太子参(Radixpseudostellariae)为石竹科(Caryophllaceae)多年生草本植物,以根入药,是一味传统的滋补之药,具有很高的的经济价值和药用食用价值。但是,在太子参栽培过程中存在严重的连作障碍现象,即在同一地块上连续多年种植太子参,造成太子参植物生长发育不良,地下部药用部位(块根)无法正常膨大,最终导致品质与产量下降,这严重限制太子参等药用植物资源的可持续生产与利用。因此,揭示太子参连作障碍产生的内在机制与过程是解决太子参连作障碍问题的重要前提。据此本研究以福建道地药材“柘参2号”为试验材料,运用系统生物学方法在土壤微生态系统水平上深入地阐述太子参连作障碍形成的根际生物学过程及其分子生态机制,主要研究结论如下:(1)真菌变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析结果表明,连作下太子参根际土壤中真菌群落结构与功能多样性都发生明显变化,其多样性指数和均匀度指数随连作年限增加而下降。进一步结合测序结果,发现重茬1年和重茬2年太子参根际土壤的有益菌(如木霉属)含量较正茬土壤都显著降低,但是太子参根际土壤中镰万刀菌含量随着连作年限增加而显著增加。(2)进一步,对潜在病原菌—镰刀菌群体变化进行DGGE分析,发现连作下太子参根际土壤中镰刀菌群落结构发生明显变化,其多样性指数和均匀度指数随连作年限增加而上升。结合分子鉴定结果,发现在太子参根际土壤中共检测到5种镰刀菌,分别为:尖孢镰刀菌(F.oxysproum)、腐皮镰刀菌(F.solani)、亚细亚镰孢菌(F.asiaticum)、F.falciforme和F.foetens。其中,连作后太子参根际土壤中尖孢镰刀菌的含量显著增加。土壤原位qPCR绝对定量验证分析证实,太子参根际土壤中镰刀菌含量随着连作年限增加而显著增加,与DGGE结果表现一致。(3)结合DGGE结果以及本课题组前期T-RFLP的分析结果,进一步通过平板分离法分离锁定的关键特异微生物(如病原真菌和有益菌)。通过PDA平板分离到太子参致病菌-尖孢镰刀菌(Fox);木霉菌选择性培养基分离到两株有益菌-哈茨木霉ZC5和棘孢木霉ZC4;假单胞菌选择性培养基筛到两株有益菌-假单胞菌313和假单胞菌361;LB平板分离筛选到2株有益菌-伯克氏菌P4和伯克氏菌P8。同时,进一步进行土壤原位qPCR绝对定量验证分析发现,三种有益菌(木霉菌、假单胞菌、伯克氏菌)的含量随着连作年限增加而显著减少,表现出与病原菌如尖孢镰刀菌相反的变化规律。综上,可以推测造成太子参连作障碍发生的原因主要是:连作土壤中有益菌(如木霉菌、假单胞菌、伯克氏菌)的含量显著降低,而病原菌种类及多样性增加,尤其是尖孢镰刀菌含量的大量增加。(4)最后,基于本课题组前期对太子参根际土壤各酚酸含量的分析结果,本研究进一步通过配制混合酚酸(各酚酸配比与太子参根际土壤各酚酸配比一致)来分析关键化感物质—酚酸类物质对根际特异关键微生物生长的影响。结果表明,该模拟土壤各酚酸配比的混合酚酸能够显著促进病原菌尤其是尖孢镰刀菌的菌丝生长。相反,该混合酚酸却显著抑制有益拮抗菌如假单胞菌313、假单胞菌361、伯克氏菌P4、伯克氏菌P8的生长,可见太子参根系分泌物中的主要化感物质对根际土壤微生物具有选择作用,即能够选择性抑制或促进不同微生物的生长。自制菌肥的消减实验表明,菌肥处理后的太子参产量达到正茬产量的83.54%,同时尖孢镰刀菌含量显著下降,可见适当的人为根际调控可以缓解太子参连作障碍问题。综上,太子参连作是在根系分泌物混合酚酸的介导下导致其根际土壤微生态系统结构失衡,造成有益菌显著下降,病原菌大量爆发生长。反之,地下部土壤微生态结构恶化又会导致地上部植物生长发育不良,造成产量降低的典型连作障碍症状。总而言之,造成太子参连作障碍形成的原因主要有以下两点:(1)太子参根系分泌物对根际某些有益菌具有抑制作用,随着连作年限增加,土壤中具有拮抗能力的有益菌数量明显下降;(2)太子参根系分泌物对病原微生物具有促进作用,造成连作后病原菌如尖孢镰刀菌大量爆发,侵染太子参,这是引起太子参连作障碍的主要原因。