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半夏Pinellia ternata（Thunb.）Breit.是天南星科Araceae半夏属Pinellia植物,以干燥块茎入药,是我国传统大宗药材。半夏存在严重的连作障碍,导致药材产量低、品质差和植株长势较弱等问题,但是缺乏系统性研究;另外有报道表明,化感作用是连作障碍的主要原因之一,且本课题组前期研究发现半夏植株腐解液中存在化感物质2,6-二叔丁基对甲酚。为了系统性了解半夏连作障碍的表现,研究半夏连作对土壤微生物和化学成分的影响;同时,探究化感物质2,6-二叔丁基对甲酚处理下半夏根系的基因表达情况。本试验研究了连作0-5年对半夏生长、生理和品质的影响,分析半夏连作条件下土壤微生物群落和土壤化感物质的变化,还研究了化感物质2,6-二叔丁基对甲酚对半夏根系基因表达的影响,为后续对半夏连作障碍的深入研究提供了理论基础。主要研究结果如下:1.连作对半夏生长、生理和品质的影响。连作半夏出苗率、叶面积、株高茎粗和总产量均低于或显著低于未连作半夏。随着连作年限的增加,出苗率、叶面积、株高和茎粗呈降低趋势,倒苗率呈升高趋势,总产量呈降低趋势。即连作抑制半夏出苗、植株生长和产量,且连作年限越长,抑制越严重。连作会使半夏净光合速率、相对叶绿素含量和过氧化物酶、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性呈降低趋势;连作1-5年半夏的可溶性蛋白是未连作半夏的1.01～1.69倍,可溶性糖含量是未连作半夏的1.81～2.80倍;丙二醛含量比未连作半夏增加了9.49%～32.43%,脯氨酸含量比未连作半夏增加了13.86%～54.17%。连作1-5年半夏的可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛和脯氨酸的含量呈增加趋势,即连作会给半夏造成生理伤害,使半夏处于逆境状态。连作半夏的水分、总灰分、浸出物和琥珀酸含量小于未连作半夏,且连作1-5年时呈下降趋势,即连作使半夏药材质量下降,且连作年限越长,药材质量下降越严重。2.连作对半夏土壤微生物群落的影响。随着连作年限增加,土壤真菌和细菌的物种多样性和丰富度呈下降趋势。在门水平上,子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）等真菌的相对丰度呈先增加后降低趋势,被孢霉门（Mortierellomycota）呈先降低后增加趋势;放线菌门（Actinobacteriota）、酸杆菌门（Acidobacteriota）等细菌的相对丰度呈先减少后增加趋势,变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）的相对丰度呈下降趋势。在属水平上,Solicoccozyma和镰刀菌属（Fusarium）等真菌的相对丰度呈增加趋势,被孢霉属（Morphella）呈先下降后增加趋势;norank＿f＿＿norank＿o＿＿Vicinamibacterales细菌的相对丰度呈下降趋势,norank＿f＿＿Vicinamibacteraceae、norank＿f＿＿norank＿o＿＿Gaiellales呈先降后增趋势,连作土壤的变形菌门、绿弯菌门和被孢霉属等有益菌的相对丰度降低,镰刀菌属等病原菌的相对丰度增加。随着连作年限增加,土壤的p H值和水分含量逐渐下降,碱解氮和速效磷含量先降低再增加,速效钾呈减少趋势,未连作土壤肥力显著高于连作土壤。相关性分析表明,连作土壤真菌和细菌群落的主要影响因子是土壤p H值、土壤水分、速效钾和碱解氮。3.不同连作年限的土壤化感物质变化。半夏连作0-5年的土壤中分别检测出53、53、63、59、58和60类化合物,连作土壤的化合物种类多于未连作的。各连作土壤中有20种相同的化合物,其中邻苯二甲酸二丁酯、香草醛和苯甲酸对半夏有化感作用,表现出低促高抑的现象,在浓度为0.1 mg·L-1时均表现出促进作用。综合化感效应指数显示,邻苯二甲酸二丁酯、香草醛在浓度为1 mg·L-1时,苯甲酸在浓度为20 mg·L-1时抑制半夏发芽率和芽的生长,三者随着浓度增加,抑制作用增强。邻苯二甲酸二丁酯对半夏发芽的抑制作用最强,其次是香草醛和苯甲酸。4、化感物质2,6-二叔丁基对甲酚对半夏根系基因表达的影响。与对照组相比,2,6-二叔丁基对甲酚处理浓度为400 mg·L-1时,半夏根系差异表达的基因有16 716个,其中7 669个基因上调,9 047个基因下调;浓度为100 mg·L-1时,差异表达的基因有17 142个,其中7 490个基因上调,9 652个基因下调;浓度为0.1 mg·L-1时,差异表达的基因有2 234个,其中1 251个基因上调,983个基因下调。差异表达基因对应的转录因子主要是调节植物耐受胁迫的MYB＿superfamily、AP2/ERF、NAC和WRKY家族,还有与植物抗逆性相关的b HLH、C3H和b ZIP家族。在GO功能注释中,差异表达基因主要注释在多生物过程、生物调节过程、细胞过程、含蛋白复合物、细胞、细胞器、细胞成分、转录调节活性、结合活性、催化活性和分子传感器活性等过程。GO功能富集中,差异表达基因主要富集到核糖核酸酶活性、胞外区域、细胞壁组织或生物发生等。KEGG通路注释显示,差异基因主要注释在碳水化合物代谢、脂质代谢、氨基酸代谢、能量代谢和其他次级代谢产物的生物合成。KEGG通路富集中,差异表达基因主要富集到苯丙烷生物合成、戊糖和葡萄糖醛酸的相互转化、核糖体、类黄酮生物合成、氧化磷酸化等。综合GO、KEGG功能注释和富集分析,表明2,6-二叔丁基对甲酚处理半夏根系在上述过程受到重要影响。