Дякуємо за відвідування Nature.com. Версія браузера, яку ви використовуєте, має обмежену підтримку CSS. Для найкращих результатів рекомендуємо використовувати новішу версію вашого браузера (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer). Тим часом, щоб забезпечити постійну підтримку, ми відображаємо сайт без стилізації та JavaScript.
Забруднення кадмієм (Cd) становить потенційну загрозу для безпеки вирощування лікарської рослини Panax notoginseng у Юньнані. В умовах екзогенного стресу Cd були проведені польові експерименти для розуміння впливу внесення вапна (0, 750, 2250 та 3750 кг/год/м2) та позакореневого обприскування щавлевою кислотою (0, 0,1 та 0,2 моль/л) на накопичення Cd та антиоксиданту. Системні та лікарські компоненти Panax notoginseng. Результати показали, що в умовах стресу Cd вапно та позакореневе обприскування щавлевою кислотою можуть збільшити вміст Ca2+ у Panax notoginseng та зменшити токсичність Cd2+. Додавання вапна та щавлевої кислоти збільшило активність антиоксидантних ферментів та змінило метаболізм осмотичних регуляторів. Найбільш значним є збільшення активності CAT у 2,77 раза. Під впливом щавлевої кислоти активність SOD збільшилася в 1,78 раза. Вміст MDA зменшився на 58,38%. Існує дуже значна кореляція з розчинним цукром, вільними амінокислотами, проліном та розчинним білком. Вапно та щавлева кислота можуть збільшити вміст іонів кальцію (Ca2+) у Panax notoginseng, зменшити вміст Cd, покращити стійкість Panax notoginseng до стресу та збільшити вироблення загальних сапонінів та флавоноїдів. Вміст Cd є найнижчим, на 68,57% нижчим, ніж у контролі, та відповідає стандартному значенню (Cd ≤ 0,5 мг/кг, GB/T 19086-2008). Частка SPN становила 7,73%, досягнувши найвищого рівня серед усіх варіантів, а вміст флавоноїдів значно збільшився на 21,74%, досягнувши стандартних медичних значень та оптимальної врожайності.
Кадмій (Cd) є поширеним забруднювачем оброблюваних ґрунтів, легко мігрує та має значну біологічну токсичність. Ель-Шафей та ін. повідомили, що токсичність кадмію впливає на якість та продуктивність використовуваних рослин. Надмірний рівень кадмію в оброблюваному ґрунті на південному заході Китаю став серйозним за останні роки. Провінція Юньнань є королівством біорізноманіття Китаю, де лікарські види рослин посідають перше місце в країні. Однак провінція Юньнань багата на мінеральні ресурси, і процес видобутку неминуче призводить до забруднення ґрунту важкими металами, що впливає на виробництво місцевих лікарських рослин.
Panax notoginseng (Burkill) Chen3) – дуже цінна багаторічна трав'яниста лікарська рослина, що належить до роду Panax родини аралієвих (Araliaceae). Panax notoginseng покращує кровообіг, усуває застій крові та полегшує біль. Основним районом виробництва є префектура Веньшань, провінція Юньнань5. Понад 75% ґрунту в місцевих районах вирощування женьшеню Panax notoginseng забруднено кадмієм, причому рівень кадмію коливається від 81% до понад 100% у різних районах6. Токсична дія Cd також значно знижує виробництво лікарських компонентів Panax notoginseng, особливо сапонінів та флавоноїдів. Сапоніни – це тип глікозидної сполуки, аглікони якої є тритерпеноїдами або спіростанами. Вони є основними активними інгредієнтами багатьох традиційних китайських ліків і містять сапоніни. Деякі сапоніни також мають антибактеріальну активність або цінну біологічну активність, таку як жарознижувальна, заспокійлива та протиракова дія7. Флавоноїди зазвичай відносяться до серії сполук, в яких два бензольні кільця з фенольними гідроксильними групами з'єднані через три центральні атоми вуглецю. Основним ядром є 2-фенілхроманон 8. Це сильний антиоксидант, який може ефективно поглинати вільні радикали кисню в рослинах. Він також може пригнічувати проникнення запальних біологічних ферментів, сприяти загоєнню ран і знеболювальним засобам, а також знижувати рівень холестерину. Він є одним з основних активних інгредієнтів женьшеню Panax notoginseng. Існує нагальна потреба вирішити проблему забруднення кадмієм ґрунтів у районах виробництва женьшеню Panax та забезпечити виробництво його основних лікарських інгредієнтів.
Вапно є одним із широко використовуваних пасиваторів для стаціонарного очищення ґрунту від забруднення кадмієм10. Воно впливає на адсорбцію та відкладення Cd у ґрунті, знижуючи біодоступність Cd у ґрунті шляхом підвищення значення pH та зміни ємності катіонного обміну ґрунту (CEC), насиченості ґрунту солями (BS) та окисно-відновного потенціалу ґрунту (Eh)3, 11. Крім того, вапно забезпечує велику кількість Ca2+, утворює іонний антагонізм з Cd2+, конкурує за місця адсорбції в коренях, запобігає транспорту Cd у ґрунт та має низьку біологічну токсичність. Коли додавали 50 ммоль L-1 Ca під впливом Cd-стресу, транспорт Cd у листі кунжуту пригнічувався, а накопичення Cd зменшувалося на 80%. Ряд подібних досліджень було проведено на рисі (Oryza sativa L.) та інших культурах12,13.
Позакореневе обприскування сільськогосподарських культур для контролю накопичення важких металів є новим методом боротьби з важкими металами останніх років. Його принцип головним чином пов'язаний з реакцією хелатування в рослинних клітинах, яка призводить до відкладення важких металів на клітинній стінці та пригнічує поглинання важких металів рослинами14,15. Як стабільний хелатуючий агент з двовалентною кислотою, щавлева кислота може безпосередньо хелатувати іони важких металів у рослинах, тим самим знижуючи токсичність. Дослідження показали, що щавлева кислота в сої може хелатувати Cd2+ та вивільняти кристали, що містять Cd, через верхні трихомні клітини, знижуючи рівень Cd2+ в організмі16. Щавлева кислота може регулювати pH ґрунту, посилювати активність супероксиддисмутази (СОД), пероксидази (ПОД) та каталази (КАТ), а також регулювати проникнення розчинного цукру, розчинного білка, вільних амінокислот та проліну. Метаболічні регулятори17,18. Кислота та надлишок Ca2+ у рослині утворюють осад оксалату кальцію під дією зародкоутворюючих білків. Регулювання концентрації Ca2+ у рослинах може ефективно досягти регуляції розчиненої щавлевої кислоти та Ca2+ у рослинах і уникнути надмірного накопичення щавлевої кислоти та Ca2+19,20.
Кількість внесеного вапна є одним із ключових факторів, що впливають на ефект відновлення. Було виявлено, що дозування вапна коливалося від 750 до 6000 кг/м2. Для кислого ґрунту з pH 5,0~5,5 ефект від внесення вапна в дозі 3000~6000 кг/год/м2 значно вищий, ніж при дозі 750 кг/год/м221. Однак надмірне внесення вапна призведе до деяких негативних наслідків для ґрунту, таких як значні зміни pH ґрунту та його ущільнення22. Тому ми визначили рівні обробки CaO як 0, 750, 2250 та 3750 кг/год-2. При внесенні щавлевої кислоти до Arabidopsis thaliana було виявлено, що Ca2+ значно знижувався при концентрації 10 ммоль/л-1, і сімейство генів CRT, яке впливає на сигналізацію Ca2+, сильно реагувало20. Накопичення деяких попередніх досліджень дозволило нам визначити концентрацію цього тесту та додатково вивчити вплив взаємодії екзогенних добавок на Ca2+ та Cd2+23,24,25. Тому метою цього дослідження є вивчення регуляторного механізму екзогенного обприскування листям вапном та щавлевою кислотою на вміст Cd та стійкість до стресу Panax notoginseng у ґрунті, забрудненому Cd, а також подальше вивчення шляхів кращого забезпечення лікарської якості та ефективності. Виробництво Panax notoginseng. Він надає цінні рекомендації щодо збільшення масштабів вирощування трав'янистих рослин у ґрунтах, забруднених кадмієм, та досягнення високоякісного, сталого виробництва, необхідного фармацевтичному ринку.
Використовуючи місцевий сорт женьшеню Веньшань Panax notoginseng як матеріал, польовий експеримент було проведено в Ланнічжай, повіт Цюбей, префектура Веньшань, провінція Юньнань (24°11′ пн. ш., 104°3′ сх. д., висота над рівнем моря 1446 м). Середньорічна температура становить 17°C, а середньорічна кількість опадів – 1250 мм. Фонові значення досліджуваного ґрунту становили: TN 0,57 г/кг, TP 1,64 г/кг, TC 16,31 г/кг, OM 31,86 г/кг, лужно гідролізований N 88,82 мг/кг, вільний фосфор 18,55 мг/кг, вільний калій 100,37 мг/кг, загальний кадмій 0,3 мг/кг, pH 5,4.
10 грудня 2017 року було змішано 6 мг/кг Cd2+ (CdCl2·2.5H2O) та оброблено вапном (0, 750, 2250 та 3750 кг/год/м2) та нанесено на поверхню ґрунту шаром 0~10 см на кожну ділянку. Кожну обробку повторювали 3 рази. Тестові ділянки розташовані випадковим чином, кожна ділянка займає площу 3 м2. Однорічні саджанці Panax notoginseng пересаджували після 15 днів обробітку ґрунту. При використанні сонцезахисної сітки інтенсивність світла Panax notoginseng всередині сонцезахисної сітки становить близько 18% від нормальної інтенсивності природного світла. Вирощування проводиться відповідно до місцевих традиційних методів вирощування. До стадії дозрівання Panax notoginseng у 2019 році обприскують щавлевою кислотою у формі оксалату натрію. Концентрації щавлевої кислоти становили 0, 0,1 та 0,2 моль/л відповідно, а для регулювання pH до 5,16, щоб імітувати середній pH розчину для вилуговування підстилки, використовували NaOH. Обприскуйте верхню та нижню поверхні листя один раз на тиждень о 8:00 ранку. Після 4-разового обприскування протягом 5-го тижня збирали 3-річні рослини Panax notoginseng.
У листопаді 2019 року трирічні рослини Panax notoginseng були зібрані з поля та обприскані щавлевою кислотою. Деякі зразки трирічних рослин Panax notoginseng, які потребували вимірювання фізіологічного метаболізму та активності ферментів, помістили в пробірки для заморожування, швидко заморожували рідким азотом, а потім перенесли в холодильник при температурі -80°C. Деякі зразки коренів, які потребували вимірювання вмісту Cd та активних інгредієнтів на стадії зрілості, промивали водопровідною водою, сушили при 105°C протягом 30 хвилин при постійній вазі при 75°C та розтирали в ступці для зберігання.
Зважте 0,2 г сухого зразка рослини, помістіть його в колбу Ерленмейєра, додайте 8 мл HNO3 та 2 мл HClO4 і накрийте на ніч. Наступного дня використовуйте вигнуту лійку, поміщену в колбу Ерленмейєра, для електротермічного розкладання до появи білого диму та виділення прозорих травних соків. Після охолодження до кімнатної температури суміш перенесли в мірну колбу об'ємом 10 мл. Вміст Cd визначали за допомогою атомно-абсорбційного спектрометра (Thermo ICE™ 3300 AAS, США). (GB/T 23739-2009).
Зважте 0,2 г сухого зразка рослини, помістіть його в пластикову пляшку об'ємом 50 мл, додайте 1 моль HCl на 10 мл, закрийте кришкою та добре струшуйте протягом 15 годин, після чого відфільтруйте. За допомогою піпетки відберіть необхідну кількість фільтрату, розведіть його відповідним чином та додайте розчин SrCl2, щоб довести концентрацію Sr2+ до 1 г на л. Вміст Ca вимірювали за допомогою атомно-абсорбційного спектрометра (Thermo ICE™ 3300 AAS, США).
Метод з використанням набору для визначення малонового діальдегіду (MDA), супероксиддисмутази (SOD), пероксидази (POD) та каталази (CAT) (DNM-9602, Beijing Prong New Technology Co., Ltd., реєстрація продукту), використовуйте відповідний вимірювальний набір. №: Пекінська фармакопея (точна) 2013 № 2400147).
Зважте приблизно 0,05 г зразка Panax notoginseng та додайте реагент антрон-сірчана кислота вздовж стінок пробірки. Струшуйте пробірку протягом 2-3 секунд, щоб ретельно перемішати рідину. Помістіть пробірку на штатив для пробірок на 15 хвилин для появи кольору. Вміст розчинного цукру визначали за допомогою ультрафіолетово-видимої спектрофотометрії (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Китай) при довжині хвилі 620 нм.
Зважте 0,5 г свіжого зразка Panax notoginseng, подрібніть його до гомогенату з 5 мл дистильованої води, а потім центрифугуйте при 10 000 g протягом 10 хвилин. Супернатант розбавляли до фіксованого об'єму. Використовували метод Кумасі Брильянт-Блакитного. Вміст розчинного білка вимірювали за допомогою ультрафіолетово-видимої спектрофотометрії (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Китай) при довжині хвилі 595 нм та розраховували на основі стандартної кривої бичачого сироваткового альбуміну.
Зважте 0,5 г свіжого зразка, додайте 5 мл 10% оцтової кислоти, подрібніть до гомогенату, відфільтруйте та доведіть до постійного об'єму. Метод проявлення кольору використовували з розчином нінгідрину. Вміст вільних амінокислот визначали за допомогою УФ-видимої спектрофотометрії (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Китай) при 570 нм та розраховували на основі стандартної кривої лейцину28.
Зважте 0,5 г свіжого зразка, додайте 5 мл 3% розчину сульфосаліцилової кислоти, нагрівайте на водяній бані та струшуйте протягом 10 хвилин. Після охолодження розчин фільтруйте та доводьте до постійного об'єму. Використовуйте колориметричний метод з кислим нінгідрином. Вміст проліну визначали за допомогою ультрафіолетово-видимої спектрофотометрії (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Китай) при довжині хвилі 520 нм та розраховували на основі стандартної кривої проліну29.
Вміст сапонінів визначали за допомогою високоефективної рідинної хроматографії відповідно до Фармакопеї Китайської Народної Республіки (видання 2015 року). Основний принцип високоефективної рідинної хроматографії полягає у використанні рідини високого тиску як рухомої фази та застосуванні технології розділення надтонких частинок високоефективної колонкової хроматографії до стаціонарної фази. Методика роботи така:
Умови ВЕРХ та тест на придатність системи (Таблиця 1): Використовуйте силікагель, зв'язаний з октадецилсиланом, як наповнювач, ацетонітрил як рухому фазу А та воду як рухому фазу В. Виконайте градієнтне елюювання, як показано в таблиці нижче. Довжина хвилі детектування становить 203 нм. Відповідно до піку R1 загальних сапонінів Panax notoginseng, кількість теоретичних тарілок повинна бути щонайменше 4000.
Приготування стандартного розчину: Точно зважте гінсенозид Rg1, гінсенозид Rb1 та нотогінсенозид R1 і додайте метанол для приготування суміші, що містить 0,4 мг гінсенозиду Rg1, 0,4 мг гінсенозиду Rb1 та 0,1 мг нотогінсенозиду R1 на 1 мл розчину.
Приготування досліджуваного розчину: Зважте 0,6 г порошку женьшеню Panax та додайте 50 мл метанолу. Змішаний розчин зважте (W1) та залиште на ніч. Потім змішаний розчин обережно кип'ятіть на водяній бані при температурі 80°C протягом 2 годин. Після охолодження зважте змішаний розчин та додайте підготовлений метанол до першої маси W1. Потім добре струсіть та відфільтруйте. Фільтрат залишають для аналізу.
Точно зберіть 10 мкл стандартного розчину та 10 мкл фільтрату та введіть їх у високоефективний рідинний хроматограф (Thermo HPLC-ultimate 3000, Seymour Fisher Technology Co., Ltd.) для визначення вмісту сапоніну 24.
Стандартна крива: вимірювання змішаного стандартного розчину Rg1, Rb1 та R1. Умови хроматографії такі ж, як і вище. Розрахуйте стандартну криву, відклавши виміряну площу піку на вісь y та концентрацію сапоніну в стандартному розчині на вісь x. Концентрацію сапоніну можна розрахувати, підставивши виміряну площу піку зразка в стандартну криву.
Зважте 0,1 г зразка P. notogensings та додайте 50 мл 70% розчину CH3OH. Ультразвукову екстракцію проводили протягом 2 годин, а потім центрифугували при 4000 об/хв протягом 10 хвилин. Візьміть 1 мл супернатанту та розведіть його в 12 разів. Вміст флавоноїдів визначали за допомогою ультрафіолетово-видимої спектрофотометрії (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Китай) при довжині хвилі 249 нм. Кверцетин є однією зі стандартних поширених речовин8.
Дані були організовані за допомогою програмного забезпечення Excel 2010. Для проведення дисперсійного аналізу даних було використано статистичне програмне забезпечення SPSS 20. Зображення були створені за допомогою Origin Pro 9.1. Розраховані статистичні значення включають середнє значення ± стандартне відхилення. Твердження статистичної значущості базуються на P < 0,05.
При тій самій концентрації щавлевої кислоти, що обприскувалася листям, вміст Ca в коренях Panax notoginseng значно збільшувався зі збільшенням кількості внесеного вапна (Таблиця 2). Порівняно з відсутністю вапна, вміст Ca збільшувався на 212% при додаванні 3750 кг/год/м2 вапна без обприскування щавлевою кислотою. При тій самій кількості внесеного вапна вміст Ca дещо збільшувався зі збільшенням концентрації обприскування щавлевою кислотою.
Вміст Cd у коренях коливається від 0,22 до 0,70 мг/кг. За тієї ж концентрації обприскування щавлевою кислотою, зі збільшенням кількості доданого вапна вміст Cd у 2250 кг/год значно знижується. Порівняно з контролем, вміст Cd у коренях зменшився на 68,57% після обприскування 2250 кг вапна hm-2 та 0,1 моль/л щавлевої кислоти. При безвапняному обприскуванні та обприскуванні 750 кг/год вапна вміст Cd у коренях Panax notoginseng значно зменшився зі збільшенням концентрації обприскування щавлевою кислотою. При обприскуванні 2250 кг/м2 вапна та 3750 кг/м2 вапна вміст Cd у коренях спочатку зменшився, а потім збільшився зі збільшенням концентрації щавлевої кислоти. Крім того, двовимірний аналіз показав, що вапно мало значний вплив на вміст Ca у коренях Panax notoginseng (F = 82,84**), вапно мало значний вплив на вміст Cd у коренях Panax notoginseng (F = 74,99**) та щавлевої кислоти (F = 7,72*).
Зі збільшенням кількості доданого вапна та концентрації розпиленої щавлевої кислоти вміст MDA значно зменшувався. Не було виявлено суттєвої різниці у вмісті MDA в коренях Panax notoginseng без додавання вапна та з додаванням 3750 кг/м2 вапна. При нормах внесення 750 кг/год/м2 та 2250 кг/год/м2 вміст вапна після обробки обприскуванням 0,2 моль/л щавлевої кислоти зменшився на 58,38% та 40,21% відповідно порівняно з обробкою без обприскування щавлевою кислотою. Найнижчий вміст MDA (7,57 нмоль г-1) спостерігався при обприскуванні 750 кг вапна hm-2 та 0,2 моль л-1 щавлевої кислоти (рис. 1).
Вплив позакореневого обприскування щавлевою кислотою на вміст малонового діальдегіду в коренях Panax notoginseng за кадмієвого стресу. Примітка: У легенді на рисунку вказано концентрацію щавлевої кислоти під час обприскування (моль/л), різні малі літери вказують на значні відмінності між обробками з однаковим числом внесення вапна (P < 0,05). Те саме нижче.
За винятком внесення 3750 кг/год вапна, суттєвої різниці в активності СОД у коренях Panax notoginseng не спостерігалося. При додаванні 0, 750 та 2250 кг/год/м2 вапна активність СОД при обробці обприскуванням щавлевою кислотою в концентрації 0,2 моль/л була значно вищою, ніж без використання щавлевої кислоти, збільшуючись на 177,89%, 61,62% та 45,08% відповідно. Активність СОД у коренях (598,18 Од/г) була найвищою за відсутності внесення вапна та при обробці обприскуванням щавлевою кислотою в концентрації 0,2 моль/л. Коли щавлеву кислоту обприскували в тій самій концентрації або 0,1 моль/л, активність СОД зростала зі збільшенням кількості доданого вапна. Після обприскування 0,2 моль/л щавлевої кислоти активність СОД значно зменшилася (рис. 2).
Вплив обприскування листя щавлевою кислотою на активність супероксиддисмутази, пероксидази та каталази в коренях Panax notoginseng за кадмієвого стресу
Як і активність SOD у коренях, активність POD у коренях, оброблених без вапна та обприсканих 0,2 моль L-1 щавлевої кислоти, була найвищою (63,33 мкмоль г-1), що на 148,35% вище, ніж у контролі (25,50 мкмоль г-1). Зі збільшенням концентрації обприскування щавлевою кислотою та обробкою вапном 3750 кг/м2 активність POD спочатку зростала, а потім знижувалася. Порівняно з обробкою 0,1 моль L-1 щавлевої кислоти, активність POD при обробці 0,2 моль L-1 щавлевої кислоти знизилася на 36,31% (рис. 2).
За винятком обприскування 0,2 моль/л щавлевої кислоти та додавання 2250 кг/год/м2 або 3750 кг/год/м2 вапна, активність CAT була значно вищою, ніж у контролі. При обприскуванні 0,1 моль/л щавлевої кислоти та додаванні 0,2250 кг/м2 або 3750 кг/год/м2 вапна активність CAT збільшилася на 276,08%, 276,69% ​​та 33,05% відповідно порівняно з обробкою без обприскування щавлевою кислотою. Активність CAT у коренях була найвищою (803,52 мкмоль/г) при обробці без вапна та при обробці 0,2 моль/л щавлевої кислоти. Активність CAT була найнижчою (172,88 мкмоль/г) при обробці 3750 кг/год/м2 вапна та 0,2 моль/л щавлевої кислоти (рис. 2).
Двовимірний аналіз показав, що активність CAT та активність MDA коренів Panax notoginseng були суттєво пов'язані з кількістю обприсканого щавлевою кислотою або вапном, а також з двома обробками (Таблиця 3). Активність SOD у коренях була суттєво пов'язана з обробкою вапном та щавлевою кислотою або концентрацією обприскування щавлевою кислотою. Активність POD коренів суттєво залежала від кількості внесеного вапна або обробки вапном та щавлевою кислотою.
Вміст розчинних цукрів у коренях зменшувався зі збільшенням кількості внесеного вапна та концентрації обприскування щавлевою кислотою. Не було виявлено суттєвої різниці у вмісті розчинних цукрів у коренях Panax notoginseng без внесення вапна та при внесенні 750 кг/год/м² вапна. При внесенні 2250 кг/м² вапна вміст розчинного цукру при обробці 0,2 моль/л щавлевої кислоти був значно вищим, ніж при обробці без обприскування щавлевою кислотою, збільшившись на 22,81%. При внесенні 3750 кг/год/м² вапна вміст розчинного цукру значно знизився зі збільшенням концентрації обприскування щавлевою кислотою. Вміст розчинного цукру при обробці 0,2 моль/л щавлевої кислоти знизився на 38,77% порівняно з обробкою без обприскування щавлевою кислотою. Крім того, обробка обприскуванням 0,2 моль·л-1 щавлевою кислотою мала найнижчий вміст розчинного цукру, який становив 205,80 мг·г-1 (рис. 3).
Вплив позакореневого обприскування щавлевою кислотою на вміст розчинного загального цукру та розчинного білка в коренях Panax notoginseng за кадмієвого стресу
Вміст розчинного білка в коренях зменшувався зі збільшенням кількості внесеного вапна та обробки обприскуванням щавлевою кислотою. Без додавання вапна вміст розчинного білка при обробці обприскуванням щавлевою кислотою в концентрації 0,2 моль/л значно знизився на 16,20% порівняно з контролем. Не було виявлено суттєвих відмінностей у вмісті розчинного білка в коренях Panax notoginseng при обробці вапна з концентрацією 750 кг/год. За умов застосування 2250 кг/год/м² вапна вміст розчинного білка при обробці обприскуванням щавлевою кислотою з концентрацією 0,2 моль/л був значно вищим, ніж при обробці обприскуванням без щавлевої кислоти (35,11%). При застосуванні 3750 кг·год/м² вапна вміст розчинного білка значно зменшився зі збільшенням концентрації обприскування щавлевою кислотою, з найнижчим вмістом розчинного білка (269,84 мкг·г-1) при обробці обприскуванням щавлевою кислотою з концентрацією 0,2 моль·л-1 (рис. 3).
Не було виявлено суттєвих відмінностей у вмісті вільних амінокислот у корені Panax notoginseng за відсутності внесення вапна. Зі збільшенням концентрації щавлевої кислоти під час обприскування та додаванням 750 кг/год/м2 вапна вміст вільних амінокислот спочатку зменшувався, а потім збільшувався. Порівняно з обробкою без обприскування щавлевою кислотою, вміст вільних амінокислот значно збільшився на 33,58% при обприскуванні 2250 кг вапна hm-2 та 0,2 моль л-1 щавлевої кислоти. Вміст вільних амінокислот значно зменшився зі збільшенням концентрації щавлевої кислоти під час обприскування та додаванням 3750 кг/м2 вапна. Вміст вільних амінокислот при обприскуванні 0,2 моль л-1 щавлевою кислотою зменшився на 49,76% порівняно з обприскуванням без щавлевої кислоти. Вміст вільних амінокислот був найвищим без обприскування щавлевою кислотою і становив 2,09 мг г-1. Обробка спреєм щавлевої кислоти з концентрацією 0,2 моль/л мала найнижчий вміст вільних амінокислот (1,05 мг/г) (рис. 4).
Вплив обприскування листя щавлевою кислотою на вміст вільних амінокислот та проліну в коренях Panax notoginseng за умов кадмієвого стресу
Вміст проліну в коренях зменшувався зі збільшенням кількості внесеного вапна та кількості обприскування щавлевою кислотою. Не було виявлено суттєвих відмінностей у вмісті проліну в корені женьшеню Panax без внесення вапна. Зі збільшенням концентрації щавлевої кислоти під час обприскування та збільшенням внесення 750 або 2250 кг/м2 вапна вміст проліну спочатку зменшувався, а потім збільшувався. Вміст проліну в обробці обприскуванням 0,2 моль L-1 щавлевої кислоти був значно вищим, ніж в обробці обприскуванням 0,1 моль L-1 щавлевої кислоти, збільшуючись на 19,52% та 44,33% відповідно. При додаванні 3750 кг/м2 вапна вміст проліну значно зменшувався зі збільшенням концентрації обприсканої щавлевої кислоти. Після обприскування 0,2 моль L-1 щавлевої кислоти вміст проліну зменшився на 54,68% порівняно з без обприскування щавлевою кислотою. Найнижчий вміст проліну був при обробці 0,2 моль/л щавлевої кислоти та становив 11,37 мкг/г (рис. 4).
Загальний вміст сапонінів у Panax notoginseng становить Rg1>Rb1>R1. Не було виявлено суттєвої різниці у вмісті трьох сапонінів зі збільшенням концентрації обприскування щавлевою кислотою та концентрації без внесення вапна (Таблиця 4).
Вміст R1 після обприскування 0,2 моль/л щавлевої кислоти був значно нижчим, ніж без обприскування щавлевою кислотою та з внесенням вапна в дозі 750 або 3750 кг/м2. При концентрації обприскування щавлевої кислоти 0 або 0,1 моль/л не спостерігалося суттєвої різниці у вмісті R1 зі збільшенням кількості доданого вапна. При концентрації обприскування 0,2 моль/л щавлевої кислоти вміст R1 у вапні 3750 кг/год/м2 був значно нижчим, ніж 43,84% без додавання вапна (Таблиця 4).
Зі збільшенням концентрації щавлевої кислоти під час обприскування та додаванням 750 кг/м2 вапна вміст Rg1 спочатку збільшувався, а потім зменшувався. При нормах внесення вапна 2250 та 3750 кг/год вміст Rg1 зменшувався зі збільшенням концентрації щавлевої кислоти під час обприскування. При тій самій концентрації щавлевої кислоти під час обприскування, зі збільшенням кількості вапна вміст Rg1 спочатку збільшується, а потім зменшується. Порівняно з контролем, за винятком вмісту Rg1 у трьох концентраціях щавлевої кислоти та обробці вапном 750 кг/м2, який був вищим, ніж у контролі, вміст Rg1 у коренях Panax notoginseng в інших обробках був нижчим, ніж у контролі. Максимальний вміст Rg1 спостерігався при обприскуванні вапном 750 кг/год/м2 та 0,1 моль/л щавлевої кислоти, що на 11,54% вище, ніж у контролі (Таблиця 4).
Зі збільшенням концентрації щавлевої кислоти під час розпилення та кількості внесеного вапна при швидкості потоку 2250 кг/год вміст Rb1 спочатку збільшувався, а потім зменшувався. Після розпилення 0,1 моль L-1 щавлевої кислоти вміст Rb1 досяг максимального значення 3,46%, що на 74,75% вище, ніж без розпилення щавлевої кислоти. Для інших обробок вапном не було суттєвих відмінностей між різними концентраціями розпилення щавлевої кислоти. Після розпилення 0,1 та 0,2 моль L-1 щавлевої кислоти, зі збільшенням кількості вапна вміст Rb1 спочатку зменшувався, а потім зменшувався (Таблиця 4).
При однаковій концентрації обприскування щавлевою кислотою, зі збільшенням кількості доданого вапна вміст флавоноїдів спочатку збільшувався, а потім зменшувався. Не було виявлено суттєвої різниці у вмісті флавоноїдів при обприскуванні різних концентрацій щавлевої кислоти без вапна та 3750 кг/м2 вапна. При додаванні 750 та 2250 кг/м2 вапна, зі збільшенням концентрації обприскуваної щавлевої кислоти, вміст флавоноїдів спочатку збільшувався, а потім зменшувався. При застосуванні 750 кг/м2 та обприскуванні щавлевою кислотою в концентрації 0,1 моль/л вміст флавоноїдів був максимальним – 4,38 мг/г, що на 18,38% вище, ніж при додаванні такої ж кількості вапна, і не було потреби обприскувати щавлевою кислотою. Вміст флавоноїдів при обробці обприскуванням 0,1 моль/л щавлевою кислотою збільшився на 21,74% порівняно з обробкою без щавлевої кислоти та обробкою вапном у дозі 2250 кг/м2 (рис. 5).
Вплив обприскування листя оксалатом на вміст флавоноїдів у корені Panax notoginseng за кадмієвого стресу
Двовимірний аналіз показав, що вміст розчинного цукру в коренях Panax notoginseng суттєво залежав від кількості внесеного вапна та концентрації щавлевої кислоти, що використовується для обприскування. Вміст розчинного білка в коренях суттєво корелював з дозуванням вапна та щавлевої кислоти. Вміст вільних амінокислот та проліну в коренях суттєво корелював з кількістю внесеного вапна, концентрацією щавлевої кислоти, що використовується для обприскування, вапном та щавлевою кислотою (Таблиця 5).
Вміст R1 у коренях Panax notoginseng суттєво залежав від концентрації обприскуваної щавлевої кислоти, кількості внесеного вапна, вапна та щавлевої кислоти. Вміст флавоноїдів суттєво залежав від концентрації обприскування щавлевою кислотою та кількості доданого вапна.
Для зниження рівня кадмію в рослинах шляхом фіксації кадмію в ґрунті було використано багато добавок, таких як вапно та щавлева кислота30. Вапно широко використовується як ґрунтова добавка для зниження рівня кадмію в сільськогосподарських культурах31. Лян та ін.32 повідомили, що щавлеву кислоту також можна використовувати для відновлення ґрунту, забрудненого важкими металами. Після додавання різних концентрацій щавлевої кислоти до забрудненого ґрунту вміст органічних речовин у ґрунті збільшувався, ємність катіонного обміну знижувалася, а pH підвищувався33. Щавлева кислота також може реагувати з іонами металів у ґрунті. В умовах стресу від Cd вміст Cd у Panax notoginseng значно збільшувався порівняно з контролем. Однак, якщо використовувати вапно, він значно знижується. Коли в цьому дослідженні було внесено 750 кг/год/м² вапна, вміст Cd у коренях досяг національного стандарту (граничне значення Cd становить Cd≤0,5 мг/кг, AQSIQ, GB/T 19086-200834), і ефект був хорошим. Найкращий ефект досягається при додаванні 2250 кг/м2 вапна. Додавання вапна створює велику кількість конкурентних місць для Ca2+ та Cd2+ у ґрунті, а додавання щавлевої кислоти знижує вміст Cd у коренях Panax notoginseng. Після змішування вапна та щавлевої кислоти вміст Cd у корені Panax ginseng значно знизився та досяг національного стандарту. Ca2+ у ґрунті адсорбується на поверхні кореня за допомогою процесу масового потоку та може поглинатися клітинами кореня через кальцієві канали (Ca2+ канали), кальцієві насоси (Ca2+-AT-Pase) та антипортери Ca2+/H+, а потім транспортуватися горизонтально до коренів. Ксилема23. Спостерігалася значна негативна кореляція між вмістом Ca та Cd у коренях (P < 0,05). Вміст Cd зменшувався зі збільшенням вмісту Ca, що узгоджується з ідеєю антагонізму між Ca та Cd. Дисперсійний аналіз показав, що кількість вапна мала значний вплив на вміст Ca у корені Panax notoginseng. Понграк та ін. У роботі 35 повідомлялося, що Cd зв'язується з оксалатом у кристалах оксалату кальцію та конкурує з Ca. Однак регуляторний вплив щавлевої кислоти на Ca був незначним. Це показує, що осадження оксалату кальцію з щавлевої кислоти та Ca2+ не є простим осадженням, і процес співосадження може контролюватися кількома метаболічними шляхами.
Під впливом кадмію в рослинах утворюється велика кількість активних форм кисню (АФК), які пошкоджують структуру клітинних мембран36. Вміст малонового діальдегіду (МДА) може бути використаний як індикатор для оцінки рівня АФК та ​​ступеня пошкодження плазматичної мембрани рослин37. Антиоксидантна система є важливим захисним механізмом для поглинання активних форм кисню38. Активність антиоксидантних ферментів (включаючи POD, SOD та CAT) зазвичай змінюється під впливом кадмію. Результати показали, що вміст МДА позитивно корелює з концентрацією Cd, що свідчить про те, що ступінь перекисного окислення ліпідів мембран рослин поглиблюється зі збільшенням концентрації Cd37. Це узгоджується з результатами дослідження Оуянга та ін.39. Це дослідження показує, що на вміст МДА значно впливають вапно, щавлева кислота, вапно та щавлева кислота. Після розпилення 0,1 моль L-1 щавлевої кислоти вміст МДА в Panax notoginseng знизився, що вказує на те, що щавлева кислота може знижувати біодоступність Cd та рівнів АФК у Panax notoginseng. Система антиоксидантних ферментів – це місце, де відбувається детоксикаційна функція рослини. SOD видаляє O2-, що міститься в рослинних клітинах, і виробляє нетоксичний O2 та низькотоксичну H2O2. POD та CAT видаляють H2O2 з рослинних тканин і каталізують розкладання H2O2 на H2O. На основі аналізу протеому iTRAQ було виявлено, що рівні експресії білків SOD та PAL знижуються, а рівень експресії POD підвищується після застосування вапна за стресу Cd40. Активність CAT, SOD та POD у корені Panax notoginseng значно залежала від дозування щавлевої кислоти та вапна. Обробка обприскуванням 0,1 моль L-1 щавлевої кислоти значно підвищила активність SOD та CAT, але регуляторний вплив на активність POD не був очевидним. Це показує, що щавлева кислота прискорює розкладання активних форм кисню (ROS) під впливом Cd-стресу та головним чином завершує видалення H2O2, регулюючи активність CAT, що подібно до результатів дослідження Guo et al.41 щодо антиоксидантних ферментів Pseudospermum sibiricum. Kos.). Вплив додавання 750 кг/год/м2 вапна на активність ферментів антиоксидантної системи та вміст малонового діальдегіду подібний до ефекту обприскування щавлевою кислотою. Результати показали, що обробка обприскуванням щавлевою кислотою може ефективніше посилити активність SOD та CAT у Panax notoginseng та підвищити стійкість Panax notoginseng до стресу. Активність SOD та POD знижувалася після обробки 0,2 моль L-1 щавлевої кислоти та 3750 кг вапна hm-2, що вказує на те, що надмірне обприскування високими концентраціями щавлевої кислоти та Ca2+ може спричинити стрес рослин, що узгоджується з дослідженням Luo et al. Wait 42.