耿晓桐

（信阳农林学院，河南 信阳 464000）

地黄（Rehmannia glutinosa）是玄参科（Scrophulariacease）地黄属（Rehmannia）多年生草本植物，始载于《神农本草经》，含有环烯醚萜苷类、苯乙醇苷类、糖类、紫罗兰酮、氨基酸类等多种化学成分[1]，具有增强免疫力、降血糖、抗氧化等多种作用功效[2]，是我国“四大怀药”之一。地黄在实际种植中存在着严重的连作障碍[3]。《本草乘雅半偈》首次对其连作现象进行记载[4]：“地黄种植之后，其土变苦……足十年，土味转甜，始可复种地黄，否则味苦形瘦，不堪入药也。”研究发现，连作改变了地黄的生理生化状态[3]、抑制了地黄生长和块根发育[5]。因此，如何消减地黄的连作障碍是保证地黄产业健康发展的重要途径。目前，围绕连作障碍国内外学者主要从地黄连作过程中土壤中的化感物质[6]、根际微生物[7]等地黄连作障碍的成因和连作障碍的消减措施等方面开展相关研究，本文主要从以上几个方面对地黄连作障碍的研究进展进行梳理，为地黄相关研究提供参考。

1 地黄连作障碍的形成机制研究

1.1 化感物质的研究

化感物质是植物向周围环境中释放某种物质，从而促进或抑制自身或其他植物（微生物）的生长发育[8]。药用植物体内也存在着多种活性物质，如萜类、酚酸类、黄酮类等，这些物质以次生代谢产物形式存在于某些组织细胞中，待其合成后转运至植物体各个组织部位中，其中某些次生代谢产物通过茎叶淋溶[8]、根系分泌、残株分解[9]等方式释放到根际土壤中，可能是引起化感作用的重要化感物质来源[10]。

国内外学者们认为药用植物化感作用是导致连作障碍产生的主要原因之一，目前关于地黄化感物质研究报道较多的为酚酸类和其他类成分。杜家方等发现根际土壤中化感物质是不断积累的；张宝等发现丁香酸可能是引起地黄连作效应的主导物质；陈枫等发现地黄根际土壤中香豆酸、对羟基苯甲酸和香草酸等成分对其生长抑制有较强作用。另外，朱广军等发现地黄根际土壤中存在酚类和其他化感物质的组分；郝群辉等发现地黄根际土壤水提液中存在酯类、酸类、醇类等12 种成分；李振方等发现连作地黄土壤浸提液中有机酸类、苷类和甾醇类等物质；张宝在地黄种植后的根际土壤中发现了20 多种仅存在于根际土壤的次生代谢物质。

明代《本草乘雅半偈》[4]中有关地黄的连作障碍曾记载表明地黄的种植改变了其相应土壤的化学性质，土壤的苦味应该与土壤中特殊的化学物质有关，而鲜地黄性苦，因此这种物质可能与地黄植株中的次生代谢产物之间存在一定的关系。根际作为植物、土壤和微生物三者相互作用的活跃界面，药用植物在种植过程中会通过植物根系不断地向根际土壤分泌植物体内合成的一些次生代谢产物，而这些次生代谢产物是药材产生临床功效的物质基础。次生代谢产物作为根际微生态系统的重要因子，直接影响根际微生物的种类、数量及代谢过程，同时根际微生物群落结构的变化也对根系代谢物释放、土壤物质循环等产生影响，因此代谢产物在根际微生态系统的调节过程中起着重要的作用。

1.2 根际微生物的研究

根际是一个复杂的多元系统，一方面包含来自于地黄根系分泌的次生代谢产物，另一方面存在着来源于微生物等多种代谢途径产生的代谢产物以及丰富的微生物群落[11]，是“植物-土壤-微生物”系统内多种因素综合作用的结果。微生物与土壤生态功能相辅相成、息息相关，并且与植物之间有着紧密的联系。根际有益微生物可通过诱导植物对生物及非生物胁迫的抗性促进植物生长[12]，根际有害微生物通过产生多种具有影响生理活性功能的低分子化合物影响植物细胞活性[13]。因此，连作过程中根际微生物群落特征发生变化可能与地黄的连作障碍有一定关系。

何江华等发现地黄种植后根际土壤放线菌、真菌数量均明显增加；祁建军发现地黄种植后根际微生物群落结构发生变化；张重义等发现地黄连作后根际细菌群落结构趋于简单、种类减少；吴林坤等发现重茬地黄根际土壤较头茬地黄相比根际微生物总量显著下降，且细菌/真菌比例下降；黄伟民发现连作地黄根际微生物中变形菌门和厚壁菌门细菌占据优势地位；陈慧发现地黄连作后有益微生物的种类及数量都大量降低，病原菌上升；茹瑞红等发现地黄外添杏鲍菇菌提高了重茬地黄块根质量鲜重、干重、单株梓醇总量；马成涛发现3 种有益细菌可以促使地黄增产；王学翠通过外添菌株试验发现其对地黄生长有促进作用，黄伟民发现外添拮抗菌可防控病原菌尖孢镰刀菌对地黄的侵害。

微生物与土壤生态功能是相辅相成、息息相关，并且跟植物之间有着紧密的联系，而微生物群落的组成及其多样性是衡量土壤性质和功能的一个重要指标。地黄连作后导致根际土壤中有益菌数量及种类减少，有害菌数量及种类增多，最终改变了地黄土壤的微生态环境而对地黄的生长产生影响。因此，控制根际有益菌的数量和种类，可以有效缓解地黄的连作障碍。除此之外，土壤中的化学物质在一定程度上可以影响其微生物的群落结构，地黄生长发育过程中土壤代谢产物的不断积累可能对细菌等微生物群落的结构产生影响，引起了土壤微生态环境的改变，这可能与地黄连作障碍的产生有一定的关系，后期可选择根际土壤中的主要代谢产物，通过分析其对地黄生长发育及质量特征形成的影响，探讨地黄连作障碍的产生机制。

1.3 其他方面的研究

地黄连作过程中，除土壤化感物质和微生物群落特征外，土壤的物理化学性质及地黄植株的生理生化特征也发生变化。研究发现，种植地黄后，随着地黄的生长发育其差异表达的基因数目增多[14]，土壤中多酚氧化酶和脲酶活性升高[15]，土壤动物种类也发生变化。另外，地黄的转录组及蛋白组学研究表明，连作状态下地黄植株体内特异miRNAs 对连作状态产生了响应，而且连作地黄中的钙信号响应了连作的胁迫进程，其中ACA9、MKK2、CPK6、CRT2 等4 个磷酸化蛋白的磷酸化造成了地黄植株体内的钙信号系统发生紊乱，加剧了地黄连作的发生，而磷脂酰肌醇信号系统对自毒物质的应激反应起着重要作用。

2 地黄连作障碍的消减措施

李磊发现间作大蒜和知母促进了地黄的地上地下部分的生长和生物量积累；贺宇鹏等发现外源添加蚯蚓粪、活性炭、过磷酸钙可提高连作地黄的生物量和生理指标；李建军、王君等认为怀地81 品种地黄耐连作效果优于其他种质地黄；周丽莉等发现在地黄快速生长期可施加大量氮肥，在中后期适当增加磷钾肥，有利于地黄的生长；吴珍发现对地黄土壤使用敌克松2.5 kg/667 m2以及退菌特1.5 kg/667 m2进行消毒处理后可增加地黄产量；赵姣发现地黄脱毒后产量提高、品质得到改善；张德胜等发现地黄无土栽培技术可以避免连作障碍；李向武认为脱毒原种和脱毒生产种最佳种植密度均为20 000 株/667 m2，最佳种植方式均为行距30 cm、株距11 cm。古力等发现强还原和淹水处理能够消减地黄连作障碍的效果。王鑫源等发现农大肥业菌肥180 g/m2提高连作地黄产量的效果最佳；聚核辛士力180 g/m2提高连作地黄品质的效果最佳。

作为一种传统中药材，地黄不仅是传统配方汤药和各种中成药中的重要原料，而且在各种食品、化妆品和保健品的生产等方面也具有相当高的应用价值，但连作障碍的存在严重影响了地黄相关产业的健康发展，因此，缓解地黄连作障碍迫在眉睫，研究发现通过间作、轮作、选育抗性品种、合理施肥、土壤灭菌、脱毒、降低种植密度等手段可有效缓解连作现象。

3 展望

目前关于地黄连作障碍的研究主要侧重于化感物质的种类及作用机制、根际微生物群落变化特征等。连作障碍的产生并非为某种机制单一导致，而是植物、土壤、微生物共同相互作用造成的，由于化感物质及根际微生物群落变化的复杂性及根际环境的多元性，目前仅凭单一的测量手段很难真正解释连作障碍机制产生的原因，因此，在地黄的连作障碍研究中无论是开展化感物质的研究还是开展根际微生物的研究都必须要运用系统方法论，从生态系统的角度开展研究。相信随着多组学技术的不断完善和日趋成熟，我们对连作地黄的化感自毒作用机制将会有更深刻的认识。