生姜（Zingiber officinale Rosc.）是重要的调味品、药食同源作物和高值经济作物，在我国多地广泛种植。然而，受耕地资源和种植制度限制，生姜连作现象普遍，易引发土壤退化、病害加重、产量下降和品质变劣等问题。相比其生产危害，生姜根际土壤中自毒化感物质及其介导连作障碍形成的机制仍缺乏系统认识。

中国科学院兰州化学物理研究所天然药物与化学测量研究中心植物化感与良性生态研究组在生姜连作障碍自毒作用机制研究方面取得新进展。该研究围绕生姜连作过程中自毒化感物质积累、根际微生物群落变化、土壤酶活性和产量品质下降之间的关系，解析了自毒作用介导连作障碍形成的可能机制。

研究团队以不同连作年限（0-7年）生姜根际土壤为研究对象，从甲醇提取物中分离鉴定化感物质，并以拟南芥、莴苣和生姜幼苗评价其化感效应；同时测定生姜农艺性状、根际微生物群落结构、土壤理化性质、土壤酶活性和生姜品质，并通过相关性分析和偏最小二乘路径模型解析各因素之间的关系。

图1.生姜根际土壤中分离鉴定的10种次生代谢物结构

结果表明，研究从生姜根际土壤中分离鉴定出10种具有化感活性的次生代谢物，其中5种具有自毒活性。生姜连作对土壤环境性质、病害发生、作物产量和品质的影响与自毒化合物含量增加密切相关。这些化合物可能调控植物生长，并影响根际微生物群落结构、土壤酶活性和养分吸收；它们与病原真菌呈显著正相关，而与有益细菌呈负相关。

图2.连作过程中5种自毒化感物质在生姜根际土壤中的含量变化

研究结果支持以下假设，生姜连作过程中，自毒化感物质和根际微生物群落共同打破土壤生态平衡，进而导致生姜生长受抑和生产力下降。生姜长期连作与土壤退化、产量和品质下降、根际微生物群落失衡以及土传病害敏感性增强密切相关。姜酚类和姜烯酚类等自毒化感物质在生姜根际土壤中的积累，可能是连作障碍形成的重要因素。

图3.自毒化感物质与生姜农艺性状、土壤酶活性和土壤理化性质的相关性

这些自毒化感物质与病原真菌富集、有益微生物减少、土壤养分循环相关酶活性下降和部分环境修复酶活性升高相伴发生，可能降低土壤养分有效性和根际生态系统稳定性，并最终形成影响生姜生长、产量和品质的负反馈过程。因此，降低或加速降解根际自毒化感物质、调控根际微生物群落和改善土壤健康，可能为缓解生姜连作障碍和实现可持续栽培提供有效途径。

图4.基于生姜自毒化感作用的连作障碍形成机制

相关研究以“Formation mechanisms of ginger (Zingiber officinale Rosc.) continuous cropping obstacles mediated by autotoxicity”为题发表在Plant and Soil (https://doi.org/10.1007/s11104-026-08801-3)上。兰州化物所许欣欣工程师为该论文第一作者，金辉副研究员和秦波研究员为共同通讯作者。

该研究得到了国家自然科学基金、烟台中科先进材料与绿色化工产业技术研究院科技创新项目和甘肃省知识产权计划项目的支持。