Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có kết quả tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng phiên bản trình duyệt mới hơn (hoặc tắt chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi đang hiển thị trang web mà không có kiểu dáng hoặc JavaScript.
Ô nhiễm Cadmium (Cd) tiềm ẩn nguy cơ đe dọa đến sự an toàn của việc trồng cây sâm Panax notoginseng ở Vân Nam. Dưới tác động của Cd ngoại sinh, các thí nghiệm thực địa đã được tiến hành để tìm hiểu ảnh hưởng của việc bón vôi (0, 750, 2250 và 3750 kg/h/m2) và phun axit oxalic (0, 0,1 và 0,2 mol/L) đến sự tích lũy Cd và các thành phần chống oxy hóa và dược liệu của sâm Panax notoginseng. Kết quả cho thấy, dưới tác động của Cd, việc bón vôi và phun axit oxalic có thể làm tăng hàm lượng Ca2+ trong sâm Panax notoginseng và giảm độc tính của Cd2+. Việc bổ sung vôi và axit oxalic làm tăng hoạt động của các enzyme chống oxy hóa và thay đổi quá trình chuyển hóa của các chất điều hòa thẩm thấu. Đáng chú ý nhất là sự gia tăng hoạt động của CAT lên 2,77 lần. Dưới tác động của axit oxalic, hoạt động của SOD tăng lên 1,78 lần. Hàm lượng MDA giảm 58,38%. Có mối tương quan rất đáng kể với đường hòa tan, axit amin tự do, proline và protein hòa tan. Vôi và axit oxalic có thể làm tăng hàm lượng ion canxi (Ca2+) trong sâm Panax notoginseng, giảm hàm lượng Cd, cải thiện khả năng chống chịu stress của sâm Panax notoginseng và tăng sản lượng tổng saponin và flavonoid. Hàm lượng Cd thấp nhất, giảm 68,57% so với đối chứng, và tương ứng với giá trị tiêu chuẩn (Cd≤0,5 mg kg-1, GB/T 19086-2008). Tỷ lệ SPN đạt 7,73%, cao nhất trong tất cả các phương pháp xử lý, và hàm lượng flavonoid tăng đáng kể 21,74%, đạt giá trị y học tiêu chuẩn và năng suất tối ưu.
Cadmium (Cd) là một chất gây ô nhiễm phổ biến trong đất canh tác, dễ di chuyển và có độc tính sinh học đáng kể. El-Shafei và cộng sự2 đã báo cáo rằng độc tính của cadmium ảnh hưởng đến chất lượng và năng suất của các loại cây trồng. Nồng độ cadmium quá cao trong đất canh tác ở tây nam Trung Quốc đã trở nên nghiêm trọng trong những năm gần đây. Tỉnh Vân Nam là vương quốc đa dạng sinh học của Trung Quốc, với số lượng loài cây thuốc đứng đầu cả nước. Tuy nhiên, tỉnh Vân Nam giàu tài nguyên khoáng sản, và quá trình khai thác mỏ chắc chắn dẫn đến ô nhiễm kim loại nặng trong đất, ảnh hưởng đến sản xuất cây thuốc địa phương.
Sâm Panax notoginseng (Burkill Chen3) là một loại cây thuốc thân thảo lâu năm rất quý giá thuộc chi Panax của họ Araliaceae. Sâm Panax notoginseng giúp cải thiện tuần hoàn máu, loại bỏ ứ huyết và giảm đau. Khu vực sản xuất chính là huyện Văn Sơn, tỉnh Vân Nam5. Hơn 75% đất ở các vùng trồng sâm Panax notoginseng địa phương bị nhiễm cadmium, với mức độ dao động từ 81% đến hơn 100% ở các khu vực khác nhau6. Tác động độc hại của Cd cũng làm giảm đáng kể sản lượng các thành phần dược liệu của sâm Panax notoginseng, đặc biệt là saponin và flavonoid. Saponin là một loại hợp chất glycosidic có aglycone là triterpenoid hoặc spirostane. Chúng là thành phần hoạt tính chính của nhiều loại thuốc cổ truyền Trung Quốc và chứa saponin. Một số saponin cũng có hoạt tính kháng khuẩn hoặc các hoạt tính sinh học có giá trị như hạ sốt, an thần và chống ung thư7. Flavonoid thường đề cập đến một loạt các hợp chất trong đó hai vòng benzen với nhóm hydroxyl phenolic được nối với nhau thông qua ba nguyên tử carbon trung tâm. Cấu trúc chính là 2-phenylchromanone 8. Đây là một chất chống oxy hóa mạnh có thể loại bỏ hiệu quả các gốc tự do oxy trong thực vật. Nó cũng có thể ức chế sự xâm nhập của các enzyme sinh học gây viêm, thúc đẩy quá trình lành vết thương và giảm đau, cũng như giảm mức cholesterol. Đây là một trong những thành phần hoạt tính chính của sâm Panax notoginseng. Cần khẩn trương giải quyết vấn đề ô nhiễm cadmium trong đất ở các vùng sản xuất sâm Panax ginseng và đảm bảo sản xuất các dược liệu thiết yếu của nó.
Vôi là một trong những chất thụ động được sử dụng rộng rãi để làm sạch đất khỏi ô nhiễm cadmium tại chỗ10. Nó ảnh hưởng đến sự hấp phụ và lắng đọng Cd trong đất bằng cách giảm khả năng sinh học của Cd trong đất thông qua việc tăng giá trị pH và thay đổi dung lượng trao đổi cation của đất (CEC), độ bão hòa muối của đất (BS) và thế năng oxy hóa khử của đất (Eh)3, 11. Ngoài ra, vôi cung cấp một lượng lớn Ca2+, tạo ra sự đối kháng ion với Cd2+, cạnh tranh các vị trí hấp phụ trong rễ, ngăn chặn sự vận chuyển Cd vào đất và có độc tính sinh học thấp. Khi thêm 50 mmol L-1 Ca trong điều kiện stress Cd, sự vận chuyển Cd trong lá vừng bị ức chế và sự tích lũy Cd giảm 80%. Một số nghiên cứu tương tự đã được báo cáo ở lúa (Oryza sativa L.) và các loại cây trồng khác12,13.
Phun thuốc trừ sâu lên lá cây trồng để kiểm soát sự tích tụ kim loại nặng là một phương pháp mới để kiểm soát kim loại nặng trong những năm gần đây. Nguyên lý của nó chủ yếu liên quan đến phản ứng tạo phức trong tế bào thực vật, dẫn đến sự lắng đọng kim loại nặng trên thành tế bào và ức chế sự hấp thụ kim loại nặng của cây trồng14,15. Là một chất tạo phức diacid ổn định, axit oxalic có thể trực tiếp tạo phức với các ion kim loại nặng trong cây trồng, do đó làm giảm độc tính. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng axit oxalic trong đậu nành có thể tạo phức với Cd2+ và giải phóng các tinh thể chứa Cd thông qua các tế bào lông tơ phía trên, làm giảm nồng độ Cd2+ trong cơ thể16. Axit oxalic có thể điều chỉnh độ pH của đất, tăng cường hoạt động của superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) và catalase (CAT), và điều chỉnh sự thâm nhập của đường hòa tan, protein hòa tan, axit amin tự do và proline. Các chất điều hòa chuyển hóa17,18. Axit và Ca2+ dư thừa trong cây tạo thành kết tủa canxi oxalat dưới tác dụng của các protein tạo nhân. Việc điều chỉnh nồng độ Ca2+ trong cây trồng có thể giúp điều tiết hiệu quả axit oxalic hòa tan và Ca2+ trong cây, đồng thời tránh sự tích tụ quá mức axit oxalic và Ca2+19,20.
Lượng vôi bón là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả phục hồi. Người ta nhận thấy rằng liều lượng vôi dao động từ 750 đến 6000 kg/m2. Đối với đất chua có độ pH từ 5,0 đến 5,5, hiệu quả của việc bón vôi ở liều lượng 3000 đến 6000 kg/h/m2 cao hơn đáng kể so với liều lượng 750 kg/h/m221. Tuy nhiên, bón quá nhiều vôi sẽ dẫn đến một số tác động tiêu cực đến đất, chẳng hạn như thay đổi đáng kể về độ pH và độ nén chặt của đất22. Do đó, chúng tôi đã xác định các mức xử lý CaO là 0, 750, 2250 và 3750 kg hm-2. Khi bón axit oxalic cho cây Arabidopsis thaliana, người ta thấy rằng Ca2+ bị giảm đáng kể ở nồng độ 10 mmol L-1, và họ gen CRT, ảnh hưởng đến tín hiệu Ca2+, đã phản ứng mạnh20. Việc tổng hợp một số nghiên cứu trước đây đã cho phép chúng tôi xác định nồng độ của thử nghiệm này và nghiên cứu sâu hơn về tác động của sự tương tác giữa các chất bổ sung ngoại sinh lên Ca2+ và Cd2+23,24,25. Do đó, nghiên cứu này nhằm mục đích khám phá cơ chế điều chỉnh của việc phun vôi và axit oxalic ngoại sinh lên hàm lượng Cd và khả năng chịu stress của sâm Panax notoginseng trong đất bị ô nhiễm Cd, đồng thời tìm hiểu thêm các cách để đảm bảo tốt hơn chất lượng và hiệu quả dược liệu trong sản xuất sâm Panax notoginseng. Nghiên cứu này cung cấp hướng dẫn có giá trị về việc tăng quy mô canh tác cây thân thảo trong đất bị ô nhiễm cadmium và đạt được sản xuất bền vững, chất lượng cao theo yêu cầu của thị trường dược phẩm.
Sử dụng giống sâm địa phương Wenshan Panax notoginseng làm nguyên liệu, một thí nghiệm thực địa đã được tiến hành tại Lannizhai, huyện Qiubei, tỉnh Wenshan, tỉnh Vân Nam (24°11′N, 104°3′E, độ cao 1446 m). Nhiệt độ trung bình hàng năm là 17°C và lượng mưa trung bình hàng năm là 1250 mm. Giá trị nền của đất nghiên cứu là: 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 thủy phân kiềm 88,82 mg kg-1, phốt pho tự do 18,55 mg kg-1, kali tự do 100,37 mg kg-1, cadmium tổng cộng 0,3 mg kg-1, pH 5,4.
Ngày 10 tháng 12 năm 2017, 6 mg/kg Cd2+ (CdCl2·2.5H2O) và xử lý bằng vôi (0, 750, 2250 và 3750 kg/h/m2) được trộn lẫn và bón lên bề mặt đất thành lớp dày 0~10 cm của mỗi ô thí nghiệm. Mỗi nghiệm thức được lặp lại 3 lần. Các ô thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên, mỗi ô có diện tích 3 m2. Cây sâm Panax notoginseng một năm tuổi được cấy sau 15 ngày làm đất. Khi sử dụng lưới che nắng, cường độ ánh sáng chiếu vào sâm Panax notoginseng bên trong lưới che nắng chỉ bằng khoảng 18% cường độ ánh sáng tự nhiên bình thường. Việc canh tác được thực hiện theo phương pháp canh tác truyền thống địa phương. Trước giai đoạn chín của sâm Panax notoginseng năm 2019, phun axit oxalic dưới dạng natri oxalat. Nồng độ axit oxalic lần lượt là 0, 0,1 và 0,2 mol L-1, và NaOH được sử dụng để điều chỉnh pH đến 5,16 nhằm mô phỏng pH trung bình của dung dịch chiết xuất từ lá rụng. Phun dung dịch lên cả mặt trên và mặt dưới của lá mỗi tuần một lần vào lúc 8:00 sáng. Sau khi phun 4 lần trong tuần thứ 5, cây sâm Panax notoginseng 3 năm tuổi được thu hoạch.
Vào tháng 11 năm 2019, các cây sâm Panax notoginseng ba năm tuổi được thu thập từ ruộng và phun axit oxalic. Một số mẫu sâm Panax notoginseng ba năm tuổi cần đo lường quá trình trao đổi chất sinh lý và hoạt động enzyme được cho vào ống nghiệm để đông lạnh, nhanh chóng làm đông lạnh bằng nitơ lỏng và sau đó chuyển đến tủ lạnh ở -80°C. Một số mẫu rễ cần đo hàm lượng Cd và hoạt chất ở giai đoạn trưởng thành được rửa sạch bằng nước máy, sấy khô ở 105°C trong 30 phút, giữ khối lượng không đổi ở 75°C, và nghiền trong cối để bảo quản.
Cân 0,2 g mẫu thực vật khô, cho vào bình tam giác Erlenmeyer, thêm 8 ml HNO3 và 2 ml HClO4 rồi đậy kín qua đêm. Ngày hôm sau, dùng phễu cong đặt trong bình tam giác Erlenmeyer để phân hủy bằng điện nhiệt cho đến khi xuất hiện khói trắng và dịch phân hủy trong suốt. Sau khi làm nguội đến nhiệt độ phòng, hỗn hợp được chuyển vào bình định mức 10 ml. Hàm lượng Cd được xác định bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (Thermo ICE™ 3300 AAS, USA). (GB/T 23739-2009).
Cân 0,2 g mẫu thực vật khô, cho vào chai nhựa 50 ml, thêm 10 ml dung dịch HCl 1 mol L-1, đậy nắp và lắc đều trong 15 giờ rồi lọc. Dùng pipet lấy lượng dịch lọc cần thiết, pha loãng cho phù hợp và thêm dung dịch SrCl2 để nồng độ Sr2+ đạt 1 g L-1. Hàm lượng Ca được đo bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (Thermo ICE™ 3300 AAS, USA).
Phương pháp chuẩn xác định malondialdehyde (MDA), superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) và catalase (CAT) (DNM-9602, Công ty TNHH Công nghệ mới Bắc Kinh Prong, đăng ký sản phẩm), sử dụng bộ dụng cụ đo tương ứng. Số: Dược điển Bắc Kinh (chính xác) 2013 số 2400147).
Cân khoảng 0,05 g mẫu sâm Panax notoginseng và cho thuốc thử anthrone-sulfuric acid vào dọc thành ống nghiệm. Lắc ống nghiệm trong 2-3 giây để trộn đều dung dịch. Đặt ống nghiệm lên giá đỡ ống nghiệm để phát triển màu trong 15 phút. Hàm lượng đường hòa tan được xác định bằng phương pháp quang phổ tử ngoại-ánh sáng nhìn thấy (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Trung Quốc) ở bước sóng 620 nm.
Cân 0,5 g mẫu sâm Panax notoginseng tươi, nghiền thành hỗn hợp đồng nhất với 5 ml nước cất, sau đó ly tâm ở 10.000 g trong 10 phút. Phần dịch nổi được pha loãng đến thể tích xác định. Phương pháp nhuộm Coomassie Brilliant Blue được sử dụng. Hàm lượng protein hòa tan được đo bằng phương pháp quang phổ tử ngoại-khả kiến (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Trung Quốc) ở bước sóng 595 nm và được tính toán dựa trên đường cong chuẩn của albumin huyết thanh bò.
Cân 0,5 g mẫu tươi, thêm 5 ml axit axetic 10%, nghiền thành hỗn hợp đồng nhất, lọc và pha loãng đến thể tích không đổi. Phương pháp phát triển màu được sử dụng với dung dịch ninhydrin. Hàm lượng axit amin tự do được xác định bằng phương pháp quang phổ UV-vis (UV-5800, Công ty TNHH Dụng cụ Thượng Hải Nguyên Tây, Trung Quốc) ở bước sóng 570 nm và được tính toán dựa trên đường cong chuẩn leucine28.
Cân 0,5 g mẫu tươi, thêm 5 ml dung dịch axit sulfosalicylic 3%, đun nóng trong bể nước và lắc trong 10 phút. Sau khi làm nguội, dung dịch được lọc và điều chỉnh đến thể tích không đổi. Phương pháp đo màu bằng ninhydrin axit được sử dụng. Hàm lượng proline được xác định bằng phương pháp quang phổ tử ngoại-khả kiến (UV-5800, Công ty TNHH Dụng cụ Thượng Hải Nguyên Tây, Trung Quốc) ở bước sóng 520 nm và được tính toán dựa trên đường cong chuẩn proline29.
Hàm lượng saponin được xác định bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao dựa trên Dược điển Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa (ấn bản năm 2015). Nguyên tắc cơ bản của sắc ký lỏng hiệu năng cao là sử dụng chất lỏng áp suất cao làm pha động và áp dụng công nghệ tách hạt siêu mịn của sắc ký cột hiệu năng cao cho pha tĩnh. Kỹ thuật thực hiện như sau:
Điều kiện HPLC và Thử nghiệm Độ phù hợp Hệ thống (Bảng 1): Sử dụng silica gel liên kết octadecylsilane làm chất độn, acetonitrile làm pha động A và nước làm pha động B. Thực hiện quá trình rửa giải gradient như trong bảng dưới đây. Bước sóng phát hiện là 203 nm. Theo đỉnh R1 của tổng saponin trong Panax notoginseng, số đĩa lý thuyết phải đạt ít nhất 4000.
Chuẩn bị dung dịch chuẩn: Cân chính xác ginsenoside Rg1, ginsenoside Rb1 và notoginsenoside R1, sau đó thêm methanol để pha hỗn hợp chứa 0,4 mg ginsenoside Rg1, 0,4 mg ginsenoside Rb1 và 0,1 mg notoginsenoside R1 trên 1 ml dung dịch.
Chuẩn bị dung dịch thử nghiệm: Cân 0,6 g bột sâm Panax và thêm 50 ml metanol. Cân dung dịch hỗn hợp (W1) và để qua đêm. Sau đó, đun sôi nhẹ dung dịch hỗn hợp trong nồi cách thủy ở 80°C trong 2 giờ. Sau khi làm nguội, cân lại dung dịch hỗn hợp và thêm metanol đã chuẩn bị vào khối lượng W1 ban đầu. Sau đó lắc đều và lọc. Lấy phần dịch lọc để phân tích.
Lấy chính xác 10 μL dung dịch chuẩn và 10 μL dịch lọc rồi tiêm vào máy sắc ký lỏng hiệu năng cao (Thermo HPLC-ultimate 3000, Seymour Fisher Technology Co., Ltd.) để xác định hàm lượng saponin 24.
Đường cong chuẩn: đo dung dịch chuẩn hỗn hợp gồm Rg1, Rb1 và R1. Điều kiện sắc ký tương tự như trên. Tính toán đường cong chuẩn bằng cách vẽ diện tích đỉnh đo được trên trục y và nồng độ saponin trong dung dịch chuẩn trên trục x. Nồng độ saponin có thể được tính bằng cách thay thế diện tích đỉnh đo được của mẫu vào đường cong chuẩn.
Cân 0,1 g mẫu P. notogensings và thêm 50 ml dung dịch CH3OH 70%. Tiến hành chiết xuất siêu âm trong 2 giờ, sau đó ly tâm ở 4000 vòng/phút trong 10 phút. Lấy 1 ml dịch nổi và pha loãng 12 lần. Hàm lượng flavonoid được xác định bằng phương pháp quang phổ tử ngoại-khả kiến (UV-5800, Công ty TNHH Dụng cụ Thượng Hải Nguyên Tây, Trung Quốc) ở bước sóng 249 nm. Quercetin là một trong những chất chuẩn thông thường8.
Dữ liệu được sắp xếp bằng phần mềm Excel 2010. Phần mềm thống kê SPSS 20 được sử dụng để thực hiện phân tích phương sai trên dữ liệu. Hình ảnh được vẽ bằng Origin Pro 9.1. Các giá trị thống kê được tính toán bao gồm giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn. Các tuyên bố về ý nghĩa thống kê dựa trên P < 0,05.
Ở cùng nồng độ axit oxalic phun lên lá, hàm lượng Ca trong rễ cây Panax notoginseng tăng đáng kể khi lượng vôi bón tăng lên (Bảng 2). So với trường hợp không bón vôi, hàm lượng Ca tăng 212% khi bón 3750 kg/h/m2 vôi mà không phun axit oxalic. Với cùng lượng vôi bón, hàm lượng Ca tăng nhẹ khi nồng độ axit oxalic phun tăng lên.
Hàm lượng Cd trong rễ dao động từ 0,22 đến 0,70 mg kg-1. Ở cùng nồng độ phun axit oxalic, khi lượng vôi bón tăng lên, hàm lượng Cd ở mức 2250 kg/h giảm đáng kể. So với đối chứng, hàm lượng Cd trong rễ giảm 68,57% sau khi phun 2250 kg hm-2 vôi và 0,1 mol l-1 axit oxalic. Khi không bón vôi và bón 750 kg/h vôi, hàm lượng Cd trong rễ sâm Panax notoginseng giảm đáng kể khi nồng độ phun axit oxalic tăng lên. Khi bón 2250 kg/m2 vôi và 3750 kg/m2 vôi, hàm lượng Cd trong rễ ban đầu giảm rồi tăng lên khi nồng độ axit oxalic tăng. Ngoài ra, phân tích hai biến cho thấy vôi có tác động đáng kể đến hàm lượng Ca trong rễ sâm Panax notoginseng (F = 82,84**), vôi có tác động đáng kể đến hàm lượng Cd trong rễ sâm Panax notoginseng (F = 74,99**), và axit oxalic (F = 7,72*).
Khi lượng vôi thêm vào và nồng độ axit oxalic phun tăng lên, hàm lượng MDA giảm đáng kể. Không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng MDA trong rễ cây sâm Panax notoginseng khi không thêm vôi và khi thêm 3750 kg/m2 vôi. Ở mức bón 750 kg/h/m2 và 2250 kg/h/m2, hàm lượng vôi trong nghiệm pháp phun axit oxalic 0,2 mol/L giảm lần lượt 58,38% và 40,21% so với nghiệm pháp không phun axit oxalic. Hàm lượng MDA thấp nhất (7,57 nmol g-1) được quan sát thấy khi phun 750 kg hm-2 vôi và 0,2 mol l-1 axit oxalic (Hình 1).
Ảnh hưởng của việc phun axit oxalic lên lá đối với hàm lượng malondialdehyde trong rễ sâm Panax notoginseng dưới tác động của cadmium. Lưu ý: Chú thích trong hình cho biết nồng độ axit oxalic khi phun (mol L-1), các chữ cái viết thường khác nhau biểu thị sự khác biệt đáng kể giữa các nghiệm thức có cùng mức bón vôi. (P < 0,05). Tương tự như bên dưới.
Ngoại trừ trường hợp bón vôi với lượng 3750 kg/h, không có sự khác biệt đáng kể về hoạt tính SOD trong rễ sâm Panax notoginseng. Khi bón vôi với lượng 0, 750 và 2250 kg/h/m2, hoạt tính SOD khi được xử lý bằng cách phun axit oxalic ở nồng độ 0,2 mol/l cao hơn đáng kể so với trường hợp không sử dụng axit oxalic, tăng lần lượt 177,89%, 61,62% và 45,08%. Hoạt tính SOD trong rễ (598,18 U g-1) cao nhất khi không bón vôi và khi được xử lý bằng cách phun axit oxalic ở nồng độ 0,2 mol/l. Khi phun axit oxalic ở cùng nồng độ hoặc 0,1 mol L-1, hoạt tính SOD tăng lên khi lượng vôi bón vào tăng. Sau khi phun axit oxalic 0,2 mol/L, hoạt tính SOD giảm đáng kể (Hình 2).
Ảnh hưởng của việc phun axit oxalic lên lá đối với hoạt động của superoxide dismutase, peroxidase và catalase trong rễ cây Panax notoginseng dưới tác động của cadmium.
Tương tự như hoạt động SOD trong rễ, hoạt động POD trong rễ được xử lý mà không bón vôi và phun axit oxalic 0,2 mol L-1 là cao nhất (63,33 µmol g-1), cao hơn 148,35% so với đối chứng (25,50 µmol g-1). Khi tăng nồng độ axit oxalic phun và xử lý vôi 3750 kg/m2, hoạt động POD ban đầu tăng rồi giảm. So với xử lý bằng axit oxalic 0,1 mol L-1, hoạt động POD khi xử lý bằng axit oxalic 0,2 mol L-1 giảm 36,31% (Hình 2).
Ngoại trừ trường hợp phun axit oxalic 0,2 mol/l và bón vôi với liều lượng 2250 kg/h/m2 hoặc 3750 kg/h/m2, hoạt tính CAT cao hơn đáng kể so với đối chứng. Khi phun axit oxalic 0,1 mol/l và bón vôi với liều lượng 0,2250 kg/m2 hoặc 3750 kg/h/m2, hoạt tính CAT tăng lần lượt 276,08%, 276,69% và 33,05% so với nghiệm thức không phun axit oxalic. Hoạt tính CAT trong rễ cao nhất (803,52 μmol/g) ở nghiệm thức không bón vôi và nghiệm thức phun axit oxalic 0,2 mol/L. Hoạt tính CAT thấp nhất (172,88 μmol/g) khi được xử lý với 3750 kg/h/m2 vôi và axit oxalic 0,2 mol/L (Hình 2).
Phân tích hai biến cho thấy hoạt tính CAT và hoạt tính MDA của rễ sâm Panax notoginseng có liên quan đáng kể đến lượng axit oxalic hoặc vôi được phun và hai phương pháp xử lý (Bảng 3). Hoạt tính SOD trong rễ có liên quan đáng kể đến phương pháp xử lý bằng vôi và axit oxalic hoặc nồng độ axit oxalic phun. Hoạt tính POD của rễ phụ thuộc đáng kể vào lượng vôi được bón hoặc phương pháp xử lý bằng vôi và axit oxalic.
Hàm lượng đường hòa tan trong rễ giảm khi lượng vôi bón và nồng độ axit oxalic phun tăng lên. Không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng đường hòa tan trong rễ sâm Panax notoginseng khi không bón vôi và khi bón 750 kg/h/m2 vôi. Khi bón 2250 kg/m2 vôi, hàm lượng đường hòa tan khi xử lý bằng axit oxalic 0,2 mol/L cao hơn đáng kể so với khi không phun axit oxalic, tăng 22,81%. Khi bón 3750 kg h/m2 vôi, hàm lượng đường hòa tan giảm đáng kể khi nồng độ axit oxalic phun tăng lên. Hàm lượng đường hòa tan khi xử lý bằng axit oxalic 0,2 mol L-1 giảm 38,77% so với khi không phun axit oxalic. Ngoài ra, phương pháp phun axit oxalic 0,2 mol·L-1 có hàm lượng đường hòa tan thấp nhất, đạt 205,80 mg·g-1 (Hình 3).
Ảnh hưởng của việc phun axit oxalic lên lá đối với hàm lượng đường tổng hòa tan và protein hòa tan trong rễ sâm Panax notoginseng dưới tác động của cadmium.
Hàm lượng protein hòa tan trong rễ giảm khi lượng vôi bón và xử lý bằng dung dịch axit oxalic tăng lên. Nếu không bón vôi, hàm lượng protein hòa tan khi xử lý bằng dung dịch axit oxalic ở nồng độ 0,2 mol L-1 giảm đáng kể 16,20% so với đối chứng. Không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng protein hòa tan trong rễ sâm Panax notoginseng khi bón 750 kg/h vôi. Dưới điều kiện bón 2250 kg/h/m2 vôi, hàm lượng protein hòa tan của phương pháp xử lý bằng dung dịch axit oxalic 0,2 mol/L cao hơn đáng kể so với phương pháp không xử lý bằng dung dịch axit oxalic (35,11%). Khi bón 3750 kg·h/m2 vôi, hàm lượng protein hòa tan giảm đáng kể khi nồng độ dung dịch axit oxalic tăng lên, với hàm lượng protein hòa tan thấp nhất (269,84 μg·g-1) khi xử lý bằng dung dịch axit oxalic ở nồng độ 0,2 mol·L-1 (Hình 3).
Không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng axit amin tự do trong rễ sâm Panax notoginseng khi không bón vôi. Khi nồng độ phun axit oxalic tăng lên và lượng vôi bón thêm là 750 kg/h/m2, hàm lượng axit amin tự do ban đầu giảm rồi sau đó tăng lên. So với nghiệm
Ảnh hưởng của việc phun axit oxalic lên lá đến hàm lượng axit amin tự do và proline trong rễ cây sâm Panax notoginseng dưới điều kiện stress cadmium.
Hàm lượng proline trong rễ giảm khi lượng vôi bón và lượng axit oxalic phun tăng lên. Không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng proline trong rễ sâm Panax khi không bón vôi. Khi nồng độ axit oxalic phun tăng lên và lượng vôi bón tăng lên (750 hoặc 2250 kg/m2), hàm lượng proline ban đầu giảm rồi sau đó tăng lên. Hàm lượng proline của nghiệm pháp phun axit oxalic 0,2 mol L-1 cao hơn đáng kể so với nghiệm pháp phun axit oxalic 0,1 mol L-1, tăng lần lượt 19,52% và 44,33%. Khi bón 3750 kg/m2 vôi, hàm lượng proline giảm đáng kể khi nồng độ axit oxalic phun tăng lên. Sau khi phun axit oxalic 0,2 mol L-1, hàm lượng proline giảm 54,68% so với trường hợp không phun axit oxalic. Hàm lượng proline thấp nhất được ghi nhận khi xử lý bằng axit oxalic 0,2 mol/l và đạt mức 11,37 μg/g (Hình 4).
Tổng hàm lượng saponin trong Panax notoginseng là Rg1>Rb1>R1. Không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng của ba loại saponin khi tăng nồng độ phun axit oxalic và nồng độ không bón vôi (Bảng 4).
Hàm lượng R1 sau khi phun axit oxalic 0,2 mol L-1 thấp hơn đáng kể so với trường hợp không phun axit oxalic và bón vôi với liều lượng 750 hoặc 3750 kg/m2. Ở nồng độ axit oxalic phun là 0 hoặc 0,1 mol/L, không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng R1 khi tăng lượng vôi bón vào. Ở nồng độ axit oxalic phun là 0,2 mol/L, hàm lượng R1 khi bón 3750 kg/h/m2 vôi thấp hơn đáng kể so với 43,84% khi không bón vôi (Bảng 4).
Khi nồng độ phun axit oxalic tăng lên và lượng vôi bón vào là 750 kg/m2, hàm lượng Rg1 ban đầu tăng rồi giảm. Ở mức bón vôi 2250 và 3750 kg/h, hàm lượng Rg1 giảm khi nồng độ phun axit oxalic tăng. Ở cùng nồng độ axit oxalic phun, khi lượng vôi tăng, hàm lượng Rg1 ban đầu tăng rồi giảm. So với đối chứng, ngoại trừ hàm lượng Rg1 ở ba nồng độ axit oxalic và 750 kg/m2 vôi cao hơn đối chứng, hàm lượng Rg1 trong rễ sâm Panax notoginseng ở các nghiệm thức khác thấp hơn đối chứng. Hàm lượng Rg1 tối đa đạt được khi phun 750 kg/h/m2 vôi và 0,1 mol/l axit oxalic, cao hơn 11,54% so với đối chứng (Bảng 4).
Khi nồng độ axit oxalic phun và lượng vôi bón tăng lên ở tốc độ dòng chảy 2250 kg/h, hàm lượng Rb1 ban đầu tăng rồi giảm. Sau khi phun axit oxalic 0,1 mol L-1, hàm lượng Rb1 đạt giá trị tối đa là 3,46%, cao hơn 74,75% so với trường hợp không phun axit oxalic. Đối với các phương pháp xử lý vôi khác, không có sự khác biệt đáng kể giữa các nồng độ axit oxalic phun khác nhau. Sau khi phun axit oxalic 0,1 và 0,2 mol L-1, khi lượng vôi tăng lên, hàm lượng Rb1 ban đầu giảm rồi giảm (Bảng 4).
Ở cùng nồng độ phun axit oxalic, khi lượng vôi thêm vào tăng lên, hàm lượng flavonoid ban đầu tăng rồi giảm. Không phát hiện thấy sự khác biệt đáng kể về hàm lượng flavonoid khi phun các nồng độ axit oxalic khác nhau mà không có vôi và khi thêm 3750 kg/m2 vôi. Khi thêm 750 và 2250 kg/m2 vôi, khi nồng độ axit oxalic phun tăng lên, hàm lượng flavonoid ban đầu tăng rồi giảm. Khi sử dụng 750 kg/m2 và phun axit oxalic ở nồng độ 0,1 mol/l, hàm lượng flavonoid đạt mức tối đa – 4,38 mg/g, cao hơn 18,38% so với khi thêm cùng lượng vôi mà không cần phun axit oxalic. Hàm lượng flavonoid khi được xử lý bằng dung dịch axit oxalic 0,1 mol L-1 tăng 21,74% so với phương pháp xử lý không sử dụng axit oxalic và phương pháp xử lý bằng vôi với liều lượng 2250 kg/m2 (Hình 5).
Ảnh hưởng của việc phun oxalate lên lá đến hàm lượng flavonoid trong rễ cây sâm Panax notoginseng dưới tác động của cadmium.
Phân tích hai biến cho thấy hàm lượng đường hòa tan trong rễ sâm Panax notoginseng phụ thuộc đáng kể vào lượng vôi bón và nồng độ axit oxalic phun. Hàm lượng protein hòa tan trong rễ có mối tương quan đáng kể với liều lượng vôi và axit oxalic. Hàm lượng axit amin tự do và proline trong rễ có mối tương quan đáng kể với lượng vôi bón, nồng độ axit oxalic phun, vôi và axit oxalic (Bảng 5).
Hàm lượng R1 trong rễ sâm Panax notoginseng phụ thuộc đáng kể vào nồng độ axit oxalic phun, lượng vôi, lượng vôi và axit oxalic được sử dụng. Hàm lượng flavonoid phụ thuộc đáng kể vào nồng độ axit oxalic phun và lượng vôi được thêm vào.
Nhiều biện pháp cải tạo đất đã được sử dụng để giảm nồng độ cadmium trong cây trồng bằng cách cố định cadmium trong đất, chẳng hạn như vôi và axit oxalic30. Vôi được sử dụng rộng rãi như một chất cải tạo đất để giảm nồng độ cadmium trong cây trồng31. Liang và cộng sự32 báo cáo rằng axit oxalic cũng có thể được sử dụng để xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng. Sau khi thêm các nồng độ axit oxalic khác nhau vào đất bị ô nhiễm, hàm lượng chất hữu cơ trong đất tăng lên, khả năng trao đổi cation giảm xuống và độ pH tăng lên33. Axit oxalic cũng có thể phản ứng với các ion kim loại trong đất. Trong điều kiện căng thẳng Cd, hàm lượng Cd trong Panax notoginseng tăng lên đáng kể so với đối chứng. Tuy nhiên, nếu sử dụng vôi, hàm lượng này giảm đáng kể. Khi bón 750 kg/h/m vôi trong nghiên cứu này, hàm lượng Cd trong rễ đạt tiêu chuẩn quốc gia (giới hạn Cd là Cd≤0,5 mg/kg, AQSIQ, GB/T 19086-200834), và hiệu quả rất tốt. Hiệu quả tốt nhất đạt được khi thêm 2250 kg/m2 vôi. Việc bổ sung vôi tạo ra một lượng lớn các vị trí cạnh tranh giữa Ca2+ và Cd2+ trong đất, và việc bổ sung axit oxalic làm giảm hàm lượng Cd trong rễ sâm Panax notoginseng. Sau khi trộn vôi và axit oxalic, hàm lượng Cd trong rễ sâm Panax notoginseng giảm đáng kể và đạt tiêu chuẩn quốc gia. Ca2+ trong đất được hấp phụ lên bề mặt rễ thông qua quá trình dòng chảy khối lượng và có thể được hấp thụ vào tế bào rễ thông qua các kênh canxi (kênh Ca2+), bơm canxi (Ca2+-AT-Pase) và chất vận chuyển ngược Ca2+/H+, sau đó được vận chuyển theo chiều ngang đến mạch gỗ của rễ. Có mối tương quan nghịch đáng kể giữa hàm lượng Ca và Cd trong rễ (P < 0,05). Hàm lượng Cd giảm khi hàm lượng Ca tăng, điều này phù hợp với ý tưởng về sự đối kháng giữa Ca và Cd. Phân tích ANOVA cho thấy lượng vôi có ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng Ca trong rễ sâm Panax notoginseng. Pongrack et al. 35 báo cáo rằng Cd liên kết với oxalat trong tinh thể canxi oxalat và cạnh tranh với Ca. Tuy nhiên, tác dụng điều hòa của axit oxalic đối với Ca là không đáng kể. Điều này cho thấy sự kết tủa canxi oxalat từ axit oxalic và Ca2+ không phải là sự kết tủa đơn giản, và quá trình kết tủa đồng thời có thể được kiểm soát bởi một số con đường trao đổi chất.
Dưới tác động của cadmium, một lượng lớn các gốc oxy phản ứng (ROS) được hình thành trong thực vật, làm tổn thương cấu trúc màng tế bào36. Hàm lượng malondialdehyde (MDA) có thể được sử dụng làm chỉ số để đánh giá mức độ ROS và mức độ tổn thương màng sinh chất của thực vật37. Hệ thống chống oxy hóa là một cơ chế bảo vệ quan trọng để loại bỏ các gốc oxy phản ứng38. Hoạt động của các enzyme chống oxy hóa (bao gồm POD, SOD và CAT) thường bị thay đổi do tác động của cadmium. Kết quả cho thấy hàm lượng MDA có tương quan thuận với nồng độ Cd, cho thấy mức độ peroxy hóa lipid màng thực vật tăng lên khi nồng độ Cd tăng37. Điều này phù hợp với kết quả nghiên cứu của Ouyang et al.39. Nghiên cứu này cho thấy hàm lượng MDA bị ảnh hưởng đáng kể bởi vôi, axit oxalic, vôi và axit oxalic. Sau khi phun sương dung dịch axit oxalic 0,1 mol L-1, hàm lượng MDA trong sâm Panax notoginseng giảm, cho thấy axit oxalic có thể làm giảm khả năng hấp thụ Cd và mức độ ROS trong sâm Panax notoginseng. Hệ thống enzyme chống oxy hóa là nơi diễn ra chức năng giải độc của cây. SOD loại bỏ O2- có trong tế bào thực vật và tạo ra O2 không độc hại và H2O2 có độc tính thấp. POD và CAT loại bỏ H2O2 khỏi mô thực vật và xúc tác quá trình phân hủy H2O2 thành H2O. Dựa trên phân tích proteome iTRAQ, người ta thấy rằng mức độ biểu hiện protein của SOD và PAL giảm và mức độ biểu hiện của POD tăng lên sau khi bón vôi dưới điều kiện stress Cd40. Hoạt động của CAT, SOD và POD trong rễ sâm Panax notoginseng bị ảnh hưởng đáng kể bởi liều lượng axit oxalic và vôi. Xử lý phun dung dịch axit oxalic 0,1 mol L-1 làm tăng đáng kể hoạt động của SOD và CAT, nhưng tác dụng điều chỉnh đối với hoạt động của POD không rõ rệt. Điều này cho thấy axit oxalic đẩy nhanh quá trình phân hủy ROS dưới tác động của Cd và chủ yếu hoàn thành việc loại bỏ H2O2 bằng cách điều chỉnh hoạt động của CAT, tương tự như kết quả nghiên cứu của Guo et al.41 về các enzyme chống oxy hóa của Pseudospermum sibiricum. Kos. ). Tác dụng của việc bổ sung 750 kg/h/m2 vôi lên hoạt động của các enzyme thuộc hệ thống chống oxy hóa và hàm lượng malondialdehyde tương tự như tác dụng của việc phun axit oxalic. Kết quả cho thấy xử lý phun axit oxalic có thể tăng cường hiệu quả hơn hoạt động của SOD và CAT trong Panax notoginseng và tăng cường khả năng chống chịu stress của Panax notoginseng. Hoạt động của SOD và POD giảm khi xử lý bằng 0,2 mol L-1 axit oxalic và 3750 kg hm-2 vôi, cho thấy việc phun quá nhiều axit oxalic và Ca2+ ở nồng độ cao có thể gây stress cho cây trồng, phù hợp với nghiên cứu của Luo et al. Wait 42.
Thời gian đăng bài: 25 tháng 1 năm 2024