Благодарим вас за посещение сайта Nature.com. Вы используете версию браузера с ограниченной поддержкой CSS. Для наилучшего взаимодействия с сайтом мы рекомендуем использовать обновленную версию браузера (или отключить режим совместимости в Internet Explorer). Кроме того, для обеспечения дальнейшей поддержки мы отображаем сайт без стилей и JavaScript.
Слайдеры, отображающие по три статьи на каждом слайде. Используйте кнопки «Назад» и «Далее» для перемещения по слайдам или кнопки управления слайдами в конце для перехода к следующему слайду.
Загрязнение кадмием (Cd) представляет угрозу для выращивания лекарственного растения Panax notoginseng в провинции Юньнань. В условиях экзогенного стресса, вызванного Cd, ​​был проведен полевой эксперимент для изучения влияния внесения извести (0,750, 2250 и 3750 кг м⁻²) и опрыскивания щавелевой кислотой (0, 0,1 и 0,2 моль л⁻¹) на накопление Cd и антиоксидантное действие системных и лекарственных компонентов, влияющих на Panax notoginseng. Результаты показали, что негашеная известь и внекорневая подкормка щавелевой кислотой могут повысить уровень Ca²⁺ в Panax notoginseng в условиях стресса, вызванного Cd, ​​и снизить токсичность Cd²⁺. Добавление извести и щавелевой кислоты повысило активность антиоксидантных ферментов и изменило метаболизм осморегуляторов. Активность каталазы (CAT) увеличилась наиболее значительно, в 2,77 раза. Максимальная активность супероксиддисмутазы (SOD) увеличилась в 1,78 раза при обработке щавелевой кислотой. Содержание МДА снизилось на 58,38%. Наблюдается очень значительная корреляция с растворимыми сахарами, свободными аминокислотами, пролином и растворимыми белками. Известь и щавелевая кислота могут увеличивать содержание ионов кальция (Ca2+), снижать содержание кадмия (Cd), повышать стрессоустойчивость Panax notoginseng и увеличивать общее производство сапонинов и флавоноидов. Содержание Cd было самым низким, на 68,57% ниже, чем в контрольной группе, что соответствует стандартному значению (Cd≤0,5 мг/кг, GB/T 19086-2008). Доля СПН составила 7,73%, что достигло наивысшего уровня в каждой группе обработки, а содержание флавоноидов значительно увеличилось на 21,74%, достигнув стандартного значения для препарата и наилучшего выхода.
Кадмий (Cd), как распространенный загрязнитель обрабатываемых почв, легко мигрирует и обладает значительной биологической токсичностью1. Эль-Шафеи и др. 2 сообщили, что токсичность Cd влияет на качество и продуктивность используемых растений. В последние годы явление избытка кадмия в почве обрабатываемых земель на юго-западе Китая стало очень серьезным. Провинция Юньнань является «королевством биоразнообразия» Китая, и среди лекарственных растений она занимает первое место в стране. Однако богатые минеральные ресурсы провинции Юньнань неизбежно приводят к загрязнению почвы тяжелыми металлами в процессе добычи, что влияет на производство местных лекарственных растений.
Panax notoginseng (Burkill) Chen3 — очень ценное многолетнее лекарственное растение, принадлежащее к роду Araliaceae Panax ginseng. Корень Panax notoginseng способствует кровообращению, устраняет застой крови и облегчает боль. Основное место выращивания — префектура Вэньшань, провинция Юньнань 5. Загрязнение кадмием (Cd) присутствовало более чем на 75% площади почвы в районе выращивания Panax notoginseng и превышало 81-100% в различных местах6. Токсическое действие Cd также значительно снижает выработку лекарственных компонентов Panax notoginseng, особенно сапонинов и флавоноидов. Сапонины — это класс агликонов, среди которых агликоны — это тритерпеноиды или спиростераны, которые являются основными активными ингредиентами многих китайских лекарственных трав и содержат сапонины. Некоторые сапонины также обладают ценными биологическими свойствами, такими как антибактериальное, жаропонижающее, седативное и противораковое действие7. Флавоноиды обычно представляют собой ряд соединений, в которых два бензольных кольца с фенольными гидроксильными группами связаны через три центральных атома углерода, а основным ядром является 2-фенилхроманон8. Это сильный антиоксидант, который может эффективно удалять свободные радикалы кислорода в растениях, подавлять выделение воспалительных биологических ферментов, способствовать заживлению ран и облегчению боли, а также снижать уровень холестерина. Это один из основных активных ингредиентов женьшеня Panax. Решение проблемы загрязнения почвы кадмием в районах выращивания женьшеня Panax notoginseng является необходимым условием для обеспечения производства его основных лекарственных компонентов.
Известь является одним из распространенных пассиваторов для фиксации кадмиевого загрязнения почвы in situ. Она влияет на адсорбцию и осаждение Cd в почве и снижает биологическую активность Cd в почве за счет повышения pH и изменения емкости катионного обмена почвы (CEC), насыщенности почвы солью (BS) и эффективности окислительно-восстановительного потенциала почвы (Eh)3,11. Кроме того, известь обеспечивает большое количество Ca2+, который образует ионный антагонизм с Cd2+, конкурирует за места адсорбции в корнях, предотвращает транспорт Cd в побеги и обладает низкой биологической токсичностью. При добавлении 50 ммоль/л Ca в условиях кадмиевого стресса транспорт Cd в листьях кунжута был подавлен, а накопление Cd снижено на 80%. Многочисленные исследования по этой теме проводились на рисе (Oryza sativa L.) и других культурах12,13.
Опрыскивание листьев сельскохозяйственных культур для контроля накопления тяжелых металлов — это новый метод борьбы с тяжелыми металлами, появившийся в последние годы. Принцип действия в основном связан с реакцией хелатирования в растительных клетках, которая приводит к отложению тяжелых металлов на клеточной стенке и ингибирует поглощение тяжелых металлов растениями14,15. Щавелевая кислота, как стабильный хелатирующий агент на основе дикарбоновых кислот, может непосредственно хелатировать ионы тяжелых металлов в растениях, тем самым снижая токсичность. Исследования показали, что щавелевая кислота в соевых бобах может хелатировать Cd2+ и высвобождать содержащие Cd кристаллы через апикальные клетки трихом, снижая уровень Cd2+ в организме16. Щавелевая кислота может регулировать pH почвы, повышать активность супероксиддисмутазы (СОД), пероксидазы (ПОД) и каталазы (КАТ), а также регулировать проникновение растворимых сахаров, растворимых белков, свободных аминокислот и пролина. Модуляторы метаболизма17,18. Кислотные вещества и избыток Ca2+ в оксалатсодержащих растениях под действием белков зародыша образуют осадки оксалата кальция. Регулирование концентрации Ca2+ в растениях может эффективно регулировать растворенную щавелевую кислоту и Ca2+ в растениях и предотвращать чрезмерное накопление щавелевой кислоты и Ca2+19,20.
Количество вносимой извести является одним из ключевых факторов, влияющих на эффективность восстановления. Установлено, что потребление извести колеблется от 750 до 6000 кг·ч·м−2. Для кислых почв с pH 5,0-5,5 эффект от внесения извести в дозе 3000-6000 кг·ч·м−2 был значительно выше, чем при дозе 750 кг·ч·м−221. Однако чрезмерное внесение извести может вызвать некоторые негативные последствия для почвы, такие как значительные изменения pH почвы и ее уплотнение22. Поэтому мы установили уровни обработки CaO на уровне 0, 750, 2250 и 3750 кг·ч·м−2. При применении щавелевой кислоты к арабидопсису было обнаружено значительное снижение содержания Ca2+ при концентрации 10 мМ/л, а семейство генов CRT, влияющих на передачу сигналов Ca2+, проявляло сильную реакцию20. Накопление данных предыдущих исследований позволило нам определить концентрацию для данного эксперимента и продолжить изучение взаимодействия экзогенных добавок с Ca2+ и Cd2+23,24,25. Таким образом, данное исследование направлено на изучение механизма регуляции воздействия местного применения извести и внекорневой подкормки щавелевой кислотой на содержание Cd и стрессоустойчивость Panax notoginseng на почвах, загрязненных Cd, а также на дальнейшее исследование наилучших способов и средств обеспечения качества лекарственного препарата Panax notoginseng. Это предоставляет ценную информацию для руководства расширением выращивания травянистых растений на почвах, загрязненных кадмием, и обеспечения высококачественного, устойчивого производства для удовлетворения рыночного спроса на лекарственные препараты.
В полевых условиях в Ланьничжай (24°11′ с.ш., 104°3′ в.д., высота 1446 м), уезд Цюбэй, префектура Вэньшань, провинция Юньнань, был проведен полевой эксперимент с использованием местного сорта нотоженьшеня Вэньшань. Среднегодовая температура составляет 17°C, а среднегодовое количество осадков — 1250 мм. Фоновые значения исследуемой почвы: общий азот (TN) 0,57 г кг⁻¹, общий фосфор (TP) 1,64 г кг⁻¹, общий углерод (TC) 16,31 г кг⁻¹, относительная влажность (RH) 31,86 г кг⁻¹, щелочной гидролизованный азот (N) 88,82 мг кг⁻¹, эффективный фосфор (P) 18,55 мг кг⁻¹, доступный калий (K) 100,37 мг кг⁻¹, общий кадмий (Cd) 0,3 мг кг⁻¹ и pH 5,4.
10 декабря 2017 года в каждый участок вносили 6 мг/кг Cd2+ (CdCl2 2,5H2O) и известь (0,750, 2250 и 3750 кг·ч·м⁻²), которые смешивали с верхним слоем почвы 0–10 см. Каждая обработка повторялась 3 раза. Экспериментальные участки располагались случайным образом, площадь каждого участка составляла 3 м². Однолетние саженцы Panax notoginseng пересаживали через 15 дней после посадки в почву. При использовании затеняющих сеток интенсивность света в затененном участке Panax notoginseng составляла около 18% от нормальной интенсивности естественного света. Выращивание осуществлялось в соответствии с местными традиционными методами. К стадии созревания Panax notoginseng в 2019 году проводили опрыскивание щавелевой кислотой в виде оксалата натрия. Концентрация щавелевой кислоты составляла 0, 0,1 и 0,2 моль/л соответственно, а pH регулировали до 5,16 с помощью NaOH, чтобы имитировать средний pH фильтрата осадка. Опрыскивание верхней и нижней поверхностей листьев проводили один раз в неделю в 8 утра. После 4 опрыскиваний 3-летние растения Panax notoginseng были собраны на 5-й неделе.
В ноябре 2019 года в полевых условиях были собраны трехлетние растения Panax notoginseng, обработанные щавелевой кислотой. Некоторые образцы трехлетних растений Panax notoginseng для исследования физиологического метаболизма и ферментативной активности были помещены в морозильные пробирки, быстро заморожены в жидком азоте, а затем перенесены в холодильник при температуре -80°C. В образцах корней необходимо было определить содержание Cd и активного вещества в части, находящейся в стадии зрелости. После промывания водопроводной водой образцы высушивали при 105°C в течение 30 минут, выдерживали при 75°C и измельчали ​​в ступке. Затем образцы хранили.
Взвесьте 0,2 г высушенных образцов растений в колбу Эрленмейера, добавьте 8 мл HNO3 и 2 мл HClO4 и закройте пробкой на ночь. На следующий день воронку с изогнутым горлышком поместите в треугольную колбу для электротермического разложения до появления белого дыма и прозрачности раствора для разложения. После охлаждения до комнатной температуры смесь перенесите в мерную колбу объемом 10 мл. Содержание Cd определяли на атомно-абсорбционном спектрометре (Thermo ICE™ 3300 AAS, США). (GB/T 23739-2009).
Взвесьте 0,2 г высушенных образцов растений в пластиковую бутылку объемом 50 мл, добавьте 10 мл 1 моль/л HCl, закройте и встряхивайте в течение 15 часов, затем отфильтруйте. С помощью пипетки наберите необходимое количество фильтрата для соответствующего разведения и добавьте раствор SrCl2, чтобы довести концентрацию Sr2+ до 1 г/л. Содержание Ca определяли с помощью атомно-абсорбционного спектрометра (Thermo ICE™ 3300 AAS, США).
Для определения содержания малонового диальдегида (МДА), супероксиддисмутазы (СОД), пероксидазы (ПОД) и каталазы (КАТ) используйте референсный набор реагентов (DNM-9602, Beijing Pulang New Technology Co., Ltd., регистрационный номер продукта), а также соответствующий номер измерительного набора: Jingyaodianji (quasi) word 2013 No. 2400147).
Отмерьте 0,05 г образца Panax notoginseng и добавьте антрон-сернокислотный реагент вдоль стенки пробирки. Встряхивайте пробирку в течение 2-3 секунд для тщательного перемешивания жидкости. Поместите пробирку на штатив для пробирок на 15 минут. Содержание растворимых сахаров определяли с помощью УФ-видимой спектрофотометрии (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Китай) при длине волны 620 нм.
Взвесьте 0,5 г свежего образца Panax notoginseng, измельчите его до гомогенизации с 5 мл дистиллированной воды и центрифугируйте при 10 000 g в течение 10 минут. Разбавьте надосадочную жидкость до фиксированного объема. Используйте метод с использованием кумасси бриллиантового синего. Содержание растворимого белка определяли методом спектрофотометрии в ультрафиолетовой и видимой областях спектра (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Китай) при длине волны 595 нм и рассчитывали по стандартной кривой бычьего сывороточного альбумина.
Взвесить 0,5 г свежего образца, добавить 5 мл 10% уксусной кислоты для измельчения и гомогенизации, отфильтровать и разбавить до постоянного объема. Хромогенный метод с использованием раствора нингидрина. Содержание свободных аминокислот определяли методом ультрафиолетово-видимой спектрофотометрии (УФ-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Китай) при длине волны 570 нм и рассчитывали по стандартной кривой лейцина.
Взвесить 0,5 г свежего образца, добавить 5 мл 3%-ного раствора сульфосалициловой кислоты, нагревать на водяной бане и встряхивать в течение 10 минут. После охлаждения раствор отфильтровать и довести до постоянного объема. Использовали хромогенный метод с нингидрином. Содержание пролина определяли методом УФ-видимой спектрофотометрии (УФ-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Китай) при длине волны 520 нм и рассчитывали по стандартной калибровочной кривой пролина.
Содержание сапонинов определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) в соответствии с Фармакопеей Китайской Народной Республики (издание 2015 г.). Основной принцип ВЭЖХ заключается в использовании жидкости высокого давления в качестве подвижной фазы и применении высокоэффективной технологии разделения на стационарной фазовой колонке для получения ультрадисперсных частиц. Техника работы следующая:
Условия ВЭЖХ и проверка пригодности системы (таблица 1): Градиентное элюирование проводилось согласно следующей таблице с использованием силикагеля, связанного с октадецилсиланом, в качестве наполнителя, ацетонитрила в качестве подвижной фазы А, воды в качестве подвижной фазы В, а длина волны детектирования составляла 203 нм. Количество теоретических чашек, рассчитанное по пику R1 сапонинов Panax notoginseng, должно составлять не менее 4000.
Приготовление эталонного раствора: Точно взвесить гинзенозиды Rg1, гинзенозиды Rb1 и нотогинзенозиды R1, добавить метанол для получения смешанного раствора, содержащего 0,4 мг гинзенозида Rg1, 0,4 мг гинзенозида Rb1 и 0,1 мг нотогинзенозида R1 на мл.
Приготовление раствора для анализа: Взвесить 0,6 г порошка Сансинь и добавить 50 мл метанола. Смесь взвесили (W1) и оставили на ночь. Затем полученный раствор слегка кипятили на водяной бане при 80°C в течение 2 часов. После охлаждения взвесить полученный раствор и добавить к первой массе W1 полученный метанол. Затем тщательно встряхнуть и отфильтровать. Фильтрат оставить для определения.
Содержание сапонина точно определяли с помощью 10 мкл стандартного раствора и 10 мкл фильтрата, после чего образцы вводили в ВЭЖХ (Thermo HPLC-ultimate 3000, Seymour Fisher Technology Co., Ltd.)24.
Калибровочная кривая: определение смешанного стандартного раствора Rg1, Rb1, R1, условия хроматографии те же, что и выше. Постройте калибровочную кривую, отложив по оси Y измеренную площадь пика, а по оси абсцисс — концентрацию сапонина в стандартном растворе. Подставьте измеренную площадь пика образца в калибровочную кривую для расчета концентрации сапонина.
Взвесьте образец P. notogensings массой 0,1 г и добавьте 50 мл 70%-ного раствора CH3OH. Обработайте ультразвуком в течение 2 часов, затем центрифугируйте при 4000 об/мин в течение 10 минут. Возьмите 1 мл надосадочной жидкости и разбавьте ее в 12 раз. Содержание флавоноидов определяли методом ультрафиолетово-видимой спектрофотометрии (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Китай) при длине волны 249 нм. Кверцетин является стандартным распространенным веществом8.
Данные были организованы с помощью программного обеспечения Excel 2010. Дисперсионный анализ данных проводился с использованием программного обеспечения SPSS Statistics 20. Рисунок создан с помощью Origin Pro 9.1. Вычисленные статистические показатели включают среднее значение ± стандартное отклонение. Утверждения о статистической значимости основаны на значении P<0,05.
При внекорневой подкормке щавелевой кислотой той же концентрации содержание кальция в корнях Panax notoginseng значительно увеличивалось с увеличением дозы извести (таблица 2). По сравнению с вариантом без извести, содержание кальция увеличилось на 212% при концентрации извести 3750 кг ppm без опрыскивания щавелевой кислотой. При той же норме внесения извести содержание кальция незначительно увеличивалось с увеличением концентрации опрыскиваемой щавелевой кислоты.
Содержание Cd в корнях варьировало от 0,22 до 0,70 мг/кг. При одинаковой концентрации щавелевой кислоты в растворе содержание Cd в количестве 2250 кг гм⁻² значительно снижалось с увеличением нормы внесения извести. По сравнению с контролем, при опрыскивании корней 2250 кг гм⁻² извести и 0,1 моль л⁻¹ щавелевой кислоты содержание Cd снизилось на 68,57%. При применении без извести и с 750 кг гм⁻² извести содержание Cd в корнях Panax notoginseng значительно снижалось с увеличением концентрации щавелевой кислоты в растворе. При внесении 2250 кг извести гм⁻² и 3750 кг извести гм⁻² содержание Cd в корнях сначала снижалось, а затем увеличивалось с увеличением концентрации щавелевой кислоты. Кроме того, двумерный анализ показал, что содержание Ca в корне Panax notoginseng значительно изменялось под воздействием извести (F = 82,84**), содержание Cd в корне Panax notoginseng значительно изменялось под воздействием извести (F = 74,99**) и щавелевой кислоты (F = 74,99**). F = 7,72*).
При увеличении нормы внесения извести и концентрации опрыскивания щавелевой кислотой содержание МДА значительно снижалось. Существенной разницы в содержании МДА между корнями Panax notoginseng, обработанными известью и 3750 кг г/м2 извести, не обнаружено. При нормах внесения 750 кг г/м² и 2250 кг г/м² извести содержание МДА в 0,2 моль л/1 щавелевой кислоты при опрыскивании было на 58,38% и 40,21% ниже, чем в необработанной щавелевой кислотой, соответственно. Содержание МДА (7,57 нмоль г/1) было самым низким при добавлении 750 кг г/м² извести и 0,2 моль л/1 щавелевой кислоты (рис. 1).
Влияние опрыскивания листьев щавелевой кислотой на содержание малонового диальдегида в корнях Panax notoginseng в условиях кадмиевого стресса [J]. P<0,05). То же самое ниже.
За исключением внесения 3750 кг·ч·м⁻² извести, существенных различий в активности СОД в корневой системе Panax notoginseng не наблюдалось. При использовании извести в количестве 0, 750 и 2250 кг·ч·м⁻² активность СОД при опрыскивании 0,2 моль·л⁻¹ щавелевой кислотой была значительно выше, чем в отсутствие обработки щавелевой кислотой, увеличившись на 177,89%, 61,62% и 45,08% соответственно. Активность СОД (598,18 единиц·г⁻¹) в корнях была самой высокой при обработке без извести и опрыскивании 0,2 моль·л⁻¹ щавелевой кислотой. При той же концентрации без щавелевой кислоты или при опрыскивании 0,1 моль·л⁻¹ щавелевой кислотой активность СОД увеличивалась с увеличением количества внесенной извести. Активность СОД значительно снижалась после опрыскивания 0,2 моль·л⁻¹ щавелевой кислотой (рис. 2).
Влияние опрыскивания листьев щавелевой кислотой на активность супероксиддисмутазы, пероксидазы и каталазы в корнях Panax notoginseng в условиях кадмиевого стресса [J].
Аналогично активности СОД в корнях, активность ПОД в корнях (63,33 мкмоль г-1) была самой высокой при опрыскивании без извести и с добавлением 0,2 моль/л щавелевой кислоты, что на 148,35% выше, чем в контроле (25,50 мкмоль г-1). Активность ПОД сначала увеличивалась, а затем снижалась с увеличением концентрации щавелевой кислоты при опрыскивании и внесении 3750 кг/га извести. По сравнению с обработкой 0,1 моль/л щавелевой кислоты, активность ПОД снизилась на 36,31% при обработке 0,2 моль/л щавелевой кислоты (рис. 2).
За исключением опрыскивания щавелевой кислотой в концентрации 0,2 моль/л и внесения 2250 кг/га или 3750 кг/га извести, активность КАТ была значительно выше, чем в контроле. Активность КАТ при обработке щавелевой кислотой в концентрации 0,1 моль/г и обработке известью в количестве 0,2250 кг/га или 3750 кг/га увеличилась на 276,08%, 276,69% ​​и 33,05% соответственно по сравнению с отсутствием обработки щавелевой кислотой. Самая высокая активность КАТ наблюдалась в корнях (803,52 мкмоль/г), обработанных щавелевой кислотой в концентрации 0,2 моль/г. Самая низкая активность КАТ (172,88 мкмоль/г) была достигнута при обработке 3750 кг/га извести и щавелевой кислотой в концентрации 0,2 моль/га (рис. 2).
Бивариантный анализ показал, что активность КАТ и МДА у Panax notoginseng значительно коррелировали с количеством опрыскивания щавелевой кислотой или известью, а также с обоими вариантами обработки (таблица 3). Активность СОД в корнях сильно коррелировала с обработкой известью и щавелевой кислотой или концентрацией опрыскивания щавелевой кислотой. Активность ПОД в корнях значительно коррелировала с количеством внесенной извести или с одновременным применением извести и щавелевой кислоты.
Содержание растворимых сахаров в корнеплодах снижалось с увеличением нормы внесения извести и концентрации опрыскивания щавелевой кислотой. Существенных различий в содержании растворимых сахаров в корнях Panax notoginseng без внесения извести и с внесением 750 кг·ч·м−2 извести не наблюдалось. При внесении 2250 кг·ч·м−2 извести содержание растворимых сахаров при обработке 0,2 моль/л щавелевой кислотой было значительно выше, чем при опрыскивании без щавелевой кислоты, увеличившись на 22,81%. При внесении извести в количестве 3750 кг·ч·м−2 содержание растворимых сахаров значительно снижалось с увеличением концентрации опрыскивания щавелевой кислотой. Содержание растворимых сахаров при обработке 0,2 моль/л щавелевой кислотой было на 38,77% ниже, чем при обработке без щавелевой кислоты. Кроме того, обработка опрыскиванием щавелевой кислотой в концентрации 0,2 моль/л показала самое низкое содержание растворимых сахаров — 205,80 мг/г (рис. 3).
Влияние опрыскивания листьев щавелевой кислотой на содержание общего количества растворимых сахаров и растворимых белков в корнях Panax notoginseng в условиях кадмиевого стресса [J].
Содержание растворимого белка в корнях снижалось с увеличением нормы внесения извести и щавелевой кислоты. В отсутствие извести содержание растворимого белка при обработке щавелевой кислотой в концентрации 0,2 моль/л было значительно ниже, чем в контроле, на 16,20%. При внесении извести в количестве 750 кг/га существенной разницы в содержании растворимого белка в корнях Panax notoginseng не наблюдалось. При норме внесения извести 2250 кг/га содержание растворимого белка при обработке щавелевой кислотой в концентрации 0,2 моль/г было значительно выше, чем при обработке без щавелевой кислоты (35,11%). При внесении извести в количестве 3750 кг/га содержание растворимого белка значительно снижалось с увеличением концентрации щавелевой кислоты, а самое низкое содержание растворимого белка (269,84 мкг/г) наблюдалось при обработке в концентрации 0,2 моль/г. 1. Опрыскивание щавелевой кислотой (рис. 3).
Не было обнаружено существенных различий в содержании свободных аминокислот в корнях Panax notoginseng в отсутствие извести. При увеличении концентрации опрыскивания щавелевой кислотой и норме внесения извести 750 кг·га⁻² содержание свободных аминокислот сначала снижалось, а затем увеличивалось. Применение обработки 2250 кг·га⁻² извести и 0,2 моль·л⁻¹ щавелевой кислоты значительно увеличило содержание свободных аминокислот на 33,58% по сравнению с вариантом без обработки щавелевой кислотой. При увеличении концентрации опрыскивания щавелевой кислотой и внесении 3750 кг·га⁻² извести содержание свободных аминокислот значительно снизилось. Содержание свободных аминокислот при обработке 0,2 моль·л⁻¹ щавелевой кислотой было на 49,76% ниже, чем при обработке без щавелевой кислоты. Содержание свободных аминокислот было максимальным при обработке без предварительной обработки щавелевой кислотой и составило 2,09 мг/г. Содержание свободных аминокислот (1,05 мг г-1) было наименьшим при опрыскивании щавелевой кислотой концентрацией 0,2 моль л-1 (рис. 4).
Влияние опрыскивания листьев щавелевой кислотой на содержание свободных аминокислот и пролина в корнях Panax notoginseng в условиях кадмиевого стресса [J].
Содержание пролина в корнях снижалось с увеличением нормы внесения извести и щавелевой кислоты. В отсутствие извести существенной разницы в содержании пролина в Panax notoginseng не наблюдалось. При увеличении концентрации опрыскивания щавелевой кислотой и норм внесения извести 750 и 2250 кг·га⁻² содержание пролина сначала снижалось, а затем увеличивалось. Содержание пролина при обработке щавелевой кислотой в концентрации 0,2 моль·л⁻¹ было значительно выше, чем при обработке щавелевой кислотой в концентрации 0,1 моль·л⁻¹, увеличившись на 19,52% и 44,33% соответственно. При внесении 3750 кг·га⁻² извести содержание пролина значительно снижалось с увеличением концентрации опрыскивания щавелевой кислотой. Содержание пролина после опрыскивания щавелевой кислотой концентрацией 0,2 моль/л было на 54,68% ниже, чем без обработки щавелевой кислотой. Самое низкое содержание пролина составило 11,37 мкг/г после обработки щавелевой кислотой концентрацией 0,2 моль/л (рис. 4).
Содержание общих сапонинов в Panax notoginseng было Rg1>Rb1>R1. Не было обнаружено существенной разницы в содержании трех сапонинов при увеличении концентрации щавелевой кислоты в растворе и отсутствии извести (таблица 4).
Содержание R1 при опрыскивании щавелевой кислотой в концентрации 0,2 моль/л было значительно ниже, чем в отсутствие опрыскивания щавелевой кислотой и при использовании извести в количестве 750 или 3750 кг·ч·м⁻². При концентрации щавелевой кислоты в растворе 0 или 0,1 моль/л существенной разницы в содержании R1 с увеличением нормы внесения извести не наблюдалось. При концентрации щавелевой кислоты в растворе 0,2 моль/л содержание R1 при внесении 3750 кг·ч·м⁻² извести было значительно ниже, чем 43,84% без извести (таблица 4).
Содержание Rg1 сначала увеличивалось, а затем уменьшалось с увеличением концентрации щавелевой кислоты при опрыскивании и норме внесения извести 750 кг·ч·м−2. При норме внесения извести 2250 или 3750 кг·ч·м−2 содержание Rg1 уменьшалось с увеличением концентрации щавелевой кислоты при опрыскивании. При одинаковой концентрации щавелевой кислоты содержание Rg1 сначала увеличивалось, а затем уменьшалось с увеличением нормы внесения извести. По сравнению с контролем, за исключением трех концентраций щавелевой кислоты и 750 кг·ч·м−2, содержание Rg1 было выше, чем в контроле, а содержание Rg1 в корнях при других вариантах обработки было ниже, чем в контроле. Наибольшее содержание Rg1 наблюдалось при опрыскивании 750 кг·г·м−2 известью и 0,1 моль·л−1 щавелевой кислотой, что на 11,54% выше, чем в контроле (Таблица 4).
Содержание Rb1 сначала увеличивалось, а затем уменьшалось с увеличением концентрации щавелевой кислоты при опрыскивании и норме внесения извести 2250 кг·га⁻². После опрыскивания щавелевой кислотой концентрацией 0,1 моль/л содержание Rb1 достигло максимума в 3,46%, что на 74,75% выше, чем без опрыскивания щавелевой кислотой. При других обработках известью существенной разницы между различными концентрациями щавелевой кислоты не наблюдалось. При опрыскивании щавелевой кислотой концентрацией 0,1 и 0,2 моль/л содержание Rb1 сначала уменьшалось, а затем уменьшалось с увеличением количества добавленной извести (таблица 4).
При одинаковой концентрации распыляемой щавелевой кислоты содержание флавоноидов сначала увеличивалось, а затем уменьшалось с увеличением нормы внесения извести. При внесении извести в количестве 750 и 2250 кг·ч·м² содержание флавоноидов сначала увеличивалось, а затем уменьшалось с увеличением концентрации щавелевой кислоты. При обработке известью в количестве 750 кг·ч·м² и распылении 0,1 моль·л·м² содержание флавоноидов было самым высоким и составило 4,38 мг·г⁻¹, что на 18,38% выше, чем при той же норме внесения извести без распыления щавелевой кислоты. Содержание флавоноидов при опрыскивании щавелевой кислотой в концентрации 0,1 моль/л увеличилось на 21,74% по сравнению с обработкой без опрыскивания щавелевой кислотой и обработкой известью в количестве 2250 кг/га (рис. 5).
Влияние внекорневой подкормки оксалатом на содержание флавоноидов в корнях Panax notoginseng в условиях кадмиевого стресса [J].
Бивариантный анализ показал, что содержание растворимых сахаров в Panax notoginseng значительно коррелирует с количеством внесенной извести и концентрацией распыляемой щавелевой кислоты. Содержание растворимого белка в корнеплодах значительно коррелирует с нормой внесения извести, как извести, так и щавелевой кислоты. Содержание свободных аминокислот и пролина в корнях значительно коррелирует с нормой внесения извести, концентрацией распыляемой щавелевой кислоты, извести и щавелевой кислоты (таблица 5).
Содержание R1 в корнях Panax notoginseng значительно коррелировало с концентрацией опрыскивания щавелевой кислотой, количеством внесенной извести, известью и щавелевой кислотой. Содержание флавоноидов значительно коррелировало с концентрацией опрыскиваемой щавелевой кислоты и количеством внесенной извести.
Для снижения содержания кадмия в растениях путем иммобилизации Cd в почве используются различные добавки, такие как известь и щавелевая кислота30. Известь широко используется в качестве почвенной добавки для снижения содержания кадмия в сельскохозяйственных культурах31. Лян и др.32 сообщили, что щавелевая кислота также может использоваться для восстановления почв, загрязненных тяжелыми металлами. После внесения различных концентраций щавелевой кислоты в загрязненную почву содержание органического вещества в почве увеличилось, емкость катионного обмена снизилась, а значение pH увеличилось на 33. Щавелевая кислота также может реагировать с ионами металлов в почве. В условиях кадмиевого стресса содержание Cd в Panax notoginseng значительно увеличилось по сравнению с контролем. Однако при использовании извести оно значительно снизилось. В данном исследовании при внесении 750 кг извести на гектар содержание кадмия в корнях достигло национального стандарта (предельное содержание кадмия: Cd≤0,5 мг/кг, AQSIQ, GB/T 19086-200834), а наилучший эффект наблюдался при внесении 2250 кг извести на гектар. Внесение извести создало большое количество мест конкуренции между ионами Ca2+ и Cd2+ в почве, а добавление щавелевой кислоты позволило снизить содержание кадмия в корнях Panax notoginseng. Однако при сочетании извести и щавелевой кислоты содержание кадмия в корнях Panax notoginseng значительно снизилось, достигнув национального стандарта. Ионы Ca2+ в почве адсорбируются на поверхности корней во время массового потока и могут поглощаться клетками корней через кальциевые каналы (Ca2+-каналы), кальциевые насосы (Ca2+-АТФаза) и Ca2+/H+ антипортеры, а затем горизонтально транспортироваться в ксилему корня 23. Содержание Ca в корнях значительно отрицательно коррелировало с содержанием Cd (P<0,05). Содержание Cd уменьшалось с увеличением содержания Ca, что согласуется с мнением об антагонизме Ca и Cd. Дисперсионный анализ показал, что количество извести значительно влияло на содержание Ca в корнях Panax notoginseng. Понграц и др. 35 сообщили, что Cd связывается с оксалатом в кристаллах оксалата кальция и конкурирует с Ca. Однако регуляция Ca оксалатом не была значительной. Это показало, что осаждение оксалата кальция, образованного щавелевой кислотой и Ca2+, не является простым осаждением, и процесс соосаждения может контролироваться различными метаболическими путями.