Ďakujeme za návštevu stránky Nature.com. Verzia prehliadača, ktorú používate, má obmedzenú podporu CSS. Pre dosiahnutie najlepších výsledkov odporúčame používať novšiu verziu prehliadača (alebo vypnúť režim kompatibility v prehliadači Internet Explorer). Medzitým, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu, zobrazujeme stránku bez štýlov a JavaScriptu.
Kontaminácia kadmiom (Cd) predstavuje potenciálnu hrozbu pre bezpečnosť pestovania liečivej rastliny Panax notoginseng v provincii Yunnan. Pri exogénnom strese Cd sa uskutočnili poľné experimenty s cieľom pochopiť vplyv aplikácie vápna (0, 750, 2250 a 3750 kg/h/m2) a postreku listov kyselinou šťaveľovou (0, 0,1 a 0,2 mol/l) na akumuláciu Cd a antioxidantov. Systémové a liečivé zložky Panax notoginseng. Výsledky ukázali, že pri strese Cd by vápno a postrek listami kyselinou šťaveľovou mohli zvýšiť obsah Ca2+ v Panax notoginseng a znížiť toxicitu Cd2+. Pridanie vápna a kyseliny šťaveľovej zvýšilo aktivitu antioxidačných enzýmov a zmenilo metabolizmus osmotických regulátorov. Najvýznamnejšie je zvýšenie aktivity CAT 2,77-krát. Pod vplyvom kyseliny šťaveľovej sa aktivita SOD zvýšila 1,78-krát. Obsah MDA sa znížil o 58,38 %. Existuje veľmi významná korelácia s rozpustným cukrom, voľnými aminokyselinami, prolínom a rozpustnými bielkovinami. Vápno a kyselina šťaveľová môžu zvýšiť obsah vápenatých iónov (Ca2+) v Panax notoginseng, znížiť obsah Cd, zlepšiť odolnosť Panax notoginseng voči stresu a zvýšiť produkciu celkových saponínov a flavonoidov. Obsah Cd je najnižší, o 68,57 % nižší ako v kontrole, a zodpovedá štandardnej hodnote (Cd ≤ 0,5 mg kg-1, GB/T 19086-2008). Podiel SPN bol 7,73 %, čo predstavuje najvyššiu úroveň spomedzi všetkých ošetrení, a obsah flavonoidov sa výrazne zvýšil o 21,74 %, čím sa dosiahli štandardné liečebné hodnoty a optimálny výťažok.
Kadmium (Cd) je bežným kontaminantom obrábaných pôd, ľahko migruje a má významnú biologickú toxicitu. El-Shafei a kol. uviedli, že toxicita kadmia ovplyvňuje kvalitu a produktivitu používaných rastlín. Nadmerné hladiny kadmia v obrábanej pôde v juhozápadnej Číne sa v posledných rokoch stali vážnym problémom. Provincia Yunnan je kráľovstvom biodiverzity Číny, pričom liečivé rastlinné druhy sú na prvom mieste v krajine. Provincia Yunnan je však bohatá na nerastné zdroje a proces ťažby nevyhnutne vedie k znečisteniu pôdy ťažkými kovmi, čo ovplyvňuje produkciu miestnych liečivých rastlín.
Panax notoginseng (Burkill) Chen3) je veľmi cenná trváca bylina patriaca do rodu Panax z čeľade Araliaceae. Panax notoginseng zlepšuje krvný obeh, odstraňuje stagnáciu krvi a zmierňuje bolesť. Hlavnou oblasťou produkcie je prefektúra Wenshan v provincii Yunnan5. Viac ako 75 % pôdy v miestnych oblastiach pestovania ženšenu Panax notoginseng je kontaminovaných kadmiom, pričom hladiny sa v rôznych oblastiach pohybujú od 81 % do viac ako 100 %6. Toxický účinok Cd tiež výrazne znižuje produkciu liečivých zložiek Panax notoginseng, najmä saponínov a flavonoidov. Saponíny sú typom glykozidovej zlúčeniny, ktorej aglykóny sú triterpenoidy alebo spirostány. Sú hlavnými účinnými látkami mnohých tradičných čínskych liekov a obsahujú saponíny. Niektoré saponíny majú tiež antibakteriálnu aktivitu alebo cenné biologické aktivity, ako sú antipyretické, sedatívne a protirakovinové účinky7. Flavonoidy sa vo všeobecnosti vzťahujú na sériu zlúčenín, v ktorých sú dva benzénové kruhy s fenolickými hydroxylovými skupinami spojené prostredníctvom troch centrálnych atómov uhlíka. Hlavným jadrom je 2-fenylchromanón 8. Je to silný antioxidant, ktorý dokáže účinne zachytávať voľné kyslíkové radikály v rastlinách. Môže tiež inhibovať prenikanie zápalových biologických enzýmov, podporovať hojenie rán a úľavu od bolesti a znižovať hladinu cholesterolu. Je jednou z hlavných účinných látok ženšenu Panax notoginseng. Existuje naliehavá potreba riešiť problém kontaminácie kadmiom v pôde v oblastiach produkcie ženšenu Panax a zabezpečiť produkciu jeho základných liečivých zložiek.
Vápno je jedným z najpoužívanejších pasivátorov na stacionárne čistenie pôdy od kontaminácie kadmiom10. Ovplyvňuje adsorpciu a depozíciu Cd v pôde znížením biologickej dostupnosti Cd v pôde zvýšením hodnoty pH a zmenou kapacity výmeny katiónov v pôde (CEC), nasýtenia pôdy soľami (BS) a redoxného potenciálu pôdy (Eh)3, 11. Okrem toho vápno poskytuje veľké množstvo Ca2+, tvorí iónový antagonizmus s Cd2+, súťaží o adsorpčné miesta v koreňoch, zabraňuje transportu Cd do pôdy a má nízku biologickú toxicitu. Keď sa pri strese z Cd pridalo 50 mmol L-1 Ca, transport Cd v sezamových listoch sa inhiboval a akumulácia Cd sa znížila o 80 %. Množstvo podobných štúdií bolo publikovaných na ryži (Oryza sativa L.) a iných plodinách12,13.
Postrekovanie plodín na listy za účelom kontroly akumulácie ťažkých kovov je v posledných rokoch novou metódou kontroly ťažkých kovov. Jej princíp súvisí najmä s chelatačnou reakciou v rastlinných bunkách, ktorá vedie k ukladaniu ťažkých kovov na bunkovej stene a inhibuje príjem ťažkých kovov rastlinami14,15. Ako stabilné chelatačné činidlo s dvojkyselinami môže kyselina šťaveľová priamo chelátovať ióny ťažkých kovov v rastlinách, čím znižuje toxicitu. Výskum ukázal, že kyselina šťaveľová v sójových bôboch môže chelátovať Cd2+ a uvoľňovať kryštály obsahujúce Cd cez horné trichómové bunky, čím znižuje hladiny Cd2+ v tele16. Kyselina šťaveľová môže regulovať pH pôdy, zvyšovať aktivitu superoxiddismutázy (SOD), peroxidázy (POD) a katalázy (CAT) a regulovať prenikanie rozpustného cukru, rozpustných bielkovín, voľných aminokyselín a prolínu. Metabolické regulátory17,18. Kyselina a prebytok Ca2+ v rastline tvoria zrazeninu oxalátu vápenatého pôsobením nukleačných bielkovín. Reguláciou koncentrácie Ca2+ v rastlinách možno účinne dosiahnuť reguláciu rozpustenej kyseliny šťaveľovej a Ca2+ v rastlinách a zabrániť nadmernej akumulácii kyseliny šťaveľovej a Ca2+19,20.
Množstvo aplikovaného vápna je jedným z kľúčových faktorov ovplyvňujúcich účinok opravy. Zistilo sa, že dávkovanie vápna sa pohybovalo od 750 do 6000 kg/m2. Pre kyslú pôdu s pH 5,0 až 5,5 je účinok aplikácie vápna v dávke 3000 až 6000 kg/h/m2 výrazne vyšší ako pri dávke 750 kg/h/m221. Nadmerná aplikácia vápna však bude mať za následok niektoré negatívne účinky na pôdu, ako sú významné zmeny pH pôdy a zhutnenie pôdy22. Preto sme definovali úrovne úpravy CaO ako 0, 750, 2250 a 3750 kg hm-2. Pri aplikácii kyseliny šťaveľovej na Arabidopsis thaliana sa zistilo, že Ca2+ sa významne znížil pri koncentrácii 10 mmol L-1 a génová rodina CRT, ktorá ovplyvňuje signalizáciu Ca2+, reagovala silne20. Zhromaždenie niektorých predchádzajúcich štúdií nám umožnilo určiť koncentráciu tohto testu a ďalej študovať vplyv interakcie exogénnych doplnkov na Ca2+ a Cd2+23,24,25. Preto si táto štúdia kladie za cieľ preskúmať regulačný mechanizmus exogénneho postreku listov vápnom a kyselinou šťaveľovou na obsah Cd a toleranciu Panax notoginseng voči stresu v pôde kontaminovanej kadmiom a ďalej preskúmať spôsoby, ako lepšie zabezpečiť liečivú kvalitu a účinnosť. Produkcia Panax notoginseng. Poskytuje cenné usmernenia týkajúce sa zvýšenia rozsahu pestovania bylinných rastlín v pôdach kontaminovaných kadmiom a dosiahnutia vysokokvalitnej a udržateľnej produkcie požadovanej farmaceutickým trhom.
Poľný experiment sa uskutočnil v Lannizhai, okres Qiubei, prefektúra Wenshan, provincia Yunnan (24°11′ s. š., 104°3′ v. d., nadmorská výška 1446 m) s použitím miestnej odrody ženšenu Wenshan Panax notoginseng. Priemerná ročná teplota je 17 °C a priemerné ročné zrážky sú 1250 mm. Pozaďové hodnoty študovanej pôdy boli: TN 0,57 g kg-1, TP 1,64 g kg-1, TC 16,31 g kg-1, OM 31,86 g kg-1, alkalicky hydrolyzovaný N 88,82 mg kg-1, bez fosforu 18,55 mg kg-1, voľný draslík 100,37 mg kg-1, celkový kadmium 0,3 mg kg-1, pH 5,4.
Dňa 10. decembra 2017 sa na povrch pôdy aplikovalo 6 mg/kg Cd2+ (CdCl2·2,5H2O) a vápno (0, 750, 2250 a 3750 kg/h/m2) vo vrstve 0~10 cm na každú plochu. Každé ošetrenie sa opakovalo 3-krát. Testovacie plochy sú umiestnené náhodne, každá plocha pokrýva plochu 3 m2. Jednoročné sadenice Panax notoginseng boli presadené po 15 dňoch obrábania pôdy. Pri použití slnečnej siete je intenzita svetla Panax notoginseng vo vnútri slnečnej siete približne 18 % bežnej intenzity prirodzeného svetla. Pestovanie sa vykonáva podľa tradičných miestnych pestovateľských metód. Pred štádiom dozrievania Panax notoginseng v roku 2019 sa postriekava kyselinou šťaveľovou vo forme oxalátu sodného. Koncentrácie kyseliny šťaveľovej boli 0, 0,1 a 0,2 mol L-1 a na úpravu pH na 5,16, aby sa simulovalo priemerné pH roztoku na vylúhovanie podstielky, sa použil NaOH. Hornú a spodnú stranu listov sa postriekalo raz týždenne o 8:00. Po 4-násobnom postreku v 5. týždni sa zozbierali 3-ročné rastliny Panax notoginseng.
V novembri 2019 boli z poľa zozbierané trojročné rastliny Panax notoginseng a postriekané kyselinou šťaveľovou. Niektoré vzorky trojročných rastlín Panax notoginseng, u ktorých bolo potrebné merať fyziologický metabolizmus a enzýmovú aktivitu, boli umiestnené do skúmaviek na zmrazenie, rýchlo zmrazené tekutým dusíkom a potom prenesené do chladničky s teplotou -80 °C. Niektoré vzorky koreňov, u ktorých sa mal merať obsah Cd a účinných látok v štádiu zrelosti, boli premyté vodou z vodovodu, sušené pri teplote 105 °C počas 30 minút pri konštantnej hmotnosti pri teplote 75 °C a rozomleté ​​v mažiari na uskladnenie.
Odvážte 0,2 g suchej rastlinnej vzorky, vložte ju do Erlenmeyerovej banky, pridajte 8 ml HNO3 a 2 ml HClO4 a prikryte cez noc. Nasledujúci deň použite zakrivený lievik umiestnený v Erlenmeyerovej banke na elektrotermické rozkladanie, kým sa neobjaví biely dym a tráviace šťavy nebudú vytekať číre. Po ochladení na izbovú teplotu sa zmes prenesie do 10 ml odmernej banky. Obsah Cd sa stanoví pomocou atómového absorpčného spektrometra (Thermo ICE™ 3300 AAS, USA). (GB/T 23739-2009).
Odvážte 0,2 g suchej rastlinnej vzorky, vložte ju do 50 ml plastovej fľaše, pridajte 1 mol L-1 HCl do 10 ml, uzavrite a dobre pretrepávajte 15 hodín a prefiltrujte. Pomocou pipety odoberte potrebné množstvo filtrátu, podľa toho ho zrieďte a pridajte roztok SrCl2, aby ste dosiahli koncentráciu Sr2+ 1 g L-1. Obsah Ca sa meral pomocou atómového absorpčného spektrometra (Thermo ICE™ 3300 AAS, USA).
Metóda referenčnej súpravy malondialdehydu (MDA), superoxiddismutázy (SOD), peroxidázy (POD) a katalázy (CAT) (DNM-9602, Beijing Prong New Technology Co., Ltd., registrácia produktu), použite príslušnú meraciu súpravu. Číslo: Pekinský liekopis (presný) 2013 č. 2400147).
Odvážte približne 0,05 g vzorky Panax notoginseng a pridajte antrón-kyselinu sírovú s činidlom pozdĺž stien skúmavky. Skúmavku pretrepávajte 2 – 3 sekundy, aby sa tekutina dôkladne premiešala. Skúmavku umiestnite na stojan na skúmavky, aby sa na 15 minút vyvinula farba. Obsah rozpustného cukru sa stanovil ultrafialovo-viditeľnou spektrofotometriou (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Čína) pri vlnovej dĺžke 620 nm.
Odvážte 0,5 g čerstvej vzorky Panax notoginseng, rozomelte ju na homogenát s 5 ml destilovanej vody a potom centrifugujte pri 10 000 g počas 10 minút. Supernatant sa zriedil na pevný objem. Použila sa metóda Coomassie Brilliant Blue. Obsah rozpustných bielkovín sa meral pomocou ultrafialovo-viditeľnej spektrofotometrie (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Čína) pri vlnovej dĺžke 595 nm a vypočítal sa na základe štandardnej krivky hovädzieho sérového albumínu.
Odvážte 0,5 g čerstvej vzorky, pridajte 5 ml 10 % kyseliny octovej, rozomelte na homogenát, prefiltrujte a zrieďte na konštantný objem. Použila sa metóda vývoja farby s roztokom ninhydrínu. Obsah voľných aminokyselín bol stanovený UV-viditeľnou spektrofotometriou (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Čína) pri 570 nm a vypočítaný na základe štandardnej krivky leucínu28.
Odvážte 0,5 g čerstvej vzorky, pridajte 5 ml 3 % roztoku kyseliny sulfosalicylovej, zahrievajte vo vodnom kúpeli a pretrepávajte 10 minút. Po ochladení sa roztok prefiltroval a doviedol na konštantný objem. Použila sa kolorimetrická metóda s kyslým ninhydrínom. Obsah prolínu sa stanovil ultrafialovo-viditeľnou spektrofotometriou (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Čína) pri vlnovej dĺžke 520 nm a vypočítal sa na základe štandardnej krivky prolínu29.
Obsah saponínov bol stanovený vysokoúčinnou kvapalinovou chromatografiou s odkazom na Liekopis Čínskej ľudovej republiky (vydanie z roku 2015). Základným princípom vysokoúčinnej kvapalinovej chromatografie je použitie vysokotlakovej kvapaliny ako mobilnej fázy a aplikácia technológie separácie ultrajemných častíc vysokoúčinnej stĺpcovej chromatografie na stacionárnu fázu. Pracovná technika je nasledovná:
Podmienky HPLC a test vhodnosti systému (Tabuľka 1): Ako plnivo použite silikagél viazaný na oktadecylsilán, ako mobilnú fázu A acetonitril a ako mobilnú fázu B vodu. Vykonajte gradientovú elúciu podľa tabuľky nižšie. Detekčná vlnová dĺžka je 203 nm. Podľa píku R1 celkových saponínov Panax notoginseng by mal byť počet teoretických platní aspoň 4000.
Príprava štandardného roztoku: Presne odvážte ginsenozid Rg1, ginsenozid Rb1 a notoginsenozid R1 a pridajte metanol, aby ste pripravili zmes obsahujúcu 0,4 mg ginsenozidu Rg1, 0,4 mg ginsenozidu Rb1 a 0,1 mg notoginsenozidu R1 na 1 ml roztoku.
Príprava testovaného roztoku: Odvážte 0,6 g prášku z Panax ginseng a pridajte 50 ml metanolu. Zmiešaný roztok sa odvážil (W1) a nechal sa cez noc stáť. Zmiešaný roztok sa potom jemne varil vo vodnom kúpeli pri teplote 80 °C počas 2 hodín. Po ochladení sa zmiešaný roztok odváži a pripravený metanol sa pridá k prvej hmotnosti W1. Potom sa dobre pretrepe a prefiltruje. Filtrát sa nechá na analýzu.
Presne odoberte 10 μl štandardného roztoku a 10 μl filtrátu a vstreknite ich do vysokoúčinného kvapalinového chromatografu (Thermo HPLC-ultimate 3000, Seymour Fisher Technology Co., Ltd.) na stanovenie obsahu saponínu 24.
Štandardná krivka: meranie zmiešaného štandardného roztoku Rg1, Rb1 a R1. Chromatografické podmienky sú rovnaké ako vyššie. Štandardnú krivku vypočítajte vynesením nameranej plochy píku na os y a koncentrácie saponínu v štandardnom roztoku na os x. Koncentráciu saponínu je možné vypočítať dosadením nameranej plochy píku vzorky do štandardnej krivky.
Odvážte 0,1 g vzorky P. notogensings a pridajte 50 ml 70 % roztoku CH3OH. Ultrazvuková extrakcia sa vykonávala 2 hodiny, po ktorej nasledovala centrifugácia pri 4000 ot./min. počas 10 minút. Odoberte 1 ml supernatantu a zrieďte ho 12-krát. Obsah flavonoidov sa stanovil pomocou ultrafialovo-viditeľnej spektrofotometrie (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Čína) pri vlnovej dĺžke 249 nm. Kvercetín je jednou zo štandardných bežných látok8.
Dáta boli usporiadané pomocou softvéru Excel 2010. Na vykonanie analýzy rozptylu dát bol použitý štatistický softvér SPSS 20. Obrázky boli vykreslené pomocou programu Origin Pro 9.1. Vypočítané štatistické hodnoty zahŕňajú priemer ± SD. Vyhlásenia o štatistickej významnosti sú založené na P < 0,05.
Pri rovnakej koncentrácii kyseliny šťaveľovej postrekovanej na listy sa obsah Ca v koreňoch Panax notoginseng výrazne zvýšil so zvyšujúcim sa množstvom aplikovaného vápna (Tabuľka 2). V porovnaní s neprítomnosťou vápna sa obsah Ca zvýšil o 212 % pri pridaní 3750 kg/h/m2 vápna bez postreku kyselinou šťaveľovou. Pri rovnakom množstve aplikovaného vápna sa obsah Ca mierne zvýšil so zvyšujúcou sa koncentráciou postreku kyselinou šťaveľovou.
Obsah Cd v koreňoch sa pohybuje od 0,22 do 0,70 mg kg-1. Pri rovnakej koncentrácii postreku kyselinou šťaveľovou sa so zvyšujúcim sa množstvom pridaného vápna obsah Cd pri dávke 2250 kg/h výrazne znižuje. V porovnaní s kontrolou sa obsah Cd v koreňoch po postreku s 2250 kg hm-2 vápna a 0,1 mol l-1 kyseliny šťaveľovej znížil o 68,57 %. Pri aplikácii bezvápenného vápna a vápna s dávkou 750 kg/h sa obsah Cd v koreňoch Panax notoginseng výrazne znížil so zvyšujúcou sa koncentráciou postreku s kyselinou šťaveľovou. Pri aplikácii vápna s dávkou 2250 kg/m2 a vápna s dávkou 3750 kg/m2 sa obsah Cd v koreňoch najprv znížil a potom sa so zvyšujúcou sa koncentráciou kyseliny šťaveľovej zvýšil. Okrem toho bivariačná analýza ukázala, že vápno malo významný vplyv na obsah Ca v koreňoch Panax notoginseng (F = 82,84**), vápno malo významný vplyv na obsah Cd v koreňoch Panax notoginseng (F = 74,99**) a kyselinu šťaveľovú (F = 7,72*).
So zvyšujúcim sa množstvom pridaného vápna a koncentráciou postrekovanej kyseliny šťaveľovej sa obsah MDA výrazne znižoval. V obsahu MDA v koreňoch Panax notoginseng bez pridania vápna a s pridaním 3750 kg/m2 vápna sa nezistil žiadny významný rozdiel. Pri aplikačných dávkach 750 kg/h/m2 a 2250 kg/h/m2 sa obsah vápna postrekom s 0,2 mol/l kyseliny šťaveľovej znížil o 58,38 %, respektíve 40,21 % v porovnaní s postrekovaním bez pridania kyseliny šťaveľovej. Najnižší obsah MDA (7,57 nmol g-1) sa pozoroval pri postreku 750 kg vápna hm-2 a 0,2 mol l-1 kyseliny šťaveľovej (obr. 1).
Vplyv listovej striekacej metódy kyselinou šťaveľovou na obsah malondialdehydu v koreňoch Panax notoginseng v strese z kadmia. Poznámka: Legenda na obrázku označuje koncentráciu kyseliny šťaveľovej pri postreku (mol L-1), rôzne malé písmená označujú významné rozdiely medzi ošetreniami s rovnakou aplikáciou vápna. To isté nižšie.
Okrem aplikácie 3750 kg/h vápna sa nezistil žiadny významný rozdiel v aktivite SOD v koreňoch Panax notoginseng. Pri pridaní 0, 750 a 2250 kg/h/m2 vápna bola aktivita SOD pri ošetrení postrekom kyselinou šťaveľovou v koncentrácii 0,2 mol/l výrazne vyššia ako bez použitia kyseliny šťaveľovej, a to o 177,89 %, 61,62 % a 45,08 %. Aktivita SOD v koreňoch (598,18 U g-1) bola najvyššia bez aplikácie vápna a pri ošetrení postrekom kyselinou šťaveľovou v koncentrácii 0,2 mol/l. Pri postrekovaní kyselinou šťaveľovou v rovnakej koncentrácii alebo 0,1 mol L-1 sa aktivita SOD zvyšovala so zvyšujúcim sa množstvom pridaného vápna. Po postreku kyselinou šťaveľovou v koncentrácii 0,2 mol/l sa aktivita SOD výrazne znížila (obr. 2).
Vplyv postreku listov kyselinou šťaveľovou na aktivitu superoxiddismutázy, peroxidázy a katalázy v koreňoch Panax notoginseng za kadmiového stresu
Podobne ako aktivita SOD v koreňoch, aj aktivita POD v koreňoch ošetrených bez vápna a postriekených 0,2 mol L-1 kyselinou šťaveľovou bola najvyššia (63,33 µmol g-1), čo je o 148,35 % viac ako v kontrole (25,50 µmol g-1). So zvyšujúcou sa koncentráciou postreku kyselinou šťaveľovou a ošetrením vápnom 3750 kg/m2 sa aktivita POD najprv zvýšila a potom znížila. V porovnaní s ošetrením 0,1 mol L-1 kyselinou šťaveľovou sa aktivita POD po ošetrení 0,2 mol L-1 kyselinou šťaveľovou znížila o 36,31 % (obr. 2).
S výnimkou postreku s 0,2 mol/l kyseliny šťaveľovej a pridania 2 250 kg/h/m2 alebo 3 750 kg/h/m2 vápna bola aktivita CAT významne vyššia ako v kontrole. Pri postreku s 0,1 mol/l kyseliny šťaveľovej a pridaní 0,2250 kg/m2 alebo 3 750 kg/h/m2 vápna sa aktivita CAT zvýšila o 276,08 %, 276,69 % a 33,05 % v porovnaní s ošetrením bez postreku kyselinou šťaveľovou. Aktivita CAT v koreňoch bola najvyššia (803,52 μmol/g) pri ošetrení bez vápna a pri ošetrení s 0,2 mol/l kyseliny šťaveľovej. Aktivita CAT bola najnižšia (172,88 μmol/g) pri ošetrení s 3 750 kg/h/m2 vápna a 0,2 mol/l kyseliny šťaveľovej (obr. 2).
Bivariačná analýza ukázala, že aktivita CAT a aktivita MDA v koreňoch Panax notoginseng boli významne spojené s množstvom postriekaného kyselinou šťaveľovou alebo vápnom a s oboma ošetreniami (Tabuľka 3). Aktivita SOD v koreňoch bola významne spojená s ošetrením vápnom a kyselinou šťaveľovou alebo s koncentráciou postreku kyselinou šťaveľovou. Aktivita POD v koreňoch bola významne závislá od množstva aplikovaného vápna alebo od ošetrenia vápnom a kyselinou šťaveľovou.
Obsah rozpustných cukrov v koreňoch sa znižoval so zvyšujúcim sa množstvom aplikácie vápna a koncentráciou postreku kyselinou šťaveľovou. V obsahu rozpustných cukrov v koreňoch Panax notoginseng bez aplikácie vápna a pri aplikácii 750 kg/h/m² vápna sa nezistil žiadny významný rozdiel. Pri aplikácii 2250 kg/m² vápna bol obsah rozpustného cukru pri ošetrení 0,2 mol/l kyseliny šťaveľovej výrazne vyšší ako pri ošetrení bez postreku kyselinou šťaveľovou, a to o 22,81 %. Pri aplikácii 3750 kg/h/m² vápna sa obsah rozpustného cukru výrazne znížil so zvyšujúcou sa koncentráciou postreku kyseliny šťaveľovej. Obsah rozpustného cukru pri ošetrení 0,2 mol L-1 kyseliny šťaveľovej sa znížil o 38,77 % v porovnaní s ošetrením bez postreku kyselinou šťaveľovou. Okrem toho, postrek kyselinou šťaveľovou s koncentráciou 0,2 mol·L-1 mal najnižší obsah rozpustného cukru, ktorý bol 205,80 mg·g-1 (Obr. 3).
Vplyv listového postreku kyselinou šťaveľovou na obsah rozpustného celkového cukru a rozpustných bielkovín v koreňoch Panax notoginseng za stresu kadmiom
Obsah rozpustných bielkovín v koreňoch sa znižoval so zvyšujúcim sa množstvom aplikácie vápna a postreku kyselinou šťaveľovou. Bez pridania vápna sa obsah rozpustných bielkovín pri ošetrení postrekom kyselinou šťaveľovou s koncentráciou 0,2 mol L-1 významne znížil o 16,20 % v porovnaní s kontrolnou skupinou. Pri aplikácii 750 kg/h vápna sa nezistili žiadne významné rozdiely v obsahu rozpustných bielkovín v koreňoch Panax notoginseng. Za podmienok aplikácie 2250 kg/h/m² vápna bol obsah rozpustných bielkovín pri postreku s 0,2 mol/l kyseliny šťaveľovej výrazne vyšší ako pri postreku bez kyseliny šťaveľovej (35,11 %). Pri aplikácii 3750 kg·h/m² vápna sa obsah rozpustných bielkovín výrazne znížil so zvyšujúcou sa koncentráciou postreku kyselinou šťaveľovou, pričom najnižší obsah rozpustných bielkovín (269,84 μg·g-1) bol pri postreku s koncentráciou kyseliny šťaveľovej 0,2 mol·L-1 (Obr. 3).
V obsahu voľných aminokyselín v koreni Panax notoginseng sa nezistili žiadne významné rozdiely bez aplikácie vápna. So zvyšujúcou sa koncentráciou kyseliny šťaveľovej v postreku a pridaním 750 kg/h/m2 vápna sa obsah voľných aminokyselín najprv znížil a potom zvýšil. V porovnaní s ošetrením bez postreku kyselinou šťaveľovou sa obsah voľných aminokyselín významne zvýšil o 33,58 % pri postreku 2250 kg hm-2 vápna a 0,2 mol l-1 kyseliny šťaveľovej. Obsah voľných aminokyselín sa významne znížil so zvyšujúcou sa koncentráciou kyseliny šťaveľovej v postreku a pridaním 3750 kg/m2 vápna. Obsah voľných aminokyselín pri ošetrení postrekom s 0,2 mol l-1 kyseliny šťaveľovej sa znížil o 49,76 % v porovnaní s ošetrením postrekom bez kyseliny šťaveľovej. Obsah voľných aminokyselín bol najvyšší bez postreku kyselinou šťaveľovou a bol 2,09 mg g-1. Najnižší obsah voľných aminokyselín (1,05 mg/g) mal postrek s kyselinou šťaveľovou s koncentráciou 0,2 mol/l (obr. 4).
Vplyv postreku listov kyselinou šťaveľovou na obsah voľných aminokyselín a prolínu v koreňoch Panax notoginseng za podmienok stresu kadmiom.
Obsah prolínu v koreňoch sa znižoval so zvyšujúcim sa množstvom aplikovaného vápna a množstvom postreku kyselinou šťaveľovou. V obsahu prolínu v koreňoch Panax ginseng sa nezistili žiadne významné rozdiely, keď sa vápno neaplikovalo. So zvyšujúcou sa koncentráciou kyseliny šťaveľovej v postreku a so zvyšujúcou sa aplikáciou 750 alebo 2250 kg/m2 vápna sa obsah prolínu najprv znižoval a potom zvyšoval. Obsah prolínu pri postreku s 0,2 mol L-1 kyseliny šťaveľovej bol výrazne vyšší ako pri postreku s 0,1 mol L-1 kyseliny šťaveľovej, pričom sa zvýšil o 19,52 %, respektíve o 44,33 %. Po pridaní 3750 kg/m2 vápna sa obsah prolínu výrazne znížil so zvyšujúcou sa koncentráciou postreku kyseliny šťaveľovej. Po postreku s 0,2 mol L-1 kyseliny šťaveľovej sa obsah prolínu znížil o 54,68 % v porovnaní s postrekom bez postreku kyselinou šťaveľovou. Najnižší obsah prolínu bol pri ošetrení 0,2 mol/l kyseliny šťaveľovej a predstavoval 11,37 μg/g (obr. 4).
Celkový obsah saponínov v Panax notoginseng je Rg1>Rb1>R1. V obsahu troch saponínov sa nezistil žiadny významný rozdiel so zvyšujúcou sa koncentráciou postreku s kyselinou šťaveľovou a koncentráciou bez aplikácie vápna (Tabuľka 4).
Obsah R1 po postreku 0,2 mol L-1 kyseliny šťaveľovej bol výrazne nižší ako bez postreku kyseliny šťaveľovej a s aplikáciou dávky vápna 750 alebo 3750 kg/m2. Pri koncentrácii kyseliny šťaveľovej v postrekovej zmesi 0 alebo 0,1 mol/l nebol zistený žiadny významný rozdiel v obsahu R1 so zvyšujúcim sa množstvom pridaného vápna. Pri koncentrácii kyseliny šťaveľovej v postrekovej zmesi 0,2 mol/l bol obsah R1 v 3750 kg/h/m2 vápna výrazne nižší ako 43,84 % bez pridania vápna (Tabuľka 4).
So zvyšujúcou sa koncentráciou kyseliny šťaveľovej v postreku a pridaním 750 kg/m2 vápna sa obsah Rg1 najprv zvyšoval a potom znižoval. Pri aplikačných dávkach vápna 2250 a 3750 kg/h sa obsah Rg1 znižoval so zvyšujúcou sa koncentráciou kyseliny šťaveľovej v postreku. Pri rovnakej koncentrácii postrekovanej kyseliny šťaveľovej sa so zvyšujúcim sa množstvom vápna obsah Rg1 najprv zvyšuje a potom znižuje. V porovnaní s kontrolnou skupinou, s výnimkou obsahu Rg1 v troch koncentráciách kyseliny šťaveľovej a ošetrení vápnom 750 kg/m2, ktorý bol vyšší ako v kontrole, bol obsah Rg1 v koreňoch Panax notoginseng v ostatných ošetreniach nižší ako v kontrole. Maximálny obsah Rg1 bol pri postreku vápna 750 kg/h/m2 a kyseliny šťaveľovej 0,1 mol/l, čo bolo o 11,54 % viac ako v kontrole (Tabuľka 4).
So zvyšujúcou sa koncentráciou kyseliny šťaveľovej v postreku a množstvom aplikovaného vápna pri prietoku 2250 kg/h sa obsah Rb1 najprv zvýšil a potom znížil. Po postreku 0,1 mol L-1 kyseliny šťaveľovej dosiahol obsah Rb1 maximálnu hodnotu 3,46 %, čo bolo o 74,75 % viac ako bez postreku kyselinou šťaveľovou. Pri iných ošetreniach vápnom sa medzi rôznymi koncentráciami postreku kyseliny šťaveľovej nezistili žiadne významné rozdiely. Po postreku 0,1 a 0,2 mol L-1 kyseliny šťaveľovej sa so zvyšujúcim sa množstvom vápna obsah Rb1 najprv znížil a potom znížil (Tabuľka 4).
Pri rovnakej koncentrácii postreku s kyselinou šťaveľovou sa so zvyšujúcim sa množstvom pridaného vápna obsah flavonoidov najprv zvyšoval a potom znižoval. Pri postreku s rôznymi koncentráciami kyseliny šťaveľovej bez vápna a 3750 kg/m2 vápna sa nezistil žiadny významný rozdiel v obsahu flavonoidov. Pri pridaní 750 a 2250 kg/m2 vápna sa so zvyšujúcou sa koncentráciou postreku kyseliny šťaveľovej obsah flavonoidov najprv zvyšoval a potom znižoval. Pri aplikácii 750 kg/m2 a postreku s kyselinou šťaveľovou v koncentrácii 0,1 mol/l bol obsah flavonoidov maximálny – 4,38 mg/g, čo je o 18,38 % viac ako pri pridaní rovnakého množstva vápna a postrek kyselinou šťaveľovou nebol potrebný. Obsah flavonoidov pri ošetrení postrekom s 0,1 mol L-1 s kyselinou šťaveľovou sa zvýšil o 21,74 % v porovnaní s ošetrením bez kyseliny šťaveľovej a ošetrením vápnom v dávke 2250 kg/m2 (Obr. 5).
Vplyv postreku listov oxalátom na obsah flavonoidov v koreni Panax notoginseng pri kadmiovom strese
Bivariačná analýza ukázala, že obsah rozpustného cukru v koreňoch Panax notoginseng bol významne závislý od množstva aplikovaného vápna a koncentrácie postrekovanej kyseliny šťaveľovej. Obsah rozpustného proteínu v koreňoch bol významne korelovaný s dávkovaním vápna a kyseliny šťaveľovej. Obsah voľných aminokyselín a prolínu v koreňoch bol významne korelovaný s množstvom aplikovaného vápna, koncentráciou postrekovanej kyseliny šťaveľovej, vápnom a kyselinou šťaveľovou (Tabuľka 5).
Obsah R1 v koreňoch Panax notoginseng bol významne závislý od koncentrácie postreku kyseliny šťaveľovej, množstva aplikovaného vápna, vápna a kyseliny šťaveľovej. Obsah flavonoidov významne závisel od koncentrácie postreku kyseliny šťaveľovej a množstva pridaného vápna.
Na zníženie hladiny kadmia v rastlinách fixáciou kadmia v pôde sa použilo mnoho prísad, ako napríklad vápno a kyselina šťaveľová30. Vápno sa široko používa ako pôdna prísada na zníženie hladiny kadmia v plodinách31. Liang a kol.32 uviedli, že kyselina šťaveľová sa môže použiť aj na sanáciu pôdy kontaminovanej ťažkými kovmi. Po pridaní rôznych koncentrácií kyseliny šťaveľovej do kontaminovanej pôdy sa zvýšil obsah organickej hmoty v pôde, znížila sa kapacita katiónovej výmeny a zvýšilo sa pH33. Kyselina šťaveľová môže tiež reagovať s kovovými iónmi v pôde. V podmienkach stresu z Cd sa obsah Cd v Panax notoginseng výrazne zvýšil v porovnaní s kontrolnou skupinou. Ak sa však použije vápno, výrazne sa zníži. Keď sa v tejto štúdii aplikovalo 750 kg/h/m² vápna, obsah Cd v koreňoch dosiahol národný štandard (limit Cd je Cd ≤ 0,5 mg/kg, AQSIQ, GB/T 19086-200834) a účinok bol dobrý. Najlepší účinok sa dosiahne pridaním 2250 kg/m2 vápna. Pridanie vápna vytvára v pôde veľké množstvo konkurenčných miest pre Ca2+ a Cd2+ a pridanie kyseliny šťaveľovej znižuje obsah Cd v koreňoch Panax notoginseng. Po zmiešaní vápna a kyseliny šťaveľovej sa obsah Cd v koreňoch Panax ginseng výrazne znížil a dosiahol národný štandard. Ca2+ v pôde sa adsorbuje na povrch koreňa prostredníctvom procesu hmotnostného toku a môže sa absorbovať do koreňových buniek prostredníctvom vápnikových kanálov (Ca2+ kanály), vápnikových púmp (Ca2+-AT-Páza) a antiporterov Ca2+/H+ a potom sa horizontálne transportuje do koreňov. Xylém23. Medzi obsahom Ca a Cd v koreňoch bola zistená významná negatívna korelácia (P < 0,05). Obsah Cd sa znižoval so zvyšujúcim sa obsahom Ca, čo je v súlade s myšlienkou antagonizmu medzi Ca a Cd. ANOVA ukázala, že množstvo vápna malo významný vplyv na obsah Ca v koreni Panax notoginseng. Pongrack a kol. 35 uvádza, že Cd sa viaže na oxalát v kryštáloch oxalátu vápenatého a súťaží s Ca. Regulačný účinok kyseliny šťaveľovej na Ca však bol nevýznamný. To ukazuje, že zrážanie oxalátu vápenatého z kyseliny šťaveľovej a Ca2+ nie je jednoduché zrážanie a proces koprecipitácie môže byť riadený niekoľkými metabolickými dráhami.
Pri strese kadmiom sa v rastlinách tvorí veľké množstvo reaktívnych foriem kyslíka (ROS), ktoré poškodzujú štruktúru bunkových membrán36. Obsah malondialdehydu (MDA) sa môže použiť ako indikátor na posúdenie hladiny ROS a stupňa poškodenia plazmatickej membrány rastlín37. Antioxidačný systém je dôležitým ochranným mechanizmom na zachytávanie reaktívnych foriem kyslíka38. Aktivita antioxidačných enzýmov (vrátane POD, SOD a CAT) je typicky zmenená stresom kadmiom. Výsledky ukázali, že obsah MDA pozitívne koreloval s koncentráciou Cd, čo naznačuje, že rozsah peroxidácie lipidov v rastlinných membránach sa prehlbuje so zvyšujúcou sa koncentráciou Cd37. To je v súlade s výsledkami štúdie Ouyanga a kol.39. Táto štúdia ukazuje, že obsah MDA je významne ovplyvnený vápnom, kyselinou šťaveľovou, vápnom a kyselinou šťaveľovou. Po rozprašovaní 0,1 mol L-1 kyseliny šťaveľovej sa obsah MDA v Panax notoginseng znížil, čo naznačuje, že kyselina šťaveľová by mohla znižovať biologickú dostupnosť hladín Cd a ROS v Panax notoginseng. Detoxikačná funkcia rastliny prebieha v antioxidačnom enzýmovom systéme. SOD odstraňuje O2- obsiahnutý v rastlinných bunkách a produkuje netoxický O2 a nízko toxický H2O2. POD a CAT odstraňujú H2O2 z rastlinných tkanív a katalyzujú rozklad H2O2 na H2O. Na základe analýzy proteómu iTRAQ sa zistilo, že hladiny expresie proteínov SOD a PAL sa po aplikácii vápna pri strese Cd40 znížili a hladina expresie POD sa zvýšila. Aktivity CAT, SOD a POD v koreni Panax notoginseng boli významne ovplyvnené dávkovaním kyseliny šťaveľovej a vápna. Postrek s 0,1 mol L-1 kyseliny šťaveľovej významne zvýšil aktivitu SOD a CAT, ale regulačný účinok na aktivitu POD nebol zrejmý. To ukazuje, že kyselina šťaveľová urýchľuje rozklad ROS pri strese Cd a hlavne dokončuje odstraňovanie H2O2 reguláciou aktivity CAT, čo je podobné výsledkom výskumu Guo a kol.41 o antioxidačných enzýmoch Pseudospermum sibiricum. Kos.). Účinok pridania 750 kg/h/m2 vápna na aktivitu enzýmov antioxidačného systému a obsah malondialdehydu je podobný účinku postreku kyselinou šťaveľovou. Výsledky ukázali, že postrek kyselinou šťaveľovou mohol účinnejšie zvýšiť aktivitu SOD a CAT v Panax notoginseng a zvýšiť odolnosť Panax notoginseng voči stresu. Aktivita SOD a POD sa znížila ošetrením 0,2 mol L-1 kyseliny šťaveľovej a 3750 kg hm-2 vápna, čo naznačuje, že nadmerné postrekovanie vysokými koncentráciami kyseliny šťaveľovej a Ca2+ môže spôsobiť stres rastlín, čo je v súlade so štúdiou Luo a kol. Wait 42.