酸性化バイオ炭は鉛耐性を改善し、塩分土壌におけるミントの形態学的および生化学的特性を強化します

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8720 (2023) この記事を引用

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鉛 (Pb) の毒性は、特に産業活動や採掘が行われてきた地域では重大な環境問題です。土壌中の鉛の存在は植物の成長と発育に悪影響を与える可能性があり、また食物連鎖を通じて人間の健康にリスクをもたらす可能性があります。酸性化炭素は、鉛の毒性を軽減する効果的な管理技術として期待されています。この研究は、鉛汚染土壌を管理するための低コストで環境に優しい方法としての酸性化バイオ炭の可能性について重要な洞察を提供します。現在の研究では、ミントの鉛ストレスを軽減する酸性化バイオ炭 (AB) の有効性を調査しています。この研究には、治療として 2 レベルの Pb (0 = 対照および 200 mg/kg Pb) と 4 レベルの AB (0、0.45、0.90、および 1.20%) が含まれていました。結果は、1.20% AB が最も効果的な処理であり、根と苗条の Pb 濃度を大幅に減少させると同時に、苗条と根の生乾物重量、苗条と根の長さ、および苗条と根の N、P、および K 濃度を増加させることを示しています。さらに、MDA の大幅な減少 (0.45AB、0.90AB、および 1.20AB) により、MDA 含有量がそれぞれ 14.3%、27.8%、および 40.2% 減少し、アスコルビン酸が増加しました (0.45AB、0.90AB、および 1.20AB)。 1.20ABは、アスコルビン酸含量をそれぞれ1.9%、24.8%、および28.4%増加させた)、対照と比較して1.20%ABの有効性が検証された。 0.45AB、0.90AB、および1.20ABを添加すると、ABを含まない処理と比較して、可溶性糖含量がそれぞれ15.6%、27.5%、および32.1%増加しました。塩性土壌条件における Pb 毒性に対する最良の治療法として 1.20% AB の有効性を確認するために、現場レベルでのさらなる調査が提案されています。

ペパーミント (Mentha × Piperita) と、ミント (Mentha spicata) やセージ (Salvia officinalis) などのシソ科 (シソ科) の他のメンバーは、芳香のある草本植物です。メンサは、植物に変身したと言われている神話のニンフであるギリシャ語のミンタに由来し、ピペリタはラテン語のパイパーに由来し、芳香とピリッとした味を意味します。ミントはユーラシア、北アメリカ、アフリカ南部、アジア、オーストラリアの温帯地域に広く分布しており、多くの地域で帰化が観察されています1。この植物は、漢方薬、食品、飲料、茶、化粧品、その他の製品に広く使用されています1,2。ハッカ種は世界で 2 番目に豊富なエッセンシャルオイルの供給源であり、年間約 2,000 トンを生産しています。これらの種の葉と新芽の両方に、揮発性油を含む樹脂状の斑点が存在します。ハッカ種は世界で 2 番目に豊富なエッセンシャルオイルの供給源であり、年間約 2,000 トンが生産されています。これらの種の葉と新芽の両方に、揮発性油を含む樹脂状の斑点が存在します。しかし、環境の非生物的ストレスは、その成長パラメーター、エッセンシャルオイルの生産、組成に影響を与えることが示されています4。

産業革命の開始以来、多数の有毒汚染物質の大気中への放出が大幅に加速しています5。環境中の化合物と重金属（HM）の不均一混合物は、人間の健康と環境に潜在的な危険をもたらします6、7。地殻中の鉛 (Pb) の濃度は約 0.002% と推定されています。亜鉛 (Zn) や銅 (Cu) などの微量の特定の重金属は、多くの酵素や生化学プロセスの必須成分ですが、鉛 (Pb) やカドミウム (Cd) は植物の代謝には必要ありません。それにもかかわらず、高濃度の重金属は植物の健康に害を及ぼす可能性があります8。鉛は、生命への悪影響により、ヒ素に次いで 2 番目に有毒な金属であることが確認されています。さらに、採掘活動は土壌鉛汚染の重大な原因となっています5,9。

その一方で、高い塩分濃度は土壌生物に悪影響を及ぼし、その死滅につながる可能性があり、「白い死神」や「沈黙の殺人者」というあだ名が付けられています10。世界の農業地域の約 5 分の 1、および灌漑対象地域の半分以上が塩分の影響を受けています 11。通常、塩類化または重金属の蓄積により作物の収量が大幅に減少し、作物の生産が経済的に持続不可能になります 12,13。鉛の毒性が塩分を伴う場合、成長、水の利用可能性と根細胞の取り込み、光合成効率、炭素の割り当て、利用の変化を含む形態学的および生理学的反応に重大な影響を与える可能性があります14、15、16、17。植物は、シグナル伝達、遺伝子発現、活性酸素種の蓄積、代謝および生理学的経路、脂質膜の酸化、しおれ、死亡などのさまざまなプロセスで異常な挙動を示すことがあります10。さまざまな種が金属および塩ストレスに対処する能力は、その遺伝子型と品種によって決まります10,16。塩分および重金属 (Pb) の濃度が中程度以下または中程度の濃度では、ストレスによる植物の葉への損傷の目に見える証拠は存在しません 18。

ほとんどの研究者は、アルカリ性土壌における鉛の毒性を軽減するための土壌改良材として酸性化バイオ炭を組み込むことを主張しました 19,20。ユニークな多機能炭素化合物であるバイオ炭は、その顕著な特性により、土壌の品質を向上させるための土壌改良材として広く利用されています 21,22。酸性化したバイオ炭を土壌に組み込むと、肥料の散布と揮発による損失が効果的に減少します22。酸性化バイオ炭の適用は、粘稠度、組成、細孔径分布、密度、栄養状態、炭素隔離などの土壌の物理的、化学的、生物学的特性を変化させることが実証されています 23,24,25。バイオ炭を土壌に適用すると、土壌の pH と植物が利用できる鉄の濃度が大幅に低下し、植物が利用できるリン、カリウム、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、銅、マンガンの利用可能量が増加しました。本研究は、ミントのさまざまな成長パラメーターに対する酸性化バイオ炭の影響に関する知識のギャップに対処しました。この実験は、IUB RYK キャンパスの塩水と鉛で汚染された土壌条件下でミントの形態学的、生理学的、生化学的特性を強化するために、酸性化バイオ炭の最適な施用量を評価し決定することを目的としていました。酸性バイオ炭を使用すると、IUB RYK キャンパスの鉛に汚染された塩分土壌条件下でミントの形態学的、生理学的、生化学的特性が増加する可能性があるという仮説が立てられています。

2022 年 2 月に作物が実った後に収集された、くしゃくしゃになった綿棒の熱分解は、空気供給を制限した特別に設計されたステンレス鋼炉で行われました。このプロセスは 723 K で 2 時間完了しました。次に、得られた炭を H2SO4 に 12 時間浸漬して酸性化し、その後 65 °C で 48 時間オーブン乾燥しました。冷却後、チャーを 2 mm に刻み、将来の使用に備えて保管しました。 McLaughlin et al.26 によって概説されているように、バイオ炭のさまざまな成分を決定するために重量分析が利用されました。バイオ炭と蒸留水の 1:10 混合物のアリコートを使用して、バイオ炭の pH27 と EC28 を確認しました。

さらに、元素分析を使用してバイオ炭の総炭素濃度を測定しました。 Biochar モデルは消化され、その後 Schouwvenberg29 法によるケルダール蒸留を使用して蒸留され、バイオ炭中の N 濃度が決定されます。バイオ炭中のリン (P) およびカリウム (K+) 濃度は、HNO3-HClO430 を使用して測定されました。続いて、分光光度計を使用してバナジン酸アンモニウム-モリブデン酸アンモニウムの黄色手法を用いてリン (P) の吸光度を分析し、カリウム (K+) 濃度は炎光光度計 31 で測定しました。バイオ炭の物理化学的特性を表 1 に示します。

バイオ炭に存在する官能基は、フーリエ変換赤外分光法 (FTIR) を使用して観察されました 32。分析用のサンプルを準備するには、1.5 ～ 2.0 g の各サンプルを 200 mg の臭化カリウム (KBr) と混合し、細かく粉砕しました。得られた混合物を、標準的な装置を使用して 75 kN cm-2 の圧力で 2 ～ 3 分間真空圧縮し、スペクトル分析用のペレットを作成しました。スペクトルは、400 ～ 4000 cm-1 の走査範囲、4 cm-1 の解像度を使用して取得されました。

土壌サンプルは、IUB RYK キャンパスの保育エリアに隣接する学部建物付近から 0 ～ 15 cm の深さで収集されました 33。次に、サンプルを 5 mm のふるいにかけ、ポット用の土の準備中に金属塩で人為的に汚染しました。

Mentha Piperita L. (ミント) の根茎は、この実験研究で使用するために、サディカバード (北緯 28 度 0.2814、東経 69 度 0.5910) の苗床から購入しました。

IUBRYK キャンパスの植物園で対照実験が実施され、酸性化バイオ炭 (0、0.45、0.90、および 1.20% w/w) と鉛 (Pb (NO2)3 を使用した土壌 kg あたり 200 mg Pb ( CAS 番号:10099-74-8; バッチ番号: BCCJ5381; 3050 Spruce Street, Saint Louis, MO 63103, USA) Mentha Piperita L. (ミント) の成長について. 5 キログラムの人工金属汚染土壌 (硝酸鉛で調製) , 処理計画に従って、4 つの複製粘土ポットで適切なバイオ炭処理と組み合わせました. 頻繁な灌漑により土壌保水力 (WHC) は 60% に維持されました. 健康なハッカピペリタ L. 根茎は 2 ～ 3 インチの長さに分割され、土鍋で繁殖しました。

2022 年 6 月 21 日、一般的な方法により、5 本のハッカの根茎が 2 インチの深さまで地面に植えられました。新芽が出てから 10 日後、コンテナあたりの根茎数は 7 から 5 に減少しました。地域の気温の影響を軽減するために、コンテナは屋外の日陰の場所に設置されました。各ポットのWHC（保水力）を維持するために、定期的にすすぎ、湿度を60％に維持しました。

成熟に達したら（播種後 57 日）、ミント植物を 2022 年 8 月 16 日に収穫しました。その後、ミントの根と新芽の新鮮なバイオマスを電気天秤を使用して秤量しました。その後、植物サンプルを 65 °C で 24 時間乾燥させ、ミントの芽と根の乾燥バイオマスを取得しました。

0.2 g の葉サンプルのアリコートを乳棒と乳鉢を使用して均質化し、4 mL の 80% アセトンで一晩抽出しました。次いで、均質化した溶液を濾過し、濾液に８０％アセトンを加えて体積を２０ｍＬにした。クロロフィル抽出物の吸収は、Perkin-Elmer Optima 2100 DV 分光光度計を使用して、波長 663、645、および 480 nm で測定しました。クロロフィル含有量 (a、b、および合計) は、対応する方程式を使用して計算されました 34。

\({\text{カロテノイド }}\left( {{\text{mg g}}^{ - 1} {\text{ F}}.{\text{W}}} \right){ } = {\ text{ OD }}\left( {480} \right){ } + { }\left( {0.114{ } \times {\text{ OD }}663} \right){ } - { }\left( {0.638 { } \times {\text{ OD }}645} \right){\text{ V }}/{ }\left( {1000{ } \times {\text{ W}}} \right)\);\ ( V = 濾過\;体積\left( {{\text{ml}}} \right)\) \(W = 葉\;重量\left( {\text{g}} \right)\); \(OD = 光学\;濃度\)。

生葉 5 g 中のアスコルビン酸含有量は、抽出混合物 (蒸留水 100 mL 中のシュウ酸 5 g、EDTA ナトリウム塩 0.75 g) 中でホモジナイズし、その後 682.2 rads で 15 分間遠心分離することによって定量されました。 −1。次に、1 mL のホモジネートを 5 mL の DCPIP (ジクロロフェノールインドフェノール) と混合すると、ホモジネートの色がピンク色になり、溶液の吸光度を 520 nm で測定しました。ホモジネートを無色にするために、1% (C6H8O6) アスコルビン酸溶液を添加し、無色溶液の吸光度を同じ波長で記録しました。次に、アスコルビン酸のさまざまな希釈溶液 (0.01 ～ 0.07 g L-1) を利用して標準曲線をプロットし、Keller と Schwager の方法に従ってアスコルビン酸含有量を計算しました35。

新鮮な葉 0.2 g とリン酸緩衝液 4 mL のホモジネートを乳棒と乳鉢で調製し、6000 rpm で 10 分間遠心分離しました。 Bradford の式 (1976) を使用して上清中の総可溶性タンパク質含有量を計算し、UV-1900 BMS 分光光度計を使用して 595 nm で吸光度を測定しました。

Cakmak と Horst によって概説されたプロトコルに従って、葉組織中のマロンジアルデヒド (MDA) の量を定量化し、塩分誘発性活性酸素種 (ROS) 損傷に起因する膜の脂質過酸化の程度を評価しました。これには、1 g の葉組織を 3 ml の 0.1% トリクロロ酢酸 (TCA) 溶液中で均質化することが含まれていました。ホモジネートを相対遠心力 20,000 × g で 15 分間遠心分離しました。続いて、得られた上清０．５ｍＬを、２０％ＴＣＡを含有する０．５％チオバルビツール酸溶液３ｍＬと混合した。混合物を95℃の振盪水浴中で50分間インキュベートした。チューブを直ちに氷浴で冷却した後、相対遠心力 10,000 × g で 10 分間遠心分離しました。次に、サンプルの吸光度を 532 および 600 nm で測定しました。続いて、以下の式を使用してマロンジアルデヒド（MDA）含量を計算した。

MDA を測定するための吸収係数は 156 mmol-1 cm-1 です。

８０％アセトンを使用して、０．１ｇの質量の葉抽出物を得た。サンプルを 600 °C で 6 時間加熱しました。続いて、ガラス管内で6 mlのアントロン試薬を1 mlの葉抽出物と混合した。次いで、チューブを沸騰水中で１０分間煮沸した。その後、試験管を室温で 20 分間保ち、その後氷浴で 10 分間瞬時に冷却しました。分光光度計を使用して、溶液の吸光度を625 nmで記録した。上記のアプローチにより標準曲線が作成され、アーチを使用して可溶性糖含量が計算されました。

ミント植物の窒素含有量は、ブレムナーの方法論に従ってケルダール蒸留装置を使用して定量的に測定されました。

所望の目標を達成するために、0.42 gのSe、14 gのLiSO4・2H2O、および0.42 gのセレンを用いて蒸解混合物を調製し、これに350 mLのH2O2を添加した。正確な量の４２０ｍＬの濃硫酸を混合物に添加し、氷浴中で撹拌して発熱反応を緩和した。次いで、混合物をその後の分析のために冷蔵庫に保管した。

約 0.2 g の乾燥サンプル材料と 1 mL の消化混合物を、根と芽の消化フラスコに加えました。続いて、蒸解フラスコをホットプレート上に置き、200 °C の温度に加熱しました。植物材料が黒くなったら、0.5 mLのHClO4を消化フラスコに加えました。植物材料が無色になったら、消化フラスコをホットプレートから取り外し、さらなる分析のために必要な量を確立しました。

約５ｍＬの消化サンプルと５ｍＬの５ＮＮａＯＨ溶液をケルダールフラスコに加えてサンプルを蒸留した。ブロモチモールブルー溶液と４％ホウ酸溶液を回収管に挿入した。 35 ～ 40 mL の留出液を収集した後、反応液を 0.01N H2SO4 溶液で滴定しました。続いて、植物サンプル中の窒素含有量 mg kg-1 を、対応する式を使用して決定しました。

a = サンプルの酸のmL。 N = 酸の規定度。 c = ブランクの酸 mL。

分光光度計は、濃度 2、4、6、8、10、および 12 ppm の KH2PO4 標準を使用して校正されました。次に、バートン試薬を 1 mL の通常の KH2PO4 溶液と事前に消化した植物の芽と根に加え、脱イオン水を使用して総量を 10 mL に減らしました。次に、470 nm の波長で装置を校正した後、サンプルからの読み取り値が取得され、読み取り値を補正するための基準曲線が生成されました。 mg kg−1 P を計算するには、次の式を使用しました。

炎光度計は、Jones et al.39 によって概説された手順に従い、濃度 0、2、4、6、8、および 10 ppm の KCl 標準溶液を使用して最初に校正されました。続いて、消化された植物材料を仕様に従って希釈し、炎光度計を使用してカリウムレベルを測定した。最後に、確立された公式を使用してパーセンテージ K を計算しました。

植物サンプルは最初に風乾され、次に消化のために 0.5 g に分割されました。続いて、モデルを 65 °C で 24 時間オーブン乾燥し、二酸溶液 (HNO3:HClO4) を 10 ml/分で加えました。植物組織の軟化を促進するために、サンプルを一晩放置しました。この後、サンプルを 50 °C に加熱したプレート上に置き、24 時間後に徐々に 280 °C まで昇温しました。植物サンプルが柔らかくなり始め、白い臭気が出てきたら取り出して冷却しました。冷却後、さらなる AAS 分析に必要な量が得られました 40。ミントによる金属の取り込みを決定するために、シュートまたは根の栄養素濃度 (g/g DW) にそれぞれの器官のバイオマスを乗算しました 41。

収集されたデータに対して標準的な統計分析が行われました42。この研究では、OriginPro 統計ソフトウェアプログラム 43 を使用して、二元配置分散分析とフィッシャー LSD テストを使用して分散を分析しました。 p ≤ 0.05 を使用して、治療間の統計的に有意な差を特定します。

私たちは皆、原稿報告研究には人間の参加者、人間のデータ、または人間の組織が一切関与していないことを宣言します。したがって、適用されません。

植物材料の収集を含む植物に関する実験研究および野外研究は、関連する制度的、国内的、国際的なガイドラインおよび法律に準拠しています。

実験結果は、酸性化バイオ炭の添加が植物の鉛含有量と新芽重量の両方に重大な影響を及ぼしたことを示しています。 AB を含まない Pb の対照処理と 0.45AB、0.90AB、および 1.20AB の添加を比較すると、鉛含有量がそれぞれ 226.06%、312.24%、および 467.76% 増加しました。同様に、新芽重量もそれぞれ 226.06%、312.24%、および 467.76% 増加しました。酸性化バイオ炭をシステムに添加すると、苗条の新鮮重量に対する鉛の悪影響が軽減されました。 AB を含まないシステムに 200 Pb を添加すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較して、シュートの新鮮重量が 89.77% 大幅に減少しました。しかし、0.45AB、0.90AB、および1.20ABを追加すると、苗条の新鮮重量がそれぞれ77.98％、118.58％、および333.29％増加しました（図1A）。

さまざまなレベルの酸性化バイオ炭 (0%、0.45%、0.90%、1.20%) が、塩水土壌と鉛で汚染された塩水土壌の両方でのミント植物の成長に及ぼす影響。評価された植物の成長パラメータは、新芽の生重量 (A)、根 (B)、新芽の乾燥重量 (C) および根 (D) でした。さまざまな酸性化バイオ炭の適用レベル間の差異の重要性を判断するために、フィッシャーの LSD が使用されました。分析が使用され、グラフ上の棒は統計的に有意な差 (p ≤ 0.05) に対応する文字を示します。

AB を含まない Pb の対照処理と 0.45AB、0.90AB、および 1.20AB の添加とを比較すると、鉛含有量がそれぞれ 94.57%、190.09%、および 453.55% と大幅に増加したことが明らかになりました。根の生重量の対応する増加も観察され、その割合はそれぞれ 40.22%、44.65%、および 83.47%でした。酸性化バイオ炭をシステムに添加すると、根の新鮮重量に対する鉛の悪影響が軽減されるようです。 AB を含まないシステムに 200 Pb を添加すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較して、根の生重量の 29.59% の大幅な減少が観察されました。しかし、0.45AB、0.90AB、および1.20ABを添加すると、根の生重量がそれぞれ123.31％、191.39％、148.96％増加しました（図1B）。

酸性化バイオ炭 (AB) を添加すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較してシュート乾燥重量が大幅に増加しました。特に、0.45AB、0.90AB、および1.20ABを添加すると、ABを含まない対照Pb処理と比較して、シュート乾燥重量がそれぞれ108.49%、264.20%、および472.09%増加しました。同様に、AB を添加すると、シュート乾燥重量に対する鉛の悪影響も軽減されました。 AB を含まないシステムに 200 Pb を添加すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較してシュート乾燥重量が 20.28% 大幅に減少しました。しかし、0.45AB、0.90AB、および1.20ABを追加すると、シュート乾燥重量がそれぞれ125.85％、194.91％、および320.43％増加しました（図1C）。

この結果は、酸性化バイオ炭 (AB) の添加により、根の乾燥重量に対する鉛 (Pb) 汚染の悪影響を効果的に軽減できることを示唆しています。 0.45AB、0.90AB、および1.20ABをPb汚染土壌に添加すると、ABを含まないPbの対照処理と比較して、根の乾燥重量がそれぞれ52.38%、121.43%、152.38%増加しました。同様に、AB を含まないシステムに 200 Pb を添加すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較して、根の乾燥重量が 44.67% 減少しました。しかし、0.45AB、0.90AB、および1.20ABの添加により、根の乾燥重量がそれぞれ59.74％、72.38％、および57.14％増加し、根の乾燥重量に対するABのプラスの効果が示されました（図1D）。

酸性化したバイオ炭を鉛汚染土壌に添加すると、植物のクロロフィル a 含有量にプラスの影響を与えました。対照と比較して、0.45AB、0.90AB、および1.20ABを添加すると、クロロフィルa含量がそれぞれ81.6%、156.2%、189.1%と大幅に増加しました。さらに、AB を含まないシステムに 200 Pb を添加すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較して、クロロフィル A 含有量が 20.9% 大幅に減少しました。しかし、0.45AB、0.90AB、および1.20ABの添加により、クロロフィルa含有量がそれぞれ88.2%、178.4%、157.4%増加しました。これらの発見は、酸性化バイオ炭の添加が植物のクロロフィル a 含有量に対する鉛の悪影響を効果的に軽減できることを示唆しています (図 2A)。

さまざまなレベルの酸性化バイオ炭 (0%、0.45%、0.90%、1.20%) が、塩水土壌と鉛で汚染された塩水土壌の両方でのミント植物の成長に及ぼす影響。評価された植物成長パラメーターは、クロロフィル a (A)、クロロフィル b (B)、総クロロフィル (C)、およびカロテノイド (D) でした。さまざまな酸性化バイオ炭の適用レベル間の差異の有意性を決定するために、フィッシャーの LSD 分析が使用されました。グラフ上の棒は、統計的に有意な差異に対応する文字を示しています (p ≤ 0.05)。

クロロフィル b については、鉛 (Pb) で汚染された土壌に酸性化バイオ炭 (AB) を添加しても効果は限定的であることが結果からわかりました。 AB を含まない Pb の対照処理と比較して、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB の添加によるクロロフィル b 含有量の増加はわずかしかありませんでした。増加率はそれぞれ 7.2%、22.5%、40.1% でした。同様に、AB を含まないシステムに 200 Pb を添加すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較して、クロロフィル b 含有量が 9.9% 減少しました。しかし、0.45AB、0.90AB、および1.20ABの添加により、クロロフィルb含有量がそれぞれ9.7%、22.8%、19.9%とわずかに増加しました。全体として、結果は、酸性化バイオ炭の添加が鉛ストレス下にある植物のクロロフィル b 含有量に限定的な影響を及ぼしたことを示唆しています (図 2B)。

AB を含まない Pb の対照処理と比較して、酸性化バイオ炭 (AB) を鉛 (Pb) 汚染土壌に添加すると、総クロロフィル含有量が増加しました。具体的には、0.45AB、0.90AB、および1.20ABの添加により、総クロロフィル含有量がそれぞれ60.7%、118.8%、147.4%増加しました。対照的に、AB を含まないシステムに 200 Pb を添加すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較して、総クロロフィル含有量が 18.7% 減少しました。しかし、0.45AB、0.90AB、および1.20ABの添加により、総クロロフィル含有量がそれぞれ65.6%、88.9%、104.7%増加しました(図2C)。

酸性化バイオ炭（AB）を鉛汚染土壌および非汚染土壌に導入すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較してカロテノイド含有量が増加しました。具体的には、0.45AB、0.90AB、および1.20ABを追加すると、カロテノイド含有量がそれぞれ29%、64%、76%増加しました。一方、AB を含まないシステムに 200 Pb を導入すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較して、カロテノイド含有量が 19.1% 減少しました。しかし、0.45AB、0.90AB、および1.20ABを追加すると、カロテノイド含有量がそれぞれ20.6%、16.1%、および34.3%増加しました(図2D)。

対照の Pb 処理では、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB の添加により、AB なしの処理と比較して、可溶性糖含量がそれぞれ 13.6%、28.5%、および 51.9%増加しました。最も高い可溶性糖含有量は、1.20AB による処理で観察され、他のすべての処理よりも有意に高い含有量でした。 200 Pb 処理では、AB を添加しない Pb の対照処理と比較して、AB を添加しない場合、可溶性糖含量が 23.3% 減少しました。しかしながら、０．４５ＡＢ、０．９０ＡＢ、および１．２０ＡＢの添加は、ＡＢなしの処理と比較して、それぞれ１５．６％、２７．５％、および３２．１％の可溶性糖含量の増加をもたらした。最も高い可溶性糖含有量は、1.20ABでの処理で観察され、0.90ABを除く他のすべての処理よりも有意に高い含有量を有していた(図3A)。

さまざまなレベルの酸性化バイオ炭 (0%、0.45%、0.90%、1.20%) が、塩水土壌と鉛で汚染された塩水土壌の両方でのミント植物の成長に及ぼす影響。評価された植物の成長パラメーターは、可溶性糖 (A) とタンパク質 (B) でした。さまざまな酸性化バイオ炭の適用レベル間の差異の有意性を決定するために、フィッシャーの LSD 分析が使用されました。グラフ上の棒は、統計的に有意な差異に対応する文字を示しています (p ≤ 0.05)。

タンパク質含有量データは、酸性化バイオ炭 (AB) を鉛汚染土壌に添加すると、植物のタンパク質合成にプラスの影響を与えることを示しています。 AB を含まない Pb の対照処理と比較して、0.45 AB、0.90 AB、および 1.20 AB を添加すると、タンパク質含有量がそれぞれ 50.1%、57.6%、および 57.0% 増加しました。同様に、AB を含まないシステムに 200 Pb を添加すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較して、タンパク質含有量が 19.2% 減少しました。しかし、0.45AB、0.90AB、および1.20ABの添加により、タンパク質含有量がそれぞれ4.1%、27.6%、および40.2%増加しました。これらの結果は、酸性化バイオ炭の添加により、植物のタンパク質合成に対する鉛の悪影響を軽減できることを示唆しています。最高のタンパク質含有量は、0.90ABおよび1.20ABでの処理で観察され、これらのレベルのバイオ炭添加が植物におけるタンパク質合成の増強に最適である可能性があることを示しています（図3B）。

マロンジアルデヒド (MDA) の含有量に関する調査結果は、酸性化バイオ炭 (AB) の使用が鉛で汚染された土壌の MDA レベルの低減に大きな影響を与えることを示しています。 AB を含まない Pb の対照処理と比較して、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB を添加すると、MDA 含有量がそれぞれ 17.6%、45.1%、および 68.4% 大幅に減少しました。同様に、AB を含まない系に 200 Pb を添加すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較して、MDA 含有量が 106.3% 大幅に増加しました。それにもかかわらず、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB の適用により、MDA 含有量がそれぞれ 14.3%、27.8%、および 40.2% 減少しました。これは、酸性化バイオ炭が酸化に対する鉛の悪影響を軽減する可能性があることを示しています。植物のストレス (図 4A)。

さまざまなレベルの酸性化バイオ炭 (0%、0.45%、0.90%、1.20%) が、塩水土壌と鉛で汚染された塩水土壌の両方でのミント植物の成長に及ぼす影響。評価された植物成長パラメーターは、アスコルビン酸 (A) と MDA (B) でした。さまざまな酸性化バイオ炭の適用レベル間の差異の有意性を決定するために、フィッシャーの LSD 分析が使用されました。グラフ上の棒は、統計的に有意な差異に対応する文字を示しています (p ≤ 0.05)。

アスコルビン酸含有量については、酸性化バイオ炭 (AB) の添加がアスコルビン酸のレベルに大きく影響しました。 AB を含まない Pb の対照処理と比較して、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB を添加すると、アスコルビン酸含有量がそれぞれ 13.0%、21.2%、および 26.7%増加しました。同様に、AB を含まないシステムに 200 Pb を添加すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較して、アスコルビン酸含有量が 20.6% 減少しました。しかし、0.45AB、0.90AB、および1.20ABの添加により、アスコルビン酸含有量がそれぞれ1.9%、24.8%、および28.4%増加しました。これらの発見は、酸性化バイオ炭の添加が、鉛ストレス下にある植物におけるアスコルビン酸の生産を高めるのに役立つ可能性があることを示唆しています（図4B）。

AB を含まない Pb の対照処理と比較して、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB を含めると、シュート N 濃度がそれぞれ 8.8%、12.4%、および 25.4% とわずかに上昇しました。さらに、AB なしで 200 Pb をシステムに導入すると、AB なしの Pb の対照処理と比較してシュート N 濃度が 44.9% 大幅に減少しました。しかし、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB の添加により、シュート N 濃度がそれぞれ 5.8%、39.8%、および 53.4% に上昇しました。これは、酸性化バイオ炭が悪影響と戦うための解決策として機能できることを意味します。植物の成長と窒素摂取に対する鉛の影響 (図 5A)。

さまざまなレベルの酸性化バイオ炭 (0%、0.45%、0.90%、1.20%) が、塩水土壌と鉛で汚染された塩水土壌の両方でのミント植物の成長に及ぼす影響。評価された植物成長パラメータは、シュート N (A)、シュート P (B)、およびシュート K (C) でした。さまざまな酸性化バイオ炭の適用レベル間の差異の有意性を決定するために、フィッシャーの LSD 分析が使用されました。グラフ上の棒は、統計的に有意な差異に対応する文字を示しています (p ≤ 0.05)。

苗条のリン (P) 濃度の結果は、酸性化バイオ炭 (AB) の添加が鉛ストレス下での植物の成長にプラスの影響を与える可能性があることを示唆しています。 AB を含まない Pb の対照処理と比較して、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB を添加すると、シュート P 濃度がそれぞれ 10.1%、19.0%、および 31.7% とわずかに増加しました。同様に、AB を含まないシステムに 200 Pb を添加すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較してシュート P 濃度が 40.2% 大幅に減少しました。しかし、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB の添加により、シュート P 濃度がそれぞれ 35.4%、42.8%、および 46.0% 増加しました。これは、酸性化バイオ炭が植物の成長に対する鉛の悪影響を軽減するのに役立つことを示しています。および P の取り込み (図 5B)。

シュートカリウム（K）濃度に関する発見は、酸性化バイオ炭（AB）の使用が鉛ストレス下での植物の成長を促進するのに有益である可能性があることを示唆しています。 AB を含まない Pb の対照処理と比較して、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB の添加により、シュート K 濃度がそれぞれ 15.5%、22.2%、および 46.7% とわずかに上昇しました。同様に、AB を含まないシステムに 200 Pb を添加すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較してシュート K 濃度が 31.1% 大幅に減少しました。それにもかかわらず、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB をシステムに組み込むと、シュート K 濃度がそれぞれ 19.9%、32.2%、および 39.6% 増加しました。これは、酸性化バイオ炭の使用が潜在的に悪影響を軽減できることを示しています。植物の成長とKの取り込みをリードします（図5C）。

根の窒素 (N) 濃度については、酸性バイオ炭 (AB) の添加によりプラスの影響が生じました。 AB を含まない Pb の対照処理と比較して、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB の添加により、根の N 濃度がそれぞれ 2.6%、15.4%、および 35.4% とわずかに増加しました。同様に、AB なしで 200 Pb を添加すると、AB なしの Pb の対照処理と比較して、根の N 濃度が 50.4% 大幅に減少しました。それにもかかわらず、0.45AB、0.90AB、および1.20ABの添加により、根のN濃度がそれぞれ20.6%、29.3%、および36.3%増加しました。これらの発見は、酸性化されたバイオ炭が植物の成長と根の窒素の取り込みに対する鉛の有害な影響を軽減できることを示唆しています（図6A）。

さまざまなレベルの酸性化バイオ炭 (0%、0.45%、0.90%、1.20%) が、塩水土壌と鉛で汚染された塩水土壌の両方でのミント植物の成長に及ぼす影響。評価された植物成長パラメータは、根 N (A)、シュート P (B)、およびシュート K (C) でした。さまざまな酸性化バイオ炭の適用レベル間の差異の有意性を決定するために、フィッシャーの LSD 分析が使用されました。グラフ上のバーは、統計的に有意な差異に対応する文字を示しています (p ≤ 0.05)。

AB を含まない Pb の対照処理と比較して、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB の添加により、シュート N 濃度がそれぞれ 8.8%、12.4%、および 25.4% と大幅に増加しました。さらに、AB の追加により、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB 処理でシュート K 濃度がそれぞれ 15.5%、22.2%、および 46.7% 増加しました。同様の傾向がシュート P 濃度でも観察され、0.45AB、0.90AB、1.20AB 処理ではそれぞれ 17.4%、27.3%、43.5% 増加しました。さらに、AB の追加により根の N 濃度は 2.6% 増加しました。ＡＢを含まないＰｂの対照処理と比較して、０．４５ＡＢ、０．９０ＡＢ、および１．２０ＡＢ処理では、それぞれ、１５．４％、および３５．４％であった。同様に、AB の添加により、0.45AB、0.90AB、1.20AB 処理で根の K 濃度がそれぞれ 5.8%、15.4%、35.4% と大幅に増加しました。根の P 濃度については、AB の追加により、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB 処理でそれぞれ 17.4%、27.3%、および 43.5% の大幅な増加が生じました (図 6B)。

根のカリウム (K) 濃度の結果は、酸性化バイオ炭 (AB) の添加が鉛ストレス下での植物の成長に大きな影響を及ぼさないことを示唆しています。 AB を含まない Pb の対照処理と比較して、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB を添加しても根の K 濃度は大幅に増加せず、それぞれ 14.3%、14.3%、および 19% のわずかな増加のみでした。 AB が存在しない場合、系に 200 Pb を添加すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較して、根の K 濃度が 17.1% 大幅に減少しました。しかし、AB の添加は根の K 取り込みを大幅には改善せず、0.45AB、0.90AB、1.20AB ではそれぞれ 0%、18.8%、1.1% のわずかな増加のみでした。これらの発見は、酸性化バイオ炭が植物の成長および根のK取り込みに対する鉛誘発ストレスの緩和に大きな影響を及ぼさない可能性があることを示しています（図6C）。

AB を含まない Pb の対照処理と比較した場合、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB の添加により、シュート Pb 濃度がそれぞれ 14.1%、27.9%、および 26.6% とわずかに減少しました。これは、酸性化したバイオ炭が影響を与える可能性があることを示唆しています。苗条における Pb の取り込みに対する鉛の悪影響を軽減する能力は限られています。しかし、AB を含まないシステムに 200 Pb を添加すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較してシュート Pb 濃度が 136.1% と大幅に増加しました。 0.45AB、0.90AB、および 1.20AB の添加により、苗条の Pb 濃度がそれぞれ 8.4%、18.1%、および 26.9% 減少しました。これは、酸性化バイオ炭が苗条の Pb 取り込みに対する鉛のプラスの影響を軽減するのに役立つ可能性があることを示しています。 (図7A)。

さまざまなレベルの酸性化バイオ炭 (0%、0.45%、0.90%、1.20%) が、塩水土壌と鉛で汚染された塩水土壌の両方でのミント植物の成長に及ぼす影響。評価された植物の成長パラメーターは、シュート Pb (A) と根 Pb (B) でした。さまざまな酸性化バイオ炭の適用レベル間の差異の有意性を決定するために、フィッシャーの LSD 分析が使用されました。グラフ上の棒は、統計的に有意な差異に対応する文字を示しています (p ≤ 0.05)。

根の鉛 (Pb) 濃度の結果は、酸性化バイオ炭 (AB) を添加すると、鉛ストレス下の植物における Pb の取り込みが潜在的に減少する可能性があることを示唆しています。 AB を含まない Pb の対照処理と比較して、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB を添加すると、根の Pb 濃度がそれぞれ 10.8%、30.5%、および 41.2% とわずかに減少しました。同様に、AB を含まないシステムに 200 Pb を添加すると、AB を含まない Pb の対照処理と比較して、根の Pb 濃度が 41.2% 大幅に増加しました。しかし、0.45AB、0.90AB、および 1.20AB の添加により、根の Pb 濃度がそれぞれ 12.3%、31.4%、および 41.6% 減少しました。これは、酸性化バイオ炭が Pb 摂取に対する鉛の悪影響を潜在的に緩和できることを示しています。根にあります（図7B）。

ピアソン相関により、Pb レベルは根の乾燥重量、アスコルビン酸、可溶性糖、タンパク質、クロロフィル b、カロテノイド、シュートと根の N、P、K と有意な負の相関関係を示すことが示されました。ただし、Pb レベルは MDA、シュートとの相関において有意な正の相関を示しました。ミント植物の Pb および根の Pb 濃度 (図 8)。主成分分析により、根の Pb、苗条の Pb、および MDA が適用された Pb レベルとより密接に関連していることが示されました。根と芽の新鮮な重量、クロロフィル含有量、根と芽のN、P、KはABレベルとより密接に関連していました。成長特性、クロロフィル含有量および栄養素の改善の大部分は、0.90 および 1.20AB の影響下にありました (図 9)。

鉛汚染土壌中のミントの研究された特性に対する、さまざまなレベルの酸性化バイオ炭 (0%、0.45%、0.90%、1.20%) のピアソン相関。

鉛汚染土壌中のミントの研究された特性に関する、さまざまなレベルの酸性化バイオ炭 (0%、0.45%、0.90%、1.20%) の主成分分析。

官能基の伸縮や屈曲を含む結合振動と指紋領域は、FTIR 分光データを使用したピークごとの相関関係によって特定されました。表 2 に結果をまとめます。バイオ炭のスペクトルでは 2330 ～ 2360 cm-1 のダブレットが観察されました。これは、おそらく微細孔内での CO2 の吸着による、大気レベルと比較して CO2 の量が多いことに起因すると考えられます。バイオ炭スペクトルは、それぞれ 885 cm-1 および 1575 cm-1 で芳香族 C-H および芳香族 C=C に対して弱い応答を示し、芳香族結合が少量しか存在しないことを示しました。 3167 cm-1 のピークは、リグニン芳香族残基の芳香族 C-H 伸縮に対応します。ただし、熱分解中のセルロース残基の芳香族化が寄与している可能性もあります。長いアルキル鎖のスペクトルにおける 3167 cm-1 の強いピークは、バイオ炭中にワックスが存在することを示しています。 3167 cm-1 の –CH2- ピークの強度を使用して、バイオ炭中に存在するワックスの量を推定できます。〜 2586 cm−1 の幅広い非対称ピークは、バイオ炭の R-SH 伸縮に対応します。これは、チオールなどの官能基を含む R-SH の多様性によるものです。 1605 cm-1 付近のピークは、リグニンの芳香環に起因する C-C 結合の伸張、および熱分解中の炭水化物環の脱水および環化によって新たに炭化および芳香化された物質に帰属させることができます。 FTIR スペクトルでも 1100 ～ 1300 cm-1 の領域にピークが示されており、これはバイオ炭中の S=O 結合の伸縮に起因すると考えられます。これらのピークは多数あり、重なっており、平均スペクトルで割り当てるのは困難でした。図 10 は、特定されたピークのスペクトルを示しています。

官能基、フィンガープリント、芳香族領域における酸性化バイオ炭の FTIR スペクトル。

鉛 (Pb) の毒性は、植物の成長と発育を阻害することにより、植物に重大な影響を与える可能性があります44。植物が土壌から鉛を吸収すると、根、茎、葉などの植物のさまざまな部分に鉛が蓄積し、植物にさまざまな生理学的および生化学的変化を引き起こします45。植物の鉛毒性はさまざまな悪影響を及ぼす可能性があり、そのうちの 1 つは光合成の阻害です。これは、鉛が、適切な光合成に必要な窒素やリンなどの必須栄養素を吸収して利用する植物の能力を妨げる可能性があるためです。その結果、クロロフィル含有量と光合成装置の効率が低下し、植物の光合成と成長の低下につながる可能性があります。植物に対する鉛の毒性の他の影響には、細胞膜の損傷、水分摂取量の減少、根の成長障害などが含まれます46。鉛の毒性によって光合成活性が低下すると、植物のエネルギー生産能力が低下するため、成長が阻害され、バイオマス生産量が減少する可能性があります。さらに、鉛の毒性は活性酸素種 (ROS) を蓄積することで植物に酸化ストレスを引き起こす可能性があり、植物の細胞構造に損傷を与え、生理学的機能に影響を与える可能性があります。これは植物の成長と発育の低下につながる可能性があります。さらに、鉛の毒性は水ストレスを引き起こすことで植物の水の関係に影響を及ぼし、植物の成長と発育をさらに損なう可能性があります47,48。

酸性化炭素は、いくつかのメカニズムを通じて土壌微生物を促進し、根と芽の長さを改善し、塩分土壌の生乾重量を増加させます。第一に、酸性化炭素は土壌中の酸性成分を中和することでアルカリ性土壌の pH を低下させ、微生物の活動にとってより住みやすい環境を作り出すことができます 49。バイオ炭は土壌にさまざまな利益をもたらすことで、植物の成長に対する鉛の毒性の悪影響を軽減できる可能性があります。たとえば、バイオ炭の適用により、窒素固定細菌などの有益な土壌微生物の数と活動が強化され、植物の栄養素の利用可能性が増加します50。これにより、光合成に不可欠な窒素やリンなどの必須栄養素を吸収する植物の能力が向上し、光合成活性や植物の成長に対する鉛毒性の悪影響を軽減することができます。さらに、バイオ炭の適用は有機物含量を増加させることによって土壌構造を改善し、土壌の水分と栄養素の保持能力を向上させることができます22。これは、植物の成長に対する塩ストレスの影響を軽減し、根の発達を促進するのに役立ちます。土壌構造の改善は、土壌中の鉛の移動を減らし、植物による鉛の取り込みを防ぐのにも役立ちます51。酸性化した炭素はプロトンを放出する可能性があり、これが鉛イオンに結合して、移動性が低下し、植物の根による吸収が低下する複合体を形成する可能性があります。もう一つのメカニズムは吸着です。活性炭は表面積が大きく多孔性が高いため、鉛イオンを吸着し、土壌粒子や植物の根との相互作用を防ぎます。活性炭の吸着能力は、その表面化学と土壌溶液中の鉛の濃度に依存します52。酸性化炭素は、pH や有機物含有量などの土壌特性を改善し、間接的に鉛を固定化する可能性があります。たとえば、活性炭は土壌の pH を上昇させ、鉛の溶解度を低下させ、土壌中の鉛の沈殿を促進します 53,54。酸性化炭素はまた、土壌の有機物含有量を増加させ、土壌の構造を改善し、その保持能力を高めることによって鉛の移動を減少させます。

さらに、新芽と根における窒素 (N)、リン (P)、およびカリウム (K) の取り込みが改善されると、いくつかの方法で鉛 (Pb) の毒性を軽減できます 55。鉛は有毒な重金属で、植物組織に蓄積し、栄養素の摂取や利用などのさまざまな生理学的プロセスを妨げる可能性があります。 N、P、K が植物の根により効率的に取り込まれると、これらの栄養素が根の取り込み部位をめぐって Pb と競合するため、Pb の取り込みが減少する可能性があります。 N、P、K の摂取は植物の成長を改善することもでき、これにより植物の Pb ストレスに対する耐性が強化されます 56。さらに、これらの栄養素は、鉛の毒性によって引き起こされる酸化損傷から植物組織を保護できる抗酸化物質の生成など、植物の代謝において重要な役割を果たします。たとえば、リンは細胞プロセスにエネルギーを供給するアデノシン三リン酸 (ATP) の重要な成分です。同時に、窒素はタンパク質の構成要素であるアミノ酸の必須成分です。カリウムは、水分調節や酵素活性化など、さまざまな生理学的プロセスに関与します57。

結論として、酸性化バイオ炭 (AB) は、塩分鉛で汚染された土壌におけるミントの成長と栄養濃度を改善するための効果的な修正剤です。すべての AB 処理はミントの成長とバイオマスを改善しましたが、1.20% AB 処理が最も効果的でした。 AB の適用により、ミントの N、P、K などの栄養素含有量、タンパク質および可溶性糖含有量も増加しましたが、MDA 含有量は減少しました。さらに、AB の適用により、ミントの根と新芽による Pb の取り込みが減少し、それによって植物の塩分と鉛の毒性が減少しました。これらの発見は、1.20% AB 補正の適用が、ミントの生育に対する塩分および鉛汚染土壌の悪影響を軽減するための有望なアプローチであることを示唆しています。ただし、現場条件下でこれらの結果を検証するには、さらなる研究が必要です。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータは、この公開記事に含まれています。

ディヌ、C.ら。有毒金属 (As、Cd、Ni、Pb) は、最も一般的な薬用植物 (ハッカ) に影響を与えます。内部。Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．解像度公衆衛生 https://doi.org/10.3390/ijerph18083904 (2021)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Maffei, M. & Scannerini, S. ペパーミント (Mentha piwperita L.) の光形態形成と精油組成に対する UV-B の影響。 J. Essent. オイル耐性 12、523–529。 https://doi.org/10.1080/10412905.2000.9712150 (2000)。

記事 CAS Google Scholar

Yazdani, D.、Jamshidi, H. & Mojab, F. イランの異なる原産地に植えられたペパーミント (Mentha Piperita L.) に含まれる精油収量とメントールの比較。 J.Med. 植物医学。植物研究所 Jahadda Neshgahi 3、73–78 (2002)。

Google スカラー

Aziz、EE & Hendawy、SF 土壌タイプと灌漑間隔が植物の成長、精油収量、および胸腺尋常性植物の成分に及ぼす影響。アメリカ系ユーラシア人、J. 農業。環境。科学。 4、443-450 (2008)。

Google スカラー

チェン、L.ら。銅鉱山近くの土壌における重金属（ロイド）汚染の世界的なメタ分析：汚染レベルと確率論的な健康リスクの評価。科学。トータル環境。 835、155441。https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.155441 (2022)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Mahalel, U.、Abdel-Wahed, ZA、Sheded, M. & Hamed, A. ミモザピグラ L. 植物を使用した土壌からの一部の植物有毒重金属の除去と、除去効果に対するアカシアニロティカ L. のメタノール抽出物の効果。パキスタン J. ボット 53、1637–1643 (2021)。

CAS Google スカラー

アーメド、W.ら。トウモロコシにおける重金属および半金属の植物蓄積を減らす市販堆肥の可能性。パク。 J.ボット。 55、679–687 (2023)。

記事 CAS Google Scholar

チェン、L.ら。アーバスキュラー菌根菌が作物の成長および汚染土壌における潜在的な有毒元素の蓄積に及ぼす影響: メタ分析。クリティカル。Ｒｅｖ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．科学。テクノロジー。 100、1～22。 https://doi.org/10.1080/10643389.2023.2183700 (2023)。

記事 CAS Google Scholar

Pourrut, B.、Shahid, M.、Dumat, C.、Winterton, P. & Pinelli, E. 植物における鉛の取り込み、毒性、および解毒。Ｒｅｖ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．コンタム。有毒。 213、113–136 (2011)。

CAS PubMed Google Scholar

Zeeshan, M.、Lu, M.、Sehar, S.、Holford, P. & Wu, F. 塩分耐性が遅延している小麦および大麦の遺伝子型における塩分ストレスに対する生化学的、解剖学的、形態学的、生理学的反応の比較。農学 10、127 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Zhang、L.ら。ワタ (Gossypium hirsutum l.) 植物の塩分に対する形態学的および生理学的反応。 PLoS ONE https://doi.org/10.1371/journal.pone.0112807 (2014)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Cuevas, J.、Daliakopoulos, IN、del Moral, F.、Hueso, JJ & Tsanis, IK 土壌塩類化のための土壌改良作物システムのレビュー。農学 9、295 (2019)。

記事 Google Scholar

コーウィン、DL 気候変動は農業地域の土壌塩分濃度に影響を与えます。ユーロ。 J.土壌科学。 72、842–862 (2021)。

記事 Google Scholar

Negrão, S.、Schmöckel, SM & Tester, M. 塩分ストレスに対する植物の生理学的反応の評価。アン。ボット。 119、1–11 (2017)。

論文 PubMed Google Scholar

ファラー、F. et al. インビトロ条件下でのステビア・レバウディアナ・ベルトーニの遺伝子発現、形態学的および生化学的特性に対する塩分の影響。細胞。モル。バイオル。 63、102–106 (2017)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

アーメド、S.ら。バングラデシュにおけるレタス (Lactuca sativa L.) の形態学的、生理学的および生化学的特性に対する塩分の影響。アグリを開きます。 4、361–373 (2019)。

記事 Google Scholar

サディク、MS et al. 冬小麦と春小麦の生理学的変化に対する塩分ストレスの影響。農学 11、1193 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

イクバル、J. et al. 酸性バイオ炭は、塩性土壌におけるスファイドチャウンサマンゴーの品質と収量特性の向上をもたらします。 Horticulturee 7、418 (2021)。

記事 Google Scholar

Gillani, SR、Murtaza, G. & Mehmood, A. サリチル酸処理による Triticum aestivum L. 実生における鉛ストレスの緩和。パク。 J.ボット。 53、39–44 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

マサチューセッツ州アカンジ、ARA 州ウスマン、ミシガン州アルワベルアルカリ性砂質土壌における CO2-C 流出と微量栄養素の利用可能性に対する酸性化バイオ炭の影響。サステナビリティ 13、5196 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Zafar-ul-Hye、M. et al. 塩ストレス下でのホウレン草の生長に対する植物生長促進根粒菌とカリウム肥料の効果を評価する。パク。 J.ボット。 52、1441–1447。 https://doi.org/10.30848/PJB2020-4(7) (2020)。

記事 CAS Google Scholar

ラヒ、AA 他。土壌肥沃度の改善に適用される活性炭バイオ炭との関連におけるカドミウムとニッケルの毒性。サウジ J. Biol. 科学。 29、743–750 (2022)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ユニス、Ｕら。誘導毒性条件下でのニッケルの固定化における綿棒バイオ炭の役割と Trigonella corniculata L. Environ の増殖指数。科学。汚染。解像度 27、1752 ～ 1761 年。 https://doi.org/10.1007/s11356-019-06466-3 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

デンマーク人、S.ら。クロム(IV)毒性下でのホウレンソウの成長、クロロフィル含有量、および副色素合成に対する鉄およびバナナの皮廃棄物バイオ炭の葉面散布の影響。アグリを開きます。 4、381–390。 https://doi.org/10.1515/opag-2019-0034 (2019)。

記事 Google Scholar

Danish, S. & Zafar-ul-Hye, M. 干ばつ下での穀物の生産性に対する ACC デアミナーゼ生成細菌とバイオ炭の組み合わせた役割。フィトン 89、217–227。 https://doi.org/10.32604/phyton.2020.08523 (2020)。

記事 Google Scholar

McLaughlin, H. 土壌添加前のバイオ炭の特性評価—バージョン I 1-8 (2010)。

Page、AL、Miller、RH & Keeny、DR 土壌 PH および石灰の要件。土壌分析の方法: 第 2 部化学的および微生物学的特性、9.2.2/農学モノグラフ (アラバマ州ペイジ編) 199 ～ 208 (American Society of Agronomy, Inc. および Soil Science Society of America, Inc.、マディソン、1983 年) ）（ISBN 9780891189770）。

Google Scholar の章

Rhoades、JD 塩分: 電気伝導率と総溶解固体。土壌分析の方法、パート 3、化学的方法 Vol. 5 (Sparks, DL 他編) 417–435 (アメリカ土壌科学協会、マディソン、1996)。

Google スカラー

Schouwvenberg、VJCH および Walinge、I. 植物材料の分析方法。農業。大学ワーヘニンゲン (1973)。

Miller, O. 開放容器内での硝過塩素酸湿式消化。植物分析のための参照方法 (Kalra, Y. 編) 57–62 (CRC Press、1998)。

Google スカラー

プラット、PF カリウム。土壌分析の方法、パート 2: 化学的および微生物学的特性 (ノーマン編、AG) 1022–1030 (John Wiley & Sons Ltd、2016) (ISBN 9780891182047)。

Google Scholar の章

Silverstein, RM & Bassler, GC 有機化合物の分光分析による同定。Ｊ．Ｃｈｅｍ．教育する。 39, 546。https://doi.org/10.1021/ed039p546 (1962)。

記事 CAS Google Scholar

ピーターセン、RG & カルビン、LD サンプリング。土壌分析の方法: パート 1 物理的および鉱物学的方法、5.1 (Klute, A. 編) 33–51 (John Wiley & Sons, Inc.、American Society of Agronomy, Inc.、および Soil Science Society of America, Inc. 、1986）（ISBN 9780891188643）。

Google スカラー

Arnon, DI 単離された葉緑体中の銅酵素。ベータ尋常性菌のポリフェノールオキシダーゼ。植物生理学。 24、1 (1949)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Keller, T. & Schwager, H. 大気汚染とアスコルビン酸。のために。パソル。 7、338–350。 https://doi.org/10.1111/j.1439-0329.1977.tb00603.x (1977)。

記事 CAS Google Scholar

Hamilton, PB & Van Slyke, DD ニンヒドリン二酸化炭素法による血液濾液中の遊離アミノ酸のガス測定法。Ｊ．Ｂｉｏｌ．化学。 150、231–250 (1943)。

記事 CAS Google Scholar

Cakmak, I. & Horst, WJ 大豆の根端における脂質過酸化、スーパーオキシドジスムターゼ、カタラーゼ、ペルオキシダーゼ活性に対するアルミニウムの効果 (Glycine Max)。生理。プラント 83、463 ～ 468。 https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1991.tb00121.x (1991)。

記事 CAS Google Scholar

JM ブレムナー & CS マルバニー窒素合計。土壌分析の方法。パート 2. 化学的および微生物学的特性 (ペイジ編、AL 他) 595–624 (米国農学会、米国土壌科学協会、マディソン、マディソン、1982)。

Google スカラー

Mills, HA & Jones、JBJ Plant Analysis Handbook II: A Practical Sampling, Preparation, Analysis, and Interpretation Guide (Micro-Macro Publishing Inc、USA、1991)。

Google スカラー

Hanlon, EA 原子吸光分光光度計による元素測定。植物分析のための参照方法のハンドブック (Kalra, Y. 編) 157–164 (CRC Press、1998)。

Google スカラー

Bokhari , SH 、Ahmad , I. 、Mahmood-Ul-Hassan , M. および Mohammad , A. 重金属に対するレムナマイナー L. のファイトレメディエーションの可能性。内部。 J. ファイトレメディエーション 18、25–32。 https://doi.org/10.1080/15226514.2015.1058331 (2016)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Steel, RG, Torrie, JH & Dickey, DA 統計の原則と手順: 生体認証アプローチ第 3 版 (McGraw Hill Book International Co.、1997)。

Google スカラー

Stevenson、KJ、originpro 8.5 のレビュー。混雑する。化学。社会 133、5621。https://doi.org/10.1021/ja202216h (2011)。

記事 CAS Google Scholar

Poursattari, R. & Hadi, H. ナタネ (Brassica napus L.) における鉛のファイトレメディエーション、分布、毒性: 植物成長調節剤とキレート剤の単独使用と併用の役割。 J.土壌科学。植物栄養剤。 22、1700–1717 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Sharma, P. & Dubey, RS 植物における鉛の毒性。ブラズ。 J. 植物生理学。 17、35–52 (2005)。

記事 CAS Google Scholar

リー、C.ら。土壌中の重金属汚染に関するレビュー: 影響、発生源、および修復技術。土壌堆積物汚染。 28、380–394。 https://doi.org/10.1080/15320383.2019.1592108 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

アシュラフ、U.ら。米の鉛毒性: 影響、メカニズム、緩和戦略 - ミニレビュー。環境。科学。汚染。解像度 22、18318–18332。 https://doi.org/10.1007/s11356-015-5463-x (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Shen, X.、Min, X.、Zhang, S.、Song, C.、Xiong, K. 中国南西部の武蒙セミファインウール羊の抗酸化機能に対する環境中の重金属汚染の影響。バイオル。トレースエレム。解像度 198、505–514。 https://doi.org/10.1007/S12011-020-02081-3 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Sultan, H.、Ahmed, N.、Mubashir, M.、Danish, S. 酸性化活性炭の化学生産と熱分解バイオ炭と比較した土壌肥沃度への影響。科学。議員 10、595。https://doi.org/10.1038/s41598-020-57535-4 (2020)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ヘイダリ、M.ら。オーク (Quercus Brantii Lindl.) 苗木の乾燥ストレスを軽減するための、バイオ炭と植物の成長を促進する根粒菌の相乗的使用。のために。エコル。管理。 531、120793。https://doi.org/10.1016/j.foreco.2023.120793 (2023)。

記事 Google Scholar

内宮 M.、IM リマ、Klasson、KT、Wartelle、LH バイオ炭土壌改良剤による汚染物質の固定化と栄養素の放出: 天然有機物の役割。 Chemosphere 80、935–940 (2010)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Yuan, Y. 他バイオ炭と肥料の混合堆肥は土壌の健康改善と N2O 排出量の軽減にとってより良い解決策なのでしょうか? ソイルバイオル。生化学。 113、14-25。 https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2017.05.025 (2017)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Yang, J.、デラウェア州モスビー、SW 州カスティール & RW ブランチャー製錬所で汚染された都市土壌におけるリン酸を使用した鉛の固定化。環境。科学。テクノロジー。 35、3553–3559。 https://doi.org/10.1021/es001770d (2001)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

アーマド、M.ら。大豆ストーブバーと松葉由来のバイオ炭を使用した射撃場の土壌における鉛と銅の固定化: 化学的、微生物的および分光学的評価。 J.ハザード。メーター。 301、179–186。 https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.08.029 (2016)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Hassan, W. & David, J. ほうれん草 (Spinacia Oleracea L.) 栽培における土壌微生物学的指標に対する鉛汚染の影響。 J. 土壌堆積物 14、44–59 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Li, Z.、Song, Z.、Singh, BP & Wang, H. 作物残渣バイオ炭が農地のケイ素と栄養素の循環に及ぼす影響。科学。トータル環境。 659、673–680。 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.12.381 (2019)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Fageria, NK、Gheyi, HR & Moreira, A. 塩分の影響を受けた土壌における栄養素の生物学的利用能。 J. Plant Nutr. 34、945–962。 https://doi.org/10.1080/01904167.2011.555578 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

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著者らは、サウジアラビア、リヤドのキング・サウド大学のプロジェクト番号 (RSP2023R56) を支援する研究者に感謝の意を表します。

著者らは、サウジアラビア、リヤドのキング・サウド大学の研究者支援プロジェクト番号 (RSP2023R56) に感謝の意を表します。

バハーワルプル・イスラム大学植物学部、ラヒム・ヤル・カーン、パキスタン

アズハル・ソハイル・シャザド & ウズマ・ユニス

パキスタン、バハーワルプルのイスラム大学植物学部

ナルギス・ナズ

パキスタン、ムルタンのバハウディン・ザカリヤ大学、農業科学・技術学部土壌科学科

スブハンデンマーク語

植物学および微生物学科、キング・サウド大学理学部、PO 2455、リヤド、11451、サウジアラビア

アサド・サイード & アブダラ・M・エルゴバン

生化学部門、分子医学および診断センター (COMMAND)、サヴィータ歯科大学および病院、サヴィータ医科技術科学研究所 (SIMATS)、チェンナイ、600077、インド

ラジャラクシュマナン・エスワラモーシー

安徽科学技術大学生命健康科学部、鳳陽、233100、中国

ファン・ショウチェン

The Nature Conservancy、アーリントン、バージニア州、22203、米国

マーティン・レオナルド・バッタリア

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概念化。お尻; ＵＹ； NN; 実験を実施しました。お尻; ＵＹ； NN; 正式な分析。 SD; お尻; 方法論; ＵＹ；再; 執筆—原案。として; SD; アメ。ＵＹ； MLB; ＳＨ；執筆—レビューと編集。として; SD; アメ。 RE

ウズマ・ユニスまたはスブハン・デンマーク語への対応。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

Shahzad, AS、Younis, U.、Naz, N. 他酸性化されたバイオ炭は鉛耐性を改善し、塩性土壌におけるミントの形態学的および生化学的特性を強化します。 Sci Rep 13、8720 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-36018-2

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受信日: 2023 年 3 月 13 日

受理日: 2023 年 5 月 27 日

公開日: 2023 年 5 月 30 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36018-2

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