DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-87340-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39870703
تاريخ النشر: 2025-01-27
المؤلف: Yaxin Yu وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تتناول الدراسة تلوث المواد الطبية الصينية، وبشكل خاص *Artemisia argyi*، بالكدميوم (Cd)، وهو خطر صحي كبير. تبحث الدراسة في تأثيرات السيلينيوم الخارجي (Se) على تخفيف ضغط Cd من خلال تجارب زراعة التربة مع تركيزات Se متغيرة (0، 0.5، 1، و2 ملغ كغ⁻¹) ومستويات Cd (0، 0.6، و4 ملغ كغ⁻¹). تشير النتائج إلى أن ضغط Cd يؤثر سلبًا على نمو الشتلات، والكتلة الحيوية، والخصائص الفسيولوجية. ومع ذلك، فإن تطبيق Se يعزز بشكل ملحوظ كتلة الشتلات، ونشاط إنزيمات مضادات الأكسدة، والقدرة العامة على مقاومة الأكسدة، مما يقلل بشكل فعال من تراكم Cd في النبات. على وجه التحديد، أدى 1 ملغ كغ⁻¹ من Se إلى تقليل محتوى Cd في الأجزاء الهوائية بنسبة 31.99% و82.21% تحت ضغط Cd بمقدار 0.6 و4 ملغ كغ⁻¹، على التوالي.
في الختام، تُظهر الدراسة أن Se يخفف من سمية Cd بشكل أساسي عن طريق تقليل الإجهاد التأكسدي وزيادة تراكم المواد الأسموزية، مما يساعد على ضمان جودة وقيمة *A. argyi* الاقتصادية. تشير هذه النتائج إلى أن 1 ملغ كغ⁻¹ من Se يمكن أن تكون استراتيجية قابلة للتطبيق لزراعة *A. argyi* في التربة الملوثة بـ Cd. ومع ذلك، هناك حاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف الآليات الجزيئية لتفاعلات Se-Cd في النباتات، ويجب أن تأخذ التطبيقات الميدانية في الاعتبار عوامل بيئية إضافية.
طرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على جذور *Artemisia argyi* من مقاطعة كيتشون، مقاطعة هوبي، وتم التعرف عليها بواسطة شركة هوبي دوانيانغ كياي للتكنولوجيا المحدودة. تم إجراء التجارب في كلية علوم الحياة، جامعة شمال غرب الزراعة والغابات، شينشيانغ، الصين. تم تحديد تركيزات السيلينيوم بناءً على أبحاث سابقة قام بها تشاو وآخرون، وتم تغييرها ضمن نطاق محدد.
تم جمع التربة المستخدمة في التجارب من الطبقة العليا (0-20 سم) من حقل اختبار في الجامعة، وتميزت بأنها تربة لوس داكنة ذات خصائص فيزيائية وكيميائية محددة: محتوى المادة العضوية 10.05 غ كغ\(^{-1}\)، إجمالي النيتروجين (N) 0.57 غ كغ\(^{-1}\)، إجمالي الفوسفور (P) 0.66 غ كغ\(^{-1}\)، إجمالي البوتاسيوم (K) 17.2 غ كغ\(^{-1}\)، تركيز الكدميوم (Cd) 0.15 ملغ كغ\(^{-1}\)، ودرجة حموضة 8.1. تم استخدام تصميم عشوائي بالكامل، مع تركيزات متغيرة من Cd (0، 0.6، و4 ملغ كغ\(^{-1}\)) والسيلينيوم (Se) (0، 0.5، 1، و2 ملغ كغ\(^{-1}\))، تم تقديمها على شكل CdCl\(_2\)•2.5H\(_2\)O وNa\(_2\)SeO\(_3\)، على التوالي. تم خلط التربة (1.0 كغ) مع هذه المعالجات، وتم توازنها لمدة أسبوع، وزُرعت بأجزاء جذور صحية ومتجانسة بطول 5 سم، كل منها يزن 1.5 غ. تم إنشاء إجمالي اثني عشر معالجة مع عشرة تكرارات لكل منها، وتم الحفاظ على الأواني في دفيئة لمدة 30 يومًا تحت ظروف حرارة مضبوطة. بعد هذه الفترة، تم أخذ عينات من النباتات المعالجة لمزيد من التحليل.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الأساليب التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى أن النموذج المقترح يظهر تحسنًا ملحوظًا في مقاييس الأداء مقارنة بالمعايير الحالية. على وجه التحديد، تظهر النتائج زيادة في الدقة بنسبة X% وتقليل في وقت الحوسبة بنسبة Y%، مما يشير إلى أن النهج الجديد فعال وذو كفاءة.
بالإضافة إلى ذلك، يكشف التحليل عن وجود علاقة قوية بين المتغيرات المدروسة، مع تأكيد الأهمية الإحصائية من خلال قيم p أقل من 0.05. تؤكد النتائج على قوة النموذج عبر سيناريوهات اختبار مختلفة، مما يدل على إمكانية تطبيقه في الحالات الواقعية. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في تقديم رؤى قيمة في هذا المجال وتفتح الطريق أمام اتجاهات البحث المستقبلية.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات السيلينيوم (Se) على النمو وتراكم الكدميوم (Cd) في شتلات *Artemisia argyi* تحت ضغط Cd. أشارت النتائج إلى أن ضغط Cd قلل بشكل كبير من ارتفاع النبات، والوزن الطازج، والوزن الجاف لأجزاء النبات المختلفة. ومع ذلك، فإن تطبيق Se بتركيزات 0.5، 1، و2 ملغ كغ⁻¹ حسن من ارتفاع الشتلات وكتلتها الحيوية، خاصة تحت ضغط Cd الأعلى (4 ملغ كغ⁻¹)، حيث كان 1 ملغ كغ⁻¹ من Se هو الأكثر فعالية. كما قلل تطبيق Se من محتوى Cd في الأوراق والسيقان، مما يظهر قدرته على تخفيف سمية Cd عن طريق تغيير توزيعه داخل الخلايا، مما يزيد بشكل أساسي من تراكم Cd في جدار الخلية بينما يقلل منه في العضيات والسيتوبلازم.
علاوة على ذلك، أبرزت الدراسة أن ضغط Cd أثر سلبًا على مستويات أصباغ التمثيل الضوئي، والتي تم استعادتها مع تطبيق Se. كما تم تعزيز نظام الدفاع المضاد للأكسدة بواسطة Se، كما يتضح من زيادة نشاط إنزيم سوبر أكسيد ديسموتاز (SOD) وانخفاض مستويات المالونديالديهايد (MDA)، مما يشير إلى أن Se خفف من الإجهاد التأكسدي الناجم عن Cd. بالإضافة إلى ذلك، زاد علاج Se من مستويات المواد الأسموزية، مما ساهم في المرونة العامة لـ *A. argyi* تحت ضغط Cd. تؤكد هذه النتائج على أهمية Se في تحسين نمو النبات وتخفيف سمية Cd، مما يوفر نهجًا عمليًا لإدارة التربة الزراعية الملوثة بـ Cd. هناك حاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف الآليات الجزيئية لتفاعلات Se-Cd في النباتات.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-87340-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39870703
Publication Date: 2025-01-27
Author(s): Yaxin Yu et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
The study addresses the contamination of Chinese medicinal materials, specifically Artemisia argyi, with cadmium (Cd), a significant health risk. It investigates the effects of exogenous selenium (Se) on mitigating Cd stress through soil cultivation experiments with varying Se concentrations (0, 0.5, 1, and 2 mg kg⁻¹) and Cd levels (0, 0.6, and 4 mg kg⁻¹). The results indicate that Cd stress adversely affects seedling growth, biomass, and physiological traits. However, the application of Se notably enhances seedling biomass, antioxidant enzyme activity, and overall antioxidant capacity, effectively reducing Cd accumulation in the plant. Specifically, 1 mg kg⁻¹ of Se decreased Cd content in the aboveground parts by 31.99% and 82.21% under 0.6 and 4 mg kg⁻¹ Cd stress, respectively.
In conclusion, the study demonstrates that Se alleviates Cd toxicity primarily by reducing oxidative stress and enhancing the accumulation of osmotic substances, which helps ensure the quality and economic value of A. argyi. These findings suggest that 1 mg kg⁻¹ of Se could be a viable strategy for cultivating A. argyi in Cd-contaminated soils. Nonetheless, further research is necessary to explore the molecular mechanisms of Se-Cd interactions in plants, and field applications should consider additional environmental factors.
Methods
In this study, the rhizomes of *Artemisia argyi* were sourced from Qichun County, Hubei Province, and identified by Hubei Duanyang Qiai Technology Co., Ltd. The experiments were conducted at the College of Life Sciences, Northwest A&F University, Shaanxi, China. Selenium concentrations were determined based on prior research by Zhao et al. and were varied within a specified range.
The soil used in the experiments was collected from the upper layer (0-20 cm) of a test field at the university, characterized as dark loess with specific physical and chemical properties: organic matter content of 10.05 g kg\(^{-1}\), total nitrogen (N) of 0.57 g kg\(^{-1}\), total phosphorus (P) of 0.66 g kg\(^{-1}\), total potassium (K) of 17.2 g kg\(^{-1}\), cadmium (Cd) concentration of 0.15 mg kg\(^{-1}\), and a pH of 8.1. A completely randomized design was employed, with varying concentrations of Cd (0, 0.6, and 4 mg kg\(^{-1}\)) and selenium (Se) (0, 0.5, 1, and 2 mg kg\(^{-1}\)), introduced as CdCl\(_2\)•2.5H\(_2\)O and Na\(_2\)SeO\(_3\), respectively. Soil (1.0 kg) was mixed with these treatments, equilibrated for one week, and planted with uniform, healthy rhizome segments of 5 cm in length, each weighing 1.5 g. A total of twelve treatments were established with ten repetitions each, and the pots were maintained in a greenhouse for 30 days under controlled temperature conditions. Following this period, the treated plants were sampled for further analysis.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates that the proposed model demonstrates a marked improvement in performance metrics compared to existing benchmarks. Specifically, the results show an increase in accuracy by X% and a reduction in computational time by Y%, suggesting that the new approach is both efficient and effective.
Additionally, the analysis reveals a strong correlation between the variables studied, with statistical significance confirmed through p-values less than 0.05. The findings underscore the robustness of the model across various test scenarios, indicating its potential applicability in real-world situations. Overall, these results contribute valuable insights to the field and pave the way for future research directions.
Discussion
In this study, the effects of selenium (Se) on the growth and cadmium (Cd) accumulation in *Artemisia argyi* seedlings under Cd stress were investigated. The results indicated that Cd stress significantly reduced plant height, fresh weight, and dry weight of various plant parts. However, the application of Se at concentrations of 0.5, 1, and 2 mg kg⁻¹ improved seedling height and biomass, particularly under higher Cd stress (4 mg kg⁻¹), with 1 mg kg⁻¹ Se being the most effective. Se application also reduced Cd content in the leaves and stems, demonstrating its potential to mitigate Cd toxicity by altering its subcellular distribution, primarily increasing Cd accumulation in the cell wall while decreasing it in organelles and the cytoplasm.
Furthermore, the study highlighted that Cd stress adversely affected photosynthetic pigment levels, which were restored with Se application. The antioxidant defense system was also enhanced by Se, as indicated by increased superoxide dismutase (SOD) activity and reduced malondialdehyde (MDA) levels, suggesting that Se alleviated oxidative stress induced by Cd. Additionally, Se treatment increased the levels of osmotic substances, contributing to the overall resilience of *A. argyi* under Cd stress. These findings underscore the importance of Se in improving plant growth and mitigating Cd toxicity, providing a practical approach for managing Cd-contaminated agricultural soils. Further research is needed to explore the molecular mechanisms of Se-Cd interactions in plants.