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Cadmium (Cd)-Belastung bedroht den Anbau der Heilpflanze Panax notoginseng in der Provinz Yunnan. Unter exogenem Cd-Stress wurde ein Feldversuch durchgeführt, um die Wirkung von Kalk (0,750, 2250 und 3750 kg bm⁻²) und Oxalsäure (0, 0,1 und 0,2 mol l⁻¹) auf die Cd-Akkumulation sowie die antioxidative Wirkung und systemische und medizinische Komponenten von Panax notoginseng zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass Branntkalk und Blattdüngung mit Oxalsäure den Ca²⁺-Gehalt in Panax notoginseng unter Cd-Stress erhöhen und die Cd²⁺-Toxizität reduzieren können. Die Zugabe von Kalk und Oxalsäure steigerte die Aktivität antioxidativer Enzyme und veränderte den Stoffwechsel von Osmoregulatoren. Die CAT-Aktivität stieg am stärksten an (um das 2,77-Fache). Die SOD-Aktivität erhöhte sich am stärksten (um das 1,78-Fache) nach Behandlung mit Oxalsäure. Der MDA-Gehalt sank um 58,38 %. Es besteht eine hochsignifikante Korrelation mit löslichem Zucker, freien Aminosäuren, Prolin und löslichem Protein. Kalk und Oxalsäure können die Calciumionenkonzentration (Ca²⁺) erhöhen, den Cadmiumgehalt senken, die Stresstoleranz von Panax notoginseng verbessern und die Gesamtproduktion von Saponinen und Flavonoiden steigern. Der Cadmiumgehalt war mit 68,57 % niedriger als in der Kontrollgruppe am niedrigsten und entsprach dem Standardwert (Cd ≤ 0,5 mg/kg, GB/T 19086-2008). Der Anteil an SPN betrug 7,73 % und erreichte damit den höchsten Wert aller Behandlungen. Der Flavonoidgehalt stieg signifikant um 21,74 % und erreichte den Standardwert für Arzneimittel sowie die beste Ausbeute.
Cadmium (Cd) ist ein häufiges Schadstoff in Ackerböden, das sich leicht ausbreitet und eine erhebliche biologische Toxizität aufweist¹. El Shafei et al.² berichteten, dass die Cd-Toxizität die Qualität und Produktivität der angebauten Pflanzen beeinträchtigt. In den letzten Jahren hat sich das Problem der erhöhten Cadmiumkonzentration in den Böden von Ackerflächen in Südwestchina stark verschärft. Die Provinz Yunnan gilt als Chinas Biodiversitätsreichste Region und beherbergt landesweit die größte Artenvielfalt an Heilpflanzen. Der reiche Mineralienreichtum der Provinz Yunnan führt jedoch unweigerlich zu einer Schwermetallbelastung der Böden während des Abbaus, was die Produktion lokaler Heilpflanzen beeinträchtigt.
Panax notoginseng (Burkill) Chen3 ist eine wertvolle, mehrjährige Heilpflanze aus der Familie der Araliengewächse (Araliaceae). Die Wurzel von Panax notoginseng fördert die Durchblutung, löst Blutstauungen und lindert Schmerzen. Hauptanbaugebiet ist der Bezirk Wenshan in der Provinz Yunnan.5 In den Anbaugebieten von Panax notoginseng wurden auf über 75 % der Bodenfläche Cadmium-Kontaminationen festgestellt, an verschiedenen Standorten sogar über 81–100 %.6 Die toxische Wirkung von Cadmium reduziert die Produktion der medizinisch wirksamen Inhaltsstoffe von Panax notoginseng, insbesondere von Saponinen und Flavonoiden, erheblich. Saponine sind eine Klasse von Aglykonen, zu denen auch Triterpenoide und Spirosterane gehören. Diese sind die Hauptwirkstoffe vieler chinesischer Heilkräuter und enthalten Saponine. Einige Saponine besitzen wertvolle biologische Aktivitäten wie antibakterielle, fiebersenkende, beruhigende und krebshemmende Wirkung⁷. Flavonoide sind Verbindungen, bei denen zwei Benzolringe mit phenolischen Hydroxylgruppen über drei zentrale Kohlenstoffatome verknüpft sind. Das Grundgerüst bildet 2-Phenylchromanon⁸. Flavonoide sind starke Antioxidantien, die freie Sauerstoffradikale in Pflanzen effektiv neutralisieren, die Freisetzung entzündungsfördernder Enzyme hemmen, die Wundheilung fördern, Schmerzen lindern und den Cholesterinspiegel senken können. Sie gehören zu den Hauptwirkstoffen von Panax Ginseng. Die Lösung des Problems der Cadmium-Belastung der Böden in den Anbaugebieten von Panax notoginseng ist eine notwendige Voraussetzung für die Gewinnung seiner wichtigsten medizinisch wirksamen Bestandteile.
Kalk ist ein gängiges Passivierungsmittel zur Fixierung von Cadmium-kontaminierten Böden vor Ort. Er beeinflusst die Adsorption und Ablagerung von Cadmium im Boden und reduziert dessen biologische Aktivität durch Erhöhung des pH-Werts und Veränderung der Kationenaustauschkapazität (KAK), der Salzsättigung (BS) und des Redoxpotenzials (Eh) des Bodens.^3,11 Darüber hinaus liefert Kalk große Mengen an Ca²⁺, das einen ionischen Antagonismus mit Cd²⁺ bildet, um Adsorptionsstellen an den Wurzeln konkurriert, den Cadmiumtransport in den oberirdischen Teil des Bodens hemmt und eine geringe biologische Toxizität aufweist. Die Zugabe von 50 mmol l^-1 Ca unter Cadmiumstress hemmte den Cadmiumtransport in Sesamblättern und reduzierte die Cadmiumakkumulation um 80 %. Zahlreiche verwandte Studien wurden an Reis (Oryza sativa L.) und anderen Nutzpflanzen veröffentlicht.^12,13
Das Besprühen von Nutzpflanzenblättern zur Kontrolle der Schwermetallanreicherung ist eine in den letzten Jahren angewandte Methode zur Bekämpfung von Schwermetallen. Das Prinzip beruht hauptsächlich auf der Chelatbildung in Pflanzenzellen, wodurch sich Schwermetalle an der Zellwand ablagern und die Aufnahme durch die Pflanzen gehemmt wird^14,15. Oxalsäure, ein stabiles Dicarbonsäure-Chelatbildner, kann Schwermetallionen in Pflanzen direkt chelatieren und so die Toxizität reduzieren. Studien haben gezeigt, dass Oxalsäure in Sojabohnen Cd²⁺ chelatieren und Cd-haltige Kristalle über die Trichom-Apikalzellen freisetzen kann, wodurch der Cd²⁺-Gehalt im Pflanzenkörper sinkt¹⁶. Oxalsäure kann den pH-Wert des Bodens regulieren, die Aktivitäten von Superoxiddismutase (SOD), Peroxidase (POD) und Katalase (CAT) erhöhen und die Infiltration von löslichen Zuckern, löslichen Proteinen, freien Aminosäuren und Prolin regulieren.^17,18 Saure Substanzen und überschüssiges Ca²⁺ bilden in Oxalatpflanzen unter Einwirkung von Keimproteinen Calciumoxalat-Präzipitate. Die Regulierung der Ca²⁺-Konzentration in Pflanzen kann gelöste Oxalsäure und Ca²⁺ effektiv regulieren und eine übermäßige Anreicherung von Oxalsäure und Ca²⁺ verhindern.¹⁹,²⁰
Die Menge des ausgebrachten Kalks ist einer der Schlüsselfaktoren für den Erfolg der Renaturierungsmaßnahmen. Der Kalkverbrauch liegt nachweislich zwischen 750 und 6000 kg·h·m⁻². Bei sauren Böden mit einem pH-Wert von 5,0–5,5 war die Wirkung einer Kalkung mit einer Dosis von 3000–6000 kg·h·m⁻² deutlich höher als mit 750 kg·h·m⁻².²¹ Eine übermäßige Kalkung kann jedoch negative Auswirkungen auf den Boden haben, wie z. B. starke pH-Wert-Änderungen und Bodenverdichtung.²² Daher wurden die CaO-Behandlungsstufen auf 0, 750, 2250 und 3750 kg·h·m⁻² festgelegt. Bei der Anwendung von Oxalsäure auf Arabidopsis wurde eine signifikante Reduktion des Ca²⁺-Gehalts bei einer Konzentration von 10 mM L⁻¹ beobachtet, wobei die CRT-Genfamilie, die die Ca²⁺-Signalübertragung beeinflusst, stark reagierte.²⁰ Die Ergebnisse vorangegangener Studien ermöglichten es uns, die Konzentration in diesem Experiment festzulegen und die Wechselwirkung exogener Zusätze auf Ca²⁺ und Cd²⁺ weiter zu untersuchen.²³,²⁴,²⁵ Ziel dieser Studie ist es daher, den Regulationsmechanismus der Wirkung von Kalkapplikation und Oxalsäure-Blattbesprühung auf den Cd-Gehalt und die Stresstoleranz von Panax notoginseng in Cd-belasteten Böden zu erforschen und die besten Wege und Mittel zur Sicherstellung der medizinischen Qualität von Panax notoginseng zu ermitteln. Die Studie liefert wertvolle Informationen für den Ausbau des krautigen Anbaus auf cadmiumbelasteten Böden und die Bereitstellung einer qualitativ hochwertigen, nachhaltigen Produktion zur Deckung der Marktnachfrage nach Arzneimitteln.
In Lannizhai (24°11′N, 104°3′E, 1446 m ü. NN), Kreis Qiubei, Präfektur Wenshan, Provinz Yunnan, wurde ein Feldversuch mit der lokalen Notoginseng-Sorte Wenshan durchgeführt. Die durchschnittliche Jahrestemperatur beträgt 17 °C, der durchschnittliche Jahresniederschlag 1250 mm. Die Bodenwerte des untersuchten Bodens waren: Gesamtstickstoff (TN) 0,57 g kg⁻¹, Gesamtphosphor (TP) 1,64 g kg⁻¹, Gesamtkohlenstoff (TC) 16,31 g kg⁻¹, relative Luftfeuchtigkeit (RH) 31,86 g kg⁻¹, alkalisch hydrolysierter Stickstoff (N) 88,82 mg kg⁻¹, effektiver Phosphor (P) 18,55 mg kg⁻¹, verfügbares Kalium (K) 100,37 mg kg⁻¹, Gesamtcadmium (Cd) 0,3 mg kg⁻¹ und pH-Wert 5,4.
Am 10. Dezember 2017 wurden in jedem Versuchsfeld 6 mg/kg Cd²⁺ (CdCl₂ · 2,5H₂O) und Kalk (0,750, 2250 und 3750 kg h m⁻²) ausgebracht und in die oberste Bodenschicht (0–10 cm) eingearbeitet. Jede Behandlung wurde dreimal wiederholt. Die Versuchsfelder wurden zufällig angeordnet und hatten eine Fläche von jeweils 3 m². Einjährige Panax-notoginseng-Sämlinge wurden nach 15 Tagen Anzucht in Erde verpflanzt. Unter Schattierungsnetzen betrug die Lichtintensität für Panax notoginseng im Schatten etwa 18 % der natürlichen Lichtintensität. Der Anbau erfolgte nach traditionellen lokalen Anbaumethoden. Zur Reifezeit im Jahr 2019 wurde Oxalsäure in Form von Natriumoxalat gesprüht. Die Oxalsäurekonzentration betrug 0, 0,1 bzw. 0,2 mol l⁻¹, und der pH-Wert wurde mit NaOH auf 5,16 eingestellt, um den durchschnittlichen pH-Wert des Filtrats zu simulieren. Die Blattober- und -unterseiten wurden einmal wöchentlich um 8 Uhr morgens besprüht. Nach vier Sprühvorgängen wurden dreijährige Panax notoginseng-Pflanzen in der fünften Woche geerntet.
Im November 2019 wurden dreijährige, mit Oxalsäure behandelte Panax notoginseng-Pflanzen im Freiland gesammelt. Einige Proben dieser Pflanzen, die auf physiologischen Stoffwechsel und Enzymaktivität untersucht werden sollten, wurden in Gefrierröhrchen gegeben, in flüssigem Stickstoff schockgefroren und anschließend bei -80 °C gelagert. Der Anteil der Wurzelproben im Reifestadium wurde auf Cadmium und den Gehalt an Wirkstoffen bestimmt. Nach dem Waschen mit Leitungswasser wurden die Proben 30 Minuten bei 105 °C getrocknet, bei 75 °C gelagert und anschließend in einem Mörser verrieben.
0,2 g getrocknete Pflanzenproben werden in einen Erlenmeyerkolben eingewogen, mit 8 ml HNO₃ und 2 ml HClO₄ versetzt und über Nacht verschlossen. Am nächsten Tag wird der Trichter mit gebogenem Hals in einen Dreikantkolben zur elektrothermischen Zersetzung gestellt, bis weißer Rauch aufsteigt und die Lösung klar wird. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird die Mischung in einen 10-ml-Messkolben überführt. Der Cd-Gehalt wird mittels Atomabsorptionsspektrometrie (Thermo ICE™ 3300 AAS, USA) bestimmt (GB/T 23739-2009).
0,2 g getrocknete Pflanzenproben werden in ein 50-ml-Kunststofffläschchen eingewogen, 10 ml 1 mol/l HCl hinzugegeben, das Fläschchen verschlossen und 15 Stunden geschüttelt. Anschließend wird filtriert. Mit einer Pipette wird die für die gewünschte Verdünnung benötigte Menge Filtrat entnommen und mit SrCl₂-Lösung auf eine Sr²⁺-Konzentration von 1 g/l eingestellt. Der Ca-Gehalt wurde mittels Atomabsorptionsspektrometrie (Thermo ICE™ 3300 AAS, USA) bestimmt.
Malondialdehyd (MDA), Superoxiddismutase (SOD), Peroxidase (POD) und Katalase (CAT) Referenzkit-Methode (DNM-9602, Beijing Pulang New Technology Co., Ltd., Produktregistrierungsnummer), verwenden Sie das entsprechende Messkit Nr.: Jingyaodianji (quasi) word 2013 Nr. 2400147).
0,05 g der Panax-notoginseng-Probe werden abgewogen und das Anthron-Schwefelsäure-Reagenz an der Wand des Reagenzglases entlang hinzugegeben. Das Reagenzglas wird 2–3 Sekunden lang geschüttelt, um die Flüssigkeit gründlich zu vermischen. Anschließend wird es 15 Minuten lang in einem Reagenzglasständer inkubiert. Der Gehalt an löslichen Zuckern wurde mittels UV/Vis-Spektrophotometrie (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) bei einer Wellenlänge von 620 nm bestimmt.
0,5 g einer frischen Probe von Panax notoginseng werden abgewogen, mit 5 ml destilliertem Wasser homogenisiert und 10 Minuten bei 10.000 g zentrifugiert. Der Überstand wird auf ein definiertes Volumen verdünnt. Die Färbung erfolgte nach Coomassie Brilliant Blue. Der Gehalt an löslichem Protein wurde mittels Spektralphotometrie im ultravioletten und sichtbaren Bereich (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) bei einer Wellenlänge von 595 nm bestimmt und anhand der Standardkurve von Rinderserumalbumin berechnet.
0,5 g der frischen Probe werden abgewogen, mit 5 ml 10%iger Essigsäure versetzt, verrieben und homogenisiert, filtriert und auf ein konstantes Volumen verdünnt. Die Bestimmung erfolgte chromogen mit Ninhydrinlösung. Der Gehalt an freien Aminosäuren wurde mittels UV/VIS-Spektrophotometrie (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) bei einer Wellenlänge von 570 nm bestimmt und anhand der Leucin-Standardkurve berechnet.
0,5 g einer frischen Probe wurden abgewogen, mit 5 ml einer 3%igen Sulfosalicylsäurelösung versetzt, im Wasserbad erhitzt und 10 Minuten lang geschüttelt. Nach dem Abkühlen wurde die Lösung filtriert und auf ein konstantes Volumen verdünnt. Die Bestimmung des Prolingehalts erfolgte mittels UV/Vis-Spektrophotometrie (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) bei einer Wellenlänge von 520 nm und wurde anhand der Prolin-Standardkurve berechnet.
Der Saponingehalt wurde mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) gemäß der Pharmakopöe der Volksrepublik China (Ausgabe 2015) bestimmt. Das Grundprinzip der HPLC besteht darin, eine unter hohem Druck stehende Flüssigkeit als mobile Phase zu verwenden und eine hocheffiziente Trenntechnologie an einer stationären Säule für ultrafeine Partikel anzuwenden. Die Bedienung erfolgte wie folgt:
HPLC-Bedingungen und Systemtauglichkeitstest (Tabelle 1): Die Gradientenelution erfolgte gemäß der folgenden Tabelle. Als Füllstoff diente mit Octadecylsilan gebundenes Kieselgel, Acetonitril als mobile Phase A, Wasser als mobile Phase B und die Detektionswellenlänge betrug 203 nm. Die aus dem R1-Peak der Panax-notoginseng-Saponine berechnete Anzahl theoretischer Aufschlussgrößen sollte mindestens 4000 betragen.
Herstellung der Referenzlösung: Ginsenoside Rg1, Ginsenoside Rb1 und Notoginsenoside R1 werden genau eingewogen und mit Methanol versetzt, um eine Mischlösung von 0,4 mg Ginsenosid Rg1, 0,4 mg Ginsenosid Rb1 und 0,1 mg Notoginsenosid R1 pro ml zu erhalten.
Herstellung der Testlösung: 0,6 g Sanxin-Pulver werden abgewogen und mit 50 ml Methanol versetzt. Die Mischung wird gewogen (W1) und über Nacht stehen gelassen. Anschließend wird die Lösung 2 Stunden lang in einem Wasserbad bei 80 °C leicht gekocht. Nach dem Abkühlen wird die Lösung gewogen und das entstandene Methanol zu der ursprünglichen Masse W1 gegeben. Die Mischung wird gut geschüttelt und filtriert. Das Filtrat wird zur Bestimmung aufbewahrt.
Der Saponingehalt wurde genau durch 10 µl der Standardlösung und 10 µl des Filtrats absorbiert und in die HPLC (Thermo HPLC-ultimate 3000, Seymour Fisher Technology Co., Ltd.) injiziert.24
Standardkurve: Bestimmung der gemischten Standardlösung aus Rg1, Rb1 und R1 unter den gleichen chromatographischen Bedingungen wie oben beschrieben. Erstellen Sie die Standardkurve, indem Sie die gemessene Peakfläche auf der y-Achse und die Saponinkonzentration der Standardlösung auf der Abszisse abtragen. Tragen Sie die gemessene Peakfläche der Probe in die Standardkurve ein, um die Saponinkonzentration zu berechnen.
Eine 0,1 g Probe von P. notogensings wird abgewogen und mit 50 ml 70%iger CH₃OH-Lösung versetzt. Nach 2 Stunden Ultraschallbehandlung wird 10 Minuten bei 4000 U/min zentrifugiert. 1 ml des Überstands wird entnommen und 12-fach verdünnt. Der Flavonoidgehalt wurde mittels UV/VIS-Spektrophotometrie (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., China) bei einer Wellenlänge von 249 nm bestimmt. Quercetin diente als Standardsubstanz⁸.
Die Daten wurden mit Excel 2010 aufbereitet. Die Varianzanalyse erfolgte mit SPSS Statistics 20. Die Grafik wurde mit Origin Pro 9.1 erstellt. Die berechneten Statistiken umfassen Mittelwert ± Standardabweichung. Die statistische Signifikanz basiert auf einem p-Wert < 0,05.
Bei Blattdüngung mit Oxalsäure in gleicher Konzentration stieg der Calciumgehalt in den Wurzeln von Panax notoginseng mit zunehmender Kalkgabe signifikant an (Tabelle 2). Im Vergleich zu unbehandelten Pflanzen erhöhte sich der Calciumgehalt bei 3750 kg/ppm Kalk ohne Oxalsäurebesprühung um 212 %. Bei gleicher Kalkgabe stieg der Calciumgehalt mit zunehmender Oxalsäurekonzentration nur geringfügig an.
Der Cadmiumgehalt in den Wurzeln variierte zwischen 0,22 und 0,70 mg/kg. Bei gleicher Oxalsäurekonzentration im Spritzbelag sank der Cadmiumgehalt (2250 kg/m²) mit steigender Kalkmenge signifikant. Im Vergleich zur Kontrollgruppe verringerte sich der Cadmiumgehalt um 68,57 %, wenn die Wurzeln mit 2250 kg/m² Kalk und 0,1 mol/l Oxalsäure besprüht wurden. Bei Kalkung ohne Kalk und mit 750 kg/m² Kalk sank der Cadmiumgehalt in den Wurzeln von Panax notoginseng mit steigender Oxalsäurekonzentration im Spritzbelag signifikant. Bei Zugabe von 2250 kg/m² und 3750 kg/m² Kalk sank der Cadmiumgehalt in den Wurzeln zunächst und stieg dann mit zunehmender Oxalsäurekonzentration wieder an. Darüber hinaus zeigte die 2D-Analyse, dass der Calciumgehalt in der Wurzel von Panax notoginseng signifikant durch Kalk (F = 82,84**) und der Cadmiumgehalt (Cd) signifikant durch Oxalsäure (F = 74,99**) beeinflusst wurden (F = 7,72*).
Mit steigender Kalkmenge und Oxalsäurekonzentration sank der MDA-Gehalt signifikant. Zwischen mit Kalk und 3750 kg g/m² Kalk behandelten Panax notoginseng-Wurzeln wurde kein signifikanter Unterschied im MDA-Gehalt festgestellt. Bei Kalkmengen von 750 kg ha⁻² bzw. 2250 kg ha⁻² war der MDA-Gehalt in 0,2 mol l⁻¹ Oxalsäure nach dem Besprühen um 58,38 % bzw. 40,21 % niedriger als in unbesprühter Oxalsäure. Der niedrigste MDA-Gehalt (7,57 nmol g⁻¹) wurde bei einer Kalkmenge von 750 kg ha⁻² und einer Oxalsäurekonzentration von 0,2 mol l⁻¹ gemessen (Abb. 1).
Einfluss der Blattbesprühung mit Oxalsäure auf den Malondialdehydgehalt in den Wurzeln von Panax notoginseng unter Cadmiumstress [J]. P<0,05). Siehe unten.
Mit Ausnahme der Kalkapplikation von 3750 kg h m⁻² wurde kein signifikanter Unterschied in der SOD-Aktivität des Wurzelsystems von Panax notoginseng beobachtet. Bei Kalkapplikation von 0, 750 und 2250 kg h m⁻² war die SOD-Aktivität nach Besprühung mit 0,2 mol l⁻¹ Oxalsäure signifikant höher als ohne Oxalsäurebehandlung (Anstieg um 177,89 %, 61,62 % bzw. 45,08 %). Die höchste SOD-Aktivität (598,18 Einheiten g⁻¹) in den Wurzeln wurde bei unbehandelten Wurzeln mit Besprühung mit 0,2 mol l⁻¹ Oxalsäure gemessen. Bei gleicher Konzentration, ohne Oxalsäure oder mit Besprühung mit 0,1 mol l⁻¹ Oxalsäure, stieg die SOD-Aktivität mit zunehmender Kalkapplikation. Nach der Besprühung mit 0,2 mol l⁻¹ Oxalsäure sank die SOD-Aktivität signifikant (Abb. 2).
Einfluss der Blattbesprühung mit Oxalsäure auf die Aktivität von Superoxiddismutase, Peroxidase und Katalase in Panax notoginseng-Wurzeln unter Cadmiumstress [J].
Ähnlich der SOD-Aktivität in den Wurzeln war die POD-Aktivität (63,33 µmol g⁻¹) am höchsten bei Besprühung ohne Kalkung und mit 0,2 mol L⁻¹ Oxalsäure. Dieser Wert lag 148,35 % höher als in der Kontrollgruppe (25,50 µmol g⁻¹). Die POD-Aktivität stieg zunächst an und sank dann wieder mit zunehmender Oxalsäurekonzentration und einer Kalkbehandlung von 3750 kg ha⁻². Im Vergleich zur Behandlung mit 0,1 mol L⁻¹ Oxalsäure sank die POD-Aktivität bei einer Behandlung mit 0,2 mol L⁻¹ Oxalsäure um 36,31 % (Abb. 2).
Mit Ausnahme der Behandlung mit 0,2 mol l⁻¹ Oxalsäure und der Ausbringung von 2250 kg h⁻² bzw. 3750 kg h⁻² Kalk war die CAT-Aktivität signifikant höher als in der Kontrollgruppe. Die CAT-Aktivität der mit 0,1 mol l⁻¹ Oxalsäure behandelten Pflanzen sowie der mit 0,2250 kg h⁻² bzw. 3750 kg h⁻² Kalk ausgebrachten Pflanzen stieg im Vergleich zur unbehandelten Kontrollgruppe um 276,08 %, 276,69 % bzw. 33,05 %. Die höchste CAT-Aktivität (803,52 µmol g⁻¹) wurde in den mit 0,2 mol l⁻¹ Oxalsäure behandelten Wurzeln gemessen. Die niedrigste CAT-Aktivität (172,88 µmol g⁻¹) wurde bei der Behandlung mit 3750 kg h⁻² Kalk und 0,2 mol l⁻¹ Oxalsäure festgestellt (Abb. 2).
Die bivariate Analyse zeigte, dass die CAT-Aktivität und der MDA-Gehalt von Panax notoginseng signifikant mit der Menge der aufgebrachten Oxalsäure bzw. des Kalks sowie mit beiden Behandlungen korrelierten (Tabelle 3). Die SOD-Aktivität in den Wurzeln korrelierte stark mit der Kalk- und Oxalsäurebehandlung bzw. der Oxalsäurekonzentration. Die POD-Aktivität in den Wurzeln korrelierte signifikant mit der Menge des ausgebrachten Kalks bzw. mit der gleichzeitigen Anwendung von Kalk und Oxalsäure.
Der Gehalt an löslichen Zuckern in Wurzelgemüse sank mit zunehmender Kalkmenge und Oxalsäurekonzentration beim Spritzen. Bei Panax notoginseng zeigte sich kein signifikanter Unterschied im Gehalt an löslichen Zuckern zwischen unbehandelten und unbehandelten Wurzeln (750 kg·h·m⁻² Kalk). Bei einer Kalkmenge von 2250 kg·h·m⁻² war der Gehalt an löslichen Zuckern nach Behandlung mit 0,2 mol/l Oxalsäure signifikant höher als ohne Oxalsäurebehandlung (Anstieg um 22,81 %). Bei einer Kalkmenge von 3750 kg·h·m⁻² sank der Gehalt an löslichen Zuckern mit steigender Oxalsäurekonzentration beim Spritzen signifikant. Der Gehalt an löslichen Zuckern nach Behandlung mit 0,2 mol/l Oxalsäure war um 38,77 % niedriger als ohne Oxalsäurebehandlung. Darüber hinaus wies die Sprühbehandlung mit 0,2 mol l-1 Oxalsäure den niedrigsten Gehalt an löslichen Zuckern von 205,80 mg g-1 auf (Abb. 3).
Einfluss der Blattbesprühung mit Oxalsäure auf den Gehalt an löslichem Gesamtzucker und löslichem Protein in den Wurzeln von Panax notoginseng unter Cadmiumstress [J].
Der Gehalt an löslichem Protein in den Wurzeln nahm mit steigender Kalk- und Oxalsäure-Aufwandmenge ab. Ohne Kalk war der Gehalt an löslichem Protein in der Spritzbehandlung mit 0,2 mol/l Oxalsäure signifikant niedriger (16,20 %) als in der Kontrollgruppe. Bei einer Kalkmenge von 750 kg/ha wurde kein signifikanter Unterschied im Gehalt an löslichem Protein in den Wurzeln von Panax notoginseng beobachtet. Bei einer Kalkmenge von 2250 kg/ha war der Gehalt an löslichem Protein in der Spritzbehandlung mit 0,2 mol/l Oxalsäure signifikant höher als in der Behandlung ohne Oxalsäure (35,11 %). Bei einer Kalkmenge von 3750 kg/ha sank der Gehalt an löslichem Protein mit steigender Oxalsäurekonzentration signifikant. Der niedrigste Gehalt (269,84 µg/g) wurde bei der Behandlung mit 0,2 mol/l Oxalsäure gemessen. 1. Besprühen mit Oxalsäure (Abb. 3).
Es wurde kein signifikanter Unterschied im Gehalt an freien Aminosäuren in den Wurzeln von Panax notoginseng ohne Kalkung festgestellt. Mit steigender Konzentration der Oxalsäure-Spritzlösung und einer Kalkmenge von 750 kg/ha sank der Gehalt an freien Aminosäuren zunächst und stieg dann wieder an. Die Behandlung mit 2250 kg/ha Kalk und 0,2 mol/l Oxalsäure erhöhte den Gehalt an freien Aminosäuren signifikant um 33,58 % im Vergleich zur unbehandelten Kontrollgruppe. Mit steigender Konzentration der Oxalsäure-Spritzlösung und der Zugabe von 3750 kg/ha Kalk sank der Gehalt an freien Aminosäuren signifikant. Der Gehalt an freien Aminosäuren in der mit 0,2 mol/l Oxalsäure behandelten Gruppe war um 49,76 % niedriger als in der unbehandelten Kontrollgruppe. Der Gehalt an freien Aminosäuren war am höchsten bei unbehandeltem Material und betrug 2,09 mg/g. Der niedrigste Gehalt an freien Aminosäuren (1,05 mg g⁻¹) wurde bei Besprühung mit 0,2 mol l⁻¹ Oxalsäure beobachtet (Abb. 4).
Einfluss der Blattbesprühung mit Oxalsäure auf den Gehalt an freien Aminosäuren und Prolin in den Wurzeln von Panax notoginseng unter Cadmiumstressbedingungen [J].
Der Prolingehalt in den Wurzeln nahm mit steigender Kalk- und Oxalsäuredüngung ab. Ohne Kalkung zeigte sich kein signifikanter Unterschied im Prolingehalt von Panax notoginseng. Bei einer Erhöhung der Oxalsäurekonzentration und der Kalkdüngung auf 750 bzw. 2250 kg/ha sank der Prolingehalt zunächst und stieg dann wieder an. Der Prolingehalt nach der Behandlung mit 0,2 mol/l Oxalsäure war signifikant höher als nach der Behandlung mit 0,1 mol/l Oxalsäure (Anstieg um 19,52 % bzw. 44,33 %). Bei einer Kalkdüngung von 3750 kg/ha sank der Prolingehalt mit steigender Oxalsäurekonzentration signifikant. Der Prolingehalt nach der Behandlung mit 0,2 mol/l Oxalsäure war um 54,68 % niedriger als ohne Oxalsäuredüngung. Der Prolingehalt war am niedrigsten und betrug 11,37 μg/g nach der Behandlung mit 0,2 mol/l Oxalsäure (Abb. 4).
Der Gesamtsaponingehalt in Panax notoginseng war Rg1 > Rb1 > R1. Es gab keinen signifikanten Unterschied im Gehalt der drei Saponine bei steigender Konzentration von Oxalsäurespray und ohne Kalkzugabe (Tabelle 4).
Der R1-Gehalt war bei der Besprühung mit 0,2 mol l⁻¹ Oxalsäure signifikant niedriger als ohne Oxalsäurebesprühung und mit einer Kalkmenge von 750 bzw. 3750 kg·h·m⁻². Bei einer Oxalsäurekonzentration von 0 oder 0,1 mol l⁻¹ zeigte sich kein signifikanter Unterschied im R1-Gehalt bei steigender Kalkmenge. Bei einer Oxalsäurekonzentration von 0,2 mol l⁻¹ war der R1-Gehalt bei einer Kalkmenge von 3750 kg hm⁻² signifikant niedriger als der Wert von 43,84 % ohne Kalkung (Tabelle 4).
Der Rg1-Gehalt stieg zunächst an und sank dann wieder mit zunehmender Konzentration der Oxalsäure-Sprühlösung bei einer Kalkdüngung von 750 kg·h·m⁻². Bei einer Kalkdüngung von 2250 bzw. 3750 kg·h·m⁻² sank der Rg1-Gehalt mit steigender Oxalsäurekonzentration. Bei gleicher Oxalsäurekonzentration stieg der Rg1-Gehalt zunächst an und sank dann wieder mit zunehmender Kalkdüngung. Im Vergleich zur Kontrolle war der Rg1-Gehalt in den Wurzeln der behandelten Pflanzen – mit Ausnahme von drei Oxalsäurekonzentrationen und einer Kalkdüngung von 750 kg·h·m⁻² – höher als in der Kontrolle; in den übrigen Fällen war er niedriger. Der höchste Rg1-Gehalt wurde bei einer Kalkdüngung von 750 kg·g·m⁻² und einer Oxalsäurekonzentration von 0,1 mol·l⁻¹ beobachtet; er lag 11,54 % über dem der Kontrolle (Tabelle 4).
Der Rb1-Gehalt stieg zunächst an und sank dann wieder mit zunehmender Konzentration der Oxalsäure-Spritzlösung und einer Kalkaufbringungsmenge von 2250 kg/ha. Nach der Spritzung mit 0,1 mol/l Oxalsäure erreichte der Rb1-Gehalt ein Maximum von 3,46 %, was einem Anstieg von 74,75 % gegenüber dem Wert ohne Oxalsäure-Spritzung entspricht. Bei den anderen Kalkbehandlungen ergaben sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den verschiedenen Oxalsäure-Spritzkonzentrationen. Bei der Spritzung mit 0,1 und 0,2 mol/l Oxalsäure sank der Rb1-Gehalt zunächst und nahm dann mit steigender Kalkzugabe weiter ab (Tabelle 4).
Bei gleicher Konzentration der versprühten Oxalsäure stieg der Flavonoidgehalt zunächst an und sank dann mit zunehmender Kalkmenge. Weder bei unbehandelten Flächen noch bei Flächen mit 3750 kg/ha Kalk und unterschiedlichen Oxalsäurekonzentrationen zeigte sich ein signifikanter Unterschied im Flavonoidgehalt. Bei Kalkgaben von 750 und 2250 kg/ha stieg der Flavonoidgehalt zunächst an und sank dann mit zunehmender Oxalsäurekonzentration. Die höchste Flavonoidkonzentration wurde bei einer Kalkgabe von 750 kg/ha und einer Oxalsäurekonzentration von 0,1 mol/l gemessen. Dies entspricht einem Anstieg von 18,38 % gegenüber der unbehandelten Fläche bei gleicher Kalkgabe ohne Oxalsäurezusatz. Der Flavonoidgehalt stieg bei der Besprühung mit 0,1 mol l-1 Oxalsäure um 21,74 % im Vergleich zur Behandlung ohne Besprühung mit Oxalsäure und Kalkbehandlung mit 2250 kg hm-2 (Abb. 5).
Einfluss der Oxalat-Blattspritzung auf den Flavonoidgehalt in Panax notoginseng-Wurzeln unter Cadmiumstress [J].
Die bivariate Analyse zeigte, dass der Gehalt an löslichem Zucker in Panax notoginseng signifikant mit der ausgebrachten Kalkmenge und der Konzentration der gesprühten Oxalsäure korrelierte. Der Gehalt an löslichem Protein in den Wurzelgemüsen korrelierte signifikant mit der Kalkmenge sowie mit der Konzentration der ausgebrachten Kalk- und Oxalsäurelösung. Der Gehalt an freien Aminosäuren und Prolin in den Wurzeln korrelierte signifikant mit der Kalkmenge, der Konzentration der gesprühten Oxalsäurelösung sowie mit der Kombination aus Kalk und Oxalsäure (Tabelle 5).
Der Gehalt an R1 in den Wurzeln von Panax notoginseng korrelierte signifikant mit der Konzentration der gesprühten Oxalsäure, der Menge des ausgebrachten Kalks sowie der Kombination aus Kalk und Oxalsäure. Der Flavonoidgehalt korrelierte signifikant mit der Konzentration der gesprühten Oxalsäure und der Menge des ausgebrachten Kalks.
Zur Reduzierung des Cadmiumgehalts in Pflanzen durch Immobilisierung von Cadmium im Boden wurden zahlreiche Bodenverbesserungsmittel eingesetzt, darunter Kalk und Oxalsäure³⁰. Kalk wird häufig als Bodenverbesserungsmittel verwendet, um den Cadmiumgehalt in Nutzpflanzen zu senken³¹. Liang et al.³² berichteten, dass Oxalsäure auch zur Sanierung schwermetallbelasteter Böden eingesetzt werden kann. Nach der Anwendung verschiedener Oxalsäurekonzentrationen auf kontaminierten Boden stieg der Gehalt an organischer Substanz, die Kationenaustauschkapazität sank und der pH-Wert erhöhte sich³³. Oxalsäure kann zudem mit Metallionen im Boden reagieren. Unter Cadmiumstress stieg der Cadmiumgehalt in Panax notoginseng im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant an. Durch die Anwendung von Kalk sank er jedoch signifikant. In dieser Studie erreichte der Cadmiumgehalt in den Wurzeln von Panax notoginseng nach der Ausbringung von 750 kg Kalk pro Hektar den nationalen Grenzwert (Cd-Grenzwert: Cd ≤ 0,5 mg/kg, AQSIQ, GB/T 19086-200834). Die Ausbringung von 2250 kg Kalk pro Hektar zeigte die besten Ergebnisse. Durch die Kalkung entstanden zahlreiche Konkurrenzstellen zwischen Ca²⁺ und Cd²⁺ im Boden. Die Zugabe von Oxalsäure konnte den Cadmiumgehalt in den Wurzeln von Panax notoginseng reduzieren. Die Kombination von Kalk und Oxalsäure führte jedoch zu einer signifikanten Senkung des Cadmiumgehalts in den Wurzeln von Panax notoginseng und erreichte den nationalen Grenzwert. Ca²⁺ im Boden wird während des Massenflusses an der Wurzeloberfläche adsorbiert und kann über Calciumkanäle (Ca²⁺-Kanäle), Calciumpumpen (Ca²⁺-ATPase) und Ca²⁺/H⁺-Antiporter von Wurzelzellen aufgenommen und anschließend horizontal in das Wurzelxylem transportiert werden. Der Ca-Gehalt in den Wurzeln korrelierte signifikant negativ mit dem Cd-Gehalt (p < 0,05). Mit steigendem Ca-Gehalt sank der Cd-Gehalt, was mit der Annahme eines Antagonismus zwischen Ca und Cd übereinstimmt. Die Varianzanalyse zeigte, dass die Kalkmenge den Ca-Gehalt in den Wurzeln von Panax notoginseng signifikant beeinflusste. Pongrac et al. berichteten, dass Cd an Oxalat in Calciumoxalatkristallen bindet und mit Ca konkurriert. Die Regulation des Ca-Gehalts durch Oxalat war jedoch nicht signifikant. Dies zeigte, dass die Ausfällung von Calciumoxalat aus Oxalsäure und Ca2+ keine einfache Ausfällung war und dass der Kopräzipitationsprozess durch verschiedene Stoffwechselwege gesteuert werden kann.