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黄连是我国重要的药用植物之一。生长在海拔2000米左右，喜寒冷、潮湿、阴凉环境，忌高温、强光。黄连多用于清热燥湿、解毒、腹泻、失眠、眼热、牙痛和糖尿病。黄连主要分布在湖北、重庆、四川、云南等地。
作为大宗药材的黄连(Coptis chinensis Franch)又称“味连”、“鸡爪连”等，在我国有悠久的栽培历史，生产实践表明，连作是导致黄连减产和严重病害的主要原因。引起作物连作障碍的因素很多，如改变根际微生物的多样性，包括根际细菌和真菌的种群组成和数量，影响土壤理化性质和质量等，从而阻碍可持续生产。药用植物以其次生代谢物发挥功效，根系分泌物的自身毒性也被认为是造成植物尤其是药用植物连作障碍的主要因素之一。在本研究中，我们利用下一代测序法，提供了两个季节(冬季和夏季)连作和休耕地黄连根际细菌和真菌群落多样性和组成的详细信息，优势分析了土壤主要养分变化，以解析黄连种植对土壤微生物种群以及土壤养分的影响。主要研究结果如下：
1.随着黄连栽培年限的增加，黄连冬、夏两季氮、磷、有机质总量均显著增加。土壤有机质在冬季为11.16～36.04gkg-1，夏季为8.35～33.90gkg-1。有机质含量在5年栽培田(CyS5)显著高于1年栽培田(CyS1)。土壤全氮值冬季为0.99～3.27gkg-1，夏季为1.02～2.68gkg-1，其中5年生(CyS5)土壤冬夏季含量最高(3.27、2.68g kg-1)，1年生(CyS1)土壤冬夏季含量最低。冬、夏季5年生(CyS5)土壤全钾值最高(分别为4.18、4.18gkg-1)，休耕地最低(1.17、1.47g kg-1)。pH值在冬季为4.49～5.84，夏季为5.59～6.48，其中1年生黄连根际的最高(CyS1)，5年生的最低(CyS5)。
2.采用α多样性指数，即Chao、Shannon、OTUs观察值和系统发育多样性(Pd)。与随后的处理(即CyS3和CyS5)相比，CyS1处理的真菌群落的α多样性要高得多。休耕地品种最低。在CyS1中观察到的OTUs显著高于CyS1。所有样本的覆盖率都在97%以上，说明测序读数足以进行分析。在细菌群落观察物种中，两个时间序列土壤样品在一年内的系统发育多样性、Chao1和Shannon指数均表现出显著的丰富度和多样性(p<0.05)。在冬、夏季土壤采样中，Simpson指数与Shannon指数呈相反趋势。
3.基于统一距离的原理坐标分析(PCoA)，即未加权和加权，显示黄连不同年份根际真菌群落在种植年份的夏季分别聚集，而第3年和第5年的根际真菌群落则在冬季聚集。通过PC1法分析根际土壤细菌群落差异，可将种植黄连第3年和第5年的土壤区分开来；而PC2法可将种植黄连第1年、第3年和第5年的土壤以及未种植黄连的对照土壤加以区分。
4.文氏图显示，1年生(CyS1)、3年生(CyS3)、5年生(CyS5)和休耕地(NCS)土壤中分别有17、3、5和2独特的物种，而在夏季采样期分别有20种、7种、10种和21种特有种。冬季细菌群落在1年生(CyS1)、3年生(CyS3)、5年生(CyS5)和休耕地(NCS)土壤中分别鉴定出264、13、23和47独特的物种，夏季鉴定出225种、32种、19种和113种特有种。
5.所有土壤样品中的真菌分类的OTU主要隶属于8个真菌门。子囊菌(占所有序列的55.20%)、担子菌(25.94%)、未分类真菌门(3.46%)和球孢霉(1.68%)是冬季四大真菌门。夏季真菌种类以子囊菌(49.98%)、粘液菌(21.48%)、担子菌(10.16%)和未分类真菌(7.99%)为主。冬季土壤样品中细菌类群的前5大丰度门分别为蛋白质细菌、放线菌、氯杆菌、酸杆菌和拟杆菌，平均相对丰度分别为30.33%、22.41%、14.38%、13.70%和4.34%。夏季，蛋白质细菌、酸杆菌、氯杆菌、放线菌和髌骨细菌的平均相对丰度分别为37.54%、24.91%、10.74%、6.96%和4.77%。
6.真菌构建分为3种主要的营养模式：病理型、腐生型和共生型，在我们的样本中包括8个功能团。总的来说，在营养模式上，腐生物是冬、夏2季的优势营养类型，除CyS3冬季以共生体为主(27.41%)之外。此外，在CyS1(13.60%)和NCS(21.27%)中，光营养是真菌的主要营养方式。预测C和N功能基因丰度的16sRNA基因图谱信息PICRUSt发现，在2个季节(冬季和夏季)的耕种(CyS1、CyS3和CyS5)和休耕(NCS)土壤样品之间存在显著差异。夏季休耕地C、N功能基因丰度差异显著，丰度较高。相比之下，冬季丰度较低。
7.优势种群数据的冗余分析(RDA)和土壤理化特性揭示了土壤样品中真菌群落结构的变化。在真菌群落中，前两个RDA成分(RDA1和RDA2)分别解释了冬季总变异的20.55％和6.88％，夏季解释了总变异的44.57％，1.93％(RDA1和RDA2)。在细菌群落中，RDA轴1解释了RDA轴2的变化，冬季分别为40.79％和7.75％，夏季分别为RDA轴1和RDA轴2的47.36％和12.76％。
作为大宗药材的黄连(Coptis chinensis Franch)又称“味连”、“鸡爪连”等，在我国有悠久的栽培历史，生产实践表明，连作是导致黄连减产和严重病害的主要原因。引起作物连作障碍的因素很多，如改变根际微生物的多样性，包括根际细菌和真菌的种群组成和数量，影响土壤理化性质和质量等，从而阻碍可持续生产。药用植物以其次生代谢物发挥功效，根系分泌物的自身毒性也被认为是造成植物尤其是药用植物连作障碍的主要因素之一。在本研究中，我们利用下一代测序法，提供了两个季节(冬季和夏季)连作和休耕地黄连根际细菌和真菌群落多样性和组成的详细信息，优势分析了土壤主要养分变化，以解析黄连种植对土壤微生物种群以及土壤养分的影响。主要研究结果如下：
1.随着黄连栽培年限的增加，黄连冬、夏两季氮、磷、有机质总量均显著增加。土壤有机质在冬季为11.16～36.04gkg-1，夏季为8.35～33.90gkg-1。有机质含量在5年栽培田(CyS5)显著高于1年栽培田(CyS1)。土壤全氮值冬季为0.99～3.27gkg-1，夏季为1.02～2.68gkg-1，其中5年生(CyS5)土壤冬夏季含量最高(3.27、2.68g kg-1)，1年生(CyS1)土壤冬夏季含量最低。冬、夏季5年生(CyS5)土壤全钾值最高(分别为4.18、4.18gkg-1)，休耕地最低(1.17、1.47g kg-1)。pH值在冬季为4.49～5.84，夏季为5.59～6.48，其中1年生黄连根际的最高(CyS1)，5年生的最低(CyS5)。
2.采用α多样性指数，即Chao、Shannon、OTUs观察值和系统发育多样性(Pd)。与随后的处理(即CyS3和CyS5)相比，CyS1处理的真菌群落的α多样性要高得多。休耕地品种最低。在CyS1中观察到的OTUs显著高于CyS1。所有样本的覆盖率都在97%以上，说明测序读数足以进行分析。在细菌群落观察物种中，两个时间序列土壤样品在一年内的系统发育多样性、Chao1和Shannon指数均表现出显著的丰富度和多样性(p<0.05)。在冬、夏季土壤采样中，Simpson指数与Shannon指数呈相反趋势。
3.基于统一距离的原理坐标分析(PCoA)，即未加权和加权，显示黄连不同年份根际真菌群落在种植年份的夏季分别聚集，而第3年和第5年的根际真菌群落则在冬季聚集。通过PC1法分析根际土壤细菌群落差异，可将种植黄连第3年和第5年的土壤区分开来；而PC2法可将种植黄连第1年、第3年和第5年的土壤以及未种植黄连的对照土壤加以区分。
4.文氏图显示，1年生(CyS1)、3年生(CyS3)、5年生(CyS5)和休耕地(NCS)土壤中分别有17、3、5和2独特的物种，而在夏季采样期分别有20种、7种、10种和21种特有种。冬季细菌群落在1年生(CyS1)、3年生(CyS3)、5年生(CyS5)和休耕地(NCS)土壤中分别鉴定出264、13、23和47独特的物种，夏季鉴定出225种、32种、19种和113种特有种。
5.所有土壤样品中的真菌分类的OTU主要隶属于8个真菌门。子囊菌(占所有序列的55.20%)、担子菌(25.94%)、未分类真菌门(3.46%)和球孢霉(1.68%)是冬季四大真菌门。夏季真菌种类以子囊菌(49.98%)、粘液菌(21.48%)、担子菌(10.16%)和未分类真菌(7.99%)为主。冬季土壤样品中细菌类群的前5大丰度门分别为蛋白质细菌、放线菌、氯杆菌、酸杆菌和拟杆菌，平均相对丰度分别为30.33%、22.41%、14.38%、13.70%和4.34%。夏季，蛋白质细菌、酸杆菌、氯杆菌、放线菌和髌骨细菌的平均相对丰度分别为37.54%、24.91%、10.74%、6.96%和4.77%。
6.真菌构建分为3种主要的营养模式：病理型、腐生型和共生型，在我们的样本中包括8个功能团。总的来说，在营养模式上，腐生物是冬、夏2季的优势营养类型，除CyS3冬季以共生体为主(27.41%)之外。此外，在CyS1(13.60%)和NCS(21.27%)中，光营养是真菌的主要营养方式。预测C和N功能基因丰度的16sRNA基因图谱信息PICRUSt发现，在2个季节(冬季和夏季)的耕种(CyS1、CyS3和CyS5)和休耕(NCS)土壤样品之间存在显著差异。夏季休耕地C、N功能基因丰度差异显著，丰度较高。相比之下，冬季丰度较低。
7.优势种群数据的冗余分析(RDA)和土壤理化特性揭示了土壤样品中真菌群落结构的变化。在真菌群落中，前两个RDA成分(RDA1和RDA2)分别解释了冬季总变异的20.55％和6.88％，夏季解释了总变异的44.57％，1.93％(RDA1和RDA2)。在细菌群落中，RDA轴1解释了RDA轴2的变化，冬季分别为40.79％和7.75％，夏季分别为RDA轴1和RDA轴2的47.36％和12.76％。