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Die Bedeutung echter medizinischer Materialien ist in der jeweiligen Herkunftsregion seit langem für die Herstellung chinesischer Kräutermedizin von ausgezeichneter Qualität anerkannt [8]. Hohe Qualität ist ein wesentliches Merkmal echter medizinischer Materialien, und der Lebensraum ist ein wichtiger Faktor, der die Qualität solcher Materialien beeinflusst. Seitdem YCH als Medizin eingesetzt wird, wird es seit langem vom wilden YCH dominiert. Nach der erfolgreichen Einführung und Domestizierung von YCH in Ningxia in den 1980er Jahren verlagerte sich die Quelle der medizinischen Yinchaihu-Materialien allmählich von wildem zu kultiviertem YCH. Laut einer früheren Untersuchung von YCH-Quellen [9] und der Felduntersuchung unserer Forschungsgruppe gibt es erhebliche Unterschiede in den Verbreitungsgebieten der kultivierten und wilden Arzneistoffe. Das wilde YCH ist hauptsächlich in der Autonomen Region Ningxia der Hui der Provinz Shaanxi verbreitet, angrenzend an die Trockenzone der Inneren Mongolei und im Zentrum von Ningxia. Insbesondere die Wüstensteppe in diesen Gebieten ist der am besten geeignete Lebensraum für das YCH-Wachstum. Im Gegensatz dazu ist der kultivierte YCH hauptsächlich im Süden des Wildverbreitungsgebiets verbreitet, beispielsweise im Landkreis Tongxin (Anbau I) und seinen umliegenden Gebieten, der sich zur größten Anbau- und Produktionsbasis in China entwickelt hat, sowie im Landkreis Pengyang (Anbau II). , das in einem südlicheren Gebiet liegt und ein weiteres Anbaugebiet für YCH-Anbau ist. Darüber hinaus handelt es sich bei den Lebensräumen der beiden oben genannten Kulturgebiete nicht um Wüstensteppen. Daher gibt es neben der Produktionsweise auch erhebliche Unterschiede im Lebensraum von wildem und kultiviertem YCH. Der Lebensraum ist ein wichtiger Faktor, der die Qualität pflanzlicher Arzneimittel beeinflusst. Unterschiedliche Lebensräume beeinflussen die Bildung und Anreicherung von Sekundärmetaboliten in den Pflanzen und wirken sich dadurch auf die Qualität von Arzneimitteln aus [10,11]. Daher könnten die signifikanten Unterschiede im Gehalt an Gesamtflavonoiden und Gesamtsterinen sowie der Expression der 53 Metaboliten, die wir in dieser Studie gefunden haben, das Ergebnis von Feldmanagement- und Lebensraumunterschieden sein.

Die Umwelt beeinflusst die Qualität medizinischer Materialien vor allem dadurch, dass sie Stress auf die Ausgangspflanzen ausübt. Moderater Umweltstress stimuliert tendenziell die Ansammlung von Sekundärmetaboliten [12,13]. Die Wachstums-/Differenzierungsgleichgewichtshypothese besagt, dass Pflanzen bei ausreichender Nährstoffversorgung hauptsächlich wachsen, wohingegen Pflanzen bei Nährstoffmangel hauptsächlich differenzieren und mehr Sekundärmetaboliten produzieren [14]. Durch Wassermangel verursachter Trockenstress ist der größte Umweltstress, dem Pflanzen in Trockengebieten ausgesetzt sind. In dieser Studie ist der Wasserzustand des kultivierten YCH reichlicher, wobei die jährlichen Niederschlagsmengen deutlich höher sind als die des wilden YCH (die Wasserversorgung für Cultivated I war etwa doppelt so hoch wie für Wild; Cultivated II war etwa 3,5-mal so hoch wie für Wild ). Darüber hinaus ist der Boden in freier Wildbahn sandiger Boden, während der Boden auf Ackerland lehmiger Boden ist. Sandiger Boden hat im Vergleich zu Lehmboden ein schlechtes Wasserrückhaltevermögen und erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass sich Trockenstress verschlimmert. Gleichzeitig ging der Anbauprozess häufig mit Bewässerung einher, so dass der Grad des Trockenstresses gering war. Wildes YCH wächst in rauen natürlichen, trockenen Lebensräumen und kann daher stärkerem Dürrestress ausgesetzt sein.

Osmoregulation ist ein wichtiger physiologischer Mechanismus, durch den Pflanzen mit Trockenstress umgehen, und Alkaloide sind wichtige osmotische Regulatoren in höheren Pflanzen [15]. Betaine sind wasserlösliche alkaloide quartäre Ammoniumverbindungen und können als Osmoprotektiva wirken. Trockenstress kann das osmotische Potenzial von Zellen verringern, während Osmoschutzmittel die Struktur und Integrität biologischer Makromoleküle bewahren und aufrechterhalten und die durch Trockenstress an Pflanzen verursachten Schäden wirksam lindern [16]. Unter Trockenstress stieg beispielsweise der Betaingehalt von Zuckerrüben und Lycium barbarum deutlich 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. Der relative Anstieg der Konzentration gelöster Stoffe in der Zelle ermöglicht es der Pflanze, eine osmotische Regulierung zu erreichen und ihre Widerstandsfähigkeit gegen Trockenstress zu verbessern [19]. JIA X [20] fanden heraus, dass Astragalus membranaceus (eine Quelle der traditionellen chinesischen Medizin) mit zunehmendem Trockenstress mehr Trigonellin produzierte, das das osmotische Potenzial reguliert und die Widerstandsfähigkeit gegen Trockenstress verbessert. Es wurde auch gezeigt, dass Flavonoide eine wichtige Rolle bei der Pflanzenresistenz gegen Trockenstress spielen [21,22]. Zahlreiche Studien haben bestätigt, dass mäßiger Trockenstress die Anreicherung von Flavonoiden begünstigt. Lang Duo-Yong et al. [23] verglich die Auswirkungen von Trockenstress auf YCH durch Kontrolle der Wasserhaltekapazität im Feld. Es wurde festgestellt, dass Trockenstress das Wurzelwachstum bis zu einem gewissen Grad hemmte, bei mäßigem und schwerem Trockenstress (40 % Wasserspeicherkapazität des Feldes) jedoch der Gesamtflavonoidgehalt in YCH anstieg. Unterdessen können Phytosterole unter Trockenstress die Fließfähigkeit und Durchlässigkeit der Zellmembran regulieren, den Wasserverlust hemmen und die Stressresistenz verbessern [24,25]. Daher könnte die erhöhte Anreicherung von Gesamtflavonoiden, Gesamtsterinen, Betain, Trigonellin und anderen Sekundärmetaboliten in wildem YCH mit hochintensivem Trockenstress zusammenhängen.

In dieser Studie wurde eine KEGG-Signalweganreicherungsanalyse an den Metaboliten durchgeführt, bei denen festgestellt wurde, dass sie sich zwischen wildem und kultiviertem YCH signifikant unterscheiden. Zu den angereicherten Metaboliten gehörten diejenigen, die an den Stoffwechselwegen Ascorbat und Aldarat, der Aminoacyl-tRNA-Biosynthese, dem Histidin-Metabolismus und dem Beta-Alanin-Metabolismus beteiligt sind. Diese Stoffwechselwege stehen in engem Zusammenhang mit den Stressresistenzmechanismen der Pflanzen. Unter anderem spielt der Ascorbatstoffwechsel eine wichtige Rolle bei der Produktion pflanzlicher Antioxidantien, dem Kohlenstoff- und Stickstoffstoffwechsel, der Stressresistenz und anderen physiologischen Funktionen [26]; Die Aminoacyl-tRNA-Biosynthese ist ein wichtiger Weg für die Proteinbildung [27,28], das an der Synthese stressresistenter Proteine ​​beteiligt ist. Sowohl der Histidin- als auch der β-Alanin-Weg können die Pflanzentoleranz gegenüber Umweltstress verbessern [29,30]. Dies weist weiter darauf hin, dass die Unterschiede in den Metaboliten zwischen wildem und kultiviertem YCH eng mit den Prozessen der Stressresistenz zusammenhängen.

Der Boden ist die materielle 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 Substanz des Bodens enthält außerdem N, P, K, Zn, Ca, Mg und andere Makroelemente und Spurenelemente, die für Heilpflanzen erforderlich sind. Überschüssige oder mangelhafte Nährstoffe oder unausgewogene Nährstoffverhältnisse beeinträchtigen das Wachstum und die Entwicklung sowie die Qualität von Arzneimitteln, und verschiedene Pflanzen haben unterschiedliche Nährstoffanforderungen [31,32,33]. Beispielsweise förderte ein geringer N-Stress 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 N die Anreicherung von Flavonoiden bei Arten wie Erigeron breviscapus, Abrus cantoniensis und Ginkgo biloba und beeinträchtigte die Qualität medizinischer Materialien [34]. Die Anwendung von P-Dünger steigerte wirksam den Gehalt an Glycyrrhizinsäure und Dihydroaceton in Ural-Süßholz [35]. Wenn die Anwendungsmenge 0,12 kg·m−2 überstieg, nahm der Gesamtflavonoidgehalt in Tussilago farfara ab [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 K-Dünger war wirksam bei der Erhöhung seines Saponingehalts [38]. Die Anwendung von 450 kg·hm−2 K Dünger war für das Wachstum und die Saponinanreicherung des zwei Jahre alten Panax notoginseng am besten [39]. Unter dem Verhältnis N:P:K = 2:2:1 waren die Gesamtmengen an Hydrothermalextrakt, 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 unfruchtbaren Boden verträgt und möglicherweise einen besonderen Bedarf an Nährstoffen wie N, P und K hat. In dieser Studie war der Boden der wilden YCH-Pflanzen im Vergleich zum kultivierten YCH relativ unfruchtbar: die Bodeninhalte An organischer Substanz betrugen Gesamt-N, Gesamt-P und Gesamt-K etwa 1/10, 1/2, 1/3 bzw. 1/3 derjenigen der Kulturpflanzen. Daher könnten die Unterschiede in den Bodennährstoffen ein weiterer Grund für die Unterschiede zwischen den im kultivierten und wilden YCH nachgewiesenen Metaboliten sein. Weibao Ma et al. [42] fanden heraus, dass die Anwendung einer bestimmten Menge an N-Dünger und P-Dünger den Ertrag und die Qualität des Saatguts deutlich verbesserte. Allerdings ist die Wirkung von Nährstoffelementen auf die Qualität von YCH unklar und Düngemaßnahmen zur Verbesserung der Qualität von Arzneimitteln müssen weiter untersucht werden.

Chinesische Kräuterheilmittel haben die Eigenschaften: „Günstige Lebensräume fördern den Ertrag, und ungünstige Lebensräume verbessern die Qualität“ [43]. Im Zuge der allmählichen Verlagerung von wildem zu kultiviertem YCH veränderte sich der Lebensraum der Pflanzen von der trockenen und kargen Wüstensteppe hin zu fruchtbarem Ackerland mit mehr Wasserreichtum. Der Lebensraum des kultivierten YCH ist besser und der Ertrag ist höher, was hilfreich ist, um die Marktnachfrage zu decken. Dieser überlegene Lebensraum führte jedoch zu erheblichen Veränderungen in den Metaboliten von YCH; Ob dies der Verbesserung der YCH-Qualität förderlich ist und wie durch wissenschaftlich fundierte Anbaumaßnahmen eine qualitativ hochwertige Produktion von YCH erreicht werden kann, bedarf weiterer Forschung.

Simulative Habitatkultivierung ist eine Methode zur Simulation der Lebensraum- und Umweltbedingungen wildlebender Heilpflanzen, basierend auf Erkenntnissen über die langfristige Anpassung der Pflanzen an bestimmte Umweltbelastungen [43]. Durch die Simulation verschiedener Umweltfaktoren, die sich auf Wildpflanzen auswirken, insbesondere auf den ursprünglichen Lebensraum von Pflanzen, die als Quellen authentischer medizinischer Materialien dienen, 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. Die simulative Habitatkultivierung sollte einen wirksamen Weg für die qualitativ hochwertige Produktion von YCH bieten, auch wenn die pharmakodynamische Basis, Qualitätsmarker und Reaktionsmechanismen auf Umweltfaktoren unklar sind. Dementsprechend schlagen wir vor, dass wissenschaftliche Planungs- und Feldbewirtschaftungsmaßnahmen beim Anbau und der Produktion von YCH unter Berücksichtigung der Umweltmerkmale wilder YCH, wie etwa trockene, karge und sandige Bodenbedingungen, durchgeführt werden sollten. Gleichzeitig besteht die Hoffnung, dass die Forscher die Funktionsmaterialbasis und die Qualitätsmerkmale von YCH eingehender erforschen. Diese Studien können effektivere Bewertungskriterien für YCH liefern und die qualitativ hochwertige Produktion und nachhaltige Entwicklung der Branche fördern.