人参(Panax ginseng C.A.Mey.)素称“百草之王”,产值居全国中药材之首。由于其忌地性强,栽过人参的土壤(俗称老参地)要30年以后才能再栽参,否则会导致减产甚至绝收,连作障碍已成为人参生产中一个重要的制约因素。化感物质是影响连作障碍的主要原因之一。寻找导致人参连作障碍产生的化感物质一直是研究的热点,而三萜类皂苷作为人参属植物所特有的物质开始被人们所重视。但以往的研究主要注重三萜类皂苷对人参植株的自毒作用,然而系统地研究三萜类皂苷对土壤微生物群落结构及病原微生物趋化性响应及其致病机制方面却鲜有报道。本研究首先探究人参总皂苷对土壤微生物群落结构的影响,探明人参皂苷与土壤微生物群落的量效关系与作用规律。选取人参连作障碍现象中表现最为明显的人参锈腐病的致病力最强病原菌人参锈腐(Ilyonectria robusta)为研究对象,探究三萜类人参皂苷对人参锈腐病菌趋化性响应及其致病机制,并利用高通量组学的方法研究人参锈腐病菌对人参皂苷Rg1响应的转录调控机制。旨在为找到人参连作障碍产生原因提供科学依据和技术支撑。主要研究结果如下:(1)人参总皂苷显著改变新林土中细菌群落组成。不同浓度人参皂苷处理的土壤样本细菌组成具有明显差异,细菌微生物群落随人参皂苷浓度增加而呈明显的梯度变化,同时相同处理浓度下不同时间点均存在明显差异。在土壤细菌群落的门分类水平上,各个处理在10天、50天和90天时间节点的模式非常相似。随着人参总皂苷处理浓度的升高新林土在科级水平上细菌相对丰度显著下降。这些结果证明与对照组相比人参皂苷处理土壤降低了细菌微生物的相对丰富度。(2)结果表明在人参总皂苷处理的第90天浓度为10 mg/L时与对照相比对土壤菌科相对丰度影响最大。同一时间节点的对照组与人参总皂苷处理组存在显著差异。处理第10天对照组中约38%的科水平的丰富度高于人参皂苷处理组。随着处理时间的增加,这一数值不断增加,处理第50天对照组中约42%的科水平的丰富度高于人参皂苷处理组。处理第90天对照组中约69%的科水平的丰富度高于人参皂苷处理组。人参总皂苷处理后Fusarium、Neonectria、Penicillium、Trichoderma和Neocosmospora等有害真菌属相对丰度显著增加,在处理第90天达到峰值。(3)人参锈腐病菌对人参皂苷具有化学趋向性响应。人参锈腐病菌对人参有效成分人参总皂苷、人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1、人参皂苷Rc和人参皂苷Re均具有正向趋化性。单体皂苷中人参皂苷Rg1对人参锈腐病菌的趋化作用最强,最优趋化参数为浓度1mg/L,p H为7,温度25℃。人参总皂苷和人参皂苷Rb1对人参锈腐病菌的最佳趋化浓度为10 mg/L,人参皂苷Rg1、人参皂苷Re和人参皂苷Rc的最佳趋化浓度为1 mg/L;人参锈腐病菌对人参总皂苷、人参皂苷Rg1和人参皂苷Rc的最佳趋化p H为7,人参皂苷Rb1和人参皂苷Re的最佳趋化p H为8;人参锈腐病菌对5种趋化液最佳趋化温度均为25℃;与对照相比人参锈腐病菌病原孢子在最优趋化参数条件下受到5种趋化液的刺激下,均出现孢子萌发率增加的现象,其中人参皂苷Rg1趋化液孢子萌发率最高,是对照组的2.51倍,其次是人参总皂苷和人参皂苷Re趋化液,孢子萌发率分别是对照组的2.11倍和2.18倍;人参锈腐病菌在最优趋化条件下受到5种趋化液的影响菌丝的生长速率随着培养时间的增加而提高。5种趋化液培养第4天时人参锈腐病菌的趋化生长速率达到最大值,分别为0.435、0.526、0.398、0.375和0.402。在培养第3、4、5天时人参皂苷Rg1趋化液的趋化生长速率显著高于其他4种趋化液(P<0.05);人参总皂苷、人参皂苷Rg1、人参皂苷Rc趋化液处理下人参锈腐病菌菌丝干重显著高于对照组(P<0.05)。(4)人参皂苷能够加重人参锈腐病的发生并显著影响细胞壁降解酶的活性。高浓度的人参总皂苷(100 mg/kg dry soil)、人参皂苷Rg1(20-100 mg/kg dry soil)处理组与老参地土壤盆栽处理组(LSD)的结果相似,说明盆栽条件下人参总皂苷与人参皂苷Rg1处理后的人参植株出现了与人参连作障碍相似的现象。在人参锈腐病菌侵染人参的过程中,除多聚半乳糖醛酸酶(PG)以外,人参皂苷处理组显著提升果胶甲基反式消除酶(PMTE)、多聚半乳糖醛酸反式消除酶(PGTE)和纤维素酶(Cx)活性,在第35天时人参皂苷处理组PMTE活性显著高于对照组,加快了人参锈腐病菌的侵染速度。第40天时Cx开始起主导作用,而高浓度的人参总皂苷(HT)和人参皂苷Rg1(LRg1和HRg1)处理组与对照组相比显著提高了纤维素酶(Cx)活性,加快了锈腐病菌对人参纤维素等物质的分解,进而加快了人参锈腐病菌的侵染速度。(5)人参皂苷Rg1调控人参锈腐病菌基因表达。对人参皂苷Rg1处理下不同时间段人参转录组测序发现,分析发现,差异表达基因均在“ABC转运蛋白”(ABC transporters)中显著富集,在第48h对照组与处理组的比较组中富集程度显著低于其他时间点比较组,说明人参锈腐病菌信号转导在短期的Rg1诱导过程中发挥较大作用。在与寄主植物-病原体互作相关基因数据库比对显示,有26个基因对真菌的致病性有影响,主要包括Cfmc、Boaa、Vtlr、Vatr1、Famyo2、Mosfa1、Groel、Eprs、Fsr1、Tsr、Thioredoxin1、Cspv等,是真菌致病的必要基因。经Rg1处理后,10个基因上调,16个基因下调,致病性相关差异基因表达受Rg1的影响较大。这一现象说明了人参皂苷Rg1可能通过调控人参锈腐病菌致病性相关基因表达进而影响人参锈腐病菌对人参的致病能力。综上,人参总皂苷显著降低了土壤细菌微生物群落相对丰度,提高了土壤致病真菌群落的相对丰度。高浓度的人参总皂苷(100 mg/kg dry soil)、人参皂苷Rg1(20-100 mg/kg drysoil)对人参锈腐病菌(Ilyonectria robusta)具有正趋化作用,并能够促进人参锈腐病菌菌丝生长、孢子萌发和增加菌丝干重,在人参锈腐病菌侵染人参不同时间节点显著提高纤维素酶(Cx)、果胶甲基反式消除酶(PMTE)和多聚半乳糖醛酸反式消除酶(PGTE)活性,加快人参锈腐病菌的侵染速度。人参皂苷Rg1可以通过影响人参锈腐病菌的信号转导和致病性等相关基因表达影响人参锈腐病菌的致病能力。