Gràcies per visitar Nature.com. La versió del navegador que esteu utilitzant té compatibilitat limitada amb CSS. Per obtenir els millors resultats, us recomanem que utilitzeu una versió més recent del vostre navegador (o que desactiveu el mode de compatibilitat a l'Internet Explorer). Mentrestant, per garantir una assistència contínua, mostrem el lloc web sense estils ni JavaScript.
La contaminació per cadmi (Cd) representa una amenaça potencial per a la seguretat del cultiu de la planta medicinal Panax notoginseng a Yunnan. Sota estrès exogen de Cd, es van dur a terme experiments de camp per comprendre els efectes de l'aplicació de calç (0, 750, 2250 i 3750 kg/h/m2) i la polvorització foliar amb àcid oxàlic (0, 0,1 i 0,2 mol/L) sobre l'acumulació de Cd i antioxidants. Components sistèmics i medicinals de Panax notoginseng. Els resultats van mostrar que sota estrès de Cd, la calç i la polvorització foliar amb àcid oxàlic podrien augmentar el contingut de Ca2+ de Panax notoginseng i reduir la toxicitat del Cd2+. L'addició de calç i àcid oxàlic va augmentar l'activitat dels enzims antioxidants i va canviar el metabolisme dels reguladors osmòtics. El més significatiu és l'augment de l'activitat de CAT en 2,77 vegades. Sota la influència de l'àcid oxàlic, l'activitat de SOD va augmentar fins a 1,78 vegades. El contingut de MDA va disminuir un 58,38%. Hi ha una correlació molt significativa amb el sucre soluble, els aminoàcids lliures, la prolina i la proteïna soluble. La calç i l'àcid oxàlic poden augmentar el contingut d'ions de calci (Ca2+) del Panax notoginseng, reduir el contingut de Cd, millorar la resistència a l'estrès del Panax notoginseng i augmentar la producció de saponines i flavonoides totals. El contingut de Cd és el més baix, un 68,57% inferior al del control, i correspon al valor estàndard (Cd≤0,5 mg kg-1, GB/T 19086-2008). La proporció de SPN va ser del 7,73%, assolint el nivell més alt entre tots els tractaments, i el contingut de flavonoides va augmentar significativament en un 21,74%, assolint valors mèdics estàndard i un rendiment òptim.
El cadmi (Cd) és un contaminant comú dels sòls cultivats, migra fàcilment i té una toxicitat biològica significativa. El-Shafei et al2 van informar que la toxicitat del cadmi afecta la qualitat i la productivitat de les plantes utilitzades. Els nivells excessius de cadmi en el sòl cultivat al sud-oest de la Xina s'han agreujat en els darrers anys. La província de Yunnan és el regne de la biodiversitat de la Xina, amb espècies de plantes medicinals que ocupen el primer lloc al país. Tanmateix, la província de Yunnan és rica en recursos minerals i el procés d'extracció condueix inevitablement a la contaminació per metalls pesants al sòl, cosa que afecta la producció de plantes medicinals locals.
El Panax notoginseng (Burkill) Chen3) és una planta medicinal herbàcia perenne molt valuosa que pertany al gènere Panax de la família de les Araliaceae. El Panax notoginseng millora la circulació sanguínia, elimina l'estancament de la sang i alleuja el dolor. La principal zona de producció és la prefectura de Wenshan, a la província de Yunnan5. Més del 75% del sòl de les zones de cultiu local de ginseng Panax notoginseng està contaminat amb cadmi, amb nivells que varien del 81% a més del 100% en diferents zones6. L'efecte tòxic del Cd també redueix significativament la producció de components medicinals del Panax notoginseng, especialment saponines i flavonoides. Les saponines són un tipus de compost glicosídic les aglicones del qual són triterpenoides o espirostans. Són els principals ingredients actius de moltes medicines tradicionals xineses i contenen saponines. Algunes saponines també tenen activitat antibacteriana o valuoses activitats biològiques com ara efectes antipirètics, sedants i anticancerígens7. Els flavonoides generalment es refereixen a una sèrie de compostos en què dos anells de benzè amb grups hidroxil fenòlics estan connectats a través de tres àtoms de carboni centrals. El nucli principal és la 2-fenilcromanona 8. És un antioxidant potent que pot eliminar eficaçment els radicals lliures d'oxigen a les plantes. També pot inhibir la penetració d'enzims biològics inflamatoris, promoure la cicatrització de ferides i l'alleujament del dolor, i reduir els nivells de colesterol. És un dels principals ingredients actius del Panax notoginseng. Hi ha una necessitat urgent d'abordar el problema de la contaminació per cadmi als sòls de les zones de producció de Panax ginseng i garantir la producció dels seus ingredients medicinals essencials.
La calç és un dels passivants més utilitzats per a la purificació estacionària del sòl a partir de la contaminació per cadmi10. Afecta l'adsorció i la deposició de Cd al sòl reduint la biodisponibilitat del Cd al sòl augmentant el valor del pH i canviant la capacitat d'intercanvi catiònic del sòl (CEC), la saturació de sals del sòl (BS) i el potencial redox del sòl (Eh)3, 11. A més, la calç proporciona una gran quantitat de Ca2+, forma antagonisme iònic amb el Cd2+, competeix pels llocs d'adsorció a les arrels, impedeix el transport de Cd al sòl i té una baixa toxicitat biològica. Quan es van afegir 50 mmol L-1 de Ca sota estrès de Cd, es va inhibir el transport de Cd a les fulles de sèsam i l'acumulació de Cd es va reduir en un 80%. S'han publicat diversos estudis similars en arròs (Oryza sativa L.) i altres cultius12,13.
La polvorització foliar de cultius per controlar l'acumulació de metalls pesants és un nou mètode per controlar els metalls pesants dels darrers anys. El seu principi està relacionat principalment amb la reacció de quelació a les cèl·lules vegetals, que resulta en la deposició de metalls pesants a la paret cel·lular i inhibeix l'absorció de metalls pesants per part de les plantes14,15. Com a agent quelant diàcid estable, l'àcid oxàlic pot quelar directament els ions de metalls pesants a les plantes, reduint així la toxicitat. La investigació ha demostrat que l'àcid oxàlic de la soja pot quelar Cd2+ i alliberar cristalls que contenen Cd a través de les cèl·lules superiors dels tricomes, reduint els nivells de Cd2+ al cos16. L'àcid oxàlic pot regular el pH del sòl, millorar l'activitat de la superòxid dismutasa (SOD), la peroxidasa (POD) i la catalasa (CAT), i regular la penetració de sucre soluble, proteïnes solubles, aminoàcids lliures i prolina. Reguladors metabòlics17,18. L'àcid i l'excés de Ca2+ a la planta formen un precipitat d'oxalat de calci sota l'acció de les proteïnes nucleadores. La regulació de la concentració de Ca2+ a les plantes pot aconseguir eficaçment la regulació de l'àcid oxàlic i el Ca2+ dissolts a les plantes i evitar l'acumulació excessiva d'àcid oxàlic i Ca2+19,20.
La quantitat de calç aplicada és un dels factors clau que influeixen en l'efecte de reparació. Es va trobar que la dosi de calç oscil·lava entre 750 i 6000 kg/m2. Per a sòls àcids amb un pH de 5,0~5,5, l'efecte d'aplicar calç a una dosi de 3000~6000 kg/h/m és significativament més alt que a una dosi de 750 kg/h/m221. Tanmateix, l'aplicació excessiva de calç provocarà alguns efectes negatius al sòl, com ara canvis significatius en el pH del sòl i la compactació del sòl22. Per tant, vam definir els nivells de tractament amb CaO com a 0, 750, 2250 i 3750 kg hm-2. Quan es va aplicar àcid oxàlic a Arabidopsis thaliana, es va trobar que el Ca2+ es reduïa significativament a una concentració de 10 mmol L-1, i la família de gens CRT, que afecta la senyalització del Ca2+, va respondre amb força20. L'acumulació d'alguns estudis previs ens va permetre determinar la concentració d'aquesta prova i estudiar més a fons l'efecte de la interacció dels suplements exògens sobre el Ca2+ i el Cd2+23,24,25. Per tant, aquest estudi pretén explorar el mecanisme regulador de la polvorització foliar exògena de calç i àcid oxàlic sobre el contingut de Cd i la tolerància a l'estrès del Panax notoginseng en sòls contaminats amb Cd i explorar més a fons maneres de garantir millor la qualitat i l'eficàcia medicinals. Producció de Panax notoginseng. Proporciona una valuosa guia sobre com augmentar l'escala del cultiu de plantes herbàcies en sòls contaminats amb cadmi i aconseguir la producció sostenible i d'alta qualitat que requereix el mercat farmacèutic.
Utilitzant la varietat local de ginseng Wenshan Panax notoginseng com a material, es va dur a terme un experiment de camp a Lannizhai, comtat de Qiubei, prefectura de Wenshan, província de Yunnan (24°11′N, 104°3′E, altitud 1446 m). La temperatura mitjana anual és de 17°C i la precipitació mitjana anual és de 1250 mm. Els valors de fons del sòl estudiat van ser TN 0,57 g kg-1, TP 1,64 g kg-1, TC 16,31 g kg-1, OM 31,86 g kg-1, N hidrolitzat àlcali 88,82 mg kg-1, sense fòsfor 18,55 mg kg-1, potassi lliure 100,37 mg kg-1, cadmi total 0,3 mg kg-1, pH 5,4.
El 10 de desembre de 2017, es van barrejar 6 mg/kg de Cd2+ (CdCl2·2.5H2O) i un tractament amb calç (0, 750, 2250 i 3750 kg/h/m2) i es van aplicar a la superfície del sòl en una capa de 0~10 cm de cada parcel·la. Cada tractament es va repetir 3 vegades. Les parcel·les de prova es van situar aleatòriament, i cada parcel·la cobria una superfície de 3 m2. Es van trasplantar plàntules de Panax notoginseng d'un any després de 15 dies de llaurat. Quan s'utilitza una malla para-sol, la intensitat lumínica del Panax notoginseng dins de la malla és d'aproximadament el 18% de la intensitat lumínica natural normal. El cultiu es duu a terme segons els mètodes de cultiu tradicionals locals. Abans de l'etapa de maduració del Panax notoginseng el 2019, ruixeu àcid oxàlic en forma d'oxalat de sodi. Les concentracions d'àcid oxàlic van ser de 0, 0,1 i 0,2 mol L-1, respectivament, i es va utilitzar NaOH per ajustar el pH a 5,16 per simular el pH mitjà de la solució de lixiviació de fulla. Ruixeu les superfícies superior i inferior de les fulles un cop per setmana a les 8:00 del matí. Després de ruixar 4 vegades durant la cinquena setmana, es van collir plantes de Panax notoginseng de 3 anys.
El novembre de 2019, es van recollir plantes de Panax notoginseng de tres anys del camp i es van ruixar amb àcid oxàlic. Algunes mostres de plantes de Panax notoginseng de tres anys que calia mesurar per al metabolisme fisiològic i l'activitat enzimàtica es van col·locar en tubs per a la congelació, es van congelar ràpidament amb nitrogen líquid i després es van transferir a un refrigerador a -80 °C. Algunes mostres d'arrels que s'havien de mesurar per al contingut de Cd i ingredient actiu en fase de maduresa es van rentar amb aigua de l'aixeta, es van assecar a 105 °C durant 30 minuts, a pes constant a 75 °C i es van moldre en un morter per al seu emmagatzematge.
Peseu 0,2 g de mostra de planta seca, poseu-la en un matràs Erlenmeyer, afegiu-hi 8 ml de HNO3 i 2 ml de HClO4 i tapeu-ho durant la nit. L'endemà, utilitzeu un embut corbat col·locat en un matràs Erlenmeyer per a la digestió electrotèrmica fins que aparegui fum blanc i els sucs digestius siguin transparents. Després de refredar a temperatura ambient, la mescla es va transferir a un matràs aforat de 10 ml. El contingut de Cd es va determinar mitjançant un espectròmetre d'absorció atòmica (Thermo ICE™ 3300 AAS, EUA). (GB/T 23739-2009).
Peseu 0,2 g de mostra de planta seca, poseu-la en una ampolla de plàstic de 50 ml, afegiu-hi 1 mol L-1 de HCL a 10 ml, tapeu-ho i agiteu-ho bé durant 15 hores i filtreu-ho. Amb una pipeta, pipetegeu la quantitat necessària de filtrat, diluïu-la en conseqüència i afegiu-hi una solució de SrCl2 per portar la concentració de Sr2+ a 1 g L-1. El contingut de Ca es va mesurar mitjançant un espectròmetre d'absorció atòmica (Thermo ICE™ 3300 AAS, EUA).
Mètode del kit de referència per al malondialdehid (MDA), la superòxid dismutasa (SOD), la peroxidasa (POD) i la catalasa (CAT) (DNM-9602, Beijing Prong New Technology Co., Ltd., registre del producte), utilitzeu el kit de mesura corresponent. Núm.: Farmacopea de Pequín (precis) 2013 núm. 2400147).
Peseu uns 0,05 g de mostra de Panax notoginseng i afegiu-hi el reactiu d'antrona-àcid sulfúric pels costats del tub. Agiteu el tub durant 2-3 segons per barrejar bé el líquid. Col·loqueu el tub en una graella de tubs perquè desenvolupi el color durant 15 minuts. El contingut de sucre soluble es va determinar mitjançant espectrofotometria ultraviolada-visible (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Xina) a una longitud d'ona de 620 nm.
Pesar 0,5 g d'una mostra fresca de Panax notoginseng, triturar-la fins a obtenir un homogenat amb 5 ml d'aigua destil·lada i després centrifugar a 10.000 g durant 10 minuts. El sobrenedant es va diluir fins a un volum fix. Es va utilitzar el mètode del blau brillant de Coomassie. El contingut de proteïnes solubles es va mesurar mitjançant espectrofotometria ultraviolada-visible (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Xina) a una longitud d'ona de 595 nm i es va calcular a partir de la corba estàndard de l'albúmina sèrica bovina.
Pesar 0,5 g de mostra fresca, afegir 5 ml d'àcid acètic al 10%, triturar fins a obtenir un homogenat, filtrar i diluir a volum constant. El mètode de revelat del color es va utilitzar amb una solució de ninhidrina. El contingut d'aminoàcids lliures es va determinar mitjançant espectrofotometria UV-visible (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Xina) a 570 nm i es va calcular a partir de la corba estàndard de leucina28.
Pesar 0,5 g d'una mostra fresca, afegir 5 ml d'una solució al 3% d'àcid sulfosalicílic, escalfar al bany maria i agitar durant 10 minuts. Després de refredar, la solució es va filtrar i es va portar a un volum constant. Es va utilitzar el mètode colorimètric amb ninhidrina àcida. El contingut de prolina es va determinar mitjançant espectrofotometria ultraviolada-visible (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Xina) a una longitud d'ona de 520 nm i es va calcular a partir de la corba estàndard de prolina29.
El contingut de saponina es va determinar mitjançant cromatografia líquida d'alta resolució amb referència a la Farmacopea de la República Popular de la Xina (edició de 2015). El principi bàsic de la cromatografia líquida d'alta resolució és utilitzar líquid d'alta pressió com a fase mòbil i aplicar la tecnologia de separació de partícules ultrafines de la cromatografia en columna d'alta resolució a la fase estacionària. La tècnica operativa és la següent:
Condicions de HPLC i prova d'idoneïtat del sistema (Taula 1): utilitzeu gel de sílice unit a octadecilsilà com a farciment, acetonitril com a fase mòbil A i aigua com a fase mòbil B. Realitzeu l'elució en gradient tal com es mostra a la taula següent. La longitud d'ona de detecció és de 203 nm. Segons el pic R1 de les saponines totals de Panax notoginseng, el nombre de plats teòrics hauria de ser com a mínim de 4000.
Preparació de la solució estàndard: Peseu amb precisió el ginsenosid Rg1, el ginsenosid Rb1 i el notoginsenosid R1 i afegiu-hi metanol per preparar una mescla que contingui 0,4 mg de ginsenosid Rg1, 0,4 mg de ginsenosid Rb1 i 0,1 mg de notoginsenosid R1 per 1 ml de solució.
Preparació de la solució de prova: Pesar 0,6 g de pols de Panax ginseng i afegir 50 ml de metanol. La solució barrejada es va pesar (W1) i es va deixar reposar durant la nit. A continuació, la solució barrejada es va bullir suaument en un bany d'aigua a 80 °C durant 2 hores. Després de refredar-la, pesar la solució barrejada i afegir el metanol preparat a la primera massa W1. A continuació, agitar bé i filtrar. El filtrat es deixa per a l'anàlisi.
Recollir amb precisió 10 μL de la solució estàndard i 10 μL del filtrat i injectar-los en un cromatògraf de líquids d'alt rendiment (Thermo HPLC-ultimate 3000, Seymour Fisher Technology Co., Ltd.) per determinar el contingut de saponina 24.
Corba estàndard: mesura d'una solució estàndard mixta de Rg1, Rb1 i R1. Les condicions de cromatografia són les mateixes que les anteriors. Calculeu la corba estàndard representant l'àrea del pic mesurada a l'eix y i la concentració de saponina a la solució estàndard a l'eix x. La concentració de saponina es pot calcular substituint l'àrea del pic mesurada de la mostra a la corba estàndard.
Pesar 0,1 g de mostra de P. notogensings i afegir 50 ml de solució de CH3OH al 70%. Es va dur a terme una extracció ultrasònica durant 2 hores, seguida d'una centrifugació a 4000 rpm durant 10 minuts. Prendre 1 ml de sobrenedant i diluir-lo 12 vegades. El contingut de flavonoides es va determinar mitjançant espectrofotometria ultraviolada-visible (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Xina) a una longitud d'ona de 249 nm. La quercetina és una de les substàncies comunes estàndard8.
Les dades es van organitzar amb el programari Excel 2010. Per dur a terme l'anàlisi de la variància de les dades es va utilitzar el programari estadístic SPSS 20. Les imatges es van dibuixar amb Origin Pro 9.1. Els valors estadístics calculats inclouen la mitjana ± desviació estàndard. Les afirmacions de significació estadística es basen en P < 0,05.
Amb la mateixa concentració d'àcid oxàlic ruixat sobre les fulles, el contingut de Ca a les arrels de Panax notoginseng va augmentar significativament a mesura que augmentava la quantitat de calç aplicada (Taula 2). En comparació amb l'absència de calç, el contingut de Ca va augmentar un 212% en afegir 3750 kg/h/m2 de calç sense ruixar amb àcid oxàlic. Amb la mateixa quantitat de calç aplicada, el contingut de Ca va augmentar lleugerament a mesura que augmentava la concentració de ruixat d'àcid oxàlic.
El contingut de Cd a les arrels oscil·la entre 0,22 i 0,70 mg kg-1. A la mateixa concentració de polvorització d'àcid oxàlic, a mesura que augmenta la quantitat de calç afegida, el contingut de Cd de 2250 kg/h disminueix significativament. En comparació amb el control, el contingut de Cd a les arrels va disminuir un 68,57% després de polvoritzar amb 2250 kg hm-2 de calç i 0,1 mol l-1 d'àcid oxàlic. Quan es va aplicar calç sense calç i 750 kg/h de calç, el contingut de Cd a les arrels de Panax notoginseng va disminuir significativament amb l'augment de la concentració de polvorització d'àcid oxàlic. Quan es van aplicar 2250 kg/m2 de calç i 3750 kg/m2 de calç, el contingut de Cd a les arrels primer va disminuir i després va augmentar amb l'augment de la concentració d'àcid oxàlic. A més, l'anàlisi bivariant va mostrar que la calç tenia un efecte significatiu sobre el contingut de Ca de les arrels de Panax notoginseng (F = 82,84**), la calç tenia un efecte significatiu sobre el contingut de Cd de les arrels de Panax notoginseng (F = 74,99**) i l'àcid oxàlic (F = 7,72*).
A mesura que augmentava la quantitat de calç afegida i la concentració d'àcid oxàlic ruixat, el contingut de MDA disminuïa significativament. No hi va haver cap diferència significativa en el contingut de MDA a les arrels de Panax notoginseng sense l'addició de calç i amb l'addició de 3750 kg/m2 de calç. A taxes d'aplicació de 750 kg/h/m2 i 2250 kg/h/m2, el contingut de calç del tractament amb polvorització d'àcid oxàlic de 0,2 mol/L va disminuir un 58,38% i un 40,21%, respectivament, en comparació amb cap tractament amb polvorització d'àcid oxàlic. El contingut de MDA més baix (7,57 nmol g-1) es va observar en polvoritzar 750 kg hm-2 de calç i 0,2 mol l-1 d'àcid oxàlic (Fig. 1).
Efecte de la polvorització foliar amb àcid oxàlic sobre el contingut de malondialdehid en arrels de Panax notoginseng sota estrès de cadmi. Nota: La llegenda de la figura indica la concentració d'àcid oxàlic a la polvorització (mol L-1), les diferents lletres minúscules indiquen diferències significatives entre tractaments de la mateixa aplicació de calç. nombre (P < 0,05). El mateix a continuació.
Excepte per l'aplicació de 3750 kg/h de calç, no hi va haver cap diferència significativa en l'activitat de SOD a les arrels de Panax notoginseng. En afegir 0, 750 i 2250 kg/h/m2 de calç, l'activitat de SOD quan es va tractar ruixant amb àcid oxàlic a una concentració de 0,2 mol/l va ser significativament més alta que sense l'ús d'àcid oxàlic, augmentant un 177,89%, 61,62% i 45,08% respectivament. L'activitat de SOD a les arrels (598,18 U g-1) va ser la més alta en absència d'aplicació de calç i quan es va tractar ruixant amb àcid oxàlic a una concentració de 0,2 mol/l. Quan es va ruixar àcid oxàlic a la mateixa concentració o 0,1 mol L-1, l'activitat de SOD va augmentar a mesura que augmentava la quantitat de calç afegida. Després de ruixar amb 0,2 mol/L d'àcid oxàlic, l'activitat de SOD va disminuir significativament (Fig. 2).
Efecte de la polvorització de fulles amb àcid oxàlic sobre l'activitat de la superòxid dismutasa, la peroxidasa i la catalasa a les arrels de Panax notoginseng sota estrès de cadmi
Igual que l'activitat de SOD a les arrels, l'activitat de POD a les arrels tractades sense calç i ruixades amb 0,2 mol L-1 d'àcid oxàlic va ser la més alta (63,33 µmol g-1), un 148,35% més alta que el control (25,50 µmol g-1). Amb l'augment de la concentració de ruixat d'àcid oxàlic i el tractament amb calç de 3750 kg/m2, l'activitat de POD primer va augmentar i després va disminuir. En comparació amb el tractament amb 0,1 mol L-1 d'àcid oxàlic, l'activitat de POD quan es va tractar amb 0,2 mol L-1 d'àcid oxàlic va disminuir un 36,31% (Fig. 2).
Amb l'excepció de la polvorització amb 0,2 mol/l d'àcid oxàlic i l'addició de 2250 kg/h/m2 o 3750 kg/h/m2 de calç, l'activitat de CAT va ser significativament més alta que en el control. Quan es va polvoritzar amb 0,1 mol/l d'àcid oxàlic i es va afegir 0,2250 kg/m2 o 3750 kg/h/m2 de calç, l'activitat de CAT va augmentar un 276,08%, 276,69% ​​i 33,05%, respectivament, en comparació amb el tractament sense polvorització amb àcid oxàlic. L'activitat de CAT a les arrels va ser més alta (803,52 μmol/g) en el tractament sense calç i en el tractament amb 0,2 mol/L d'àcid oxàlic. L'activitat de CAT va ser la més baixa (172,88 μmol/g) quan es va tractar amb 3750 kg/h/m de calç i 0,2 mol/L d'àcid oxàlic (Fig. 2).
L'anàlisi bivariant va mostrar que l'activitat CAT i l'activitat MDA de les arrels de Panax notoginseng estaven significativament associades amb la quantitat d'àcid oxàlic o calç ruixada i els dos tractaments (Taula 3). L'activitat de SOD a les arrels estava significativament relacionada amb el tractament amb calç i àcid oxàlic o la concentració de ruixada amb àcid oxàlic. L'activitat POD de les arrels depenia significativament de la quantitat de calç aplicada o del tractament amb calç i àcid oxàlic.
El contingut de sucres solubles a les arrels va disminuir amb l'augment de la quantitat d'aplicació de calç i la concentració de polvorització d'àcid oxàlic. No hi va haver cap diferència significativa en el contingut de sucres solubles a les arrels de Panax notoginseng sense aplicació de calç i quan es van aplicar 750 kg/h/m de calç. Quan es van aplicar 2250 kg/m2 de calç, el contingut de sucre soluble quan es va tractar amb 0,2 mol/L d'àcid oxàlic va ser significativament més alt que quan es va tractar sense polvoritzar amb àcid oxàlic, augmentant un 22,81%. Quan es van aplicar 3750 kg h/m2 de calç, el contingut de sucre soluble va disminuir significativament a mesura que augmentava la concentració d'àcid oxàlic polvoritzat. El contingut de sucre soluble quan es va tractar amb 0,2 mol L-1 d'àcid oxàlic va disminuir un 38,77% en comparació amb el tractament sense polvorització d'àcid oxàlic. A més, el tractament de polvorització d'àcid oxàlic de 0,2 mol·L-1 va tenir el contingut de sucre soluble més baix, que va ser de 205,80 mg·g-1 (Fig. 3).
Efecte de la polvorització foliar amb àcid oxàlic sobre el contingut de sucre total soluble i proteïna soluble en arrels de Panax notoginseng sota estrès de cadmi
El contingut de proteïnes solubles a les arrels va disminuir amb l'augment de les quantitats d'aplicació de calç i del tractament amb polvorització d'àcid oxàlic. Sense l'addició de calç, el contingut de proteïnes solubles quan es va tractar amb polvorització d'àcid oxàlic a una concentració de 0,2 mol L-1 es va reduir significativament en un 16,20% en comparació amb el control. No hi va haver diferències significatives en el contingut de proteïnes solubles de les arrels de Panax notoginseng quan es van aplicar 750 kg/h de calç. En les condicions d'aplicació de 2250 kg/h/m de calç, el contingut de proteïnes solubles del tractament amb polvorització d'àcid oxàlic de 0,2 mol/L va ser significativament més alt que el del tractament amb polvorització sense àcid oxàlic (35,11%). Quan es van aplicar 3750 kg·h/m2 de calç, el contingut de proteïnes solubles va disminuir significativament a mesura que augmentava la concentració de polvorització d'àcid oxàlic, amb el contingut de proteïnes solubles més baix (269,84 μg·g-1) quan el tractament amb polvorització d'àcid oxàlic va ser de 0,2 mol·L-1 (Fig. 3).
No hi va haver diferències significatives en el contingut d'aminoàcids lliures a l'arrel de Panax notoginseng en absència d'aplicació de calç. A mesura que augmentava la concentració de polvorització d'àcid oxàlic i s'afegia 750 kg/h/m2 de calç, el contingut d'aminoàcids lliures primer disminuïa i després augmentava. En comparació amb el tractament sense polvoritzar amb àcid oxàlic, el contingut d'aminoàcids lliures va augmentar significativament en un 33,58% en polvoritzar 2250 kg hm-2 de calç i 0,2 mol l-1 d'àcid oxàlic. El contingut d'aminoàcids lliures va disminuir significativament amb l'augment de la concentració de polvorització d'àcid oxàlic i l'afegiment de 3750 kg/m2 de calç. El contingut d'aminoàcids lliures del tractament de polvorització d'àcid oxàlic de 0,2 mol L-1 es va reduir en un 49,76% en comparació amb el tractament de polvorització sense àcid oxàlic. El contingut d'aminoàcids lliures va ser més alt sense polvorització d'àcid oxàlic i va ser de 2,09 mg g-1. El tractament amb polvorització d'àcid oxàlic de 0,2 mol/L va tenir el contingut d'aminoàcids lliures més baix (1,05 mg/g) (Fig. 4).
Efecte de la polvorització de fulles amb àcid oxàlic sobre el contingut d'aminoàcids lliures i prolina a les arrels de Panax notoginseng en condicions d'estrès per cadmi.
El contingut de prolina a les arrels va disminuir amb un augment de la quantitat de calç aplicada i la quantitat de polvorització amb àcid oxàlic. No hi va haver diferències significatives en el contingut de prolina de l'arrel de Panax ginseng quan no es va aplicar calç. A mesura que augmentava la concentració de polvorització d'àcid oxàlic i augmentava l'aplicació de 750 o 2250 kg/m2 de calç, el contingut de prolina primer va disminuir i després va augmentar. El contingut de prolina del tractament amb polvorització d'àcid oxàlic de 0,2 mol L-1 va ser significativament més alt que el del tractament amb polvorització d'àcid oxàlic de 0,1 mol L-1, augmentant un 19,52% i un 44,33%, respectivament. Quan es van afegir 3750 kg/m2 de calç, el contingut de prolina va disminuir significativament a mesura que augmentava la concentració d'àcid oxàlic polvoritzat. Després de polvoritzar 0,2 mol L-1 d'àcid oxàlic, el contingut de prolina va disminuir un 54,68% en comparació amb el que no es va polvoritzar amb àcid oxàlic. El contingut més baix de prolina va ser quan es va tractar amb 0,2 mol/l d'àcid oxàlic i va ascendir a 11,37 μg/g (Fig. 4).
El contingut total de saponines en Panax notoginseng és Rg1>Rb1>R1. No hi va haver cap diferència significativa en el contingut de les tres saponines amb l'augment de la concentració de polvorització d'àcid oxàlic i la concentració sense aplicació de calç (Taula 4).
El contingut de R1 després de ruixar 0,2 mol L-1 d'àcid oxàlic va ser significativament inferior al obtingut sense ruixar àcid oxàlic i aplicant una dosi de calç de 750 o 3750 kg/m2. Amb una concentració d'àcid oxàlic ruixat de 0 o 0,1 mol/L, no hi va haver cap diferència significativa en el contingut de R1 amb l'augment de la quantitat de calç afegida. Amb una concentració de ruixat de 0,2 mol/L d'àcid oxàlic, el contingut de R1 en 3750 kg/h/m2 de calç va ser significativament inferior al 43,84% sense afegir calç (Taula 4).
A mesura que augmentava la concentració de polvorització d'àcid oxàlic i s'afegien 750 kg/m2 de calç, el contingut de Rg1 primer augmentava i després disminuïa. A taxes d'aplicació de calç de 2250 i 3750 kg/h, el contingut de Rg1 disminuïa a mesura que augmentava la concentració de polvorització d'àcid oxàlic. A la mateixa concentració d'àcid oxàlic polvoritzat, a mesura que augmenta la quantitat de calç, el contingut de Rg1 primer augmenta i després disminueix. En comparació amb el control, excepte pel contingut de Rg1 en tres concentracions d'àcid oxàlic i tractaments amb calç de 750 kg/m2, que era superior al del control, el contingut de Rg1 en les arrels de Panax notoginseng en altres tractaments va ser inferior al del control. El contingut màxim de Rg1 va ser en polvoritzar 750 kg/h/m2 de calç i 0,1 mol/l d'àcid oxàlic, que va ser un 11,54% superior al del control (Taula 4).
A mesura que la concentració de polvorització d'àcid oxàlic i la quantitat de calç aplicada augmentaven a un cabal de 2250 kg/h, el contingut de Rb1 primer augmentava i després disminuïa. Després de polvoritzar 0,1 mol L-1 d'àcid oxàlic, el contingut de Rb1 va assolir un valor màxim del 3,46%, que era un 74,75% més alt que sense polvoritzar àcid oxàlic. Per a altres tractaments amb calç, no hi va haver diferències significatives entre les diferents concentracions de polvorització d'àcid oxàlic. Després de polvoritzar amb 0,1 i 0,2 mol L-1 d'àcid oxàlic, a mesura que augmentava la quantitat de calç, el contingut de Rb1 primer disminuïa i després disminuïa (Taula 4).
A la mateixa concentració de polvorització amb àcid oxàlic, a mesura que augmentava la quantitat de calç afegida, el contingut de flavonoides primer augmentava i després disminuïa. No es va detectar cap diferència significativa en el contingut de flavonoides en polvoritzar diferents concentracions d'àcid oxàlic sense calç i 3750 kg/m2 de calç. En afegir 750 i 2250 kg/m2 de calç, a mesura que augmentava la concentració d'àcid oxàlic polvoritzat, el contingut de flavonoides primer augmentava i després disminuïa. En aplicar 750 kg/m2 i polvoritzar àcid oxàlic a una concentració de 0,1 mol/l, el contingut de flavonoides va ser màxim: 4,38 mg/g, un 18,38% més alt que en afegir la mateixa quantitat de calç, i no va caldre polvoritzar àcid oxàlic. El contingut de flavonoides quan es va tractar amb 0,1 mol L-1 d'àcid oxàlic en esprai va augmentar un 21,74% en comparació amb el tractament sense àcid oxàlic i el tractament amb calç a una dosi de 2250 kg/m2 (Fig. 5).
Efecte de la polvorització de fulles amb oxalat sobre el contingut de flavonoides a l'arrel de Panax notoginseng sota estrès de cadmi
L'anàlisi bivariant va mostrar que el contingut de sucre soluble de les arrels de Panax notoginseng depenia significativament de la quantitat de calç aplicada i la concentració d'àcid oxàlic polvoritzat. El contingut de proteïna soluble a les arrels es va correlacionar significativament amb la dosi de calç i àcid oxàlic. El contingut d'aminoàcids lliures i prolina a les arrels es va correlacionar significativament amb la quantitat de calç aplicada, la concentració d'àcid oxàlic polvoritzat, la calç i l'àcid oxàlic (Taula 5).
El contingut de R1 a les arrels de Panax notoginseng depenia significativament de la concentració d'àcid oxàlic ruixat, la quantitat de calç, calç i àcid oxàlic aplicada. El contingut de flavonoides depenia significativament de la concentració d'àcid oxàlic ruixat i la quantitat de calç afegida.
S'han utilitzat moltes esmenes per reduir els nivells de cadmi a les plantes fixant el cadmi al sòl, com ara la calç i l'àcid oxàlic30. La calç s'utilitza àmpliament com a esmena del sòl per reduir els nivells de cadmi als cultius31. Liang et al.32 van informar que l'àcid oxàlic també es pot utilitzar per sanejar el sòl contaminat amb metalls pesants. Després d'afegir diverses concentracions d'àcid oxàlic al sòl contaminat, el contingut de matèria orgànica del sòl va augmentar, la capacitat d'intercanvi catiònic va disminuir i el pH va augmentar33. L'àcid oxàlic també pot reaccionar amb ions metàl·lics al sòl. En condicions d'estrès per Cd, el contingut de Cd al Panax notoginseng va augmentar significativament en comparació amb el control. Tanmateix, si s'utilitza calç, es redueix significativament. Quan es van aplicar 750 kg/h/m² de calç en aquest estudi, el contingut de Cd de les arrels va assolir l'estàndard nacional (el límit de Cd és Cd≤0,5 mg/kg, AQSIQ, GB/T 19086-200834), i l'efecte va ser bo. El millor efecte s'aconsegueix afegint 2250 kg/m2 de calç. L'addició de calç crea un gran nombre de llocs de competició per al Ca2+ i el Cd2+ al sòl, i l'addició d'àcid oxàlic redueix el contingut de Cd a les arrels del Panax notoginseng. Després de barrejar calç i àcid oxàlic, el contingut de Cd de l'arrel del Panax ginseng va disminuir significativament i va assolir l'estàndard nacional. El Ca2+ al sòl s'adsorbeix a la superfície de l'arrel mitjançant un procés de flux màssic i es pot absorbir a les cèl·lules de l'arrel a través dels canals de calci (canals de Ca2+), bombes de calci (Ca2+-AT-Pasa) i antiportadors de Ca2+/H+, i després es transporta horitzontalment a les arrels. Xilema23. Hi va haver una correlació negativa significativa entre el contingut de Ca i Cd a les arrels (P < 0,05). El contingut de Cd va disminuir amb l'augment del contingut de Ca, cosa que és coherent amb la idea d'antagonisme entre Ca i Cd. L'ANOVA va mostrar que la quantitat de calç tenia un efecte significatiu sobre el contingut de Ca a l'arrel del Panax notoginseng. Pongrack et al. 35 van informar que el Cd s'uneix a l'oxalat en cristalls d'oxalat de calci i competeix amb el Ca. Tanmateix, l'efecte regulador de l'àcid oxàlic sobre el Ca va ser insignificant. Això demostra que la precipitació d'oxalat de calci a partir d'àcid oxàlic i Ca2+ no és una simple precipitació, i el procés de coprecipitació pot estar controlat per diverses vies metabòliques.
Sota estrès per cadmi, es forma una gran quantitat d'espècies reactives d'oxigen (ROS) a les plantes, que danyen l'estructura de les membranes cel·lulars36. El contingut de malondialdehid (MDA) es pot utilitzar com a indicador per jutjar el nivell de ROS i el grau de dany a la membrana plasmàtica de les plantes37. El sistema antioxidant és un mecanisme de protecció important per a la captura d'espècies reactives d'oxigen38. Les activitats dels enzims antioxidants (inclosos POD, SOD i CAT) solen alterar-se per l'estrès per cadmi. Els resultats van mostrar que el contingut de MDA es correlacionava positivament amb la concentració de Cd, cosa que indica que l'abast de la peroxidació lipídica de la membrana vegetal s'aprofundia amb l'augment de la concentració de Cd37. Això és coherent amb els resultats de l'estudi d'Ouyang et al.39. Aquest estudi mostra que el contingut de MDA està significativament influenciat per la calç, l'àcid oxàlic, la calç i l'àcid oxàlic. Després de la nebulització de 0,1 mol L-1 d'àcid oxàlic, el contingut de MDA de Panax notoginseng va disminuir, cosa que indica que l'àcid oxàlic podria reduir la biodisponibilitat dels nivells de Cd i ROS en Panax notoginseng. El sistema enzimàtic antioxidant és on té lloc la funció de desintoxicació de la planta. La SOD elimina l'O2 contingut a les cèl·lules vegetals i produeix O2 no tòxic i H2O2 de baixa tòxicitat. La POD i la CAT eliminen l'H2O2 dels teixits vegetals i catalitzen la descomposició de l'H2O2 en H2O. Basant-se en l'anàlisi del proteoma iTRAQ, es va trobar que els nivells d'expressió de proteïnes de SOD i PAL disminuïen i el nivell d'expressió de POD augmentava després de l'aplicació de calç sota estrès Cd40. Les activitats de CAT, SOD i POD a l'arrel de Panax notoginseng es van veure afectades significativament per la dosi d'àcid oxàlic i calç. El tractament amb polvorització amb 0,1 mol L-1 d'àcid oxàlic va augmentar significativament l'activitat de SOD i CAT, però l'efecte regulador sobre l'activitat de POD no era evident. Això demostra que l'àcid oxàlic accelera la descomposició de les ROS sota estrès de Cd i completa principalment l'eliminació de H2O2 mitjançant la regulació de l'activitat de CAT, la qual cosa és similar als resultats de la investigació de Guo et al.41 sobre els enzims antioxidants de Pseudospermum sibiricum. Kos. ). L'efecte d'afegir 750 kg/h/m2 de calç sobre l'activitat dels enzims del sistema antioxidant i el contingut de malondialdehid és similar a l'efecte de la polvorització amb àcid oxàlic. Els resultats van mostrar que el tractament amb polvorització d'àcid oxàlic podria millorar de manera més eficaç les activitats de SOD i CAT en Panax notoginseng i millorar la resistència a l'estrès de Panax notoginseng. Les activitats de SOD i POD van disminuir mitjançant el tractament amb 0,2 mol L-1 d'àcid oxàlic i 3750 kg hm-2 de calç, cosa que indica que la polvorització excessiva d'altes concentracions d'àcid oxàlic i Ca2+ pot causar estrès a la planta, la qual cosa és coherent amb l'estudi de Luo et al. Wait 42.