Unlocking hormesis and toxic effects induced by cadmium in Polygonatum cyrtonema Hua based on morphology, physiology and metabolomics

兴奋 戒毒(替代医学) 代谢组学 氧化应激 咖啡因 亚精胺 化学 初级代谢物 代谢途径 嘌呤代谢 生物化学 生物 新陈代谢 药理学 医学 替代医学 有机化学 病理 色谱法 内分泌学
作者
Yang Li,Yuchen Kang,Na Li,Yuhao Wang,Haiyan Mou,Hui Sun,Tianqi Ao,Li Chen,Wenqing Chen
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:465: 133447-133447 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.133447
摘要

Traditional Chinese medicine materials (TCMMs) are widely planted and used, while cadmium (Cd) is a widespread pollutant that poses a potential risk to plant growth and human health. However, studies on the influences of Cd on TCMMs have been limited. Our study aims to reveal the antioxidation-related detoxification mechanism of Polygonatum cyrtonema Hua under Cd stress based on physiology and metabolomics. The results showed that Cd0.5 (total Cd: 0.91 mg/kg; effective Cd: 0.45 mg/kg) induced hormesis on the biomass of roots, tubers and aboveground parts with increases of 22.88%, 27.12% and 17.02%, respectively, and significantly increased the flavonoids content by 57.45%. Additionally, the metabolism of caffeine, glutamine, arginine and purine was upregulated to induce hormesis in Cd0.5, which enhanced the synthesis of resistant substances such as spermidine, choline, IAA and saponins. Under Cd2 stress, choline and IAA decreased, and fatty acid metabolites (such as peanut acid and linoleic acid) and 8-hydroxyguanosine increased in response to oxidative damage, resulting in a significant biomass decrease. Our findings further reveal the metabolic process of detoxification by antioxidants and excessive Cd damage in TCMMs, deepen the understanding of detoxification mechanisms related to antioxidation, and enrich the relevant theories of hormesis induced by Cd.
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