Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com. Jūsų naudojama naršyklės versija turi ribotą CSS palaikymą. Geriausiems rezultatams pasiekti rekomenduojame naudoti naujesnę naršyklės versiją (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“). Tuo tarpu, siekdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodome be stiliaus ar „JavaScript“.
Kadmio (Cd) užterštumas kelia potencialią grėsmę vaistinio augalo Panax notoginseng auginimo saugumui Junane. Esant egzogeniniam Cd stresui, buvo atlikti lauko eksperimentai, siekiant suprasti kalkių naudojimo (0, 750, 2250 ir 3750 kg/h/m2) ir lapų purškimo oksalo rūgštimi (0, 0,1 ir 0,2 mol/l) poveikį Cd ir antioksidantų kaupimuisi. Sisteminiai ir vaistiniai Panax notoginseng komponentai. Rezultatai parodė, kad esant Cd stresui, kalkės ir lapų purškimas oksalo rūgštimi galėjo padidinti Panax notoginseng Ca2+ kiekį ir sumažinti Cd2+ toksiškumą. Kalkių ir oksalo rūgšties pridėjimas padidino antioksidacinių fermentų aktyvumą ir pakeitė osmosinių reguliatorių metabolizmą. Reikšmingiausias yra CAT aktyvumo padidėjimas 2,77 karto. Veikiant oksalo rūgščiai, SOD aktyvumas padidėjo 1,78 karto. MDA kiekis sumažėjo 58,38 %. Pastebėta labai reikšminga koreliacija su tirpiu cukrumi, laisvosiomis aminorūgštimis, prolinu ir tirpiais baltymais. Kalkės ir oksalo rūgštis gali padidinti kalcio jonų (Ca2+) kiekį ženšenio ekstrakte, sumažinti kadmio kiekį, pagerinti ženšenio ekstrakto atsparumą stresui ir padidinti bendrųjų saponinų bei flavonoidų gamybą. Kadmio kiekis yra mažiausias, 68,57 % mažesnis nei kontrolinėje grupėje, ir atitinka standartinę vertę (Cd≤0,5 mg kg-1, GB/T 19086-2008). Sausojo branduolio polinesočiųjų riebalų rūgščių dalis sudarė 7,73 %, pasiekdama didžiausią lygį tarp visų apdorojimo būdų, o flavonoidų kiekis reikšmingai padidėjo 21,74 %, pasiekdamas standartines medicinines vertes ir optimalų derlių.
Kadmis (Cd) yra dažnas dirbamų dirvožemių teršalas, lengvai migruojantis ir pasižymi dideliu biologiniu toksiškumu. El-Shafei ir kt. pranešė, kad kadmio toksiškumas turi įtakos naudojamų augalų kokybei ir produktyvumui. Per didelis kadmio kiekis dirbamoje dirvoje pietvakarių Kinijoje pastaraisiais metais tapo rimta problema. Junano provincija yra Kinijos biologinės įvairovės karalystė, kurioje vaistinių augalų rūšys užima pirmąją vietą šalyje. Tačiau Junano provincija yra turtinga mineralinių išteklių, o kasybos procesas neišvengiamai sukelia dirvožemio taršą sunkiaisiais metalais, o tai daro įtaką vietinių vaistinių augalų gamybai.
Ženšenis (Burkill) Chen3) yra labai vertingas daugiametis žolinis vaistinis augalas, priklausantis Araliaceae šeimos Panax genčiai. Ženšenis gerina kraujotaką, šalina kraujo stagnaciją ir malšina skausmą. Pagrindinė auginimo vieta yra Venšano prefektūra, Junano provincija5. Daugiau nei 75 % dirvožemio vietinėse ženšenio Panax notoginseng auginimo vietose yra užteršta kadmiu, o jo kiekis skirtingose ​​vietovėse svyruoja nuo 81 % iki daugiau nei 100 %6. Toksinis Cd poveikis taip pat žymiai sumažina ženšenio vaistinių komponentų, ypač saponinų ir flavonoidų, gamybą. Saponinai yra glikozidinių junginių rūšis, kurių aglikonai yra triterpenoidai arba spirostanai. Jie yra pagrindinės daugelio tradicinių kinų vaistų veikliosios medžiagos ir juose yra saponinų. Kai kurie saponinai taip pat pasižymi antibakteriniu arba vertingu biologiniu aktyvumu, pavyzdžiui, karščiavimą mažinančiu, raminamuoju ir priešvėžiniu poveikiu7. Flavonoidai paprastai reiškia junginių seriją, kurioje du benzeno žiedai su fenolio hidroksilo grupėmis yra sujungti per tris centrinius anglies atomus. Pagrindinis branduolys yra 2-fenilchromanonas 8. Tai stiprus antioksidantas, galintis efektyviai surišti deguonies laisvuosius radikalus augaluose. Jis taip pat gali slopinti uždegiminių biologinių fermentų prasiskverbimą, skatinti žaizdų gijimą ir skausmo malšinimą bei mažinti cholesterolio kiekį. Tai viena iš pagrindinių Panax notoginseng veikliųjų medžiagų. Būtina skubiai spręsti kadmio užterštumo Panax ženšenio auginimo vietovių dirvožemiuose problemą ir užtikrinti pagrindinių vaistinių ingredientų gamybą.
Kalkės yra vienas iš plačiai naudojamų pasyvatorių stacionariam dirvožemio valymui nuo kadmio užterštumo10. Jos veikia Cd adsorbciją ir nusėdimą dirvožemyje, sumažindamos Cd biologinį prieinamumą dirvožemyje, didindamos pH vertę ir keisdamos dirvožemio katijonų mainų talpą (CEC), dirvožemio druskų įsotinimą (BS) ir dirvožemio redokso potencialą (Eh)3, 11. Be to, kalkės suteikia didelį Ca2+ kiekį, sudaro joninį antagonizmą su Cd2+, konkuruoja dėl adsorbcijos vietų šaknyse, neleidžia Cd pernešti į dirvožemį ir pasižymi mažu biologiniu toksiškumu. Kai esant Cd stresui buvo pridėta 50 mmol L-1 Ca, Cd pernaša sezamo lapuose buvo slopinama, o Cd kaupimasis sumažėjo 80 %. Nemažai panašių tyrimų buvo atlikta su ryžiais (Oryza sativa L.) ir kitais augalais12, 13.
Pastaraisiais metais pasėlių lapų purškimas siekiant kontroliuoti sunkiųjų metalų kaupimąsi yra naujas sunkiųjų metalų kontrolės metodas. Jo principas daugiausia susijęs su chelatacijos reakcija augalų ląstelėse, dėl kurios sunkieji metalai nusėda ant ląstelės sienelės ir slopina sunkiųjų metalų įsisavinimą augaluose14,15. Kaip stabilus dirūgštinis chelatas, oksalo rūgštis gali tiesiogiai chelatuoti sunkiųjų metalų jonus augaluose, taip sumažindama toksiškumą. Tyrimai parodė, kad sojų pupelėse esanti oksalo rūgštis gali chelatuoti Cd2+ ir išskirti Cd turinčius kristalus per viršutines trichomas ląsteles, sumažindama Cd2+ kiekį organizme16. Oksalo rūgštis gali reguliuoti dirvožemio pH, sustiprinti superoksido dismutazės (SOD), peroksidazės (POD) ir katalazės (CAT) aktyvumą bei reguliuoti tirpaus cukraus, tirpių baltymų, laisvųjų aminorūgščių ir prolino prasiskverbimą. Metabolizmo reguliatoriai17,18. Rūgštis ir Ca2+ perteklius augale, veikiant branduolį formuojantiems baltymams, sudaro kalcio oksalato nuosėdas. Reguliuojant Ca2+ koncentraciją augaluose, galima efektyviai reguliuoti ištirpusios oksalo rūgšties ir Ca2+ kiekį augaluose ir išvengti per didelio oksalo rūgšties bei Ca2+ kaupimosi.
Naudojamo kalkių kiekis yra vienas iš pagrindinių veiksnių, darančių įtaką atstatomajam poveikiui. Nustatyta, kad kalkių dozė svyravo nuo 750 iki 6000 kg/m2. Rūgščiame dirvožemyje, kurio pH yra 5,0–5,5, 3000–6000 kg/h/m2 dozės poveikis yra žymiai didesnis nei 750 kg/h/m2 dozės. Tačiau per didelis kalkių kiekis gali turėti neigiamos įtakos dirvožemiui, pavyzdžiui, reikšmingai pakeisti dirvožemio pH ir sutankinti dirvą. Todėl CaO apdorojimo lygius apibrėžėme kaip 0, 750, 2250 ir 3750 kg hm-2. Kai oksalo rūgštis buvo panaudota Arabidopsis thaliana, nustatyta, kad Ca2+ reikšmingai sumažėjo esant 10 mmol L-1 koncentracijai, o CRT genų šeima, kuri veikia Ca2+ signalizaciją, stipriai reagavo. Ankstesnių tyrimų sukaupimas leido mums nustatyti šio testo koncentraciją ir toliau tirti egzogeninių papildų sąveikos poveikį Ca2+ ir Cd2+23,24,25. Todėl šio tyrimo tikslas – ištirti egzogeninių kalkių ir oksalo rūgšties lapų purškimo reguliavimo mechanizmą, veikiantį kadmio kiekį ir Panax notoginseng atsparumą stresui Cd užterštoje dirvoje, ir toliau ieškoti būdų, kaip geriau užtikrinti vaistinių preparatų kokybę ir veiksmingumą. Panax notoginseng gamyba. Jis pateikia vertingų rekomendacijų, kaip padidinti žolinių augalų auginimo mastą kadmio užterštoje dirvoje ir pasiekti aukštos kokybės, tvarią gamybą, kurios reikalauja farmacijos rinka.
Naudojant vietinę ženšenio veislę „Wenshan Panax notoginseng“ kaip medžiagą, lauko eksperimentas buvo atliktas Lannichai mieste, Qiubei apskrityje, Wenshan prefektūroje, Junano provincijoje (24°11′ šiaurės platumos, 104°3′ rytų ilgumos, aukštis 1446 m). Vidutinė metinė temperatūra yra 17 °C, o vidutinis metinis kritulių kiekis – 1250 mm. Tiriamo dirvožemio foninės vertės buvo šios: TN 0,57 g kg-1, TP 1,64 g kg-1, TC 16,31 g kg-1, OM 31,86 g kg-1, šarmų hidrolizuoto azoto 88,82 mg kg-1, be fosforo 18,55 mg kg-1, laisvo kalio 100,37 mg kg-1, bendro kadmio 0,3 mg kg-1, pH 5,4.
2017 m. gruodžio 10 d. buvo sumaišytos 6 mg/kg Cd2+ (CdCl2·2,5H2O) ir kalkių tirpalai (0, 750, 2250 ir 3750 kg/h/m2) ir kiekviename sklypelyje ant dirvos paviršiaus užtepti 0–10 cm sluoksniu. Kiekvienas apdorojimas buvo pakartotas 3 kartus. Bandomieji sklypeliai išdėstyti atsitiktinai, kiekvienas sklypelis užima 3 m2 plotą. Vienerių metų Panax notoginseng daigai buvo persodinti po 15 dienų žemės dirbimo. Naudojant apsauginį tinklą nuo saulės, Panax notoginseng šviesos intensyvumas tinklelio viduje sudaro apie 18 % įprasto natūralaus šviesos intensyvumo. Auginimas atliekamas pagal vietinius tradicinius auginimo metodus. Prieš Panax notoginseng nokimo stadiją 2019 m., purškiama oksalo rūgštimi natrio oksalato pavidalu. Oksalo rūgšties koncentracijos buvo atitinkamai 0, 0,1 ir 0,2 mol L-1, o NaOH buvo naudojamas pH sureguliavimui iki 5,16, kad būtų imituojamas vidutinis kraiko išplovimo tirpalo pH. Viršutinė ir apatinė lapų pusės buvo purškiamos kartą per savaitę 8:00 val. Po 4 purškimų 5-ąją savaitę buvo nuimti 3 metų amžiaus Panax notoginseng augalai.
2019 m. lapkritį iš lauko buvo surinkti trejų metų amžiaus ženšenio augalai ir nupurkšti oksalo rūgštimi. Kai kurie trejų metų amžiaus ženšenio augalų mėginiai, kuriems reikėjo išmatuoti fiziologinį metabolizmą ir fermentų aktyvumą, buvo sudėti į mėgintuvėlius užšaldymui, greitai užšaldyti skystu azotu ir perkelti į šaldytuvą -80 °C temperatūroje. Kai kurie šaknų mėginiai, skirti išmatuoti kadmio ir veikliosios medžiagos kiekį brandos stadijoje, buvo nuplauti vandeniu iš čiaupo, džiovinti 105 °C temperatūroje 30 minučių, išlaikant pastovų svorį 75 °C temperatūroje, ir sumalti grūstuvėje laikymui.
Pasverkite 0,2 g sauso augalo mėginio, sudėkite jį į Erlenmejerio kolbą, įpilkite 8 ml HNO3 ir 2 ml HClO4 ir uždenkite per naktį. Kitą dieną naudokite lenktą piltuvėlį, įdėtą į Erlenmejerio kolbą, elektroterminiam skaidymui, kol pasirodys balti dūmai ir virškinimo sultys ištekės skaidrios. Atvėsinus iki kambario temperatūros, mišinys buvo perkeltas į 10 ml matavimo kolbą. Cd kiekis buvo nustatytas atominės absorbcijos spektrometru („Thermo ICE™ 3300 AAS“, JAV). (GB/T 23739-2009).
Pasverkite 0,2 g sauso augalinio mėginio, supilkite jį į 50 ml plastikinį butelį, įpilkite 1 mol L-1 HCl 10 ml, užsukite ir gerai purtykite 15 valandų, tada filtruokite. Pipete įpilkite reikiamą filtrato kiekį, atitinkamai jį praskieskite ir įpilkite SrCl2 tirpalo, kad Sr2+ koncentracija būtų 1 g L-1. Ca kiekis buvo matuojamas atominės absorbcijos spektrometru („Thermo ICE™ 3300 AAS“, JAV).
Malondialdehido (MDA), superoksido dismutazės (SOD), peroksidazės (POD) ir katalazės (CAT) etaloninio rinkinio metodas (DNM-9602, „Beijing Prong New Technology Co., Ltd.“, produkto registracija), naudokite atitinkamą matavimo rinkinį. Nr.: Pekino farmakopėja (tiksli) 2013 Nr. 2400147).
Pasverkite apie 0,05 g ženšenio panagros mėginio ir palei mėgintuvėlio sieneles įpilkite antrono-sieros rūgšties reagento. Mėgintuvėlį 2–3 sekundes purtykite, kad skystis gerai išsimaišytų. Padėkite mėgintuvėlį ant mėgintuvėlių stovo 15 minučių spalvai išryškinti. Tirpių cukrų kiekis buvo nustatytas ultravioletinių-matomųjų spindulių spektrofotometru (UV-5800, „Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd.“, Kinija), esant 620 nm bangos ilgiui.
Pasverkite 0,5 g šviežio ženšenio (Panax notoginseng) mėginio, sumalkite jį į homogenatą su 5 ml distiliuoto vandens ir centrifuguokite 10 000 g greičiu 10 minučių. Viršslanis buvo praskiestas iki fiksuoto tūrio. Buvo naudojamas „Coomassie Brilliant Blue“ metodas. Tirpių baltymų kiekis buvo matuojamas ultravioletinių-matomųjų spindulių spektrofotometru (UV-5800, „Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd.“, Kinija), esant 595 nm bangos ilgiui, ir apskaičiuotas pagal standartinę galvijų serumo albumino kreivę.
Pasverkite 0,5 g šviežio mėginio, įpilkite 5 ml 10 % acto rūgšties, sumalkite iki homogenato, filtruokite ir praskieskite iki pastovaus tūrio. Spalvos ryškinimo metodas buvo naudojamas su ninhidrino tirpalu. Laisvųjų aminorūgščių kiekis buvo nustatytas UV-matomosios spektrofotometrijos metodu (UV-5800, „Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd.“, Kinija) esant 570 nm bangos ilgiui ir apskaičiuotas pagal leucino standartinę kreivę28.
Pasverkite 0,5 g šviežio mėginio, įpilkite 5 ml 3 % sulfosalicilo rūgšties tirpalo, kaitinkite vandens vonelėje ir purtykite 10 minučių. Atvėsus tirpalas buvo filtruojamas ir praskiestas iki pastovaus tūrio. Buvo naudojamas kolorimetrinis metodas su rūgštiniu ninhidrinu. Prolino kiekis buvo nustatytas ultravioletinių-matomųjų spindulių spektrofotometru (UV-5800, „Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd.“, Kinija), esant 520 nm bangos ilgiui, ir apskaičiuotas pagal prolino standartinę kreivę29.
Saponinų kiekis buvo nustatytas efektyviosios skysčių chromatografijos metodu, remiantis Kinijos Liaudies Respublikos farmakopėja (2015 m. leidimas). Pagrindinis efektyviosios skysčių chromatografijos principas – naudoti aukšto slėgio skystį kaip mobiliąją fazę ir stacionariai fazei taikyti efektyviosios kolonėlės chromatografijos ultrasmulkių dalelių atskyrimo technologiją. Veikimo būdas yra toks:
HPLC sąlygos ir sistemos tinkamumo testas (1 lentelė): Užpildui naudokite oktadecilsilanu surištą silikagelį, mobiliajai fazei A – acetonitrilį, o mobiliajai fazei B – vandenį. Atlikite gradientinę eliuciją, kaip parodyta toliau pateiktoje lentelėje. Detekcijos bangos ilgis yra 203 nm. Remiantis ženšenio (Panax notoginseng) bendrųjų saponinų R1 smaile, teorinių lėkščių skaičius turėtų būti ne mažesnis kaip 4000.
Standartinio tirpalo paruošimas: tiksliai pasverkite ginsenozidą Rg1, ginsenozidą Rb1 ir notoginsenozidą R1 ir įpilkite metanolio, kad paruoštumėte mišinį, kuriame 1 ml tirpalo būtų 0,4 mg ginsenozido Rg1, 0,4 mg ginsenozido Rb1 ir 0,1 mg notoginsenozido R1.
Tiriamojo tirpalo paruošimas: pasverkite 0,6 g ženšenio miltelių ir įpilkite 50 ml metanolio. Sumaišytas tirpalas buvo pasvertas (W1) ir paliktas per naktį. Tada sumaišytas tirpalas 2 valandas švelniai virintas vandens vonioje 80 °C temperatūroje. Atvėsus, sumaišytas tirpalas pasveriamas ir paruoštą metanolį įpilkite į pirmąją masę W1. Tada gerai suplakite ir filtruokite. Filtratas paliekamas analizei.
Tiksliai surinkite 10 μL standartinio tirpalo ir 10 μL filtrato ir įšvirkškite juos į efektyviosios skysčių chromatografą („Thermo HPLC-ultimate 3000“, „Seymour Fisher Technology Co., Ltd.“), kad nustatytumėte saponino 24 kiekį.
Standartinė kreivė: Rg1, Rb1 ir R1 mišinio standartinio tirpalo matavimas. Chromatografijos sąlygos yra tokios pačios kaip ir aukščiau. Standartinę kreivę apskaičiuokite y ašyje pažymėdami išmatuotą smailės plotą, o x ašyje – saponino koncentraciją standartiniame tirpale. Saponino koncentraciją galima apskaičiuoti į standartinę kreivę įstatant išmatuotą mėginio smailės plotą.
Pasverkite 0,1 g P. notogensings mėginio ir įpilkite 50 ml 70 % CH3OH tirpalo. Ultragarsinė ekstrakcija buvo vykdoma 2 valandas, po to 10 minučių centrifuguojama 4000 aps./min. Paimkite 1 ml supernatanto ir praskieskite jį 12 kartų. Flavonoidų kiekis buvo nustatytas ultravioletinių-matomųjų spindulių spektrofotometrijos metodu (UV-5800, „Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd.“, Kinija), esant 249 nm bangos ilgiui. Kvercetinas yra viena iš standartinių įprastų medžiagų8.
Duomenys buvo susisteminti naudojant „Excel 2010“ programinę įrangą. Duomenų dispersinei analizei atlikti naudota „SPSS 20“ statistinė programinė įranga. Paveikslėliai buvo piešti naudojant „Origin Pro 9.1“. Apskaičiuotos statistinės vertės apima vidurkį ± SD. Statistinio reikšmingumo teiginiai pagrįsti P < 0,05.
Purškiant lapus tokia pačia oksalo rūgšties koncentracija, kalcio kiekis ženšenio šaknyse reikšmingai padidėjo, didinant kalkių kiekį (2 lentelė). Palyginti su nekalkinimu, įberus 3750 kg/h/m2 kalkių, nepurškiant oksalo rūgštimi, Ca kiekis padidėjo 212 %. Naudojant tokį patį kalkių kiekį, Ca kiekis šiek tiek padidėjo, didinant purškiamos oksalo rūgšties koncentraciją.
Kadmio kiekis šaknyse svyruoja nuo 0,22 iki 0,70 mg kg-1. Esant tai pačiai oksalo rūgšties purškimo koncentracijai, didėjant kalkių kiekiui, kadmio kiekis, lygus 2250 kg/h, reikšmingai sumažėja. Palyginti su kontroliniu grupe, kadmio kiekis šaknyse sumažėjo 68,57 %, purškiant 2250 kg hm-2 kalkių ir 0,1 mol l-1 oksalo rūgšties. Naudojant bekalkį ir 750 kg/h kalkių, kadmio kiekis ženšenio šaknyse reikšmingai sumažėjo, didėjant oksalo rūgšties purškimo koncentracijai. Naudojant 2250 kg/m2 ir 3750 kg/m2 kalkių, kadmio kiekis šaknyse pirmiausia sumažėjo, o vėliau didėjo, didėjant oksalo rūgšties koncentracijai. Be to, dvimatė analizė parodė, kad kalkės turėjo reikšmingą įtaką Ca kiekiui ženšenio šaknyse (F = 82,84**), kalkės turėjo reikšmingą įtaką Cd kiekiui ženšenio šaknyse (F = 74,99**) ir oksalo rūgštis (F = 7,72*).
Didėjant įterpto kalkių kiekiui ir purškiamos oksalo rūgšties koncentracijai, MDA kiekis reikšmingai sumažėjo. Panax notoginseng šaknyse MDA kiekis reikšmingo skirtumo be kalkių ir pridėjus 3750 kg/m2 kalkių nebuvo. Naudojant 750 kg/h/m2 ir 2250 kg/h/m2 normas, kalkių kiekis po 0,2 mol/l oksalo rūgšties purškimo sumažėjo atitinkamai 58,38 % ir 40,21 %, palyginti su tuo, kai oksalo rūgštis nebuvo purškiama. Mažiausias MDA kiekis (7,57 nmol g-1) buvo pastebėtas purškiant 750 kg hm-2 kalkių ir 0,2 mol l-1 oksalo rūgšties (1 pav.).
Lapų purškimo oksalo rūgštimi poveikis malondialdehido kiekiui ženšenio (Panax notoginseng) šaknyse, esant kadmio stresui. Pastaba: paveikslo legenda nurodo oksalo rūgšties koncentraciją purškimo metu (mol L-1), skirtingos mažosios raidės rodo reikšmingus skirtumus tarp to paties kalkių panaudojimo. Skaičius (P < 0,05). Tas pats toliau pateiktame paveikslėlyje.
Išskyrus 3750 kg/h kalkių naudojimą, Panax notoginseng šaknyse SOD aktyvumas reikšmingo skirtumo nebuvo. Įpylus 0, 750 ir 2250 kg/h/m2 kalkių, SOD aktyvumas, apipurškus 0,2 mol/l koncentracijos oksalo rūgštimi, buvo reikšmingai didesnis nei nenaudojant oksalo rūgšties, padidėjus atitinkamai 177,89%, 61,62% ir 45,08%. SOD aktyvumas šaknyse (598,18 U g-1) buvo didžiausias be kalkių ir apipurškus 0,2 mol/l koncentracijos oksalo rūgštimi. Kai oksalo rūgštis buvo purškiama tokios pačios koncentracijos arba 0,1 mol L-1, SOD aktyvumas didėjo didėjant pridėto kalkių kiekiui. Apipurškus 0,2 mol/l oksalo rūgštimi, SOD aktyvumas reikšmingai sumažėjo (2 pav.).
Lapų purškimo oksalo rūgštimi poveikis superoksido dismutazės, peroksidazės ir katalazės aktyvumui ženšenio (Panax notoginseng) šaknyse, esant kadmio stresui
Kaip ir SOD aktyvumas šaknyse, POD aktyvumas šaknyse, apdorotose be kalkių ir apipurkštose 0,2 mol L-1 oksalo rūgštimi, buvo didžiausias (63,33 µmol g-1), tai yra 148,35 % daugiau nei kontrolinėje grupėje (25,50 µmol g-1). Didėjant oksalo rūgšties purškimo koncentracijai ir apdorojant 3750 kg/m2 kalkių, POD aktyvumas pirmiausia padidėjo, o vėliau sumažėjo. Palyginti su apdorojimu 0,1 mol L-1 oksalo rūgštimi, POD aktyvumas, apdorojus 0,2 mol L-1 oksalo rūgštimi, sumažėjo 36,31 % (2 pav.).
Išskyrus purškimą 0,2 mol/l oksalo rūgšties ir 2250 kg/h/m2 arba 3750 kg/h/m2 kalkių, KAT aktyvumas buvo žymiai didesnis nei kontrolinėje grupėje. Purškiant 0,1 mol/l oksalo rūgšties ir įberiant 0,2250 kg/m2 arba 3750 kg/h/m2 kalkių, KAT aktyvumas padidėjo atitinkamai 276,08 %, 276,69 % ir 33,05 %, palyginti su apdorojimu be oksalo rūgšties. KAT aktyvumas šaknyse buvo didžiausias (803,52 μmol/g) be kalkių ir 0,2 mol/l oksalo rūgšties. Mažiausias KAT aktyvumas (172,88 μmol/g) buvo apdorojus 3750 kg/h/m kalkių ir 0,2 mol/l oksalo rūgšties (2 pav.).
Dvimatės analizės duomenimis, ženšenio panax (Panax notoginseng) šaknų CAT ir MDA aktyvumas buvo reikšmingai susijęs su purškiamos oksalo rūgšties arba kalkių kiekiu ir abiem apdorojimo būdais (3 lentelė). SOD aktyvumas šaknyse buvo reikšmingai susijęs su kalkių ir oksalo rūgšties apdorojimu arba oksalo rūgšties purškimo koncentracija. Šaknų POD aktyvumas reikšmingai priklausė nuo panaudoto kalkių kiekio arba kalkių ir oksalo rūgšties apdorojimo.
Tirpiųjų cukrų kiekis šaknyse mažėjo didėjant kalkių kiekiui ir oksalo rūgšties purškimo koncentracijai. Panax notoginseng šaknų nekalkintose ir 750 kg/h/m kalkių koncentracijos tirpiųjų cukrų kiekis reikšmingo skirtumo nenustatyta. Naudojant 2250 kg/m2 kalkių, tirpiųjų cukrų kiekis, apdorojus 0,2 mol/l oksalo rūgštimi, buvo žymiai didesnis nei apdorojus nepurškiant oksalo rūgštimi ir padidėjo 22,81 %. Naudojant 3750 kg h/m2 kalkių, tirpiųjų cukrų kiekis reikšmingai sumažėjo, didėjant purškiamos oksalo rūgšties koncentracijai. Tirpiųjų cukrų kiekis, apdorojus 0,2 mol L-1 oksalo rūgštimi, sumažėjo 38,77 %, palyginti su apdorojimu be oksalo rūgšties. Be to, purškiant 0,2 mol·L-1 oksalo rūgštimi, tirpiųjų cukrų kiekis buvo mažiausias – 205,80 mg·g-1 (3 pav.).
Lapų purškimo oksalo rūgštimi poveikis tirpaus bendrojo cukraus ir tirpių baltymų kiekiui ženšenio šaknyse, esant kadmio stresui
Tirpių baltymų kiekis šaknyse mažėjo didėjant kalkių naudojimo ir oksalo rūgšties purškimo kiekiams. Be kalkių, tirpių baltymų kiekis, apdorojus jas 0,2 mol L-1 koncentracijos oksalo rūgšties purškimu, reikšmingai sumažėjo 16,20 %, palyginti su kontroliniu grupe. Panax notoginseng šaknų tirpių baltymų kiekis reikšmingų skirtumų, kai buvo naudojama 750 kg/h kalkių, nebuvo. Kai buvo naudojama 2250 kg/h/m² kalkių, tirpių baltymų kiekis po 0,2 mol/l oksalo rūgšties purškimo buvo reikšmingai didesnis nei po purškimo be oksalo rūgšties (35,11 %). Kai buvo naudojama 3750 kg·h/m² kalkių, tirpių baltymų kiekis reikšmingai sumažėjo didėjant oksalo rūgšties purškimo koncentracijai, o mažiausias tirpių baltymų kiekis (269,84 μg·g-1) buvo, kai oksalo rūgšties purškimo koncentracija buvo 0,2 mol·L-1 (3 pav.).
Nenaudojant kalkių, laisvųjų aminorūgščių kiekis ženšenio šaknyje reikšmingų skirtumų nenustatyta. Didėjant oksalo rūgšties purškimo koncentracijai ir pridedant 750 kg/h/m2 kalkių, laisvųjų aminorūgščių kiekis pirmiausia sumažėjo, o vėliau padidėjo. Palyginti su apdorojimu be oksalo rūgšties purškimo, laisvųjų aminorūgščių kiekis reikšmingai padidėjo 33,58 %, purškiant 2250 kg hm-2 kalkių ir 0,2 mol l-1 oksalo rūgšties. Laisvųjų aminorūgščių kiekis reikšmingai sumažėjo didinant oksalo rūgšties purškimo koncentraciją ir pridedant 3750 kg/m2 kalkių. Laisvųjų aminorūgščių kiekis purškiant 0,2 mol l-1 oksalo rūgštimi sumažėjo 49,76 %, palyginti su purškimu be oksalo rūgšties. Didžiausias laisvųjų aminorūgščių kiekis buvo be oksalo rūgšties purškimo ir siekė 2,09 mg g-1. Mažiausias laisvųjų aminorūgščių kiekis (1,05 mg/g) buvo nustatytas purškiant 0,2 mol/l oksalo rūgštimi (4 pav.).
Lapų purškimo oksalo rūgštimi poveikis laisvųjų aminorūgščių ir prolino kiekiui ženšenio Panax šaknyse kadmio streso sąlygomis
Prolino kiekis šaknyse mažėjo didėjant naudojamų kalkių ir oksalo rūgšties purškimo kiekiui. Nenaudojant kalkių, Panax ginseng šaknų prolino kiekis reikšmingų skirtumų nesiskyrė. Didėjant purškiamos oksalo rūgšties koncentracijai ir naudojant 750 arba 2250 kg/m2 kalkių, prolino kiekis pirmiausia sumažėjo, o vėliau padidėjo. Purškiant 0,2 mol L-1 oksalo rūgštimi, prolino kiekis buvo žymiai didesnis nei purškiant 0,1 mol L-1 oksalo rūgštimi, padidėdamas atitinkamai 19,52 % ir 44,33 %. Pridėjus 3750 kg/m2 kalkių, prolino kiekis žymiai sumažėjo, didėjant purškiamos oksalo rūgšties koncentracijai. Purškiant 0,2 mol L-1 oksalo rūgštimi, prolino kiekis sumažėjo 54,68 %, palyginti su tuo, kai oksalo rūgštimi nebuvo purškiama. Mažiausias prolino kiekis buvo aptiktas apdorojus 0,2 mol/l oksalo rūgštimi ir siekė 11,37 μg/g (4 pav.).
Bendras saponinų kiekis ženšenyje „Panax notoginseng“ yra Rg1>Rb1>R1. Didėjant oksalo rūgšties purškimo koncentracijai ir koncentracijai be kalkių, trijų saponinų kiekis reikšmingo skirtumo nenustatyta (4 lentelė).
R1 kiekis, panaudojus 0,2 mol L-1 oksalo rūgšties purškimą, buvo žymiai mažesnis nei nepurškus oksalo rūgšties ir panaudojus 750 arba 3750 kg/m2 kalkių dozę. Kai purškiamos oksalo rūgšties koncentracija buvo 0 arba 0,1 mol/l, R1 kiekis reikšmingo skirtumo, didėjant pridėto kalkių kiekiui, nebuvo. Kai purškiamos 0,2 mol/l oksalo rūgšties koncentracija, R1 kiekis 3750 kg/h/m2 kalkių purškime buvo žymiai mažesnis nei 43,84 % be kalkių (4 lentelė).
Didėjant purškiamos oksalo rūgšties koncentracijai ir įberiant 750 kg/m2 kalkių, Rg1 kiekis pirmiausia didėjo, o vėliau mažėjo. Esant 2250 ir 3750 kg/h kalkių naudojimo greičiui, Rg1 kiekis mažėjo didėjant purškiamos oksalo rūgšties koncentracijai. Esant tai pačiai purškiamos oksalo rūgšties koncentracijai, didėjant kalkių kiekiui, Rg1 kiekis pirmiausia didėja, o vėliau mažėja. Palyginti su kontroline grupe, išskyrus Rg1 kiekį trijose oksalo rūgšties koncentracijose ir 750 kg/m2 kalkių apdorojimo būduose, kuris buvo didesnis nei kontrolinėje grupėje, Rg1 kiekis Panax notoginseng šaknyse kituose apdorojimo būduose buvo mažesnis nei kontrolinė grupė. Didžiausias Rg1 kiekis buvo purškiant 750 kg/h/m2 kalkių ir 0,1 mol/l oksalo rūgšties, kuris buvo 11,54 % didesnis nei kontrolinėje grupėje (4 lentelė).
Didėjant purškiamos oksalo rūgšties koncentracijai ir naudojamų kalkių kiekiui esant 2250 kg/h srautui, Rb1 kiekis pirmiausia padidėjo, o vėliau sumažėjo. Papurškus 0,1 mol L-1 oksalo rūgšties, Rb1 kiekis pasiekė maksimalią 3,46 % vertę, kuri buvo 74,75 % didesnė nei nepurškus oksalo rūgšties. Kitų kalkių apdorojimo būdų atveju reikšmingų skirtumų tarp skirtingų oksalo rūgšties purškalo koncentracijų nebuvo. Papurškus 0,1 ir 0,2 mol L-1 oksalo rūgštimi, didėjant kalkių kiekiui, Rb1 kiekis pirmiausia sumažėjo, o vėliau sumažėjo (4 lentelė).
Esant tai pačiai purškimo koncentracijai su oksalo rūgštimi, didėjant įpilto kalkių kiekiui, flavonoidų kiekis pirmiausia didėjo, o vėliau mažėjo. Purškiant skirtingos koncentracijos oksalo rūgštimi be kalkių ir 3750 kg/m2 kalkių, reikšmingo flavonoidų kiekio skirtumo nenustatyta. Įpilant 750 ir 2250 kg/m2 kalkių, didėjant purškiamos oksalo rūgšties koncentracijai, flavonoidų kiekis pirmiausia didėjo, o vėliau mažėjo. Naudojant 750 kg/m2 ir purškiant 0,1 mol/l koncentracijos oksalo rūgštimi, flavonoidų kiekis buvo maksimalus – 4,38 mg/g, tai yra 18,38 % daugiau nei įpilant tokį patį kiekį kalkių, ir purkšti oksalo rūgšties nereikėjo. Flavonoidų kiekis, apdorojus 0,1 mol L-1 oksalo rūgšties purškimu, padidėjo 21,74 %, palyginti su apdorojimu be oksalo rūgšties ir apdorojimu kalkėmis, kurių dozė buvo 2250 kg/m2 (5 pav.).
Lapų purškimo oksalatais poveikis flavonoidų kiekiui ženšenio (Panax notoginseng) šaknyse, esant kadmio stresui
Dvimatės analizės duomenimis, tirpaus cukraus kiekis ženšenio šaknyse reikšmingai priklausė nuo panaudoto kalkių kiekio ir išpurkštos oksalo rūgšties koncentracijos. Tirpių baltymų kiekis šaknyse reikšmingai koreliavo su kalkių ir oksalo rūgšties doze. Laisvųjų aminorūgščių ir prolino kiekis šaknyse reikšmingai koreliavo su panaudoto kalkių kiekiu, išpurkštos oksalo rūgšties koncentracija, kalkėmis ir oksalo rūgštimi (5 lentelė).
R1 kiekis ženšenio šaknyse reikšmingai priklausė nuo purškiamos oksalo rūgšties koncentracijos, panaudoto kalkių, kalkių ir oksalo rūgšties kiekio. Flavonoidų kiekis reikšmingai priklausė nuo purškiamos oksalo rūgšties koncentracijos ir pridėto kalkių kiekio.
Siekiant sumažinti kadmio kiekį augaluose, fiksuojant kadmį dirvožemyje, buvo naudojama daug dirvožemio modifikavimo priemonių, pavyzdžiui, kalkės ir oksalo rūgštis30. Kalkės plačiai naudojamos kaip dirvožemio modifikavimo priemonė kadmio kiekiui pasėliuose sumažinti31. Liang ir kt.32 pranešė, kad oksalo rūgštis taip pat gali būti naudojama sunkiaisiais metalais užteršto dirvožemio valymui. Į užterštą dirvožemį įpylus įvairių koncentracijų oksalo rūgšties, padidėjo dirvožemio organinių medžiagų kiekis, sumažėjo katijonų mainų talpa ir padidėjo pH33. Oksalo rūgštis taip pat gali reaguoti su metalų jonais dirvožemyje. Esant Cd stresui, Cd kiekis Panax notoginseng ženšenyje žymiai padidėjo, palyginti su kontroline grupe. Tačiau jei naudojamos kalkės, jis žymiai sumažėja. Šiame tyrime, panaudojus 750 kg/h/m² kalkių, šaknų Cd kiekis pasiekė nacionalinį standartą (Cd riba yra Cd ≤0,5 mg/kg, AQSIQ, GB/T 19086-200834), ir poveikis buvo geras. Geriausias efektas pasiekiamas įberiant 2250 kg/m2 kalkių. Kalkių įdėjimas sukuria daug konkurencijos vietų dėl Ca2+ ir Cd2+ dirvožemyje, o oksalo rūgšties įdėjimas sumažina Cd kiekį ženšenio šaknyse. Sumaišius kalkes ir oksalo rūgštį, ženšenio šaknų Cd kiekis žymiai sumažėjo ir pasiekė nacionalinį standartą. Ca2+ dirvožemyje adsorbuojamas prie šaknų paviršiaus masės srauto būdu ir gali būti absorbuojamas į šaknų ląsteles per kalcio kanalus (Ca2+ kanalus), kalcio siurblius (Ca2+-AT-Pase) ir Ca2+/H+ antiporterius, o po to horizontaliai transportuojamas į šaknis. Ksilema 23. Nustatyta reikšminga neigiama koreliacija tarp Ca ir Cd kiekio šaknyse (P < 0,05). Cd kiekis mažėjo didėjant Ca kiekiui, o tai atitinka antagonizmo tarp Ca ir Cd idėją. ANOVA parodė, kad kalkių kiekis turėjo reikšmingą įtaką Ca kiekiui ženšenio šaknyse. Pongrack ir kt. 35 pranešė, kad Cd jungiasi prie oksalato kalcio oksalato kristaluose ir konkuruoja su Ca. Tačiau oksalo rūgšties reguliavimo poveikis Ca buvo nereikšmingas. Tai rodo, kad kalcio oksalato nusodinimas iš oksalo rūgšties ir Ca2+ nėra paprastas nusodinimas, o bendro nusodinimo procesą gali kontroliuoti keli metaboliniai keliai.
Kadmio streso metu augaluose susidaro didelis kiekis reaktyviųjų deguonies formų (RDF), kurios pažeidžia ląstelių membranų struktūrą36. Malondialdehido (MDA) kiekis gali būti naudojamas kaip rodiklis, leidžiantis įvertinti RDF lygį ir augalų plazminės membranos pažeidimo laipsnį37. Antioksidantų sistema yra svarbus apsauginis mechanizmas, skirtas reaktyviosioms deguonies formoms gaudyti38. Kadmio stresas paprastai keičia antioksidacinių fermentų (įskaitant POD, SOD ir CAT) aktyvumą. Rezultatai parodė, kad MDA kiekis teigiamai koreliavo su Cd koncentracija, o tai rodo, kad augalo membranos lipidų peroksidacijos mastas didėjo didėjant Cd koncentracijai37. Tai atitinka Ouyang ir kt. tyrimo rezultatus39. Šis tyrimas rodo, kad MDA kiekiui didelę įtaką daro kalkės, oksalo rūgštis ir oksalo rūgštis. Įpurškus 0,1 mol L-1 oksalo rūgšties, Panax notogineng MDA kiekis sumažėjo, o tai rodo, kad oksalo rūgštis gali sumažinti Cd biologinį prieinamumą ir RDF kiekį Panax notogineng. Antioksidantų fermentų sistema yra ta vieta, kur vyksta augalo detoksikacijos funkcija. SOD pašalina augalo ląstelėse esantį O2- ir gamina netoksišką O2 bei mažai toksišką H2O2. POD ir CAT pašalina H2O2 iš augalo audinių ir katalizuoja H2O2 skaidymą į H2O. Remiantis iTRAQ proteomų analize, nustatyta, kad po kalkių panaudojimo Cd40 streso metu SOD ir PAL baltymų raiškos lygis sumažėjo, o POD raiškos lygis padidėjo. CAT, SOD ir POD aktyvumui Panax notoginseng šaknyse reikšmingai įtakos turėjo oksalo rūgšties ir kalkių dozės. Purškimas 0,1 mol L-1 oksalo rūgštimi reikšmingai padidino SOD ir CAT aktyvumą, tačiau reguliavimo poveikis POD aktyvumui nebuvo akivaizdus. Tai rodo, kad oksalo rūgštis pagreitina ROS skaidymąsi esant Cd stresui ir daugiausia užbaigia H2O2 pašalinimą reguliuodama CAT aktyvumą, o tai panašu į Guo ir kt.41 tyrimų rezultatus apie Pseudospermum sibiricum antioksidacinius fermentus. Kos. ). 750 kg/h/m2 kalkių pridėjimo poveikis antioksidacinės sistemos fermentų aktyvumui ir malondialdehido kiekiui yra panašus į purškimo oksalo rūgštimi poveikį. Rezultatai parodė, kad oksalo rūgšties purškimas gali efektyviau sustiprinti SOD ir CAT aktyvumą Panax notoginseng ir padidinti Panax notoginseng atsparumą stresui. SOD ir POD aktyvumas sumažėjo apdorojant 0,2 mol L-1 oksalo rūgšties ir 3750 kg hm-2 kalkių, o tai rodo, kad per didelis didelės oksalo rūgšties ir Ca2+ koncentracijos purškimas gali sukelti augalų stresą, o tai atitinka Luo ir kt. tyrimą. Wait 42.