Tack för att du besöker Nature.com. Den webbläsarversion du använder har begränsat CSS-stöd. För bästa resultat rekommenderar vi att du använder en nyare version av din webbläsare (eller att du stänger av kompatibilitetsläget i Internet Explorer). Under tiden, för att säkerställa fortsatt support, visar vi webbplatsen utan styling eller JavaScript.
Kadmiumkontaminering (Cd) utgör ett potentiellt hot mot säkerheten vid odling av medicinalväxten Panax notoginseng i Yunnan. Under exogen Cd-stress utfördes fältexperiment för att förstå effekterna av kalktillförsel (0, 750, 2250 och 3750 kg/h/m2) och bladbesprutning med oxalsyra (0, 0,1 och 0,2 mol/L) på ackumulering av Cd och antioxidant. Systemiska och medicinska komponenter i Panax notoginseng. Resultaten visade att under Cd-stress kunde kalk och bladbesprutning med oxalsyra öka Ca2+-innehållet i Panax notoginseng och minska toxiciteten hos Cd2+. Tillsatsen av kalk och oxalsyra ökade aktiviteten hos antioxidantenzymer och förändrade metabolismen hos osmotiska regulatorer. Den mest betydande är ökningen av CAT-aktivitet med 2,77 gånger. Under inverkan av oxalsyra ökade aktiviteten hos SOD till 1,78 gånger. MDA-halten minskade med 58,38 %. Det finns en mycket signifikant korrelation med lösligt socker, fria aminosyror, prolin och lösligt protein. Kalk och oxalsyra kan öka kalciumjonhalten (Ca2+) i Panax notoginseng, minska Cd-halten, förbättra stresståligheten hos Panax notoginseng och öka produktionen av totala saponiner och flavonoider. Cd-halten är den lägsta, 68,57 % lägre än kontrollen, och motsvarar standardvärdet (Cd≤0,5 mg kg-1, GB/T 19086-2008). Andelen SPN var 7,73 %, vilket nådde den högsta nivån bland alla behandlingar, och flavonoidhalten ökade signifikant med 21,74 %, vilket nådde medicinska standardvärden och optimalt utbyte.
Kadmium (Cd) är en vanlig förorening i odlade jordar, migrerar lätt och har betydande biologisk toxicitet. El-Shafei et al2 rapporterade att kadmiumtoxicitet påverkar kvaliteten och produktiviteten hos de växter som används. För höga halter av kadmium i odlad jord i sydvästra Kina har blivit allvarliga de senaste åren. Yunnan-provinsen är Kinas kungarike för biologisk mångfald, med medicinalväxtarter som rankas först i landet. Yunnan-provinsen är dock rik på mineralresurser, och gruvdriftsprocessen leder oundvikligen till tungmetallföroreningar i jorden, vilket påverkar produktionen av lokala medicinalväxter.
Panax notoginseng (Burkill) Chen3) är en mycket värdefull flerårig örtartad medicinalväxt som tillhör släktet Panax i familjen Araliaceae. Panax notoginseng förbättrar blodcirkulationen, eliminerar blodstagnation och lindrar smärta. Det huvudsakliga produktionsområdet är Wenshan prefektur, Yunnan-provinsen5. Mer än 75 % av jorden i lokala odlingsområden för Panax notoginseng ginseng är förorenad med kadmium, med nivåer som varierar från 81 % till över 100 % i olika områden6. Den toxiska effekten av Cd minskar också avsevärt produktionen av medicinska komponenter i Panax notoginseng, särskilt saponiner och flavonoider. Saponiner är en typ av glykosidförening vars aglykoner är triterpenoider eller spirostaner. De är de huvudsakliga aktiva ingredienserna i många traditionella kinesiska läkemedel och innehåller saponiner. Vissa saponiner har också antibakteriell aktivitet eller värdefulla biologiska aktiviteter såsom febernedsättande, lugnande och cancerbekämpande effekter7. Flavonoider hänvisar generellt till en serie föreningar där två bensenringar med fenoliska hydroxylgrupper är sammankopplade genom tre centrala kolatomer. Huvudkärnan är 2-fenylkromanon 8. Det är en stark antioxidant som effektivt kan eliminera fria syreradikaler i växter. Den kan också hämma penetrationen av inflammatoriska biologiska enzymer, främja sårläkning och smärtlindring samt sänka kolesterolnivåerna. Det är en av de viktigaste aktiva ingredienserna i Panax notoginseng. Det finns ett akut behov av att ta itu med problemet med kadmiumföroreningar i jordar i Panax ginseng-produktionsområden och säkerställa produktionen av dess viktiga medicinska ingredienser.
Kalk är ett av de mest använda passiveringsmedlen för stationär jordrening från kadmiumföroreningar10. Det påverkar adsorptionen och avsättningen av Cd i jorden genom att minska biotillgängligheten av Cd i jorden genom att öka pH-värdet och ändra jordens katjonbyteskapacitet (CEC), jordens saltmättnad (BS) och jordens redoxpotential (Eh)3, 11. Dessutom tillhandahåller kalk en stor mängd Ca2+, bildar jonantagonism med Cd2+, konkurrerar om adsorptionsställen i rötter, förhindrar transport av Cd till jorden och har låg biologisk toxicitet. När 50 mmol L-1 Ca tillsattes under Cd-stress hämmades Cd-transporten i sesamblad och Cd-ackumuleringen minskade med 80 %. Ett antal liknande studier har rapporterats på ris (Oryza sativa L.) och andra grödor12,13.
Bladbesprutning av grödor för att kontrollera ansamlingen av tungmetaller är en ny metod för att kontrollera tungmetaller på senare år. Dess princip är huvudsakligen relaterad till kelatreaktionen i växtceller, vilket resulterar i avsättning av tungmetaller på cellväggen och hämmar upptaget av tungmetaller av växter14,15. Som ett stabilt disyrakelatbildande medel kan oxalsyra direkt kelera tungmetalljoner i växter och därigenom minska toxiciteten. Forskning har visat att oxalsyra i sojabönor kan kelera Cd2+ och frigöra Cd-innehållande kristaller genom de övre trichomcellerna, vilket minskar Cd2+-nivåerna i kroppen16. Oxalsyra kan reglera jordens pH-värde, öka aktiviteten hos superoxiddismutas (SOD), peroxidas (POD) och katalas (CAT), samt reglera penetrationen av lösligt socker, lösligt protein, fria aminosyror och prolin. Metaboliska regulatorer17,18. Syra och överskott av Ca2+ i växten bildar en kalciumoxalatfällning under inverkan av kärnbildande proteiner. Att reglera Ca2+-koncentrationen i växter kan effektivt uppnå reglering av löst oxalsyra och Ca2+ i växter och undvika överdriven ansamling av oxalsyra och Ca2+19,20.
Mängden kalk som appliceras är en av de viktigaste faktorerna som påverkar reparationseffekten. Det visade sig att kalkdosen varierade från 750 till 6000 kg/m2. För sur jord med ett pH på 5,0~5,5 är effekten av att applicera kalk i en dos på 3000~6000 kg/h/m2 betydligt högre än vid en dos på 750 kg/h/m221. Överdriven applicering av kalk kommer dock att resultera i vissa negativa effekter på jorden, såsom betydande förändringar i jordens pH och jordpackning22. Därför definierade vi CaO-behandlingsnivåerna som 0, 750, 2250 och 3750 kg hm-2. När oxalsyra applicerades på Arabidopsis thaliana fann man att Ca2+ reducerades signifikant vid en koncentration av 10 mmol L-1, och CRT-genfamiljen, som påverkar Ca2+-signaleringen, svarade starkt20. Sammantaget från några tidigare studier gjorde det möjligt för oss att bestämma koncentrationen av detta test och vidare studera effekten av interaktionen mellan exogena tillskott på Ca2+ och Cd2+23,24,25. Därför syftar denna studie till att utforska regleringsmekanismen för exogen kalk- och oxalsyrabladspray på Cd-innehåll och stresstolerans hos Panax notoginseng i Cd-förorenad jord och vidare utforska sätt att bättre säkerställa medicinsk kvalitet och effekt. Produktion av Panax notoginseng. Han ger värdefull vägledning om att öka omfattningen av odling av örtartade växter i kadmiumförorenade jordar och uppnå den högkvalitativa, hållbara produktion som läkemedelsmarknaden kräver.
Med den lokala ginsengsorten Wenshan Panax notoginseng som material utfördes ett fältexperiment i Lannizhai, Qiubei County, Wenshan prefektur, Yunnanprovinsen (24°11′N, 104°3′Ö, höjd 1446 m). Den genomsnittliga årstemperaturen är 17°C och den genomsnittliga årsnederbörden är 1250 mm. Bakgrundsvärdena för den studerade 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, alkalihydrolyserad N 88,82 mg kg-1, fosforfri 18,55 mg kg-1, fritt kalium 100,37 mg kg-1, totalt kadmium 0,3 mg kg-1, pH 5,4.
Den 10 december 2017 blandades 6 mg/kg Cd2+ (CdCl2·2,5H2O) och kalkbehandling (0, 750, 2250 och 3750 kg/h/m2) och applicerades på jordytan i ett lager på 0~10 cm på varje ruta. Varje behandling upprepades 3 gånger. Testrutorna placerades slumpmässigt, varje ruta täckte en yta på 3 m2. Ettåriga Panax notoginseng-plantor omplanterades efter 15 dagars jordbearbetning. Vid användning av ett solskyddsnät är ljusintensiteten för Panax notoginseng inuti solskyddsnätet cirka 18 % av normal naturlig ljusintensitet. Odlingen utförs enligt lokala traditionella odlingsmetoder. Innan Panax notoginseng mognar år 2019 sprayades oxalsyra i form av natriumoxalat. Oxalsyrakoncentrationerna var 0, 0,1 respektive 0,2 mol L-1, och NaOH användes för att justera pH-värdet till 5,16 för att simulera det genomsnittliga pH-värdet för laklösningen. Spraya bladens övre och nedre ytor en gång i veckan klockan 8:00. Efter sprayning 4 gånger under den 5:e veckan skördades 3-åriga Panax notoginseng-plantor.
I november 2019 samlades treåriga Panax notoginseng-plantor in från fältet och sprayades med oxalsyra. Några prover av treåriga Panax notoginseng-plantor som behövde mätas för fysiologisk metabolism och enzymaktivitet placerades i rör för frysning, frystes snabbt in med flytande kväve och överfördes sedan till ett kylskåp vid -80 °C. Några rotprover som skulle mätas för Cd och aktiv substanshalt vid mognadsstadiet tvättades med kranvatten, torkades vid 105 °C i 30 minuter, vid konstant vikt vid 75 °C och maldes i en mortel för lagring.
Väg 0,2 g torrt växtprov, placera det i en Erlenmeyerkolv, tillsätt 8 ml HNO3 och 2 ml HClO4 och täck över över natten. Nästa dag, använd en böjd tratt placerad i en Erlenmeyerkolv för elektrotermisk uppslutning tills vit rök uppstår och matsmältningssafterna är klara. Efter kylning till rumstemperatur överfördes blandningen till en 10 ml mätkolv. Cd-halten bestämdes med hjälp av en atomabsorptionsspektrometer (Thermo ICE™ 3300 AAS, USA). (GB/T 23739-2009).
Väg 0,2 g torrt växtprov, placera det i en 50 ml plastflaska, tillsätt 1 mol L-1 HCL i 10 ml, sätt på locket och skaka väl i 15 timmar och filtrera. Pipettera med hjälp av en pipett den erforderliga mängden filtrat, späd ut det därefter och tillsätt SrCl2-lösning för att få Sr2+-koncentrationen till 1 g L-1. Ca-halten mättes med en atomabsorptionsspektrometer (Thermo ICE™ 3300 AAS, USA).
Malondialdehyd (MDA), superoxiddismutas (SOD), peroxidas (POD) och katalas (CAT) referenskitmetod (DNM-9602, Beijing Prong New Technology Co., Ltd., produktregistrering), använd motsvarande mätkit. Nr: Beijing Pharmacopoeia (noggrann) 2013 nr 2400147).
Väg cirka 0,05 g Panax notoginseng-prov och tillsätt antron-svavelsyrareagens längs rörets sidor. Skaka röret i 2–3 sekunder för att blanda vätskan noggrant. Placera röret på ett rörställ för att utveckla färg i 15 minuter. Innehållet lösligt socker bestämdes med ultraviolett-synlig spektrofotometri (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Kina) vid en våglängd på 620 nm.
Väg 0,5 g av ett färskt prov av Panax notoginseng, mal det till ett homogenat med 5 ml destillerat vatten och centrifugera sedan vid 10 000 g i 10 minuter. Supernatanten späddes till en fast volym. Coomassie Brilliant Blue-metoden användes. Innehållet av lösligt protein mättes med ultraviolett-synlig spektrofotometri (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Kina) vid en våglängd av 595 nm och beräknades baserat på standardkurvan för bovint serumalbumin.
Väg 0,5 g färskt prov, tillsätt 5 ml 10 % ättiksyra, mal till ett homogenat, filtrera och späd till konstant volym. Färgframkallningsmetoden användes med en ninhydrinlösning. Halten av fria aminosyror bestämdes med UV-synlig spektrofotometri (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Kina) vid 570 nm och beräknades baserat på leucinstandardkurvan28.
Väg upp 0,5 g av ett färskt prov, tillsätt 5 ml av en 3-procentig lösning av sulfosalicylsyra, värm i ett vattenbad och skaka i 10 minuter. Efter kylning filtrerades lösningen och bringades till en konstant volym. Den kolorimetriska metoden med sur ninhydrin användes. Prolinhalten bestämdes med ultraviolett-synlig spektrofotometri (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Kina) vid en våglängd av 520 nm och beräknades baserat på prolinstandardkurvan29.
Saponinhalten bestämdes med högtrycksvätskekromatografi med hänvisning till Folkrepubliken Kinas farmakopé (2015 års utgåva). Grundprincipen för högtrycksvätskekromatografi är att använda högtrycksvätska som mobil fas och tillämpa ultrafinpartikelseparationsteknik från högtryckskolonnkromatografi på den stationära fasen. Arbetstekniken är följande:
HPLC-förhållanden och systemlämplighetstest (tabell 1): Använd oktadecylsilanbunden kiselgel som fyllmedel, acetonitril som mobil fas A och vatten som mobil fas B. Utför gradienteluering enligt tabellen nedan. Detektionsvåglängden är 203 nm. Enligt R1-toppen för de totala saponinerna i Panax notoginseng bör antalet teoretiska plattor vara minst 4000.
Beredning av standardlösning: Väg noggrant ginsenosid Rg1, ginsenosid Rb1 och notoginsenoside R1 och tillsätt metanol för att framställa en blandning innehållande 0,4 mg ginsenosid Rg1, 0,4 mg ginsenosid Rb1 och 0,1 mg notoginsenoside R1 per 1 ml lösning.
Beredning av testlösning: Väg upp 0,6 g Panax ginsengpulver och tillsätt 50 ml metanol. Den blandade lösningen vägdes (W1) och fick stå över natten. Den blandade lösningen kokades sedan försiktigt i ett vattenbad vid 80 °C i 2 timmar. Efter kylning, väg den blandade lösningen och tillsätt den beredda metanolen till den första massan W1. Skaka sedan väl och filtrera. Filtratet lämnas för analys.
Samla noggrant in 10 μL av standardlösningen och 10 μL av filtratet och injicera dem i en högpresterande vätskekromatograf (Thermo HPLC-ultimate 3000, Seymour Fisher Technology Co., Ltd.) för att bestämma saponin 24-halten.
Standardkurva: mätning av en blandad standardlösning av Rg1, Rb1 och R1. Kromatografiförhållandena är desamma som ovan. Beräkna standardkurvan genom att plotta den uppmätta topparean på y-axeln och koncentrationen av saponin i standardlösningen på x-axeln. Saponinkoncentrationen kan beräknas genom att substituera provets uppmätta topparean i standardkurvan.
Väg 0,1 g P. notogensings-prov och tillsätt 50 ml 70 % CH3OH-lösning. Ultraljudsextraktion utfördes i 2 timmar, följt av centrifugering vid 4000 rpm i 10 minuter. Ta 1 ml supernatant och späd den 12 gånger. Flavonoidhalten bestämdes med hjälp av ultraviolett-synlig spektrofotometri (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Kina) vid en våglängd på 249 nm. Quercetin är en av de vanligaste substanserna8.
Data organiserades med hjälp av Excel 2010. Statistikprogrammet SPSS 20 användes för att utföra variansanalyser på data. Bilder ritades med Origin Pro 9.1. Beräknade statistiska värden inkluderar medelvärde ± standardavvikelse. Uttalanden om statistisk signifikans är baserade på P < 0,05.
Vid samma koncentration av oxalsyra som sprayades på bladen ökade Ca-halten i rötterna hos Panax notoginseng signifikant i takt med att mängden applicerad kalk ökade (tabell 2). Jämfört med frånvaron av kalk ökade Ca-halten med 212 % vid tillsats av 3750 kg/h/m2 kalk utan att spraya oxalsyra. För samma mängd applicerad kalk ökade Ca-halten något i takt med att koncentrationen av oxalsyra som sprayades ökade.
Cd-halten i rötterna varierar från 0,22 till 0,70 mg kg-1. Vid samma spraykoncentration av oxalsyra, allt eftersom mängden tillsatt kalk ökar, minskar Cd-halten på 2250 kg/h avsevärt. Jämfört med kontrollgruppen minskade Cd-halten i rötterna med 68,57 % efter sprayning med 2250 kg hm-2 kalk och 0,1 mol l-1 oxalsyra. När kalkfri kalk och 750 kg/h kalk applicerades minskade Cd-halten i rötterna hos Panax notoginseng avsevärt med ökande koncentration av oxalsyraspray. När 2250 kg/m2 kalk och 3750 kg/m2 kalk applicerades minskade först rotens Cd-halt och ökade sedan med ökande oxalsyrakoncentration. Dessutom visade bivariat analys att kalk hade en signifikant effekt på Ca-halten i Panax notoginseng-rötter (F = 82,84**), kalk hade en signifikant effekt på Cd-halten i Panax notoginseng-rötter (F = 74,99**) och oxalsyra (F = 7,72*).
Allt eftersom mängden tillsatt kalk och koncentrationen av sprayad oxalsyra ökade, minskade MDA-halten avsevärt. Det fanns ingen signifikant skillnad i MDA-halten i rötterna av Panax notoginseng utan tillsats av kalk och med tillsats av 3750 kg/m2 kalk. Vid appliceringsmängder på 750 kg/h/m2 och 2250 kg/h/m2 minskade kalkhalten vid spraybehandling med 0,2 mol/L oxalsyra med 58,38 % respektive 40,21 %, jämfört med ingen spraybehandling med oxalsyra. Den lägsta MDA-halten (7,57 nmol g-1) observerades vid sprayning av 750 kg hm-2 kalk och 0,2 mol l-1 oxalsyra (Fig. 1).
Effekt av bladbesprutning med oxalsyra på malondialdehydhalten i Panax notoginseng-rötter under kadmiumstress. Obs: Förklaringen i figuren anger koncentrationen av oxalsyra vid sprayningen (mol L-1), olika gemener indikerar signifikanta skillnader mellan behandlingar med samma kalkbehandling. Antal (P < 0,05). Samma nedan.
Förutom appliceringen av 3750 kg/h kalk fanns det ingen signifikant skillnad i SOD-aktivitet i Panax notoginseng-rötter. Vid tillsats av 0, 750 och 2250 kg/h/m2 kalk var SOD-aktiviteten vid behandling med sprayning med oxalsyra i en koncentration av 0,2 mol/l signifikant högre än utan användning av oxalsyra, med en ökning på 177,89 %, 61,62 % respektive 45,08 %. SOD-aktiviteten i rötterna (598,18 U g-1) var högst utan kalktillförsel och vid behandling med sprayning med oxalsyra i en koncentration av 0,2 mol/l. När oxalsyra sprayades med samma koncentration eller 0,1 mol L-1 ökade SOD-aktiviteten med ökande mängd tillsatt kalk. Efter sprayning med 0,2 mol/L oxalsyra minskade SOD-aktiviteten signifikant (Fig. 2).
Effekt av att bespruta blad med oxalsyra på aktiviteten av superoxiddismutas, peroxidas och katalas i rötterna av Panax notoginseng under kadmiumstress
I likhet med SOD-aktiviteten i rötter var POD-aktiviteten i rötter behandlade utan kalk och besprutade med 0,2 mol L-1 oxalsyra högst (63,33 µmol g-1), vilket är 148,35 % högre än kontrollgruppen (25,50 µmol g-1). Med ökande oxalsyrabesprutningskoncentration och kalkbehandling på 3750 kg/m2 ökade POD-aktiviteten först och minskade sedan. Jämfört med behandlingen med 0,1 mol L-1 oxalsyra minskade POD-aktiviteten vid behandling med 0,2 mol L-1 oxalsyra med 36,31 % (Fig. 2).
Med undantag för sprutning av 0,2 mol/l oxalsyra och tillsats av 2250 kg/h/m2 eller 3750 kg/h/m2 kalk var CAT-aktiviteten signifikant högre än kontrollgruppen. Vid sprutning av 0,1 mol/l oxalsyra och tillsats av 0,2250 kg/m2 eller 3750 kg/h/m2 kalk ökade CAT-aktiviteten med 276,08 %, 276,69 % respektive 33,05 % jämfört med behandling utan sprutning av oxalsyra. CAT-aktiviteten i rötter var högst (803,52 μmol/g) vid behandling utan kalk och vid behandling med 0,2 mol/L oxalsyra. CAT-aktiviteten var lägst (172,88 μmol/g) vid behandling med 3750 kg/h/m2 kalk och 0,2 mol/L oxalsyra (Fig. 2).
Bivariat analys visade att CAT-aktivitet och MDA-aktivitet hos Panax notoginseng-rötter var signifikant associerade med mängden sprayad oxalsyra eller kalk och de två behandlingarna (tabell 3). SOD-aktivitet i rötter var signifikant relaterad till kalk- och oxalsyrabehandling eller oxalsyrabesprutningskoncentrationen. Rotens POD-aktivitet var signifikant beroende av mängden applicerad kalk eller kalk- och oxalsyrabehandlingen.
Halten av lösliga sockerarter i rötterna minskade med ökande mängd kalk och koncentration av oxalsyraspray. Det fanns ingen signifikant skillnad i halten av lösliga sockerarter i Panax notoginseng-rötter utan kalk och när 750 kg/h/m kalk applicerades. När 2250 kg/m2 kalk applicerades var halten av lösliga sockerarter signifikant högre vid behandling med 0,2 mol/L oxalsyra än vid behandling utan sprayning av oxalsyra, med en ökning på 22,81 %. När 3750 kg h/m2 kalk applicerades minskade halten av lösliga sockerarter signifikant i takt med att koncentrationen av sprayad oxalsyra ökade. Halten av lösliga sockerarter vid behandling med 0,2 mol L-1 oxalsyra minskade med 38,77 % jämfört med utan sprayning av oxalsyra. Dessutom hade spraybehandlingen med 0,2 mol·L-1 oxalsyra den lägsta halten av lösliga sockerarter, vilket var 205,80 mg·g-1 (Fig. 3).
Effekt av bladbesprutning med oxalsyra på innehållet av lösligt totalt socker och lösligt protein i Panax notoginseng-rötter under kadmiumstress
Innehållet lösligt protein i rötter minskade med ökande mängder kalktillförsel och oxalsyraspraybehandling. Utan tillsats av kalk minskade halten lösligt protein signifikant med 16,20 % jämfört med kontrollen vid behandling med oxalsyraspray vid en koncentration av 0,2 mol L-1. Det fanns inga signifikanta skillnader i halten lösligt protein i Panax notoginseng-rötter när 750 kg/h kalk applicerades. Under appliceringsförhållandena 2250 kg/h/m² kalk var halten lösligt protein vid 0,2 mol/L oxalsyraspraybehandling signifikant högre än vid icke-oxalsyraspraybehandling (35,11 %). När 3750 kg·h/m² kalk applicerades minskade halten lösligt protein signifikant när oxalsyraspraykoncentrationen ökade, med den lägsta halten lösligt protein (269,84 μg·g-1) när oxalsyraspraybehandlingen var 0,2 mol·L-1 (Fig. 3).
Det fanns inga signifikanta skillnader i halten av fria aminosyror i roten av Panax notoginseng utan kalktillförsel. När spraykoncentrationen av oxalsyra ökade och tillsatsen av 750 kg/h/m2 kalk tillsattes, minskade först halten av fria aminosyror och ökade sedan. Jämfört med behandlingen utan sprayning av oxalsyra ökade halten av fria aminosyror signifikant med 33,58 % vid sprayning av 2250 kg hm-2 kalk och 0,2 mol l-1 oxalsyra. Halten av fria aminosyror minskade signifikant med ökande spraykoncentration av oxalsyra och tillsatsen av 3750 kg/m2 kalk. Halten av fria aminosyror vid spraybehandling med 0,2 mol L-1 oxalsyra minskade med 49,76 % jämfört med spraybehandling utan oxalsyra. Halten av fria aminosyror var högst utan oxalsyraspray och var 2,09 mg g-1. Spraybehandlingen med 0,2 mol/L oxalsyra hade den lägsta halten av fria aminosyror (1,05 mg/g) (Fig. 4).
Effekt av att bespruta blad med oxalsyra på innehållet av fria aminosyror och prolin i rötterna av Panax notoginseng under kadmiumstressförhållanden
Prolinhalten i rötterna minskade med en ökning av mängden applicerad kalk och mängden sprayning med oxalsyra. Det fanns inga signifikanta skillnader i prolinhalten i Panax ginseng-rot när kalk inte applicerades. När spraykoncentrationen av oxalsyra ökade och appliceringen av 750 eller 2250 kg/m2 kalk ökade, minskade prolinhalten först och ökade sedan. Prolinhalten vid spraybehandling med 0,2 mol L-1 oxalsyra var signifikant högre än vid spraybehandling med 0,1 mol L-1 oxalsyra, och ökade med 19,52 % respektive 44,33 %. När 3750 kg/m2 kalk tillsattes minskade prolinhalten signifikant när koncentrationen av sprayad oxalsyra ökade. Efter sprayning med 0,2 mol L-1 oxalsyra minskade prolinhalten med 54,68 % jämfört med utan sprayning med oxalsyra. Den lägsta prolinhalten var vid behandling med 0,2 mol/l oxalsyra och uppgick till 11,37 μg/g (Fig. 4).
Det totala saponininnehållet i Panax notoginseng är Rg1>Rb1>R1. Det fanns ingen signifikant skillnad i innehållet av de tre saponinerna med ökande koncentration av oxalsyraspray och koncentration utan kalktillförsel (tabell 4).
R1-halten efter sprutning av 0,2 mol L-1 oxalsyra var signifikant lägre än utan sprutning av oxalsyra och applicering av en kalkdos på 750 eller 3750 kg/m2. Vid en sprutad oxalsyrakoncentration på 0 eller 0,1 mol/L fanns ingen signifikant skillnad i R1-halten med ökande mängd tillsatt kalk. Vid en sprutkoncentration på 0,2 mol/L oxalsyra var R1-halten i 3750 kg/h/m2 kalk signifikant lägre än 43,84 % utan tillsats av kalk (tabell 4).
Allt eftersom spraykoncentrationen av oxalsyra ökade och 750 kg/m2 kalk tillsattes, ökade Rg1-halten först och minskade sedan. Vid kalkanvändningsmängder på 2250 och 3750 kg/h minskade Rg1-halten med ökande oxalsyrakoncentration. Vid samma koncentration av sprayad oxalsyra, allt eftersom mängden kalk ökar, ökar Rg1-halten först och minskar sedan. Jämfört med kontrollen, förutom Rg1-halten i tre behandlingar med oxalsyrakoncentrationer och 750 kg/m2 kalk, vilket var högre än kontrollen, var Rg1-halten i Panax notoginseng-rötter i andra behandlingar lägre än kontrollkontrollen. Den maximala halten av Rg1 var vid sprayning med 750 kg/h/m2 kalk och 0,1 mol/l oxalsyra, vilket var 11,54 % högre än kontrollen (tabell 4).
Allt eftersom sprutkoncentrationen av oxalsyra och mängden applicerad kalk ökade vid ett flöde av 2250 kg/h, ökade Rb1-halten först och minskade sedan. Efter sprutning av 0,1 mol L-1 oxalsyra nådde Rb1-halten ett maximalt värde på 3,46 %, vilket var 74,75 % högre än utan sprutning av oxalsyra. För andra kalkbehandlingar fanns inga signifikanta skillnader mellan olika koncentrationer av oxalsyraspray. Efter sprutning med 0,1 och 0,2 mol L-1 oxalsyra, allt eftersom mängden kalk ökade, minskade Rb1-halten först och sedan (tabell 4).
Vid samma sprutkoncentration med oxalsyra, allt eftersom mängden tillsatt kalk ökade, ökade först halten av flavonoider och minskade sedan. Ingen signifikant skillnad i halten av flavonoider observerades vid sprutning av olika koncentrationer av oxalsyra utan kalk och 3750 kg/m2 kalk. Vid tillsats av 750 och 2250 kg/m2 kalk, ökade halten av flavonoider först och minskade sedan allt eftersom koncentrationen av sprutad oxalsyra ökade. Vid applicering av 750 kg/m2 och sprutning av oxalsyra med en koncentration av 0,1 mol/l var halten av flavonoider maximal – 4,38 mg/g, vilket är 18,38 % högre än vid tillsats av samma mängd kalk, och det fanns inget behov av att spruta oxalsyra. Halten av flavonoider ökade med 21,74 % vid behandling med 0,1 mol L-1 oxalsyraspray jämfört med behandlingen utan oxalsyra och behandlingen med kalk i en dos av 2250 kg/m2 (Fig. 5).
Effekt av att bespruta blad med oxalat på innehållet av flavonoider i roten av Panax notoginseng under kadmiumstress
Bivariat analys visade att halten lösligt socker i Panax notoginseng-rötter var signifikant beroende av mängden applicerad kalk och koncentrationen av sprayad oxalsyra. Halten av lösligt protein i rötterna korrelerade signifikant med doseringen av kalk och oxalsyra. Halten av fria aminosyror och prolin i rötterna korrelerade signifikant med mängden applicerad kalk, koncentrationen av sprayad oxalsyra, kalk och oxalsyra (tabell 5).
R1-halten i Panax notoginseng-rötter var signifikant beroende av koncentrationen av sprayad oxalsyra, mängden kalk, lime och oxalsyra som applicerades. Halten av flavonoider berodde signifikant på koncentrationen av sprayad oxalsyra och mängden tillsatt kalk.
Många jordförbättringsmedel har använts för att minska kadmiumnivåerna i växter genom att fixera kadmium i jorden, såsom kalk och oxalsyra30. Kalk används ofta som jordförbättringsmedel för att minska kadmiumnivåerna i grödor31. Liang et al.32 rapporterade att oxalsyra också kan användas för att sanera jord som är förorenad med tungmetaller. Efter att varierande koncentrationer av oxalsyra tillsatts till förorenad jord ökade jordens innehåll av organiskt material, katjonbyteskapaciteten minskade och pH-värdet ökade33. Oxalsyra kan också reagera med metalljoner i jorden. Under Cd-stressförhållanden ökade Cd-halten i Panax notoginseng signifikant jämfört med kontrollen. Men om kalk används minskas den signifikant. När 750 kg/h/m kalk applicerades i denna studie nådde Cd-halten i rötter den nationella standarden (Cd-gränsen är Cd≤0,5 mg/kg, AQSIQ, GB/T 19086-200834), och effekten var god. Den bästa effekten uppnås genom att tillsätta 2250 kg/m2 kalk. Tillsatsen av kalk skapar ett stort antal konkurrensplatser för Ca2+ och Cd2+ i jorden, och tillsatsen av oxalsyra minskar Cd-halten i rötterna hos Panax notoginseng. Efter blandning av kalk och oxalsyra minskade Cd-halten i Panax ginseng-roten avsevärt och nådde den nationella standarden. Ca2+ i jorden adsorberas till rotytan genom en massflödesprocess och kan absorberas i rotcellerna genom kalciumkanaler (Ca2+-kanaler), kalciumpumpar (Ca2+-AT-Pas) och Ca2+/H+-antiporterare, och transporteras sedan horisontellt till rötterna. Xylem23. Det fanns en signifikant negativ korrelation mellan Ca- och Cd-halten i rötter (P < 0,05). Cd-halten minskade med ökande Ca-halt, vilket överensstämmer med idén om antagonism mellan Ca och Cd. ANOVA visade att mängden kalk hade en signifikant effekt på Ca-halten i roten hos Panax notoginseng. Pongrack et al. 35 rapporterade att Cd binder till oxalat i kalciumoxalatkristaller och konkurrerar med Ca. Emellertid var den reglerande effekten av oxalsyra på Ca obetydlig. Detta visar att utfällningen av kalciumoxalat från oxalsyra och Ca2+ inte är enkel utfällning, och samutfällningsprocessen kan kontrolleras av flera metaboliska vägar.
Under kadmiumstress bildas en stor mängd reaktiva syreradikaler (ROS) i växter, vilket skadar cellmembranens struktur36. Malondialdehyd (MDA)-halten kan användas som en indikator för att bedöma nivån av ROS och graden av skada på växternas plasmamembran37. Antioxidantsystemet är en viktig skyddsmekanism för att fånga upp reaktiva syreradikaler38. Aktiviteten hos antioxidantenzymer (inklusive POD, SOD och CAT) förändras vanligtvis av kadmiumstress. Resultaten visade att MDA-halten var positivt korrelerad med Cd-koncentrationen, vilket indikerar att omfattningen av lipidperoxidation i växtmembranet fördjupades med ökande Cd-koncentration37. Detta överensstämmer med resultaten från studien av Ouyang et al.39. Denna studie visar att MDA-halten påverkas signifikant av kalk, oxalsyra, kalk och oxalsyra. Efter nebulisering av 0,1 mol L-1 oxalsyra minskade MDA-innehållet i Panax notoginseng, vilket indikerar att oxalsyra kan minska biotillgängligheten av Cd- och ROS-nivåerna i Panax notoginseng. Det är i det antioxidanta enzymsystemet som växtens avgiftningsfunktion sker. SOD avlägsnar O2- som finns i växtceller och producerar giftfritt O2 och lågtoxiskt H2O2. POD och CAT avlägsnar H2O2 från växtvävnader och katalyserar nedbrytningen av H2O2 till H2O. Baserat på iTRAQ-proteomanalys fann man att proteinuttrycksnivåerna av SOD och PAL minskade och att uttrycksnivån av POD ökade efter kalktillförsel under Cd40-stress. Aktiviteten hos CAT, SOD och POD i roten av Panax notoginseng påverkades signifikant av doseringen av oxalsyra och kalk. Spraybehandling med 0,1 mol L-1 oxalsyra ökade aktiviteten hos SOD och CAT signifikant, men den reglerande effekten på POD-aktiviteten var inte uppenbar. Detta visar att oxalsyra accelererar nedbrytningen av ROS under Cd-stress och huvudsakligen fullbordar avlägsnandet av H2O2 genom att reglera aktiviteten hos CAT, vilket liknar forskningsresultaten från Guo et al.41 på antioxidantenzymer hos Pseudospermum sibiricum. Kos. ). Effekten av att tillsätta 750 kg/h/m2 kalk på aktiviteten hos enzymer i antioxidantsystemet och innehållet av malondialdehyd liknar effekten av besprutning med oxalsyra. Resultaten visade att oxalsyrabehandling mer effektivt kunde förbättra aktiviteterna hos SOD och CAT i Panax notoginseng och förbättra stressmotståndet hos Panax notoginseng. Aktiviteten hos SOD och POD minskade genom behandling med 0,2 mol L-1 oxalsyra och 3750 kg hm-2 kalk, vilket indikerar att överdriven besprutning av höga koncentrationer av oxalsyra och Ca2+ kan orsaka växtstress, vilket överensstämmer med studien av Luo et al. Wait 42.