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La contamination au cadmium (Cd) représente une menace potentielle pour la sécurité de la culture de la plante médicinale *Panax notoginseng* au Yunnan. Des essais au champ ont été menés en conditions de stress exogène au Cd afin d'étudier les effets de l'application de chaux (0, 750, 2250 et 3750 kg/m²) et de la pulvérisation foliaire d'acide oxalique (0, 0,1 et 0,2 mol/L) sur l'accumulation de Cd et sur les composants antioxydants et médicinaux de *Panax notoginseng*. Les résultats ont montré qu'en conditions de stress au Cd, la chaux et la pulvérisation foliaire d'acide oxalique pouvaient augmenter la teneur en Ca²⁺ de *Panax notoginseng* et réduire la toxicité du Cd²⁺. L'ajout de chaux et d'acide oxalique a augmenté l'activité des enzymes antioxydantes et modifié le métabolisme des régulateurs osmotiques. L'augmentation la plus significative a été observée pour l'activité de la catalase (CAT), multipliée par 2,77. Sous l'influence de l'acide oxalique, l'activité de la superoxyde dismutase (SOD) a été multipliée par 1,78. La teneur en MDA a diminué de 58,38 %. Une corrélation très significative a été observée avec les sucres solubles, les acides aminés libres, la proline et les protéines solubles. La chaux et l'acide oxalique augmentent la teneur en ions calcium (Ca²⁺) du Panax notoginseng, réduisent sa teneur en cadmium, améliorent sa résistance au stress et accroissent la production de saponines et de flavonoïdes totaux. La teneur en cadmium est la plus faible, inférieure de 68,57 % à celle du témoin, et correspond à la valeur standard (Cd ≤ 0,5 mg kg⁻¹, GB/T 19086-2008). La proportion de SPN (protéines solubles) était de 7,73 %, atteignant le niveau le plus élevé parmi tous les traitements, et la teneur en flavonoïdes a augmenté significativement de 21,74 %, atteignant les valeurs médicinales standard et un rendement optimal.
Le cadmium (Cd) est un contaminant fréquent des sols cultivés, qui migre facilement et présente une toxicité biologique importante. El-Shafei et al.² ont rapporté que la toxicité du cadmium affecte la qualité et la productivité des plantes cultivées. Ces dernières années, les niveaux excessifs de cadmium dans les sols cultivés du sud-ouest de la Chine sont devenus préoccupants. La province du Yunnan, véritable joyau de la biodiversité chinoise, abrite la plus grande diversité d'espèces de plantes médicinales du pays. Cependant, riche en ressources minérales, l'exploitation minière entraîne inévitablement une pollution des sols par les métaux lourds, ce qui nuit à la production locale de plantes médicinales.
Le Panax notoginseng (Burkill) Chen3 est une plante médicinale herbacée vivace très précieuse, appartenant au genre Panax de la famille des Araliacées. Le Panax notoginseng améliore la circulation sanguine, élimine la stagnation sanguine et soulage la douleur. Sa principale zone de production se situe dans la préfecture de Wenshan, province du Yunnan5. Plus de 75 % des sols des zones de culture du ginseng Panax notoginseng sont contaminés par le cadmium, avec des niveaux variant de 81 % à plus de 100 % selon les régions6. La toxicité du cadmium réduit considérablement la production des composés médicinaux du Panax notoginseng, notamment les saponines et les flavonoïdes. Les saponines sont des composés glycosidiques dont les aglycones sont des triterpénoïdes ou des spirostanes. Elles constituent les principaux principes actifs de nombreux médicaments traditionnels chinois. Certaines saponines possèdent également des propriétés antibactériennes ou d'autres activités biologiques intéressantes, telles que des effets antipyrétiques, sédatifs et anticancéreux7. Les flavonoïdes désignent généralement une série de composés constitués de deux cycles benzéniques portant des groupes hydroxyle phénoliques, liés par trois atomes de carbone centraux. Le principal de ces composés est la 2-phénylchromanone 8. C'est un puissant antioxydant capable de neutraliser efficacement les radicaux libres d'oxygène dans les plantes. Il peut également inhiber la pénétration d'enzymes biologiques inflammatoires, favoriser la cicatrisation et soulager la douleur, et abaisser le taux de cholestérol. C'est l'un des principaux ingrédients actifs du Panax notoginseng. Il est urgent de remédier au problème de la contamination des sols par le cadmium dans les zones de production de Panax ginseng et de garantir la production de ses principes actifs essentiels.
La chaux est l'un des agents de passivation les plus utilisés pour la dépollution des sols contaminés par le cadmium¹⁰. Elle influence l'adsorption et le dépôt du Cd dans le sol en réduisant sa biodisponibilité par l'augmentation du pH et la modification de la capacité d'échange cationique (CEC), de la saturation en sel (BS) et du potentiel redox (Eh)^3,11. De plus, la chaux apporte une grande quantité de Ca²⁺, induit un antagonisme ionique avec le Cd²⁺, entre en compétition pour les sites d'adsorption dans les racines, empêche le transport du Cd dans le sol et présente une faible toxicité biologique. L'ajout de 50 mmol L^-1 de Ca en conditions de stress lié au Cd a inhibé le transport du Cd dans les feuilles de sésame et réduit son accumulation de 80 %. Des études similaires ont été menées sur le riz (Oryza sativa L.) et d'autres cultures^12,13.
La pulvérisation foliaire des cultures pour contrôler l'accumulation de métaux lourds est une méthode récente de lutte contre ces métaux. Son principe repose principalement sur la réaction de chélation au sein des cellules végétales, entraînant le dépôt des métaux lourds sur la paroi cellulaire et inhibant leur absorption par les plantes^14,15. L'acide oxalique, agent chélateur diacide stable, peut chélater directement les ions de métaux lourds dans les plantes, réduisant ainsi leur toxicité. Des recherches ont montré que chez le soja, l'acide oxalique peut chélater le Cd²⁺ et libérer des cristaux contenant du cadmium à travers les trichomes supérieurs, réduisant ainsi les concentrations de Cd²⁺ dans la plante¹⁶. L'acide oxalique peut réguler le pH du sol, augmenter l'activité de la superoxyde dismutase (SOD), de la peroxydase (POD) et de la catalase (CAT), et réguler la pénétration des sucres solubles, des protéines solubles, des acides aminés libres et de la proline. Il agit également comme régulateur métabolique^17,18. L'acide et l'excès de Ca2+ présents dans la plante forment un précipité d'oxalate de calcium sous l'action de protéines de nucléation. La régulation de la concentration en Ca2+ dans les plantes permet de contrôler efficacement la teneur en acide oxalique et en Ca2+ dissous et d'éviter leur accumulation excessive^19,20.
La quantité de chaux appliquée est un facteur clé influençant l'effet réparateur. Il a été constaté que la dose de chaux optimale variait de 750 à 6 000 kg/m². Pour un sol acide (pH 5,0-5,5), l'effet d'une application de chaux à une dose de 3 000 à 6 000 kg/m² est significativement supérieur à celui d'une dose de 750 kg/m²²¹. Cependant, un surdosage de chaux peut entraîner des effets négatifs sur le sol, tels que des modifications importantes du pH et une compaction accrue²². Par conséquent, nous avons défini les niveaux de traitement au CaO à 0, 750, 2 250 et 3 750 kg/m². L'application d'acide oxalique à Arabidopsis thaliana a montré une réduction significative du Ca²⁺ à une concentration de 10 mmol L⁻¹, et une forte réponse de la famille de gènes CRT, impliquée dans la signalisation du Ca²⁺²⁰. L'accumulation d'études antérieures nous a permis de déterminer la concentration de ce test et d'étudier plus en détail l'effet de l'interaction de suppléments exogènes sur les concentrations de Ca²⁺ et Cd²⁺²³,²⁴,²⁵. Par conséquent, cette étude vise à explorer le mécanisme de régulation de la chaux et de la pulvérisation foliaire d'acide oxalique sur la teneur en cadmium et la tolérance au stress du Panax notoginseng cultivé dans un sol contaminé par le cadmium, et à explorer des moyens d'améliorer la qualité et l'efficacité médicinales de la production de Panax notoginseng. Elle fournit des indications précieuses pour accroître l'échelle de culture de cette plante herbacée dans les sols contaminés par le cadmium et parvenir à une production durable et de haute qualité, conforme aux exigences du marché pharmaceutique.
Une expérimentation en plein champ a été menée à Lannizhai, dans le comté de Qiubei, préfecture de Wenshan, province du Yunnan (24°11′N, 104°3′E, altitude 1446 m), en utilisant la variété locale de ginseng *Wenshan* (Panax notoginseng). La température annuelle moyenne y est de 17 °C et les précipitations annuelles moyennes de 1250 mm. Les valeurs de référence des éléments nutritifs du sol étudié étaient les suivantes : azote total (NT) : 0,57 g kg⁻¹, phosphore total (PT) : 1,64 g kg⁻¹, carbone total (CT) : 16,31 g kg⁻¹, matière organique (MO) : 31,86 g kg⁻¹, azote hydrolysé alcalin : 88,82 mg kg⁻¹, phosphore libre : 18,55 mg kg⁻¹, potassium libre : 100,37 mg kg⁻¹, cadmium total : 0,3 mg kg⁻¹, pH : 5,4.
Le 10 décembre 2017, un mélange de 6 mg/kg de Cd²⁺ (CdCl₂·2,5H₂O) et de chaux (0, 750, 2250 et 3750 kg/m²) a été appliqué en surface, sur une couche de 0 à 10 cm, dans chaque parcelle. Chaque traitement a été répété trois fois. Les parcelles d'essai, d'une superficie de 3 m² chacune, sont réparties aléatoirement. Des plants de Panax notoginseng âgés d'un an ont été transplantés 15 jours après le labour. Sous un filet d'ombrage, l'intensité lumineuse reçue par les plants est d'environ 18 % de l'intensité lumineuse naturelle. La culture est réalisée selon les méthodes traditionnelles locales. Avant la maturation des plants de Panax notoginseng en 2019, un traitement à l'acide oxalique sous forme d'oxalate de sodium a été effectué. Les concentrations d'acide oxalique étaient respectivement de 0, 0,1 et 0,2 mol L⁻¹, et du NaOH a été utilisé pour ajuster le pH à 5,16 afin de simuler le pH moyen de la solution de lixiviation de la litière. Les deux faces des feuilles ont été pulvérisées une fois par semaine à 8 h. Après quatre pulvérisations au cours de la cinquième semaine, les plants de Panax notoginseng âgés de trois ans ont été récoltés.
En novembre 2019, des plants de Panax notoginseng âgés de trois ans ont été prélevés en plein champ et traités à l'acide oxalique. Des échantillons de ces plants, destinés à l'étude du métabolisme physiologique et de l'activité enzymatique, ont été placés dans des tubes pour congélation. Ils ont ensuite été congelés rapidement à l'azote liquide puis transférés dans un réfrigérateur à -80 °C. Des échantillons de racines, destinés à l'analyse de la teneur en cadmium et en principes actifs à maturité, ont été lavés à l'eau du robinet, séchés à 105 °C pendant 30 minutes, puis à poids constant à 75 °C, et enfin broyés au mortier pour conservation.
Peser 0,2 g d'échantillon végétal sec, le placer dans un erlenmeyer, ajouter 8 ml de HNO₃ et 2 ml de HClO₄ et couvrir pendant une nuit. Le lendemain, utiliser un entonnoir à gaz placé dans un erlenmeyer pour la digestion électrothermique jusqu'à l'apparition d'une fumée blanche et l'obtention d'un liquide clair. Après refroidissement à température ambiante, transférer le mélange dans une fiole jaugée de 10 ml. La teneur en cadmium a été déterminée par spectrophotométrie d'absorption atomique (Thermo ICE™ 3300 AAS, États-Unis) (GB/T 23739-2009).
Peser 0,2 g d'échantillon végétal sec, le placer dans un flacon en plastique de 50 ml, ajouter 10 ml d'HCl 1 mol/L, fermer hermétiquement et agiter vigoureusement pendant 15 heures, puis filtrer. À l'aide d'une pipette, prélever la quantité nécessaire de filtrat, la diluer en conséquence et ajouter une solution de SrCl₂ pour obtenir une concentration en Sr²⁺ de 1 g/L. La teneur en calcium a été mesurée par spectrophotométrie d'absorption atomique (Thermo ICE™ 3300 AAS, États-Unis).
Méthode de dosage du malondialdéhyde (MDA), de la superoxyde dismutase (SOD), de la peroxydase (POD) et de la catalase (CAT) à l'aide du kit de référence (DNM-9602, Beijing Prong New Technology Co., Ltd., produit enregistré), en utilisant le kit de mesure correspondant. N° : Pharmacopée de Pékin (version exacte) 2013, n° 2400147.
Peser environ 0,05 g d'échantillon de Panax notoginseng et ajouter le réactif anthrone-acide sulfurique le long des parois du tube. Agiter le tube pendant 2 à 3 secondes pour bien mélanger le liquide. Placer le tube sur un support à tubes et laisser la coloration se développer pendant 15 minutes. La teneur en sucres solubles a été déterminée par spectrophotométrie UV-visible (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Chine) à une longueur d'onde de 620 nm.
Peser 0,5 g d'un échantillon frais de Panax notoginseng, le broyer dans 5 ml d'eau distillée jusqu'à obtention d'un homogénat, puis centrifuger à 10 000 g pendant 10 minutes. Le surnageant a été dilué à un volume précis. La méthode au bleu de Coomassie brillant a été utilisée. La teneur en protéines solubles a été mesurée par spectrophotométrie UV-visible (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Chine) à une longueur d'onde de 595 nm et calculée à partir de la courbe d'étalonnage de l'albumine de sérum bovin.
Peser 0,5 g d'échantillon frais, ajouter 5 ml d'acide acétique à 10 %, broyer jusqu'à homogénéisation, filtrer et diluer à volume constant. La coloration a été réalisée avec une solution de ninhydrine. La teneur en acides aminés libres a été déterminée par spectrophotométrie UV-visible (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Chine) à 570 nm et calculée à partir de la courbe d'étalonnage de la leucine²⁸.
Peser 0,5 g d'un échantillon frais, ajouter 5 ml d'une solution à 3 % d'acide sulfosalicylique, chauffer au bain-marie et agiter pendant 10 minutes. Après refroidissement, filtrer la solution et porter le volume à intensité constante. La méthode colorimétrique à la ninhydrine acide a été utilisée. La teneur en proline a été déterminée par spectrophotométrie UV-visible (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Chine) à une longueur d'onde de 520 nm et calculée à partir de la courbe d'étalonnage de la proline²⁹.
La teneur en saponines a été déterminée par chromatographie liquide à haute performance (CLHP) conformément à la Pharmacopée de la République populaire de Chine (édition 2015). Le principe de base de la CLHP repose sur l'utilisation d'un liquide sous haute pression comme phase mobile et l'application d'une technique de séparation par ultrafiltration sur colonne à phase stationnaire. Le mode opératoire est le suivant :
Conditions de chromatographie liquide à haute performance (HPLC) et test d'aptitude du système (Tableau 1) : Utiliser du gel de silice greffé à l'octadécylsilane, de l'acétonitrile comme phase mobile A et de l'eau comme phase mobile B. Effectuer une élution en gradient selon le tableau ci-dessous. La longueur d'onde de détection est de 203 nm. D'après le pic R1 des saponines totales de Panax notoginseng, le nombre de plateaux théoriques doit être d'au moins 4 000.
Préparation de la solution standard : Peser avec précision le ginsénoside Rg1, le ginsénoside Rb1 et le notoginsénoside R1 et ajouter du méthanol pour préparer un mélange contenant 0,4 mg de ginsénoside Rg1, 0,4 mg de ginsénoside Rb1 et 0,1 mg de notoginsénoside R1 par ml de solution.
Préparation de la solution d'essai : Peser 0,6 g de poudre de ginseng Panax et ajouter 50 ml de méthanol. Peser la solution obtenue (W1) et laisser reposer une nuit. Porter ensuite la solution à ébullition douce au bain-marie à 80 °C pendant 2 heures. Après refroidissement, peser la solution et ajouter le méthanol préparé à la masse initiale W1. Agiter vigoureusement et filtrer. Le filtrat est réservé pour analyse.
Collectez avec précision 10 μL de la solution standard et 10 μL du filtrat et injectez-les dans un chromatographe liquide haute performance (Thermo HPLC-ultimate 3000, Seymour Fisher Technology Co., Ltd.) pour déterminer la teneur en saponine 24.
Courbe d'étalonnage : mesure d'une solution étalon mixte de Rg1, Rb1 et R1. Les conditions chromatographiques sont identiques à celles décrites précédemment. Calculer la courbe d'étalonnage en reportant l'aire du pic mesuré en ordonnée et la concentration de saponine dans la solution étalon en abscisse. La concentration de saponine peut être calculée en substituant l'aire du pic mesuré de l'échantillon sur la courbe d'étalonnage.
Peser 0,1 g d'échantillon de P. notogensings et ajouter 50 ml d'une solution de CH3OH à 70 %. L'extraction par ultrasons est réalisée pendant 2 heures, suivie d'une centrifugation à 4 000 tr/min pendant 10 minutes. Prélever 1 ml de surnageant et le diluer 12 fois. La teneur en flavonoïdes est déterminée par spectrophotométrie UV-visible (UV-5800, Shanghai Yuanxi Instrument Co., Ltd., Chine) à une longueur d'onde de 249 nm. La quercétine est l'un des composés de référence.
Les données ont été organisées à l'aide du logiciel Excel 2010. Le logiciel statistique SPSS 20 a été utilisé pour réaliser l'analyse de variance. Les graphiques ont été créés avec Origin Pro 9.1. Les valeurs statistiques calculées sont exprimées sous forme de moyenne ± écart-type. Le seuil de signification statistique est fixé à P < 0,05.
À concentration égale d'acide oxalique pulvérisé sur les feuilles, la teneur en calcium des racines de *Panax notoginseng* a augmenté significativement avec la quantité de chaux appliquée (tableau 2). Par rapport à une culture sans chaux, la teneur en calcium a augmenté de 212 % avec l'ajout de 3 750 kg/h/m² de chaux, sans pulvérisation d'acide oxalique. À quantité de chaux appliquée égale, la teneur en calcium a légèrement augmenté avec la concentration d'acide oxalique pulvérisé.
La teneur en cadmium (Cd) dans les racines varie de 0,22 à 0,70 mg kg⁻¹. À concentration d'acide oxalique pulvérisée constante, la teneur en Cd diminue significativement avec l'augmentation de la quantité de chaux ajoutée (2 250 kg/h). Par rapport au témoin, la teneur en Cd dans les racines a diminué de 68,57 % après pulvérisation de 2 250 kg hm⁻² de chaux et de 0,1 mol l⁻¹ d'acide oxalique. En l'absence de chaux et avec 750 kg/h de chaux, la teneur en Cd dans les racines de *Panax notoginseng* a diminué significativement avec l'augmentation de la concentration d'acide oxalique pulvérisé. Avec des doses de chaux de 2 250 kg/m² et de 3 750 kg/m², la teneur en Cd dans les racines a d'abord diminué, puis augmenté avec l'augmentation de la concentration d'acide oxalique. De plus, l'analyse bivariée a montré que la chaux avait un effet significatif sur la teneur en Ca des racines de Panax notoginseng (F = 82,84**), la chaux avait un effet significatif sur la teneur en Cd des racines de Panax notoginseng (F = 74,99**) et sur l'acide oxalique (F = 7,72*).
L'augmentation de la quantité de chaux ajoutée et de la concentration d'acide oxalique pulvérisé a entraîné une diminution significative de la teneur en MDA. Aucune différence significative n'a été observée dans la teneur en MDA des racines de *Panax notoginseng*, que ce soit avec ou sans ajout de chaux (3 750 kg/m²). À des doses d'application de 750 kg/m² et 2 250 kg/m², la teneur en chaux du traitement par pulvérisation d'acide oxalique à 0,2 mol/L a diminué respectivement de 58,38 % et 40,21 % par rapport à un traitement sans acide oxalique. La plus faible teneur en MDA (7,57 nmol g⁻¹) a été observée avec la pulvérisation de 750 kg/m² de chaux et d'acide oxalique à 0,2 mol/L (Fig. 1).
Effet de la pulvérisation foliaire d'acide oxalique sur la teneur en malondialdéhyde des racines de Panax notoginseng soumises à un stress calcique. Remarque : La légende de la figure indique la concentration d'acide oxalique au point de pulvérisation (mol L⁻¹). Des lettres minuscules différentes indiquent des différences significatives entre les traitements pour une même application de chaux (p < 0,05). Voir ci-dessous.
À l'exception de l'application de 3750 kg/h de chaux, aucune différence significative n'a été observée dans l'activité de la SOD au niveau des racines de *Panax notoginseng*. L'ajout de 0, 750 et 2250 kg/h/m² de chaux a entraîné une augmentation significative de l'activité de la SOD après traitement par pulvérisation d'acide oxalique à une concentration de 0,2 mol/L, de 177,89 %, 61,62 % et 45,08 % respectivement. L'activité de la SOD dans les racines (598,18 U g⁻¹) était maximale en l'absence de chaux et après traitement par pulvérisation d'acide oxalique à une concentration de 0,2 mol/L. À concentration égale (0,1 mol/L), l'acide oxalique a induit une augmentation de l'activité de la SOD proportionnelle à la quantité de chaux ajoutée. Après pulvérisation d'acide oxalique à 0,2 mol/L, l'activité de la SOD a diminué significativement (Fig. 2).
Effet de la pulvérisation foliaire d'acide oxalique sur l'activité de la superoxyde dismutase, de la peroxydase et de la catalase dans les racines de Panax notoginseng soumises à un stress oxydatif au cadmium
À l'instar de l'activité SOD dans les racines, l'activité POD dans les racines traitées sans chaux et pulvérisées avec une solution d'acide oxalique à 0,2 mol L⁻¹ était la plus élevée (63,33 µmol g⁻¹), soit 148,35 % supérieure à celle du témoin (25,50 µmol g⁻¹). Avec l'augmentation de la concentration d'acide oxalique pulvérisé et un traitement à la chaux de 3 750 kg/m², l'activité POD a d'abord augmenté, puis diminué. Comparée au traitement avec une solution d'acide oxalique à 0,1 mol L⁻¹, l'activité POD a diminué de 36,31 % avec une solution d'acide oxalique à 0,2 mol L⁻¹ (Fig. 2).
À l'exception des traitements par pulvérisation d'acide oxalique à 0,2 mol/L et par apport de chaux à raison de 2 250 kg/h/m² ou 3 750 kg/h/m², l'activité de la catalase (CAT) était significativement plus élevée que dans le témoin. Lors de la pulvérisation d'acide oxalique à 0,1 mol/L et de l'apport de chaux à 0,2 250 kg/m² ou 3 750 kg/h/m², l'activité de la CAT a augmenté respectivement de 276,08 %, 276,69 % et 33,05 % par rapport au traitement sans acide oxalique. L'activité de la CAT dans les racines était maximale (803,52 µmol/g) en l'absence de chaux et avec le traitement à l'acide oxalique à 0,2 mol/L. L'activité de la CAT était minimale (172,88 µmol/g) avec le traitement à la chaux à 3 750 kg/h/m² et à l'acide oxalique à 0,2 mol/L (Fig. 2).
L'analyse bivariée a montré que l'activité de la catalase (CAT) et l'activité de la médullosurrénine (MDA) dans les racines de *Panax notoginseng* étaient significativement associées à la quantité d'acide oxalique ou de chaux pulvérisée et aux deux traitements (Tableau 3). L'activité de la superoxyde dismutase (SOD) dans les racines était significativement liée au traitement à la chaux et à l'acide oxalique ou à la concentration d'acide oxalique pulvérisé. L'activité de la peroxydase (POD) dans les racines dépendait significativement de la quantité de chaux appliquée ou du traitement combinant chaux et acide oxalique.
La teneur en sucres solubles des racines a diminué avec l'augmentation de la quantité de chaux appliquée et de la concentration d'acide oxalique pulvérisé. Aucune différence significative n'a été observée dans la teneur en sucres solubles des racines de *Panax notoginseng* sans chaux et avec une application de 750 kg/m² de chaux. Avec une application de 2 250 kg/m² de chaux, la teneur en sucres solubles, après traitement avec 0,2 mol/L d'acide oxalique, était significativement plus élevée (augmentation de 22,81 %) qu'en l'absence de traitement. Avec une application de 3 750 kg/m² de chaux, la teneur en sucres solubles a diminué significativement avec l'augmentation de la concentration d'acide oxalique pulvérisé. La teneur en sucres solubles, après traitement avec 0,2 mol/L d'acide oxalique, a diminué de 38,77 % par rapport à l'absence de traitement. De plus, le traitement par pulvérisation d'acide oxalique à 0,2 mol·L-1 avait la plus faible teneur en sucre soluble, soit 205,80 mg·g-1 (Fig. 3).
Effet de la pulvérisation foliaire d'acide oxalique sur la teneur en sucres totaux solubles et en protéines solubles des racines de Panax notoginseng soumises à un stress calcique au cadmium
La teneur en protéines solubles des racines a diminué avec l'augmentation des apports de chaux et des traitements par pulvérisation d'acide oxalique. Sans apport de chaux, la teneur en protéines solubles, après traitement par pulvérisation d'acide oxalique à une concentration de 0,2 mol·L⁻¹, a été significativement réduite de 16,20 % par rapport au témoin. Aucune différence significative n'a été observée dans la teneur en protéines solubles des racines de *Panax notoginseng* après application de 750 kg·h de chaux. Avec un apport de 2 250 kg·h/m² de chaux, la teneur en protéines solubles après traitement par pulvérisation d'acide oxalique à 0,2 mol·L⁻¹ était significativement supérieure à celle du témoin (35,11 %). À un apport de 3 750 kg·h/m² de chaux, la teneur en protéines solubles a diminué significativement avec l'augmentation de la concentration d'acide oxalique, la teneur la plus faible (269,84 µg·g⁻¹) étant obtenue pour une concentration d'acide oxalique de 0,2 mol·L⁻¹. traitement (Fig. 3).
Aucune différence significative n'a été observée dans la teneur en acides aminés libres des racines de *Panax notoginseng* en l'absence de chaux. L'augmentation de la concentration d'acide oxalique pulvérisé et l'ajout de 750 kg/m² de chaux ont entraîné une diminution, puis une augmentation, de cette teneur. Comparée au traitement sans acide oxalique, la teneur en acides aminés libres a augmenté significativement de 33,58 % avec la pulvérisation de 2 250 kg/m² de chaux et de 0,2 mol/L d'acide oxalique. En revanche, la teneur en acides aminés libres a diminué significativement avec l'augmentation de la concentration d'acide oxalique pulvérisé et l'ajout de 3 750 kg/m² de chaux. Le traitement avec 0,2 mol/L d'acide oxalique a réduit la teneur en acides aminés libres de 49,76 % par rapport au traitement sans acide oxalique. La teneur maximale en acides aminés libres (2,09 mg/g) a été observée en l'absence d'acide oxalique. Le traitement par pulvérisation d'acide oxalique à 0,2 mol/L avait la plus faible teneur en acides aminés libres (1,05 mg/g) (Fig. 4).
Effet de la pulvérisation d'acide oxalique sur la teneur en acides aminés libres et en proline des racines de Panax notoginseng en conditions de stress au cadmium
La teneur en proline des racines a diminué avec l'augmentation des quantités de chaux et d'acide oxalique pulvérisées. Aucune différence significative n'a été observée dans la teneur en proline des racines de Panax ginseng en l'absence de chaux. L'augmentation de la concentration d'acide oxalique pulvérisé et des doses de chaux (750 ou 2250 kg/m²) a entraîné une diminution puis une augmentation de la teneur en proline. Le traitement à l'acide oxalique à 0,2 mol L⁻¹ a induit une augmentation significative de la teneur en proline par rapport au traitement à 0,1 mol L⁻¹, avec des hausses respectives de 19,52 % et 44,33 %. L'ajout de 3750 kg/m² de chaux a provoqué une diminution significative de la teneur en proline avec l'augmentation de la concentration d'acide oxalique pulvérisé. Après pulvérisation d'acide oxalique à 0,2 mol L⁻¹, la teneur en proline a diminué de 54,68 % par rapport à un traitement sans acide oxalique. La teneur en proline la plus faible a été obtenue après traitement avec de l'acide oxalique à 0,2 mol/l et s'élevait à 11,37 μg/g (Fig. 4).
La teneur totale en saponines du Panax notoginseng est la suivante : Rg1 > Rb1 > R1. Aucune différence significative n’a été observée dans la teneur des trois saponines en fonction de la concentration croissante de pulvérisation d’acide oxalique et de la concentration sans application de chaux (tableau 4).
La teneur en R1 après pulvérisation d'acide oxalique à 0,2 mol/L était significativement inférieure à celle obtenue sans pulvérisation d'acide oxalique et avec une dose de chaux de 750 ou 3750 kg/m². À une concentration d'acide oxalique pulvérisée de 0 ou 0,1 mol/L, aucune différence significative de la teneur en R1 n'a été observée en fonction de la quantité de chaux ajoutée. À une concentration d'acide oxalique pulvérisée de 0,2 mol/L, la teneur en R1 avec une dose de chaux de 3750 kg/m² était significativement inférieure à celle obtenue sans ajout de chaux (43,84 %) (Tableau 4).
Lorsque la concentration d'acide oxalique pulvérisé augmentait et que 750 kg/m² de chaux étaient ajoutés, la teneur en Rg1 augmentait d'abord, puis diminuait. Pour des doses de chaux de 2250 et 3750 kg/h, la teneur en Rg1 diminuait avec l'augmentation de la concentration d'acide oxalique pulvérisé. À concentration d'acide oxalique pulvérisé constante, la teneur en Rg1 augmentait d'abord, puis diminuait, avec l'augmentation de la quantité de chaux. Comparée au témoin, la teneur en Rg1 dans les racines de Panax notoginseng était inférieure à celle du témoin pour les trois concentrations d'acide oxalique et le traitement à 750 kg/m² de chaux, à l'exception des autres traitements où elle était supérieure. La teneur maximale en Rg1 était obtenue avec la pulvérisation de 750 kg/h/m² de chaux et d'acide oxalique à 0,1 mol/l, soit 11,54 % de plus que le témoin (Tableau 4).
Lorsque la concentration d'acide oxalique pulvérisé et la quantité de chaux appliquée augmentaient à un débit de 2 250 kg/h, la teneur en Rb1 augmentait d'abord, puis diminuait. Après pulvérisation d'acide oxalique à 0,1 mol L⁻¹, la teneur en Rb1 atteignait une valeur maximale de 3,46 %, soit 74,75 % de plus qu'en l'absence de pulvérisation d'acide oxalique. Pour les autres traitements à la chaux, aucune différence significative n'a été observée entre les différentes concentrations d'acide oxalique pulvérisé. Après pulvérisation d'acide oxalique à 0,1 et 0,2 mol L⁻¹, la teneur en Rb1 diminuait d'abord, puis diminuait à nouveau, à mesure que la quantité de chaux augmentait (tableau 4).
À concentration de pulvérisation d'acide oxalique égale, la teneur en flavonoïdes a d'abord augmenté, puis diminué, avec l'ajout de chaux. Aucune différence significative de la teneur en flavonoïdes n'a été observée lors de la pulvérisation de différentes concentrations d'acide oxalique sans chaux ni avec 3 750 kg/m² de chaux. Avec l'ajout de 750 et 2 250 kg/m² de chaux, la teneur en flavonoïdes a d'abord augmenté, puis diminué, avec l'augmentation de la concentration d'acide oxalique pulvérisé. Avec 750 kg/m² de chaux et une pulvérisation d'acide oxalique à 0,1 mol/l, la teneur en flavonoïdes était maximale (4,38 mg/g), soit 18,38 % supérieure à celle obtenue avec la même quantité de chaux, rendant la pulvérisation d'acide oxalique inutile. La teneur en flavonoïdes lors du traitement avec une pulvérisation d'acide oxalique à 0,1 mol L-1 a augmenté de 21,74 % par rapport au traitement sans acide oxalique et au traitement à la chaux à une dose de 2250 kg/m2 (Fig. 5).
Effet de la pulvérisation d'oxalate sur les feuilles de Panax notoginseng sur la teneur en flavonoïdes des racines soumises au stress du cadmium
L'analyse bivariée a montré que la teneur en sucres solubles des racines de *Panax notoginseng* dépendait significativement de la quantité de chaux appliquée et de la concentration d'acide oxalique pulvérisée. La teneur en protéines solubles des racines était significativement corrélée aux doses de chaux et d'acide oxalique. Les teneurs en acides aminés libres et en proline des racines étaient significativement corrélées à la quantité de chaux appliquée, à la concentration d'acide oxalique pulvérisée et à la teneur en chaux et en acide oxalique (Tableau 5).
La teneur en R1 des racines de Panax notoginseng dépendait significativement de la concentration d'acide oxalique pulvérisé, de la quantité de chaux appliquée, et de la combinaison chaux-acide oxalique. La teneur en flavonoïdes dépendait significativement de la concentration d'acide oxalique pulvérisé et de la quantité de chaux ajoutée.
De nombreux amendements ont été utilisés pour réduire les niveaux de cadmium dans les plantes en fixant ce métal dans le sol, comme la chaux et l'acide oxalique³⁰. La chaux est largement employée comme amendement du sol pour réduire les niveaux de cadmium dans les cultures³¹. Liang et al.³² ont rapporté que l'acide oxalique peut également être utilisé pour dépolluer les sols contaminés par des métaux lourds. Après l'ajout de concentrations variables d'acide oxalique à un sol contaminé, la teneur en matière organique a augmenté, la capacité d'échange cationique a diminué et le pH a augmenté³³. L'acide oxalique peut également réagir avec les ions métalliques présents dans le sol. En conditions de stress lié au cadmium, la teneur en cadmium du Panax notoginseng a augmenté significativement par rapport au témoin. Cependant, l'utilisation de chaux a permis de la réduire significativement. Dans cette étude, l'application de 750 kg/m² de chaux a permis d'atteindre la norme nationale (limite de cadmium : Cd ≤ 0,5 mg/kg, AQSIQ, GB/T 19086-2008³⁴), avec un résultat satisfaisant. L'ajout de 2250 kg/m² de chaux donne le meilleur résultat. Cet ajout crée de nombreux sites de compétition pour les ions Ca²⁺ et Cd²⁺ dans le sol, tandis que l'ajout d'acide oxalique réduit la teneur en cadmium dans les racines de *Panax notoginseng*. Après mélange de chaux et d'acide oxalique, la teneur en cadmium des racines de *Panax ginseng* a diminué significativement et atteint la norme nationale. Le Ca²⁺ présent dans le sol est adsorbé à la surface des racines par un processus de flux de masse et peut être absorbé par les cellules racinaires via les canaux calciques (canaux Ca²⁺), les pompes à calcium (Ca²⁺-ATPase) et les antiporteurs Ca²⁺/H⁺, puis transporté horizontalement vers le xylème. Une corrélation négative significative a été observée entre les teneurs en calcium et en cadmium dans les racines (p < 0,05). La teneur en cadmium diminue avec l'augmentation de la teneur en calcium, ce qui confirme l'antagonisme supposé entre le calcium et le cadmium. L'analyse de variance (ANOVA) a montré que la quantité de chaux avait un effet significatif sur la teneur en calcium des racines de *Panax notoginseng*. Pongrack et al.³⁵ ont rapporté que le cadmium se lie à l'oxalate dans les cristaux d'oxalate de calcium et entre en compétition avec le calcium. Cependant, l'effet régulateur de l'acide oxalique sur le calcium était négligeable. Ceci indique que la précipitation de l'oxalate de calcium à partir de l'acide oxalique et des ions Ca²⁺ n'est pas une simple précipitation, et que le processus de coprécipitation pourrait être contrôlé par plusieurs voies métaboliques.
Sous l'effet du stress au cadmium, une grande quantité d'espèces réactives de l'oxygène (ERO) se forme dans les plantes, endommageant la structure des membranes cellulaires³⁶. La teneur en malondialdéhyde (MDA) peut servir d'indicateur pour évaluer le niveau d'ERO et le degré de dommages à la membrane plasmique des plantes³⁷. Le système antioxydant constitue un mécanisme de protection important pour neutraliser les ERO³⁸. L'activité des enzymes antioxydantes (notamment la peroxydase [POD], la superoxyde dismutase [SOD] et la catalase [CAT]) est généralement altérée par le stress au cadmium. Les résultats ont montré une corrélation positive entre la teneur en MDA et la concentration en Cd, indiquant que l'ampleur de la peroxydation lipidique des membranes végétales s'aggrave avec l'augmentation de la concentration en Cd³⁷. Ceci est cohérent avec les résultats de l'étude d'Ouyang et al.³⁹. Cette étude montre que la teneur en MDA est significativement influencée par la chaux, l'acide oxalique, ou la combinaison des deux. Après nébulisation d'acide oxalique à 0,1 mol L⁻¹, la teneur en MDA du Panax notoginseng a diminué, indiquant que l'acide oxalique pourrait réduire la biodisponibilité du Cd et les niveaux de ROS dans cette plante. Le système enzymatique antioxydant assure la détoxification du Panax notoginseng. La SOD élimine l'O₂⁻ contenu dans les cellules végétales et produit de l'O₂ non toxique et du H₂O₂ faiblement toxique. La POD et la CAT éliminent le H₂O₂ des tissus végétaux et catalysent sa décomposition en H₂O. L'analyse protéomique iTRAQ a révélé que les niveaux d'expression des protéines SOD et PAL diminuaient, tandis que celui de la POD augmentait après application de chaux en conditions de stress au Cd₄⁰. Les activités de la CAT, de la SOD et de la POD dans les racines du Panax notoginseng ont été significativement affectées par la dose d'acide oxalique et de chaux. Le traitement par pulvérisation d'acide oxalique à 0,1 mol L⁻¹ a significativement augmenté l'activité de la SOD et de la CAT, mais son effet sur l'activité de la POD était peu marqué. Ceci indique que l'acide oxalique accélère la décomposition des ROS sous stress induit par le cadmium et contribue principalement à l'élimination du H₂O₂ en régulant l'activité de la CAT, ce qui est similaire aux résultats obtenus par Guo et al.⁴¹ sur les enzymes antioxydantes de Pseudospermum sibiricum Kos. L'effet de l'ajout de 750 kg/h/m² de chaux sur l'activité enzymatique du système antioxydant et la teneur en malondialdéhyde est comparable à celui de la pulvérisation d'acide oxalique. Ces résultats montrent que le traitement par pulvérisation d'acide oxalique permet d'améliorer plus efficacement l'activité de la SOD et de la CAT chez Panax notoginseng et d'accroître sa résistance au stress. Les activités de la SOD et de la POD ont été diminuées par le traitement avec 0,2 mol L-1 d'acide oxalique et 3750 kg hm-2 de chaux, indiquant qu'une pulvérisation excessive de fortes concentrations d'acide oxalique et de Ca2+ peut provoquer un stress chez les plantes, ce qui est cohérent avec l'étude de Luo et al. Wait 42.