Děkujeme za návštěvu webu Nature.com. Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu CSS. Pro dosažení nejlepších výsledků doporučujeme používat novější verzi prohlížeče (nebo vypnout režim kompatibility v prohlížeči Internet Explorer). Mezitím, abychom zajistili průběžnou podporu, zobrazujeme web bez stylů a JavaScriptu.
Kontaminace kadmiem (Cd) představuje potenciální hrozbu pro bezpečnost pěstování léčivé rostliny Panax notoginseng v Yunnanu. Za exogenního stresu Cd byly provedeny polní experimenty s cílem pochopit vliv aplikace vápna (0, 750, 2250 a 3750 kg/h/m2) a listového postřiku kyselinou šťavelovou (0, 0,1 a 0,2 mol/l) na akumulaci Cd a antioxidantů. Systémové a léčivé složky Panax notoginseng. Výsledky ukázaly, že za stresu Cd mohly vápno a listový postřik kyselinou šťavelovou zvýšit obsah Ca2+ v Panax notoginseng a snížit toxicitu Cd2+. Přidání vápna a kyseliny šťavelové zvýšilo aktivitu antioxidačních enzymů a změnilo metabolismus osmotických regulátorů. Nejvýznamnější je zvýšení aktivity CAT 2,77krát. Pod vlivem kyseliny šťavelové se aktivita SOD zvýšila 1,78krát. Obsah MDA se snížil o 58,38 %. Existuje velmi významná korelace s rozpustným cukrem, volnými aminokyselinami, prolinem a rozpustnými bílkovinami. Vápno a kyselina šťavelová mohou zvýšit obsah vápenatých iontů (Ca2+) v Panax notoginseng, snížit obsah Cd, zlepšit odolnost Panax notoginseng vůči stresu a zvýšit produkci celkových saponinů a flavonoidů. Obsah Cd je nejnižší, o 68,57 % nižší než v kontrole, a odpovídá standardní hodnotě (Cd ≤ 0,5 mg kg-1, GB/T 19086-2008). Podíl SPN byl 7,73 %, což je nejvyšší úroveň ze všech ošetření, a obsah flavonoidů se významně zvýšil o 21,74 %, čímž dosáhl standardních lékařských hodnot a optimálního výtěžku.
Kadmium (Cd) je běžným kontaminantem obdělávané půdy, snadno migruje a má značnou biologickou toxicitu. El-Shafei a kol.2 uvádějí, že toxicita kadmia ovlivňuje kvalitu a produktivitu používaných rostlin. Nadměrné hladiny kadmia v obdělávané půdě v jihozápadní Číně se v posledních letech staly vážnými. Provincie Yunnan je čínskou říší biodiverzity a léčivé rostlinné druhy se umísťují na prvním místě v zemi. Provincie Yunnan je však bohatá na nerostné zdroje a proces těžby nevyhnutelně vede ke znečištění půdy těžkými kovy, což ovlivňuje produkci místních léčivých rostlin.
Panax notoginseng (Burkill) Chen3) je velmi cenná vytrvalá léčivá rostlina patřící do rodu Panax z čeledi Araliaceae. Panax notoginseng zlepšuje krevní oběh, odstraňuje stagnaci krve a zmírňuje bolest. Hlavní oblastí produkce je prefektura Wenshan v provincii Yunnan5. Více než 75 % půdy v místních oblastech pěstování ženšenu Panax notoginseng je kontaminováno kadmiem, přičemž hladiny se v různých oblastech pohybují od 81 % do více než 100 %6. Toxický účinek Cd také významně snižuje produkci léčivých složek Panax notoginseng, zejména saponinů a flavonoidů. Saponiny jsou typem glykosidické sloučeniny, jejíž aglykony jsou triterpenoidy nebo spirostaty. Jsou hlavními aktivními složkami mnoha tradičních čínských léků a obsahují saponiny. Některé saponiny mají také antibakteriální aktivitu nebo cenné biologické účinky, jako jsou antipyretické, sedativní a protirakovinné účinky7. Flavonoidy obecně označují řadu sloučenin, ve kterých jsou dva benzenové kruhy s fenolickými hydroxylovými skupinami spojeny prostřednictvím tří centrálních atomů uhlíku. Hlavním jádrem je 2-fenylchromanon 8. Je to silný antioxidant, který dokáže účinně zachycovat volné kyslíkové radikály v rostlinách. Může také inhibovat pronikání zánětlivých biologických enzymů, podporovat hojení ran a úlevu od bolesti a snižovat hladinu cholesterolu. Je jednou z hlavních aktivních složek rostliny Panax notoginseng. Existuje naléhavá potřeba řešit problém kontaminace půdy kadmiem v oblastech produkce Panax ginseng a zajistit produkci jeho základních léčivých složek.
Vápno je jedním z široce používaných pasivátorů pro stacionární čištění půdy od kontaminace kadmiem10. Ovlivňuje adsorpci a depozici Cd v půdě snížením biologické dostupnosti Cd v půdě zvýšením hodnoty pH a změnou kapacity kationtové výměny půdy (CEC), nasycení půdy solí (BS) a redoxního potenciálu půdy (Eh)3, 11. Kromě toho vápno poskytuje velké množství Ca2+, tvoří iontový antagonismus s Cd2+, soutěží o adsorpční místa v kořenech, zabraňuje transportu Cd do půdy a má nízkou biologickou toxicitu. Po přidání 50 mmol L-1 Ca za stresu Cd byl transport Cd v listech sezamu inhibován a akumulace Cd byla snížena o 80 %. Řada podobných studií byla publikována u rýže (Oryza sativa L.) a dalších plodin12,13.
Postřik plodin na listy za účelem kontroly akumulace těžkých kovů je v posledních letech novou metodou kontroly těžkých kovů. Její princip se týká především chelatační reakce v rostlinných buňkách, která vede k ukládání těžkých kovů na buněčnou stěnu a inhibuje příjem těžkých kovů rostlinami14,15. Jako stabilní chelatační činidlo s dikyselinami může kyselina šťavelová přímo chelátovat ionty těžkých kovů v rostlinách, čímž snižuje toxicitu. Výzkum ukázal, že kyselina šťavelová v sójových bobech může chelátovat Cd2+ a uvolňovat krystaly obsahující Cd přes horní trichomové buňky, čímž snižuje hladiny Cd2+ v těle16. Kyselina šťavelová může regulovat pH půdy, zvyšovat aktivitu superoxiddismutázy (SOD), peroxidázy (POD) a katalázy (CAT) a regulovat penetraci rozpustného cukru, rozpustných proteinů, volných aminokyselin a prolinu. Metabolické regulátory17,18. Kyselina a přebytek Ca2+ v rostlině tvoří sraženinu oxalátu vápenatého působením nukleačních proteinů. Regulace koncentrace Ca2+ v rostlinách může účinně dosáhnout regulace rozpuštěné kyseliny šťavelové a Ca2+ v rostlinách a zabránit nadměrné akumulaci kyseliny šťavelové a Ca2+19,20.
Množství aplikovaného vápna je jedním z klíčových faktorů ovlivňujících účinek opravy. Bylo zjištěno, že dávkování vápna se pohybovalo v rozmezí 750 až 6000 kg/m2. U kyselé půdy s pH 5,0~5,5 je účinek aplikace vápna v dávce 3000~6000 kg/h/m2 výrazně vyšší než při dávce 750 kg/h/m221. Nadměrná aplikace vápna však bude mít za následek některé negativní účinky na půdu, jako jsou významné změny pH půdy a zhutnění půdy22. Proto jsme definovali úrovně ošetření CaO jako 0, 750, 2250 a 3750 kg hm-2. Při aplikaci kyseliny šťavelové na Arabidopsis thaliana bylo zjištěno, že Ca2+ byl významně snížen při koncentraci 10 mmol L-1 a genová rodina CRT, která ovlivňuje signalizaci Ca2+, reagovala silně20. Souhrn některých předchozích studií nám umožnil určit koncentraci tohoto testu a dále studovat vliv interakce exogenních doplňků na Ca2+ a Cd2+23,24,25. Tato studie si proto klade za cíl prozkoumat regulační mechanismus postřiku listů exogenním vápnem a kyselinou šťavelovou na obsah Cd a toleranci Panax notoginseng vůči stresu v půdě kontaminované Cd a dále prozkoumat způsoby, jak lépe zajistit léčebnou kvalitu a účinnost. Produkce Panax notoginseng. Poskytuje cenné rady ohledně zvyšování rozsahu pěstování bylin v půdách kontaminovaných kadmiem a dosažení vysoce kvalitní a udržitelné produkce požadované farmaceutickým trhem.
V Lannizhai, okres Qiubei, prefektura Wen-šan, provincie Yunnan (24°11′ s. š., 104°3′ v. d., nadmořská výška 1446 m), byl proveden polní experiment s použitím místní odrůdy ženšenu Wenshan Panax notoginseng jako materiálu. Průměrná roční teplota je 17 °C a průměrné roční srážky jsou 1250 mm. Hodnoty pozadí studované půdy byly: 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, prostý fosfor 18,55 mg kg-1, volný draslík 100,37 mg kg-1, celkový kadmium 0,3 mg kg-1, pH 5,4.
Dne 10. prosince 2017 bylo smícháno 6 mg/kg Cd2+ (CdCl2·2,5H2O) a ošetřeno vápnem (0, 750, 2250 a 3750 kg/h/m2) a aplikováno na povrch půdy ve vrstvě 0~10 cm na každý parcelu. Každé ošetření bylo opakováno 3krát. Testovací parcely byly umístěny náhodně, každá parcela pokrývala plochu 3 m2. Jednoleté sazenice Panax notoginseng byly přesazeny po 15 dnech zpracování půdy. Při použití sluneční clony je intenzita světla Panax notoginseng uvnitř sluneční clony přibližně 18 % normální intenzity přirozeného světla. Pěstování se provádí podle místních tradičních pěstitelských metod. Před fází zrání Panax notoginseng v roce 2019 se provádí postřik kyselinou šťavelovou ve formě oxalátu sodného. Koncentrace kyseliny šťavelové byly 0, 0,1 a 0,2 mol L-1 a k úpravě pH na 5,16, aby se simulovalo průměrné pH roztoku pro vyluhování opadu, byl použit NaOH. Horní a spodní strana listů se postřikuje jednou týdně v 8:00. Po čtyřech postřikech v 5. týdnu byly sklizeny tříleté rostliny Panax notoginseng.
V listopadu 2019 byly z pole odebrány tříleté rostliny Panax notoginseng a postříkány kyselinou šťavelovou. Některé vzorky tříletých rostlin Panax notoginseng, u kterých bylo třeba změřit fyziologický metabolismus a enzymatickou aktivitu, byly umístěny do zkumavek k zmrazení, rychle zmrazeny tekutým dusíkem a poté přeneseny do chladničky při teplotě -80 °C. Některé vzorky kořenů, u kterých měl být v době zralosti změřen obsah Cd a účinných látek, byly promyty vodou z vodovodu, sušeny při 105 °C po dobu 30 minut při konstantní hmotnosti při 75 °C a rozemlety v hmoždíři pro skladování.
Navažte 0,2 g suchého rostlinného vzorku, umístěte jej do Erlenmeyerovy baňky, přidejte 8 ml HNO3 a 2 ml HClO4 a přikryjte přes noc. Následující den použijte zakřivený trychtýř umístěný v Erlenmeyerově baňce k elektrotermickému rozkladu, dokud se neobjeví bílý kouř a trávicí šťávy nebudou vytékat čiré. Po ochlazení na pokojovou teplotu byla směs převedena do 10ml odměrné baňky. Obsah Cd byl stanoven pomocí atomového absorpčního spektrometru (Thermo ICE™ 3300 AAS, USA). (GB/T 23739-2009).
Navažte 0,2 g suchého rostlinného vzorku, umístěte jej do 50ml plastové lahvičky, přidejte 1 mol L-1 HCl do 10 ml, uzavřete víčko a dobře protřepávejte po dobu 15 hodin a přefiltrujte. Pipetou odeberte požadované množství filtrátu, odpovídajícím způsobem jej zřeďte a přidejte roztok SrCl2, dokud koncentrace Sr2+ nedosáhne 1 g L-1. Obsah Ca byl měřen atomovým absorpčním spektrometrem (Thermo ICE™ 3300 AAS, USA).
Pro metodu s referenční sadou pro malondialdehyd (MDA), superoxiddismutázu (SOD), peroxidázu (POD) a katalázu (CAT) (DNM-9602, Beijing Prong New Technology Co., Ltd., registrace produktu) použijte odpovídající měřicí sadu. Číslo: Beijing Pharmacopoeia (přesný) 2013 č. 2400147).
Navažte přibližně 0,05 g vzorku Panax notoginseng a přidejte po stranách zkumavky činidlo anthron-kyselina sírová. Zkumavku třepejte 2–3 sekundy, aby se kapalina důkladně promíchala. Zkumavku umístěte na stojan na zkumavky, aby se na 15 minut vyvinula barva. Obsah rozpustných cukrů byl stanoven ultrafialovou a viditelnou spektrofotometrií (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Čína) při vlnové délce 620 nm.
Navažte 0,5 g čerstvého vzorku Panax notoginseng, rozemlejte ho na homogenát s 5 ml destilované vody a poté centrifugujte při 10 000 g po dobu 10 minut. Supernatant byl zředěn na pevný objem. Byla použita metoda Coomassie Brilliant Blue. Obsah rozpustných bílkovin byl měřen pomocí ultrafialové a viditelné spektrofotometrie (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Čína) při vlnové délce 595 nm a vypočítán na základě standardní křivky bovinního sérového albuminu.
Navažte 0,5 g čerstvého vzorku, přidejte 5 ml 10% kyseliny octové, rozemlejte na homogenát, přefiltrujte a zřeďte na konstantní objem. Byla použita metoda vývoje barvy s roztokem ninhydrinu. Obsah volných aminokyselin byl stanoven UV-VIS spektrofotometrií (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Čína) při 570 nm a vypočítán na základě standardní křivky leucinu28.
Navažte 0,5 g čerstvého vzorku, přidejte 5 ml 3% roztoku kyseliny sulfosalicylové, zahřívejte ve vodní lázni a třepejte 10 minut. Po ochlazení byl roztok filtrován a doveden na konstantní objem. Byla použita kolorimetrická metoda s kyselým ninhydrinem. Obsah prolinu byl stanoven ultrafialovo-viditelnou spektrofotometrií (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Čína) při vlnové délce 520 nm a vypočítán na základě standardní křivky prolinu29.
Obsah saponinů byl stanoven vysokoúčinnou kapalinovou chromatografií s odkazem na Lékopis Čínské lidové republiky (vydání 2015). Základním principem vysokoúčinné kapalinové chromatografie je použití vysokotlaké kapaliny jako mobilní fáze a aplikace technologie separace ultrajemných částic vysokoúčinné sloupcové chromatografie na stacionární fázi. Pracovní technika je následující:
Podmínky HPLC a test vhodnosti systému (tabulka 1): Jako plnivo použijte silikagel vázaný na oktadecylsilan, jako mobilní fázi A acetonitril a jako mobilní fázi B vodu. Proveďte gradientovou eluci, jak je uvedeno v tabulce níže. Detekční vlnová délka je 203 nm. Podle píku R1 celkových saponinů Panax notoginseng by počet teoretických pater měl být alespoň 4000.
Příprava standardního roztoku: Přesně zvažte ginsenosid Rg1, ginsenosid Rb1 a notoginsenoside R1 a přidejte methanol, čímž připravíte směs obsahující 0,4 mg ginsenosidu Rg1, 0,4 mg ginsenosidu Rb1 a 0,1 mg notoginsenoside R1 na 1 ml roztoku.
Příprava testovacího roztoku: Navažte 0,6 g prášku z Panax ginseng a přidejte 50 ml methanolu. Smíchaný roztok byl zvážen (W1) a ponechán přes noc. Smíchaný roztok byl poté mírně vařen ve vodní lázni při 80 °C po dobu 2 hodin. Po ochlazení zvažte smíchaný roztok a k první hmotnosti W1 přidejte připravený methanol. Poté dobře protřepejte a přefiltrujte. Filtrát se ponechá k analýze.
Přesně odeberte 10 μl standardního roztoku a 10 μl filtrátu a vstříkněte je do vysoce účinného kapalinového chromatografu (Thermo HPLC-ultimate 3000, Seymour Fisher Technology Co., Ltd.) pro stanovení obsahu saponinu 24.
Standardní křivka: měření směsného standardního roztoku Rg1, Rb1 a R1. Chromatografické podmínky jsou stejné jako výše. Standardní křivku vypočítejte vynesením naměřené plochy píku na osu y a koncentrace saponinu ve standardním roztoku na osu x. Koncentraci saponinu lze vypočítat dosazením naměřené plochy píku vzorku do standardní křivky.
Navažte 0,1 g vzorku P. notogensings a přidejte 50 ml 70% roztoku CH3OH. Ultrazvuková extrakce byla prováděna po dobu 2 hodin, následovala centrifugace při 4000 ot/min po dobu 10 minut. Odeberte 1 ml supernatantu a zřeďte jej 12krát. Obsah flavonoidů byl stanoven pomocí ultrafialové a viditelné spektrofotometrie (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Čína) při vlnové délce 249 nm. Kvercetin je jednou ze standardních běžných látek8.
Data byla uspořádána pomocí softwaru Excel 2010. Pro provedení analýzy rozptylu dat byl použit statistický software SPSS 20. Obrázky byly vykresleny pomocí programu Origin Pro 9.1. Vypočítané statistické hodnoty zahrnují průměr ± SD. Údaj o statistické významnosti je založen na P < 0,05.
Při stejné koncentraci kyseliny šťavelové postřikované na listy se obsah Ca v kořenech rostliny Panax notoginseng významně zvýšil se zvyšujícím se množstvím aplikovaného vápna (tabulka 2). Ve srovnání s absencí vápna se obsah Ca zvýšil o 212 % při přidání 3750 kg/h/m2 vápna bez postřiku kyselinou šťavelovou. Při stejném množství aplikovaného vápna se obsah Ca mírně zvýšil se zvyšující se koncentrací postřiku kyselinou šťavelovou.
Obsah Cd v kořenech se pohybuje od 0,22 do 0,70 mg kg-1. Při stejné koncentraci postřiku kyselinou šťavelovou se s rostoucím množstvím přidaného vápna obsah Cd při 2250 kg/h významně snižuje. Ve srovnání s kontrolou se obsah Cd v kořenech snížil o 68,57 % po postřiku 2250 kg hm-2 vápna a 0,1 mol l-1 kyseliny šťavelové. Při aplikaci bezvápného vápna a vápna s dávkou 750 kg/h se obsah Cd v kořenech Panax notoginseng významně snížil se zvyšující se koncentrací postřiku kyselinou šťavelovou. Při aplikaci 2250 kg/m2 vápna a 3750 kg/m2 vápna se obsah Cd v kořenech nejprve snížil a poté se zvyšující se koncentrací kyseliny šťavelové zvýšil. Kromě toho bivariační analýza ukázala, že vápno mělo významný vliv na obsah Ca v kořenech Panax notoginseng (F = 82,84**), vápno mělo významný vliv na obsah Cd v kořenech Panax notoginseng (F = 74,99**) a kyseliny šťavelové (F = 7,72*).
S rostoucím množstvím přidaného vápna a koncentrací postřikované kyseliny šťavelové se obsah MDA významně snižoval. V obsahu MDA v kořenech rostliny Panax notoginseng bez přidání vápna a s přidáním 3750 kg/m2 vápna nebyl zjištěn žádný významný rozdíl. Při aplikačních dávkách 750 kg/h/m2 a 2250 kg/h/m2 se obsah vápna po postřiku 0,2 mol/l kyseliny šťavelové snížil o 58,38 %, respektive 40,21 %, ve srovnání s postřikem bez kyseliny šťavelové. Nejnižší obsah MDA (7,57 nmol g-1) byl pozorován při postřiku 750 kg vápna hm-2 a 0,2 mol l-1 kyseliny šťavelové (obr. 1).
Vliv listového postřiku kyselinou šťavelovou na obsah malondialdehydu v kořenech Panax notoginseng za stresu kadmiem. Poznámka: Legenda na obrázku uvádí koncentraci kyseliny šťavelové při postřiku (mol L-1), různá malá písmena označují významné rozdíly mezi ošetřeními se stejnou aplikací vápna. číslem (P < 0,05). Totéž níže.
S výjimkou aplikace 3750 kg/h vápna nebyl zjištěn žádný významný rozdíl v aktivitě SOD v kořenech Panax notoginseng. Při přidání 0, 750 a 2250 kg/h/m2 vápna byla aktivita SOD při ošetření postřikem kyselinou šťavelovou v koncentraci 0,2 mol/l významně vyšší než bez použití kyseliny šťavelové, a to o 177,89 %, 61,62 % a 45,08 %. Aktivita SOD v kořenech (598,18 U g-1) byla nejvyšší bez aplikace vápna a při ošetření postřikem kyselinou šťavelovou v koncentraci 0,2 mol/l. Při ošetření kyselinou šťavelovou ve stejné koncentraci nebo 0,1 mol L-1 se aktivita SOD zvyšovala se zvyšujícím se množstvím přidaného vápna. Po postřiku 0,2 mol/l kyseliny šťavelové se aktivita SOD významně snížila (obr. 2).
Vliv postřiku listů kyselinou šťavelovou na aktivitu superoxiddismutázy, peroxidázy a katalázy v kořenech Panax notoginseng za kadmiového stresu
Stejně jako aktivita SOD v kořenech byla i aktivita POD v kořenech ošetřených bez vápna a postřikovaných 0,2 mol L-1 kyselinou šťavelovou nejvyšší (63,33 µmol g-1), což je o 148,35 % více než u kontroly (25,50 µmol g-1). Se zvyšující se koncentrací postřiku kyselinou šťavelovou a ošetřením vápnem 3750 kg/m2 se aktivita POD nejprve zvyšovala a poté snižovala. Ve srovnání s ošetřením 0,1 mol L-1 kyselinou šťavelovou se aktivita POD po ošetření 0,2 mol L-1 kyselinou šťavelovou snížila o 36,31 % (obr. 2).
S výjimkou postřiku 0,2 mol/l kyseliny šťavelové a přidání 2250 kg/h/m2 nebo 3750 kg/h/m2 vápna byla aktivita CAT významně vyšší než u kontroly. Při postřiku 0,1 mol/l kyseliny šťavelové a přidání 0,2250 kg/m2 nebo 3750 kg/h/m2 vápna se aktivita CAT zvýšila o 276,08 %, 276,69 % a 33,05 % ve srovnání s ošetřením bez postřiku kyselinou šťavelovou. Aktivita CAT v kořenech byla nejvyšší (803,52 μmol/g) při ošetření bez vápna a při ošetření 0,2 mol/l kyseliny šťavelové. Aktivita CAT byla nejnižší (172,88 μmol/g) při ošetření 3750 kg/h/m2 vápna a 0,2 mol/l kyseliny šťavelové (obr. 2).
Bivariační analýza ukázala, že aktivita CAT a aktivita MDA v kořenech Panax notoginseng byly významně spojeny s množstvím postřiku kyselinou šťavelovou nebo vápnem a s oběma ošetřeními (tabulka 3). Aktivita SOD v kořenech byla významně spojena s ošetřením vápnem a kyselinou šťavelovou nebo s koncentrací postřiku kyselinou šťavelovou. Aktivita POD v kořenech byla významně závislá na množství aplikovaného vápna nebo na ošetření vápnem a kyselinou šťavelovou.
Obsah rozpustných cukrů v kořenech se snižoval se zvyšujícím se množstvím aplikovaného vápna a koncentrací postřiku kyselinou šťavelovou. Nebyl zjištěn žádný významný rozdíl v obsahu rozpustných cukrů v kořenech Panax notoginseng bez aplikace vápna a při aplikaci 750 kg/h/m² vápna. Při aplikaci 2250 kg/m² vápna byl obsah rozpustných cukrů při ošetření 0,2 mol/l kyseliny šťavelové výrazně vyšší než při ošetření bez postřiku kyselinou šťavelovou, a to o 22,81 %. Při aplikaci 3750 kg/h/m² vápna se obsah rozpustných cukrů výrazně snížil se zvyšující se koncentrací postřiku kyselinou šťavelovou. Obsah rozpustných cukrů při ošetření 0,2 mol/l kyseliny šťavelové se snížil o 38,77 % ve srovnání s ošetřením bez postřiku kyselinou šťavelovou. Kromě toho měl postřik 0,2 mol·l-1 kyseliny šťavelové nejnižší obsah rozpustných cukrů, který činil 205,80 mg·g-1 (obr. 3).
Vliv listového postřiku kyselinou šťavelovou na obsah rozpustného celkového cukru a rozpustných bílkovin v kořenech Panax notoginseng za stresu kadmiem
Obsah rozpustných bílkovin v kořenech se snižoval se zvyšujícím se množstvím aplikovaného vápna a postřiku kyselinou šťavelovou. Bez přidání vápna se obsah rozpustných bílkovin při ošetření postřikem kyselinou šťavelovou v koncentraci 0,2 mol L-1 významně snížil o 16,20 % ve srovnání s kontrolou. Nebyly zjištěny žádné významné rozdíly v obsahu rozpustných bílkovin v kořenech Panax notoginseng při aplikaci 750 kg vápna/h. Za aplikačních podmínek 2250 kg/h/m² vápna byl obsah rozpustných bílkovin při ošetření postřikem kyselinou šťavelovou o koncentraci 0,2 mol/l významně vyšší než při ošetření postřikem bez kyseliny šťavelové (35,11 %). Při aplikaci 3750 kg·h/m² vápna se obsah rozpustných bílkovin významně snižoval se zvyšující se koncentrací postřiku kyselinou šťavelovou, s nejnižším obsahem rozpustných bílkovin (269,84 μg·g-1) při ošetření postřikem kyselinou šťavelovou o koncentraci 0,2 mol·L-1 (obr. 3).
V obsahu volných aminokyselin v kořeni rostliny Panax notoginseng nebyly zjištěny žádné významné rozdíly bez aplikace vápna. Se zvyšující se koncentrací kyseliny šťavelové v postřiku a přidáním 750 kg/h/m2 vápna se obsah volných aminokyselin nejprve snižoval a poté zvyšoval. Ve srovnání s ošetřením bez postřiku kyselinou šťavelovou se obsah volných aminokyselin významně zvýšil o 33,58 % při postřiku 2250 kg hm-2 vápna a 0,2 mol l-1 kyseliny šťavelové. Obsah volných aminokyselin se významně snižoval se zvyšující se koncentrací kyseliny šťavelové v postřiku a přidáním 3750 kg/m2 vápna. Obsah volných aminokyselin při postřiku s 0,2 mol l-1 kyseliny šťavelové se snížil o 49,76 % ve srovnání s postřikem bez kyseliny šťavelové. Obsah volných aminokyselin byl nejvyšší bez postřiku kyselinou šťavelovou a činil 2,09 mg g-1. Nejnižší obsah volných aminokyselin (1,05 mg/g) měl sprej s kyselinou šťavelovou o koncentraci 0,2 mol/l (obr. 4).
Vliv postřiku listů kyselinou šťavelovou na obsah volných aminokyselin a prolinu v kořenech Panax notoginseng za stresových podmínek kadmia
Obsah prolinu v kořenech se snižoval se zvyšujícím se množstvím aplikovaného vápna a množstvím postřiku kyselinou šťavelovou. Nebyly zjištěny žádné významné rozdíly v obsahu prolinu v kořeni Panax ginseng, pokud vápno nebylo aplikováno. Se zvyšující se koncentrací kyseliny šťavelové v postřiku a zvyšující se aplikací 750 nebo 2250 kg/m2 vápna se obsah prolinu nejprve snižoval a poté zvyšoval. Obsah prolinu v postřiku s 0,2 mol L-1 kyseliny šťavelové byl významně vyšší než v postřiku s 0,1 mol L-1 kyseliny šťavelové, a to o 19,52 %, respektive o 44,33 %. Po přidání 3750 kg/m2 vápna se obsah prolinu významně snižoval se zvyšující se koncentrací postřikované kyseliny šťavelové. Po postřiku s 0,2 mol L-1 kyseliny šťavelové se obsah prolinu snížil o 54,68 % ve srovnání s postřikem bez postřiku kyselinou šťavelovou. Nejnižší obsah prolinu byl při ošetření 0,2 mol/l kyseliny šťavelové a činil 11,37 μg/g (obr. 4).
Celkový obsah saponinů v rostlině Panax notoginseng je Rg1>Rb1>R1. Nebyl zjištěn žádný významný rozdíl v obsahu všech tří saponinů se zvyšující se koncentrací postřiku kyselinou šťavelovou a koncentrací bez aplikace vápna (tabulka 4).
Obsah R1 po postřiku 0,2 mol L-1 kyseliny šťavelové byl významně nižší než bez postřiku kyselinou šťavelovou a s aplikací dávky vápna 750 nebo 3750 kg/m2. Při koncentraci kyseliny šťavelové postřikované 0 nebo 0,1 mol/l nebyl zjištěn žádný významný rozdíl v obsahu R1 se zvyšujícím se množstvím přidaného vápna. Při koncentraci kyseliny šťavelové postřikované 0,2 mol/l byl obsah R1 ve vápně 3750 kg/h/m2 významně nižší než 43,84 % bez přidání vápna (tabulka 4).
S rostoucí koncentrací kyseliny šťavelové v postřiku a přidáním 750 kg/m2 vápna se obsah Rg1 nejprve zvyšoval a poté snižoval. Při dávkování vápna 2250 a 3750 kg/h se obsah Rg1 snižoval se zvyšující se koncentrací kyseliny šťavelové v postřiku. Při stejné koncentraci postřikované kyseliny šťavelové se s rostoucím množstvím vápna obsah Rg1 nejprve zvyšuje a poté snižuje. Ve srovnání s kontrolou, s výjimkou obsahu Rg1 ve třech koncentracích kyseliny šťavelové a ošetření vápnem 750 kg/m2, který byl vyšší než v kontrole, byl obsah Rg1 v kořenech Panax notoginseng v ostatních ošetřeních nižší než v kontrole. Maximální obsah Rg1 byl při postřiku vápnem 750 kg/h/m2 a 0,1 mol/l kyseliny šťavelové, což bylo o 11,54 % více než v kontrole (tabulka 4).
S rostoucí koncentrací kyseliny šťavelové v postřiku a množstvím aplikovaného vápna při průtoku 2250 kg/h se obsah Rb1 nejprve zvyšoval a poté snižoval. Po postřiku 0,1 mol L-1 kyseliny šťavelové dosáhl obsah Rb1 maximální hodnoty 3,46 %, což bylo o 74,75 % více než bez postřiku kyselinou šťavelovou. U jiných ošetření vápnem nebyly mezi různými koncentracemi postřiku kyselinou šťavelovou zjištěny žádné významné rozdíly. Po postřiku 0,1 a 0,2 mol L-1 kyseliny šťavelové se se zvyšujícím se množstvím vápna obsah Rb1 nejprve snižoval a poté snižoval (tabulka 4).
Při stejné koncentraci postřiku kyselinou šťavelovou se s rostoucím množstvím přidaného vápna obsah flavonoidů nejprve zvyšoval a poté snižoval. Nebyl zjištěn žádný významný rozdíl v obsahu flavonoidů při postřiku různými koncentracemi kyseliny šťavelové bez vápna a 3750 kg/m2 vápna. Při přidání 750 a 2250 kg/m2 vápna se s rostoucí koncentrací postřikované kyseliny šťavelové obsah flavonoidů nejprve zvyšoval a poté snižoval. Při aplikaci 750 kg/m2 a postřiku kyselinou šťavelovou v koncentraci 0,1 mol/l byl obsah flavonoidů maximální – 4,38 mg/g, což je o 18,38 % více než při přidání stejného množství vápna, a nebylo nutné postřikovat kyselinou šťavelovou. Obsah flavonoidů při ošetření postřikem kyselinou šťavelovou o koncentraci 0,1 mol L-1 se zvýšil o 21,74 % ve srovnání s ošetřením bez kyseliny šťavelové a ošetřením vápnem v dávce 2250 kg/m2 (obr. 5).
Vliv postřiku listů oxalátem na obsah flavonoidů v kořeni Panax notoginseng za kadmiového stresu
Bivariační analýza ukázala, že obsah rozpustných cukrů v kořenech Panax notoginseng byl významně závislý na množství aplikovaného vápna a koncentraci kyseliny šťavelové postřikem. Obsah rozpustných bílkovin v kořenech byl významně korelován s dávkou vápna a kyseliny šťavelové. Obsah volných aminokyselin a prolinu v kořenech byl významně korelován s množstvím aplikovaného vápna, koncentrací kyseliny šťavelové postřikem, vápnem a kyselinou šťavelovou (tabulka 5).
Obsah R1 v kořenech Panax notoginseng byl významně závislý na koncentraci postřiku kyselinou šťavelovou, množství aplikovaného vápna, vápna a kyseliny šťavelové. Obsah flavonoidů významně závisel na koncentraci postřiku kyselinou šťavelovou a množství přidaného vápna.
K snížení hladiny kadmia v rostlinách bylo použito mnoho hnojiv, jako je vápno a kyselina šťavelová30. Vápno se široce používá jako půdní hnojivo ke snížení hladiny kadmia v plodinách31. Liang a kol.32 uvedli, že kyselinu šťavelovou lze také použít k remediaci půdy kontaminované těžkými kovy. Po přidání různých koncentrací kyseliny šťavelové do kontaminované půdy se zvýšil obsah organické hmoty v půdě, snížila se kapacita kationtové výměny a zvýšilo se pH33. Kyselina šťavelová může také reagovat s kovovými ionty v půdě. Za stresových podmínek z důvodu kadmia se obsah kadmia v Panax notoginseng významně zvýšil ve srovnání s kontrolou. Pokud se však použije vápno, výrazně se sníží. Při aplikaci 750 kg/h/m² vápna v této studii dosáhl obsah kadmia v kořenech národní normy (limit kadmia je Cd ≤ 0,5 mg/kg, AQSIQ, GB/T 19086-200834) a účinek byl dobrý. Nejlepšího efektu se dosáhne přidáním 2250 kg/m2 vápna. Přidání vápna vytváří v půdě velké množství konkurenčních míst pro Ca2+ a Cd2+ a přidání kyseliny šťavelové snižuje obsah Cd v kořenech Panax notoginseng. Po smíchání vápna a kyseliny šťavelové se obsah Cd v kořeni Panax ginseng výrazně snížil a dosáhl národní normy. Ca2+ v půdě se adsorbuje na povrch kořene procesem hmotnostního toku a může být absorbován do kořenových buněk prostřednictvím vápníkových kanálů (Ca2+ kanály), vápníkových pump (Ca2+-AT-Páza) a Ca2+/H+ antiporterů a poté horizontálně transportován ke kořenům. Xylem23. Mezi obsahem Ca a Cd v kořenech byla zjištěna významná negativní korelace (P < 0,05). Obsah Cd se snižoval se zvyšujícím se obsahem Ca, což je v souladu s myšlenkou antagonismu mezi Ca a Cd. ANOVA ukázala, že množství vápna mělo významný vliv na obsah Ca v kořeni Panax notoginseng. Pongrack a kol. 35 uvádí, že Cd se váže na oxalát v krystalech oxalátu vápenatého a soutěží s Ca. Regulační účinek kyseliny šťavelové na Ca však byl nevýznamný. To ukazuje, že srážení oxalátu vápenatého z kyseliny šťavelové a Ca2+ není jednoduché srážení a proces koprecipitace může být řízen několika metabolickými cestami.
Při stresu kadmiem se v rostlinách tvoří velké množství reaktivních forem kyslíku (ROS), které poškozují strukturu buněčných membrán36. Obsah malondialdehydu (MDA) lze použít jako indikátor pro posouzení hladiny ROS a stupně poškození plazmatické membrány rostlin37. Antioxidační systém je důležitým ochranným mechanismem pro zachycování reaktivních forem kyslíku38. Aktivita antioxidačních enzymů (včetně POD, SOD a CAT) je obvykle ovlivněna stresem kadmiem. Výsledky ukázaly, že obsah MDA pozitivně koreloval s koncentrací Cd, což naznačuje, že rozsah peroxidace lipidů v rostlinných membránách se prohlubuje se zvyšující se koncentrací Cd37. To je v souladu s výsledky studie Ouyanga a kol.39. Tato studie ukazuje, že obsah MDA je významně ovlivněn vápnem, kyselinou šťavelovou, vápnem a kyselinou šťavelovou. Po rozprašování 0,1 mol L-1 kyseliny šťavelové se obsah MDA v Panax notoginseng snížil, což naznačuje, že kyselina šťavelová by mohla snižovat biologickou dostupnost hladin Cd a ROS v Panax notoginseng. Detoxikační funkce rostliny probíhá v antioxidačním enzymovém systému. SOD odstraňuje O2- obsažený v rostlinných buňkách a produkuje netoxický O2 a nízkotoxický H2O2. POD a CAT odstraňují H2O2 z rostlinných tkání a katalyzují rozklad H2O2 na H2O. Na základě analýzy proteomu iTRAQ bylo zjištěno, že hladiny exprese proteinů SOD a PAL byly po aplikaci vápna za stresu Cd40 sníženy a hladina exprese POD byla zvýšena. Aktivita CAT, SOD a POD v kořeni Panax notoginseng byla významně ovlivněna dávkou kyseliny šťavelové a vápna. Postřik 0,1 mol L-1 kyselinou šťavelovou významně zvýšil aktivitu SOD a CAT, ale regulační účinek na aktivitu POD nebyl zřejmý. To ukazuje, že kyselina šťavelová urychluje rozklad ROS za stresu Cd a hlavně dokončuje odstraňování H2O2 regulací aktivity CAT, což je podobné výsledkům výzkumu Guo et al.41 o antioxidačních enzymech Pseudospermum sibiricum. Kos. ). Vliv přidání 750 kg/h/m2 vápna na aktivitu enzymů antioxidačního systému a obsah malondialdehydu je podobný účinku postřiku kyselinou šťavelovou. Výsledky ukázaly, že postřik kyselinou šťavelovou by mohl účinněji zvýšit aktivitu SOD a CAT u Panax notoginseng a zvýšit odolnost Panax notoginseng vůči stresu. Aktivita SOD a POD byla snížena ošetřením 0,2 mol L-1 kyseliny šťavelové a 3750 kg hm-2 vápna, což naznačuje, že nadměrný postřik vysokými koncentracemi kyseliny šťavelové a Ca2+ může způsobit stres rostlin, což je v souladu se studií Luo et al. Wait 42.