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L’importanza dei materiali medicinali autentici è stata riconosciuta da tempo nella specifica regione di origine per la produzione di medicinali erboristici cinesi di eccellente qualità [8]. L'alta qualità è un attributo essenziale dei materiali medicinali genuini e l'habitat è un fattore importante che influenza la qualità di tali materiali. Da quando l'YCH ha cominciato ad essere usato come medicina, è stato a lungo dominato dall'YCH selvatico. Dopo il successo dell'introduzione e dell'addomesticamento dell'YCH nel Ningxia negli anni '80, la fonte dei materiali medicinali Yinchaihu si è gradualmente spostata dall'YCH selvatico a quello coltivato. Secondo una precedente indagine sulle fonti YCH [9] e l'indagine sul campo del nostro gruppo di ricerca, ci sono differenze significative nelle aree di distribuzione dei materiali medicinali coltivati ​​e selvatici. L'YCH selvatico è distribuito principalmente nella regione autonoma del Ningxia Hui della provincia dello Shaanxi, adiacente alla zona arida della Mongolia interna e al Ningxia centrale. In particolare, la steppa desertica di queste aree rappresenta l'habitat più adatto per la crescita dell'YCH. Al contrario, l'YCH coltivato è distribuito principalmente a sud dell'area di distribuzione selvatica, come la contea di Tongxin (coltivata I) e le aree circostanti, che è diventata la più grande base di coltivazione e produzione in Cina, e la contea di Pengyang (coltivata II). , che si trova in un'area più meridionale ed è un'altra zona di produzione di YCH coltivato. Inoltre, gli habitat delle due aree coltivate sopra non sono steppe desertiche. Pertanto, oltre alla modalità di produzione, esistono anche differenze significative nell'habitat degli YCH selvatici e coltivati. L'habitat è un fattore importante che influenza la qualità dei materiali medicinali a base di erbe. Habitat diversi influenzeranno la formazione e l'accumulo di metaboliti secondari nelle piante, influenzando così la qualità dei medicinali [10,11]. Pertanto, le differenze significative nel contenuto di flavonoidi totali e steroli totali e nell'espressione dei 53 metaboliti che abbiamo riscontrato in questo studio potrebbero essere il risultato della gestione del campo e delle differenze di habitat.

Uno dei modi principali in cui l'ambiente influenza la qualità dei materiali medicinali è esercitando stress sulle piante di origine. Uno stress ambientale moderato tende a stimolare l’accumulo di metaboliti secondari.12,13]. L’ipotesi dell’equilibrio crescita/differenziazione afferma che, quando i nutrienti sono in quantità sufficiente, le piante crescono principalmente, mentre quando i nutrienti sono carenti, le piante si differenziano principalmente e producono più metaboliti secondari.14]. Lo stress da siccità causato dalla carenza idrica è il principale stress ambientale affrontato dalle piante nelle zone aride. In questo studio, le condizioni dell'acqua dell'YCH coltivato sono più abbondanti, con livelli di precipitazioni annuali significativamente più alti di quelli dell'YCH selvatico (l'approvvigionamento idrico per il Cultivated I era circa 2 volte quello del Wild; il Cultivated II era circa 3,5 volte quello del Wild ). Inoltre, il terreno nell'ambiente selvatico è sabbioso, ma il terreno nei terreni agricoli è argilloso. Rispetto all’argilla, il terreno sabbioso ha una scarsa capacità di ritenzione idrica ed è più propenso ad aggravare lo stress da siccità. Allo stesso tempo, il processo di coltivazione era spesso accompagnato dall’irrigazione, quindi il grado di stress da siccità era basso. L'YCH selvatico cresce in habitat naturali aridi e difficili e quindi può soffrire di stress da siccità più gravi.

L’osmoregolazione è un importante meccanismo fisiologico attraverso il quale le piante affrontano lo stress da siccità e gli alcaloidi sono importanti regolatori osmotici nelle piante superiori.15]. Le betaine sono composti alcaloidi quaternari di ammonio solubili in acqua e possono agire come osmoprotettori. Lo stress da siccità può ridurre il potenziale osmotico delle cellule, mentre gli osmoprotettori preservano e mantengono la struttura e l’integrità delle macromolecole biologiche e alleviano efficacemente il danno causato dallo stress da siccità alle piante.16]. Ad esempio, in condizioni di stress da siccità, il contenuto di betaina nella barbabietola da zucchero e nel Lycium barbarum è aumentato significativamente.17,18]. La trigonellina è un regolatore della crescita cellulare e, in condizioni di stress da siccità, può estendere la durata del ciclo cellulare della pianta, inibire la crescita cellulare e portare al restringimento del volume cellulare. Il relativo aumento della concentrazione di soluti nella cellula consente alla pianta di ottenere una regolazione osmotica e di migliorare la sua capacità di resistere allo stress da siccità.19]. JIA X [20] hanno scoperto che, con un aumento dello stress da siccità, l'Astragalus membranaceus (una fonte della medicina tradizionale cinese) produce più trigonellina, che agisce per regolare il potenziale osmotico e migliorare la capacità di resistere allo stress da siccità. È stato anche dimostrato che i flavonoidi svolgono un ruolo importante nella resistenza delle piante allo stress da siccità.21,22]. Numerosi studi hanno confermato che un moderato stress da siccità favorisce l’accumulo di flavonoidi. Lang Duo-Yong et al. [23] hanno confrontato gli effetti dello stress da siccità sull’YCH controllando la capacità di ritenzione idrica sul campo. Si è scoperto che lo stress da siccità inibiva la crescita delle radici in una certa misura, ma in stress da siccità moderato e grave (40% della capacità di ritenzione idrica del campo), il contenuto totale di flavonoidi nell'YCH aumentava. Nel frattempo, in condizioni di stress da siccità, i fitosteroli possono agire per regolare la fluidità e la permeabilità della membrana cellulare, inibire la perdita di acqua e migliorare la resistenza allo stress.24,25]. Pertanto, l’aumento dell’accumulo di flavonoidi totali, steroli totali, betaina, trigonellina e altri metaboliti secondari nell’YCH selvatico potrebbe essere correlato allo stress da siccità ad alta intensità.

In questo studio, l'analisi dell'arricchimento del percorso KEGG è stata eseguita sui metaboliti che sono risultati significativamente diversi tra l'YCH selvatico e quello coltivato. I metaboliti arricchiti includevano quelli coinvolti nelle vie del metabolismo dell'ascorbato e dell'aldarato, nella biosintesi dell'aminoacil-tRNA, nel metabolismo dell'istidina e nel metabolismo della beta-alanina. Queste vie metaboliche sono strettamente correlate ai meccanismi di resistenza allo stress delle piante. Tra questi, il metabolismo dell’ascorbato svolge un ruolo importante nella produzione di antiossidanti delle piante, nel metabolismo del carbonio e dell’azoto, nella resistenza allo stress e in altre funzioni fisiologiche.26]; La biosintesi degli aminoacil-tRNA è un percorso importante per la formazione delle proteine.27,28], che è coinvolto nella sintesi delle proteine ​​resistenti allo stress. Sia la via dell’istidina che quella della β-alanina possono migliorare la tolleranza delle piante allo stress ambientale.29,30]. Ciò indica inoltre che le differenze nei metaboliti tra l'YCH selvatico e quello coltivato erano strettamente correlate ai processi di resistenza allo stress.

Il suolo è la base materiale per la crescita e lo sviluppo delle piante medicinali. L'azoto (N), il fosforo (P) e il potassio (K) nel suolo sono elementi nutritivi importanti per la crescita e lo sviluppo delle piante. La sostanza organica del suolo contiene anche N, P, K, Zn, Ca, Mg e altri macroelementi e oligoelementi necessari per le piante medicinali. Nutrienti eccessivi o carenti, o rapporti nutritivi sbilanciati, influenzeranno la crescita, lo sviluppo e la qualità dei materiali medicinali, e piante diverse hanno fabbisogni nutrizionali diversi.31,32,33]. Ad esempio, un basso stress di N ha promosso la sintesi di alcaloidi nell'Isatis indigotica ed è stato benefico per l'accumulo di flavonoidi in piante come Tetrastigma hemsleyanum, Crataegus pinnatifida Bunge e Dichondra repens Forst. Al contrario, troppo N ha inibito l’accumulo di flavonoidi in specie come Erigeron breviscapus, Abrus cantoniensis e Ginkgo biloba e ha influenzato la qualità dei materiali medicinali.34]. L'applicazione del fertilizzante P è stata efficace nell'aumentare il contenuto di acido glicirrizico e diidroacetone nella liquirizia degli Urali [35]. Quando la quantità di applicazione superava 0,12 kg·m−2, il contenuto totale di flavonoidi nella Tussilago farfara diminuiva [36]. L’applicazione di un fertilizzante P ha avuto un effetto negativo sul contenuto di polisaccaridi nel rhizoma polygonati della medicina tradizionale cinese [37], ma un fertilizzante K si è rivelato efficace nell’aumentare il suo contenuto di saponine [38]. L'applicazione di 450 kg·hm−2 K di fertilizzante è stata la soluzione migliore per la crescita e l'accumulo di saponina del Panax notoginseng di due anni [39]. Con il rapporto N:P:K = 2:2:1, le quantità totali di estratto idrotermale, arpagide e arpagoside erano le più alte.40]. L'elevato rapporto di N, P e K è stato utile per promuovere la crescita di Pogostemon cablin e aumentare il contenuto di olio volatile. Un basso rapporto di N, P e K ha aumentato il contenuto dei principali componenti efficaci dell'olio di foglie di stelo Pogostemon cablin [41]. YCH è una pianta tollerante al terreno arido e potrebbe avere requisiti specifici per nutrienti come N, P e K. In questo studio, rispetto all'YCH coltivato, il terreno delle piante YCH selvatiche era relativamente sterile: il contenuto del suolo di sostanza organica, N totale, P totale e K totale erano rispettivamente circa 1/10, 1/2, 1/3 e 1/3 quelli delle piante coltivate. Pertanto, le differenze nei nutrienti del suolo potrebbero essere un'altra ragione delle differenze tra i metaboliti rilevati nell'YCH coltivato e in quello selvatico. Weibao Ma et al. [42] hanno scoperto che l'applicazione di una certa quantità di fertilizzante N e di fertilizzante P ha migliorato significativamente la resa e la qualità dei semi. Tuttavia, l’effetto degli elementi nutritivi sulla qualità dell’YCH non è chiaro e le misure di fertilizzazione per migliorare la qualità dei materiali medicinali necessitano di ulteriori studi.

Le medicine erboristiche cinesi hanno le caratteristiche di "Gli habitat favorevoli promuovono la resa e gli habitat sfavorevoli migliorano la qualità" [43]. Nel processo di graduale passaggio dall'YCH selvatico a quello coltivato, l'habitat delle piante è cambiato dall'arida e sterile steppa del deserto a fertili terreni agricoli con acqua più abbondante. L'habitat dell'YCH coltivato è superiore e la resa è più elevata, il che è utile per soddisfare la domanda del mercato. Tuttavia, questo habitat superiore ha portato a cambiamenti significativi nei metaboliti dell’YCH; se ciò sia favorevole al miglioramento della qualità dell’YCH e come ottenere una produzione di alta qualità di YCH attraverso misure di coltivazione basate sulla scienza richiederanno ulteriori ricerche.

La coltivazione simulativa dell'habitat è un metodo per simulare l'habitat e le condizioni ambientali delle piante medicinali selvatiche, basato sulla conoscenza dell'adattamento a lungo termine delle piante a specifici stress ambientali.43]. Simulando vari fattori ambientali che influenzano le piante selvatiche, in particolare l'habitat originale delle piante utilizzate come fonti di materiali medicinali autentici, l'approccio utilizza la progettazione scientifica e l'intervento umano innovativo per bilanciare la crescita e il metabolismo secondario delle piante medicinali cinesi [43]. I metodi mirano a raggiungere le disposizioni ottimali per lo sviluppo di materiali medicinali di alta qualità. La coltivazione simulativa dell’habitat dovrebbe fornire un modo efficace per la produzione di alta qualità di YCH anche quando le basi farmacodinamiche, i marcatori di qualità e i meccanismi di risposta ai fattori ambientali non sono chiari. Di conseguenza, suggeriamo che la progettazione scientifica e le misure di gestione del campo nella coltivazione e produzione di YCH siano effettuate con riferimento alle caratteristiche ambientali dell’YCH selvatico, come le condizioni del terreno arido, sterile e sabbioso. Allo stesso tempo, si spera anche che i ricercatori conducano ricerche più approfondite sulla base del materiale funzionale e sui marcatori di qualità di YCH. Questi studi possono fornire criteri di valutazione più efficaci per YCH e promuovere la produzione di alta qualità e lo sviluppo sostenibile del settore.