Čínsky liekopis (vydanie z roku 2020) vyžaduje, aby metanolový extrakt YCH nemal byť nižší ako 20,0 % [2], bez špecifikovaných iných ukazovateľov hodnotenia kvality. Výsledky tejto štúdie ukazujú, že obsahy metanolových extraktov voľne žijúcich a kultivovaných vzoriek spĺňali štandardy liekopisu a nebol medzi nimi žiadny významný rozdiel. Preto nebol podľa tohto indexu zjavný rozdiel v kvalite medzi divokými a kultivovanými vzorkami. Avšak obsah celkových sterolov a celkových flavonoidov vo vzorkách z divokej prírody bol výrazne vyšší ako v kultivovaných vzorkách. Ďalšia metabolomická analýza odhalila bohatú diverzitu metabolitov medzi divokými a kultivovanými vzorkami. Okrem toho sa vyšetrilo 97 významne odlišných metabolitov, ktoré sú uvedené vDoplnková tabuľka S2. Medzi tieto výrazne odlišné metabolity patrí β-sitosterol (ID je M397T42) a deriváty kvercetínu (M447T204_2), o ktorých sa uvádza, že sú účinnými zložkami. Predtým neohlásené zložky, ako trigonelín (M138T291_2), betaín (M118T277_2), fustin (M269T36), rotenón (M241T189), arctiín (M557T165) a kyselina logánová (M399T284_2), boli tiež zahrnuté medzi diferenciálne metabolity. Tieto zložky hrajú rôzne úlohy pri antioxidačnej, protizápalovej, vychytávaní voľných radikálov, v boji proti rakovine a liečbe aterosklerózy, a preto môžu predstavovať predpokladané nové aktívne zložky v YCH. Obsah účinných látok určuje účinnosť a kvalitu liečivých materiálov [7]. Stručne povedané, metanolový extrakt ako jediný index hodnotenia kvality YCH má určité obmedzenia a je potrebné ďalej skúmať konkrétnejšie ukazovatele kvality. Medzi divokým a kultivovaným YCH boli významné rozdiely v celkových steroloch, celkových flavonoidoch a obsahoch mnohých iných rozdielnych metabolitov; takže medzi nimi boli potenciálne určité rozdiely v kvalite. Zároveň novoobjavené potenciálne aktívne zložky v YCH môžu mať dôležitú referenčnú hodnotu pre štúdium funkčného základu YCH a ďalší rozvoj zdrojov YCH.
Význam pravých liečivých materiálov je už dlho uznávaný v špecifickom regióne pôvodu pre výrobu čínskych bylinných liekov vynikajúcej kvality [
8]. Vysoká kvalita je základným atribútom pravých liečivých materiálov a biotop je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim kvalitu takýchto materiálov. Odkedy sa YCH začal používať ako liek, dlho v ňom dominoval divoký YCH. Po úspešnom zavedení a domestikácii YCH v Ningxia v 80. rokoch 20. storočia sa zdroj liečivých materiálov Yinchaihu postupne presunul z divokého na kultivovaný YCH. Podľa predchádzajúceho vyšetrovania zdrojov YCH [
9] a terénnom výskume našej výskumnej skupiny existujú významné rozdiely v distribučných oblastiach pestovaných a divokých liečivých materiálov. Divoký YCH sa vyskytuje hlavne v autonómnej oblasti Ningxia Hui v provincii Shaanxi, ktorá susedí so suchou zónou Vnútorného Mongolska a centrálnej Ningxie. Najmä púštna step v týchto oblastiach je najvhodnejším biotopom pre rast YCH. Na rozdiel od toho, kultivovaný YCH je distribuovaný hlavne na juh od voľnej distribučnej oblasti, ako je okres Tongxin (kultivovaný I) a jeho okolité oblasti, ktoré sa stali najväčšou pestovateľskou a výrobnou základňou v Číne, a okres Pengyang (kultivovaný II) , ktorá sa nachádza v južnejšej oblasti a je ďalšou produkčnou oblasťou pestovania YCH. Navyše, biotopy vyššie uvedených dvoch kultivovaných oblastí nie sú púštnou stepou. Preto sú okrem spôsobu produkcie výrazné rozdiely aj v biotope voľne žijúcich a pestovaných YCH. Biotop je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim kvalitu rastlinných liečivých materiálov. Rôzne biotopy ovplyvnia tvorbu a akumuláciu sekundárnych metabolitov v rastlinách, čím ovplyvnia kvalitu liečivých prípravkov [
10,
11]. Preto významné rozdiely v obsahu celkových flavonoidov a celkových sterolov a expresie 53 metabolitov, ktoré sme našli v tejto štúdii, môžu byť výsledkom terénneho manažmentu a rozdielov v biotopoch.
Jedným z hlavných spôsobov, ako životné prostredie ovplyvňuje kvalitu liečivých materiálov, je pôsobenie stresu na zdrojové rastliny. Mierny environmentálny stres má tendenciu stimulovať akumuláciu sekundárnych metabolitov [
12,
13]. Hypotéza rovnováhy medzi rastom a diferenciáciou uvádza, že keď je dostatok živín, rastliny primárne rastú, zatiaľ čo keď je živín nedostatok, rastliny sa hlavne diferencujú a produkujú viac sekundárnych metabolitov [
14]. Stres zo sucha spôsobený nedostatkom vody je hlavným environmentálnym stresom, ktorému čelia rastliny v suchých oblastiach. V tejto štúdii je vodný stav pestovaného YCH hojnejší, s ročnými hladinami zrážok výrazne vyššími ako v prípade divokých YCH (zásoba vody pre kultivovaný I bol asi 2-krát väčší ako vo voľnej prírode; kultivovaný II bol asi 3,5-krát vyšší ako vo voľnej prírode ). Okrem toho pôda vo voľnej prírode je piesčitá, ale pôda v poľnohospodárskej pôde je hlinitá. V porovnaní s hlinou má piesčitá pôda slabú schopnosť zadržiavať vodu a je pravdepodobnejšie, že zhorší stres zo sucha. Zároveň bol proces pestovania často sprevádzaný zálievkou, takže stupeň stresu zo sucha bol nízky. Divoký YCH rastie v drsných prírodných suchých biotopoch, a preto môže trpieť závažnejším stresom zo sucha.
Osmoregulácia je dôležitý fyziologický mechanizmus, ktorým sa rastliny vyrovnávajú so stresom zo sucha a alkaloidy sú dôležité osmotické regulátory vyšších rastlín [
15]. Betaíny sú vo vode rozpustné alkaloidné kvartérne amóniové zlúčeniny a môžu pôsobiť ako osmoprotektanty. Stres zo sucha môže znížiť osmotický potenciál buniek, zatiaľ čo osmoprotektanty zachovávajú a udržiavajú štruktúru a integritu biologických makromolekúl a účinne zmierňujú poškodenie rastlín spôsobené stresom zo sucha.
16]. Napríklad pri strese zo sucha sa obsah betaínu v cukrovej repe a Lycium barbarum výrazne zvýšil [
17,
18]. Trigonelín je regulátorom bunkového rastu a pri strese zo sucha môže predĺžiť dĺžku bunkového cyklu rastliny, inhibovať rast buniek a viesť k zmenšeniu objemu buniek. Relatívne zvýšenie koncentrácie rozpustenej látky v bunke umožňuje rastline dosiahnuť osmotickú reguláciu a zvýšiť jej schopnosť odolávať stresu zo sucha.
19]. JIA X [
20] zistili, že s nárastom stresu zo sucha produkuje Astragalus membranaceus (zdroj tradičnej čínskej medicíny) viac trigonelínu, ktorý pôsobí na reguláciu osmotického potenciálu a zlepšuje schopnosť odolávať stresu zo sucha. Ukázalo sa tiež, že flavonoidy zohrávajú dôležitú úlohu pri odolnosti rastlín voči stresu zo sucha [
21,
22]. Veľké množstvo štúdií potvrdilo, že mierny stres zo sucha prispieval k hromadeniu flavonoidov. Lang Duo-Yong a kol. [
23] porovnával účinky stresu zo sucha na YCH kontrolou schopnosti zadržiavať vodu na poli. Zistilo sa, že stres zo sucha do určitej miery inhiboval rast koreňov, ale pri strednom a silnom strese zo sucha (40 % poľná kapacita zadržiavania vody) sa celkový obsah flavonoidov v YCH zvýšil. Medzitým pri strese zo sucha môžu fytosteroly pôsobiť tak, že regulujú fluiditu a priepustnosť bunkových membrán, inhibujú stratu vody a zlepšujú odolnosť voči stresu [
24,
25]. Preto zvýšená akumulácia celkových flavonoidov, celkových sterolov, betaínu, trigonelínu a iných sekundárnych metabolitov v divokom YCH môže súvisieť so stresom zo sucha s vysokou intenzitou.
V tejto štúdii sa analýza obohatenia KEGG dráhy uskutočnila na metabolitoch, o ktorých sa zistilo, že sa výrazne líšia medzi divokým a kultivovaným YCH. Obohatené metabolity zahŕňali tie, ktoré sa podieľajú na dráhach metabolizmu askorbátu a aldarátu, biosyntéze aminoacyl-tRNA, metabolizme histidínu a metabolizmu beta-alanínu. Tieto metabolické dráhy úzko súvisia s mechanizmami odolnosti rastlín voči stresu. Medzi nimi metabolizmus askorbátu hrá dôležitú úlohu pri produkcii antioxidantov v rastlinách, metabolizme uhlíka a dusíka, odolnosti voči stresu a iných fyziologických funkciách [
26]; Biosyntéza aminoacyl-tRNA je dôležitou cestou pre tvorbu proteínov [
27,
28], ktorý sa podieľa na syntéze proteínov odolných voči stresu. Histidínové aj β-alanínové dráhy môžu zvýšiť toleranciu rastlín voči environmentálnemu stresu [
29,
30]. To ďalej naznačuje, že rozdiely v metabolitoch medzi divokým a kultivovaným YCH úzko súviseli s procesmi odolnosti voči stresu.
Pôda je materiálnym základom pre rast a vývoj liečivých rastlín. Dusík (N), fosfor (P) a draslík (K) v pôde sú dôležitými živinami pre rast a vývoj rastlín. Pôdna organická hmota obsahuje aj N, P, K, Zn, Ca, Mg a ďalšie makroprvky a stopové prvky potrebné pre liečivé rastliny. Nadmerné alebo nedostatočné živiny alebo nevyvážené pomery živín ovplyvnia rast a vývoj a kvalitu liečivých materiálov a rôzne rastliny majú rôzne požiadavky na živiny [
31,
32,
33]. Napríklad nízky N stres podporoval syntézu alkaloidov v Isatis indigotica a bol prospešný pre akumuláciu flavonoidov v rastlinách, ako je Tetrastigma hemsleyanum, Crataegus pinnatifida Bunge a Dichondra repens Forst. Na rozdiel od toho príliš veľa N inhibovalo akumuláciu flavonoidov u druhov ako Erigeron breviscapus, Abrus cantoniensis a Ginkgo biloba a ovplyvnilo kvalitu liečivých materiálov.
34]. Aplikácia hnojiva P bola účinná na zvýšenie obsahu kyseliny glycyrizínovej a dihydroacetónu v lykožrúte uralskom [
35]. Keď aplikačné množstvo presiahlo 0,12 kg·m−2, celkový obsah flavonoidov v Tussilago farfara klesol [
36]. Aplikácia hnojiva P mala negatívny vplyv na obsah polysacharidov v tradičnej čínskej medicíne rhizoma polygonati [
37], ale hnojivo K bolo účinné pri zvyšovaní obsahu saponínov [
38]. Aplikácia 450 kg·hm−2 K hnojiva bola najlepšia pre rast a akumuláciu saponínov dvojročného Panax notoginseng [
39]. Pri pomere N:P:K = 2:2:1 boli celkové množstvá hydrotermálneho extraktu, harpagidu a harpagosidu najvyššie [
40]. Vysoký pomer N, P a K bol prospešný na podporu rastu Pogostemon cablin a zvýšenie obsahu prchavého oleja. Nízky pomer N, P a K zvýšil obsah hlavných účinných zložiek oleja zo stonkových listov Pogostemon cablin [
41]. YCH je rastlina tolerantná k neplodnej pôde a môže mať špecifické požiadavky na živiny, ako sú N, P a K. V tejto štúdii bola pôda divokých rastlín YCH v porovnaní s pestovanou YCH relatívne neplodná: obsah pôdy organickej hmoty, celkový N, celkový P a celkový K boli asi 1/10, 1/2, 1/3 a 1/3 v porovnaní s pestovanými rastlinami. Preto môžu byť rozdiely v pôdnych živinách ďalším dôvodom rozdielov medzi metabolitmi zistenými v kultivovanom a divokom YCH. Weibao Ma a kol. [
42] zistili, že aplikácia určitého množstva N hnojiva a P hnojiva výrazne zlepšila úrodu a kvalitu semien. Vplyv živných prvkov na kvalitu YCH však nie je jasný a opatrenia na hnojenie na zlepšenie kvality liečivých materiálov si vyžadujú ďalšie štúdium.
Čínske bylinné lieky majú vlastnosti „Priaznivé biotopy podporujú výnos a nepriaznivé biotopy zlepšujú kvalitu“ [
43]. V procese postupného prechodu od divokých k pestovaným YCH sa biotop rastlín zmenil zo suchej a neúrodnej púštnej stepi na úrodnú poľnohospodársku pôdu s výdatnejším množstvom vody. Biotop pestovaného YCH je lepší a výnos je vyšší, čo pomáha uspokojiť dopyt trhu. Tento vynikajúci biotop však viedol k významným zmenám v metabolitoch YCH; či to vedie k zlepšeniu kvality YCH a ako dosiahnuť vysokokvalitnú produkciu YCH prostredníctvom vedecky podložených pestovateľských opatrení si bude vyžadovať ďalší výskum.
Simulačné pestovanie biotopov je metóda simulácie biotopu a podmienok prostredia voľne rastúcich liečivých rastlín, založená na znalostiach o dlhodobej adaptácii rastlín na špecifické environmentálne stresy.
43]. Simuláciou rôznych environmentálnych faktorov, ktoré ovplyvňujú voľne žijúce rastliny, najmä pôvodný biotop rastlín používaných ako zdroje autentických liečivých materiálov, tento prístup využíva vedecký dizajn a inovatívne ľudské zásahy na vyváženie rastu a sekundárneho metabolizmu čínskych liečivých rastlín [
43]. Cieľom metód je dosiahnuť optimálne usporiadanie pre vývoj vysokokvalitných liečivých materiálov. Simulačná kultivácia biotopov by mala poskytnúť efektívny spôsob pre vysokokvalitnú produkciu YCH, aj keď farmakodynamický základ, markery kvality a mechanizmy odozvy na environmentálne faktory sú nejasné. V súlade s tým navrhujeme, aby sa opatrenia vedeckého návrhu a manažmentu v teréne pri pestovaní a produkcii YCH vykonávali s ohľadom na environmentálne charakteristiky voľne žijúcich YCH, ako sú suché, neplodné a piesčité pôdne podmienky. Zároveň sa tiež dúfa, že výskumníci budú vykonávať hlbší výskum na báze funkčných materiálov a kvalitatívnych markerov YCH. Tieto štúdie môžu poskytnúť efektívnejšie hodnotiace kritériá pre YCH a podporiť vysokokvalitnú výrobu a trvalo udržateľný rozvoj priemyslu.