耿曉桐

（信陽(yáng)農(nóng)林學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000）

地黃（Rehmannia glutinosa）是玄參科（Scrophulariacease）地黃屬（Rehmannia）多年生草本植物，始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，含有環(huán)烯醚萜苷類(lèi)、苯乙醇苷類(lèi)、糖類(lèi)、紫羅蘭酮、氨基酸類(lèi)等多種化學(xué)成分[1]，具有增強(qiáng)免疫力、降血糖、抗氧化等多種作用功效[2]，是我國(guó)“四大懷藥”之一。地黃在實(shí)際種植中存在著嚴(yán)重的連作障礙[3]。《本草乘雅半偈》首次對(duì)其連作現(xiàn)象進(jìn)行記載[4]：“地黃種植之后，其土變苦……足十年，土味轉(zhuǎn)甜，始可復(fù)種地黃，否則味苦形瘦，不堪入藥也?！毖芯堪l(fā)現(xiàn)，連作改變了地黃的生理生化狀態(tài)[3]、抑制了地黃生長(zhǎng)和塊根發(fā)育[5]。因此，如何消減地黃的連作障礙是保證地黃產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要途徑。目前，圍繞連作障礙國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從地黃連作過(guò)程中土壤中的化感物質(zhì)[6]、根際微生物[7]等地黃連作障礙的成因和連作障礙的消減措施等方面開(kāi)展相關(guān)研究，本文主要從以上幾個(gè)方面對(duì)地黃連作障礙的研究進(jìn)展進(jìn)行梳理，為地黃相關(guān)研究提供參考。

1 地黃連作障礙的形成機(jī)制研究

1.1 化感物質(zhì)的研究

化感物質(zhì)是植物向周?chē)h(huán)境中釋放某種物質(zhì)，從而促進(jìn)或抑制自身或其他植物（微生物）的生長(zhǎng)發(fā)育[8]。藥用植物體內(nèi)也存在著多種活性物質(zhì)，如萜類(lèi)、酚酸類(lèi)、黃酮類(lèi)等，這些物質(zhì)以次生代謝產(chǎn)物形式存在于某些組織細(xì)胞中，待其合成后轉(zhuǎn)運(yùn)至植物體各個(gè)組織部位中，其中某些次生代謝產(chǎn)物通過(guò)莖葉淋溶[8]、根系分泌、殘株分解[9]等方式釋放到根際土壤中，可能是引起化感作用的重要化感物質(zhì)來(lái)源[10]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者們認(rèn)為藥用植物化感作用是導(dǎo)致連作障礙產(chǎn)生的主要原因之一，目前關(guān)于地黃化感物質(zhì)研究報(bào)道較多的為酚酸類(lèi)和其他類(lèi)成分。杜家方等發(fā)現(xiàn)根際土壤中化感物質(zhì)是不斷積累的；張寶等發(fā)現(xiàn)丁香酸可能是引起地黃連作效應(yīng)的主導(dǎo)物質(zhì)；陳楓等發(fā)現(xiàn)地黃根際土壤中香豆酸、對(duì)羥基苯甲酸和香草酸等成分對(duì)其生長(zhǎng)抑制有較強(qiáng)作用。另外，朱廣軍等發(fā)現(xiàn)地黃根際土壤中存在酚類(lèi)和其他化感物質(zhì)的組分；郝群輝等發(fā)現(xiàn)地黃根際土壤水提液中存在酯類(lèi)、酸類(lèi)、醇類(lèi)等12 種成分；李振方等發(fā)現(xiàn)連作地黃土壤浸提液中有機(jī)酸類(lèi)、苷類(lèi)和甾醇類(lèi)等物質(zhì)；張寶在地黃種植后的根際土壤中發(fā)現(xiàn)了20 多種僅存在于根際土壤的次生代謝物質(zhì)。

明代《本草乘雅半偈》[4]中有關(guān)地黃的連作障礙曾記載表明地黃的種植改變了其相應(yīng)土壤的化學(xué)性質(zhì)，土壤的苦味應(yīng)該與土壤中特殊的化學(xué)物質(zhì)有關(guān)，而鮮地黃性苦，因此這種物質(zhì)可能與地黃植株中的次生代謝產(chǎn)物之間存在一定的關(guān)系。根際作為植物、土壤和微生物三者相互作用的活躍界面，藥用植物在種植過(guò)程中會(huì)通過(guò)植物根系不斷地向根際土壤分泌植物體內(nèi)合成的一些次生代謝產(chǎn)物，而這些次生代謝產(chǎn)物是藥材產(chǎn)生臨床功效的物質(zhì)基礎(chǔ)。次生代謝產(chǎn)物作為根際微生態(tài)系統(tǒng)的重要因子，直接影響根際微生物的種類(lèi)、數(shù)量及代謝過(guò)程，同時(shí)根際微生物群落結(jié)構(gòu)的變化也對(duì)根系代謝物釋放、土壤物質(zhì)循環(huán)等產(chǎn)生影響，因此代謝產(chǎn)物在根際微生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程中起著重要的作用。

1.2 根際微生物的研究

根際是一個(gè)復(fù)雜的多元系統(tǒng)，一方面包含來(lái)自于地黃根系分泌的次生代謝產(chǎn)物，另一方面存在著來(lái)源于微生物等多種代謝途徑產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物以及豐富的微生物群落[11]，是“植物-土壤-微生物”系統(tǒng)內(nèi)多種因素綜合作用的結(jié)果。微生物與土壤生態(tài)功能相輔相成、息息相關(guān)，并且與植物之間有著緊密的聯(lián)系。根際有益微生物可通過(guò)誘導(dǎo)植物對(duì)生物及非生物脅迫的抗性促進(jìn)植物生長(zhǎng)[12]，根際有害微生物通過(guò)產(chǎn)生多種具有影響生理活性功能的低分子化合物影響植物細(xì)胞活性[13]。因此，連作過(guò)程中根際微生物群落特征發(fā)生變化可能與地黃的連作障礙有一定關(guān)系。

何江華等發(fā)現(xiàn)地黃種植后根際土壤放線菌、真菌數(shù)量均明顯增加；祁建軍發(fā)現(xiàn)地黃種植后根際微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；張重義等發(fā)現(xiàn)地黃連作后根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單、種類(lèi)減少；吳林坤等發(fā)現(xiàn)重茬地黃根際土壤較頭茬地黃相比根際微生物總量顯著下降，且細(xì)菌/真菌比例下降；黃偉民發(fā)現(xiàn)連作地黃根際微生物中變形菌門(mén)和厚壁菌門(mén)細(xì)菌占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位；陳慧發(fā)現(xiàn)地黃連作后有益微生物的種類(lèi)及數(shù)量都大量降低，病原菌上升；茹瑞紅等發(fā)現(xiàn)地黃外添杏鮑菇菌提高了重茬地黃塊根質(zhì)量鮮重、干重、單株梓醇總量；馬成濤發(fā)現(xiàn)3 種有益細(xì)菌可以促使地黃增產(chǎn)；王學(xué)翠通過(guò)外添菌株試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其對(duì)地黃生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，黃偉民發(fā)現(xiàn)外添拮抗菌可防控病原菌尖孢鐮刀菌對(duì)地黃的侵害。

微生物與土壤生態(tài)功能是相輔相成、息息相關(guān)，并且跟植物之間有著緊密的聯(lián)系，而微生物群落的組成及其多樣性是衡量土壤性質(zhì)和功能的一個(gè)重要指標(biāo)。地黃連作后導(dǎo)致根際土壤中有益菌數(shù)量及種類(lèi)減少，有害菌數(shù)量及種類(lèi)增多，最終改變了地黃土壤的微生態(tài)環(huán)境而對(duì)地黃的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。因此，控制根際有益菌的數(shù)量和種類(lèi)，可以有效緩解地黃的連作障礙。除此之外，土壤中的化學(xué)物質(zhì)在一定程度上可以影響其微生物的群落結(jié)構(gòu)，地黃生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中土壤代謝產(chǎn)物的不斷積累可能對(duì)細(xì)菌等微生物群落的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，引起了土壤微生態(tài)環(huán)境的改變，這可能與地黃連作障礙的產(chǎn)生有一定的關(guān)系，后期可選擇根際土壤中的主要代謝產(chǎn)物，通過(guò)分析其對(duì)地黃生長(zhǎng)發(fā)育及質(zhì)量特征形成的影響，探討地黃連作障礙的產(chǎn)生機(jī)制。

1.3 其他方面的研究

地黃連作過(guò)程中，除土壤化感物質(zhì)和微生物群落特征外，土壤的物理化學(xué)性質(zhì)及地黃植株的生理生化特征也發(fā)生變化。研究發(fā)現(xiàn)，種植地黃后，隨著地黃的生長(zhǎng)發(fā)育其差異表達(dá)的基因數(shù)目增多[14]，土壤中多酚氧化酶和脲酶活性升高[15]，土壤動(dòng)物種類(lèi)也發(fā)生變化。另外，地黃的轉(zhuǎn)錄組及蛋白組學(xué)研究表明，連作狀態(tài)下地黃植株體內(nèi)特異miRNAs 對(duì)連作狀態(tài)產(chǎn)生了響應(yīng)，而且連作地黃中的鈣信號(hào)響應(yīng)了連作的脅迫進(jìn)程，其中ACA9、MKK2、CPK6、CRT2 等4 個(gè)磷酸化蛋白的磷酸化造成了地黃植株體內(nèi)的鈣信號(hào)系統(tǒng)發(fā)生紊亂，加劇了地黃連作的發(fā)生，而磷脂酰肌醇信號(hào)系統(tǒng)對(duì)自毒物質(zhì)的應(yīng)激反應(yīng)起著重要作用。

2 地黃連作障礙的消減措施

李磊發(fā)現(xiàn)間作大蒜和知母促進(jìn)了地黃的地上地下部分的生長(zhǎng)和生物量積累；賀宇鵬等發(fā)現(xiàn)外源添加蚯蚓糞、活性炭、過(guò)磷酸鈣可提高連作地黃的生物量和生理指標(biāo)；李建軍、王君等認(rèn)為懷地81 品種地黃耐連作效果優(yōu)于其他種質(zhì)地黃；周麗莉等發(fā)現(xiàn)在地黃快速生長(zhǎng)期可施加大量氮肥，在中后期適當(dāng)增加磷鉀肥，有利于地黃的生長(zhǎng)；吳珍發(fā)現(xiàn)對(duì)地黃土壤使用敵克松2.5 kg/667 m2以及退菌特1.5 kg/667 m2進(jìn)行消毒處理后可增加地黃產(chǎn)量；趙姣發(fā)現(xiàn)地黃脫毒后產(chǎn)量提高、品質(zhì)得到改善；張德勝等發(fā)現(xiàn)地黃無(wú)土栽培技術(shù)可以避免連作障礙；李向武認(rèn)為脫毒原種和脫毒生產(chǎn)種最佳種植密度均為20 000 株/667 m2，最佳種植方式均為行距30 cm、株距11 cm。古力等發(fā)現(xiàn)強(qiáng)還原和淹水處理能夠消減地黃連作障礙的效果。王鑫源等發(fā)現(xiàn)農(nóng)大肥業(yè)菌肥180 g/m2提高連作地黃產(chǎn)量的效果最佳；聚核辛士力180 g/m2提高連作地黃品質(zhì)的效果最佳。

作為一種傳統(tǒng)中藥材，地黃不僅是傳統(tǒng)配方湯藥和各種中成藥中的重要原料，而且在各種食品、化妝品和保健品的生產(chǎn)等方面也具有相當(dāng)高的應(yīng)用價(jià)值，但連作障礙的存在嚴(yán)重影響了地黃相關(guān)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，因此，緩解地黃連作障礙迫在眉睫，研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)間作、輪作、選育抗性品種、合理施肥、土壤滅菌、脫毒、降低種植密度等手段可有效緩解連作現(xiàn)象。

3 展望

目前關(guān)于地黃連作障礙的研究主要側(cè)重于化感物質(zhì)的種類(lèi)及作用機(jī)制、根際微生物群落變化特征等。連作障礙的產(chǎn)生并非為某種機(jī)制單一導(dǎo)致，而是植物、土壤、微生物共同相互作用造成的，由于化感物質(zhì)及根際微生物群落變化的復(fù)雜性及根際環(huán)境的多元性，目前僅憑單一的測(cè)量手段很難真正解釋連作障礙機(jī)制產(chǎn)生的原因，因此，在地黃的連作障礙研究中無(wú)論是開(kāi)展化感物質(zhì)的研究還是開(kāi)展根際微生物的研究都必須要運(yùn)用系統(tǒng)方法論，從生態(tài)系統(tǒng)的角度開(kāi)展研究。相信隨著多組學(xué)技術(shù)的不斷完善和日趨成熟，我們對(duì)連作地黃的化感自毒作用機(jī)制將會(huì)有更深刻的認(rèn)識(shí)。