Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com. De browserversie die u gebruikt, biedt beperkte CSS-ondersteuning. Voor het beste resultaat raden we aan een nieuwere versie van uw browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen). Om de ondersteuning te blijven garanderen, tonen we de site in de tussentijd zonder opmaak of JavaScript.
Cadmiumverontreiniging (Cd) vormt een potentiële bedreiging voor de veiligheid van de teelt van de medicinale plant Panax notoginseng in Yunnan. Onder invloed van exogene Cd-stress werden veldexperimenten uitgevoerd om de effecten te onderzoeken van kalkbemesting (0, 750, 2250 en 3750 kg/u/m²) en bladbespuiting met oxaalzuur (0, 0,1 en 0,2 mol/L) op de accumulatie van Cd en de systemische en medicinale componenten van Panax notoginseng. De resultaten toonden aan dat onder Cd-stress kalk en bladbespuiting met oxaalzuur het Ca²⁺-gehalte van Panax notoginseng konden verhogen en de toxiciteit van Cd²⁺ konden verminderen. De toevoeging van kalk en oxaalzuur verhoogde de activiteit van antioxidatieve enzymen en veranderde het metabolisme van osmotische regulatoren. Het meest significant was de toename van de CAT-activiteit met een factor 2,77. Onder invloed van oxaalzuur nam de activiteit van SOD toe tot 1,78 keer. Het MDA-gehalte daalde met 58,38%. Er is een zeer significante correlatie met oplosbare suikers, vrije aminozuren, proline en oplosbare eiwitten. Kalk en oxaalzuur kunnen het calciumionengehalte (Ca2+) van Panax notoginseng verhogen, het Cd-gehalte verlagen, de stressbestendigheid van Panax notoginseng verbeteren en de productie van totale saponinen en flavonoïden verhogen. Het Cd-gehalte is het laagst, 68,57% lager dan de controlegroep, en komt overeen met de standaardwaarde (Cd≤0,5 mg kg-1, GB/T 19086-2008). Het aandeel SPN bedroeg 7,73%, het hoogste niveau van alle behandelingen, en het flavonoïdengehalte nam significant toe met 21,74%, waarmee de standaardwaarden voor medicinale doeleinden en een optimale opbrengst werden bereikt.
Cadmium (Cd) is een veelvoorkomende verontreiniging van landbouwgrond, migreert gemakkelijk en heeft een aanzienlijke biologische toxiciteit. El-Shafei et al.² rapporteerden dat cadmiumtoxiciteit de kwaliteit en productiviteit van de gebruikte planten beïnvloedt. De te hoge cadmiumconcentraties in de landbouwgrond in Zuidwest-China zijn de laatste jaren een ernstig probleem geworden. De provincie Yunnan is het biodiversiteitskoninkrijk van China, met een nationale top op het gebied van medicinale plantensoorten. Yunnan is echter rijk aan minerale grondstoffen, en het mijnbouwproces leidt onvermijdelijk tot vervuiling van de bodem met zware metalen, wat de productie van lokale medicinale planten beïnvloedt.
Panax notoginseng (Burkill) Chen3) is een zeer waardevolle meerjarige kruidachtige medicinale plant die behoort tot het geslacht Panax van de Araliaceae-familie. Panax notoginseng verbetert de bloedsomloop, heft bloedstagnatie op en verlicht pijn. Het belangrijkste productiegebied is de prefectuur Wenshan in de provincie Yunnan5. Meer dan 75% van de bodem in de lokale Panax notoginseng-teeltgebieden is verontreinigd met cadmium, met concentraties die variëren van 81% tot meer dan 100% in verschillende gebieden6. Het toxische effect van cadmium vermindert ook de productie van medicinale bestanddelen van Panax notoginseng aanzienlijk, met name saponinen en flavonoïden. Saponinen zijn een type glycosidische verbinding waarvan de aglyconen triterpenoïden of spirostanen zijn. Ze vormen de belangrijkste actieve bestanddelen van veel traditionele Chinese geneesmiddelen en bevatten saponinen. Sommige saponinen hebben ook antibacteriële activiteit of waardevolle biologische activiteiten zoals koortsverlagende, kalmerende en kankerbestrijdende effecten7. Flavonoïden verwijzen over het algemeen naar een reeks verbindingen waarin twee benzeenringen met fenolische hydroxylgroepen verbonden zijn door drie centrale koolstofatomen. De belangrijkste kern is 2-fenylchromanon 8. Het is een sterke antioxidant die effectief vrije zuurstofradicalen in planten kan neutraliseren. Het kan ook de penetratie van ontstekingsbevorderende enzymen remmen, wondgenezing en pijnverlichting bevorderen en het cholesterolgehalte verlagen. Het is een van de belangrijkste actieve bestanddelen van Panax notoginseng. Er is een dringende behoefte om het probleem van cadmiumverontreiniging in de bodem van Panax ginseng-productiegebieden aan te pakken en de productie van de essentiële medicinale bestanddelen te waarborgen.
Kalk is een van de meest gebruikte passiveringsmiddelen voor stationaire bodemzuivering van cadmiumverontreiniging10. Het beïnvloedt de adsorptie en depositie van Cd in de bodem door de biologische beschikbaarheid van Cd in de bodem te verminderen via een verhoging van de pH-waarde en veranderingen in de kationuitwisselingscapaciteit (CEC), de zoutverzadiging (BS) en de redoxpotentiaal (Eh) van de bodem3, 11. Bovendien levert kalk een grote hoeveelheid Ca2+, vormt het ionisch antagonisme met Cd2+, concurreert het om adsorptieplaatsen in de wortels, voorkomt het transport van Cd naar de bodem en heeft het een lage biologische toxiciteit. Wanneer 50 mmol L-1 Ca werd toegevoegd onder Cd-stress, werd het Cd-transport in sesambladeren geremd en de Cd-accumulatie met 80% verminderd. Een aantal vergelijkbare studies is gerapporteerd in rijst (Oryza sativa L.) en andere gewassen12,13.
Het bespuiten van gewassen met bladspray om de accumulatie van zware metalen te beheersen is een nieuwe methode die de laatste jaren steeds vaker wordt toegepast. Het principe ervan is voornamelijk gebaseerd op de chelatiereactie in plantencellen, waarbij zware metalen zich afzetten op de celwand en de opname ervan door planten wordt geremd14,15. Als stabiel dizuur-chelerend middel kan oxaalzuur zware metaalionen in planten direct cheleren, waardoor de toxiciteit afneemt. Onderzoek heeft aangetoond dat oxaalzuur in sojabonen Cd2+ kan cheleren en Cd-houdende kristallen kan vrijgeven via de bovenste trichoomcellen, waardoor de Cd2+-spiegel in het lichaam daalt16. Oxaalzuur kan de pH van de bodem reguleren, de activiteit van superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) en catalase (CAT) verhogen en de opname van oplosbare suikers, oplosbare eiwitten, vrije aminozuren en proline reguleren. Metabolische regulatoren17,18. Zuur en overtollig Ca2+ in de plant vormen een calciumoxalaatprecipitaat onder invloed van nucleërende eiwitten. Door de Ca2+-concentratie in planten te reguleren, kan de hoeveelheid opgelost oxaalzuur en Ca2+ in planten effectief worden beheerst en kan overmatige ophoping van oxaalzuur en Ca2+ worden voorkomen19,20.
De hoeveelheid toegepaste kalk is een van de belangrijkste factoren die het hersteleffect beïnvloeden. Er werd vastgesteld dat de kalkdosering varieerde van 750 tot 6000 kg/m². Voor zure grond met een pH van 5,0-5,5 is het effect van kalktoepassing met een dosis van 3000-6000 kg/h/m² significant groter dan bij een dosis van 750 kg/h/m²²¹. Overmatige kalktoepassing kan echter leiden tot enkele negatieve effecten op de bodem, zoals significante veranderingen in de bodem-pH en bodemverdichting²². Daarom hebben we de CaO-behandelingsniveaus gedefinieerd als 0, 750, 2250 en 3750 kg hm⁻². Bij toepassing van oxaalzuur op Arabidopsis thaliana werd vastgesteld dat Ca²⁺ significant werd gereduceerd bij een concentratie van 10 mmol L⁻¹, en dat de CRT-genfamilie, die de Ca²⁺-signalering beïnvloedt, sterk reageerde²⁰. De accumulatie van enkele eerdere studies stelde ons in staat de concentratie van deze test te bepalen en het effect van de interactie van exogene supplementen op Ca2+ en Cd2+ verder te onderzoeken23,24,25. Daarom is het doel van deze studie het regulerende mechanisme van exogene kalk- en oxaalzuurbladspray op het Cd-gehalte en de stresstolerantie van Panax notoginseng in met Cd verontreinigde bodem te onderzoeken en manieren te verkennen om de medicinale kwaliteit en werkzaamheid van Panax notoginseng beter te waarborgen. Hij biedt waardevolle richtlijnen voor het opschalen van de teelt van kruidachtige planten in met cadmium verontreinigde bodems en het bereiken van de hoogwaardige, duurzame productie die de farmaceutische markt vereist.
Met behulp van de lokale ginsengvariëteit Wenshan Panax notoginseng als materiaal werd een veldexperiment uitgevoerd in Lannizhai, Qiubei County, Wenshan Prefecture, Yunnan Province (24°11′N, 104°3′O, hoogte 1446 m). De gemiddelde jaarlijkse temperatuur is 17°C en de gemiddelde jaarlijkse neerslag bedraagt ​​1250 mm. De achtergrondwaarden van de onderzochte bodem waren: TN 0,57 g kg⁻¹, TP 1,64 g kg⁻¹, TC 16,31 g kg⁻¹, OM 31,86 g kg⁻¹, alkalisch gehydrolyseerde N 88,82 mg kg⁻¹, vrij fosfor 18,55 mg kg⁻¹, vrij kalium 100,37 mg kg⁻¹, totaal cadmium 0,3 mg kg⁻¹, pH 5,4.
Op 10 december 2017 werden 6 mg/kg Cd2+ (CdCl2·2,5H2O) en kalkbehandelingen (0, 750, 2250 en 3750 kg/u/m2) gemengd en in een laag van 0-10 cm op het bodemoppervlak van elk proefveld aangebracht. Elke behandeling werd 3 keer herhaald. De proefvelden zijn willekeurig geplaatst en elk veld beslaat een oppervlakte van 3 m2. Eenjarige Panax notoginseng-zaailingen werden 15 dagen na het bewerken van de grond uitgeplant. Bij gebruik van een schaduwnet bedraagt ​​de lichtintensiteit voor Panax notoginseng binnen het schaduwnet ongeveer 18% van de normale natuurlijke lichtintensiteit. De teelt wordt uitgevoerd volgens lokale traditionele teeltmethoden. Vóór het rijpingsstadium van Panax notoginseng in 2019 werd oxaalzuur in de vorm van natriumoxalaat gespoten. De concentraties oxaalzuur waren respectievelijk 0, 0,1 en 0,2 mol L⁻¹, en NaOH werd gebruikt om de pH aan te passen tot 5,16 om de gemiddelde pH van de strooiseloplossing te simuleren. Besproei de boven- en onderkant van de bladeren eenmaal per week om 8:00 uur. Na vier bespuitingen in de vijfde week werden de drie jaar oude Panax notoginseng-planten geoogst.
In november 2019 werden driejarige Panax notoginseng-planten van het veld verzameld en bespoten met oxaalzuur. Enkele monsters van deze driejarige planten, waarvan het fysiologische metabolisme en de enzymactiviteit moesten worden gemeten, werden in buizen gedaan om te worden ingevroren, snel ingevroren met vloeibare stikstof en vervolgens overgebracht naar een koelkast bij -80 °C. Wortelmonsters, waarvan het gehalte aan cadmium en actieve bestanddelen in het rijpingsstadium moest worden gemeten, werden gewassen met leidingwater, gedroogd bij 105 °C gedurende 30 minuten, vervolgens bij 75 °C op constant gewicht gebracht en in een vijzel fijngemalen voor opslag.
Weeg 0,2 g droog plantenmateriaal af, doe dit in een Erlenmeyerfles, voeg 8 ml HNO3 en 2 ml HClO4 toe en laat dit een nacht afgedekt staan. Gebruik de volgende dag een gebogen trechter in de Erlenmeyerfles voor elektrothermische digestie totdat er witte rook verschijnt en de digestievloeistof helder is. Laat het mengsel afkoelen tot kamertemperatuur en breng het over in een maatkolf van 10 ml. Het Cd-gehalte werd bepaald met behulp van een atoomabsorptiespectrometer (Thermo ICE™ 3300 AAS, VS). (GB/T 23739-2009).
Weeg 0,2 g droog plantenmateriaal af, doe dit in een plastic flesje van 50 ml, voeg 1 mol L-1 HCl toe in 10 ml, sluit het flesje af en schud het 15 uur goed door elkaar. Filter vervolgens. Pipetteer met een pipet de benodigde hoeveelheid filtraat, verdun deze naar behoren en voeg SrCl2-oplossing toe om de Sr2+-concentratie op 1 g L-1 te brengen. Het Ca-gehalte werd gemeten met een atoomabsorptiespectrometer (Thermo ICE™ 3300 AAS, VS).
Malondialdehyde (MDA), superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) en catalase (CAT) referentiekitmethode (DNM-9602, Beijing Prong New Technology Co., Ltd., productregistratie), gebruik de bijbehorende meetkit. Nr.: Beijing Pharmacopoeia (nauwkeurig) 2013 nr. 2400147).
Weeg ongeveer 0,05 g Panax notoginseng-monster af en voeg anthrone-zwavelzuurreagens toe langs de wanden van het buisje. Schud het buisje 2-3 seconden om de vloeistof goed te mengen. Plaats het buisje op een buisjesrek om de kleur gedurende 15 minuten te laten ontwikkelen. Het gehalte aan oplosbare suikers werd bepaald met behulp van ultraviolet-zichtbare spectrofotometrie (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) bij een golflengte van 620 nm.
Weeg 0,5 g van een vers monster Panax notoginseng af, maal het fijn tot een homogenaat met 5 ml gedestilleerd water en centrifugeer vervolgens 10 minuten bij 10.000 g. Het supernatant werd verdund tot een vast volume. De Coomassie Brilliant Blue-methode werd gebruikt. Het gehalte aan oplosbare eiwitten werd gemeten met behulp van ultraviolet-zichtbare spectrofotometrie (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) bij een golflengte van 595 nm en berekend op basis van de standaardcurve van runderserumalbumine.
Weeg 0,5 g vers monster af, voeg 5 ml 10% azijnzuur toe, maal tot een homogenaat, filtreer en verdun tot een constant volume. De kleurontwikkelingsmethode werd gebruikt met een ninhydrineoplossing. Het gehalte aan vrije aminozuren werd bepaald met UV-zichtbare spectrofotometrie (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) bij 570 nm en berekend op basis van de leucine-standaardcurve28.
Weeg 0,5 g van een vers monster af, voeg 5 ml van een 3% oplossing van sulfosalicylzuur toe, verwarm in een waterbad en schud gedurende 10 minuten. Na afkoeling werd de oplossing gefilterd en tot een constant volume aangevuld. De colorimetrische methode met zure ninhydrine werd gebruikt. Het prolinegehalte werd bepaald door middel van ultraviolet-zichtbare spectrofotometrie (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) bij een golflengte van 520 nm en berekend op basis van de proline-standaardcurve29.
Het saponinegehalte werd bepaald met behulp van hogedruk-vloeistofchromatografie (HPLC) volgens de Farmacopee van de Volksrepubliek China (editie 2015). Het basisprincipe van HPLC is het gebruik van een vloeistof onder hoge druk als mobiele fase en het toepassen van ultrafijne deeltjesscheidingstechnologie van hogedruk-kolomchromatografie (HPLC) op de stationaire fase. De werkwijze is als volgt:
HPLC-condities en systeemgeschiktheidstest (Tabel 1): Gebruik octadecylsilaan-gebonden silicagel als vulstof, acetonitril als mobiele fase A en water als mobiele fase B. Voer gradiëntelutie uit zoals weergegeven in de onderstaande tabel. De detectiegolflengte is 203 nm. Volgens de R1-piek van de totale saponinen van Panax notoginseng moet het aantal theoretische schotels ten minste 4000 bedragen.
Bereiding van de standaardoplossing: Weeg ginsenoside Rg1, ginsenoside Rb1 en notoginsenoside R1 nauwkeurig af en voeg methanol toe om een ​​mengsel te bereiden dat 0,4 mg ginsenoside Rg1, 0,4 mg ginsenoside Rb1 en 0,1 mg notoginsenoside R1 per 1 ml oplossing bevat.
Bereiding van de testoplossing: Weeg 0,6 g Panax ginsengpoeder af en voeg 50 ml methanol toe. De gemengde oplossing werd afgewogen (W1) en een nacht laten staan. Vervolgens werd de gemengde oplossing gedurende 2 uur zachtjes gekookt in een waterbad van 80 °C. Na afkoeling werd de gemengde oplossing afgewogen en werd de bereide methanol aan de eerste massa W1 toegevoegd. Daarna werd goed geschud en gefilterd. Het filtraat werd bewaard voor analyse.
Neem nauwkeurig 10 μL van de standaardoplossing en 10 μL van het filtraat en injecteer deze in een hogedruk-vloeistofchromatograaf (Thermo HPLC-ultimate 3000, Seymour Fisher Technology Co., Ltd.) om het saponine 24-gehalte te bepalen.
Standaardcurve: meting van een gemengde standaardoplossing van Rg1, Rb1 en R1. De chromatografieomstandigheden zijn hetzelfde als hierboven. Bereken de standaardcurve door het gemeten piekoppervlak op de y-as en de saponineconcentratie in de standaardoplossing op de x-as uit te zetten. De saponineconcentratie kan worden berekend door het gemeten piekoppervlak van het monster in de standaardcurve in te vullen.
Weeg 0,1 g van het P. notogensings-monster af en voeg 50 ml van een 70% CH3OH-oplossing toe. Ultrasone extractie werd gedurende 2 uur uitgevoerd, gevolgd door centrifugatie bij 4000 tpm gedurende 10 minuten. Neem 1 ml van het supernatant en verdun dit 12 keer. Het flavonoïdegehalte werd bepaald met behulp van ultraviolet-zichtbare spectrofotometrie (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) bij een golflengte van 249 nm. Quercetine is een van de standaardstoffen die vaak worden gebruikt.
De gegevens werden georganiseerd met behulp van Excel 2010. Voor de variantieanalyse werd SPSS 20 gebruikt. De afbeeldingen werden getekend met Origin Pro 9.1. De berekende statistische waarden omvatten het gemiddelde ± standaarddeviatie. Uitspraken over statistische significantie zijn gebaseerd op P < 0,05.
Bij dezelfde concentratie oxaalzuur die op de bladeren werd gespoten, nam het Ca-gehalte in de wortels van Panax notoginseng significant toe naarmate de hoeveelheid toegepaste kalk toenam (Tabel 2). Vergeleken met de situatie zonder kalk, steeg het Ca-gehalte met 212% bij toevoeging van 3750 kg/u/m2 kalk zonder oxaalzuur te spuiten. Bij dezelfde hoeveelheid toegepaste kalk nam het Ca-gehalte slechts licht toe naarmate de concentratie oxaalzuur toenam.
Het cadmiumgehalte in de wortels varieert van 0,22 tot 0,70 mg kg⁻¹. Bij dezelfde sproeiconcentratie van oxaalzuur neemt het cadmiumgehalte significant af naarmate de hoeveelheid toegevoegde kalk toeneemt (2250 kg/u). Vergeleken met de controle daalde het cadmiumgehalte in de wortels met 68,57% na besproeiing met 2250 kg hm⁻² kalk en 0,1 mol l⁻¹ oxaalzuur. Bij toepassing van zowel kalkloze als 750 kg kalk per uur nam het cadmiumgehalte in de wortels van Panax notoginseng significant af met toenemende oxaalzuurconcentratie. Bij toepassing van 2250 kg/m² kalk en 3750 kg/m² kalk nam het cadmiumgehalte in de wortels eerst af en vervolgens toe met toenemende oxaalzuurconcentratie. Bovendien bleek uit bivariate analyse dat kalk een significant effect had op het Ca-gehalte van Panax notoginseng-wortels (F = 82,84**), kalk een significant effect had op het Cd-gehalte in Panax notoginseng-wortels (F = 74,99**) en oxaalzuur (F = 7,72*).
Naarmate de hoeveelheid toegevoegde kalk en de concentratie van het gespoten oxaalzuur toenamen, nam het MDA-gehalte significant af. Er was geen significant verschil in het MDA-gehalte in de wortels van Panax notoginseng zonder toevoeging van kalk en met toevoeging van 3750 kg/m² kalk. Bij toepassingshoeveelheden van 750 kg/u/m² en 2250 kg/u/m² nam het kalkgehalte van de behandeling met 0,2 mol/l oxaalzuur respectievelijk met 58,38% en 40,21% af in vergelijking met de behandeling zonder oxaalzuur. Het laagste MDA-gehalte (7,57 nmol g⁻¹) werd waargenomen bij het spuiten van 750 kg hm⁻² kalk en 0,2 mol l⁻¹ oxaalzuur (Fig. 1).
Effect van bladbespuiting met oxaalzuur op het malondialdehydegehalte in de wortels van Panax notoginseng onder cadmiumstress. Opmerking: De legenda in de figuur geeft de concentratie oxaalzuur bij de bespuiting aan (mol L-1), verschillende kleine letters geven significante verschillen aan tussen behandelingen met dezelfde kalktoepassing (P < 0,05). Hetzelfde geldt voor de onderstaande figuren.
Met uitzondering van de toepassing van 3750 kg/u kalk, was er geen significant verschil in SOD-activiteit in de wortels van Panax notoginseng. Bij toevoeging van 0, 750 en 2250 kg/u/m² kalk was de SOD-activiteit na behandeling met oxaalzuur in een concentratie van 0,2 mol/l significant hoger dan zonder oxaalzuur, met respectievelijk 177,89%, 61,62% en 45,08%. De SOD-activiteit in de wortels (598,18 U g⁻¹) was het hoogst zonder kalktoepassing en na behandeling met oxaalzuur in een concentratie van 0,2 mol/l. Bij bespuiting met oxaalzuur in dezelfde concentratie of 0,1 mol L⁻¹ nam de SOD-activiteit toe met een toenemende hoeveelheid toegevoegde kalk. Na bespuiting met 0,2 mol/l oxaalzuur nam de SOD-activiteit significant af (Fig. 2).
Effect van het besproeien van bladeren met oxaalzuur op de activiteit van superoxide dismutase, peroxidase en catalase in de wortels van Panax notoginseng onder cadmiumstress.
Net als bij de SOD-activiteit in wortels, was de POD-activiteit in wortels die niet met kalk waren behandeld en bespoten met 0,2 mol L-1 oxaalzuur het hoogst (63,33 µmol g-1), wat 148,35% hoger is dan de controle (25,50 µmol g-1). Bij een toenemende concentratie oxaalzuurspray en een behandeling met 3750 kg/m2 kalk nam de POD-activiteit eerst toe en vervolgens af. Vergeleken met de behandeling met 0,1 mol L-1 oxaalzuur, daalde de POD-activiteit bij behandeling met 0,2 mol L-1 oxaalzuur met 36,31% (Fig. 2).
Met uitzondering van het sproeien met 0,2 mol/l oxaalzuur en het toevoegen van 2250 kg/u/m² of 3750 kg/u/m² kalk, was de CAT-activiteit significant hoger dan bij de controle. Bij het sproeien met 0,1 mol/l oxaalzuur en het toevoegen van 0,2250 kg/m² of 3750 kg/u/m² kalk nam de CAT-activiteit respectievelijk toe met 276,08%, 276,69% ​​en 33,05% vergeleken met de behandeling zonder oxaalzuur. De CAT-activiteit in de wortels was het hoogst (803,52 μmol/g) bij de behandeling zonder kalk en bij de behandeling met 0,2 mol/l oxaalzuur. De CAT-activiteit was het laagst (172,88 μmol/g) bij behandeling met 3750 kg/u/m² kalk en 0,2 mol/l oxaalzuur (Fig. 2).
Uit bivariate analyse bleek dat de CAT-activiteit en MDA-activiteit van de wortels van Panax notoginseng significant verband hielden met de hoeveelheid oxaalzuur of kalk die werd gespoten en met de twee behandelingen (Tabel 3). De SOD-activiteit in de wortels was significant gerelateerd aan de behandeling met kalk en oxaalzuur of de concentratie van de oxaalzuurspray. De POD-activiteit in de wortels was significant afhankelijk van de hoeveelheid toegepaste kalk of de behandeling met kalk en oxaalzuur.
Het gehalte aan oplosbare suikers in de wortels nam af met toenemende hoeveelheid kalktoepassing en concentratie van oxaalzuurspray. Er was geen significant verschil in het gehalte aan oplosbare suikers in de wortels van Panax notoginseng zonder kalktoepassing en met een kalktoepassing van 750 kg/u/m². Bij een kalktoepassing van 2250 kg/m² was het gehalte aan oplosbare suikers na behandeling met 0,2 mol/l oxaalzuur significant hoger dan zonder oxaalzuurspray, namelijk een stijging van 22,81%. Bij een kalktoepassing van 3750 kg/u/m² nam het gehalte aan oplosbare suikers significant af naarmate de concentratie van het oxaalzuur toenam. Het gehalte aan oplosbare suikers na behandeling met 0,2 mol/l oxaalzuur daalde met 38,77% ten opzichte van de situatie zonder oxaalzuurspray. Bovendien had de behandeling met 0,2 mol·L-1 oxaalzuurspray het laagste gehalte aan oplosbare suikers, namelijk 205,80 mg·g-1 (Fig. 3).
Effect van bladbespuiting met oxaalzuur op het gehalte aan oplosbare totale suikers en oplosbare eiwitten in de wortels van Panax notoginseng onder cadmiumstress.
Het gehalte aan oplosbare eiwitten in de wortels nam af met toenemende hoeveelheden kalk en behandeling met oxaalzuurspray. Zonder toevoeging van kalk werd het gehalte aan oplosbare eiwitten bij behandeling met oxaalzuurspray in een concentratie van 0,2 mol L⁻¹ significant verlaagd met 16,20% ten opzichte van de controle. Er werden geen significante verschillen waargenomen in het gehalte aan oplosbare eiwitten in de wortels van Panax notoginseng bij een kalkdosering van 750 kg/u. Bij een kalkdosering van 2250 kg/u/m² was het gehalte aan oplosbare eiwitten bij behandeling met 0,2 mol/l oxaalzuurspray significant hoger dan bij behandeling zonder oxaalzuurspray (35,11%). Bij een kalkdosering van 3750 kg·h/m2 nam het gehalte aan oplosbare eiwitten significant af naarmate de concentratie van de oxaalzuurspray toenam, waarbij het laagste gehalte aan oplosbare eiwitten (269,84 μg·g-1) werd bereikt bij een oxaalzuursprayconcentratie van 0,2 mol·L-1 (Fig. 3).
Er werden geen significante verschillen gevonden in het gehalte aan vrije aminozuren in de wortel van Panax notoginseng bij afwezigheid van kalktoepassing. Naarmate de spuitconcentratie van oxaalzuur toenam en er 750 kg/u/m² kalk werd toegevoegd, nam het gehalte aan vrije aminozuren eerst af en vervolgens toe. Vergeleken met de behandeling zonder oxaalzuurbespuiting, nam het gehalte aan vrije aminozuren significant toe met 33,58% bij bespuiting met 2250 kg/u/m² kalk en 0,2 mol/l oxaalzuur. Het gehalte aan vrije aminozuren nam significant af bij een toenemende spuitconcentratie van oxaalzuur en toevoeging van 3750 kg/m² kalk. Het gehalte aan vrije aminozuren bij de behandeling met 0,2 mol/l oxaalzuurbespuiting was 49,76% lager dan bij de behandeling zonder oxaalzuurbespuiting. Het gehalte aan vrije aminozuren was het hoogst zonder oxaalzuurbespuiting en bedroeg 2,09 mg/g. De behandeling met 0,2 mol/L oxaalzuurspray had het laagste gehalte aan vrije aminozuren (1,05 mg/g) (Fig. 4).
Effect van het besproeien van bladeren met oxaalzuur op het gehalte aan vrije aminozuren en proline in de wortels van Panax notoginseng onder cadmiumstressomstandigheden.
Het prolinegehalte in de wortels nam af naarmate de hoeveelheid toegepaste kalk en de hoeveelheid besproeiing met oxaalzuur toenam. Er waren geen significante verschillen in het prolinegehalte van de Panax ginseng-wortel wanneer er geen kalk werd toegepast. Naarmate de concentratie oxaalzuur in de besproeiing toenam en de toepassing van 750 of 2250 kg/m² kalk toenam, nam het prolinegehalte eerst af en vervolgens toe. Het prolinegehalte bij een besproeiing met 0,2 mol L⁻¹ oxaalzuur was significant hoger dan bij een besproeiing met 0,1 mol L⁻¹ oxaalzuur, met respectievelijk 19,52% en 44,33%. Bij een toevoeging van 3750 kg/m² kalk nam het prolinegehalte significant af naarmate de concentratie oxaalzuur toenam. Na besproeiing met 0,2 mol L⁻¹ oxaalzuur daalde het prolinegehalte met 54,68% vergeleken met de situatie zonder besproeiing met oxaalzuur. Het laagste prolinegehalte werd waargenomen bij behandeling met 0,2 mol/l oxaalzuur en bedroeg 11,37 μg/g (Fig. 4).
Het totale saponinegehalte in Panax notoginseng is Rg1>Rb1>R1. Er was geen significant verschil in het gehalte van de drie saponinen bij toenemende concentratie oxaalzuurspray en concentratie zonder kalktoepassing (Tabel 4).
Het R1-gehalte na het besproeien met 0,2 mol L⁻¹ oxaalzuur was significant lager dan zonder besproeiing met oxaalzuur en met een kalkdosering van 750 of 3750 kg/m². Bij een besproeide oxaalzuurconcentratie van 0 of 0,1 mol/L was er geen significant verschil in R1-gehalte met toenemende hoeveelheid toegevoegde kalk. Bij een besproeiingsconcentratie van 0,2 mol/L oxaalzuur was het R1-gehalte bij 3750 kg/h/m² kalk significant lager dan 43,84% zonder toevoeging van kalk (Tabel 4).
Naarmate de concentratie oxaalzuur in de spuitvloeistof toenam en er 750 kg/m² kalk werd toegevoegd, nam het Rg1-gehalte eerst toe en vervolgens af. Bij kalkdoseringen van 2250 en 3750 kg/u nam het Rg1-gehalte af met toenemende concentratie oxaalzuur in de spuitvloeistof. Bij dezelfde concentratie oxaalzuur nam het Rg1-gehalte eerst toe en vervolgens af naarmate de hoeveelheid kalk toenam. Vergeleken met de controlegroep was het Rg1-gehalte in de wortels van Panax notoginseng bij de drie behandelingen met oxaalzuurconcentraties en 750 kg/m² kalk, met uitzondering van de controlegroep, lager dan het Rg1-gehalte in de overige behandelingen. Het maximale Rg1-gehalte werd bereikt bij een bespuiting met 750 kg/u/m² kalk en 0,1 mol/l oxaalzuur, wat 11,54% hoger was dan de controlegroep (Tabel 4).
Naarmate de concentratie oxaalzuur in de spuitvloeistof en de hoeveelheid toegepaste kalk toenamen bij een debiet van 2250 kg/u, nam het Rb1-gehalte eerst toe en vervolgens af. Na het spuiten met 0,1 mol L⁻¹ oxaalzuur bereikte het Rb1-gehalte een maximumwaarde van 3,46%, wat 74,75% hoger was dan zonder oxaalzuurspuiten. Bij andere kalkbehandelingen waren er geen significante verschillen tussen de verschillende concentraties oxaalzuur in de spuitvloeistof. Na het spuiten met 0,1 en 0,2 mol L⁻¹ oxaalzuur nam het Rb1-gehalte eerst af en vervolgens weer af naarmate de hoeveelheid kalk toenam (Tabel 4).
Bij dezelfde spuitconcentratie met oxaalzuur nam het gehalte aan flavonoïden eerst toe en vervolgens af naarmate de hoeveelheid toegevoegde kalk toenam. Er werd geen significant verschil in het gehalte aan flavonoïden waargenomen bij het spuiten van verschillende concentraties oxaalzuur zonder kalk en met 3750 kg/m² kalk. Bij toevoeging van 750 en 2250 kg/m² kalk nam het gehalte aan flavonoïden eerst toe en vervolgens af naarmate de concentratie van het gespoten oxaalzuur toenam. Bij toepassing van 750 kg/m² en het spuiten van oxaalzuur met een concentratie van 0,1 mol/l was het gehalte aan flavonoïden maximaal – 4,38 mg/g, wat 18,38% hoger is dan bij toevoeging van dezelfde hoeveelheid kalk, waarbij het spuiten van oxaalzuur niet nodig was. Het gehalte aan flavonoïden nam met 21,74% toe bij behandeling met 0,1 mol L-1 oxaalzuurspray in vergelijking met de behandeling zonder oxaalzuur en de behandeling met kalk in een dosering van 2250 kg/m2 (Fig. 5).
Effect van het besproeien van bladeren met oxalaat op het gehalte aan flavonoïden in de wortel van Panax notoginseng onder cadmiumstress
Uit de bivariate analyse bleek dat het gehalte aan oplosbare suikers in de wortels van Panax notoginseng significant afhankelijk was van de hoeveelheid toegepaste kalk en de concentratie van het gespoten oxaalzuur. Het gehalte aan oplosbare eiwitten in de wortels was significant gecorreleerd met de dosering van kalk en oxaalzuur. Het gehalte aan vrije aminozuren en proline in de wortels was significant gecorreleerd met de hoeveelheid toegepaste kalk, de concentratie van het gespoten oxaalzuur, kalk en oxaalzuur (Tabel 5).
Het R1-gehalte in de wortels van Panax notoginseng was significant afhankelijk van de concentratie van het gespoten oxaalzuur, de hoeveelheid kalk en de combinatie van kalk en oxaalzuur. Het gehalte aan flavonoïden was significant afhankelijk van de concentratie van het gespoten oxaalzuur en de hoeveelheid toegevoegde kalk.
Er zijn veel bodemverbeteraars gebruikt om het cadmiumgehalte in planten te verlagen door cadmium in de bodem te binden, zoals kalk en oxaalzuur30. Kalk wordt veel gebruikt als bodemverbeteraar om het cadmiumgehalte in gewassen te verlagen31. Liang et al.32 rapporteerden dat oxaalzuur ook gebruikt kan worden om met zware metalen verontreinigde bodem te saneren. Nadat verschillende concentraties oxaalzuur aan verontreinigde bodem waren toegevoegd, nam het gehalte aan organische stof in de bodem toe, nam de kationuitwisselingscapaciteit af en steeg de pH33. Oxaalzuur kan ook reageren met metaalionen in de bodem. Onder Cd-stressomstandigheden nam het Cd-gehalte in Panax notoginseng significant toe in vergelijking met de controle. Als er echter kalk wordt gebruikt, wordt het aanzienlijk verlaagd. Toen in dit onderzoek 750 kg/u/m² kalk werd toegepast, bereikte het Cd-gehalte in de wortels de nationale norm (Cd-limiet is Cd≤0,5 mg/kg, AQSIQ, GB/T 19086-200834), en het effect was goed. Het beste effect werd bereikt met een toevoeging van 2250 kg/m² kalk. De toevoeging van kalk creëert een groot aantal concurrerende bindingsplaatsen voor Ca²⁺ en Cd²⁺ in de bodem, en de toevoeging van oxaalzuur verlaagt het Cd-gehalte in de wortels van Panax notoginseng. Na het mengen van kalk en oxaalzuur daalde het Cd-gehalte in de wortels van Panax ginseng significant en bereikte het de nationale norm. Ca²⁺ in de bodem wordt via een massastroomproces aan het worteloppervlak geadsorbeerd en kan via calciumkanalen (Ca²⁺-kanalen), calciumpompen (Ca²⁺-AT-Pase) en Ca²⁺/H⁺-antiporters in de wortelcellen worden opgenomen en vervolgens horizontaal naar de wortels worden getransporteerd. Xyleem23. Er was een significant negatieve correlatie tussen het Ca- en Cd-gehalte in de wortels (P < 0,05). Het Cd-gehalte nam af met toenemend Ca-gehalte, wat consistent is met het idee van antagonisme tussen Ca en Cd. ANOVA toonde aan dat de hoeveelheid kalk een significant effect had op het Ca-gehalte in de wortel van Panax notoginseng. Pongrack et al. 35 rapporteerden dat Cd zich bindt aan oxalaat in calciumoxalaatkristallen en concurreert met Ca. Het regulerende effect van oxaalzuur op Ca was echter insignificant. Dit laat zien dat de precipitatie van calciumoxalaat uit oxaalzuur en Ca2+ geen eenvoudige precipitatie is, en dat het coprecipitatieproces mogelijk wordt gereguleerd door verschillende metabolische routes.
Onder cadmiumstress wordt in planten een grote hoeveelheid reactieve zuurstofsoorten (ROS) gevormd, die de structuur van celmembranen beschadigen36. Het malondialdehyde (MDA)-gehalte kan worden gebruikt als indicator om het ROS-niveau en de mate van schade aan het plasmamembraan van planten te beoordelen37. Het antioxidatieve systeem is een belangrijk beschermingsmechanisme voor het wegvangen van reactieve zuurstofsoorten38. De activiteit van antioxidatieve enzymen (waaronder POD, SOD en CAT) wordt doorgaans beïnvloed door cadmiumstress. De resultaten toonden aan dat het MDA-gehalte positief gecorreleerd was met de Cd-concentratie, wat aangeeft dat de mate van lipideperoxidatie van plantenmembranen toenam met een stijgende Cd-concentratie37. Dit komt overeen met de resultaten van de studie van Ouyang et al.39. Deze studie toont aan dat het MDA-gehalte significant wordt beïnvloed door kalk, oxaalzuur en een combinatie van kalk en oxaalzuur. Na verneveling met 0,1 mol L-1 oxaalzuur nam het MDA-gehalte van Panax notoginseng af, wat erop wijst dat oxaalzuur de biologische beschikbaarheid van Cd en de ROS-niveaus in Panax notoginseng kan verlagen. Het antioxidantenzymsysteem is verantwoordelijk voor de ontgiftingsfunctie van de plant. SOD verwijdert O2- uit plantencellen en produceert niet-toxische O2 en laagtoxische H2O2. POD en CAT verwijderen H2O2 uit plantenweefsels en katalyseren de afbraak van H2O2 tot H2O. Op basis van iTRAQ-proteoomanalyse werd vastgesteld dat de eiwitexpressieniveaus van SOD en PAL afnamen en het expressieniveau van POD toenam na toepassing van kalk onder Cd40-stress. De activiteit van CAT, SOD en POD in de wortel van Panax notoginseng werd significant beïnvloed door de dosering van oxaalzuur en kalk. Besproeiing met 0,1 mol L-1 oxaalzuur verhoogde de activiteit van SOD en CAT aanzienlijk, maar het regulerende effect op de POD-activiteit was niet duidelijk. Dit toont aan dat oxaalzuur de afbraak van ROS onder Cd-stress versnelt en voornamelijk de verwijdering van H2O2 voltooit door de activiteit van CAT te reguleren, wat vergelijkbaar is met de onderzoeksresultaten van Guo et al.41 over de antioxidatieve enzymen van Pseudospermum sibiricum (Kos.). Het effect van het toevoegen van 750 kg/h/m2 kalk op de activiteit van enzymen van het antioxidatieve systeem en het gehalte aan malondialdehyde is vergelijkbaar met het effect van besproeiing met oxaalzuur. De resultaten tonen aan dat besproeiing met oxaalzuur de activiteit van SOD en CAT in Panax notoginseng effectiever kan verhogen en de stressbestendigheid van Panax notoginseng kan verbeteren. De activiteit van SOD en POD nam af door behandeling met 0,2 mol L-1 oxaalzuur en 3750 kg hm-2 kalk, wat erop wijst dat overmatig sproeien met hoge concentraties oxaalzuur en Ca2+ plantenstress kan veroorzaken. Dit komt overeen met de studie van Luo et al. Wait 42.