breu descripció:
La farmacopea xinesa (edició 2020) requereix que l'extracte de metanol de YCH no sigui inferior al 20,0% [2], sense especificar cap altre indicador d'avaluació de la qualitat. Els resultats d'aquest estudi mostren que els continguts dels extractes de metanol de les mostres silvestres i cultivades complien amb l'estàndard de la farmacopea, i no hi havia cap diferència significativa entre ells. Per tant, no hi havia cap diferència aparent de qualitat entre mostres silvestres i conreades, segons aquest índex. No obstant això, els continguts d'esterols totals i flavonoides totals a les mostres salvatges van ser significativament superiors als de les mostres cultivades. Una anàlisi metabolòmica posterior va revelar una abundant diversitat de metabòlits entre les mostres silvestres i cultivades. A més, es van examinar 97 metabòlits significativament diferents, que s'enumeren a la llistaTaula complementària S2. Entre aquests metabòlits significativament diferents es troben el β-sitosterol (ID és M397T42) i els derivats de la quercetina (M447T204_2), que s'ha informat que són ingredients actius. Entre els metabòlits diferencials també es van incloure components no notificats anteriorment, com ara trigonel·lina (M138T291_2), betaïna (M118T277_2), fustin (M269T36), rotenona (M241T189), arctiïna (M557T165) i àcid loganic (M399T284_2). Aquests components tenen diversos papers en l'antioxidació, antiinflamatoris, eliminació de radicals lliures, anticancerígens i tractament de l'aterosclerosi i, per tant, podrien constituir nous components actius putatius en YCH. El contingut d'ingredients actius determina l'eficàcia i la qualitat dels materials medicinals.7]. En resum, l'extracte de metanol com a únic índex d'avaluació de la qualitat de l'YCH té algunes limitacions i s'han d'explorar marcadors de qualitat més específics. Hi va haver diferències significatives en els esterols totals, els flavonoides totals i el contingut de molts altres metabòlits diferencials entre el YCH salvatge i el cultivat; per tant, hi havia potencialment algunes diferències de qualitat entre ells. Al mateix temps, els principis actius potencials recentment descoberts en YCH podrien tenir un valor de referència important per a l'estudi de la base funcional de YCH i el desenvolupament posterior dels recursos YCH.
La importància dels materials medicinals genuïns s'ha reconegut durant molt de temps a la regió específica d'origen per produir herbes medicinals xineses d'excel·lent qualitat.
8]. L'alta qualitat és un atribut essencial dels materials medicinals genuïns, i l'hàbitat és un factor important que afecta la qualitat d'aquests materials. Des que l'YCH va començar a utilitzar-se com a medicina, ha estat dominat durant molt de temps per l'YCH salvatge. Després de la introducció i domesticació reeixides de YCH a Ningxia a la dècada de 1980, la font de materials medicinals Yinchaihu va passar gradualment de YCH salvatge a cultivat. Segons una investigació prèvia sobre fonts de YCH [
9] i la investigació de camp del nostre grup de recerca, hi ha diferències significatives en les àrees de distribució dels materials medicinals cultivats i salvatges. El YCH salvatge es distribueix principalment a la regió autònoma de Ningxia Hui de la província de Shaanxi, adjacent a la zona àrida de Mongòlia Interior i Ningxia central. En particular, l'estepa del desert d'aquestes zones és l'hàbitat més adequat per al creixement de YCH. En canvi, el YCH conreat es distribueix principalment al sud de l'àrea de distribució salvatge, com ara el comtat de Tongxin (Cultivat I) i les seves zones circumdants, que s'ha convertit en la base de cultiu i producció més gran de la Xina, i el comtat de Pengyang (Cultivat II) , que es troba en una zona més meridional i és una altra zona productora de YCH cultivada. A més, els hàbitats de les dues àrees de cultiu anteriors no són estepes desèrtiques. Per tant, a més del mode de producció, també hi ha diferències significatives en l'hàbitat del YCH salvatge i cultivat. L'hàbitat és un factor important que afecta la qualitat dels materials medicinals a base d'herbes. Els diferents hàbitats afectaran la formació i acumulació de metabòlits secundaris a les plantes, afectant així la qualitat dels medicaments.
10,
11]. Per tant, les diferències significatives en els continguts de flavonoides totals i esterols totals i l'expressió dels 53 metabòlits que hem trobat en aquest estudi podrien ser el resultat de la gestió del camp i les diferències d'hàbitat.
Una de les principals maneres en què el medi ambient influeix en la qualitat dels materials medicinals és exercint estrès sobre les plantes d'origen. L'estrès ambiental moderat tendeix a estimular l'acumulació de metabòlits secundaris.
12,
13]. La hipòtesi del balanç de creixement/diferenciació estableix que, quan els nutrients són suficients, les plantes creixen principalment, mentre que quan els nutrients són deficients, les plantes es diferencien i produeixen més metabòlits secundaris.
14]. L'estrès per sequera causat per la deficiència d'aigua és el principal estrès ambiental que pateixen les plantes de les zones àrides. En aquest estudi, l'estat de l'aigua del YCH cultivat és més abundant, amb nivells de precipitació anuals significativament superiors als del YCH salvatge (el subministrament d'aigua del Cultivat I era aproximadament 2 vegades el del Wild; Cultivated II era aproximadament 3,5 vegades el del Wild). ). A més, el sòl a l'entorn salvatge és sòl sorrenc, però el sòl de les terres de conreu és sòl argilós. En comparació amb l'argila, el sòl sorrenc té una poca capacitat de retenció d'aigua i és més probable que empitjori l'estrès per sequera. Al mateix temps, el procés de cultiu sovint anava acompanyat de reg, per la qual cosa el grau d'estrès per sequera era baix. El YCH salvatge creix en hàbitats naturals àrids durs i, per tant, pot patir un estrès per sequera més greu.
L'osmoregulació és un mecanisme fisiològic important pel qual les plantes fan front a l'estrès per sequera, i els alcaloides són reguladors osmòtics importants a les plantes superiors.
15]. Les betaïnes són compostos alcaloides d'amoni quaternari solubles en aigua i poden actuar com a osmoprotectors. L'estrès per sequera pot reduir el potencial osmòtic de les cèl·lules, mentre que els osmoprotectors conserven i mantenen l'estructura i la integritat de les macromolècules biològiques i alleugen eficaçment els danys causats per l'estrès per sequera a les plantes.
16]. Per exemple, sota l'estrès per sequera, el contingut de betaïna de la remolatxa sucrera i Lycium barbarum va augmentar significativament.
17,
18]. La trigonel·lina és un regulador del creixement cel·lular i, sota l'estrès de la sequera, pot allargar la durada del cicle cel·lular de la planta, inhibir el creixement cel·lular i provocar una contracció del volum cel·lular. L'augment relatiu de la concentració de soluts a la cèl·lula permet a la planta assolir la regulació osmòtica i millorar la seva capacitat de resistir l'estrès per sequera.
19]. JIA X [
20] van trobar que, amb un augment de l'estrès per sequera, Astragalus membranaceus (una font de la medicina tradicional xinesa) va produir més trigonel·lina, que actua per regular el potencial osmòtic i millorar la capacitat de resistir l'estrès per sequera. També s'ha demostrat que els flavonoides tenen un paper important en la resistència de les plantes a l'estrès per sequera.
21,
22]. Un gran nombre d'estudis han confirmat que l'estrès moderat per sequera era propici per a l'acumulació de flavonoides. Lang Duo-Yong et al. [
23] van comparar els efectes de l'estrès per sequera sobre YCH controlant la capacitat de retenció d'aigua al camp. Es va trobar que l'estrès per sequera va inhibir el creixement de les arrels fins a cert punt, però en l'estrès per sequera moderat i greu (40% de capacitat de retenció d'aigua de camp), el contingut total de flavonoides en YCH va augmentar. Mentrestant, sota estrès per sequera, els fitoesterols poden actuar per regular la fluïdesa i la permeabilitat de la membrana cel·lular, inhibir la pèrdua d'aigua i millorar la resistència a l'estrès.
24,
25]. Per tant, l'augment de l'acumulació de flavonoides totals, esterols totals, betaïna, trigonel·lina i altres metabòlits secundaris en YCH salvatge podria estar relacionat amb l'estrès per sequera d'alta intensitat.
En aquest estudi, es va realitzar una anàlisi d'enriquiment de la via KEGG en els metabòlits que es va trobar que eren significativament diferents entre el YCH salvatge i el cultivat. Els metabòlits enriquits incloïen els implicats en les vies del metabolisme de l'ascorbat i l'aldarat, la biosíntesi d'aminoacil-ARNt, el metabolisme de la histidina i el metabolisme de la beta-alanina. Aquestes vies metabòliques estan estretament relacionades amb els mecanismes de resistència a l'estrès de les plantes. Entre ells, el metabolisme de l'ascorbat té un paper important en la producció d'antioxidants vegetals, el metabolisme del carboni i del nitrogen, la resistència a l'estrès i altres funcions fisiològiques.
26]; La biosíntesi d'aminoacil-ARNt és una via important per a la formació de proteïnes.
27,
28], que participa en la síntesi de proteïnes resistents a l'estrès. Tant les vies de la histidina com la de la β-alanina poden millorar la tolerància de les plantes a l'estrès ambiental.
29,
30]. Això indica a més que les diferències de metabòlits entre el YCH salvatge i el cultivat estaven estretament relacionades amb els processos de resistència a l'estrès.
El sòl és la base material per al creixement i desenvolupament de les plantes medicinals. El nitrogen (N), el fòsfor (P) i el potassi (K) del sòl són elements nutritius importants per al creixement i desenvolupament de les plantes. La matèria orgànica del sòl també conté N, P, K, Zn, Ca, Mg i altres macroelements i oligoelements necessaris per a les plantes medicinals. Els nutrients excessius o deficients, o les proporcions de nutrients desequilibrades, afectaran el creixement i el desenvolupament i la qualitat dels materials medicinals, i les diferents plantes tenen diferents requeriments de nutrients.
31,
32,
33]. Per exemple, un baix estrès de N va promoure la síntesi d'alcaloides a Isatis indigotica i va ser beneficiós per a l'acumulació de flavonoides en plantes com Tetrastigma hemsleyanum, Crataegus pinnatifida Bunge i Dichondra repens Forst. En canvi, l'excés de N va inhibir l'acumulació de flavonoides en espècies com Erigeron breviscapus, Abrus cantoniensis i Ginkgo biloba, i va afectar la qualitat dels materials medicinals.
34]. L'aplicació del fertilitzant P va ser eficaç per augmentar el contingut d'àcid glicirrízic i dihidroacetona a la regalèssia dels Urals.
35]. Quan la quantitat d'aplicació va superar els 0·12 kg·m−2, el contingut total de flavonoides a Tussilago farfara va disminuir.
36]. L'aplicació d'un fertilitzant P va tenir un efecte negatiu sobre el contingut de polisacàrids en la medicina tradicional xinesa rhizoma polygonati
37], però un fertilitzant K va ser eficaç per augmentar el seu contingut de saponines [
38]. L'aplicació de fertilitzants de 450 kg·hm−2 K va ser el millor per al creixement i l'acumulació de saponina de Panax notoginseng de dos anys [1]
39]. Sota la proporció de N:P:K = 2:2:1, les quantitats totals d'extracte hidrotermal, harpagida i harpagòsid van ser les més altes.
40]. L'alta proporció de N, P i K va ser beneficiosa per promoure el creixement de Pogostemon cablin i augmentar el contingut d'oli volàtil. Una baixa proporció de N, P i K va augmentar el contingut dels principals components efectius de l'oli de fulla de tija de Pogostemon cablin.
41]. L'YCH és una planta tolerant al sòl estèril i podria tenir requisits específics per a nutrients com N, P i K. En aquest estudi, en comparació amb l'YCH cultivat, el sòl de les plantes silvestres d'YCH era relativament àrid: el contingut del sòl de matèria orgànica, N total, P total i K total eren aproximadament 1/10, 1/2, 1/3 i 1/3 dels de les plantes cultivades, respectivament. Per tant, les diferències en els nutrients del sòl podrien ser un altre motiu de les diferències entre els metabòlits detectats en el YCH cultivat i el salvatge. Weibao Ma et al. [
42] va trobar que l'aplicació d'una certa quantitat de fertilitzant N i fertilitzant P va millorar significativament el rendiment i la qualitat de les llavors. Tanmateix, l'efecte dels elements nutritius sobre la qualitat de l'YCH no està clar, i les mesures de fertilització per millorar la qualitat dels materials medicinals necessiten més estudis.
Les herbes medicinals xineses tenen les característiques de "Els hàbitats favorables afavoreixen el rendiment i els hàbitats desfavorables milloren la qualitat" [
43]. En el procés d'un canvi gradual de YCH salvatge a cultivat, l'hàbitat de les plantes va canviar de l'estepa del desert àrid i àrid a terres de cultiu fèrtils amb aigua més abundant. L'hàbitat del YCH cultivat és superior i el rendiment és més alt, la qual cosa és útil per satisfer la demanda del mercat. Tanmateix, aquest hàbitat superior va provocar canvis significatius en els metabòlits de YCH; Si això és propici per millorar la qualitat de YCH i com aconseguir una producció d'alta qualitat de YCH mitjançant mesures de cultiu basades en la ciència requerirà més investigacions.
El cultiu d'hàbitat simulatiu és un mètode de simulació de l'hàbitat i les condicions ambientals de les plantes medicinals silvestres, basat en el coneixement de l'adaptació a llarg termini de les plantes a estrès ambientals específics.
43]. En simular diversos factors ambientals que afecten les plantes silvestres, especialment l'hàbitat original de les plantes utilitzades com a fonts de materials medicinals autèntics, l'enfocament utilitza un disseny científic i una intervenció humana innovadora per equilibrar el creixement i el metabolisme secundari de les plantes medicinals xineses.
43]. Els mètodes tenen com a objectiu aconseguir les disposicions òptimes per al desenvolupament de materials medicinals d'alta qualitat. El cultiu simulatiu d'hàbitats hauria de proporcionar una manera eficaç per a la producció d'alta qualitat de YCH fins i tot quan la base farmacodinàmica, els marcadors de qualitat i els mecanismes de resposta als factors ambientals no estan clars. En conseqüència, suggerim que el disseny científic i les mesures de gestió del camp en el cultiu i la producció de YCH s'haurien de dur a terme en referència a les característiques ambientals de YCH salvatge, com ara les condicions del sòl àrid, àrid i sorrenc. Al mateix temps, també s'espera que els investigadors realitzin una investigació més profunda sobre la base del material funcional i els marcadors de qualitat de YCH. Aquests estudis poden proporcionar criteris d'avaluació més efectius per a YCH i promoure la producció d'alta qualitat i el desenvolupament sostenible de la indústria.
