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La contaminación por cadmio (Cd) representa una amenaza potencial para la seguridad del cultivo de la planta medicinal Panax notoginseng en Yunnan. Bajo estrés exógeno de Cd, se llevaron a cabo experimentos de campo para comprender los efectos de la aplicación de cal (0, 750, 2250 y 3750 kg/h/m2) y la pulverización foliar con ácido oxálico (0, 0,1 y 0,2 mol/L) en la acumulación de Cd y antioxidante. Componentes sistémicos y medicinales de Panax notoginseng. Los resultados mostraron que bajo estrés de Cd, la cal y la pulverización foliar con ácido oxálico podrían aumentar el contenido de Ca2+ de Panax notoginseng y reducir la toxicidad de Cd2+. La adición de cal y ácido oxálico aumentó la actividad de las enzimas antioxidantes y cambió el metabolismo de los reguladores osmóticos. El más significativo es el aumento de la actividad de CAT en 2,77 veces. Bajo la influencia del ácido oxálico, la actividad de SOD aumentó a 1,78 veces. El contenido de MDA disminuyó en un 58,38 %. Existe una correlación muy significativa con el azúcar soluble, los aminoácidos libres, la prolina y la proteína soluble. La cal y el ácido oxálico pueden aumentar el contenido de iones de calcio (Ca2+) de Panax notoginseng, reducir el contenido de Cd, mejorar la resistencia al estrés de Panax notoginseng y aumentar la producción de saponinas y flavonoides totales. El contenido de Cd es el más bajo, un 68,57 % inferior al del control, y corresponde al valor estándar (Cd ≤ 0,5 mg kg-1, GB/T 19086-2008). La proporción de SPN fue del 7,73 %, alcanzando el nivel más alto entre todos los tratamientos, y el contenido de flavonoides aumentó significativamente en un 21,74 %, alcanzando valores médicos estándar y un rendimiento óptimo.
El cadmio (Cd) es un contaminante común en suelos cultivados, migra con facilidad y presenta una toxicidad biológica significativa. El-Shafei et al.² informaron que la toxicidad del cadmio afecta la calidad y la productividad de las plantas utilizadas. Los niveles excesivos de cadmio en suelos cultivados en el suroeste de China se han agravado en los últimos años. La provincia de Yunnan es el reino de la biodiversidad de China, con las especies de plantas medicinales más importantes del país. Sin embargo, la provincia de Yunnan es rica en recursos minerales, y el proceso minero inevitablemente provoca contaminación del suelo por metales pesados, lo que afecta la producción local de plantas medicinales.
Panax notoginseng (Burkill) Chen3) es una planta medicinal herbácea perenne muy valiosa que pertenece al género Panax de la familia Araliaceae. Panax notoginseng mejora la circulación sanguínea, elimina el estancamiento de la sangre y alivia el dolor. La principal zona de producción es la prefectura de Wenshan, provincia de Yunnan5. Más del 75% del suelo en las zonas locales de cultivo de ginseng Panax notoginseng está contaminado con cadmio, con niveles que varían del 81% a más del 100% en diferentes zonas6. El efecto tóxico del Cd también reduce significativamente la producción de componentes medicinales de Panax notoginseng, especialmente saponinas y flavonoides. Las saponinas son un tipo de compuesto glucosídico cuyas agliconas son triterpenoides o espirostanos. Son los principales ingredientes activos de muchas medicinas tradicionales chinas y contienen saponinas. Algunas saponinas también tienen actividad antibacteriana o valiosas actividades biológicas como efectos antipiréticos, sedantes y anticancerígenos7. Los flavonoides generalmente se refieren a una serie de compuestos en los que dos anillos de benceno con grupos hidroxilo fenólicos están conectados a través de tres átomos de carbono centrales. El núcleo principal es la 2-fenilcromanona 8. Es un potente antioxidante que puede neutralizar eficazmente los radicales libres de oxígeno en las plantas. También puede inhibir la penetración de enzimas biológicas inflamatorias, promover la cicatrización de heridas y el alivio del dolor, y reducir los niveles de colesterol. Es uno de los principales ingredientes activos del Panax notoginseng. Existe una necesidad urgente de abordar el problema de la contaminación por cadmio en los suelos de las zonas de producción de Panax ginseng y garantizar la producción de sus ingredientes medicinales esenciales.
La cal es uno de los pasivadores ampliamente utilizados para la purificación estacionaria del suelo de la contaminación por cadmio10. Afecta la adsorción y deposición de Cd en el suelo al reducir la biodisponibilidad de Cd en el suelo al aumentar el valor del pH y cambiar la capacidad de intercambio catiónico del suelo (CIC), la saturación de sal del suelo (BS) y el potencial redox del suelo (Eh)3, 11. Además, la cal proporciona una gran cantidad de Ca2+, forma antagonismo iónico con Cd2+, compite por los sitios de adsorción en las raíces, previene el transporte de Cd al suelo y tiene baja toxicidad biológica. Cuando se agregaron 50 mmol L-1 Ca bajo estrés de Cd, se inhibió el transporte de Cd en las hojas de sésamo y se redujo la acumulación de Cd en un 80%. Se han reportado varios estudios similares en arroz (Oryza sativa L.) y otros cultivos12,13.
La pulverización foliar de cultivos para controlar la acumulación de metales pesados ​​es un nuevo método de control de metales pesados ​​en los últimos años. Su principio se relaciona principalmente con la reacción de quelación en las células vegetales, que provoca la deposición de metales pesados ​​en la pared celular e inhibe su absorción por las plantas14,15. Como agente quelante diácido estable, el ácido oxálico puede quelar directamente los iones de metales pesados ​​en las plantas, reduciendo así la toxicidad. Investigaciones han demostrado que el ácido oxálico presente en la soja puede quelar Cd₂₄ y liberar cristales que contienen Cd a través de las células tricomáticas superiores, reduciendo así los niveles de Cd₂₄ en el organismo16. El ácido oxálico puede regular el pH del suelo, potenciar la actividad de la superóxido dismutasa (SOD), la peroxidasa (POD) y la catalasa (CAT), y regular la penetración de azúcares solubles, proteínas solubles, aminoácidos libres y prolina. Reguladores metabólicos17,18. El ácido y el exceso de Ca₂₄ en la planta forman un precipitado de oxalato de calcio bajo la acción de las proteínas nucleantes. La regulación de la concentración de Ca2+ en las plantas puede lograr eficazmente la regulación del ácido oxálico disuelto y del Ca2+ en las plantas y evitar la acumulación excesiva de ácido oxálico y Ca2+19,20.
La cantidad de cal aplicada es uno de los factores clave que influyen en el efecto de reparación. Se encontró que la dosis de cal varió de 750 a 6000 kg/m2. Para suelos ácidos con un pH de 5,0~5,5, el efecto de aplicar cal a una dosis de 3000~6000 kg/h/m es significativamente mayor que a una dosis de 750 kg/h/m221. Sin embargo, la aplicación excesiva de cal provocará algunos efectos negativos en el suelo, como cambios significativos en el pH y la compactación del suelo22. Por lo tanto, definimos los niveles de tratamiento con CaO como 0, 750, 2250 y 3750 kg hm-2. Cuando se aplicó ácido oxálico a Arabidopsis thaliana, se encontró que el Ca2+ se redujo significativamente a una concentración de 10 mmol L-1, y la familia de genes CRT, que afecta la señalización de Ca2+, respondió con fuerza20. La acumulación de estudios previos nos permitió determinar la concentración de esta prueba y profundizar en el estudio del efecto de la interacción de suplementos exógenos sobre el Ca2+ y el Cd2+23,24,25. Por lo tanto, este estudio busca explorar el mecanismo regulador de la aplicación foliar de cal y ácido oxálico exógenos sobre el contenido de Cd y la tolerancia al estrés del Panax notoginseng en suelos contaminados con Cd, así como explorar maneras de garantizar una mejor calidad y eficacia medicinal. Producción de Panax notoginseng. Proporciona una valiosa guía para aumentar la escala del cultivo de plantas herbáceas en suelos contaminados con cadmio y lograr la producción sostenible y de alta calidad que requiere el mercado farmacéutico.
Utilizando la variedad local de ginseng Wenshan Panax notoginseng como material, se realizó un experimento de campo en Lannizhai, condado de Qiubei, prefectura de Wenshan, provincia de Yunnan (24°11′N, 104°3′E, altitud 1446 m). La temperatura media anual es de 17 °C y la precipitación media anual es de 1250 mm. Los valores de fondo del suelo estudiado fueron TN 0,57 g kg-1, TP 1,64 g kg-1, TC 16,31 g kg-1, OM 31,86 g kg-1, N hidrolizado alcalino 88,82 mg kg-1, fósforo libre. 18,55 mg kg-1, potasio libre 100,37 mg kg-1, cadmio total 0,3 mg kg-1, pH 5,4.
El 10 de diciembre de 2017, se mezclaron 6 mg/kg de Cd2+ (CdCl2·2,5H2O) y se aplicaron a la superficie del suelo en una capa de 0~10 cm de cada parcela. Cada tratamiento se repitió 3 veces. Las parcelas de prueba se ubicaron aleatoriamente, cada parcela cubriendo un área de 3 m2. Se trasplantaron plántulas de Panax notoginseng de un año después de 15 días de labranza. Cuando se usa una malla de protección solar, la intensidad de la luz del Panax notoginseng dentro de la malla de protección solar es de aproximadamente el 18% de la intensidad de la luz natural normal. El cultivo se lleva a cabo de acuerdo con los métodos tradicionales locales de cultivo. Antes de la etapa de maduración del Panax notoginseng en 2019, rocíe ácido oxálico en forma de oxalato de sodio. Las concentraciones de ácido oxálico fueron de 0, 0,1 y 0,2 mol L-1, respectivamente, y se utilizó NaOH para ajustar el pH a 5,16 y simular el pH promedio de la solución de lixiviación de la hojarasca. Se roció el haz y el envés de las hojas una vez por semana a las 8:00 a. m. Tras cuatro rociadas en la quinta semana, se cosecharon plantas de Panax notoginseng de 3 años.
En noviembre de 2019, se recolectaron plantas de Panax notoginseng de tres años del campo y se rociaron con ácido oxálico. Algunas muestras de plantas de Panax notoginseng de tres años, para medir su metabolismo fisiológico y actividad enzimática, se colocaron en tubos para congelación. Se congelaron rápidamente con nitrógeno líquido y luego se transfirieron a un refrigerador a -80 °C. Algunas muestras de raíces para medir el contenido de Cd y el ingrediente activo en la etapa de madurez se lavaron con agua corriente, se secaron a 105 °C durante 30 minutos, a peso constante a 75 °C, y se molieron en un mortero para su almacenamiento.
Pesar 0,2 g de muestra de planta seca, colocarla en un matraz Erlenmeyer, añadir 8 ml de HNO₃ y 2 ml de HClO₃ y tapar durante la noche. Al día siguiente, utilizar un embudo curvo colocado en un matraz Erlenmeyer para la digestión electrotérmica hasta que aparezca humo blanco y los jugos digestivos sean transparentes. Tras enfriar a temperatura ambiente, la mezcla se transfirió a un matraz aforado de 10 ml. El contenido de Cd se determinó con un espectrómetro de absorción atómica (Thermo ICE™ 3300 AAS, EE. UU.) (GB/T 23739-2009).
Pesar 0,2 g de muestra de planta seca, colocarla en una botella de plástico de 50 ml, añadir 1 mol L⁻¹ de HCl en 10 ml, tapar, agitar bien durante 15 horas y filtrar. Con una pipeta, pipetear la cantidad necesaria de filtrado, diluirla según corresponda y añadir solución de SrCl₂ para llevar la concentración de Sr₂+ a 1 g L⁻¹. El contenido de Ca se midió con un espectrómetro de absorción atómica (Thermo ICE™ 3300 AAS, EE. UU.).
Método del kit de referencia para malondialdehído (MDA), superóxido dismutasa (SOD), peroxidasa (POD) y catalasa (CAT) (DNM-9602, Beijing Prong New Technology Co., Ltd., registro del producto); utilice el kit de medición correspondiente. N.º: Farmacopea de Beijing (precisa) 2013 n.º 2400147.
Pese aproximadamente 0,05 g de muestra de Panax notoginseng y añada el reactivo de antrona-ácido sulfúrico a lo largo de las paredes del tubo. Agite el tubo durante 2-3 segundos para mezclar bien el líquido. Coloque el tubo en una gradilla para tubos durante 15 minutos para que desarrolle color. El contenido de azúcares solubles se determinó mediante espectrofotometría ultravioleta-visible (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) a una longitud de onda de 620 nm.
Se pesaron 0,5 g de una muestra fresca de Panax notoginseng, se molió hasta obtener un homogeneizado con 5 ml de agua destilada y se centrifugó a 10.000 g durante 10 minutos. El sobrenadante se diluyó a un volumen fijo. Se utilizó el método del azul brillante de Coomassie. El contenido de proteína soluble se midió mediante espectrofotometría ultravioleta-visible (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) a una longitud de onda de 595 nm y se calculó con base en la curva estándar de albúmina sérica bovina.
Pesar 0,5 g de muestra fresca, añadir 5 ml de ácido acético al 10 %, homogeneizar, filtrar y diluir a volumen constante. El método de revelado de color se utilizó con una solución de ninhidrina. El contenido de aminoácidos libres se determinó mediante espectrofotometría UV-visible (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) a 570 nm y se calculó con base en la curva estándar de leucina28.
Se pesaron 0,5 g de una muestra fresca, se añadieron 5 ml de una solución de ácido sulfosalicílico al 3 %, se calentó al baño maría y se agitó durante 10 minutos. Tras enfriar, se filtró la solución y se llevó a volumen constante. Se empleó el método colorimétrico con ninhidrina ácida. El contenido de prolina se determinó mediante espectrofotometría ultravioleta-visible (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) a una longitud de onda de 520 nm y se calculó con base en la curva estándar de prolina29.
El contenido de saponina se determinó mediante cromatografía líquida de alta resolución (CLR) con referencia a la Farmacopea de la República Popular China (edición de 2015). El principio básico de la CLR consiste en utilizar un líquido de alta presión como fase móvil y aplicar la tecnología de separación de partículas ultrafinas de la CLR a la fase estacionaria. El procedimiento es el siguiente:
Condiciones de HPLC y prueba de idoneidad del sistema (Tabla 1): Utilizar gel de sílice ligado con octadecilsilano como relleno, acetonitrilo como fase móvil A y agua como fase móvil B. Realizar la elución en gradiente como se muestra en la tabla a continuación. La longitud de onda de detección es de 203 nm. Según el pico R1 de las saponinas totales de Panax notoginseng, el número de platos teóricos debe ser de al menos 4000.
Preparación de la solución estándar: Pesar con precisión el ginsenósido Rg1, el ginsenósido Rb1 y el notoginsenósido R1 y añadir metanol para preparar una mezcla que contenga 0,4 mg de ginsenósido Rg1, 0,4 mg de ginsenósido Rb1 y 0,1 mg de notoginsenósido R1 por 1 ml de solución.
Preparación de la solución de prueba: Pesar 0,6 g de polvo de Panax ginseng y añadir 50 ml de metanol. La solución mezclada se pesó (W1) y se dejó reposar toda la noche. A continuación, se hirvió suavemente en un baño maría a 80 °C durante 2 horas. Tras enfriar, pesar la solución mezclada y añadir el metanol preparado a la primera masa W1. Agitar bien y filtrar. El filtrado se deja para su análisis.
Recoja con precisión 10 μL de la solución estándar y 10 μL del filtrado e inyéctelos en un cromatógrafo líquido de alto rendimiento (Thermo HPLC-ultimate 3000, Seymour Fisher Technology Co., Ltd.) para determinar el contenido de saponina 24.
Curva estándar: medición de una solución estándar mixta de Rg1, Rb1 y R1. Las condiciones cromatográficas son las mismas que las anteriores. Calcule la curva estándar representando el área del pico medida en el eje y y la concentración de saponina en la solución estándar en el eje x. La concentración de saponina se puede calcular sustituyendo el área del pico medida de la muestra en la curva estándar.
Pesar 0,1 g de muestra de P. notogensings y añadir 50 ml de solución de CH₃OH al 70 %. Se realizó una extracción ultrasónica durante 2 horas, seguida de una centrifugación a 4000 rpm durante 10 minutos. Tomar 1 ml de sobrenadante y diluirlo 12 veces. El contenido de flavonoides se determinó mediante espectrofotometría ultravioleta-visible (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) a una longitud de onda de 249 nm. La quercetina es una de las sustancias comunes estándar.
Los datos se organizaron con Excel 2010. Se utilizó el programa estadístico SPSS 20 para realizar el análisis de varianza. Las imágenes se dibujaron con Origin Pro 9.1. Los valores estadísticos calculados incluyen la media ± DE. La significación estadística se basa en un valor de p < 0,05.
Con la misma concentración de ácido oxálico aplicado sobre las hojas, el contenido de Ca en las raíces de Panax notoginseng aumentó significativamente al aumentar la cantidad de cal aplicada (Tabla 2). En comparación con la ausencia de cal, el contenido de Ca aumentó un 212 % al añadir 3750 kg/h/m² de cal sin aplicar ácido oxálico. Con la misma cantidad de cal aplicada, el contenido de Ca aumentó ligeramente al aumentar la concentración de ácido oxálico.
El contenido de Cd en las raíces varía de 0,22 a 0,70 mg kg-1. A la misma concentración de pulverización de ácido oxálico, a medida que aumenta la cantidad de cal añadida, el contenido de Cd de 2250 kg/h disminuye significativamente. En comparación con el control, el contenido de Cd en las raíces disminuyó en un 68,57% después de pulverizar con 2250 kg hm-2 de cal y 0,1 mol l-1 de ácido oxálico. Cuando se aplicó sin cal y 750 kg/h de cal, el contenido de Cd en las raíces de Panax notoginseng disminuyó significativamente con el aumento de la concentración de pulverización de ácido oxálico. Cuando se aplicaron 2250 kg/m2 de cal y 3750 kg/m2 de cal, el contenido de Cd en las raíces primero disminuyó y luego aumentó con el aumento de la concentración de ácido oxálico. Además, el análisis bivariado mostró que la cal tuvo un efecto significativo en el contenido de Ca de las raíces de Panax notoginseng (F = 82,84**), la cal tuvo un efecto significativo en el contenido de Cd de las raíces de Panax notoginseng (F = 74,99**) y el ácido oxálico (F = 7,72*).
A medida que aumentaba la cantidad de cal añadida y la concentración de ácido oxálico pulverizado, el contenido de MDA disminuyó significativamente. No se observó una diferencia significativa en el contenido de MDA en las raíces de Panax notoginseng sin la adición de cal y con la adición de 3750 kg/m² de cal. Con dosis de aplicación de 750 kg/h/m² y 2250 kg/h/m², el contenido de cal del tratamiento de pulverización con 0,2 mol/L de ácido oxálico disminuyó un 58,38 % y un 40,21 %, respectivamente, en comparación con el tratamiento sin ácido oxálico. El contenido más bajo de MDA (7,57 nmol g-1) se observó al pulverizar 750 kg hm-2 de cal y 0,2 mol l-1 de ácido oxálico (Fig. 1).
Efecto de la pulverización foliar con ácido oxálico sobre el contenido de malondialdehído en raíces de Panax notoginseng sometidas a estrés por cadmio. Nota: La leyenda de la figura indica la concentración de ácido oxálico en la pulverización (mol L-1); las letras minúsculas diferentes indican diferencias significativas entre los tratamientos de la misma aplicación de cal. Número (P < 0,05). Véase también a continuación.
Excepto por la aplicación de 3750 kg/h de cal, no hubo diferencia significativa en la actividad de SOD en raíces de Panax notoginseng. Al añadir 0, 750 y 2250 kg/h/m2 de cal, la actividad de SOD cuando se trató mediante pulverización con ácido oxálico a una concentración de 0,2 mol/l fue significativamente mayor que sin el uso de ácido oxálico, aumentando en un 177,89%, 61,62% y 45,08% respectivamente. La actividad de SOD en las raíces (598,18 U g-1) fue la más alta en ausencia de aplicación de cal y cuando se trató mediante pulverización con ácido oxálico a una concentración de 0,2 mol/l. Cuando se pulverizó ácido oxálico a la misma concentración o 0,1 mol L-1, la actividad de SOD aumentó con el aumento de la cantidad de cal añadida. Después de pulverizar con 0,2 mol/L de ácido oxálico, la actividad de SOD disminuyó significativamente (Fig. 2).
Efecto de la pulverización foliar con ácido oxálico sobre la actividad de la superóxido dismutasa, peroxidasa y catalasa en las raíces de Panax notoginseng bajo estrés por cadmio.
Al igual que la actividad de SOD en las raíces, la actividad de POD en las raíces tratadas sin cal y rociadas con 0,2 mol L⁻¹ de ácido oxálico fue la más alta (63,33 µmol g⁻¹), un 148,35 % superior a la del control (25,50 µmol g⁻¹). Con el aumento de la concentración de ácido oxálico en la pulverización y el tratamiento con cal de 3750 kg/m², la actividad de POD primero aumentó y luego disminuyó. En comparación con el tratamiento con 0,1 mol L⁻¹ de ácido oxálico, la actividad de POD cuando se trató con 0,2 mol L⁻¹ de ácido oxálico disminuyó un 36,31 % (Fig. 2).
Con la excepción de la pulverización de ácido oxálico 0,2 mol/l y la adición de 2250 kg/h/m² o 3750 kg/h/m² de cal, la actividad de CAT fue significativamente mayor que el control. Al pulverizar ácido oxálico 0,1 mol/l y añadir 0,2250 kg/m² o 3750 kg/h/m² de cal, la actividad de CAT aumentó en un 276,08%, 276,69% ​​y 33,05%, respectivamente, en comparación con el tratamiento sin pulverización de ácido oxálico. La actividad de CAT en las raíces fue mayor (803,52 μmol/g) en el tratamiento sin cal y en el tratamiento con ácido oxálico 0,2 mol/L. La actividad de CAT fue la menor (172,88 μmol/g) cuando se trató con 3750 kg/h/m² de cal y 0,2 mol/L de ácido oxálico (Fig. 2).
El análisis bivariado mostró que la actividad de CAT y la actividad de MDA en las raíces de Panax notoginseng se asociaron significativamente con la cantidad de ácido oxálico o cal pulverizada y con ambos tratamientos (Tabla 3). La actividad de SOD en las raíces se relacionó significativamente con el tratamiento de cal y ácido oxálico o con la concentración de ácido oxálico pulverizado. La actividad de POD radicular dependió significativamente de la cantidad de cal aplicada o del tratamiento de cal y ácido oxálico.
El contenido de azúcares solubles en las raíces disminuyó con el aumento de la cantidad de aplicación de cal y la concentración de ácido oxálico en aerosol. No hubo diferencia significativa en el contenido de azúcares solubles en raíces de Panax notoginseng sin aplicación de cal y cuando se aplicaron 750 kg/h/m de cal. Cuando se aplicaron 2250 kg/m2 de cal, el contenido de azúcar soluble cuando se trató con 0,2 mol/L de ácido oxálico fue significativamente mayor que cuando se trató sin pulverizar ácido oxálico, aumentando en un 22,81%. Cuando se aplicaron 3750 kg h/m2 de cal, el contenido de azúcar soluble disminuyó significativamente a medida que aumentaba la concentración de ácido oxálico pulverizado. El contenido de azúcar soluble cuando se trató con 0,2 mol L-1 de ácido oxálico disminuyó en un 38,77% en comparación con el que no se pulverizaba ácido oxálico. Además, el tratamiento de pulverización de ácido oxálico de 0,2 mol·L-1 tuvo el contenido de azúcar soluble más bajo, que fue de 205,80 mg·g-1 (Fig. 3).
Efecto de la pulverización foliar con ácido oxálico sobre el contenido de azúcares totales solubles y proteína soluble en raíces de Panax notoginseng bajo estrés por cadmio
El contenido de proteína soluble en las raíces disminuyó con cantidades crecientes de aplicación de cal y tratamiento de pulverización de ácido oxálico. Sin la adición de cal, el contenido de proteína soluble cuando se trató con pulverización de ácido oxálico a una concentración de 0,2 mol L-1 se redujo significativamente en un 16,20% en comparación con el control. No hubo diferencias significativas en el contenido de proteína soluble de las raíces de Panax notoginseng cuando se aplicó 750 kg/h de cal. Bajo las condiciones de aplicación de 2250 kg/h/m de cal, el contenido de proteína soluble del tratamiento de pulverización de ácido oxálico de 0,2 mol/L fue significativamente mayor que el del tratamiento de pulverización sin ácido oxálico (35,11%). Cuando se aplicaron 3750 kg·h/m2 de cal, el contenido de proteína soluble disminuyó significativamente a medida que aumentaba la concentración de pulverización de ácido oxálico, con el contenido de proteína soluble más bajo (269,84 μg·g-1) cuando la pulverización de ácido oxálico fue de 0,2 mol·L-1. tratamiento (Fig. 3).
No hubo diferencias significativas en el contenido de aminoácidos libres en la raíz de Panax notoginseng en ausencia de aplicación de cal. A medida que aumentó la concentración de pulverización de ácido oxálico y la adición de 750 kg/h/m2 de cal, el contenido de aminoácidos libres primero disminuyó y luego aumentó. En comparación con el tratamiento sin pulverización de ácido oxálico, el contenido de aminoácidos libres aumentó significativamente en un 33,58% al pulverizar 2250 kg hm-2 de cal y 0,2 mol l-1 de ácido oxálico. El contenido de aminoácidos libres disminuyó significativamente con el aumento de la concentración de pulverización de ácido oxálico y la adición de 3750 kg/m2 de cal. El contenido de aminoácidos libres del tratamiento de pulverización de ácido oxálico de 0,2 mol L-1 se redujo en un 49,76% en comparación con el tratamiento de pulverización sin ácido oxálico. El contenido de aminoácidos libres fue más alto sin pulverización de ácido oxálico y fue de 2,09 mg g-1. El tratamiento de pulverización con ácido oxálico 0,2 mol/L tuvo el menor contenido de aminoácidos libres (1,05 mg/g) (Fig. 4).
Efecto de la pulverización foliar con ácido oxálico sobre el contenido de aminoácidos libres y prolina en las raíces de Panax notoginseng en condiciones de estrés por cadmio.
El contenido de prolina en las raíces disminuyó con un aumento en la cantidad de cal aplicada y la cantidad de pulverización con ácido oxálico. No hubo diferencias significativas en el contenido de prolina de la raíz de Panax ginseng cuando no se aplicó cal. A medida que aumentó la concentración de pulverización de ácido oxálico y la aplicación de 750 o 2250 kg/m2 de cal aumentó, el contenido de prolina primero disminuyó y luego aumentó. El contenido de prolina del tratamiento de pulverización de ácido oxálico de 0,2 mol L-1 fue significativamente mayor que el del tratamiento de pulverización de ácido oxálico de 0,1 mol L-1, aumentando en un 19,52% y un 44,33%, respectivamente. Cuando se agregó 3750 kg/m2 de cal, el contenido de prolina disminuyó significativamente a medida que aumentó la concentración de ácido oxálico pulverizado. Después de pulverizar 0,2 mol L-1 de ácido oxálico, el contenido de prolina disminuyó en un 54,68% en comparación con el de no pulverizar ácido oxálico. El contenido más bajo de prolina se obtuvo cuando se trató con ácido oxálico 0,2 mol/l y ascendió a 11,37 μg/g (Fig. 4).
El contenido total de saponinas en Panax notoginseng es Rg1 > Rb1 > R1. No se observó diferencia significativa en el contenido de las tres saponinas con el aumento de la concentración de ácido oxálico en aerosol y la concentración sin aplicación de cal (Tabla 4).
El contenido de R1 tras la pulverización de 0,2 mol L⁻¹ de ácido oxálico fue significativamente menor que sin pulverizar ácido oxálico y aplicando una dosis de cal de 750 o 3750 kg/m². Con una concentración de ácido oxálico pulverizado de 0 o 0,1 mol/L, no se observó una diferencia significativa en el contenido de R1 al aumentar la cantidad de cal añadida. Con una concentración de pulverización de 0,2 mol/L de ácido oxálico, el contenido de R1 en 3750 kg/h/m² de cal fue significativamente menor que el 43,84 % sin añadir cal (Tabla 4).
A medida que la concentración de pulverización de ácido oxálico aumentó y se añadieron 750 kg/m2 de cal, el contenido de Rg1 primero aumentó y luego disminuyó. A tasas de aplicación de cal de 2250 y 3750 kg/h, el contenido de Rg1 disminuyó con el aumento de la concentración de pulverización de ácido oxálico. A la misma concentración de ácido oxálico pulverizado, a medida que aumenta la cantidad de cal, el contenido de Rg1 primero aumenta y luego disminuye. En comparación con el control, a excepción del contenido de Rg1 en tres concentraciones de ácido oxálico y tratamientos de 750 kg/m2 de cal, que fue mayor que el control, el contenido de Rg1 en raíces de Panax notoginseng en otros tratamientos fue menor que el control. control. El contenido máximo de Rg1 fue cuando se pulverizaron 750 kg/h/m2 de cal y 0,1 mol/l de ácido oxálico, que fue 11,54% mayor que el control (Tabla 4).
A medida que la concentración de ácido oxálico y la cantidad de cal aplicada aumentaron a un caudal de 2250 kg/h, el contenido de Rb1 aumentó primero y luego disminuyó. Tras la aplicación de 0,1 mol L⁻¹ de ácido oxálico, el contenido de Rb1 alcanzó un valor máximo del 3,46 %, un 74,75 % superior al obtenido sin aplicar ácido oxálico. En otros tratamientos con cal, no se observaron diferencias significativas entre las diferentes concentraciones de ácido oxálico. Tras la aplicación de 0,1 y 0,2 mol L⁻¹ de ácido oxálico, a medida que aumentaba la cantidad de cal, el contenido de Rb1 disminuyó primero y luego disminuyó (Tabla 4).
A la misma concentración de pulverización con ácido oxálico, a medida que aumentaba la cantidad de cal añadida, el contenido de flavonoides primero aumentaba y luego disminuía. No se detectó una diferencia significativa en el contenido de flavonoides al pulverizar diferentes concentraciones de ácido oxálico sin cal y 3750 kg/m² de cal. Al añadir 750 y 2250 kg/m² de cal, a medida que aumentaba la concentración de ácido oxálico pulverizado, el contenido de flavonoides primero aumentaba y luego disminuía. Al aplicar 750 kg/m² y pulverizar ácido oxálico a una concentración de 0,1 mol/l, el contenido de flavonoides fue máximo: 4,38 mg/g, que es un 18,38 % más alto que al añadir la misma cantidad de cal, y no hubo necesidad de pulverizar ácido oxálico. El contenido de flavonoides al ser tratado con ácido oxálico en spray 0,1 mol L-1 aumentó un 21,74% en comparación con el tratamiento sin ácido oxálico y el tratamiento con cal a dosis de 2250 kg/m2 (Fig. 5).
Efecto de la pulverización de hojas con oxalato sobre el contenido de flavonoides en la raíz de Panax notoginseng bajo estrés por cadmio
El análisis bivariado mostró que el contenido de azúcares solubles en las raíces de Panax notoginseng dependía significativamente de la cantidad de cal aplicada y la concentración de ácido oxálico pulverizado. El contenido de proteína soluble en las raíces se correlacionó significativamente con la dosis de cal y ácido oxálico. El contenido de aminoácidos libres y prolina en las raíces se correlacionó significativamente con la cantidad de cal aplicada, la concentración de ácido oxálico pulverizado, la cal y el ácido oxálico (Tabla 5).
El contenido de R1 en las raíces de Panax notoginseng dependió significativamente de la concentración de ácido oxálico pulverizado, la cantidad de cal, cal y ácido oxálico aplicados. El contenido de flavonoides dependió significativamente de la concentración de ácido oxálico pulverizado y la cantidad de cal añadida.
Muchas enmiendas se han utilizado para reducir los niveles de cadmio en las plantas mediante la fijación del cadmio en el suelo, como la cal y el ácido oxálico30. La cal se utiliza ampliamente como enmienda del suelo para reducir los niveles de cadmio en los cultivos31. Liang et al. 32 informaron que el ácido oxálico también se puede utilizar para remediar el suelo contaminado con metales pesados. Después de que se añadieron concentraciones variables de ácido oxálico al suelo contaminado, el contenido de materia orgánica del suelo aumentó, la capacidad de intercambio catiónico disminuyó y el pH aumentó33. El ácido oxálico también puede reaccionar con los iones metálicos en el suelo. En condiciones de estrés por Cd, el contenido de Cd en Panax notoginseng aumentó significativamente en comparación con el control. Sin embargo, si se utiliza cal, se reduce significativamente. Cuando se aplicaron 750 kg/h/m de cal en este estudio, el contenido de Cd de las raíces alcanzó el estándar nacional (el límite de Cd es Cd≤0,5 mg/kg, AQSIQ, GB/T 19086-200834), y el efecto fue bueno. El mejor efecto se logra añadiendo 2250 kg/m2 de cal. La adición de cal crea una gran cantidad de sitios de competencia para Ca2+ y Cd2+ en el suelo, y la adición de ácido oxálico reduce el contenido de Cd en las raíces de Panax notoginseng. Después de mezclar cal y ácido oxálico, el contenido de Cd de la raíz de Panax ginseng disminuyó significativamente y alcanzó el estándar nacional. El Ca2+ en el suelo se adsorbe a la superficie de la raíz a través de un proceso de flujo de masa y puede absorberse en las células de la raíz a través de los canales de calcio (canales de Ca2+), bombas de calcio (Ca2+-AT-Pasa) y antiportadores Ca2+/H+, y luego transportarse horizontalmente. a las raíces. Xylem23. Hubo una correlación negativa significativa entre el contenido de Ca y Cd en las raíces (P < 0,05). El contenido de Cd disminuyó al aumentar el contenido de Ca, lo que es consistente con la idea de antagonismo entre Ca y Cd. El análisis de varianza (ANOVA) mostró que la cantidad de cal tuvo un efecto significativo en el contenido de Ca en la raíz de Panax notoginseng. Pongrack et al. 35 informaron que el Cd se une al oxalato en los cristales de oxalato de calcio y compite con el Ca. Sin embargo, el efecto regulador del ácido oxálico sobre el Ca fue insignificante. Esto demuestra que la precipitación de oxalato de calcio a partir del ácido oxálico y el Ca₂ no es una precipitación simple, y que el proceso de coprecipitación puede estar controlado por varias vías metabólicas.
Bajo estrés por cadmio, se forma una gran cantidad de especies reactivas de oxígeno (ROS) en las plantas, dañando la estructura de las membranas celulares36. El contenido de malondialdehído (MDA) se puede utilizar como indicador para juzgar el nivel de ROS y el grado de daño a la membrana plasmática de las plantas37. El sistema antioxidante es un mecanismo de protección importante para eliminar las especies reactivas de oxígeno38. Las actividades de las enzimas antioxidantes (incluidas POD, SOD y CAT) suelen verse alteradas por el estrés por cadmio. Los resultados mostraron que el contenido de MDA se correlacionó positivamente con la concentración de Cd, lo que indica que el grado de peroxidación lipídica de la membrana vegetal se profundizó con el aumento de la concentración de Cd37. Esto es consistente con los resultados del estudio de Ouyang et al.39. Este estudio muestra que el contenido de MDA está significativamente influenciado por la cal, el ácido oxálico, la cal y el ácido oxálico. Después de la nebulización de 0,1 mol L-1 de ácido oxálico, el contenido de MDA de Panax notoginseng disminuyó, lo que indica que el ácido oxálico podría reducir la biodisponibilidad de los niveles de Cd y ROS en Panax notoginseng. El sistema enzimático antioxidante es donde tiene lugar la función de desintoxicación de la planta. SOD elimina el O2 contenido en las células vegetales y produce O2 no tóxico y H2O2 poco tóxico. POD y CAT eliminan H2O2 de los tejidos vegetales y catalizan la descomposición de H2O2 en H2O. Con base en el análisis del proteoma iTRAQ, se encontró que los niveles de expresión proteica de SOD y PAL disminuyeron y el nivel de expresión de POD aumentó después de la aplicación de cal bajo estrés de Cd40. Las actividades de CAT, SOD y POD en la raíz de Panax notoginseng se vieron significativamente afectadas por la dosis de ácido oxálico y cal. El tratamiento por aspersión con 0,1 mol L-1 de ácido oxálico aumentó significativamente la actividad de SOD y CAT, pero el efecto regulador en la actividad de POD no fue obvio. Esto demuestra que el ácido oxálico acelera la descomposición de ROS bajo estrés de Cd y principalmente completa la eliminación de H2O2 regulando la actividad de CAT, que es similar a los resultados de la investigación de Guo et al.41 sobre las enzimas antioxidantes de Pseudospermum sibiricum. Kos. ). El efecto de agregar 750 kg/h/m2 de cal sobre la actividad de las enzimas del sistema antioxidante y el contenido de malondialdehído es similar al efecto de la aspersión con ácido oxálico. Los resultados mostraron que el tratamiento por aspersión de ácido oxálico podría mejorar de manera más efectiva las actividades de SOD y CAT en Panax notoginseng y mejorar la resistencia al estrés de Panax notoginseng. Las actividades de SOD y POD disminuyeron con el tratamiento con 0,2 mol L-1 de ácido oxálico y 3750 kg hm-2 de cal, lo que indica que la pulverización excesiva de altas concentraciones de ácido oxálico y Ca2+ puede causar estrés vegetal, lo que concuerda con el estudio de Luo y col. (1994).