Die Wirkung von Organophosphatbakterien auf Schwermetallelemente in den Rhizomen, Faserwurzeln und im Rhizosphärenboden von Paris polyphylla var. yunnanensis. Paris polyphylla var. yunnanensis ist eine mehrjährige krautige Heilpflanze aus der Familie der Liliengewächse. Die Rhizome, ihre wichtigsten medizinischen Bestandteile, haben entgiftende, blutstillende, antibakterielle, entzündungshemmende, immunregulierende und tumorhemmende Wirkungen. In den letzten Jahren wurde die künstliche Anbaufläche von Dianzhong Lou kontinuierlich ausgeweitet, um Angebot und Nachfrage auf dem Markt zu befriedigen. Aufgrund der unausgereiften Anbautechnologie und des übermäßigen Einsatzes von Düngemitteln wurde die Wachstumsumgebung von Dianzhong Lou jedoch stark geschädigt, was zu einer schlechten Qualität der angepflanzten Dianzhong Lou und einem allmählich sinkenden Ertrag führte. Daher ist die Suche nach angemessenen Düngemethoden zur Steigerung des Nutzwertes von Dianzhong Lou ein wichtiges Thema im Rahmen des standardisierten Anbausystems von Dianzhong Lou.

In den letzten Jahren hat die rasche Entwicklung der traditionellen chinesischen Medizin dazu geführt, dass Fragen wie der übermäßige Gehalt an Schwermetallen in chinesischen Arzneimitteln, die durch Umweltverschmutzung verursacht werden, große Aufmerksamkeit erlangt haben. Schwermetalle zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich gut verbergen, schwer abbaubar sind und sich leicht anreichern. Sie können sich leicht im menschlichen Körper anreichern und sind schwer auszuscheiden. Wenn der Gehalt an Schwermetallen im menschlichen Körper ein bestimmtes Niveau erreicht, kommt es zu Funktionsstörungen der Organe, die eine Reihe von Krankheiten auslösen können. Wenn der Quecksilbergehalt im Körper die Norm übersteigt, kann er das Hirngewebe schädigen und neurologische Störungen verursachen; ein zu hoher Cadmium- und Chromgehalt kann die Krebsentstehung in Organen wie den Nieren auslösen; ein zu hoher Bleigehalt kann die menschliche Verdauung und die Gedächtnisfunktion beeinträchtigen; ein zu hoher Arsengehalt kann sich negativ auf verschiedene Gewebe und Organe im menschlichen Körper auswirken, z. B. auf Muskeln, Blut und das Immunsystem. Organische phosphorsolubilisierende Bakterien können als neuartiger mikrobieller Dünger organische Phosphorverbindungen mineralisieren, unlösliche organische Phosphorverbindungen im Boden in Phosphorelemente umwandeln, die direkt von den Pflanzen aufgenommen und verwertet werden können, den verfügbaren Phosphorgehalt im Boden erhöhen und das Phänomen des Phosphormangels im Pflanzenwachstum lindern. Darüber hinaus haben zahlreiche Studien gezeigt, dass phosphatlösende Bakterien auch Schwermetalle wie Blei, Kadmium, Kupfer usw. passivieren können, indem sie Phosphationen, die aus dem organischen Phosphor im Boden freigesetzt werden, mit Schwermetallen verbinden und Phosphatausfällungen bilden, wodurch die Mobilität und Bioverfügbarkeit von Schwermetallen in der Bodenumgebung verringert wird. Zu den organischen Phosphorsolubilisatoren gehören vor allem Bakterien, Pilze und Actinomyceten, von denen die Bakterien die meisten Arten und Mengen aufweisen. Die Forschung hat herausgefunden, dass einige Stämme von Bacillus, Pseudomonas und Corynebacterium eine starke phosphorsolubilisierende Fähigkeit besitzen und häufig als bakterieller Phosphordünger in der Landwirtschaft eingesetzt werden. Berichten zufolge hat der Einsatz phosphatlösender Bakterien einen deutlichen Einfluss auf die wirksamen Bestandteile sowie das Wachstum und die Entwicklung von Nutzpflanzen wie Mais und Erdnüssen und wird daher weithin gefördert und angewendet. Die Forschungsergebnisse über den Schwermetallgehalt von Dianzhong Lou-Medizinprodukten und Böden unterschiedlicher Art oder Herkunft sind bereits sehr ausgereift. Yang et al. untersuchten auch die Auswirkungen von arbuskulären Mykorrhizapilzen auf die Schwermetallelemente von Dianzhong Lou-Rhizomen und Böden. Über die Auswirkungen der Beimpfung von Organophosphat lösenden Bakterien auf den Schwermetallgehalt von Dianzhong Lou-Medizinprodukten und Böden wurde jedoch noch nicht berichtet.

Daher wurde in dieser Studie eine Topfpflanze mit einem einzigen Faktor verwendet, um drei dominante Arten von organischen phosphorsolubilisierenden Bakterien als Stämme auszuwählen, die in das Kulturmedium beimpft und kombiniert wurden. Die Rhizome, die faserigen Wurzeln und der Boden der Rhizosphäre von Dianzhong Lou wurden als Forschungsobjekte verwendet. Mit Hilfe der induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) wurden fünf Schwermetallelemente, nämlich Quecksilber (Hg), Cadmium (Cd), Blei (Pb), Chrom (Cr) und Arsen (As), nachgewiesen, um die Auswirkungen der organischen phosphorsolubilisierenden Bakterien und ihrer Kombinationen auf den Gehalt an Schwermetallelementen in den Rhizomen, Faserwurzeln und der Rhizosphärenerde von Dianzhong Lou zu untersuchen und eine theoretische Grundlage für die standardisierte künstliche Anpflanzung und Entwicklung von Dianzhong Lou zu schaffen.

 

Organische phosphorsolubilisierende Bakterien können unlösliche organische Phosphorverbindungen im Boden in wirksamen Phosphor umwandeln, der von den Pflanzen durch Mineralisierung organischer Phosphorverbindungen direkt aufgenommen und verwertet werden kann, wodurch das Wachstum und die Entwicklung von Dianzhong Lou gefördert und ertragreiche und hochwertige chinesische Arzneimittel gewonnen werden. Gleichzeitig können organische phosphorsolubilisierende Bakterien auch Schwermetalle im Boden fixieren und passivieren, so dass sie von den Heilpflanzen nur schwer direkt aufgenommen werden können, wodurch die Rückstände von Schwermetallen in chinesischen Arzneimitteln reduziert werden. In dieser Studie konnte die Beimpfung mit Organophosphat lösenden Bakterien im Vergleich zur nicht geimpften CK-Gruppe den Schwermetallgehalt in den Wurzeln, Rhizomen und faserigen Wurzeln von Dianzhong Lou insgesamt reduzieren, wobei der Gehalt an Pb-Elementen am stärksten verringert wurde. Der Grund dafür ist, dass Organophosphat lösende Bakterien Pb-Elemente im Boden passivieren können, wodurch das Schwermetall Pb von einer hochaktiven Form in eine weniger aktive Form umgewandelt wird, was seine Bioverfügbarkeit verringert und somit die Aufnahme und Verwertung von Pb-Elementen durch Dianzhong Lou reduziert. Auch der Gehalt an Hg- und Cr-Elementen verbesserte sich deutlich, wobei die Behandlung mit einer gemischten Inokulation besser war als die Behandlung mit einer einzelnen Inokulation. Die Inokulationsbehandlung der Gruppen S6 und S7 hatte die beste Wirkung auf Dianzhong Lou. Unter Bezugnahme auf das "Chinesische Arzneibuch" (Ausgabe 2020) und den "Nationalen Lebensmittelsicherheitsstandard - Grenzwerte für Kontaminanten in Lebensmitteln" (GB2762-2017) als Grenzwerte für Dianzhong Lou-Arzneimittel haben nur einige Behandlungsgruppen in den Rhizomen die Grenzwerte für Pb und Cr leicht überschritten, während die meisten Schwermetalle in den Wurzeln die Grenzwerte überschritten haben. Der Grund dafür könnte das Vorhandensein einer großen Anzahl von Wurzelhaaren auf der Oberfläche der Wurzeln sein, die nicht nur verschiedene Schadstoffe im Boden direkt absorbieren können, sondern auch die Kontaktfläche mit dem Boden effektiv vergrößern und damit die Aufnahmekapazität von Bodenelementen erhöhen. Nach der Beimpfung mit Organophosphat lösenden Bakterien in der Rhizosphäre des Dianzhong-Turms änderte sich der Schwermetallgehalt im Boden nicht. Gemäß den "Risikokontrollstandards für landwirtschaftliche Bodenverschmutzung in der Bodenumweltqualität" (GB15618-2018) überschreiten die Böden aller Behandlungsgruppen die nationalen Grenzwerte nicht; gemäß der "Technischen Spezifikation für Bodenumwelttests" (HJ/T166-2004) als Bewertungsstandard liegt der einzelne Verschmutzungsindex aller Behandlungsgruppen unter 1. Mit Ausnahme der S1-Gruppe, deren Nemerow-Index größer als 0,7 ist, gehört der Boden zum relativ sauberen Niveau und es besteht ein Verschmutzungsrisiko. Die Böden der anderen Behandlungsgruppen haben die Reinheitsklasse erreicht. Dies deutet darauf hin, dass der Schwermetallgehalt des in diesem Versuch verwendeten Anbausubstrats die Anbaunormen vollständig erfüllt und dass nach der Beimpfung mit Organophosphat abbauenden Bakterien keine signifikante Gefahr einer Schwermetallbelastung des Bodens besteht. Daher ist der Versuch, die Dianzhong Lou-Pflanzen mit Organophosphat abbauenden Bakterien zu beimpfen, sicher und wirksam.

Der Anreicherungskoeffizient für Schwermetalle ist ein wichtiger Indikator, der die Anreicherungstendenz von Schwermetallen in Organismen beschreibt und indirekt die Fähigkeit von Pflanzen widerspiegelt, Schwermetalle in ihrer Rhizosphäre anzureichern. Im Allgemeinen gilt: Je kleiner der Anreicherungskoeffizient von Schwermetallen in Pflanzen ist, desto geringer ist ihre Fähigkeit, Schwermetalle zu absorbieren, und desto stärker ist ihre Resistenz gegenüber Schwermetallen im Boden. Reis hat einen starken Anreicherungseffekt für Cd, daher ist es notwendig, während des Reisanbaus auf die Restmenge von Cd im Boden und in der Umwelt zu achten, um eine übermäßige Anreicherung von Cd zu vermeiden, die zu einem übermäßigen Cd-Gehalt im Reis führen und die menschliche Gesundheit gefährden kann. In dieser Studie führte die Beimpfung mit verschiedenen Organophosphat lösenden Bakterien zu einer unterschiedlichen Anreicherung der Wurzeln, Rhizome und Faserwurzeln von Dianzhong Lou mit fünf Schwermetallelementen: Hg, Cd, Pb, Cr und As. Unter ihnen war die Anreicherungsfähigkeit des Elements Cr stark dezimiert, während der Bioakkumulationseffekt auf das Element Cd größer war, aber alle waren signifikant niedriger als der kritische Standardgehalt für hyperakkumulierende Pflanzen (1000mg/kg). Der Anreicherungskoeffizient von Faserwurzeln war größer als der von Rhizomen, und die Anreicherungsfähigkeit der Behandlungsgruppe mit gemischter Inokulation war schwächer als die der Behandlungsgruppe mit einfacher Inokulation. Anstatt die Verwendung der faserigen Wurzeln von Dianzhong Lou als medizinische Bestandteile in Betracht zu ziehen, können die beiden effektivsten Inokulationsmethoden als Referenz für Biodünger betrachtet und im künstlichen Anbauverfahren von Dianzhong Lou angewandt werden, um das Risiko der Schwermetallverschmutzung in den medizinischen Materialien von Dianzhong Lou zu verringern. Bei zukünftigen Experimenten zu phosphatlösenden Bakterien und der Förderung und dem Anbau von Dianzhong Lou sollte die Regulierung von Cd-Elementen Priorität haben.

Die Korrelationsanalyse zeigt, dass nach der Inokulation mit Organophosphat löslich machenden Bakterien eine signifikante Korrelation zwischen Hg- und Pb-Elementen besteht, während die Korrelation zwischen anderen Elementen relativ gering ist. Dies deutet darauf hin, dass Dianzhonglou nach der Beimpfung mit Organophosphat lösenden Bakterien einen signifikanten synergistischen Effekt auf die Absorption von Hg- und Pb-Elementen in der Rhizosphäre des Bodens hat. Außerdem ist die Korrelation zwischen Rhizomen und Faserwurzeln stärker als die zwischen Rhizosphärenboden, was auf einen stärkeren gegenseitigen Einfluss des Schwermetallgehalts zwischen Rhizomen, Faserwurzeln und zwischen Rhizomen und Faserwurzeln hinweist. Daher sollten beim künftigen Feldanbau die synergistischen Effekte zwischen Rhizomen und Faserwurzeln sowie zwischen den Elementen Hg und Pb gleichzeitig berücksichtigt werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Beimpfung mit verschiedenen Organophosphat lösenden Bakterien oder zusammengesetzten Bakterien den Gehalt an Hg, Pb und Cr in den Wurzeln, Rhizomen und faserigen Wurzeln von Dianthus polyphylla wirksam reduzieren kann, wodurch das Risiko eines übermäßigen Schwermetallgehalts in den medizinischen Materialien von Dianthus polyphylla verringert wird. Es kann auch das Risiko einer Schwermetallverschmutzung in der Rhizosphäre von Dianthus polyphylla wirksam kontrollieren. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen auch, dass die gemischte Inokulation der drei Bakterien und die gemischte Inokulation der Stämme B. Wiedmannii und B. Proteolyticus die besten Auswirkungen auf Dianzhong Lou haben. Daher können diese beiden Methoden der Beimpfung von Organophosphat lösenden Bakterien gefördert und bei der künstlichen Bepflanzung von Dianzhong Lou angewandt werden, um eine Referenz für die Sanierung der Schwermetallverschmutzung bei der künstlichen Bepflanzung von Dianzhong Lou zu schaffen.