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Die Bedeutung echter medizinischer Materialien für die Herstellung chinesischer Kräutermedizin von ausgezeichneter Qualität ist in der jeweiligen Herkunftsregion seit langem bekannt [8]. Hohe Qualität ist ein wesentliches Merkmal echter medizinischer Materialien, und der Lebensraum ist ein wichtiger Faktor, der die Qualität solcher Materialien beeinflusst. Seit YCH als Medizin verwendet wird, wurde es lange Zeit von wildem YCH dominiert. Nach der erfolgreichen Einführung und Domestizierung von YCH in Ningxia in den 1980er Jahren verlagerte sich die Quelle der Yinchaihu-Arzneimittel allmählich von wildem YCH zu kultiviertem YCH. Einer früheren Untersuchung der YCH-Quellen zufolge [9] und die Felduntersuchungen unserer Forschungsgruppe haben gezeigt, dass es erhebliche Unterschiede zwischen den Verbreitungsgebieten der kultivierten und wilden Heilmittel gibt. Das wilde YCH ist hauptsächlich im Autonomen Gebiet Ningxia der Hui in der Provinz Shaanxi verbreitet, das an die Trockenzone der Inneren Mongolei und Zentral-Ningxia grenzt. Insbesondere die Wüstensteppe in diesen Gebieten ist der geeignetste Lebensraum für das Wachstum von YCH. Im Gegensatz dazu ist das kultivierte YCH hauptsächlich südlich des wilden Verbreitungsgebiets verbreitet, beispielsweise im Kreis Tongxin (Kultivierung I) und Umgebung, der sich zum größten Anbau- und Produktionsstandort Chinas entwickelt hat, und im Kreis Pengyang (Kultivierung II), der weiter südlich liegt und ein weiteres Produktionsgebiet für kultiviertes YCH darstellt. Darüber hinaus sind die Lebensräume der beiden oben genannten Anbaugebiete keine Wüstensteppen. Daher gibt es neben der Produktionsweise auch erhebliche Unterschiede im Lebensraum des wilden und des kultivierten YCH. Der Lebensraum ist ein wichtiger Faktor, der die Qualität pflanzlicher Heilmittel beeinflusst. Unterschiedliche Lebensräume beeinflussen die Bildung und Anreicherung sekundärer Pflanzenstoffe in den Pflanzen und damit die Qualität von Arzneimitteln [10,11]. Daher könnten die signifikanten Unterschiede im Gesamtgehalt an Flavonoiden und Gesamtsterinen sowie in der Expression der 53 Metaboliten, die wir in dieser Studie festgestellt haben, das Ergebnis von Feldbewirtschaftungs- und Lebensraumunterschieden sein.

Einer der wichtigsten Faktoren, durch die die Umwelt die Qualität von Arzneimitteln beeinflusst, ist der Stress, der auf die Ausgangspflanzen ausgeübt wird. Moderater Umweltstress stimuliert tendenziell die Ansammlung sekundärer Metabolite [12,13]. Die Wachstums-/Differenzierungs-Gleichgewichtshypothese besagt, dass Pflanzen bei ausreichender Nährstoffversorgung hauptsächlich wachsen, während sie bei Nährstoffmangel hauptsächlich differenzieren und mehr sekundäre Metabolite produzieren [14]. Trockenstress durch Wassermangel ist die größte Umweltbelastung für Pflanzen in Trockengebieten. In dieser Studie war die Wasserversorgung des kultivierten YCH reichlicher, und die jährlichen Niederschlagsmengen waren deutlich höher als bei wildem YCH (die Wasserversorgung von Kultiviertem I war etwa doppelt so hoch wie bei Wildem; Kultiviertes II etwa 3,5-mal so hoch wie bei Wildem). Außerdem ist der Boden in der freien Umgebung sandig, der Boden auf dem Ackerland jedoch Lehmboden. Im Vergleich zu Lehm hat sandiger Boden eine schlechte Wasserspeicherkapazität und verschlimmert Trockenstress eher. Gleichzeitig wurde während des Anbaus oft bewässert, sodass der Grad des Trockenstresses gering war. Wildes YCH wächst in rauen, natürlichen Trockenhabitaten und kann daher stärker unter Trockenstress leiden.

Die Osmoregulation ist ein wichtiger physiologischer Mechanismus, mit dem Pflanzen mit Trockenstress umgehen, und Alkaloide sind wichtige osmotische Regulatoren in höheren Pflanzen [15]. Betaine sind wasserlösliche alkaloidale quartäre Ammoniumverbindungen und können als Osmoprotektoren wirken. Trockenstress kann das osmotische Potenzial von Zellen reduzieren, während Osmoprotektoren die Struktur und Integrität biologischer Makromoleküle erhalten und aufrechterhalten und die durch Trockenstress verursachten Schäden an Pflanzen wirksam lindern [16]. Beispielsweise stieg unter Trockenstress der Betaingehalt von Zuckerrüben und Lycium barbarum signifikant an [17,18]. Trigonellin ist ein Regulator des Zellwachstums und kann unter Trockenstress den Zellzyklus der Pflanze verlängern, das Zellwachstum hemmen und zu einer Schrumpfung des Zellvolumens führen. Die relative Erhöhung der gelösten Stoffkonzentration in der Zelle ermöglicht der Pflanze eine osmotische Regulierung und verbessert ihre Widerstandsfähigkeit gegen Trockenstress [19]. JIA X [20] fanden heraus, dass Astragalus membranaceus (eine Quelle der traditionellen chinesischen Medizin) bei zunehmendem Trockenstress mehr Trigonellin produzierte, welches das osmotische Potenzial reguliert und die Widerstandsfähigkeit gegen Trockenstress verbessert. Auch Flavonoide spielen nachweislich eine wichtige Rolle bei der Widerstandsfähigkeit von Pflanzen gegen Trockenstress [21,22]. Zahlreiche Studien haben bestätigt, dass mäßiger Trockenstress die Ansammlung von Flavonoiden begünstigt. Lang Duo-Yong et al. [23] verglichen die Auswirkungen von Trockenstress auf YCH anhand der Kontrolle der Wasserhaltekapazität im Feld. Es zeigte sich, dass Trockenstress das Wurzelwachstum bis zu einem gewissen Grad hemmte, während bei mäßigem und starkem Trockenstress (40 % der Wasserhaltekapazität des Feldes) der Gesamtflavonoidgehalt in YCH anstieg. Gleichzeitig können Phytosterole unter Trockenstress die Fluidität und Durchlässigkeit der Zellmembranen regulieren, Wasserverlust hemmen und die Stressresistenz verbessern [24,25]. Daher könnte die erhöhte Ansammlung von Flavonoiden, Sterinen, Betain, Trigonellin und anderen sekundären Metaboliten in wilden YCH mit hochintensivem Trockenstress zusammenhängen.

In dieser Studie wurde eine KEGG-Stoffwechselweg-Anreicherungsanalyse an den Metaboliten durchgeführt, die sich zwischen wildem und kultiviertem YCH signifikant unterschieden. Zu den angereicherten Metaboliten gehörten solche, die an den Stoffwechselwegen des Ascorbat- und Aldaratstoffwechsels, der Aminoacyl-tRNA-Biosynthese, des Histidinstoffwechsels und des Beta-Alaninstoffwechsels beteiligt sind. Diese Stoffwechselwege stehen in engem Zusammenhang mit den Stressresistenzmechanismen der Pflanzen. Unter ihnen spielt der Ascorbatstoffwechsel eine wichtige Rolle bei der Produktion von Antioxidantien, dem Kohlenstoff- und Stickstoffstoffwechsel, der Stressresistenz und anderen physiologischen Funktionen der Pflanzen.26]; die Aminoacyl-tRNA-Biosynthese ist ein wichtiger Weg für die Proteinbildung [27,28], das an der Synthese stressresistenter Proteine ​​beteiligt ist. Sowohl Histidin- als auch β-Alanin-Signalwege können die Toleranz von Pflanzen gegenüber Umweltstress erhöhen [29,30]. Dies weist weiter darauf hin, dass die Unterschiede in den Metaboliten zwischen dem wilden und dem kultivierten YCH eng mit den Prozessen der Stressresistenz zusammenhängen.

Der Boden ist die Grundlage für das Wachstum und die Entwicklung von Heilpflanzen. Stickstoff (N), Phosphor (P) und Kalium (K) im Boden sind wichtige Nährstoffe für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen. Die organische Bodensubstanz enthält außerdem N, P, K, Zn, Ca, Mg und andere für Heilpflanzen wichtige Makro- und Spurenelemente. Übermäßige oder unzureichende Nährstoffe sowie unausgewogene Nährstoffverhältnisse beeinträchtigen Wachstum, Entwicklung und Qualität der Heilpflanzen. Verschiedene Pflanzen haben unterschiedliche Nährstoffbedürfnisse.31,32,33]. Beispielsweise förderte ein niedriger Stickstoffstress die Synthese von Alkaloiden in Isatis indigotica und wirkte sich positiv auf die Anreicherung von Flavonoiden in Pflanzen wie Tetrastigma hemsleyanum, Crataegus pinnatifida Bunge und Dichondra repens Forst aus. Im Gegensatz dazu hemmte zu viel Stickstoff die Anreicherung von Flavonoiden in Arten wie Erigeron breviscapus, Abrus cantoniensis und Ginkgo biloba und beeinträchtigte die Qualität medizinischer Materialien [34]. Die Anwendung von Phosphordünger erhöhte den Gehalt an Glycyrrhizinsäure und Dihydroaceton in Ural-Süßholz [35]. Wenn die Anwendungsmenge 0,12 kg·m−2 überschritt, verringerte sich der Gesamtflavonoidgehalt in Tussilago farfara [36]. Die Anwendung eines P-Düngers hatte einen negativen Einfluss auf den Gehalt an Polysacchariden in der traditionellen chinesischen Medizin Rhizoma polygonati [37], aber ein Kaliumdünger konnte den Saponingehalt erhöhen [38]. Die Anwendung von 450 kg·hm−2 K-Dünger war für das Wachstum und die Saponin-Anreicherung von zweijährigen Panax notoginseng am besten geeignet [39]. Unter dem Verhältnis N:P:K = 2:2:1 waren die Gesamtmengen an hydrothermalem Extrakt, Harpagid und Harpagosid am höchsten [40]. Das hohe Verhältnis von N, P und K förderte das Wachstum von Pogostemon cablin und erhöhte den Gehalt an ätherischem Öl. Ein niedriges Verhältnis von N, P und K erhöhte den Gehalt der wichtigsten wirksamen Bestandteile des Stängelblattöls von Pogostemon cablin [41]. YCH ist eine Pflanze, die unfruchtbare Böden verträgt, und hat möglicherweise spezielle Anforderungen an Nährstoffe wie N, P und K. In dieser Studie war der Boden der wilden YCH-Pflanzen im Vergleich zu den kultivierten YCH relativ unfruchtbar: Der Bodengehalt an organischer Substanz, Gesamt-N, Gesamt-P und Gesamt-K betrug jeweils etwa 1/10, 1/2, 1/3 und 1/3 der Werte der kultivierten Pflanzen. Daher könnten die Unterschiede bei den Bodennährstoffen ein weiterer Grund für die Unterschiede zwischen den in den kultivierten und wilden YCH nachgewiesenen Metaboliten sein. Weibao Ma et al. [42] stellten fest, dass die Anwendung einer bestimmten Menge an N-Dünger und P-Dünger den Ertrag und die Qualität der Samen deutlich verbesserte. Die Wirkung von Nährstoffen auf die Qualität von YCH ist jedoch nicht klar, und Düngemaßnahmen zur Verbesserung der Qualität von Arzneimitteln müssen weiter untersucht werden.

Chinesische Kräutermedizin hat die Eigenschaften „Günstige Lebensräume fördern den Ertrag, ungünstige Lebensräume verbessern die Qualität“ [43]. Im Zuge der allmählichen Umstellung von wildem zu kultiviertem YCH veränderte sich der Lebensraum der Pflanzen von der trockenen und kargen Wüstensteppe zu fruchtbarem, wasserreichem Ackerland. Der Lebensraum des kultivierten YCH ist besser und der Ertrag höher, was zur Deckung der Marktnachfrage beiträgt. Dieser bessere Lebensraum führte jedoch zu signifikanten Veränderungen der Metabolite des YCH. Ob dies zu einer Verbesserung der YCH-Qualität beiträgt und wie durch wissenschaftlich fundierte Anbaumaßnahmen eine qualitativ hochwertige YCH-Produktion erreicht werden kann, bedarf weiterer Forschung.

Die simulative Habitatkultivierung ist eine Methode zur Simulation der Lebensraum- und Umweltbedingungen wildlebender Arzneipflanzen, basierend auf dem Wissen über die langfristige Anpassung der Pflanzen an spezifische Umweltbelastungen [43]. Durch die Simulation verschiedener Umweltfaktoren, die die Wildpflanzen beeinflussen, insbesondere des ursprünglichen Lebensraums von Pflanzen, die als Quellen authentischer medizinischer Materialien verwendet werden, nutzt der Ansatz wissenschaftliches Design und innovative menschliche Eingriffe, um das Wachstum und den Sekundärstoffwechsel chinesischer Heilpflanzen auszugleichen [43]. Die Methoden zielen darauf ab, optimale Voraussetzungen für die Entwicklung hochwertiger medizinischer Materialien zu schaffen. Der simulierte Habitat-Anbau sollte eine wirksame Möglichkeit für die Produktion von YCH in hoher Qualität bieten, selbst wenn die pharmakodynamische Basis, Qualitätsmerkmale und Reaktionsmechanismen auf Umweltfaktoren unklar sind. Dementsprechend schlagen wir vor, dass wissenschaftliche Planung und Feldmanagementmaßnahmen bei Anbau und Produktion von YCH unter Berücksichtigung der Umweltmerkmale von wildem YCH, wie z. B. trockene, karge und sandige Bodenbedingungen, durchgeführt werden. Gleichzeitig ist zu hoffen, dass Forscher die funktionelle Materialbasis und die Qualitätsmerkmale von YCH eingehender erforschen. Diese Studien können wirksamere Bewertungskriterien für YCH liefern und die Produktion in hoher Qualität und die nachhaltige Entwicklung der Branche fördern.