全 文 ：2013 年 1 月 第 15 卷 第 1 期 中国现代中药 Modern Chinese Medicine Jan. 2013 Vol. 15 No. 1
△ ［基金项目］ 国家自然科学基金项目(30772729，30973875，31271674，31201694，81072983，81102756，81274022) ;高等
学校博士学科点专项科研基金资助项目(20123515110005) ;国家重点基础研究发展计划 (973 计划)资助项
目(2012CB126309)
* ［通讯作者］ 林文雄，Tel: (0591)83737535，E-mail:wenxiong181@ 163. com
地黄连作障碍机制的研究进展与消减策略
△
张重义1，李明杰2，陈新建2，吴林坤1，李娟2，王丰青2，李振方1，郭冠瑛2，林文雄1
(1. 福建农林大学中药材 GAP研究所，福建 福州 350002;
2. 河南农业大学中药材研究所，河南 郑州 450002)
［摘要］ 本文阐述了连作障碍概念、特征及其危害，结合课题组近年来对地黄连作障碍分子生物学机制的研
究成果，从不同层次对地黄连作障碍的成因及作用机制进行了总结，强调植物化感自毒作用是地黄连作障碍的主导
因素，指出了地黄对化感自毒作用的感知、传递、响应过程研究的新思路以及对地黄连作障碍的分子机制深化研究
的途径。并在前期研究基础上，提出了中药材生产中消减连作障碍的方法和技术策略。
［关键词］ 地黄;连作障碍;化感自毒;分子机制;消减策略
连作障碍(Consecutive monoculture problem)是
指在正常的栽培管理措施下，同一块地连续多年种
植相同作物(连作)造成作物产量降低、品质变劣、
生长状况变差、病虫害发生加剧的现象，欧美等国
家称之为再植病害(Replant disease)或再植问题
(Replant problem) ，也 有 称 之 为 土 壤 病 (Soil
sickness) ，我国常称为 “重茬问题”。是药用植物
栽培中的一种常见现象，尤以根(根茎)类入药的
药材生产中表现最为突出。据统计，约占 70%的根
类或根茎类药材都存在不同程度的连作障碍［1］。连
作障碍导致中药材的产量、品质明显下降甚至绝收，
严重制约了我国中药资源的可持续发展，是我国构
建现代大中药产业链亟待解决的重大课题，已引起
了我国政府相关部门和学术界的高度重视，而地黄
是连作障碍表现最为严重的药用植物之一［2］。
1 地黄连作障碍的危害
地黄(Rehmannia glutinosa L. )为玄参科多年生
草本植物，其块根是我国常用大宗药材之一，怀地
黄更是我国著名的“四大怀药”之一。目前在河南
省焦作市(道地产区)种植面积已逾 1. 5 万公顷，
产值在数十亿元。但是在地黄的生产中却存在着严
重的连作障碍问题。《本草乘雅半偈》记载，“种植
之后，其土变苦，次年止可种牛膝。再二年，可种
山药。足十年，土味转甜，始可负重地黄。否则味
苦形瘦，不堪入药也。”［3］连作地黄表现为植株生长
不良，块根不能正常膨大，产量和品质明显下降，
甚至绝收，而且每茬收获后须隔 8 ～ 10 年后方可再
种。在药用植物连作障碍成因及其作用机理不明的
情况下，大部分药农往往加大肥料投入以期提高产
量，甚至滥用农药以维持地黄的产量。这不仅提高
了生产成本，导致农残超标，还严重影响地黄的品
质、加剧土壤微环境的破坏，使地黄的生产陷入恶
性循环。
2 地黄连作障碍的成因及化感自毒作用
作物连作障碍的形成及加重的原因复杂多样，
各因素之间相互关联、相互影响，是植物和土壤系
统内多种因素相互综合作用的结果。目前的研究普
遍认为土壤理化性质的改变、微生物种群的变化和
植物化感自毒作用是导致药用植物连作效应的主要
因素［4］。杜英君等采用了组织培养方法进行研究，
力图在排除土壤及土壤微生物干扰的条件下，对大
豆连作障碍进行模拟研究，结果表明单一的化感物
质仍能诱导连作障碍的产生［5］。刘红彦等通过对土
壤灭菌和块根、残叶灭菌添加的盆栽试验研究，发
现造成地黄的连作障碍可能来自前茬地黄块根的分
泌物(或前茬微生物的分解产物) ，其次是残叶［6］。
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DOI:10.13313/j.issn.1673-4890.2013.01.003
2013 年 1 月 第 15 卷 第 1 期 中国现代中药 Modern Chinese Medicine Jan. 2013 Vol. 15 No. 1
这表明土壤环境的变化和土壤生物因素是间接的阻
碍因素，而根际微微生态环境中化感物质的积累效
应可能是造成连作障碍的主导因素。
植物的化感自毒作用(Allelopathic autotoxicity) ，
也即植物自身的分泌物，包括茎、叶的淋溶物及残
体分解产物所产生的有毒物质(化感自毒物质)累
积较多进而抑制根系生长，降低根系活性，改变土
壤微生物区系的作用。因此，地黄分泌的化感物质
不仅可以直接对下茬植株产生毒害作用，而且还可
以刺激或诱导土壤微生物种群发生变化，间接影响
地黄的生长。
3 地黄连作障碍的机制研究进展
3. 1 地黄根区土壤中化感物质鉴定与变化动态研究
本课题组采用水浸提法和不同溶剂联合分步、
分部位提取地黄根区土壤，获得地黄根区土壤不同
部位浸提物。通过生物测试研究地黄根区土壤提取
液对莴苣胚根和地黄新生幼根生长的影响，通过
HPLC、FTIR和 ESI-MS鉴定、分析土壤提取物中各
有机化合物的化学归属，并对最具生物活性的酚酸
类物质采用 HPLC 分析检测。结果表明:地黄根区
土壤水、甲醇提取物对地黄幼苗的生长抑制作用较
强;HPLC检测、傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析
推测样品中含有酚酸类化感物质，并在其中检测到
常见的一元酚酸类化感物质，头茬土中 5 种酚酸总
含量为 0. 836 6 μg·g －1，地黄收获后土中 5 种酚酸
总含量为 1. 856 6 μg·g －1，后者为前者的 2. 2 倍，
提示地黄收获后土中酚酸类物质可能是抑制地黄块
根膨大的原因，并通过向地黄幼苗中外源添加酚酸
类物质验证了这一结论［7］。杜家方等［8］进一步通过
对头茬和重茬地黄进行大田生物测试，并检测土壤
中的一元酚酸类物质。研究中作者分别取 2、4、6、
8 年前种植过地黄的土壤，采用 HPLC 检测再植地
黄土壤中与化感现象密切相关的 5 种酚酸(阿魏酸、
对羟基苯甲酸、香草酸、香豆酸和丁香酸)的含
量。结果表明:地黄土壤中 5 种酚酸的含量依次降
低。这说明随着连作土间隔年限的延长，土壤中的
化感物质可以消减到一个较低的浓度，同时也进一
步证明连作地黄的化感自毒潜力是根际土壤中所有
化感物质不断积累效应产生的结果(如表 1 所示)。
3. 2 地黄连作对土壤根际微生物群落结构与功能的
影响
3. 2. 1 连作对根际微生物区系及土壤酶活性的影
表 1 不同间隔年限种植的地黄土壤水提液中
5 种酚酸的含量
μg·g － 1
间隔
年限
阿魏酸
对羟基
苯甲酸
香草酸 香豆酸 丁香酸
8 0bB 0. 16dD 0. 02dC 0. 013 3dC 0. 147aA
6 0bB 0. 64cC 0. 033 3bA 0. 02cB 0. 00667cC
4 0. 013 3aA 1. 22bB 0. 033 3bA 0. 023 3bB 0. 033 3bB
2 0. 013 3aA 1. 40aA 0. 036 7aA 0. 026 7aA 0. 026 7bB
CK 0bB 0. 16dD 0. 026 7cB 0. 02cB 0. 00667cC
新复极差法。字母小写 P ＜ 0. 05;大写 P ＜ 0. 01。
响 植物根际土壤聚居着细菌、放线菌、真菌、藻、
原生动物和病毒，它们对土壤肥力的形成、植物营
养的转化起着极其重要的作用。连作土壤由于自毒
物质的积累抑制了土壤微生物生长，使得连作土壤
中微生物总量减少，微生物菌群遭到破坏。陈慧
等［9］以地黄重茬和头茬的土壤为研究对象，分别测
定了根际微生物区系变化及根际土壤酶活性。结果
表明:地黄连作对其根际微生物区系及土壤酶活性
产生了较大的影响。随种植年限的增加，根际细菌
和真菌减少，但差异均不显著;放线菌增多，重茬
土壤约为头茬的 4 倍。土壤中氨化细菌、好气性固
氨菌、硫化细菌、反硝化细菌和嫌气性纤维素分解
菌分别增加了 25. 99、45. 39、11. 43、1. 36 和 1. 43
倍，而好气性纤维素分解菌减少了 86. 74%。重茬
地黄根系的分泌物对脲酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、
蛋白酶和纤维素酶活性具有促进作用，分别增加了
62. 87%、9. 43%、47. 91%、139. 62% 和 31. 33%，
而对过氧化氢酶则呈抑制作用。说明地黄连作会破
坏根际微生物种群平衡(如表 2-4)。
3. 2. 2 地黄连作对根际土壤差异蛋白的研究 本课
题组以地黄根际土壤为研究对象，运用磷脂脂肪酸
法(PLFA)、BIOLOG 技术、土壤宏基因组学、宏蛋
白质组学等现代生理生化技术对连作下地黄根际微生
物群落的结构及功能多样性进行研究。PLFA 结果显
示，所有土样中细菌总量均高于真菌总量，且二者均
随连作年限的增加而显著提高，并且在重茬根
表 2 连作地黄土壤中可培养微生物数量变化
处理
细菌 / × 106
cells × g － 1 soil
放线菌 / × 106
cells × g － 1 soil
真菌 / × 106
cells × g － 1 soil
CK(空白) 5. 83bB 3. 80bB 2. 25bA
头茬 18. 03aA 6. 35bB 12. 17aA
重茬 17. 90aA 26. 00aA 9. 00abA
同列不同大小写字母分别表示在 0. 01 或 0. 05 水平上差异显著，
下同
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2013 年 1 月 第 15 卷 第 1 期 中国现代中药 Modern Chinese Medicine Jan. 2013 Vol. 15 No. 1
表 3 连作地黄土壤中微生物类群变化
处理
氨化细菌 / × 106
cells × g － 1 soil
反硝化细菌 r / × 104
cells × g － 1 soil
好气性自生固氮菌
/ × 104 cells × g － 1 soil
好气性纤维素分解菌
/ × 102 cells × g － 1 soil
嫌气性纤维素分解菌
/ × 101 cells × g － 1 soil
硫化细菌 / × 102
cells × g － 1 soil
CK(空白) 2. 12cC 1. 59cC 2. 12cB 2. 12cC 10. 08cC 477. 61aA
头茬 3. 79bB 4. 33bB 3. 25bB 162. 48aA 48. 75bB 0. 65cC
重茬 102. 31aA 10. 23aA 150. 77aA 21. 54bB 118. 46aA 8. 08bB
表 4 连作地黄土壤酶活性变化
处理
过氧化氢酶 /ml0. 1N
KnMO4·g － 1 soil
多酚氧化酶
/mg·g － 1 soil
脲酶 /mgNH3·
N·g － 1 soil
蛋白酶 /mgNH2·
N·g － 1 soil
蔗糖酶 /mg
glucose·g － 1 soil
纤维素酶
/mgglucose·g － 1 soil
磷酸酶
/mgpherods·g － 1 soil
CK(空白) 1. 862bA 0. 119cB 0. 630cC 0. 042cC 4. 478cC 0. 051cB 0. 220bB
头茬 1. 879aA 0. 318bA 1. 624bB 0. 106bB 12. 742bB 0. 083bAB 0. 242aA
重茬 1. 783cB 0. 348aA 2. 645aA 0. 254aA 18. 847aA 0. 109aA 0. 243aA
际土中达到最高。BIOLOG 结果显示，与对照土和
头茬土相比，重茬、迎茬最有利于以羧酸类、酚酸
类、胺类为代谢底物的微生物群落生长。PLFA 和
BIOLOG主成分分析均显示，连作地黄的根际微生
物群落明显区别于对照土和头茬土的。基于优化建
立的土壤蛋白质提取方法，运用土壤宏蛋白质组学
方法从蛋白质水平分析了地黄连作障碍发生的根际
生物学过程，随机选择了 103 个分辨率高、重复性
好的蛋白质点进行MALDI TOF-TOF MS鉴定，以进行
根际土壤宏蛋白质组分析。差异宏蛋白质组学分析表
明，连作下根际土壤中有 33个土壤蛋白质发生了差异
表达。除了一个与解毒相关的蛋白质(谷胱甘肽 S-转移
酶)下调表达外，大多数与碳、氮营养代谢和胁迫响
应相关的植物蛋白质发生上调表达。同时发现，参与
酚酸代谢的苯丙氨酸解氨酶发生上调表达，这与随着
连作年限增加土壤总酚酸含量增加的结果相一致［10］。
可见，植物、土壤和微生物区系在蛋白质水平上的相
互作用与地黄连作障碍形成机制密切联系。地黄连作
导致根际微生态平衡被破坏，微生物多样性下降，自
动调节能力下降，营养循环受阻，病原菌大量生长，
阻碍了地黄正常生长和发育。
3. 3 地黄植株的连作障碍效应研究
据文献报道［11］，化感植物分泌自毒物质会破坏
膜的功能，抑制受体植物的 SOD和 CAT酶活性，导
致体内活性氧增多，启动膜质过氧化，破坏膜的结
构。作物源库流理论认为光合源是作物产量形成的
基础，因此连作对光合叶片的影响关系着地黄块根
产量的形成。课题组研究了连作地黄生长过程中叶
片生理生态变化，结果表明在栽种后 60d 时，连作
引起地黄叶片细胞膜质过氧化作用，使膜的正常结
构和功能受到损伤;同时连作地黄的 Pn、Gs 和 Ci
显著的低于对照(头茬) ，而气孔限制值 LS 值
(33. 97%)显著高于对照(21. 34%) ，叶绿素含量
也开始显著低于对照。对植株叶片叶肉细胞的电镜
观察显示，连作条件下地黄光合细胞结构在其生长
中期开始发生变化。因此，在地黄生长早期由于
(连作)环境胁迫植株叶片细胞内活性氧、自由基
积累所带来的膜结构损伤，导致了叶绿素含量的降
低，而气孔关闭以及叶绿素含量的降低共同造成连
作地黄早期光合能力降低，生长受阻从而表现出明
显的障碍效应［12］。为进一步了解连作对叶片光合作
用影响，用 2-DE 技术对重茬地黄叶片蛋白组分析
得知，与头茬地黄的叶片相比有 290 个差异表达蛋
白，分为 6 类，而与光合作用相关的 6 个蛋白质(其
中两个是 rubisco 激活酶) ，在重茬地黄中均下调表
达，因此连作破坏了正常叶绿素的结构和功能，同
时又影响了光合作用关键酶功能的行使，进而造成
地黄光合作用能力下降［13］。课题组通过剪叶模拟连
作地黄光合源不足条件下，测定分析植株源与库的
关系，应用同位素示踪技术分析连作地黄光合产物
的分配及内源激素的变化。结果表明，剪叶处理植
株库容及活性大于连作地黄，并不能达到连作障碍
效应，连作地黄自栽种早期就出现光合产物分配失
调，且内源激素(主要是 ABA、IAA)发生了变化
(表 5)。因此，可以判定连作地黄库容及活性过低
是限制地黄块根膨大的重要因素，库通过不同激素
对源的反馈调节，抑制了地上源的光合能力及光合
产物向库的分配，导致连作障碍［14］。因此，在自毒
化感物质的作用下，连作地黄植株体内的物质生产、
分配、积累各环节及其相互之间的调控机制受到干
扰而出现紊乱，正常的源库流分配机制不能形成，
进而使地黄块根的发育受到抑制。
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表 5 不同处理对地黄形态生理指标的影响
栽种后
天数 /d 处理
光合产物日增量，g /d
地上 地下
叶面积
/ cm2
根体积
/ cm3
根冠比，
R /T
70 CK 0. 631 aA 0. 002 bB 605. 379 27. 3 0. 170
T1 0. 172 bB 0. 001 bB 303. 265 10. 9 0. 110
T2 0. 131 bB 0. 103 aA 195. 632 35. 2 0. 532
95 CK 0. 675 aA 0. 648 aA 7 287. 419 174. 0 0. 575
T1 0. 059 bB 0. 083 bB 821. 498 18. 8 0. 480
T2 0. 116 bB 0. 076 bB 2 522. 275 51. 6 0. 567
120 CK －0. 518 bB 0. 53 aA 4 445. 615 182. 8 1. 472
T1 －0. 042 aA 0. 053 bB 792. 053 20. 5 0. 520
T2 0. 052 aA 0. 169 bAB 2 049. 584 75. 8 0. 856
145 CK －0. 133 aA 0. 317 aA 3 182. 457 255. 6 2. 081
T1 －0. 001 aA 0. 057 bA 730. 324 26. 6 0. 750
T2 －0. 057 aA 0. 115 abA 1 200. 584 103. 6 1. 210
120 d和 145 d时地上部开始衰亡;新复极差法。
3. 4 地黄连作障碍的分子机制研究
地黄研究与生产实际调查发现，地黄所分泌的
化感自毒物质只伤害地黄自身，而对其他植物(禾
本科、豆科等)却影响不大，如地黄的茬口对下茬
的作物如小麦、玉米、牛膝等却影响不大。由此可
见这种“毒性”具有针对性，并不具备 “普遍性”。
说明地黄本身存在着一套独特的代谢系统，来感知、
响应它自身所分泌的化感物质。因此，研究和阐明
自毒物质对植物毒害分子机制，运用现代分子技术
对其进行调控，使原有分子响应机制改变或阻断，
即实施分子“纠错”，有望彻底解决地黄重茬问题。
从响应连作毒害的基因表达差异研究入手同时，
研究相应差异基因的表达调控机制，则有可能找到
连作毒害的核心机理。越来越多的证据表明:
miRNA 是真核生物最重要的基因表达调控者［15］。
miRNA在动植物中的作用几乎涉及到了所有生命过
程［16］。本课题组在基因表达调控水平上，运用生物
信息学方法，建立地黄的 miRNAs表达谱，寻找连作
地黄的特异 miRNAs，根据模式植物的基因序列，预
测其靶基因，并阐明靶基因在导致连作地黄毒害症状
中的作用(表 6、表 7)［17］。在 miRNA基础上，课
表 6 头茬和重茬地黄中差异表达的 miRNAs
miRNAs
测序频率 正规化数值
头茬 重茬 头茬 重茬
变化倍数(log2头茬 /重茬) P-value Significance
rgl-miR156a 2 945 1 526 201. 29 97. 54 － 1. 05 0. 00 ＊＊
rgl-miR156b 63 30 4. 31 1. 92 － 1. 17 0. 00 ＊＊
rgl-miR156f 40 14 2. 73 0. 89 － 1. 61 0. 00 ＊＊
rgl-miR157a 126 264 24 968 8 613. 21 1 595. 98 － 2. 43 3. 45E-263 ＊＊
rgl-miR157b 2 154 1 071 147. 22 68. 46 － 1. 1 4. 40E-05 ＊＊
rgl-miR157c 221 87 15. 11 5. 56 － 1. 44 1. 26E-11 ＊＊
rgl-miR157d 158 53 10. 8 3. 39 － 1. 67 0. 00 ＊＊
rgl-miR160a 17 47 1. 16 3 1. 37 7. 87E-16 ＊＊
rgl-miR160b 2 26 0. 14 1. 66 3. 6 0. 00 ＊＊
rgl-miR160c 3 32 0. 21 2. 05 3. 32 0. 00 ＊＊
rgl-miR164b 153 62 9. 71 3. 96 － 1. 29 0. 00 ＊＊
rgl-miR166a 15 257 4 835 968. 6 309. 06 － 1. 65 0. 00 ＊＊
rgl-miR166b 15 607 4 964 990. 82 317. 3 － 1. 64 3. 65E-66 ＊＊
rgl-miR166c 17 639 5 735 1 119. 82 366. 59 － 1. 61 0. 00 ＊＊
rgl-miR167a 8 673 4 231 550. 61 270. 45 － 1. 03 0. 00 ＊＊
rgl-miR167b 8 164 3 965 518. 29 253. 45 － 1. 03 0. 00 ＊＊
rgl-miR167d 689 317 43. 74 20. 26 － 1. 11 0. 00 ＊＊
rgl-miR168a 2 520 494 159. 98 31. 58 － 2. 34 0. 00 ＊＊
rgl-miR168b 2 547 512 161. 70 32. 73 － 2. 3 0. 00 ＊＊
rgl-miR171a 101 234 6. 41 14. 96 1. 22 2. 82E-59 ＊＊
rgl-miR171b 37 81 2. 35 5. 18 1. 14 0. 00 ＊＊
rgl-miR395a 26 3 1. 65 0. 19 － 3. 11 0. 00 ＊＊
rgl-miR395b 11 0 0. 7 0. 06 － 3. 45 0. 00 ＊＊
rgl-miR396a 1 331 577 84. 5 36. 88 － 1. 2 0. 00 ＊＊
rgl-miR396b 656 295 41. 65 18. 86 － 1. 14 0. 00 ＊＊
rgl-miR396c 451 221 28. 63 14. 13 － 1. 02 0. 00 ＊＊
rgl-miR397a 30 0 1. 9 0. 01 － 7. 57 0. 00 ＊＊
rgl-miR398a 76 0 4. 82 0. 01 － 8. 91 8. 50E-36 ＊＊
rgl-miR398b 37 0 2. 35 0. 01 － 7. 88 3. 24E-10 ＊＊
miR5138 32 84 2. 81 7. 67 1. 44 0. 00 ＊＊
miR5140 39 5 1. 51 0. 20 － 2. 96 0. 00 ＊＊
miR5142 0 30 0. 01 2. 94 8. 2 0. 00 ＊＊
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表 7 地黄中克隆到的部分靶基因
miRNAs 拟南芥中靶基因编号 地黄中克隆靶基因的基因库编号 同源性 注释(拟南芥)
miR160 AT4G30080. 1 JG014346 79. 94% ARF16 (Auxin response factor 16)
miR167 AT1G30330. 1 JG390498 67. 51% ARF6 (Auxin response factor 6)
miR5138 AT5G67100. 1 JG390599 76. 68% ICU2 (INCURVATA2) ;DNA-directed DNA polymerase
miR5140 AT3G58970. 1 JG390538 68. 87% magnesium transporter CorA-like family protein
题组利用 SSH技术，构建了正反两 cDNA 文库，以
期筛选响应连作的特异基因。对正库和反库特异基
因的细致分析后，发现重茬地黄中 DNA复制、RNA
转录和蛋白质翻译等生命过程的核心途径均受到伤
害，而与钙依赖蛋白激酶(CDPK)、钙调素(CaM)、
钙通道蛋白、与乙烯合成有关的 S 腺苷甲硫氨酸合
成酶、ACC氧化酶，与染色质修饰、抑制基因表达
有关的酶，如组蛋白脱乙酰酶、DNA 甲基转移酶等
却得到特异表达。钙信号系统相关基因的并列出现，
诱导衰老胁迫激素乙烯合成基因的表达，依据它们
在植物生命活动中的作用规律，其核心部分是钙信
号系统感知、传导和放大了化感物质的信号［18］。根
据这一推理和前期的研究实践，认为地黄根际化感
自毒物质的积累及其效应可能是造成连作障碍的主
导因素，而钙信号系统可能是传递自毒物质，导致
连作危害的 “罪魁祸首”。钙信号传导是连作地黄
感知和响应化感物质毒害的前导 “事件”，其中几
个关键阶段已经显现，相信随着对每个环节的深入
研究，利用先进的分子研究手段，连作地黄的化感
自毒作用机制最终将被揭示，必将推动我国中药资
源可持续利用研究的日益深入。
4 地黄连作障碍的消减策略
前期研究表明，地黄的连作障碍是由于根系分
泌的化感物质在土壤中不断积累，导致土壤微生物
群落及相应土壤理化性质改变，使连作植株出现被
毒害的症状。可见，连作障碍是植物与土壤相互作
用形成的以根际为中心的根际多元生态系统中多种
因子相互作用的结果，包括植物本身、土壤、微生
物群落和化感物质毒害作用，其中化感毒害作用是
诱因，根系所分泌化感物质导致土壤环境的恶化，
因此，协调好植物、土壤和微生物三者之间的关系，
培育抗或耐连作障碍的品种，采取合理的轮作制度
等是缓解连作障碍的有效措施。
4. 1 筛选和培育抗(耐)连作的品种
地黄栽培历史悠久川，种质资源丰富，出现
过许多地方优良品种，如 “金状元”、 “白状
元”、“小黑英”、 “红薯王”等。目前道地怀药
产区大规模种植的为 20 世纪 70 年代初通过人工
杂交选育的品种 “北京一号”、 “北京二号”和
20 世纪 80 年代杂交后代选育的品种。这些不同
品种或资源之间在形态、产量品质及抗性方面等
均存在着较大差异。温学森等专家学者［19］研究
表明:不同品种感染病毒病后呈现出的症状存在
明显的差异。曲运琴等［20］以地黄品种北京 3 号、
温 85-5 和农家品种 “硬三块”为材料进行连作
试验表明:连作时地黄品种间的差异较大，北京
3 号为该次试验中抗连作较强的品种，与温 85-5
和 “硬三块”可达显著或极显著差异。此外，许
多植物的野生近缘种属较相应的栽培种有更好的
抗性，而地黄的野生近缘种属同样存在着类似现
象。因此，应该加强对地黄不同品种，不同近缘
种属等地黄种质资源的收集工作和鉴定工作，利
用遗传背景差异较大，进行单交，双交及聚合杂
交的方式，在保留道地药材特性的基础上，选育
出抗(耐)连作的品种。同时，将抗性遗传基因
导入现有推广的、已选育出综合性状好的道地品
种，进而改良生产上主栽品种，可缩短育种年
限，保留道地性，具有较好的应用前景。
4. 2 建立合理的轮作制度
建立合理的轮作制度是消减连作障碍的有效
措施之一。同一作物或同源作物连作，会使特定
的病虫繁殖猖獗，而轮作可以断绝病虫的营养源，
减轻病害的发生。目前在生产上地黄主要与小麦、
玉米、谷子等禾本科作物轮作，而尤以水旱轮作
效果最佳。此外，土壤淹水不仅可以降低或清除
土壤中化感自毒物质，而且能够大大降低病原菌
数量，是缓解地黄连作障碍最有效的方法之一。
因此，生产上可采取地黄与水稻轮作等从而减低
连作障碍效应。
此外，牛膝是耐连作的药用植物之一，在种植
过程中存在连作增益效应，即随着连作年限的增加，
外观和内在品质均有所提高。郝慧荣等［21］研究表
·24·
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明，随着牛膝连作年限的增加土壤肥力和土壤自净
能力得到明显增强，此外，牛膝根系分泌物在诱发
有益真菌大量繁殖的同时抑制了某些有害真菌的滋
生可能是牛膝耐连作的主要原因。本课题组［22］试验
结果显示，牛膝轮作及轮作后施用牛膝绿肥均可在
一定程度上减轻地黄的化感自毒效应。因此，牛膝
的连作增益效应及机制研究对于忌连作药用植物的
土壤修复具有重要意义。
4. 3 增施有机肥和平衡施肥，合理增施土壤微生物
制剂
地黄生产中要注意有机无机肥料的搭配和平衡
施肥，并及时补充所缺失的微量元素。有机肥料不
仅可以有效提高土壤生产力，对改善土壤的生物与
非生物环境和土壤的团粒结构，使土壤疏松肥沃，
增强保肥保水能力，具有重要意义。而且可以提高
作物抗病虫能力，确保药材质量，并缓解连作障碍
的危害。Harleen Kaur 等［23］在研究中发现，根际土
壤的微生物活动在植物化感自毒作用的过程中扮演
着重要的角色，决定了化感自毒效应的表现程度。
很多微生物学家一直在从事有益菌株的筛选工作，
试图以此作为减轻连作障碍的突破口。李自刚等［24］
的研究发现，土壤修复菌剂在种植过怀地黄的土壤
中定植培养能有效降解 3 种酚酸物质在土壤中的含
量。温学森等［25］对 48 个菌株分别进行了组培和盆
栽试验，并从中筛选出 1 株具有克服地黄连作障碍
效应的恶臭假单胞菌菌株，该有益菌经 LuxAB 发光
酶基因重组后的 C243 号菌可用于大田研究。本课
题组［22］研究结果也显示，在连作土壤中施用微生物
菌肥的地黄连作障碍消减率仅次于育苗移栽法。生
产实践表明，增施微生物肥料可以提高土壤微生物
多样性，降低致病微生物的数量，减轻病害发生，
对消减药用植物的连作障碍具有重要意义。
随着现代科学技术的发展，学科间的相互渗透，
探明中药材生产中连作障碍的成因，克服和解决连
作障碍的研究越来越受关注。上述所及连作障碍的
消减策略只能在一定程度上缓解连作的危害，而不
能彻底的根治。为了彻底解决连作危害这一 “痼
疾”，实现中药农业的可持续发展，必须从土壤、
植物本身和基因表达调控等多面进行了系统深入的
研究，并注重研发消减连作障碍的实用技术，研究、
示范、推广相结合，确保中药材 GAP基地建设不断
完善，为我国中药产业的健康发展提供理论依据和
技术支撑。
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Research Advancement and Control Strategy of Consecutive Monoculture
Problem of Rehmannia glutinosa L.
ZHANG Zhong-yi1，LI Ming-jie 2，CHEN Xin-jian 2，WU Lin-kun 1，Li Juan 1，Wang Feng-qing 1，
LI Zhen-fang 1，Guo Guan-ying 2，LIN Wen-xiong 1*
(1. Institute of GAP for Chinese Medicinal Materials，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，350002，China;
2. Institute of Chinese Medicinal Materials，Henan Agricultural University，Zhengzhou，450002，China)
［Abstract］ The concept，characters and harms of consecutive monoculture problem(CMP)were elaborated
in this paper. Based on the recent studies on molecular biology mechanisms of CM Pof Rehmannia glutinosa L. in our
team，the causes and mechanisms of CM Pin R. glutinosa were analyzed in different levels，and the allelopathic
autotoxicity of R. glutinosa is the dominant factor. In addition，some new ideas about allelopathic autotoxicity of
R. glutinosa，including perceiving，transferring and responding，and further studies on molecular mechanism of CM
Pof R. glutinosa were proposed. The methods and technical controlling strategy of CM Pwere summarized and suggested
in the production of R. glutinosa and other traditional Chinese medicinal materials.
［Key words］ Rehmannia glutinosa L. ;Consecutive monoculture problem;Allelopathic autotoxicity;
Molecular mechanism;Control strategy
(收稿日期 2012-09-17)
·44·