatert til kalk- og oksalsyrebehandling eller oksalsyresprøytekonsentrasjon. Rotens POD-aktivitet var signifikant avhengig av mengden kalk som ble påført eller kalk- og oksalsyrebehandlingen.
Innholdet av løselig sukker i røttene minket med økende mengde kalkpåføring og konsentrasjon av oksalsyrespray. Det var ingen signifikant forskjell i innholdet av løselig sukker i Panax notoginseng-røtter uten kalkpåføring og når 750 kg/t/m² kalk ble påført. Når 2250 kg/m² kalk ble påført, var innholdet av løselig sukker betydelig høyere ved behandling med 0,2 mol/L oksalsyre enn ved behandling uten sprøyting av oksalsyre, med en økning på 22,81 %. Når 3750 kg t/m² kalk ble påført, minket innholdet av løselig sukker betydelig etter hvert som konsentrasjonen av sprøytet oksalsyre økte. Innholdet av løselig sukker ved behandling med 0,2 mol L-1 oksalsyre minket med 38,77 % sammenlignet med uten sprøyting av oksalsyre. I tillegg hadde 0,2 mol·L-1 oksalsyrespraybehandlingen det laveste innholdet av løselig sukker, som var 205,80 mg·g-1 (fig. 3).
Effekt av bladsprøyting med oksalsyre på innholdet av løselig totalt sukker og løselig protein i Panax notoginseng-røtter under kadmiumstress
Innholdet av løselig protein i røttene minket med økende mengde kalkpåføring og oksalsyrespraybehandling. Uten tilsetning av kalk ble innholdet av løselig protein betydelig redusert med 16,20 % sammenlignet med kontrollen ved behandling med oksalsyrespray i en konsentrasjon på 0,2 mol L-1. Det var ingen signifikante forskjeller i innholdet av løselig protein i Panax notoginseng-røtter ved behandling med 750 kg/t kalk. Under påføringsforholdene på 2250 kg/t/m² kalk var innholdet av løselig protein ved 0,2 mol/L oksalsyrespraybehandling betydelig høyere enn ved ikke-oksalsyrespraybehandling (35,11 %). Ved påføring av 3750 kg·t/m² kalk, minket innholdet av løselig protein betydelig etter hvert som oksalsyrespraykonsentrasjonen økte, med det laveste innholdet av løselig protein (269,84 μg·g-1) ved behandling med oksalsyrespray på 0,2 mol·L-1 (fig. 3).
Det var ingen signifikante forskjeller i innholdet av frie aminosyrer i roten til Panax notoginseng uten kalkpåføring. Etter hvert som sprøytekonsentrasjonen av oksalsyre økte og tilsetningen av 750 kg/t/m2 kalk økte, sank innholdet av frie aminosyrer først og økte deretter. Sammenlignet med behandlingen uten oksalsyresprøyting økte innholdet av frie aminosyrer betydelig med 33,58 % ved sprøyting av 2250 kg hm⁻² kalk og 0,2 mol l⁻¹ oksalsyre. Innholdet av frie aminosyrer sank betydelig med økende sprøytekonsentrasjon av oksalsyre og tilsetning av 3750 kg/m2 kalk. Innholdet av frie aminosyrer ved sprøytebehandling med 0,2 mol L⁻¹ oksalsyre ble redusert med 49,76 % sammenlignet med sprøytebehandling uten oksalsyre. Innholdet av frie aminosyrer var høyest uten oksalsyresprøyting og var 2,09 mg g⁻¹. Spraybehandlingen med 0,2 mol/L oksalsyre hadde det laveste innholdet av frie aminosyrer (1,05 mg/g) (fig. 4).
Effekt av sprøyting av blader med oksalsyre på innholdet av frie aminosyrer og prolin i røttene til Panax notoginseng under kadmiumstressforhold
Prolininnholdet i røttene minket med en økning i mengden kalk som ble påført og mengden oksalsyre som ble sprøytet. Det var ingen signifikante forskjeller i prolininnholdet i Panax ginseng-roten når kalk ikke ble påført. Etter hvert som sprøytekonsentrasjonen av oksalsyre økte og påføringen av 750 eller 2250 kg/m2 kalk økte, minket prolininnholdet først og økte deretter. Prolininnholdet ved sprøytebehandling med 0,2 mol L-1 oksalsyre var betydelig høyere enn ved sprøytebehandling med 0,1 mol L-1 oksalsyre, og økte med henholdsvis 19,52 % og 44,33 %. Da 3750 kg/m2 kalk ble tilsatt, minket prolininnholdet betydelig etter hvert som konsentrasjonen av sprøytet oksalsyre økte. Etter sprøyting med 0,2 mol L-1 oksalsyre, minket prolininnholdet med 54,68 % sammenlignet med uten sprøyting av oksalsyre. Det laveste prolininnholdet var ved behandling med 0,2 mol/l oksalsyre og utgjorde 11,37 μg/g (fig. 4).
Det totale saponininnholdet i Panax notoginseng er Rg1>Rb1>R1. Det var ingen signifikant forskjell i innholdet av de tre saponinene med økende konsentrasjon av oksalsyrespray og konsentrasjon uten kalkpåføring (tabell 4).
R1-innholdet etter sprøyting med 0,2 mol L-1 oksalsyre var betydelig lavere enn uten sprøyting av oksalsyre og påføring av en kalkdose på 750 eller 3750 kg/m2. Ved en sprøytet oksalsyrekonsentrasjon på 0 eller 0,1 mol/L var det ingen signifikant forskjell i R1-innholdet med økende mengde tilsatt kalk. Ved en sprøytekonsentrasjon på 0,2 mol/L oksalsyre var R1-innholdet i 3750 kg/t/m2 kalk betydelig lavere enn 43,84 % uten tilsetning av kalk (tabell 4).
Etter hvert som sprøytekonsentrasjonen av oksalsyre økte og 750 kg/m2 kalk ble tilsatt, økte Rg1-innholdet først og deretter minket det. Ved kalkpåføringsmengder på 2250 og 3750 kg/t, minket Rg1-innholdet med økende oksalsyrekonsentrasjon i sprøytesprøyten. Ved samme konsentrasjon av sprøytet oksalsyre, øker Rg1-innholdet først og synker deretter når mengden kalk øker. Sammenlignet med kontrollen, med unntak av Rg1-innholdet i tre konsentrasjoner av oksalsyre og 750 kg/m2 kalkbehandlinger, som var høyere enn kontrollen, var Rg1-innholdet i Panax notoginseng-røtter i andre behandlinger lavere enn kontrollkontrollen. Maksimalinnholdet av Rg1 var ved sprøyting av 750 kg/t/m2 kalk og 0,1 mol/l oksalsyre, som var 11,54 % høyere enn kontrollen (tabell 4).
Etter hvert som sprøytekonsentrasjonen av oksalsyre og mengden påført kalk økte med en strømningshastighet på 2250 kg/t, økte Rb1-innholdet først og sank deretter. Etter sprøyting med 0,1 mol L-1 oksalsyre nådde Rb1-innholdet en maksimal verdi på 3,46 %, som var 74,75 % høyere enn uten sprøyting av oksalsyre. For andre kalkbehandlinger var det ingen signifikante forskjeller mellom forskjellige konsentrasjoner av oksalsyrespray. Etter sprøyting med 0,1 og 0,2 mol L-1 oksalsyre, sank Rb1-innholdet først og deretter etter hvert som mengden kalk økte (tabell 4).
Ved samme sprøytekonsentrasjon med oksalsyre, økte innholdet av flavonoider først og sank deretter etter hvert som mengden tilsatt kalk økte. Ingen signifikant forskjell i innholdet av flavonoider ble oppdaget ved sprøyting av forskjellige konsentrasjoner av oksalsyre uten kalk og 3750 kg/m2 kalk. Ved tilsetning av 750 og 2250 kg/m2 kalk, økte innholdet av flavonoider først og sank deretter etter hvert som konsentrasjonen av sprøytet oksalsyre økte. Ved påføring av 750 kg/m2 og sprøyting av oksalsyre med en konsentrasjon på 0,1 mol/l, var innholdet av flavonoider maksimalt – 4,38 mg/g, som er 18,38 % høyere enn ved tilsetning av samme mengde kalk, og det var ikke behov for å sprøyte oksalsyre. Innholdet av flavonoider økte med 21,74 % ved behandling med 0,1 mol L-1 oksalsyrespray sammenlignet med behandling uten oksalsyre og behandling med kalk i en dose på 2250 kg/m2 (fig. 5).
Effekt av å sprøyte blader med oksalat på innholdet av flavonoider i roten til Panax notoginseng under kadmiumstress
Bivariat analyse viste at det løselige sukkerinnholdet i Panax notoginseng-røttene var signifikant avhengig av mengden kalk som ble påført og konsentrasjonen av oksalsyre som ble sprøytet. Innholdet av løselig protein i røttene var signifikant korrelert med doseringen av kalk og oksalsyre. Innholdet av frie aminosyrer og prolin i røttene var signifikant korrelert med mengden kalk som ble påført, konsentrasjonen av oksalsyre som ble sprøytet, kalk og oksalsyre (tabell 5).
R1-innholdet i Panax notoginseng-røtter var signifikant avhengig av konsentrasjonen av sprayet oksalsyre, mengden kalk, kalk og oksalsyre som ble påført. Innholdet av flavonoider var betydelig avhengig av konsentrasjonen av oksalsyrespray og mengden tilsatt kalk.
Mange forbedringsmidler har blitt brukt for å redusere kadmiumnivåene i planter ved å fiksere kadmium i jorden, for eksempel kalk og oksalsyre30. Kalk er mye brukt som jordforbedringsmiddel for å redusere kadmiumnivåene i avlinger31. Liang et al.32 rapporterte at oksalsyre også kan brukes til å sanere jord forurenset med tungmetaller. Etter at varierende konsentrasjoner av oksalsyre ble tilsatt forurenset jord, økte jordens innhold av organisk materiale, kationbyttekapasiteten reduserte og pH-verdien økte33. Oksalsyre kan også reagere med metallioner i jorden. Under Cd-stressforhold økte Cd-innholdet i Panax notoginseng betydelig sammenlignet med kontrollen. Men hvis kalk brukes, reduseres det betydelig. Da 750 kg/t/m² kalk ble påført i denne studien, nådde Cd-innholdet i røttene den nasjonale standarden (Cd-grensen er Cd≤0,5 mg/kg, AQSIQ, GB/T 19086-200834), og effekten var god. Den beste effekten oppnås ved å tilsette 2250 kg/m2 kalk. Tilsetning av kalk skaper et stort antall konkurransesteder for Ca2+ og Cd2+ i jorden, og tilsetning av oksalsyre reduserer Cd-innholdet i røttene til Panax notoginseng. Etter blanding av kalk og oksalsyre, sank Cd-innholdet i Panax ginseng-roten betydelig og nådde den nasjonale standarden. Ca2+ i jord adsorberes til rotoverflaten gjennom en massestrømningsprosess og kan absorberes i rotceller gjennom kalsiumkanaler (Ca2+-kanaler), kalsiumpumper (Ca2+-AT-Pase) og Ca2+/H+-antiportere, og deretter transporteres horisontalt til røttene. Xylem23. Det var en signifikant negativ korrelasjon mellom Ca- og Cd-innhold i røtter (P < 0,05). Cd-innholdet sank med økende Ca-innhold, noe som er i samsvar med ideen om antagonisme mellom Ca og Cd. ANOVA viste at mengden kalk hadde en signifikant effekt på Ca-innholdet i roten til Panax notoginseng. Pongrack et al. 35 rapporterte at Cd binder seg til oksalat i kalsiumoksalatkrystaller og konkurrerer med Ca. Imidlertid var den regulatoriske effekten av oksalsyre på Ca ubetydelig. Dette viser at utfellingen av kalsiumoksalat fra oksalsyre og Ca2+ ikke er enkel utfelling, og at samutfellingsprosessen kan kontrolleres av flere metabolske veier.
Under kadmiumstress dannes en stor mengde reaktive oksygenarter (ROS) i planter, noe som skader strukturen til cellemembranene36. Malondialdehydinnhold (MDA) kan brukes som en indikator for å bedømme nivået av ROS og graden av skade på plantenes plasmamembran37. Antioksidantsystemet er en viktig beskyttelsesmekanisme for å fange opp reaktive oksygenarter38. Aktiviteten til antioksidantenzymer (inkludert POD, SOD og CAT) endres vanligvis av kadmiumstress. Resultatene viste at MDA-innholdet var positivt korrelert med Cd-konsentrasjonen, noe som indikerer at omfanget av lipidperoksidasjon i plantemembranen ble dypere med økende Cd-konsentrasjon37. Dette er i samsvar med resultatene fra studien av Ouyang et al.39. Denne studien viser at MDA-innholdet er betydelig påvirket av kalk, oksalsyre, kalk og oksalsyre. Etter forstøving av 0,1 mol L-1 oksalsyre, sank MDA-innholdet i Panax notoginseng, noe som indikerer at oksalsyre kan redusere biotilgjengeligheten av Cd- og ROS-nivåer i Panax notoginseng. Det er i antioksidantens enzymsystem at plantens avgiftningsfunksjon finner sted. SOD fjerner O2- som finnes i planteceller og produserer giftfri O2 og lavtoksisk H2O2. POD og CAT fjerner H2O2 fra plantevev og katalyserer nedbrytningen av H2O2 til H2O. Basert på iTRAQ-proteomanalyse ble det funnet at proteinuttrykksnivåene av SOD og PAL ble redusert, og uttrykksnivået av POD ble økt etter kalkpåføring under Cd40-stress. Aktiviteten til CAT, SOD og POD i roten av Panax notoginseng ble betydelig påvirket av doseringen av oksalsyre og kalk. Spraybehandling med 0,1 mol L-1 oksalsyre økte aktiviteten til SOD og CAT betydelig, men den regulatoriske effekten på POD-aktivitet var ikke åpenbar. Dette viser at oksalsyre akselererer nedbrytningen av ROS under Cd-stress og hovedsakelig fullfører fjerningen av H2O2 ved å regulere aktiviteten til CAT, noe som ligner på forskningsresultatene til Guo et al.41 på antioksidantenzymene til Pseudospermum sibiricum. Kos. ). Effekten av å tilsette 750 kg/t/m2 kalk på aktiviteten til enzymer i antioksidantsystemet og innholdet av malondialdehyd er lik effekten av sprøyting med oksalsyre. Resultatene viste at oksalsyrespraybehandling mer effektivt kunne forbedre aktiviteten til SOD og CAT i Panax notoginseng og forbedre stressmotstanden til Panax notoginseng. Aktiviteten til SOD og POD ble redusert ved behandling med 0,2 mol L-1 oksalsyre og 3750 kg hm-2 kalk, noe som indikerer at overdreven sprøyting av høye konsentrasjoner av oksalsyre og Ca2+ kan forårsake plantestress, noe som er i samsvar med studien til Luo et al. Wait 42.