黑绒金龟（Maladera orientalisMotschulsky），属鞘翅目（Coleoptera），金龟科（Scarabaeidae）。我国除西藏、新疆无报道外，其他各省（区）均有发生。在国外，日本、朝鲜半岛、俄罗斯有发生。黑绒金龟成虫和幼虫均可为害。幼虫取食植物地下部分，成虫取食作物幼芽、叶片、茎秆等。高粱叶片及幼苗被害，造成叶片缺刻、孔洞，严重的全株被啃光，仅留秃桩。黑绒金龟成虫还可取食为害多种农作物和林木。图3-23 啃食幼苗造成缺刻成虫卵圆形，前狭后宽，大小6.2～9.0mm×3.5～5.2mm，黑色或黑褐色，有丝绒般闪光。唇基黑色，光泽强，前缘与侧缘微翘起，中间纵隆。触角 9节，鳃片部3节。前胸背板横宽，密布细刻点，两侧中段外扩，侧缘列生褐色刺毛。鞘翅侧缘微弧形，边缘具稀短细毛，每侧具9 条刻点沟，沟间拱起明显。前足胫节具 2 个外齿，爪具齿。臀板三角形，密布粗大刻点。卵长1.2mm，椭圆形，乳白色，光滑。老熟幼虫体长14～16mm，头宽2.5～2.6mm，两侧颊区触角基部上方具一圆形暗斑 （伪单眼）。肛腹片后部覆毛区满布顶端尖弯的刺毛，前缘双峰状，中间裸区楔状，楔尖朝向尾部，将覆毛区一分为二。刺毛列位于覆毛区后缘，由16～22根锥刺毛组成，呈横弧状排列，其中间隔开宽些。离蛹，蛹体长8～9mm，宽3.5～4.5mm。腹部第1～6节背板中间具横峰状锐脊，尾节近方形，后缘中间凹入，两尾角较长。雄蛹臀节腹面可见隆起的外生殖器；雌蛹臀节腹面平坦，生殖孔位于基缘中部。图3-24 黑绒金龟（左：成虫；右：卵）图3-25 黑绒金龟（左：成熟幼虫；右：初龄幼虫）黑绒金龟在我国长江以北地区1年发生1代，长江以南地区发生代数不清，以成虫在土壤中越冬。4～6月为成虫活动期，连续5天平均气温10℃以上，尤其是降雨后开始大量出土，晴朗、风小的天气，午后14：00～17：00时是成虫活动高峰。成虫具趋光性和假死性。6～8月为幼虫生长发育期。1.农业措施防治 秋收后深翻土地，改良土壤，合理轮作，铲除杂草，科学施肥，精耕细作等，恶化地下害虫的生存条件，减轻为害。2.人工诱杀成虫 于无风下午14：30～17：00时，在田间分散安插蘸有杀虫剂的新鲜杨树或柳树条把，诱杀成虫。在成虫发生期，利用其趋光性和假死习性，人工捕杀。3.药剂防治 ①毒土法：每亩用40%甲基异柳磷乳油100ml，拌潮湿细土20kg，高粱播种时随之撒施于穴中或播种沟内，可控制或减轻幼虫为害。②喷雾：在成虫盛发期，用2.5%敌杀死乳油或2.5%功夫水乳剂等药剂，每亩15～20ml，对水40kg，喷雾。

黄地老虎（Agrotis segetumSchiffermuller），属鳞翅目（Lepidoptera），夜蛾科（Noctuidae）。分布于欧洲、非洲和亚洲。在我国分布广泛，东北、西北、华北、华中、华东和西南地区均有发生，以北方各省较多。在雨量少、较干旱的草原地带，如新疆、内蒙古、华北部分地区，甘肃河西以及青海西部常造成严重为害。参见小地老虎的为害状。成虫体长14～19mm，翅展31～43mm，体淡灰褐色。雌蛾触角丝状；雄蛾触角双栉状，栉齿向端部渐短，端部1/3丝状。前翅黄褐色，翅面散布小黑点，各横线均为双曲线，但多不明显；肾纹、环纹、剑纹明显，均围以黑边，中央暗褐色。后翅白色，前缘略带黄褐色。卵半球形，直径约0.5mm，表面具纵棱与横道。老熟幼虫体长33～43mm，头黄褐色，颅侧区有略呈长条形暗斑，额区（傍额片）颅顶双峰状。幼虫体淡黄褐色，多皱纹。臀板具2大块黄褐色斑，中央纵断，小黑点较多。蛹长15～20mm，腹部第4节背面中央具稀小不明显的刻点，第5～7节背面前缘中央至侧面均有密细小刻点9～10排，第5～7节腹面亦有刻点数排；腹末端稍延长，着生1对中间分开的粗刺。黄地老虎在我国黑龙江、辽宁、内蒙古和新疆北部1年发生2代，甘肃河西地区1年发生2～3代，陕西和新疆南部1年发生3代。以老熟幼虫在麦田、绿肥、草地、菜地、休闲地、田埂以及沟渠堤坡附近的土壤中越冬，一般田埂密度大于田中，向阳面田埂大于向阴面。3～4月间气温回升，越冬幼虫开始活动，5月第1代幼虫为害春播作物幼苗，8月第2代幼虫为害秋菜、牧草等。成虫昼伏夜出，在高温、无风、空气湿度大的黑夜活跃，有较强的趋光性和趋化性。产卵前需要补充营养。黄地老虎喜产卵于低矮植物近地面的叶上。每头雌虫产卵300～600粒。卵期长短因温度高低而异，一般5～9天，温度17～18℃时10天左右，28℃时仅需4天。1～2龄幼虫在植物幼苗心叶处昼夜为害，3龄后从接近地面的茎部蛀孔为害，造成枯心苗。3龄以后幼虫开始扩散，白天潜伏在被害作物或杂草根部附近的土层中，夜晚出来为害。幼虫老熟后多在翌年春上移到土壤表层做土室化蛹。黄地老虎严重为害大多是在比较干旱的地区，如西北、华北等地，但十分干旱的地区发生也很少，一般在上年幼虫休眠前和春季化蛹期雨量适宜才有可能大量发生。图3-46 黄地老虎（左：成虫♂；中：成虫♀；右：幼虫）参见小地老虎防治。

自生固氮微生物在土壤中可以自行固定空气中的分子态氮，对植物没有依存关系。常见的自生固氮微生物包括以圆褐固氮菌为代表的好氧性自生固氮菌、以梭菌为代表的厌氧性自生固氮菌，以及以鱼腥藻、念珠藻和颤藻为代表的具有异形胞的固氮蓝藻（异形胞内含有固氮酶，可以进行生物固氮）。它们不生长在植物体内，能自己从空气中吸收氮气，繁殖后代，死后将遗体“捐赠”给植物，让植物能得到大量氮肥。红螺菌、红硫细菌、绿硫细菌和梭状芽孢杆菌等都是自生固氮菌，利用光能或化能固定氮素土壤中的自生固氮菌能够在自由生活状态下固氮，只是当它固定的氮素满足本身生长繁殖需要以后就不再固氮了，多余的氮反过来会抑制它们自身的固氮系统。因此，它们固氮效率比较低，固氮量较少。联合固氮的种类和分布非常广泛，从禾本科作物到木本植物以及竹子的根际中都有发现。其中，研究的较为普遍和深入的有：雀稗固氮菌、粪产碱菌、肺炎克雷伯氏菌、印度拜叶林克氏菌、德氏拜叶林克氏菌、弗李明拜叶林克氏菌、多黏芽孢杆菌、梭菌属、德克氏菌属、阴沟肠杆菌、凝聚肠杆菌、草生欧文氏菌、稻草杆菌、生脂刚螺菌和假单孢菌等。1.根际固氮菌根际固氮菌指定殖于根表的所有固氮细菌。这类细菌不仅为植物提供氮素营养，其促进植物生长的主要原因在于产生的激素影响了植物的生理过程。这类固氮菌主要包括雀稗固氮菌、拜叶林克氏菌等。2.内生固氮菌内生固氮菌是指那些定殖在植物根内而与宿主植物联合固氮的固氮菌。固氮螺菌大多聚集在植物根表的黏质层或黏质鞘中，但有的菌株却能突破根表细胞壁，侵入宿主根的皮层组织内，但并不形成共生组织，是介于根际自生固氮和结瘤固氮的过渡类型。虽然联合固氮的固氮效应不及共生固氮高，但其分布广，受益作物多，因此，对于非豆科植物而言，联合固氮可能成为将来农业、林业、牧业中潜在的稳定氮源，其生态意义和经济效益都是不可低估的。根据目前的研究结果可以认为，联合固氮菌促进植物生长的机理主要有：第一是通过生物固氮为植物提供氮素或产生植物激素直接促进植物生长；第二是通过诱导植物产生植物激素、改善植物对矿物质的利用率来间接促进植物生长。虽然大部分固定的氮为固氮菌自身利用，提供给植物的氮素很少，只有菌体裂解后的氮素才能被植物吸收，但由于细菌的生命周期比植物短得多，细菌死亡后释放的有机氮能逐步为植物吸收。自然界氮气的固定有两种方式：一种是非生物固氮，即通过闪电、高温放电等固氮，这样形成的氮化物很少；二是生物固氮，即分子态氮在生物体内还原为氨的过程。大气中90%以上的分子态氮都是通过固氮微生物的作用被还原为氨的。如果把光合作用看做是地球上最重要的生物化学反应的话，则生物固氮应当是地球上仅次于光合作用的第二个最重要的生物化学反应。生物固氮是一种极其温和的生物化学反应，它比人类发明的利用铁催化剂、在高温（约300℃）、高压（约300个大气压）下的化学固氮要优越得多。目前，分离出的联合固氮菌很多具有产生植物激素的功能，如IAA、ABA等影响根的呼吸速率和代谢，刺激根毛和次生根的形成，促进宿主植物对营养物质的吸收。当联合固氮菌在根际微域或植物体内部形成优势菌群后，可以起到调节根际生态平衡，阻止有害菌的入侵和定殖，起到生物屏障的保护作用。固氮菌可以分泌有机酸使得植物根际pH值下降，使难溶性矿物质变的易溶，从而促进植物根系对各种营养物质的吸收，进而间接的促进植物生长。每年由植物的残体带入土壤中大量的有机物质，其中约一半是纤维素。纤维素分解菌可以将这些物质分解成较简单的物质，可作为固氮菌的碳源，增加土壤中自生固氮菌和纤维素分解菌的数量，提高土壤的肥力和熟化程度。蒲一涛（1999）等人对自生固氮菌—褐色球形固氮菌（Azotobactersp.）MIG1.2和纤维素分解菌—拟康木霉（TrichodermaPseadokoningi Rifi）MIG3.142进行混合培养，探讨了菌数与菌液含氮量的变化情况，与各单独培养进行了比较。试验证明，在混合培养条件下，两种菌能相互利用、相互促进，混合培养的菌数增加，两菌的生长及固氮菌的固氮作用均高于两种菌各自单独培养，这两种菌可混合培养制成混合菌剂。孙海英（2009）研究了接种纤维素分解菌与固氮菌对牛粪堆肥发酵的影响，将牛粪与稻草按1：3.5的比例混合堆肥，分别接种纤维素分解菌、纤维素分解菌+固氮菌，结果表明，与接种纤维素分解菌和不接种的对照处理比较，接种纤维素分解菌+固氮菌的处理堆温上升显著加快、C/N（碳氮比）显著降低、pH值在堆肥前期上升快；接种纤维素分解菌的处理比对照堆温上升加快、C/N低。在同时加入纤维素分解菌和固氮菌之后，堆肥过程中C/N明显降低，提高了堆肥的肥效，最大限度地保留了堆肥物料中的氮素营养。沼肥（沼液和沼渣）是有机物厌氧发酵后产生的残余物，是一种优质有机肥。李轶（2009）探讨了施用沼肥等不同肥料对设施土壤固氮菌的影响，以期掌握沼肥等肥料对设施土壤固氮菌影响的规律，基施沼渣比基施猪粪有利于促进土壤自生固氮菌的生长；从番茄苗期到成熟期，追施化肥土壤自生固氮菌数量多于追施沼液土壤，猪粪与化肥配合施用、沼渣与沼液配合施用分别较猪粪与沼液配合施用、沼渣与化肥配合施用能更好地促进土壤自生固氮菌的繁殖。城市生活垃圾在堆肥处理过程中往往会损耗大量的氮，使其含氮量大大降低。然而，氮是农作物生长的三大要素之一，对提高农作物的产量具有重要的意义，石春芝（2002）研究了垃圾堆肥混合接种自生固氮菌和纤维素分解菌对堆肥含氮量的影响，试验证明在固氮菌的作用下，堆肥的含氮量有一定提高，纤维素分解菌对固氮菌的生长有一定协同效应。桉树是我国华南地区的主要造林树种之一，然而长期经营桉树的林地土壤板结，地力衰退，产量下降，这是实现桉树可持续发展的最大障碍。康丽华（2002）研究了桉树与联合固氮菌相互作用的效果，利用联合固氮苗—催娩克氏菌接种桉树的苗木，研究它们之间相互作用关系。扫描电镜观察结果表明，联合固氮菌不但可以在桉树根表定殖，而且还可进入根内定殖，并在接种桉树的根际、根表和根内均分离到该菌。接种联合固氨苗能刺激桉树根系的分泌作用，并对根系分泌物的氨基酸、糖及激素的含量有所影响。联合固氮菌对桉树生长有明显的促进作用。马海宾（2007）研究了联合固氮菌对桉树青枯病菌的抑制作用，采用纸碟法和液体比浊法研究了联合固氮菌对桉树青枯病菌茄拉尔氏菌的抑制作用。结果表明，两株联合固氮菌1（催娩克氏菌）和固氮菌2（阴沟肠杆菌），及其培养物上清液对青枯菌fLa均有不同程度的抑制作用，接种固氮菌1和同时接种固氮菌1及青枯菌fLa的处理比对照桉树苗地下干质量分别增加101.52%和71.81%。接种固氮菌可以降低桉树苗木死亡率38.24%。接种联合固氮菌对植物的生长具有促进作用，并伴随一定的增产效应，但由于菌株与寄主植物的专一性较强，不同生境与植物固氮菌的种类和特性不同。因此，从特定生境和植物根际分离获得高效固氮菌株以研制适合不同生境和植物的专用生物菌肥具有十分重要的意义。卢秉林（2010）在不同化学氮肥用量下接种从当地小麦根际分离所得的Azotobacter chroococcum beijerinck 45N，将其研制为生物氮肥后，与半量化学氮肥配施效果最佳，相比同量化肥处理分别提高春小麦秸秆产量12.70%和16.34%；籽粒产量15.31%和11.77%；氮素收获指数0.68%和0.13%；氮肥农学利用率30.37%和59.39%；氮素吸收利用率26.53%和88.66%；氮肥偏生产力15.27%和11.77%；氮肥生理利用率12.24%和35.24%，同时，还能够提高秸秆和籽粒中全氮、全磷和全钾的累积量。由于生物固氮通常受到氨的抑制，因此，选育抗氨阻遏型（耐氨型）菌株是提高固氮菌应用效果的重要途径，曹毅（2004）研究了施用耐氨型催娩克氏菌对刺黄瓜的影响，试验设3个处理，即用浓度为5%菌液浸种（处理1）、1%粉剂配成水溶液后浸种（处理2）、CK（清水），时间为2h，3次重复，试验结果表明，用5%菌液浸种、在移植第1d和20d用0.5%菌液喷施叶面和淋根，可分别促进种子出苗、幼苗生长、提高小区产量及果实品质；用相同处理粉剂也有类似效果，但不如菌液明显。人们在施用种衣剂防治病害和虫害的同时，势必对土壤根际具有固氮功能的微生物产生影响，韩雪（2010）的研究结果表明，种衣剂对固氮菌产生了不同程度的抑制作用。对大豆根际固氮菌抑制作用由强到弱的种衣剂品种依次是咯菌腈、甲霜灵、多克福和宁南霉素；种衣剂浓度对大豆根际固氮菌多样性的抑制程度不同，但没有明显规律。姚拓（2004）在高寒地区利用稳定性15N同位素稀释法研究了接种燕麦根际联合固氮菌对燕麦生长的影响及固氮量，结果表明，接种不同供试固氮菌株对燕麦生长的影响不同，大多数菌株明显促进燕麦生长（株高、根长、根表面积和生物量）部分菌株则对燕麦生长影响不明显，菌株固氮百分率和固氮量差异较大固氮百分率为13.78%～63.96%大于50%的有5株；固氮量为0.0653～0.3158mg/株。1886年，德国植物化学家Hellriegel和Wilfarth等人研究证明，豆科植物根瘤是由细菌感染引起的，它能固定大气中的氮素。1888年，荷兰学者Beijerinck从豆科植物根瘤中分离出固氮细菌，命名为根瘤菌。根瘤菌固氮指的是根瘤菌属（Rhizobium）的细菌，与豆科植物建立共生关系，它侵染豆科植物的根部，形成一种具有复杂结构和高度分化的特殊的植物器官——根瘤，在根瘤提供的厌氧环境中将分子态氮还原成氨。豆科植物与根瘤菌形成的共生体系是生物固氮体系中最强的共生体系，所固定的氮占整个生物固氮总量的65%，相当于全世界工业合成氮肥量的2倍，在农业生产和生态系统中起着极其重要的作用。根瘤菌的菌体属短杆菌，0.5～0.9μm，革兰氏阴性，端生鞭毛，无芽孢，根瘤菌进入根瘤后呈类菌体状态，往往有分支趋势。大豆根瘤菌为粗的杆菌，无分支，菌落圆形，边缘整齐、凸起、黏稠、乳白色、不透明。根瘤菌在25～30℃繁殖迅速，最适pH值为6.5～7.5，所有根瘤菌都能利用单糖、双糖、多元醇和甘露醇。根瘤菌中的每种细菌都与某几种豆科植物专一性地对应，每一种根瘤菌只与其有专一性对应的几种豆科植物建立共生关系形成根瘤，不与其他种类的植物共生形成根瘤。原因是豆科植物的根毛能够分泌一类特殊的蛋白质，根瘤菌细胞的表面存在着多糖物质，只有同族豆科植物根毛分泌的蛋白质与同族的根瘤菌表面的多糖物质才能产生特异性结合。当豆科植物在幼苗期，土壤中的根瘤菌便被其根毛分泌的有机物吸引而聚集在根毛的周围，并大量繁殖。同时产生一定的分泌物，这些分泌物刺激根毛，使其先端卷曲和膨胀，同时，在根菌瘤分泌的纤维素酶的作用下，根毛细胞壁发生内陷溶解，随即根瘤菌由此侵入根毛。在根毛内，根瘤菌分裂孳生，聚集成带，外面被一层黏液所包裹，形成感染丝，并逐渐向根的中轴延伸。浸染丝状体在根的外皮细胞之间流通，分权成网状，然后破裂，在细胞内释放出细菌，形成原基根瘤，此时尚不能固氮。寄生植物细胞增殖引起根瘤菌也在每一个细胞内增殖，最后形成完善的根瘤。经过一段时间后，寄生植物根部充满了根瘤菌，从而成为膨胀或分枝形状，称为类菌体。固氮的细胞被豆血红蛋白染成红色，豆血红蛋白是把氧输送到类菌体的一种色素。在自然界中，豆科植物根部有时也会形成一种淡绿色根瘤，但是，根瘤中除有淀粉积累外，还有许多类似于人工培养基上生长的短杆状菌体，菌体不膨大形成类菌体。这种根瘤因不含豆血红蛋白而不能进行固氮作用。带有豆血红蛋白的根瘤为有效根瘤。在三叶草、豌豆、花生的有效根瘤内，几乎100%的细胞都含有类菌体，而在菜豆、锦鸡儿、田菁的有效根瘤内，通常只有50%～70%的细胞受感染。根瘤菌肥料按形态分为液态根瘤菌肥料和固态根瘤菌肥料。按照寄主植物种类的不同，可分为大豆根瘤菌肥料、菜豆根瘤菌肥料、花生根瘤菌肥料、豌豆根瘤菌肥料、三叶草根瘤菌肥料等。根瘤菌对它共生的豆科植物具有专一性、有效性和侵染力。专一性是指某种根瘤菌只能使一定种类的豆科作物形成根瘤，因此，用某一族的根瘤菌制造的根瘤菌肥，只适用于相应的豆科作物侵染力是指根瘤菌侵入豆科作物根内形成根瘤的能力；有效性是指它的固氮能力。我国从20世纪50年代开始研究大豆根瘤菌的接种技术，目前，大豆根瘤菌的接种方式主要以液体菌剂拌种和施用颗粒菌肥为主。根瘤菌接种豆科植物后，能否在土壤这个复杂的环境里占据优势是菌剂发挥作用的一个关键。过去施用的根瘤菌剂有液体菌剂和草炭菌剂，研究表明，液体菌剂施到土壤后，由于土著根瘤菌或其他有害菌的竞争，菌剂效果不理想，根瘤菌大量死亡。而草炭菌剂虽然提高了菌剂的保质期，但微生物遗漏现象较严重，也影响了菌剂的应用效果。海藻酸钠成本低廉，对微生物无毒害，而且不造成环境污染。一定时期内微生物能在颗粒内部增殖，并能从颗粒内部缓慢释放出来，这样就在豆科植物根际形成局部优势菌群，提高了根瘤菌的竞争力，从而使菌剂较好地发挥其肥效。广东省是我国四大花生主产省之一，但花生平均产量较低，在全国平均产量以下，温海祥（2002）通过拌种方法在花生种子中接种来提高花生产量，在未种过花生的花岗岩发育的壤土中进行种植，花生播种后每小区用7ml固氮根瘤菌液注入3500ml清水中搅匀制成稀释菌液，而后将稀释菌液装入喷雾器内，按播种孔穴喷浇在花生种子和孔穴土壤表层，每孔穴喷约12～15ml稀释菌液，对照区用等量清水喷浇而后覆土盖种，试验结果表明：施用的花生固氮根瘤菌明显增加了花生的结瘤量、植株生长健壮，群体生长旺盛增加植株生物量，结荚率提高11%，植株含氮量提高52.9%籽仁含氮量提高52.8%，产量提高40%，增产效果显著。蚕豆和玉米间作系统是我国西北地区广泛采用的种植模式，在该系统中进行蚕豆接种根瘤菌是否会有利于进一步提高氮营养的间作优势。李淑敏（2005）通过盆栽试验研究了蚕豆和玉米间作接种AM真菌与根瘤菌对其吸磷量的影响，结果表明，接种AM真菌均显著促进玉米和蚕豆吸收有机磷，与对照相比吸磷量分别增加138.1%和82.3%；接种AM真菌和根瘤菌对蚕豆吸收有机磷有协同促进作用，蚕豆根瘤数、根瘤重和菌根侵染率显著增加，并改善与其间作玉米的营养状况，明显促进玉米生长。刘江（2000）研究了VA菌根真菌与根瘤菌和溶磷菌双接种对烟苗生长的影响，结果表明，单接种及双接种均能很好地促进烟苗快速而健壮生长，且可使育苗时间缩短10～12d；双接种效果优于单接种。根瘤菌对烟苗生长前期有良好效果，但对后期的作用却不大。在缺磷土壤上接种溶磷菌无效，在有磷源的条件下同时接种溶磷菌和G.M，能有效地达到节磷增产效果。根瘤菌不同接种方式对大豆根瘤分布及产量有着明显的影响，唐颖（2001）研究了根瘤菌不同接种方式对大豆根瘤分布及产量的影响，结果表明，大豆根瘤菌液体菌剂拌种与施用颗粒菌肥导致大豆结瘤部位不同，液体菌剂拌种根瘤多集中于根上层，即距土表0～30cm，距主根0～10cm，施用颗粒菌肥根瘤多集中于根下层，即距土表10～40cm，距主根5～15cm施用颗粒菌肥在大豆生长后期根瘤数量及干重均显出优势，且大豆产量高于液体菌剂拌种的。唐颖（2002）研究的结果表明，液体菌剂拌种与颗粒菌肥作种肥施用导致大豆结瘤部位不同，液体菌剂拌种根瘤多集中于根上层，施用颗粒菌肥根瘤多集中于根下层。施用颗粒菌肥在大豆生长后期根瘤数量及干重均显出优势且大豆产量高于液体菌剂拌种处理。曹国瑶（2006）研究了不同根瘤菌比例、营养液及用量在菜豆上的应用效果，结果表明，采用推荐营养液用量处理（以1000g/100kg拌种）的菜豆平均干物质量较采用1/4推荐用量处理（以250g/100kg拌种），提高了49.44%，根瘤菌数增加了58.32%。与氯化钙混合营养液相比，硫酸钙混合营养液处理后于物质量增加了29.45%。于景丽（2005）以缺铁的石灰性紫色土为供试土壤进行盆栽试验，选用3株慢生型花生根瘤菌作为供试菌株，研究了石灰性紫色土施铁肥与接种根瘤菌对花生—根瘤菌共生固氮作用的影响，结果发现，缺铁的石灰性紫色土上单施铁肥、单接种根瘤菌、接种根瘤菌配施铁肥均能促进花生与根瘤菌的共生固氮效应和竞争结瘤能力，但接种根瘤菌配施铁肥的效果最好，单接种根瘤菌的效果次之，单施铁肥的效果差。喷施0.2%硫酸亚铁溶液的效果比0.3%的好。植株全氮含量和叶绿素含量都是指示共生固氮效应的重要指标，与花生产量间存在极显著的相关性，相关系数分别为0.763和0.795。李超敏（2006）采用海藻酸钠—脱脂乳体系包埋根瘤菌和光合细菌研究了微生物在载体上的存活及释放情况。结果表明，海藻酸钠作为根瘤菌剂的新载体能够提高菌剂的有效期及释放率，根瘤菌和光合细菌混合接种豆科植物能够提高大豆根瘤的固氮酶活性和土壤固氮强度，并能在一定程度上减轻大豆孢囊线虫的危害。当根瘤菌和荚膜红假单胞菌混合培养时，不仅固氮能力增强，还能使根瘤菌耐干旱，延长保存时间。紫花苜蓿是一种蛋白质含量高的优质豆科牧草，有“牧草之王”的美称。然而，南方面积广大的酸性土壤严重阻碍了紫花苜蓿产业化进程。张琴（2006）研究了不同pH值下接种根瘤菌对紫花苜蓿产量和品质的影响。结果显示，pH值和接种菌株对苜蓿整株鲜重、有效根瘤数、固氮酶活性和全氮含量的影响均较显著。pH值从5.6降低到4.8，苜蓿整株鲜重、固氮酶活性、全氮含量平均降低约66.64%、39.20%和25.84%，有效根瘤数平均减少约8个。河西走廊豆科植物由于干旱缺水严重制约了根瘤菌的固氮作用，在盐渍地豆科植物共生固氮体系效能更低，陈利云（2008）采用来源于高盐碱极干旱地区土壤的耐盐根瘤菌，研究对紫花苜蓿接种效果，接种该耐盐根瘤菌的紫花苜蓿与不接种的对照相比其结瘤数增加了11.4%～77.7%，有效瘤重增加了26.4%～80.8%，地上生物量鲜熏增加了45.8%～87.5%，地上生物量干重增加了49.1%～106.3%，粗蛋白质含量增加了1.5%～13.5%。磷是植物生长必需的营养元素之一，我国有74%的耕地土壤缺磷，土壤中95%以上的磷为以难溶的无机和有机物这两种无效态存在，难以被植物吸收利用。其中，有机态磷约占土壤全磷量的20%～50%，在森林或草原植被覆盖的土壤中甚至可达90%，主要以磷酸肌醇、磷脂、核酸、磷蛋白等形式存在。无论在北方石灰性土壤还是南方酸性土壤，因土壤强烈的固磷作用，当季磷利用率不足20%，造成资源浪费。土壤中存在着大量的微生物，其中，一些种类能够释放有机酸或无机酸，可以增加难溶性磷酸盐的溶解性和土壤有效磷含量，改善作物磷素营养，这类微生物统称为解磷菌或溶磷菌。解磷菌可以通过活化土壤中的难溶性磷和分泌生长素等物质刺激植物生长，某些解磷菌还具有一定的生防作用。对土壤中含磷化合物具有分解能力的细菌统称为磷细菌（phosphobacteria），分为有机磷细菌（解磷菌）和无机磷细菌（溶磷菌）两大类。当然，某些细菌不仅可以溶解无机磷，也能分解有机磷，二者之间并无严格的界定。1.有机磷细菌芽孢杆菌属的细菌，为革兰氏染色阳性，能产生抗热的芽孢，为椭圆形或柱形周生或侧生鞭毛，能运动，能产生接触酶。2.无机磷细菌假单胞菌属中的细菌为革兰氏染色阴性杆菌，极生的单鞭毛或丛鞭毛，能运动，接触酶阳性。此属中的部分菌株为致病菌，必须进行严格的菌种鉴定后才能用于生产。产碱菌属的细菌，细胞呈杆状，1～4根周生鞭毛，能运动，革兰氏染色呈阴性，接触酶阳性。硫杆菌属的菌为革兰氏染色阴性小杆菌，单根极生鞭毛，能运动，严格自养。细菌中解磷能力比较强的主要为芽孢杆菌和假单胞菌。芽孢杆菌包括蜡状芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、坚强芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蕈状芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、栗褐芽孢杆菌等；假单胞菌包括沟槽假单胞菌、青紫葛假单胞菌、荧光假单胞菌、恶臭假单胞菌、丁香假单胞菌、施氏假单胞菌、产碱假单胞菌、铜绿假单胞菌等。其中，解磷巨大芽孢杆菌是发现最早、解磷效果最好、使用国家多、推广面积大的菌株，它具有溶解磷酸三钙的能力。值得注意的是，蜡状芽孢杆菌、假单胞菌中有一些种是动、植物病原菌，所以对此类微生物作为生产菌种应有明确的鉴定，至少须鉴定到种，确定是非病原菌后才能应用。1.解磷菌对难溶无机磷酸盐的解磷机制一般都被认为是由于菌体生长过程中产生各种有机酸，而将其中的磷溶解释放出来，即“酸解作用”。磷细菌降解无机磷化物的机理有：①解磷细菌在生命活动中会产生可以溶解土壤中难溶性磷酸盐的有机酸，如乳酸、氨基乙酸、草酸、延胡索酸、琥珀酸、2-葡糖酮酸和柠檬酸等。②解磷细菌释放出的H2S与磷酸铁反应产生硫酸亚铁和可溶性的磷酸盐。③解磷细菌的呼吸作用释放出CO2，降低了环境pH值，引起磷酸盐的溶解。④解磷细菌能够吸收钙离子，使磷酸根离子进入土壤溶液。⑤植物残体腐解能产生胡敏酸和富里酸，并与复合磷酸盐中的钙、铁和铝螯合释放出磷酸根。另外，它们也可以与铁、铝及磷酸盐形成稳定的可溶性复合物而被植物体吸收利用。⑥解磷细菌通过NH4+的同化作用放出质子，降低pH值，从而引起磷酸盐的溶解。国外研究发现，一些解磷菌只有当介质中有NH4+存在时，才具有溶解无机磷酸盐的能力。⑦当某些异养型解磷细菌的生存环境氧化状况发生改变时，它们能够将不溶态磷酸盐转化为可溶态的亚磷酸盐和次磷酸盐。如丁酸梭状芽孢杆菌在极其潮湿厌氧状态的土壤中，可以将磷酸盐转化为亚磷酸盐和次磷酸盐，从而被植物所吸收利用。此外，还有人发现了解磷细菌在根际土壤中能否解磷，可能与根际存在的营养物质种类及根际环境pH值变化有密切关系，如磷细菌在碱性基质中同样产酸，但由于碱性反应而不能发挥有机酸作用，表现为不解磷。2.无机磷酸盐的氧化作用和还原作用某些异养型磷细菌由于生存环境氧化状况发生了改变，能使不溶性无机磷酸盐转化为可溶性的亚磷酸盐和次磷酸盐。如丁酸梭状芽孢杆菌在极其潮湿的厌氧状态的土壤环境中，可以将磷酸盐转化为亚磷酸盐和次磷酸盐。酶解作用是有机磷降解的重要途径。一般认为，磷细菌对有机磷酸酯的分解是通过分泌胞外磷酸酶进行解酶而实现的。但是研究发现，当有效磷浓度低于某一阈值使微生物和植物感到低磷胁迫时，微生物和植物就会分泌胞外磷酸酶，将有机磷水解，释放出有效磷。已证实在土壤中接种解磷的巨大芽孢杆菌后，土壤无机磷含量提高了15%以上；在含有机磷较高的松软土壤中接种巨大芽孢杆菌效果更显著。主要原因是解磷细菌把有机磷释放出来，转化为可利用的无机磷。研究证明，有机磷化物对于磷细菌菌体的生长存在着抑制作用，同时对于磷细菌利用有机磷又存在诱导作用。有机磷酸盐还能被细菌产生的有机酸溶解，经水解作用可释放出游离的磷酸盐。可溶性磷酸盐一部分进入细菌细胞后被固定，当细胞死亡后，又重新释放并被植物吸收利用。微生物对土壤磷素的固定与释放，主要受土壤中可降解有机物含磷量的影响。一般情况，细菌和放线菌细胞积累的磷素（占其总干重的1.5%～2.5%）略高于真菌（0.5%～1.0%）。在我国干旱和半干旱地区，土壤水分对菌肥影响十分明显。周鑫斌（2003）研究了石灰性土壤中不同水分条件下磷细菌肥施用的效果，试验土壤采自山西农业大学校内建筑施工地下4～6m深处的生土，土壤5种不同的水分含量8.5%～9.5%、10.5%～11.5%、12.5%～13.5%、15.5%～16.5%和19.5%～20.5%，试验结果表明，土壤水分的高低对菌肥施用效果有显著的影响，磷细菌肥在土壤水分为15.5%～16.5%的条件下能显著提高土壤生物活性和植物吸磷总量，对玉米的产量有显著的影响，平均可增产9.66g/盆；过高过低的水分条件都不利于菌肥肥效的发挥，但菌肥在土壤水分为10.5%～11.5%时即可表现出较显著的增产作用，说明该范围是菌肥的有效使用的土壤水分下限，这就为菌肥在干旱、半干旱地区的推广和使用提供了一定的理论依据。周鑫斌（2005）通过室内培养和大豆盆栽试验，研究了磷细菌溶解磷酸钙的能力及在北方石灰性土壤上施用磷细菌肥对土壤磷素转化的影响，表明磷细菌具有较强的溶解磷酸钙的能力，磷酸钙的溶出率从2.8%上升到22.0%，在贫磷土壤中，使Ca10-P和Ca8-P含量下降，Ca2-P和Al-P含量增加。而在富磷土壤中，解磷细菌对土壤无机磷形态、组分则无明显影响。土壤中的大量微生物如根瘤菌、固氮菌、硝化菌等对解磷细菌的解磷能力发挥和种群消长动态都有很大的影响。一般表现为解磷微生物与其他微生物间有着相互促进的协同作用；而解磷微生物本身对某些病原菌则有明显的拮抗作用。梁利宝（2006）等人研究了石灰性土壤中土著微生物对解磷微生物解磷效果影响，油菜盆栽试验设两大处理即灭菌后土壤和未灭菌土壤。试验结果表明，土著微生物对施加解磷细菌的土壤氮、磷有一定的影响，对钾的影响不显著，反映出土著微生物对解磷微生物的解磷效果有一定的影响。张健（2006）等人研究了不同解磷菌群（细菌菌群、真菌菌群和细菌真菌混合菌群）在石灰性土壤中对油菜产量及品质的影响，结果表明，施用解磷菌群处理比对照产量增加1.08%～39.18%，氨基酸含量增加4.41%～61.03%，还原糖含量增加14.97%～78.57%，维生素C含量增加21.62%～73.33%，硝酸盐含量降低22.28%～63.78%，油菜植株全磷含量有所改善，而且以细菌、真菌处理较好。陶光灿等（2004）将10株具有促生及抑制病害的芽孢杆菌属菌株的培养物，按不同比例配制成5个混合剂型细菌制剂接种，都可很好地促进豌豆出苗，提高出苗率，且健康苗占总苗数和植株干物重的比例都有显著效果，其原因为微生物接种后在根部区域大量繁殖，形成优势种群，抑制或减少病原菌的发生或繁衍。秦芳龄（2000）研究了泡囊—丛枝（VA）菌根菌和解磷细菌双接种对红三叶草生长和磷营养的影响。结果表明，单接种解磷细菌对红三叶草菌报侵染率无显著影响，而菌根菌和解磷细菌双接种对红三叶草生长和磷营养改善有正交互效应，且在砂堵条件下效应更为明显。郑少玲（2007）研究了解磷细菌对难溶性磷（磷矿粉）的有效化作用。试验结果显示，在肥力较低的惠州菜园土上，施用含解磷细菌的生物有机肥能促进菜心的生长，与施用等养分含量的磷矿粉及不含解磷细菌的生物有机肥比较，提高其地上部生物量7.0倍和4.2倍，单季菜心对氮的吸收利用效率提高了32.5%和28.8%，对磷的吸收利用效率提高了8.6%和7.9%，对钾的吸收利用效率提高了54.4%和48.8%。施用含解磷细菌的生物有机肥还可以提高蔬菜植后速效磷的含量，比磷矿粉处理及不含磷细菌生物有机肥处理分别提高19.5mg/kg及11.4mg/kg。钾是植物必需的大量营养元素之一，对提高作物产量、改善农产品品质、增强作物的抗逆性具有重要作用。土壤是一个庞大的天然钾库，蕴藏着丰富的钾素，以全量钾而言，比氮、磷含量高得多，一般含量为1.2%，是土壤中含量最高的大量营养元素，但土壤中速效钾含量仅占全钾的0.1%～2%，90%以上的土壤钾是以作物难以利用的矿物钾存在，作物缺钾主要是因为土壤中能为作物利用的有效钾很少。我国在目前的施肥状况下，钾素一般处于亏损状态，土壤钾素不足已构成我国农作物产量提高、品质改善的限制因素。农业生产上施用钾肥日益增多，但我国钾矿资源缺乏，中国的钾肥生产只占世界的0.34%，而消耗量占14.7%，虽每年进口约200万t钾肥，仍不能满足农业生产对钾肥的需要。土壤中存在有大量的微生物，它们与土壤矿物分解、养分活化密切相关，硅酸盐细菌则能使硅酸盐矿物中K、Fe、Mg、Si的溶出，利用硅酸盐细菌的解钾作用是活化土壤中矿物钾的有效途径。1912年，前苏联学者巴撒立克首先从蚯蚓肠道中分离出一株钾细菌，是兼性好氧的化能异养细菌，能利用葡萄糖、淀粉等多种碳源，在无氮培养基上生长很好，表明具有固氮能力。它的生长适宜温度为25～28℃，最适pH值为7.0～7.2。硅酸盐细菌又称钾细菌，在伯杰氏手册中称为环状芽孢杆菌（Bacillus circulans），是一种胶质芽孢杆菌（Bacillus mucilaginousSiliceous），具有分解矿物钾的能力，能将钾长石等含钾矿物中难溶态无效钾转化为可溶态有效钾，在土壤中普遍存在，一般每克耕地土壤中含有2000～40000个。硅酸盐细菌（Silicate bacteria）主要有3种：环状芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌和土壤芽孢杆菌。硅酸盐细菌细胞内含钾量很高，其灰分中钾的含量达33%～43%，菌体内的钾在菌体死亡之后，又从菌体内游离释放出来，可为植物吸收利用。硅酸盐细菌菌落是圆形凸起如半粒玻璃珠、边缘完整、表面湿润光滑、无色透明的大型菌落。硅酸盐细菌大多数为革兰氏阴性菌；菌体呈长杆状，两端钝圆，菌体粗长，大小为1.0～1.8μm，长3～10μm；有肥厚荚膜，能形成椭圆形芽孢，无鞭毛；化能异养细菌，能利用蔗糖、葡萄糖、淀粉、甘露醇等多种碳源；兼性好氧，最适生长温度为25～28℃，最适生长pH值是7.0～8.5。然而，多年来国内对该菌的名称不统一，甚至在学名上也有多种分类名称，至今国际上通用的《伯杰细菌分类手册》中并无此菌的学名及特性描述。此外，国内有些学者对此菌有无释放矿物中钾素能力还有不同看法。因此，多年来此菌存在名称和性能问题一直存有争议。硅酸盐细菌可以使大量游离的钾元素进入其荚膜和菌体，从而减少了钾的流失和渗漏，其分解土壤硅酸盐和固定钾肥得到的钾能经常地不间断地供给植物。也有人认为，硅酸盐细菌的解钾作用可能与菌体的荚膜有关，因为在该菌体的细胞外可形成比菌体大10～50倍的荚膜，有的荚膜可形成2～4层，硅酸盐细菌可以借助荚膜来包围矿物颗粒而吸收磷钾养料。硅酸盐菌体细胞具有很强的吸持钾的能力，其细胞灰分中钾的含量高达33%～43%，这部分钾在菌体死亡之后可从菌体游离出来供植物利用。连宾（1998）在综合已有的实验证据的基础上并结合理论分析提出了解钾作用的综合效应学说，即：①不断增殖的细菌通过其胞外多糖与钾长石形成细菌矿物复合体；②细菌矿物复合体对有机酸及一些无机离子强烈吸附，从而导致该复合体微区域发生变化；③包裹在复合体中的矿物颗粒被生物侵蚀，导致释放，与酸根离子结合，同时，在缺钾情况下细菌主动吸收复合体中的K+，从而打破了矿物溶解与结晶过程中的动态平衡，促进矿物降解及钾的进一步释放。硅酸盐细菌分解硅酸盐矿物的原因应该是多种因素作用的结果，应结合多种机理加以分析，对于不同的硅酸盐细菌其机理也有所不同。棉花属喜钾作物，适宜的钾营养元素是促进棉株的生长发育，提高棉花产量和品质的保证。付学琴（2007）在江西农业大学试验站的红壤土上研究了硅酸盐细菌与化肥配施对棉花生长发育特性的影响，得出硅酸盐细菌能明显地促进棉花对养分的吸收利用，增加果枝数、成铃和产量，改善皮棉品质，配合一定量的氮、磷、钾化肥施用效果更好。单施菌肥的棉株果枝数、成铃数和产量分别比对照高12%、16.5%和30%，氮、磷、钾积累总量分别比对照高19.1%、19.5%和23.7%，并能明显地促进棉株的生长发育。王思远（2000）研究了硅酸盐细菌与化肥配施对土壤养分的转化和烤烟生长发育的影响，试验在吉林农业大学试验站进行，土壤类型为黑土，中等肥力。试验烤烟品种为NC89，结果表明，硅酸盐细菌能明显地促进土壤养分的转化，促进烟株对养分的吸收利用和生长发育，配合一定量的氮、磷、钾化肥施用效果更好。氮、磷和钾的转化效果分别比对照高10.4%～57.9%、10.3%～28.0%和2.6%～67.3%，并能明显地促进烟株的生长发育。付学琴（2009）通过对水稻土壤连续两年施用硅酸盐细菌复合肥料，研究其对土壤微生物量和土壤理化性质的影响，试验于2007年和2008年在江西农业大学试验站进行。土壤类型为潴育型水稻土试验结果表明硅酸盐细菌肥料与有机肥混施的土壤微生物生物量比对照提高90%，比单一施用硅酸盐细菌肥料或有机肥料分别提高25.6%和33%；细菌、放线菌、真菌和硅酸盐细菌分别比对照提高3.82倍、2.18倍、1.52倍和16.83倍，硅酸盐细菌肥料与有机肥混施的土壤容重比对照下降12.7%，比单一施用硅酸盐细菌肥料或有机肥料分别下降6.8%和7%；阳离子代换量比对照提高19.6%，比单一施用硅酸盐细菌肥料或有机肥料分别提高8.2%和7.7%。石光辉（2001）等研究发现，在油菜移栽时用硅酸盐细菌制剂7.5kg/hm2沾根，与对照相比，千粒质量增加0.18g，产量增加573.90kg/hm2，增产幅度达到20.27%，增加产值1147.80元/hm2。占新华（2003）研究了硅酸盐细菌的生物效应和根际效应，结果表明，当硅酸盐细菌的处理浓度在0～250g/L浓度范围内时，对小麦种子的发芽率几乎无影响。在0～2g/L浓度内，促进小麦苗和根的生长，以2g/L浓度对小麦苗和根的促生效果最佳；浓度为2～250g/L时，生长促进作用逐渐减弱直至抑制小麦的生长。硅酸盐细菌也能促进玉米苗的生长，对玉米根的促生效果优于地上部。硅酸盐细菌处理的小麦根际pH值和速效磷含量明显低于对照，而速效钾则高于对照。蒋先军等（2000）研究了硅酸盐细菌代谢产物对植物生长的促进作用，他首先将硅酸盐细菌培养基加热完全溶解后，加棉塞湿热灭菌（120℃，253kPa），1h后在接种箱中接菌，恒温28℃，摇床培养3d备用；将恒温28℃下，摇床培养（120r/min）7d后的细菌代谢物作为原液，紫外线照射30min灭菌，从而制得硅酸盐细菌代谢产物，然后用磁力搅拌器搅拌后将其分别稀释5倍、25倍、125倍、625倍和3125倍浸种；研究结果得出，经硅酸盐细菌代谢产物处理过的种子，水稻株高比对照增加27.7%，生物量比对照增加40.2%，硅酸盐细菌的代谢产物对植物生长的刺激作用与浓度有关，低浓度的代谢产物对植物生长有明显的促进作用，高浓度的代谢产物则有一定的抑制作用，代谢产物的作用对根系生长的影响尤为明显。放线菌是产生抗生素活性物质的最多的一类微生物，至今已报道过的近万种抗生素中，约70%是由放线菌产生的。5406菌肥，又称放线菌肥料，是在放线菌肥料研制之初，以“5406”号放线菌为主要菌种加入到载体之中制成，所以，称为5406菌肥，简称“5406”。现在，生产5406菌肥的菌种有多株，但其生物学特性都基本相同。5406抗生菌具有成本低、肥效高、抗病害、促生长、水田和旱田都能使用的优点，它能产生生长刺激素，可刺激细胞分裂和纵横伸长，对动、植物没有药害和毒性，有广泛的使用前景。使用时，每亩绿肥用量拌25kg的5406菌肥，同时，配合施用石灰。可用拖拉机将绿肥耙匀切碎，几天后，5406菌即可大量繁殖。在旱地作物施用时，若把绿肥与5406抗生菌肥混用，穴埋或者翻犁，都能得到良好的增产效果。在100kg堆制的菌肥中加入5kg过磷酸钙覆盖在旱田作物种子上，产量也能明显增加。该方法特别适用于对土质不利5406繁殖而生育期又较长的作物。因为厩肥所含养分丰富，能供给5406菌生长发育所必需养分，有助于加强菌肥作用效果，促进微生物活动，增加土壤养分。将菌肥加少量水，用手搓化，然后加水2倍调匀。再加入种子，充分翻拌，浸泡12h使水全部被籽粒吸收后即可播种（能加入少许磷肥效果会更好），取出摊晾至半干播种。可使小麦增产8%～40%。或者用人尿和水各半或全部清水浸麦种4～8h，然后以麦子10kg，5406孢子粉1kg的比例拌种，最好再加1～2kg过磷酸钙或2～3kg的钙镁磷肥拌匀后播种。5406抗生菌肥肥效持久，但是，来得比较慢，最适作基肥施用。最好的使用方法是通过浸种后再做基肥使用。一般每亩（667m2，全书同）种子用菌肥2.5～5.5kg，菌肥先加3倍清水搅拌2h，再将种子倒入，拌匀，待种子把水分吸干后，凉至爽手时即可播种。播种时若每亩以40kg左右的菌肥掺入有机肥及5kg过磷酸钙，10kg草木灰，覆盖于种子上，覆土淋水，则效果更明显。如果土壤较为干旱，最好在阴天或下雨前用作拌种，然后在种肥上盖一薄层细土，若施后遇干旱，应泼水润土。麦种20kg，细肥泥10～15kg，糠2kg，钙镁磷肥2kg，5406孢子粉0.5～1kg。用水浸麦种12～24h后，再与上述原料拌和在一起，边拌边洒水，以手捏成团，触之能散为原则，以10～16cm的厚度堆放在能保温保湿（上下有覆盖物）的场地上，经24h后，麦子大部分露白就可播种。水稻施用5406时，最好是先将水稻进行拌种、催芽然后作为追肥施用。一般用量为每50kg湿稻种拌0.5～1kg的5406拌种剂。稻种要充分浸透，而且要淋稍多点水，否则会因缺水而发育不良。另一方面要控制好温度，稻种拌入5406菌肥后，一般要求温度稍高。作追肥使用时，最好在第二次中耕时施用，这时禾苗已进入分蘖盛期，田面能避光直晒，而中耕后又进行晒田和干湿排灌，这些措施和环境都适合5406繁殖。最好在插秧前选晴天作面肥撒施，施时田水要浅灌，以防菌肥流失，同时，又能较好地提供5406抗生菌生存的条件。还可用作秧田覆盖物，防止烂秧。事实证明，若以菌肥拌合少量土杂肥施用，半个月后即见效果，增产效果十分明显。5406菌肥的浸出液中含有苯乙酸等多种生长刺激因子和抗菌物质，具有一定的防病效能，特别是在防止大豆、棉花、豌豆等作物的烂种上，效果显得明显。制备时需5406的孢子粉1kg，对水30～50kg，不同的作物、不同的生长期来定每亩的用量。喷施均匀为主要的标准，一般每亩应喷施50～75kg，制备时应将菌肥计量放入容器内，先对入1倍左右的水，搅拌成糊状，再对足水量，浸泡5～12h，不断搅拌使其充分溶解，滤液应立即使用，不宜久存。喷雾次数在大面积推广中以2～3次为宜。一般营养生长阶段喷雾一次，生殖生长阶段2次。浸种和喷雾两种方法配合使用，可使5406在作物的整个生育期发挥促进发育和保健的作用，从而获得最佳效果。一般水稻应在栽前5d左右的苗期，分蘖末期，孕穗期，破口期和开花期为宜。尤以水稻孕穗期至破口期最为经济有效。灌浆后不宜喷施，以免贪青晚熟。对双季晚稻为促其尽早抽穗扬花和增强对低温的抗性，最好用浸出液与尿素、过磷酸钙混合喷施，并力争在分蘖末期开始喷施，10d后再喷施1次。喷施应在晴天露水干后进行，24h内若有降雨重新喷施，花期和高温季节喷施，应避开开花时期和中午高温，下午3：00～4：00后喷施为宜。每100kg 5406菌肥稀释液可加入0.5kg尿素、2kg的过磷酸钙，待充分溶解后搅匀去渣，即可喷施。5406抗生菌肥可与杀虫剂混用，但不可与杀菌剂混用。按杀虫剂的对水量计算加药量，加入5406菌肥稀释液内搅匀，即可肥、药混合喷施。制备浸出液的5406菌肥应力求新鲜，以提高刺激作物生长、防病壮苗的效果。稀释液应及时施用，不应久存。5406菌肥稀释液喷施是根外追肥的一种手段，它不能代替底肥和其他必要的措施。商品名称为5406激抗剂，本品属微生物制剂，来自5406菌肥（放线菌）。分两种类型，一种为含有活孢子的粉剂，呈粉白色颗粒状，散发出冰片香味；另一种为5406细胞分裂素，呈白色粉末状，不含活孢子，主要成分为细胞分裂素。对人、畜基本无毒。具有刺激蔬菜作物生长、提高抗病力和抗寒性、防止早衰、保花保果等作用。能刺激植物细胞分裂、促进叶绿素形式，从而增强光合作用和蛋白质合成，增加叶面积，增加瓜、果、甘蔗的含糖量，增加产量，提高植物抗寒性和抗病性，防止植物早衰和花果脱落。5406粉剂可用于拌种、闷种或浸种，也可混入饼肥中或土杂肥中做追肥或种肥，也能加入40倍水，浸泡12～24h后，过滤后，取清液喷洒幼苗、花穗等；5406细胞分裂素只能用于浸种或喷雾。本剂的用药量和使用时期因蔬菜种类不同而异。周永强（2008）研究了生防放线菌对西瓜根域微生态的调整效应，采用营养钵育苗基质拌菌法接种，进行盆栽和小区种植，通过稀释平板涂抹法测定西瓜根区、根表土壤及根内的细菌、真菌和放线菌数量，并对优势细菌和真菌进行了初步鉴定。结果表明，生防放线菌Actl接入西瓜育苗基质后，西瓜根域细菌数量较对照提高3.3%～1263.2%，其中，西瓜根表土壤中芽孢杆菌数量较对照增加122.2%～867.7%；放线菌数量提高17.8%～478.4%；真菌数量减少29.2%～45.2%，其中，接种5.0g/kg放线菌制剂处理西瓜根区和根表土壤中镰刀菌数量较对照分别降低55%和60%；细菌/放线菌较对照提高75.4%～369.5%。接种100d后，西瓜根域土壤中Actl活菌数量仍然高达106个/g以上。可以得出生防放线菌Actl具有较好的定殖稳定性，能够促使西瓜根域土壤由真菌型向细菌型转变，可在西瓜根域形成含有大量拮抗性放线菌、可抗御西瓜枯萎菌等土传病害致病菌的生物屏障。贾菊生（2001）从新疆维吾尔自治区乌鲁木齐的土壤中分离出来的一株Rl号放线菌，研究发现，该菌株及其产生的抗生物质对一些农作物病原菌特别是土传病原菌都具有强拮抗性，其中，对辣椒疫霉病、茄子黄萎病、玉米丝黑穗病及红花锈病的田间小区防效分别达到了63.3%、73.5%、94.0%和68.9%，优于或相当于常规化学药剂的防治效果，是一株很有开发应用价值的好菌苗。几丁质酶对棉花枯、黄萎菌的离体和活体有抑制作用，宗兆锋（2003）从土壤中分离出58株放线菌进行了皿内拮抗试验及利用几丁质能力测定，从中筛选出了2株产几丁质酶的放线菌，研究了几丁质降解放线菌对棉花枯、黄萎菌的作用，将靶标致病菌—棉花枯萎菌、棉花黄萎菌均匀接种于适合生长的培养基平板上，待菌丝布满平皿后，把入选的放线菌均匀喷布于平板上继续培养定期观察放线菌的寄生状况，并进行镜检观察，研究结果表明，放线菌F104和F105，均可寄生于棉花黄萎菌，F105还可寄生于棉花枯萎菌。平皿扩散试验结果发现F104和F105的培养滤液无论经高温处理与否均能使棉花黄萎菌呈现畸形菌丝，而经高温处理的F104还可使棉花枯萎菌表现为畸形菌丝，抑制靶标致病菌寄主活体定殖作用的研究结果表明，F104和F105处理均表现出不同程度的超前接种防治黄萎病的作用，超前接种F105的间隔期与棉苗中枯萎菌的检出率呈负相关。王玲（2005）研究了小麦纹枯病生防放线菌株的防效，从小麦根际和土壤中分离到161个放线菌株，经平板抑菌测定，发现有7个菌株对小麦纹枯病菌表现出较强的抑菌作用活性，菌株发酵液抑菌测定结果表明，S024菌株抑菌活性最好，菌丝生长抑制率达78.6%室内盆栽试验S024菌株发酵液对纹枯病的防效为45.38%，田间小区防效达到63.21%，并能提高小麦种子发芽率，促进幼苗的生长。峥嵘（2006）研究了5406放线菌对小麦幼苗的影响，供试菌种是细黄链霉菌，对小麦幼苗生长的影响结果是5406（5ml）+土壤浸液（5ml）处理的增量最大，达51.05%，单一5406放线菌处理（10ml）的增量为50.36%，单一土壤浸液处理（10ml）的增量为48.55%，后两者与对照的差异达极显著水平；用5406菌液处理使小麦幼苗根系活力增加11.56%，而用5406+土壤浸液处理使根系活力增加21.39%，与对照的差异达到极显著水平。反枝苋是一种有害杂草，可以为害多种作物。龙建友（2004）首次在秦岭山区分离得到一株放线菌—西农No.24菌株，研究发现其代谢产物对反枝苋具有较好活性。西农No.24菌株经过发酵后弃去菌丝体，进行硅胶柱层析，分别用甲醇和蒸馏水洗脱，再用阳离子交换树脂脱盐，从而制得发酵液，经高效液相色谱HPLC分离、测定西农No.24菌株发酵液对反枝苋的除草活性，结果表明，该菌株的发酵产物对反枝苋有较强的抑制生长作用，其发酵液对反枝苋种子萌发抑制率为26.7%，主根生长抑制率为80.6%，主茎生长抑制率为66.5%，离子交换液对反枝苋的种子萌发抑制率为42.9%，主根生长抑制率为93.1%，主茎生长抑制率为86.2%。菌根是真菌与植物根系共生形成的一种联合体。真菌从植物体内获取必需的碳水化合物及其他营养元素，而植物从真菌菌体得到所需要的营养及水分等，从而形成一种共生体。根据菌根形态学及解剖学特征的不同，菌根分为3个主要的类型，即外生菌根、内生菌根及内外生菌根。外生菌根的特征是真菌菌丝不伸入植物根部细胞，真菌菌丝体紧密地包围植物幼嫩的根，形成菌套，有的向周围土壤伸出菌丝，代替根毛的作用。外生菌根的菌丝蔓延于根的外皮层细胞间，大部分生长于根的外部。外生菌根能增加根系的吸收面积，外生菌根经常可以在许多森林的树木根部发现，如松柏类、栎树等。内生菌根是真菌的菌丝体（主要存在于根的皮层薄壁细胞之间）进入细胞内部，但不形成菌套。因此，具有内生菌根的植物，一般都保留着根毛。内生菌根普遍存在于各种栽培作物中，如玉米、棉花、大豆和马铃薯等，这类真菌多属于藻状菌。它们侵入植物根后向细胞中伸出球形或分枝状的吸器，从根外表看不出菌丝的存在。内生菌根又分为两种类型，一种是由有隔膜真菌形成的菌根，另一种是无隔膜真菌所形成的菌根，因其胞内菌丝体呈泡囊状（Vescicular）和丛枝状（Arbuscular），故称泡囊丛枝菌根，即“泡囊—丛枝菌根”（Vesilular-Arbuscular mycorrhizae）。泡囊—丛枝状菌根（Vesicular-Arbuscular Mycorrhizae，简称VA或VAM菌根）是一种内生菌根。在多数植物的根际有大量的VA菌根真菌与它们共生。内生菌根（VA菌根）的特点是真菌的菌丝体主要存在于根的皮层细胞间和细胞内，共生的植物仍保留有根毛。已知能与植物共生形成VA菌根的真菌都属于内囊霉科，主要有内囊霉属、无柄孢属、巨孢霉属和实果内囊属等9个属，可以与85%以上的陆生植物形成共生体，侵染后会影响寄主植物根系生长、养分吸收、水分利用以及植物的抗逆性，具有极其重要的生态价值和经济价值。由于它们具有与植物共生的高度专一性，迄今尚未分离获得纯培养体。VA菌根真菌的存在提高了植物的抗旱、抗盐碱、抗寒、抗冻等的能力。本节将重点介绍VA菌根在农业生产上的作用。1.磷素VA菌根能促进植物对磷素的吸收。在介质中磷酸盐浓度较低时菌丝比宿主对土壤溶液有更大的亲和力，土壤磷浓度过高时菌根真菌侵染率也会相应降低，尤其是在有效磷缺乏的土壤。VA菌根对磷素的作用，是目前VA菌根众多作用中唯一得到公认的，其作用机制也到成熟阶段，而且已把VA菌根作为一种“生物磷肥”应用于生产。2.氮素VA菌根可促进植物对氮的吸收，VA菌根真菌可通过合成谷氨酰胺的途径同化NH4+为根外菌丝直接吸收铵。此外，菌根对侵染根系中的谷氨酸合成酶的活性具有直接作用。VA菌根还可促进豆科植物根瘤菌的生长发育，增加根瘤数量，提高固氮能力。在既缺磷又缺氮的土壤中种植豆科植物，VA菌根+根瘤菌处理菌株的根瘤量和固氮酶活性都比未接种处理的菌株高。3.钾素钾在土壤中的移动性虽比磷要强得多，但在一般生长条件下往往在根吸收的周围仍能很快形成一个钾浓度亏缺区，从而限制了植物根系对钾的吸收。当土壤供钾水平不能满足植物生长的需要时，菌丝可以伸展到钾亏缺区以外，吸收根系吸收不到的钾并运输给植物，对改善植物的钾营养有一定的作用。1.VA菌根对植物抗干旱性的影响VA菌根能增强根系吸水能力而提高植株抗旱性。土壤水分长期处于亏缺状态虽不利于植物生长，但是，对菌根侵染和菌丝发育影响不大。VA菌根真菌主要是通过菌丝的吸收作用和改善植株矿质营养（尤其是磷）及内源激素平衡状况，从而影响植株的水分代谢，提高植物耐旱力。2.VA菌根对作物抗盐、耐低温的影响VA菌根具有耐盐碱、增强植物耐低温的能力，其中的机制目前还不是很清楚，可能是因为接种植株增强了磷素的吸收，磷是生物膜组分之一，磷素增加可能会稳定膜的结构，同时磷能促进体内各种代谢的正常进行，因此，增强了植株的抗性。蔡宣梅（2004）采用盆栽试验研究VA菌根菌（Gm）、重氮营养醋杆菌Pal5。菌株单接种及双接种对超甜玉米生长、磷营养和菌根侵染率的影响，结果表明，Gm单接种可显著提高玉米菌根侵染率，Pal5+Gm双接种可极显著提高玉米菌根侵染率；无论Gm、Pal5、单接种或Pal5+Gm双接种均能改善植株磷素营养，促进玉米生长，生物产量和单果重增加；双接种在提高菌根侵染率、促进植株生长方面表现出一定的正交互效应。在豆科和禾本科混作体系中，混作较单作具有明显的产量优势，武帆（2009）研究了不同的供氮水平下，菌根真菌、根瘤菌双接种对大豆和玉米混作体系的氮素吸收作用，试验在东北农业大学进行，采用盆栽方法，设置两个氮水平，分别是不施氮（N1）和施氮（N2）200mg/kg，分别设置接种根瘤菌BA207、根瘤菌SH212、菌根真菌Gm、菌根真菌Gi和根瘤菌与菌根真菌的双接种，未接种为对照。研究结果表明，双接种SH212和菌根Gm显著提高了大豆和玉米的生物量，在不施氮的情况下，双接种SH212和菌根Gm使大豆和玉米的总生物量比对照增加了37.3%；且就平均而言，双接种真菌和根瘤菌显著提高了大豆的根瘤数；在施氮和不施氮的情况下，双接种SH212和菌根Gm的大豆和玉米混作体系中总的吸氮量分别比不接种处理高65.4%和41.5%。因此表明，在合理的施氮水平下，双接种菌根真菌和根瘤菌对大豆，玉米生长具有显著的促进作用。张淑彬等（2009）在内蒙古自治区露天煤矿区回填土壤有生态适应能力丛枝菌根真菌的筛选中发现，接种了菌株的沙打旺，生物量显著提高，而且植株的磷、氮营养也得到有效改善，其菌根的侵染率均在50%以上。这说明菌株在该土壤上具有良好的生态适应能力，有助于露天煤矿区植被重建和生态恢复等研究工作的进一步开展。李建华（2009）通过盆栽试验研究了山西省襄垣县矿区复垦土壤中接种丛枝菌根真菌和根瘤菌对三叶草的生长状况及土壤养分的影响。结果表明，双接种丛枝菌根和根瘤菌能显著提高菌根侵染率和土壤中孢子密度，促进三叶草干物质的积累和对氮、磷元素的吸收，促进三叶草对土壤养分的活化，提高土壤养分利用率，加速矿区生态恢复。在重金属污染土壤修复技术中，利用微生物菌根抑制植株对重金属的吸收是一种有效的方法。胡振琪（2007）采用盆栽模拟方法研究了镉污染土壤的菌根修复的影响，分别将丛枝菌根真菌Glomus diaphanum和Glomus mosseae接种于镉污染土壤中，研究两种菌根真菌对玉米生长及对Cd吸收、分配的影响。结果表明，与未接种的对照相比，接种Glomus diaphanum菌根使玉米的生物量增加了5.79倍，地上部镉含量降低了53.9%，地上部磷含量增加了4.6倍（菌丝侵染使植物将镉滞留在根部，抑制了镉向地上部的转移）。其中，接种Glomus diaphanum菌显著于接种Glomus mosseae菌。因此，在镉污染土壤原位修复中，接种Glomus diaphanum菌有助于抑制重金属迁移。许永利（2010）采用室内盆栽法研究了唐山市首钢马兰庄铁尾矿直接植被恢复中丛枝菌根真菌的应用，接种幼套球囊霉菌（Glomus etunicatum）对紫花苜蓿根系具有较高的侵染率达80%以上；菌根促进铁尾矿中磷素含量增加。不同添加水平下，以2.5%（质量比）效果最好，可以作为适宜的接种量。总之，铁尾矿中接种幼套球囊霉（Glomus etunicatum）可显著提高紫花苜蓿根系的生长，改善根际微生物区系，增加尾矿中磷素的释放，有利于尾矿的植被复垦。土壤中有机污染物由于它在环境中的持久性和对人体健康的潜在威胁越来越得到人们的关注，在污染土壤修复中生物修复与物理修复化学修复相比所具有的安全性、非破坏性和经济性的优点使其成为最具有前途的污染修复技术之一。丁克强（2004）通过盆栽试验研究了黑麦草对土壤中苯并[a]芘动态变化的影响，3种苯并[a]芘处理浓度分别为1mg、10mg和100mg/kg。将苗龄为1周的黑麦草移植于受苯并[a]芘污染的土壤中，同时，设置有相同的苯并[a]芘处理浓度但不种植物的对照试验。在1mg、10mg、100mg/kg苯并[a]芘处理浓度下，黑麦草生长的土壤中苯并[a]芘的减少率分别达82.3%、74.0%和55.9%。结果还显示，随盆栽时间的延长，黑麦草根圈土壤中多酚氧化酶含量提高，这可能根圈土壤中可提取态苯并[a]芘含量降低有关。黑麦草的地上部可以积累苯并[a]芘，变幅在0.06～3.60mg/kg。初步认为，土壤具有缓解苯并[a]芘污染的自然本能，促进黑麦草生长，增强土壤多酚氧化酶活性，可提高黑麦草对苯并[a]芘污染土壤的修复能力。光合细菌（PhotosyntheticBacteria）简称PSB，广泛分布于湖泊、水田、污泥和作物根际土壤中，具有固氮能力，是一类以光作为能源、能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源进行光合作用的微生物。光合细菌细胞直径大小为0.5～5μm，主要以二分分裂方式进行繁殖，少数为出芽生殖，一般没有形成芽孢的能力。光合细菌体内没有叶绿体和类囊体，但是，具有双层膜的类似叶绿体的结构，在此结构中，有类似于植物叶绿素γ的光合色素，即细菌叶绿素，有的还有大量的类胡萝卜素。细菌叶绿素和类胡萝卜素的光谱吸收处分别为715～1050nm和450～550nm。光合细菌在分类地位上属于真细菌纲红螺菌目。目前，根据Bergey's细菌学分类手册（《伯杰细菌鉴定手册》）记载，着色菌科9个属、外硫红螺菌科1个属、红色非硫细菌6个属、绿硫细菌5个属、多细胞绿丝菌4个属、盐杆菌（Heliobacterium）2个属，共计有27属、66种。根据光合作用是否产氧，光合细菌可分为不产氧光合细菌和产氧光合细菌（蓝细菌）；又可根据光合细菌碳源利用的不同，将其分为光能自养型和光能异养型，前者是以硫化氢为光合作用供氢体的，如紫硫细菌和绿硫细菌，后者是以各种有机物为供氢体和主要碳源的，如紫色非硫细菌，在实际生产应用中的大部分是不产氧型光合细菌。1.光合作用光合细菌的光合作用与绿色植物和藻类的光合作用机制有所不同，绿色植物和藻类的光合作用一般是将CO2转化为葡萄糖并释放出O2，光合细菌一般没有O2产生，有时会产生H2。大部分光合细菌还能以厌气的硫还原菌所产生的H2S、CO2为营养源进行光合生长。光合细菌在自然水域的厌气层和好气层都发生碳素循环，在厌气层中光合细菌除参与碳素循环外，还参与硫循环。2.固氮功能大多数光合细菌具有固氮酶。当PSB与异养细菌共培养时，它能利用异养细菌分泌的丙酮酸，在有氧条件下固定大气中的N2。例如，在水稻根际能与固氮菌群有效联合共生的荚膜红细菌（Rhodobacter capsulatus）能在固氮酶作用下，消耗三磷酸腺苷（ATP）及还原态烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸酯）[NAD（P）H2]中的氢并释放电子，通过铁氧还蛋白（Fd）传至固氮酶的铁蛋白—钼铁蛋白上使N2还原为NH3。3.提高植物抗病性和消除有害自由基，促进植物生长光合细菌含有抗病毒因子，在光照及黑暗条件下均有钝化病毒之能力，阻止病原菌滋生。PSB能对危害卷心菜的镰刀菌能产生胞溶作用，减轻它们对植物的危害。PSB还能氧化或分解土壤中的H2S和胺等有毒有害物质，对土壤起着一定的解毒作用。PSB通过促进土壤放线菌的大量增殖，有利于减少或抑制土壤病原菌发生，保护了作物免遭病害。PSB还能提高植物体内过氧化物酶、SOD等抗氧化酶系统的活性，利于清除植物体内过多的活性氧等的危害。4.对杀虫剂的降解作用通过用不同浓度的光合细菌对杀虫剂（敌杀死、敌百虫、灭杀毙）作棚菜农药残留试验表明，随着喷施复合光合细菌浓度的增加，棚菜残留农药被降解的效果越来越好。复合光合细菌在生长过程中能够降解和利用化肥和农药，产生有用物质及分泌物成为各自或相互生长的营养和原料，应用光合细菌技术可达到降解农药残留。5.在防治病虫害方面的应用光合细菌能促进土壤中固氮菌、放线菌、根瘤菌、细菌的生长，抑制丝状真菌的生长。放线菌的增多有利于土壤中抗菌素和激素类物质的增加，对各种病害起一定的抑制作用，减少病害的发生。大面积使用光合细菌，有效地分解土壤中有害物质，在种植范围内形成稳定的光谱，利用害虫的趋光性，在一定程度上遏制害虫的危害。6.进行水产禽蓄养殖光合细菌是一种营养丰富、营养价值高的细菌，菌体含有丰富的氨基酸、叶酸、B族维生素，尤其是维生素B和生物素含量较高，还有生理活性物质辅酶Q（又叫泛醌）。光合细菌的体积为小球藻的1/20，特别适合作为刚孵出仔鱼的开口饵料。1.PSB提高土壤生物活性李俊峰等（2002）以冬小麦—夏玉米轮作模式为例，比较了光合细菌、有机肥、无机肥及其混合使用对土壤中生物群落、土壤理化性质及土壤养分和产量的影响，试验地点在山东省潍坊市尧沟村，供试土壤为黄褐土，土壤肥力均匀，光合细菌菌液pH值8.0，活菌数为16亿/ml。结果表明，光合细菌无论是单独使用还是同其他肥混用，都会在土壤中表现出一定的增殖特性，并使土壤中生物总量增加，从而促进土壤中物质的循环和能量流动。尤以光合细菌与有机肥复合使用效果最佳，与单用有机肥相比，土壤中微生物总量增加13.7%，光合细菌增加118.9%，固氮菌增加14.6%，放线菌增加18.98%；在0～20cm和20～40cm土层容重分别下降11.4%和13.3%，阳离子代换量增加7.9%和5.2%，有机质含量增加16.6%和24.2%，土壤全氮增加3.9%和26.3%，全磷增加2.9%和4.2%，碱解氮含量增加11.8%和8.2%，速效磷含量增加5.1%和8.6%，速效钾增加10.9%和13.4%，作物产量增加10.1%。张信娣（2007）研究了光合细菌和有机肥对土壤主要微生物类群的影响，试验在绍兴市外山村农田进行，种植作物为马铃薯，将光合细菌（红螺菌科拟球形红假单胞菌）以菌肥形式施入土壤，并和有机肥（人、畜的粪便发酵液）比较，光合细菌和有机肥处理分别在每试验小区均匀施加20L光合细菌菌液、粪便发酵液，评价光合细菌对土壤微生物的作用效果，结果表明，光合细菌和有机肥显著促进土壤中放线菌、异养细菌、固氮菌、氨化细菌和硝化细菌的生长，而抑制反硝化细菌数量。施用光合细菌和有机肥可以改善土壤微生物区系，光合细菌作用比有机肥更稳定和持久。2.PSB提高蔬菜品质和产量谢修志（2009）研究了光合细菌菌剂对蔬菜（小白菜、菜心、芥菜和生菜）品质影响，光合细菌菌剂处理在种植期间每隔10d喷施1次稀释200倍的光合细菌菌剂（喷施至叶片有溶液滴下为准），喷施光合细菌菌剂可以增加蔬菜的亩产量。其中，上海青、生菜和黑叶白的增产较为显著，增产率分别达28.1%、27.8%和20.6%，其他供试作物的增产率为15%左右。喷施光合细菌菌剂后可以大幅度降低对人体有害的NO-3含量（菜心除外），小白菜降低最多，高达42.4%，上海青和黑叶自分别降低了36.5%和31.8%从而提高蔬菜的安全品质，蔬菜的可溶性糖含量都有增加。维生素C含量除了菜心变化不大外，其他供试蔬菜的维生素C含量均有较大幅度的增加。吴小平（2003）研究了红螺菌（Rhodospira）（菌数1012个/L）对烟草、萝卜、地瓜和大豆等作物生长的影响，结果发现，光合细菌能使烟草、萝卜、地瓜和大豆分别增产13.6%、58.9%、78.6%和52.2%。在喷洒光合细菌的情况下，病毒造成的干物质积累量减少3.4%；而未喷洒光合细菌时，病毒造成的干物质积累量减少了22%。这说明光合细菌能诱导烟草产生抗病毒感染的活性，使病毒的危害减轻。3.PSB提高水稻品质和产量史清亮（2000）等把由红螺菌属（Rhodospirillum）、红假单胞菌属（Rhodopseudomonas）、红细菌属（Rhodobacter）和着色菌属（Chromatium）的一些种混合成复合菌液；另外，在培养基中加入1%～1.5%充磁后的钡铁氧体磁粉和0.01%稀土化合物来培养这些复合菌，获得磁性复合菌剂，分别稀释后，对水稻灌根和叶面喷施。结果是施用磁性和非磁性复合菌剂后，稻叶叶绿素含量均比对照的高0.05%，根际固氮活力高25.1%，分别增产13.9%和9.2%。分别把它们对玉米进行拌种和叶面喷施，玉米叶绿素含量和光合速率分别提高0.03%和5.2%，根际固氮活力高99.79%和52.2%。其中，盆栽玉米产量比对照高30.4%和27.2%，田间玉米产量高10.3%和7.99%，表明磁性PSB对作物的增产效果更好。4.PSB降解土壤、作物残留农药肖根林（2011）研究了光合细菌—紫色非硫菌群红细菌属的球形红细菌（Rhodobacter sphaeroides）提高铅、镉及呋喃丹复合污染土壤中酶活性的效果，供试土样取自山西省太原市土堂村庄稼地10～20cm深；Cd、Pb和呋喃丹浓度分别为20mg/kg、300mg/kg和50mg/kg。结果表明，该菌株提高转化酶和磷酸酶的最佳条件均为：pH值=7、温度30℃及加菌量108个/g土。在最佳条件下，转化酶和磷酸酶的活性分别相对提高52.65%和19.35%。因此，光合细菌能明显提高铅、镉和呋喃丹复合污染土壤酶的活性，改善土壤的环境质量，为光合细菌修复重金属及农药土壤污染的推广应用提供实验依据。1904年，由德国微生物学家Lorenz Hiltner提出植物根际的概念，用以描述豆科植物根系与细菌的特殊关系。植物根际的微生物多而活跃，构成了根际特有的微生物区。根际微生物区系又主要以细菌为主，根据其对作物的作用，根际细菌（rhizobacteria）分为3类：有益（2%～5%）细菌、有害（8%～15%）细菌和中性（80%～90%）细菌，PGPR（Plant Growth Promoting Rhizobacteria）是指生存在植物根圈范围中，对植物生长有促进或对病原菌有拮抗作用的有益的细菌统称。其中，主要包括假单胞菌属（Pseudomonas）和芽孢杆菌属（Bacillus）；而荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）在很多植物的根际都占据了绝对的优势，可达60%～93%的比例。此外，还包括产碱菌属（Alcaligenes）、节杆菌属（Arthrobacter）、固氮菌属（Azotobacter）、固氮螺菌属（Azospirillum）、肠杆菌属（Enterobacter）、欧义氏菌属（Erwinia）、黄杆菌属（Flavobacteria）、哈夫尼菌属（Hafnia）、克雷伯氏菌属（Klebsiella）、沙雷氏菌属（Serratia）、黄单胞菌属（Xanthomonas）和慢生型根瘤菌属（Bradyrhizobium）等。根据PGPR定殖于根际的位置，又可将其划分为两类：一类是胞内PGPR（intracellular PGPR，iPGPR），其特征是通常只局限性地定殖于植物某些特殊组织或细胞内，可形成根瘤；另一类是胞外PGPR（extracellular PGPR，ePGPR），其特征是定殖于根系细胞外，不形成根瘤，但能依靠产生信号物质直接促进植物生长，或者提高植物抗性或加速土壤元素循环等，对其最早的研究主要集中于芽孢杆菌属、假单胞菌属和欧文氏菌属。1.生物固氮作用某些PGPR可将空气中的分子态氮转化为有机氮，供自身和作物利用，这在很大程度上改善了作物的氮素营养，从而促进了作物增产。2.溶磷作用在植物根围普遍生存着能溶磷和解磷的细菌，这些细菌能够通过释放出有机酸如葡萄糖酸和2-酮葡萄糖酸来溶解无机磷，或分泌胞外磷酸酶降解有机磷，从而使磷被有效地吸收和利用。3.产生铁载体铁是植物的必需元素之一，某些PGPR可以通过生产和分泌各种具有高亲和力的铁载体，它能够结合Fe3+并将其还原成为植物体能够高效利用的Fe2+，PGPR产生的铁载体可与植物根际病原微生物争夺有限的铁营养，从而抑制了病原微生物的生长繁殖，起到生物防治的作用；同时，微生物铁载体可被生长在铁胁迫条件下的植物作为铁源直接利用，因而在植物铁营养方面也起了重要的作用，且植物可利用微生物产生的铁载体螯合的铁，从而改善了植物的铁营养，有效防治碱性缺铁土壤植物缺铁失绿症的发生。4.产生植物激素许多PGPR可以产生植物生长素（IAA）、细胞分裂素（CTK）和赤霉素（GA）等，促进了植物根系的生长发育以及有效吸收土壤中的水分和养分，同时，对植物的其他生命活动进行调控。5.促进其他有益微生物与宿主的共生PGPR能够刺激植物根部生长，为根瘤菌的感染和结瘤提供了很多机会。生物肥料的PGPR在有些情况下可以通过刺激宿主植物和有益根际真菌的共生，如丛枝菌根（AM）可促进植物的生长。虽然AM本身就能促进植物对各种土壤营养成分的吸收（特别是土壤中的磷元素），但研究证明，接种某些PGPR能促进植物与真菌之间的共生。1.竞争和定殖优势微生物之间的竞争包括两个方面，即营养竞争和位点竞争，在作物根表存在着这样一些部位，根及种子的分泌物较多，水分湿度大，即适合细菌生长和繁殖的有利位点，PGPR抢先占领这些位点，有效地利用根围营养和根分泌物，减少了病原菌所必需的营养物质；或者占据了生态位点，阻止和降低了有害菌在这些位点的建立。2.抗生作用抗生作用一直以来都被认为是假单胞菌类生防菌作用的重要方面。抗生素吩嗪酸（PCA）和2，4-二乙酰滕黄酚（Phl）为荧光假单胞菌土壤分离物中最典型的2种次生代谢产物，这些代谢物对防治由小麦全蚀病菌引起的小麦全蚀病起着重要的作用。抗生素是微生物产生的低分子有机化合物，在许多细菌对病害的抑制中抗生素起着主要作用。同大多数生防因子一样，有些PGPR菌株产生的抗生素也是它们防病促生的重要因素。同一菌株可以产生多种不同抗生素，不同菌株也可产生同一种抗生素。已经分离鉴定的由PGPR产生的抗生素有吩嗪、藤黄绿脓菌素、硝基吡咯菌素、托酚酮脓青素和2，4-乙二酰藤黄酚等。3.PGPR产生的嗜铁素的作用存在于根围的病原菌由于得不到足够的铁就不能进行正常的生长和定殖，病原菌对嗜铁素抑制很敏感是因为：①病原菌自己不产生嗜铁素或产生极少，不能与铁结合或结合能力弱；②病原菌产生的嗜铁素结合的铁可被PGPR所利用，而PGPR产生的嗜铁素结合的铁不为病原菌所利用。4.诱导系统抗性（简称ISR）诱导系统抗性（ISR）就是利用生物或非生物的因子处理植物，使之形成了物理的或化学的障碍，从而产生抗性。关于PGPR的诱导抗性机制可能与脂多糖变化，引起植物生理变化，激活植物本身的抗病代谢过程等有关。利用PGPR诱导植物抗性的提高或激活植物防卫基因的表达，从而达到生防效果的提高，是生物防治策略的一个提高，使得生防技术摆脱以往单纯依靠定殖与拮抗作用的局面，因而对环境很友好。5.有关HCN多种荧光假单胞菌生防菌株均能产生HCN，作为一种生物杀菌剂（生物农药），有助于抑制烟草黑根腐病。目前，国内外的活体PGPR生物制剂主要包含粉剂和颗粒剂两种产业化品种。PGPR微胶囊生物技术应用微胶囊技术已经广泛应用于食品、化工、医药和农药等各个行业领域，微胶囊技术，就是用特殊的方法将固体、液体或气体物质包埋封存在一种微型胶囊内而使其成为固体微粒产品，在需要时再将被包埋的内含物释放出来的一种技术。形成胶囊壁的物质称为壁材，大多数为天然或合成的高分子化合物，如明胶、阿拉伯树胶、海藻酸钠、环糊精以及纤维素衍生物等，壁材的物理化学性质在很大程度上决定着微胶囊产品的物理化学性质。被包埋的物质即核心物质称为心材，心材的选择较为灵活，可以是单一的固体、液体或气体，也可以是固液、气液混合体。微胶囊产品按胶囊壁材分类有单层和多层结构产品，按核心物质分类有单核、多核以及多核无定型等结构产品。粒子的大小一般在5～1000μm范围内，有肾形、球形、颗粒状等几种形状。PGPR活菌制剂应用的一个难题就是菌剂的稳定性和商品货架期较短的问题，这也是其他生物制品面临的一个共同问题。由于芽孢杆菌含有抗逆性非常强的芽孢，因此能较好地克服这一障碍。可以想象，假如其他类型的细菌或者放线菌如能利用微胶囊生物技术，选择合适的材料与结构，不仅在PGPR菌种稳定性上发挥作用，而且有望形成新的应用模式和开发出性能更好的产品来。1.PGPR复合制剂为使PGPR菌肥最大限度地在油菜根上定殖，发挥最佳促生效果，研究各种不同接种剂型对油菜生长的影响是必要的。李志新（2005）的研究结果发现油菜PGPR菌剂具有明显的促生作用，油菜PGPR菌剂具有明显的生防效果，能降低油菜菌核病的发病率；不同剂型间在效果上有一定差异，种子丸衣剂型及YUMI复合液体菌剂的生防促生效果最好，YUMI液体菌剂其次。2.PGPR制剂与AM共接种焦惠（2010）通过温室盆栽研究了植物促生根圈细菌（PGPR）接种时期和丛枝菌根（AM）真菌摩西球囊霉接种对番茄生长发育及根结线虫病的影响，采用盆栽模拟试验，播种前将5000接种势单位（IPU）AM真菌接种物加入花盆，采用灌根法（表层和深层结合）接种南方根结线虫3000卵/株。待幼苗4～5片叶期将其移栽盆内，同时接种PGPR和Mi，PGPR浓度为1.0×109CFU/ml菌悬液，每株接10ml。结果表明于番茄播种时接种AM真菌摩西球囊霉+移栽时接种芽孢杆菌和南方根结线虫的处理植株发病率和和病情指数最低、防效最高，分别为24.5%、12.5%和70.90%；并且显著增加番茄植株节点数、株高、茎粗、地上部干重及地下部干重。认为播种时接种AM真菌配合移栽时接种PGPR可以显著减轻南方根结线虫对番茄生长发育造成的危害程度，并且对南方根结线虫有较强的抑制效果。土壤盐渍化是农业生产面临的最严重的非生物逆境之一，张丽辉（2010）通过盆栽试验研究了AM真菌与PGPR双接种对NaCl胁迫下紫花苜蓿种子萌发的影响，试验中NaCl的浓度为50mmol/L、100mmol/L、150mmol/L和200mmol/L，结果表明：紫花苜蓿种子用菌株处理后，发芽率、发芽势和发芽指数都得到提高，尤其是用PGPR和AM真菌两种不同的菌株同时处理紫花苜蓿种子后，发芽率、发芽势和发芽指数都得到显著地提高，在NaCl溶液浓度为200mmol/L时发芽率在85%以上，发芽势高达85%，而此浓度下未用菌株处理的紫花苜蓿种子却不能萌发。表明PGPR和AM真菌两种不同的菌株同时作用下盐胁迫下紫花苜蓿种子能够有效地促进种子的萌发。3.PGPR制剂拌种目前，PGPR菌剂主要应用在一些粮食作物及经济作物中，表现出了明显的促生作用和生物防治效果。各种不同的PGPR接种剂在使用时可接种于作物种子表面（如做成种子丸衣）或种床下（如固体发酵）或蘸秧根或作为底施肥料施用于土壤，虽然都可在作物种子周围以及种子萌发后的根际形成一个有益的微生物区系，利于种子萌发和根系生长，但对不同作物效果有一定差别。亚麻苗（芽）期病害严重，但从未找到既有效又不伤苗的拌种剂。吴昌斌（2006）用PGPR菌孢子粉用于亚麻拌种剂，试验结果表明，当菌粉用量达到种子量的0.7%时，可显著提高出苗率、保苗率，减少站杆麻的数量。在亚麻生物活性拌种剂研究的基础上，吴昌斌（2008）进一步开展了亚麻生态BB 肥的研究，试验结果表明，亚麻生态BB肥是亚麻地很有前途的肥料种类，由于生物肥有缓释作用，有希望解决亚麻地无长效肥料和亚麻孕蕾期以后供肥不足问题。唐周斌（2003）研究了PGPR 菌剂及可溶性腐殖酸对经济果林生长的影响，用PGPR 接种剂和腐殖酸型肥料的不同浓度对4年生的苹果进行喷施。结果显示，它具有防病、促进生长、增产、改良土壤等多种作用，植物表面吸收后，根际分泌物对土壤微生物有很大的影响。复合微生物肥料，是由特定微生物（如解磷、解钾、固氮微生物）或其他经过鉴定的两种以上互不拮抗的微生物与营养物质复合而成，是能提供、保持或改善植物营养，提高农产品产量或改善农产品品质的活体微生物制品。微生物指标是复合微生物肥料的核心，既要对其安全性进行严格控制，又要规定其发挥作用的合理含量指标，由于这类肥料产品施用量较一般微生物接种剂大得多，每克活菌含量应相对较低，一些单位根据试验认为最低每克活菌数不应低于0.20亿个。提倡和鼓励采用不同工艺技术，尽可能提高有效活菌含量和作用。此外，微生物肥料中营养添加物成分的含量和比例既要满足作物一定时期养分大的需求，又不能加入过多而抑制微生物的存活和发挥作用。1.两种或两种以上微生物的复合，两种或两种以上微生物复合的微生物菌剂（肥）可以是同一个微生物菌种复合；也可以是不同微生物菌种复合，如固氮菌、解磷菌和解钾菌分别发酵，混合后吸附，以增强微生物菌剂（肥）功效。采用两种或两种以上微生物复合，彼此必须无拮抗作用，而且必须分别发酵，然后混合。2.一种微生物与各种营养元素或添加物、增效剂的复合采用的复合方式为菌剂中添加大量营养元素，即菌剂和一定量的氮、磷、钾或其中1～2种复合；菌剂添加一定量的微量元素；菌剂添加一定量的稀土元素；菌剂添加一定量的植物生长激素；用无害化畜禽粪便、生活垃圾、河湖污泥作为主要基质。总之，无论哪一种方式，必须考虑到复合物的量、复合制剂中pH值和盐浓度对微生物有无抑制作用。常见的肥料有以下几种。（1）微生物微量元素复合生物肥料微量元素在植物体内是酶或辅酶的组成成分，对高等植物叶绿素、蛋白质的合成、光合作用以及养分的吸收和利用方面起着促进和调节的作用，如铝、铁等是固氮酶的组成成分，是固氮作用不可缺少的元素。（2）联合固氮菌复合生物肥料由于植物的分泌物和根的脱落物可以作为能源物质，固氮微生物利用这些能源生活和固氮，故称为联合固氮体系。我国科学家从水稻、玉米、小麦等禾本科植物的根系分离出联合固氮细菌，并开发研制出具有固氮、解磷、激活土壤微生物和在代谢过程中分泌植物激素等作用的微生物肥料，可以促进作物生长发育，提高小麦单位面积产量。（3）固氮菌、根瘤菌、磷细菌和钾细菌复合生物肥料这种生物肥料可以供给作物一定量的氮、磷和钾元素。制作方法是选用不同的固氮菌、根瘤菌、磷细菌和钾细菌，分别接种到各种菌的富集培养基上，放在适宜的温度条件下培养，当达到所要求的活菌数后，再按比例混合，即制成菌剂，其效果优于单株菌接种。（4）有机—无机复合生物肥料单独施用生物肥料满足不了作物对营养元素的需要，所以生物肥的增产效果是有限的，而长期大量使用化肥，又致使土壤板结，作物品质下降，口感不好，因此，在复合生物肥中加入化肥，制成有机—无机复合生物肥料，便成为人们关注的一种新型肥料。传统的微生物肥料产品中仅含有微生物和有机成分。与化学肥料相比，微生物肥料的推广使用虽然更符合食品安全的需求，但存在养分低、见效慢等不足。而在市场选择或农民使用中，希望将不同种类肥料的优点集于一体，同时达到减少化肥用量、增产、改善品质、保护环境安全的目的。随着生产工艺技术的突破，市场出现了含有无机成分的微生物肥料—复合微生物肥。这种肥料集微生物、有机和无机成分于一体，俗称“大三元”微生物肥料或“大三元”复合肥。（5）多菌株多营养生物复合肥这种生物肥料是利用微生物的各种共生关系，以廉价的农副产品或发酵工业的下脚料为原料，通过多种有益微生物混合发酵制成的微生物肥料。由于微生物的种类多，可以产生多种酶、维生素以及其他生理活性物质，可直接或间接促进作物的生长。梁利宝（2010）研究了不同培肥处理对晋南地区采煤塌陷地复垦不同年限土壤熟化的影响，该采煤塌陷复垦区位于山西省晋城市的北石店镇大张村，连续3年种植玉米进行土壤培肥熟化研究。土壤类型是石灰性褐土，当地主要种植玉米、小麦、豆子等作物。供试菌剂为从矿区当地尚未塌陷的熟土中分离的功能性微生物（包括解磷微生物、固氮微生物、解钾微生物）和当地的优势微生物经拮抗试验后，混合、扩大培养，经草炭吸附、晾干成菌肥，每克菌肥所含活性有益菌108个，结果表明，经过玉米、小麦的轮作后，各培肥处理对复垦土壤（不同年限）熟化有不同的效果。与对照相比，化肥+有机肥+菌肥处理的培肥效果最为显著，速效氮、磷增加了21.8%和25.5%，有机质增加了14.2%，微生物量碳、氮增加了17.2%和14.8%，转化酶、磷酸酶和脲酶的增量分别达到了10.2%、16.0%和25.0%。梁利宝（2011）还研究了不同培肥处理对晋南地区采煤塌陷地复垦土壤生化作用强度及玉米产量的影响，结果表明，有机肥+化肥+菌肥处理的氨化、纤维素分解作用强度好于其余处理且在复垦第3年达到最高，与有机肥+化肥差异显著；有机肥+化肥+菌肥的产量高于其余处理，有机肥+化肥次之，除有机肥+化肥+菌肥与有机肥差异显著外，其余差异都不显著。传统堆肥法通常都是采用改善环境条件或增加营养的方法，利用堆制原料中的土著微生物来降解有机污染物，但由于堆肥初期有益微生物量少，传统的堆肥不仅伴有恶臭、污水、蚊蝇，是一大污染源，而且耗时长，养料价值不高，而仅能作为一种较好的土壤调节剂和改良剂，难以适应经济发展需求。为了缩短堆肥时间，控制臭气，增加堆肥成品中有益微生物数目，提高有机肥肥效，国内外学者对将微生物接种技术应用于堆肥化进行了大量研究。有机物腐熟剂能加速各种有机物料（包括农作物秸秆、畜禽粪便、生活垃圾及城市污泥等）分解、腐熟的微生物活体制剂（NY 609—2002）。有机物腐熟剂按产品的形态不同可分为液体、粉剂和颗粒3种剂型。有机物腐熟剂中含有能分别适应各温区的特定微生物如细菌、真菌、放线菌和酵母菌等，且这些菌经专门工艺发酵并复合在一起，互不拮抗，相互协同，有其独特的优势，比土著微生物适应性强，可促进有机固体废弃物转化为优质的生物有机肥料，是处理有机固体废弃物的一项有效的实用微生物接种技术。它不仅对有机物料有强大腐熟作用，而且在发酵过程中还繁殖大量功能细菌并产生多种特效代谢产物（如激素、抗生素等），从而使有机废物经堆肥化处理后的堆肥成品肥效高，刺激作物生长发育，提高作物抗病、抗旱、抗寒能力，功能细菌进入土壤后，表现出综合作用，可以增加土壤养分、改良土壤结构、提高化肥利用率。由于堆肥原料多样，成分复杂，单一微生物作用有限，生产上堆肥接种多采用复合微生物菌剂，现选择几种相对工艺成熟、质量稳定、生产上被广泛应用的堆肥接种剂介绍如下。1.EM菌EM（Effective Microrganisms）是有效微生物菌群的英文缩写，是20世纪80年代初日本琉球大学比嘉照夫研制出的一种新型复合微生物菌剂，是一种活性很强的有益微生物菌群，主要由光合细菌、放线菌、酵母菌、乳酸菌等多种微生物组成，具有快速繁殖、发酵、除臭、杀虫、杀菌和干燥等功能。在畜禽粪便与秸秆等混合料中加入EM菌剂进行堆积发酵，有益微生物迅速繁殖，快速分解粪便和秸秆中有机质，产生生物热能，堆料温度可升至60～70℃，抑制或杀死病菌、虫卵等有害生物；并在矿质化和腐殖质化过程中，释放出氮、磷、钾和微量元素等有效养分；还可以吸收、分解恶臭和有害物质。EM菌于20世纪90年代初引进我国，目前，已在世界90多个国家和地区得到广泛应用。EM菌除用于堆肥接种外，还在畜禽养殖上用作添加剂，水产养殖上作净水剂，环境工程上作除臭剂。2.酵素菌（BYM）酵素菌是20世纪40年代由日本岛本工业株式会社研制，是一些能大量产生各种加水分解酶的好气性有益微生物组成的复合菌群，酵素菌主要成分构成主要有固氮菌、解磷菌、解钾菌、酵母菌、放线菌、真菌以及多种对植物有益的菌群。酵素菌除了具有一般微生物的普遍特性外，由于其特殊的菌种组合，决定了它独有的基本特性。它不仅能分解农作物秸秆等各种有机质而且能分解土壤中残留的化肥、农药等化学成分，还能分解沸石、页岩等矿物质，它在分解发酵过程中能生成多种维生素、核酸、菌体蛋白等发酵生成物，营养价值相当丰富。应用酵素菌技术制作的肥料其有益微生物能够杀死土壤中的病原菌，可全面改良土壤达到土质松软、透气、保水、保肥、抗旱、耐涝、提高地温和地力，克服农作物重茬病，有效控制病虫害，稳定增加产量，并能极大改善农产品的品质和口感的目的。酵素菌堆肥通常用作基肥，施入土壤后，能够控制土壤的各种病害传播，克服作物的重茬病害，并能产生大量的腐殖质，改善土壤的理化性状；能够增强土壤的保水保肥能力，提高地温3～5℃。（1）好气性由于酵素菌主要由一些好气性或兼性微生物组成，繁殖速度快，抗杂菌特别是厌氧杂菌感染能力强，所以酵素菌的扩繁多采用开放式固态发酵工艺。（2）好磷性酵素菌在繁殖（发酵）过程中适当补充磷素可提高繁殖效率，同时通过酵素菌发酵处理，还能提高磷素的利用率。（3）互补性酵素菌在菌种构成上考虑了不同微生物间的作用互补，在一定程度上能减缓因少数菌株退化而导致产品质量下降的影响。3.VT菌VT菌是北京沃土实验室和中国农业大学历经数年努力的研究成果，是目前国内同类微生物菌剂中复合程度较高、菌种来源及构成较广泛、生产工艺较先进的一项产品，主要用于有机废弃物堆肥的一种复合微生物菌剂。实验分析及田间试验表明，该菌剂无论是在理化、生物性状还是在功能作用方面都已达到甚至超过国外先进微生物制剂水平，是快速处理有机废弃物的理想选择。VT菌主要由乳酸菌、酵母菌、放线菌和丝状真菌这四组微生物构成。其中，不同菌种的基本作用机理如下。（1）乳酸菌适应温度范围宽，有助于前期升温；可产生细菌素类物质，拮抗抑制致病菌；产生有机酸中和碱性物质，降低氨的挥发。（2）酵母菌可促进堆肥前期升温；产生有机酸，降低氨的挥发。（3）链霉菌高温阶段产生抗生素，可抑制致病菌；同时生长阶段产生纤维素酶分解纤维素，并在较长时间维持分解半纤维素的活性；产生磷酸酶，植酸酶和甘油磷酸酶，矿化复杂的有机磷酸盐。（4）曲霉降解脂肪类物质，产生有益的酶类、糖代酶、淀粉酶，分解纤维素，促进秸秆腐熟；将蛋白质分解成氨基酸，淀粉分解成糖。（5）毛霉产生淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶，分解淀粉、蛋白质、脂肪等有机质。在接种VT菌进行堆肥化过程中，伴随着VT菌的繁殖，其代谢产物酶类也大量产生，通过这些活菌及酶的作用，不仅可降解有机废物中的蛋白质、脂肪、纤维素、木质素及糖类，加快有机废物的腐殖化、矿质化进程，提高速效养分含量，同时还能有效抑制腐败菌的产生或繁殖，改善生产环境，控制土传病害发生。1.堆肥接种胡菊（2006）研究了VT菌剂接种堆肥的作用效果及生物效应，试验在中国农业大学科技园进行，采用室外露天堆肥。堆肥原料为鸡粪和锯末，试验开始时先将堆肥物料干重0.1%的红糖溶于水，加入堆肥物料干重0.2%的VT菌剂，再加入少许麦麸作为菌剂的吸附剂，然后将麦麸与堆肥原料混匀，进行堆肥，堆肥时间从6月中旬开始，控制在1个月左右。对接种VT菌剂与空白处理堆肥过程进行物理化性质、微生物指标分析比较。结果表明，在堆肥降温阶段接种VT菌比空白处理温度下降缓慢，接种处理温度高于空白的温度；接种处理比空白处理的C/N值降幅大；在堆肥中接种处理的细菌、酵母菌和放线菌的数量均比空白多，真菌数量差别不大，并且纤维素酶和脲酶活性均比空白的高，接种能使堆肥中微生物数量增多及活动强度增大：在玉米和油菜产量和品质等指标上，接种处理略好于空白堆肥处理；同时，接种比空白处理的花卉观赏性强。因此。接种VT菌剂可促进堆肥有机物质分解及利用，有效杀灭病原菌，加快堆肥腐熟，提高堆肥产品质量。刘益仁（2006）研究了微生物发酵菌剂对猪粪堆肥腐熟的影响，试验地点设在江西省农业科学院畜牧兽医研究所种猪场，试验对象为自制的畜禽废弃物发酵菌剂，填充料为稻草和风化煤，各种原料配比为鲜猪粪：稻草：风化煤=6.5：2：1，混合后堆肥的C/N为25.4：1，堆肥过程添加自制除臭剂，堆肥初始水分含量为62%。结果表明，添加微生物发酵菌剂堆肥温度第6d达到50℃，50℃以上持续时间达7d，符合粪便无害化卫生标准要求，C/N第20d下降为19.7：1，第25d含量减少至72.6mg/kg，水溶性碳降低至 4.7g/kg，种子发芽指数达到81.4%，上述指标均达到腐熟要求；对照堆肥温度第12d 达到50℃，50℃以上持续时间为 3.5d，第25d C/N为 22.8∶1，7364含量为973.4mg/kg，水溶性碳含量为12.8g/kg，种子发芽指数为47.5%，均未达到腐熟要求；此外，添加菌剂处理堆肥物理性状明显改善，臭味明显减少，说明接种微生物发酵菌剂能明显加速堆肥的腐熟进程。刘益仁（2006）研究了微生物发酵菌剂对猪粪堆肥腐熟的影响，试验地点设在江西省农业科学院畜牧兽医研究所种猪场，试验对象为自制的畜禽废弃物发酵菌剂，填充料为稻草和风化煤，各种原料配比为鲜猪粪：稻草：风化煤=6.5：2：1，混合后堆肥的C/N为25.4：1，堆肥过程添加自制除臭剂，堆肥初始水分含量为62%。结果表明，添加微生物发酵菌剂堆肥温度第6d达到50℃，50℃以上持续时间达7d，符合粪便无害化卫生标准要求，C/N第20d下降为19.7：1，第25d含量减少至72.6mg/kg，水溶性碳降低至 4.7g/kg，种子发芽指数达到81.4%，上述指标均达到腐熟要求；对照堆肥温度第12d 达到50℃，50℃以上持续时间为 3.5d，第25d C/N为 22.8∶1，7364含量为973.4mg/kg，水溶性碳含量为12.8g/kg，种子发芽指数为47.5%，均未达到腐熟要求；此外，添加菌剂处理堆肥物理性状明显改善，臭味明显减少，说明接种微生物发酵菌剂能明显加速堆肥的腐熟进程。2.EM的作用郑兆飞（2008）研究了EM有机生物肥对毛竹林地土壤性质的影响，试验地位于福建省南平市延平区大横镇溪源村毛竹林丰产示范基地，EM的主要成分有光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、革兰氏阳性放线菌群、发酵系的丝状菌群、双歧杆菌、芽孢杆菌等，试验结果表明，施EM有机生物肥有利于提高土壤的速效性养分，增强土壤的供肥能力特别是速效养分含量；同一土层毛竹林地土壤总孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度以及通气度等土壤孔隙组成指标呈现出EM有机生物肥>鲜鸡粪>对照>复合肥；施EM有机生物肥能明显地增加细菌和真菌数量，分别是对照区的3.45倍和3.53倍，但对土壤放线菌数量无明显影响；施EM有机生物肥极显著增加了毛竹林地土壤过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶和磷酸酶的活性，依次是对照区的6.19倍、4.04倍、3.69倍和2.44倍，但对土壤蔗糖酶活性无明显影响。周莉华（2005）研究了长期施用EM生物有机肥对冬小麦生产的影响，试验地点是中国农业大学曲周实验站，试验始于1993年，每年种植冬小麦—夏玉米两季，施用不同肥料处理十年后，通过小区对比试验，分析EM生物有机肥、普通堆肥、化肥、不施肥对小麦生产的效果差异，结果表明EM生物有机肥比普通堆肥增产8.4%～8.9%比化肥增产17.2%～32.4%，孕穗期小麦植株干物质积累量比其他处理高1.5%～194.2%，麦籽粒平均灌浆速率提高6.6%～16.4%。此外，在品质方面，小麦籽粒粗蛋白含量提高4.9%～19.9%。综合来看，长期施用EM生物有机肥不但可以提高冬小麦的产量，还能有效地改善品质。

小地老虎（Agrotis ypsilonRottemberg），属鳞翅目（Lepidiptera），夜蛾科（Noctuidae）。该害虫在世界各国均有分布。在我国广泛分布于各高粱产区，以雨量丰富、气候湿润的长江流域和东南沿海发生量大，东北地区多发生在东部和南部湿润地区。图3-41 田间被害状（幼苗基部被啃断，叶片呈缺刻）图3-42 地老虎啃食幼苗几种地老虎的为害状基本一致。幼虫啃食植株幼苗茎基部，将其咬断，致使幼苗死亡，造成缺苗断垄，严重时可造成毁种。小地老虎食性杂，能为害100余种植物，是对农作物、林木幼苗为害极大的地下害虫。成虫体长16～23mm，翅展42～54mm。雌蛾触角丝状，雄蛾触角双栉齿状，分枝渐短仅达触角之半，端半部丝状。前翅暗褐色，前缘色较深。亚基线、内横线、外横线均为暗色中间夹白的波状双线，前端部分夹白特别明显；剑纹轮廓黑色。肾纹、环纹暗褐色，边缘黑色。肾纹外侧有1个尖朝外的三角形黑纵斑；亚缘线白色，齿状，内侧有2个尖朝内的三角形黑纵斑；3个斑相对。后翅灰白色，翅脉及边缘黑褐色。卵高约0.5mm，宽约0.6mm，半球形，表面具纵棱与横道，初产时乳白色，孵化前变灰褐色。老熟幼虫体长41～50mm，黄褐色至黑褐色，体表粗糙，布满龟裂状皱纹和大小不等的黑色颗粒。头部黄褐色至暗褐色，额区在颅顶相会处形成单峰。腹部第1～8节背面有4个毛片，后方的2个较前方的2个大1倍以上。臀板黄褐色，有2条深褐色纵带。蛹红褐色或暗褐色，长18～24mm，腹部第4～7节基部有一圈刻点，在背面的大而深，腹端具1对臀棘。图3-43 小地老虎成虫（左♀；右♂）（张治良摄）图3-44 小地老虎幼虫（左：幼虫；右：头部）小地老虎属南北往返迁飞性的害虫，春季由低纬度向高纬度、低海拔向高海拔迁飞，秋季则沿着相反方向飞回南方。从10月到翌年4月份均见有发生和为害。该虫在全国各地发生世代各异，西北和长城以北地区一般年发生2～3代，长城以南黄河以北年发生3代，黄河以南至长江沿岸年发生4代，长江以南年发生4～5代，南亚热带地区年发生6～7代。无论年发生代数多少，在生产上造成严重为害的均为第一代幼虫。南方越冬代成虫2月份出现，全国大部分地区羽化盛期在3月下旬至4月上中旬，宁夏和内蒙古为4月下旬。小地老虎在辽宁1年发生2～3代。越冬代成虫迁入时间为4月中下旬，第1代发蛾期为6月中下旬，第2代为8月上中旬，第3代（即南迁代）为9月下旬至10月上旬。幼虫于春季为害多种作物幼苗，秋季为害秋菜。1～2龄幼虫昼夜均可群集于幼苗顶心嫩叶处取食为害，3龄后分散。幼虫行动敏捷，有假死习性，对光线极为敏感，受到惊扰即蜷缩成团。白天潜伏于表土的干湿层之间，夜晚出土将幼苗植株从地面处咬断拖入土穴，或咬食未出土的种子，幼苗主茎硬化后改食嫩叶和叶片及生长点。食物不足或寻找越冬场所时，有迁移现象。成虫多在下午15：00时至晚上22：00时羽化，白天潜伏于杂物及缝隙等处，黄昏后开始飞翔、觅食，3～4天后交配、产卵。卵散产于低矮叶密的杂草和幼苗上，少数产于枯叶、土缝中，近地面处落卵最多，每头雌成虫产卵800～1000粒，多者达2000粒，卵期约为5天。幼虫6龄，个别7～8龄。幼虫期在各地相差很大，但第一代为30～40天。幼虫老熟后在深约5cm土室中化蛹，蛹期9～19天。小地老虎对普通灯光趋性不强、对黑光灯极为敏感，有强烈的趋化性，特别喜欢酸、甜、酒味和泡桐叶。成虫产卵量和卵期在各地有所不同。卵期随分布地区及世代不同，主要是由温度高低差异所致。1.农业措施防治 早春清除菜田及周围杂草，防止地老虎成虫产卵。在高粱苗定植前，选择地老虎喜食的灰菜、刺儿菜等杂草，堆放诱集其幼虫，人工捕捉，或拌入药剂毒杀。也可在清晨于被害苗的周围寻找潜伏幼虫，进行人工捕捉。2.物理防治 春季利用黑光灯、高压汞灯等诱杀越冬代成虫。也可用发酵变酸的食物如甘薯、胡萝卜、烂水果等加入适量药剂，诱杀成虫。3.化学防治 毒饵诱杀，豆饼（麦麸）20～25kg，压碎、炒熟后均匀拌入40%辛硫磷乳油0.5kg，按600kg/hm2撒于幼苗周围；也可用2.5%溴氰菊酯乳油，或20%氰戊菊酯乳油稀释液喷浇地面；还可用50%辛硫磷乳油1：200药土，按500kg/hm2撒施。

宽背金针虫（Selatosomus latusFabricius），属鞘翅目Coleoptera，叩头虫科Elateridae。分布于辽宁、河北、山西、河南、陕西、湖北、广西和新疆等省区。主要为害高粱、玉米等禾谷作物，也可为害豆类、薯类、甜菜、棉花、瓜类和苜蓿等经济作物。可咬食刚出土的幼苗及未出土的幼芽和种子，被害处不完全咬断，断口不整齐；也可蛀入较大的种子及块茎、块根和幼苗根内取食，蛀成孔洞，后期被害植株干枯死亡。雌成虫体长10.5～13.1 mm，雄成虫体长9.2～12.0 mm，粗短宽厚。头具粗大刻点。触角短，端不达前胸背板基部，第1节粗大，棒状，第2节短小，略呈球形，第3节比第2节长2倍，从第4节起各节略呈锯齿状。前胸背板横宽，侧缘具有翻卷的边沿，向前呈圆形变狭，后角尖锐刺状，伸向斜后方。小盾片横宽，半圆形。鞘翅宽，适度凸出，端部具宽卷边，纵沟窄，有小刻点，沟间突出。体黑色，前胸和鞘翅带有青铜色或蓝色色调。触角暗褐色，足棕褐色，后跗节明显短于胫节。老熟幼虫体长20～22mm，体棕褐色。腹部背片不显著凸出，有光泽，隐约可见背纵线。腹部第9节端部变窄，背片具圆形略凸出的扁平面，上覆有2条向后渐近的纵沟和一些不规则的纵皱，其两侧有明显的龙骨状缘，每侧有3个齿状结节。第9节末端分岔，缺口呈横卵形，开口约为宽径之半。左右两岔突大，每一岔突的内枝向内上方弯曲，外枝如钩状，向上；在分枝的下方有2个大结节：一个在外枝和内枝的基部，一个在内枝的中部。蛹体长约10mm。初蛹乳白色，后变白带浅棕色，羽化前复眼变黑色，上颚棕褐色。蛹前胸背板前缘两侧各具1尖刺突，腹部末端钝圆状。雄蛹臀节腹面具瘤状外生殖器。图3-15 宽背金针虫为害状（张治良摄）在我国北方约需4～5年完成1代，以幼虫越冬。幼虫春季为害各种旱地作物。5～7月成虫出现，白天活动，能飞翔，有趋糖蜜习性。春季雨水均匀，土壤湿润，有利金针虫发生，而土壤含水量过高不利害虫生存。秋深翻和灌水等均会降低害虫种群数量，减轻为害。图3-16 宽背金针虫（左：成虫；右：蛹）（张治良摄）参考沟金针虫防治。

高粱叶螨又名高粱红蜘蛛，俗称火蜘蛛、红砂火龙等，属真螨目（Acariforms），叶螨科（Tetranychidae）。在我国，高粱叶螨有多种，主要有截形叶螨（Tetranychus truncatesEhara）、朱砂叶螨（Tetranychus cinnabarinusBoisduval）和二斑叶螨（Tetranychus urticaeKoch）。世界温暖地区均有发生报道。我国各高粱产区都有不同程度的发生，以干旱年份发生较重。高粱叶螨以成螨、若螨先在下部叶片为害，群集于高粱叶背刺吸汁液，受害叶片出现失绿斑点，不能进行正常的光合作用。叶螨逐渐在叶片蔓延，扩展到整株叶背、叶面和茎秆，受害叶片呈红褐色或黄褐色，枯死。严重发生时，虫口密度大，布满整个植株，呈火烧状，严重影响高粱产量，甚至绝收。图3-93 高粱叶螨田间为害状（叶片红褐色干枯，密结白色丝网）图3-94 前期叶片受害状（左：正面观；中：背面观）图3-95 后期叶片受害状（左：正面观；右：背面观）高粱叶螨可为害高粱、玉米、谷子、棉花、豆类、瓜类、麻类、辣椒、茄子等多种植物。雌螨椭圆形，截形叶螨和朱砂叶螨为深红色或锈红色，二斑叶螨淡黄或黄绿色，足4对，体背侧有黑色斑纹；背毛12对，肛毛和肛侧毛各2对，无臀毛。幼螨蜕皮后为若螨，分幼螨和若螨2个时期，足4对，体形、体色与成螨相似但体小；初孵幼螨近圆形，长约0.18mm，体色透明或淡黄，取食后变淡绿色，足3对。雄螨红色或淡红色，形态特征与雌螨同，阳具弯曲背面形成端锤，其近侧凸起尖利或稍圆，远侧凸起尖利，两者长度几乎相等。卵圆球形，直径0.13mm，新产卵无色透明，后变橙色，孵化前可出现红色眼点。图3-96 高粱叶螨（若螨、成螨及卵）高粱叶螨以受精雌成螨聚集在高粱、茄子、豆类等作物的枯枝落叶内、杂草根际和土壤裂缝中越冬。翌年春天先在杂草、小麦上取食活动，5天平均气温大于7℃，越冬成螨开始产卵。卵散产在叶背中脉附近或新吐的丝网上，早春平均单个雌螨产卵量30粒，夏季100粒左右。5天平均气温高于12℃时，第一代卵开始孵化，发育至若螨或成螨时正值高粱出苗期，5月中旬至6月上旬迁往高粱田为害。高粱叶螨一般行两性生殖，也可不经交配行孤雌生殖，其后代多为雌性。最适繁殖为害温度为26～30℃。1年发生10～20代，繁殖1代需10～27天，整个生长季世代重叠。高粱叶螨的发生与气象条件及种植方式关系密切。高粱和小麦套作，或靠近果园、菜地等的高粱田常易发生。5～6月份干旱少雨，虫量迅速上升，若7～8月份干旱少雨，条件适宜，迅速蔓延至全田，严重发生为害。降雨强度大，可冲刷掉大量叶螨，降低种群密度，具有抑制作用。高粱叶螨的天敌很多，主要有小花蝽、捕食性螨类、深点食螨瓢虫、黑襟毛瓢虫、塔六点蓟马、中华草蛉、大草蛉、丽草蛉、草间小黑蛛等，对高粱叶螨具有一定的控制作用。不同高粱品种间的抗螨性存在明显差异。1.农业措施防治 清除田埂、路边和田间的杂草及枯枝落叶，耕整土地以消灭越冬虫源和早春寄主。严重发生地区，避免与大豆、蔬菜、小麦作物间作套种。推广种植高抗和抗螨品种。高温期适时灌溉，增加高粱田相对湿度，抑制叶螨繁殖。2.物理防治 利用高粱叶螨对黄色、蓝色的趋性，在叶螨迁入农田初期到盛发期，于高粱田边、行间插置诱虫板诱杀高粱叶螨。3.生物防治 利用天敌，如长毛钝绥螨、德氏钝绥螨、异绒螨、塔六点蓟马和深点食螨瓢虫等，控制螨类发生。4.化学防治 加强田间害螨监测，在点片发生阶段及时防治。药剂有：40%菊杀乳油，40%菊马乳油，20%螨卵脂可湿性粉剂，1.8%阿维菌素（虫螨克）乳油，20%三氯杀螨醇乳油，也可用波美0.1～0.3度石硫合剂。

双斑长跗萤叶甲（Monolepta hieroglyphicaMotschulsky），又名双斑萤叶甲、双圈萤叶甲，属鞘翅目（Coleoptera），叶甲科（Chrysomelidae）。在我国北方地区高粱上发生普遍。双斑长跗萤叶甲幼虫和成虫均能为害高粱。幼虫期生活在地下3～5cm土中，取食作物的根部组织。成虫在高粱叶脉间纵向啃食叶片下表皮及叶肉，仅存上表皮和叶脉，形成带状不规则透明斑。严重时，叶片上斑块相连，表皮干枯脱落，叶片支离破碎。高粱开花后，成虫群集取食小穗及嫩粒。灌浆初期成虫为害取食嫩粒，造成籽粒破碎，并加重真菌侵染，造成籽粒霉烂。图3-50 叶片受害状双斑长跗萤叶甲主要为害高粱、玉米、棉花、辣椒、花生、马铃薯等，还可取食马塘、狗尾草、苋菜等杂草。成虫长卵圆形，长3.5～4.5mm；头、胸红褐色或棕黄色，有光泽；触角基部3节黄色，其余灰褐色；鞘翅基半部各具1个近圆形淡黄色斑，周围黑色，斑后缘黑色部分常向后伸突成角状；胸部、腹部黑色，腹部腹面黄褐色；足大部黄色，胫节端部和跗节黑褐色。卵椭圆形，棕黄色。幼虫体长6～9mm，初龄黄白色，后期黄褐色；前胸背板骨化色深；腹部末端有铲形骨化板。在我国北方，双斑长跗萤叶甲1年发生1代。以卵在土中越冬。翌年5月开始孵化，幼虫期30～40天，也可为害高粱的根和嫩茎。老熟幼虫做土室化蛹，蛹期7～10天。初羽化的成虫先在地边杂草上生活，6月底至7月上旬转入高粱等作物田中为害，一直可延续到10月。成虫交配前期约为20天，卵散产或几粒粘结产于杂草丛根际表土中，偶见产在高粱花丝和苞叶等处。卵耐干旱，即使卵壳表面干瘪，经吸水后仍可恢复原形，条件适宜时即可发育孵化。春季湿润、秋季干旱的年份发生较重。成虫具有弱趋光性。高粱种植密度过大、田间郁蔽、通风透光性差，有利于该虫发生为害。图3-51 双斑长跗萤叶甲（左、中：成虫；右：幼虫）1.农业措施防治 改造荒地，清理田间、沟旁、渠边杂草，消灭中间寄主。秋翻或春耕土地，消灭越冬虫源。2.化学防治 在成虫盛发期，用20%氰戊菊酯乳油，或20%灭多威乳油，或20%马·氰乳油喷雾，可有效控制为害。

生产实践业已证明，应用抗病品种是枯萎病综合防治技术体系中的核心技术，也是防治枯萎病最经济、有效的技术途径。据1984年的全国棉花枯、黄萎病综合防治研究协作组的统计，全国种植棉花面积约8800余万亩，而黄、枯萎病的发病面积近2200万亩，占调查面积的31.3%，年损失皮棉75万～100万t，折合人民币2亿～3亿元。可是推广了以种植抗病品种为中心的综合防治技术以后，枯萎病的发病率压低到5%以下，挽回了皮棉损失。同时，由于节省了农药等开支，极大地降低防治费用，杜绝了人畜中毒事故和环境污染，保护了棉田生态环境，取得了显著的经济、生态、社会效益。而抗枯萎病育种的成效取决于对病原菌与寄主（棉花）的互作关系和枯萎病抗性遗传规律的认识，抗源的获取以及科学的育种方法。了解病原菌与寄主（棉花）之间的交互作用，是选育抗棉花枯萎病品种的重要理论依据之一。这里包括两方面内容：一是垂直抗性与水平抗性；二是基因对基因假说。这一理论观点由Van Der Plank（1963）提出。寄主对某些病原生理小种具有免疫或高抗性，可是对另一些生理小种则是高度感染的。表明了同一寄主品种对同一病原菌的不同生理小种具有“专化”反应，寄主品种的抗病力与病原菌小种致病力间有特异的相互作用。它通常受单基因或几个主效基因所控制。杂交后代一般按孟德尔定律分离。这类抗性的遗传行为简单，抗、感差别明显。在一般情况下，抗病对感病为显性，易于识别，常被育种家所重视。垂直抗性多表现为过敏性反应。它能把病原菌局限在侵染点和具有抗定殖的作用；同时，由于它能抵抗某些对它不能致病的小种，因而在发病初期，它有减少接种体数量的作用。但这类抗病性常会随病原菌生理小种的变化而丧失。如果在大面积生产上，单一地推广具有该类抗性的品种时，容易导致侵染它的生理小种上升为优势小种而被感染淘汰。这在小麦条锈病和稻瘟病抗病品种大面积连年推广种植上已有惨重教训。要保持其抗性的稳定，必须是寄主为异质群体，或寄主群体在时、空分布上呈不连续性，否则，抗性难以持久稳定。在遗传上，小种专一化抗病性通常表现为单基因性状，这种抗病性对感病性往往是显性的。一个单基因能抵抗病原的一个小种或多个小种。在垂直抗病性中，寄主是垂直抗性的差别，而病原菌致病性的差别则是毒性差异。亦可称为非专化抗病性（non-specific resistance）。水平抗性指寄主品种对各个病原生理小种的抗病反应，大体上接近于同一水平，它对病原菌的不同小种没有“特异”反应或“专化”反应，几乎在同一水平线上。它的作用主要表现在能阻止病原菌侵入寄主后的进一步扩展和定植，表现为潜育期较长，病斑小而少，病原菌繁殖体的数量相对较少。因而病害发展的速度较缓慢，程度较轻。在农业生产中，人们长期利用水平抗性，但因其抗、感症状表现不如垂直抗性明显，鉴别较难，过去在抗病育种中往往忽视了具有水平抗性的品种。由于它对病原菌生理小种不形成定向选择的压力，因而不致引起生理小种的变化，也不会导致品种抗性的丧失。所以，在抗病育种中，人们越来越重视具有一定水平抗性品种的选育。现阶段，我国已经推广种植的抗枯萎病品种，几乎多属于此类型，故能比较长期地、并在不同生态地域均保持着较高的抗病性，如川52-128。自Van Der Plank（1963）提出垂直抗性与水平抗性概念以后，也存在着不同看法。如Wolfe（1972）认为寄主的抗病性从感病到免疫是一个连续的统一体，病原菌的致病性，从无致病力到强致病力，也是一个连续的统一体。寄主和病原物的相互作用，可有各种各样的表现形式。Arnold等（1968）认为垂直抗性和水平抗性并没有根本的区别，只不过是总抗病性系统中的特殊情况。Zadoks等（1977）则认为，在垂直抗性和水平抗性的情况下，寄主的抗病力和病原菌的致病力间都有相互的特异作用。在与农作物病害的斗争中，有80%以上是靠抗病品种来防治或减轻其为害的。但实践表明，抗病品种在生产上应用若干年后，常会丧失抗病性。为了克服品种抗病性过早丧失，有些学者提出持久抗病性（durable resistance）或稳定抗病性（stable resistance）的概念。这是指适于某种病害发生流行的环境条件下，某一个抗病品种在大面积生产上推广多年后，抗病性仍较长期保持而不丧失，当然不意味着永久不变异。这一理论观点由Flor（1974）提出。病原物与寄主植物的关系，即现在所提的互作关系，就是在一定条件下，植物发病过程中寄主和病原物相互作用，由一系列的生理、生化和遗传调控过程而决定病症表现的类型。Flor（1947）曾以亚麻锈病（Melampsora lini）为代表进行研究寄主和病原物之间的相互关系认为，寄主中有一个调节抗病性的基因，而病菌中也有一个相应的基因调节病菌的致病性。如寄主有2个或3个基因决定抗病性，于是病菌中也有2个或3个相应的决定无毒性的基因。基因组合表示寄主的抗病性表达需要寄主中决定抗病性的基因和病菌中决定无毒性的基因互作，即寄主的抗病性不亲和性是病菌和寄主特异性互作的结果。由此抗病性被认为是主动过程，而寄主的感病性则是由于缺乏抗病基因或病菌缺乏无毒基因而表现出的被动显症。此论点认为，寄主与病原菌长期共存于自然界，实际上正因为寄主存在着抗性基因，才能使其世代延续，而不被病原菌所毁灭。所以，物种间的抗性或不同程度的抗性，是长期自然选择和人工选择的结果。棉花抗枯萎病育种的基本程序包括4个环节：①发现和创造变异；②稳定和选择变异；③鉴定和比较变异；④保持变异。所有环节都是围绕着变异进行的。棉花的性状变异可分为两种：一种是可遗传变异，即这种变异性状可以传递给以后的世代；另一种是不可遗传变异，即这种变异性状只在当代表现，不能传递给以后的世代。可遗传变异又可区分成两种类型：一类是有益性状变异，即符合育种目标的遗传性状变异，也叫符合人类栽培利用目标，能够提高经济利用价值的变异；另一类是有害性状变异，即不符合育种目标的遗传性状变异，是同人类经济利用的目标方向相反的变异。育种所需要的仅仅是可遗传的有益的性状变异。棉花育种的任务是将现有推广品种还不具有的而生产上又迫切需要的一些新的经济或农艺性状引入新品种中，或将尽可能多的有益的经济或农艺性状集中到一个新品种中。育种的创新意义即在此。这些有益的经济或农艺性状，须是可遗传的有益的性状变异，这是育种的前提。如果没有这些变异，就不会有育种。这些有益的变异可能存在于现有品种或过时品种群体中，但更多地存在于极为丰富的种质资源中，拥有大量丰富的种质资源材料是棉花育种的基础。因此，卓有成效的育种一般需要形成一个丰富的种质资源库，育种家们深入细致地研究这些种质资源，从中寻找、发现和发掘与育种目标相符的新的性状变异。如局限在已有材料中，则很难发现符合育种目标的性状变异。棉花育种可利用的变异主要来自两种途径：一是自然变异；二是人为变异。自然变异的引发，大多数是由于天然杂交，但也有少数来自偶然的某种外力或个别棉株自身某些不明原因诱发的自然突变。人为变异主要是通过有目的的人工杂交，但也可利用物理化学等手段，或自然界其他条件进行人工诱变。从广义上讲，将非棉花及其近缘植物或其他生物的某些性状，运用特殊技术手段引入棉花中，也属于人为变异的范畴。棉花是常异花授粉作物，存在一定的异交率。异交率的高低取决于传粉媒介——昆虫的种类和种群的大小。田间的传粉媒介多，棉花的天然异交率就高，容易引发较多具有变异性状的变异株，就提供了育成具有优良性状新品种的机会。这是棉花系统选择取得成功的原因。但随着棉花生产的发展，棉花害虫种类日趋繁多，为害程度日益严重，种植棉花不得不频繁地采用杀虫药剂。在防治害虫的同时，也杀死了棉田传粉媒介，大大减少了棉花异交的机会，从而降低了性状变异几率、包括优异性状变异和优异株出现的频率。这也许是多年来单纯依靠系统选择难以育成有突破性新品种的主要原因。棉花群体中也常会出现个别的自然突变体。这主要是由于染色体畸变或某些基因位点突变而产生的变异性状。其中，有有利的，也伴有不利的经济性状变异。但发生这类突变的几率一般很低，且以质量性状为多。人为变异主要是通过人工杂交，引起基因交换、重组而发生新的性状变异。从本质上讲，这是天然异交的延伸和扩大，弥补了自然杂交几率日益低下的现状。它比之自然杂交的优点是：一能有目的地选择性状变异的方向；二能主动掌握性状变异的频率。但它的不足之处：一是不能确保有较高的成功率；二是仅限于在现有种质基因库范围内引发变异。所以，必须加强种质资源的收集、扩大和研究等基础工作，并进行较大量的杂交。人为变异的另一途径是通过物理或化学等手段诱发新的性状变异。其优点可超越现有的棉花种质基因库，创造出新的性状变异；但缺点是：①难于诱发有利经济性状的变异，而更多的属于不利经济性状；②诱变的频率低。因此，棉花育种利用这类性状变异的难度较大。应用生物技术，导入外源DNA，是定向诱发棉花产生新的性状变异的现代高新技术。优点是使常规人工杂交所不能跨越的亲缘障碍成为可能，在棉花染色体上不仅可导入与棉花非一个属、科、目的植物DNA，甚至可导入节肢动物等其他动物的基因。如报道的培育手感柔软胜似棉花的转兔角蛋白基因棉花。外源DNA导入，是创造变异的一种技术手段，是育种过程中的一个环节，在创造变异后的大量工作，仍需按常规育种环节进行。随着中国宇航技术的发展，已多次运用太空卫星，搭载棉花种子，通过太空失重、宇宙线照射、温度和时律的变化等因素引发基因变异。但其变异方向与遗传性正在进一步研究中。不管是自然变异或人为变异，其中，有符合育种目标需要的变异，也有不符合育种目标的变异。一般是在发现有利变异的同时，也可能相伴产生一些不利变异。这种变异，有的只是表现型的，其遗传性尚未稳定，还不能作为育种目标性状固定下来。所以，在发现或创造变异之后，育种的第二个环节就是稳定和选择变异。稳定变异是为了保证变异的有效选择，是选择变异的前提。稳定变异的主要手段是加代。随着世代的增加，杂合体变异性状得到分离和表现型变异性状得到纯合，使所有的变异，不管是有利的还是不利的，其遗传性相对稳定下来。棉花经济性状的遗传率高低不一。一般地，遗传率高的性状，如单基因控制的质量性状，低世代时就能达到相对稳定；遗传率低的性状，如多基因控制的数量性状，只有在较高世代时才能达到相对稳定。变异性状只有达到相对稳定，不再出现明显分离时，选择才有效。不同变异性状选择的最适宜世代并不一样。为了增进加代速度，缩短育种年限，在我国，利用18°N上下的海南岛南端冬季气温较高，又是旱季的有利条件，进行秋播、冬长、春收。这样，棉花就能在一年内完成两个世代周期。但海南岛与大陆棉区的气候、生态等条件差别很大，一般在海南加代期间不进行选择，但也有加代选择成功的例证。有条件的也可在当地，冬季利用大型可控温室进行少量材料的加代。随着生物技术的发展，可利用单倍体培养技术，将变异性状的染色体加倍，或克隆复制变异株的体细胞，经组织培养，形成再生植株，获得较为稳定的变异材料。选择变异是贯穿新品种选育始终的重要环节。棉花育种的创造性，主要是通过选择来实现。对已相对稳定的性状变异材料，紧接着就是一系列的选择过程。选择变异，既是技术，也是艺术。要紧紧瞄准育种目标，运用科学的试验方法和测试手段，层层筛选，尤其要依赖于育种家的丰富经验和高超的业务素质。要重视田间选择、室内选择和生长前期选择，更要重视生长后期和多方位的反复选择。要自始至终贯彻精益求精、优中选优的原则，在众多的个体中，不遗漏一株优异的变异株，也不滥竽充数多留一株劣变株，以保证育成高质量的新品种。根据确定的育种目标，选择已经相对稳定的变异后，需根据留优汰劣的原则，通过科学的鉴定和比较，才能确认某些优异变异性状成为育成新品种的属性，这是选择的继续。鉴定是在特定条件下，对某一变异性状进行有效性的直接鉴别和确认。例如，抗枯萎病性、抗黄萎病性、抗棉铃虫性、抗棉蚜性、抗旱性等。抗枯、黄萎病性鉴定，原则上是在人工接种、发病均匀的病圃中进行，也可在重发病区选择发病均匀的自然病圃中进行。抗虫性鉴定需在人工隔离环境中接种一定量的害虫数。抗旱性鉴定需设置遮雨和防止地下水浸入等设施。有些性状也可利用生物、理化反应法进行间接鉴定，但最后仍需进行直接鉴定。鉴定时要求设置抗性和感性两个对照，还需要多点、多年或多次重复，尽量减少误差，以避免年份和环境引发的影响干扰。纤维品质测定，是确保棉花新品种纤维品质必不可少的鉴定内容。利用HVI系列测试仪器，由于每份测试样本量小，要求用随机法抽取皮棉样本，以增加样本的代表性。育种材料的比较这一程序既重要，也繁复。随着育种进程，对照育种目标，全面考虑丰产性和有关经济、农艺性状的要求，从初级到高级，进行比较试验和鉴定，并根据结果进行逐级淘汰。对保留的材料要求要高，必须重视性状的综合表现；淘汰材料要慎重。过去的育种实践中，从原来因疏忽被淘汰的材料中，后来又选育出较突出的新品种的育种事例也有。棉花育种材料的比较，一般从株行试验，到株系试验、品系试验、区域试验和生产试验，逐级进行。从株系试验开始进行有重复的比较试验；从区域试验开始进行多点、多年有重复的比较试验。优良变异性状的稳定是相对的，而得到的稳定性状发生再变异则是绝对的。再变异的方向不能确定，往往是优变的几率较少，而劣变的几率更多。这就是品种的退化。棉花良种退化是困扰棉花生产的一大难题。常常是一个良种推广不久就发生退化，削弱了良种的作用。所以，重视和切实采取有效技术，保持育种目标所要求的变异性状，就显得十分重要。这就是良种繁育。良种繁育的任务是保持住优良品种的种性、纯度，即保证良种的品种品质。纯度是指品种纯度，并非遗传纯度。从农业生产的实际需要出发，并不要求品种在遗传上的纯化。品种本来就是一个遗传复合体，诸多性状不需要、也不可能达到遗传上100%的纯度。但必须保证主要经济性状表现型的相对一致性和稳定性。要达到这一目的，在技术上必须最大限度地避免育成的新品种发生生物学混杂和机械混杂。因为混杂的发生，必然会导致主要经济性状的退化。棉花品种的退化，往往会出现绒长变短、衣分下降、纤维变粗、铃重变轻、营养生长过旺等非人们植棉所企求的性状。在棉花进化过程中，存在着两种选择的激烈竞争。一是自然选择，另一是人为选择。自然选择的方向是按照有利于棉花物种自身的生存和繁衍更多的后代进行的。人为选择的方向是按照人们植棉所企求的经济性状进行的。两者虽有共同点，而在经济性状方面多数是反方向的。若竞争结果是前者超过后者，即出现“退化”现象。所以，“退化”是人们从植棉目的的角度给予的评价。但从棉花物种发展的角度评价，这种“退化”恰恰正是棉种自身需要的“进化”。生物学混杂和机械混杂给人们认为的“退化”创造了条件。所以，只有一方面尽量限制生物学混杂和机械混杂的机会，另一方面当人为的选择压超过自然选择压时，才能保持种性，即保持住育种目标所企求的变异性状相对稳定，不发生劣变，不发生“退化”。这就是良种繁育的功能。棉花对枯萎病抗性的遗传，国内外的研究报道较多，但结论不完全一致，多数认为，抗枯萎病性是由多基因控制的。Fahmy（1927）用免疫品种与感病品种杂交，F1是免疫的，F2分离出75%的免疫株、15%的耐病株和 10%的感病株。免疫株可固定不再分离，说明它是纯合的；耐病类型可再分离出免疫株、耐病株和感病株3种类型都有；而感病株一般在苗期便死去。他在以后的试验中，Fl、F2也出现类似情况。而在海岛棉中，他认为，是由一个显性基因和几个微效基因所决定的。Kelkar等（1947）也指出，海岛棉的抗枯萎病性是由1个显性基因和1个到多个修饰基因所控制的。在亚洲棉中，他发现了2个互补显性抗病基因和第三个具有抑制作用的基因。Jones等（1957）在用具有半半棉血统的珂字棉100GA与德字棉425的研究表明，在枯萎病和肾形线虫并存的情况下，其抗性由2～3个基因控制。Smith等（1960）认为，陆地棉对枯萎病的抗性是受一个主效显性基因和一些修饰基因所控制；而海岛棉的抗性是受2个具有加性效应的显性基因控制。Jobes（1961）以抗病的德字棉425、珂字棉100GA与感病的半半棉杂交，F2、F3群体中，抗、耐、感病植株数量呈连续变异，故认为是数量性状遗传，其抗病性是由2～3个基因所控制。Kappelman （1971）用P1、P2、F1、F2、BC1F1、BC2F2 6个世代在6种不同条件进行试验后指出，在42个试验中，有34个的抗枯萎病性的加性效应是显著的，有2个的显性效应是显著的，有8个的上位性效应是显著的。在这10个非加性效应为显著的实例中，除1个外，加性效应也是显著的。所以，他认为，对他所研究的材料而言，加性基因效应最能说明棉花枯萎病抗性的遗传。Aibeles（1978）也认为，棉花对枯萎病抗性遗传的基因作用，加性效应大于显性效应。Singh等（1988）在亚洲棉的完全双列杂交后代研究中认为，抗病性是显性，而且一般配合力方差大于特殊配合力方差，说明对抗性遗传的基因作用，也是以加性效应为主。但Rird （1973）认为，棉花对枯萎病的抗性属于显性基因效应。Megahed等（1984）在不同类型海岛棉的双列杂交中发现，对枯萎病抗性表现明显的杂种优势，说明基因效应是非加性的。在F1和F2中，一般配合力和特殊配合力都显著，但特殊配合力比一般配合力更强，说明其遗传的基因效应是非加性的显性效应，抗性受微效多基因所制约。Campagnaco（1971）认为，大多数杂交组合的抗枯萎病性是单基因的不完全显性遗传，F2可分离出抗病和感病类型。但是，有的研究结果认为，棉枯萎病抗性是显性单基因遗传的。Netzer （1985）用陆地棉与海岛棉杂交也认为，棉花枯萎病抗性是一个显性基因控制的。冯纯大等（1996）报道，16个抗×感组合的F2代抗、感植株出现3∶1分离比例，亦证实抗枯萎病性受一对基因控制。20世纪70年代，陕西省棉花研究所、原北京农业大学（现中国农业大学）、江苏南通地区农业科学研究所等从大量杂交后代的分析中认为，杂种后代对枯萎病的抗性，与亲本的抗性水平密切相关。在感×感组合中，后代的抗性差；双亲抗性中等或在抗×感组合中，后代多为耐病；在抗×耐或抗×抗组合中，后代的抗性强等。并从育种实践中，总结出一些抗枯萎病性遗传的趋势。据王远等（1980）研究，陆地棉抗枯萎病受显性基因控制，双亲之一具有抗枯萎病性，其后代则表现抗病，因此，采用耐病、丰产、优质品种作母本，高抗枯萎病品种作父本，以培育优质、丰产、抗病品种。校百才（1985、1988、1992）多年采用不同组合的试验表明，抗枯萎病性的一般配合力方差大于特殊配合力方差，说明抗枯萎病性的遗传中，加性效应是主要的。其狭义遗传率分别为42.6%、19.5%和46.5%；广义遗传率127121分别为72.5%、35.2%和76.98%。李俊兰（1987）用4个抗病×感病的陆地棉组合后代分析后表明，各组合抗病性遗传中的加性成分达到了极显著水平；有一个组合的显性效应及加性×加性、显性×显性上位效应和另一组合的加性×加性上位效应也达到了显著水平。各组合的广义遗传率127121平均为66.32%。王振山等（1989）在抗×感、抗×耐和抗×抗等类型组合的P1、P2、F1、F2、B1和B2各世代的平均数分析中指出，所有组合的抗枯萎病性的加性效应均达显著水平；但也还存在显性和上位效应，如在抗×感组合中，抗病性的加性效应、显性效应、加性×显性上位效应都有作用；而在抗×耐组合中，主要是加性和显性效应。并认为抗枯萎病性是受多基因控制的。张凤鑫等（1990）用44个品种做试验的结果表明，陆地棉抗枯萎病的广义遗传率为86.7%，属遗传率高的性状。张金发等（1994）在发病严重而均匀的田间病圃中，对4个抗病品种和4个感病品种的8个亲本及其28个Fl（无反交）进行抗枯萎病性鉴定发现，亲本的抗性水平与其配合力效应、显性作用大小是基本一致的，以苏棉3号、中棉所12和鄂62-1的抗性最高，配合力最好，显性作用最大，是较好的抗病亲本。Hayman-Jinks法分析表明，抗病性为部分显性，以加性效应占优势，显性效应较小，无上位性。广义和狭义遗传率均很高，分别为91%和83%，至少有一组显性抗病基因控制棉花枯萎病抗性的遗传。校百才（1985、1988、1992）多年采用不同组合的试验表明，抗枯萎病性的一般配合力方差大于特殊配合力方差，说明抗枯萎病性的遗传中，加性效应是主要的。其狭义遗传率分别为42.6%、19.5%和46.5%；广义遗传率127121分别为72.5%、35.2%和76.98%。李俊兰（1987）用4个抗病×感病的陆地棉组合后代分析后表明，各组合抗病性遗传中的加性成分达到了极显著水平；有一个组合的显性效应及加性×加性、显性×显性上位效应和另一组合的加性×加性上位效应也达到了显著水平。各组合的广义遗传率127121平均为66.32%。王振山等（1989）在抗×感、抗×耐和抗×抗等类型组合的P1、P2、F1、F2、B1和B2各世代的平均数分析中指出，所有组合的抗枯萎病性的加性效应均达显著水平；但也还存在显性和上位效应，如在抗×感组合中，抗病性的加性效应、显性效应、加性×显性上位效应都有作用；而在抗×耐组合中，主要是加性和显性效应。并认为抗枯萎病性是受多基因控制的。张凤鑫等（1990）用44个品种做试验的结果表明，陆地棉抗枯萎病的广义遗传率为86.7%，属遗传率高的性状。张金发等（1994）在发病严重而均匀的田间病圃中，对4个抗病品种和4个感病品种的8个亲本及其28个Fl（无反交）进行抗枯萎病性鉴定发现，亲本的抗性水平与其配合力效应、显性作用大小是基本一致的，以苏棉3号、中棉所12和鄂62-1的抗性最高，配合力最好，显性作用最大，是较好的抗病亲本。Hayman-Jinks法分析表明，抗病性为部分显性，以加性效应占优势，显性效应较小，无上位性。广义和狭义遗传率均很高，分别为91%和83%，至少有一组显性抗病基因控制棉花枯萎病抗性的遗传。校百才（1985、1988、1992）多年采用不同组合的试验表明，抗枯萎病性的一般配合力方差大于特殊配合力方差，说明抗枯萎病性的遗传中，加性效应是主要的。其狭义遗传率分别为42.6%、19.5%和46.5%；广义遗传率127121分别为72.5%、35.2%和76.98%。李俊兰（1987）用4个抗病×感病的陆地棉组合后代分析后表明，各组合抗病性遗传中的加性成分达到了极显著水平；有一个组合的显性效应及加性×加性、显性×显性上位效应和另一组合的加性×加性上位效应也达到了显著水平。各组合的广义遗传率127121平均为66.32%。王振山等（1989）在抗×感、抗×耐和抗×抗等类型组合的P1、P2、F1、F2、B1和B2各世代的平均数分析中指出，所有组合的抗枯萎病性的加性效应均达显著水平；但也还存在显性和上位效应，如在抗×感组合中，抗病性的加性效应、显性效应、加性×显性上位效应都有作用；而在抗×耐组合中，主要是加性和显性效应。并认为抗枯萎病性是受多基因控制的。张凤鑫等（1990）用44个品种做试验的结果表明，陆地棉抗枯萎病的广义遗传率为86.7%，属遗传率高的性状。张金发等（1994）在发病严重而均匀的田间病圃中，对4个抗病品种和4个感病品种的8个亲本及其28个Fl（无反交）进行抗枯萎病性鉴定发现，亲本的抗性水平与其配合力效应、显性作用大小是基本一致的，以苏棉3号、中棉所12和鄂62-1的抗性最高，配合力最好，显性作用最大，是较好的抗病亲本。Hayman-Jinks法分析表明，抗病性为部分显性，以加性效应占优势，显性效应较小，无上位性。广义和狭义遗传率均很高，分别为91%和83%，至少有一组显性抗病基因控制棉花枯萎病抗性的遗传。对棉花枯萎病抗性的遗传研究，以前多采用Griffing的配合力模型及其分析方法估算配合力效应，再用Hayman（1954）的双列分析方法估算遗传方差分量和遗传率。由于这是两个不同的遗传模型和分析方法，对一组资料分析的结果可能不尽相同，对多世代材料也不能同时进行综合分析。为此，韩祥铭等（2001）采用朱军（1997）提出的混合线性模型ADM遗传模型和ADAA遗传模型估算遗传方差和遗传率并对估算的参数进行显著性检验，从而可对亲本和组合的遗传表现进行评估。结果表明，棉花枯萎病抗性遗传，加性方差占表现型方差的49.9%，显性方差占表现型方差的13.1%，母体方差占表现型方差的0.8%，母体效应很小，主要是加性效应和显性效应，显性和环境的互作效应占表现型方差的27.0%，差异极显著，表明显性效应易受环境因素影响。广义遗传率为63.0%，狭义遗传率为49.9%，棉花枯萎病抗性遗传以加性效应为主，遗传率较高，在重病地连续选择抗病株，有利于提高枯萎病抗性。由于不同试验所用材料、鉴定方法和技术的不同，加之棉花受多种枯萎病菌生理小种侵染，抗病基因对病菌不同生理小种的抗性不同，不同的生理小种要有不同的抗病基因，不同的生态环境，有不同的生理小种。在自然生态条件下，枯萎病菌多种生理小种可能同时存在，这样就造成了棉花枯萎病抗性遗传研究结果的多样性。但多数研究结果表明，枯萎病抗性遗传以加性效应为主。育种实践也证明，在发病均匀的重病地，连续选抗病株能选育成抗病品种。因此，进行枯萎病抗性遗传研究，对棉花育种工作有指导意义。棉花对枯萎病抗性与对其他病害抗性的关系，赵俊兴等（1991）对多个品种，通过线性相关分析指出，棉花品种对枯萎病和黄萎病的抗性为高度正相关，也说明品种对两种病害的抗性间有显著的相关关系，这证实选育兼抗枯、黄萎病品种的可能性。马存等（1992）的鉴定指出，抗枯萎病的陆地棉品种，也能抗苗病。Shepherd（1986）报道，棉花枯萎病的发病率与根结线虫的产卵量呈高度正相关（r=0.73**），并指出，具有抗根结线虫基因的棉株，其根际或根部所渗出的物质，可特意地诱导对枯萎病菌有抑制作用的微生物，因而表现出抗病性。关于抗枯萎病性与其他农艺性状间的相关关系，也有不同的试验结果。Patel等（1950）认为，新百万棉（NewMillion Dollar）品种的抗枯萎病性，似与不利的农艺性状相连锁，Sappenfield （1963）报道，棉花品种对枯萎病的抗性与皮棉产量呈负相关等。由此认为，抗病品种的农艺性状较差。中国在选育、推广抗枯萎病品种的初期，也有类似的观点，但后来的试验和实践证明，这种现象不是普遍规律。马存（1985）的研究指出，无论在中水肥或高水肥条件下，枯萎病越重，对皮棉产量和多数纤维品质的损失越大。在中水肥条件下，枯萎病病指每增加1，皮棉产量的损失0.94%。李俊蓝（1987）的试验也指出，枯萎病的病级与籽棉产量、皮棉产量、单株结铃数、铃重、纤维断裂长度间的r依次为-0.3285，-0.2990，-0.2991，-0.2441和-0.046，即发病越重，产量和纤维强度越低。周雁声等（1985）用参加全国抗病区试的品种资料进行分析，研究结果显示，枯萎病的病株率与铃重、衣指、籽棉产量、皮棉产量、纤维强力呈极显著的负相关，病指与单株结铃数、衣指、籽棉产量、皮棉产量、纤维强力也呈显著的负相关，说明品种的抗病性越差，对产量和纤维品质的损失越大。另外，从20世纪80年代以来在黄河流域进行生产试验的品种进行分析表明，抗病的中棉所12比感病的鲁棉1号、冀棉8号的产量和品质都要好，证明抗枯萎病性和农艺性状间并不存在遗传上的负相关。高永成等（1985）用感病的原徐州142（病株率44.0%，病指35.9）和经过4年在病地连续选择的抗病徐州142（病株率3.9%，病指2.9）于1979年在无病地上进行了农艺性状的比较，抗病的徐州142比感病的徐州142农艺性状略有提高，如皮棉每亩增产2.75kg，衣分提高0.5个百分点，纤维强力提高0.09g，主体长度增加0.19mm。因而他们也认为，抗枯萎病性与农艺性状间并不存在遗传上的负相关。种质资源或称遗传资源，是指决定各种遗传性状的基因资源。棉花种质资源包括推广品种、过时品种、引进品种、突变体材料、野生种和陆地棉种系，以及棉属近缘植物。是进行棉花品种遗传改良的物质基础，也是研究棉属遗传、起源、进化和分类的基本材料。因此，广泛、持续收集、保存、研究和利用种质资源，是棉花遗传育种研究领域中的一项基础性工作。抗原是抗病育种的决定因素，而种质资源则是棉花抗枯萎病育种中抗原的来源地。我国在20世纪50年代就开始收集棉花品种和种质，并进行抗枯萎病性鉴定。1952～1953年四川省棉花枯萎病防治研究工作组收集了珂字棉8个品系及福字棉6号、鸡脚德字棉、狄胜棉、赖德福阿金等陆地棉品种（系）共33个，海岛棉品种C3173、苏-2198 两个，中棉种质有遂宁土棉、威远土棉等21个，进行抗枯萎病性鉴定。海岛棉中，苏-2198表现耐病、C3173高度感病，发病率为100%，病指79.5；中棉中，抗性最好的是仁寿紫花、盐亭小白花、三台子花、仪陇小白花、余姚小树花、彰德土棉、遂宁28-507-47、威远土棉、宾川土棉，而玉溪中棉在田间未受棉枯萎病感染，表现高度抗枯萎病性；陆地棉发病高，但发病程度差异大，发病率为90%～100%，病情指数为59.3～71.5。20世纪70年代，我国的抗病育种发展较快，对棉花品种资源的收集、抗性鉴定更加重视。1976年，陕西省农业科学院植物保护研究所采用陕西泾阳菌系，第一次对中国2238个棉花品种资源进行了苗期抗枯萎病性鉴定，结果是，无症状免疫类型22个，占总数的0.98%；高抗类型137个，占6.12%；感病类型1724个，占77.03%；其余为耐病类型355个，占15.96%。陆地棉中，表现抗性强的品种有川52-128、川57-681、陕棉4号、陕棉401、陕棉9号、川62-200、川抗病洞庭棉、晋68-389、晋68-400、云112-3、86-1号、陕棉8号、陕棉10号、咸73-74和咸73-145。中棉的抗枯萎病性强、抗源丰富，经反复试验证明，赤木黑种、赤木白种、法库白子、中棉所6号的抗枯萎病性强而稳定。1975～1979年连续8批鉴定了中国棉花品种资源共3710个。根据病指划分为不同抗病性反应型，属免疫类型（无症状）的23个，占总数的0.62%；属高抗类型的164个，占4.42%；属抗病类型的187个，占5.04%；属耐病类型的351个，占9.46%，属感病类型的2385个，占80.46%。从不同棉种相比较，其中，以中棉抗病性较强，陆地棉次之，海岛棉、木棉抗病性最弱（表5-1）。中棉、陆地棉、木棉和海岛棉的平均病指分别为5.34、34.29、76.4和76.85。棉种名称供试品种（系）免疫高抗抗病耐病感病病指0病指0.1～10病指10.1～25病指25.1～50病指50.1～100个数%个数%个数%个数%个数%陆地棉3102130.42993.191374.422608.38259383.58海岛棉27841.4427498.57中棉308103.256521.104715.268627.9210032.47木棉1715.881694.11草棉5360.00240.00合计3710230.621644.421875.043519.46298580.41表5-1 不同棉种对枯萎病苗期抗性鉴定1993年，陕西省农业科学院植物保护研究所又对348个亚洲棉（即中棉）品种进行抗枯萎病苗期抗性鉴定，病指为1～25的有288个，占82.8%；病指为25.1～50.0的有34个，占9.8%；病指为50.1～100.0的为26个，占7.4%。其中，简中1号、浙江余姚黄蒂大部等抗性强。52-128和57-681是中国育成的第一批高抗枯萎病抗原种质。四川省棉枯萎病工作组自1952年在发病90%以上的大榆区紫云乡105亩（667m2）左右的德字531棉田中，初选抗病单株916株，1953年经病圃鉴定筛选出抗病性强的11个系，经反复比较鉴定筛选，1956年培育出高抗枯萎病品种52-128。1957年全省换种岱字棉15后，利用新品种农艺经济性状好的优点，又在三台、射洪县种植的岱字棉15号重病田中，选取剖秆未见病状的单株1015株；仍采用病圃筛选的方法，于1963年再次选育出高抗枯萎病的品种57-681。这两个抗源品种经试验鉴定，具有抗病性强、抗病力稳定、抗性适应广的特点。20世纪60年代中期至90年代中期，在四川省棉枯萎病协作组人工病圃中，52-128病指稳定在3.6～22.6，平均11.2，比感病对照种减轻77.8%；57-681病指2.0～3.1，平均2.3，比感病对照种减轻91.2%。1970～1982年，以52-128、57-681多代自交材料种植于人工接菌病圃和零星病地，连续3年自交仍种植于同一条件下的抗性鉴定表明，虽经长期种植，两个抗源品种的抗性一直保持很强，未出现衰退现象，即使在零星病地种植3年，抗性与人工病圃无明显差异。1981年选用有代表性的生理型Ⅰ号川F5（四川射洪县）、陕F9（陕西高陵县）、生理型Ⅱ号浙F2（浙江慈溪县）、冀F8（河北峦城县）、生理型Ⅲ号新Fl（新疆吐鲁番县）等不同生理型菌系对52-128、37-681及抗、感杂交组合后代作病菌与寄主互作关系的抗性鉴定表明，52-128、57-681对我国棉枯萎病菌3大生理型中的5个菌系间致病力分化性互作不显著。1972～1973年和1979～1980年，全国棉枯萎病生理型试验结果表明，52-128对18个省、市、自治区不同地区的129个棉枯萎病菌系中，属高抗类型的有12个，抗病类型72个，耐偏抗类型36个，合计120个，占参试菌系的93%，只有9个强致病菌系对52-128呈感病类型。这两个抗源品种育成后，于60年代初被陕西、山西等省引进试种，表现出抗性强、稳定性好，从而用作抗原进行杂交转育或取材，育出陕4号、陕401、晋68-420、运安1号等，分别在四川、陕西、河南等棉病区种植，防病增产效果良好。1972年后是我国抗病育种取得较大发展的时期，河南、江苏、云南、陕西、山东、浙江、河北、山西、湖南和江西等省先后引进52-128、57-681用作抗原进行杂交转育或系统选择，培育出21个抗枯萎病品种（系），分别在全国10个省推广种植，防病增产效果显著。据《全国农作物审定品种名录》（2005）、《中国棉花品种及其系谱》（1996）、《中国棉花品种系谱图》（2000）资料分析，以及中国农业科学院棉花研究所等50余家育种单位利用这两个抗原的应用证明统计，全国利用抗原52-128、57-681育成棉花抗病品种128个。在不同转育代次育成的抗病品种中，集中来源于第二代至第五代的有121个，占94.5%；被利用作母本、父本育成的品种分别各占有54.7%和31.3%（表5-2、表5-3）。利用52-128抗原品种作抗原，通过杂交或系统选育的抗病品种，在各地方推广应用都表现抗性良好（表5-4）。省份育种单位（个）80年代90年代2000～2004年总计河北765112山西33429辽宁244江苏9112720浙江111安徽1516江西111山东31427河南9812222湖北49211湖南21124四川5511319陕西29211新疆111合计503569128表5-2 不同时期不同地区利用抗原52-128、57-681育成的审定品种数抗原用途一代二代三代四代五代六代总计母本（♀）11029191170父本（♂）46917440系统选育15542118合计6214340171128表5-3 抗原种质52-128、57-681不同转育代次育成的品种数项目四川湖北新疆江苏云南山西陕西辽宁上海山东河南河北北京浙江甘肃安徽湖南江西合计供试菌系179985111466777552911129抗性反应高抗01600000020100020012抗病861327114546422151072耐病71043432110232110136感病2121000000100101009表5-4 52-128对不同地区菌系的抗性反应抗原种质在育种上应用成败的关键，一是抗原抗性稳定性。抗性稳定而持久的抗原，转育利用的抗性不易衰失，能持久保持利用；二是抗原种质的遗传效应，这是转育利用的基础；三是抗原种质经济性状的遗传效应，这对利用价值影响极大。针对这三个关键问题，叶鹏盛等（2007）对52-128和57-681的抗性遗传做了研究。结果证明，这两个抗原的抗性长期稳定（表5-5，表5-6），且抗性遗传效应好、遗传率高（表5-7），其他不良性状在杂种后代中的遗传不显著（表5-8），为我国利用两个抗原的抗性，选育抗病品种奠定了良好的基础。供试品种种植1年种植2年种植3年种植4年病圃无病地病圃无病地病圃无病地病圃无病地521284.504.504.503.502.752.750.752.75576816.003.507.254.502.252.251.253.25川73274.008.009.008.003.503.502.507.25川4149.005.755.758.001.001.001.250.75达棉1号30.7556.7523.556.7535.0035.0017.2536.50显著性（t值）0.53240.62710.06431.1214表5-5 在病圃和无病地筛选后抗原的病情指数世代52128×达棉1号57681×达棉1号达棉1号×52128达棉1号×57681病圃无病地病圃无病地病圃无病地病圃无病地显著性（t）F135.0019.2541.0024.5018.5023.7521.7524.502.5687F231.2519.2519.2524.5012.7517.2518.7516.252.3072F310.2519.7515.5025.507.7520.258.0025.508.6017**F42.0013.751.2524.508.7521.759.7520.509.0275**表5-6 在病圃和无病地筛选后抗原不同杂交后代的病指抗源及组合平均病指F1F2中亲值相对优势（%）广义遗传率（%）狭义遗传率（%）52128×达棉1号29.5039.2539.75-25.7968.952.157681×达棉1号25.5034.0040.50-37.0473.156.77329×达棉1号29.0037.2541.25-29.7070.548.2川414×达棉1号29.7539.7542.00-29.1767.443.6达棉1号×5212835.2535.0039.75-11.3272.953.7达棉1号×5768134.5034.5040.50-14.8175.452.4达棉1号×732737.0038.2541.25-10.3072.353.4达棉1号×川41437.2541.7542.00-11.3169.246.5521284.00576815.50川73277.00川4148.50达棉1号75.50表5-7 抗原种质52-128、57-681的抗性遗传效应抗源及组合株高（cm）单株铃（个）衣分（%）F1F2中亲值F1F2F1相对优势（%）F1F2中亲值F1F2F1相对优势（%）F1F2中亲值F1F2F1相对优势（%）52128×达棉1号99.3100.188.491.012.319.717.317.017.915.836.137.236.737.8-1.6表5-8 抗原种质52-128、57-681的主要经济性状的遗传表现抗源及组合株高（cm）单株铃（个）衣分（%）F1F2中亲值F1F2F1相对优势（%）F1F2中亲值F1F2F1相对优势（%）F1F2中亲值F1F2F1相对优势（%）57681×达棉1号93.897.685.186.010.221.018.916.118.930.438.438.337.538.8-2.4川7329×达棉1号86.790.083.483.83.823.220.320.119.715.440.340.239.840.31.3川414×达棉1号85.189.782.784.82.919.418.919.818.8-2.039.840.140.340.3-1.2达棉1号×5212898.996.388.491.011.923.218.817.217.952.837.839.636.737.8-3.0达棉1号×5768187.188.885.186.09.424.621.216.118.934.938.938.337.538.83.7达棉1号×732785.287.683.483.82.323.722.620.119.717.940.941.239.840.32.8达棉1号×川41490.385.182.784.89.221.719.819.818.89.640.140.040.340.3-0.4表5-8 抗原种质52-128、57-681的主要经济性状的遗传表现（续）-1磷作为植物生长发育的必需营养元素之一，不仅是植物体内许多重要化合物的组分，而且还以多种途径参与植物体内各种代谢过程，在人类赖以生存的生态系统中，起着不可替代的作用。植物吸收磷的主要形式是，它们在土壤溶液中的浓度很低，一般只有1.5μmol/L。因此，磷容易被土壤固定，在土壤溶液中的移动性很差。大多农业土壤因长期施用磷肥已成为潜在的磷库，磷肥效应与土壤有效磷含量呈负相关，磷酸盐的化学性质使其成为作物难以利用的固定态磷，造成土壤磷的“遗传学缺乏”而非“土种类之间和同一植物的不同品种之间的磷素营养利用效率存在差异”。陆文龙等（1999）研究表明，营养高效基因型是指在缺磷条件下，能够利用自身根系分泌的有机酸活化土壤中难溶性磷，协调生长代谢，维持正常的生长发育过程，最终形成较高产量的基因型。由于植物对磷素的利用能力具有模糊性，耐低磷基因型和非耐低磷基因型的表现特征是连续的，没有明显的界限，磷素的影响不仅表现在相对干物重上，而且与植株的地上部鲜重、叶绿素含量、总叶面积等性状也相关。王士杰等（2009）首次在确立的筛选指标基础上，从88个棉花抗枯、黄萎病品种中筛选出25个耐低磷基因型品种（包括中棉所9号、中棉所15、中棉所21、中6331、86-1、豫棉1号、豫棉8号、豫棉22、冀棉7号、冀棉20、冀合3028、鲁无401、鲁棉14号、陕棉11、苏棉12、徐261、泗棉3号、川棉109、绵阳83-21、辽棉12、皖棉11、GK1、Stoneville 603、Deltapine 61和渤棉抗4）和3个耐低磷极端基因型品种（中棉所21、中99和陕棉11）。这些品种可以作为培育耐低磷胁迫的棉花抗病品种以及开展棉花耐低磷QTL定位与克隆等研究的重要资源。鉴于新疆长绒棉枯萎病迅速蔓延，给长绒棉生产带来巨大威胁，生产上迫切需要长绒棉抗病品种来减轻枯萎病的为害。在长绒棉现有的品种和品系中很难找到抗源。为此，武刚等（2006）利用抗枯萎病的陆地棉品种作种间杂交选育，经病圃多年筛选、鉴定出4个高抗枯萎病，而纤维品质达到长绒棉标准的新种质。生育期143天，绒长36.5mm，比强度31.8cN/tex，马克隆值3.7，单铃重2.4g，衣分31.8%，皮棉产量85.7 kg/667m2，病指6.38，表现为高抗。生育期146天，绒长36.5 mm，比强度37.0cN/tex，马克隆值3.3，单铃重2.5g，衣分32.8%，皮棉产量90.6 kg/667m2，病指3.87，表现为高抗。生育期148天，绒长36.6 mm，比强度30.4cN/tex，马克隆值3.7，单铃重2.5g，衣分32.3%，皮棉产量82.3 kg/667m2，病指3.18，表现为高抗。生育期147天，绒长37.3 mm，比强度33.0cN/tex，马克隆值3.7，单铃重2.3g，衣分29.4%，皮棉产量78.6 kg/667m2，病指1.36，表现为高抗。刘泽辉等（2008）对上述4份新种质在进一步杂交转育研究后认为，所选育的新品系同抗病新种质的抗病性没有明显差异，年度间抗病性差异小，说明抗病性呈显性性状、能稳定遗传。这为今后长绒棉抗枯萎病育种提供了很好的抗源材料，为棉花产业发展奠定了基础。但同时也指出，长绒棉抗枯萎病新种质在田间长势旺、抗病性强，但铃重偏低，产量不太理想。此外，这些高抗枯萎病新品系种植在多年陆地棉黄萎病很重的棉田，偶尔发现一两株有黄萎病病症的棉株，也许是杂交后代具有一定的陆地棉基因。因此，新种质抗性基因遗传特性、抗性生理生化方面的研究以及产量的提高等还有待进一步加强。在制定抗病品种育种目标时，既要求选育的品种具有抗病性，同时又要丰产和纤维品质优良，即除抗病性外，其他性状应与当地推广的非抗病丰产品种要求相似。事实上，一个耐病而丰产优质的品种往往比高抗而低产劣质的品种更有实用价值。进行抗病育种时，要注意不仅培育只对某一种病害的某一生理小种具有特异性抗性的品种，而且要培育多抗（水平抗性）品种，因为具有特异性抗性品种在出现新的菌株和生理小种时，抗性即消失。棉田单一的枯、黄萎病区较少，多为混生病区，因此，培育具有兼抗特性的品种，在制定抗病育种目标时也应加以考虑。在自然界棉花群体中，个体间总是存在着微小或明显的性状差异，包括株形结构、结铃性状、抗逆性差异等。由于棉花的遗传背景比较复杂，在外界环境条件影响下，常表现出多样的变异。这些变异既有遗传性状决定的变异，也有受环境影响产生的差异。系统育种的关键，即是发现变异，如在感病株的群体中选择抗病变异株，继而优中选优，严格鉴定。系统选育方法能在抗病育种中取得一定效果的原因在于：①棉花是常异花授粉作物，由于经常的天然杂交，增加了遗传基础的复杂性。一个棉花品种，一般人们较重视的一些农艺性状和经济性状是相对一致的，而人们没有注意的或缺少一定条件暂时未表现的性状（如在无病地的棉花抗性），个体间存在差异，有时差异可能很大。如能为棉花创造一定的条件（如发病条件），就可使个体间抗病性差异表现出来。重病地提供了筛选的条件，因此，一次选择可能选出抗病的个体。②棉花对枯萎病的抗性遗传是由基因所控制，当一个品种处于一种复杂群体状态时，这些抗病基因可能分别存在于不同个体上。在经过一次抗性选择的基础上，由于天然杂交，杂合体抗性基因分离重组，必然会产生抗性基因积累，连续选择便有可能把具有多个抗性基因累加效应的个体选择出来，从而进一步提高了抗性。③根据Vidhyasekaran（1988）“几乎所有植物都存有抵御微生物入侵的防卫机制”的论断，寓意着植物的抗性是固有存在着的。从抗性的性质来看，植物的抗病机制包括预存性被动机制，以及被病菌侵染后激发产生的主动防卫机制。在主动抗病性中，有两套基因先后起作用，即抗病基因和防卫反应基因。抗病基因产物对病菌无毒基因产物有识别作用，从而可诱导防卫基因表达，产生一系列防卫机制，所以，抗病基因产物有识别作用。抗病基因是一种效应分子（抗病蛋白），本身无杀菌作用，真正起作用的是通过防卫机制产生的物质，在形态和生理生化上的许多改变，这些抗病变化包括，植物保护素的合成、细胞壁修饰（愈伤组织、木质素和酚类化合物在壁上沉积）、富含羟脯氨酸糖蛋白的积累、蛋白酶抑制剂和能抵御病原物细胞壁的水解酶（角质酶和葡萄糖酶）的产生。所以，在植物抗病性反应中包括两个阶段。第一阶段为决定阶段，通过病菌无毒基因产物和寄主抗病基因产物相互识别决定寄主抗病性表达；第二阶段是表达阶段，即上述一系列的防卫反应。在病菌的激发下，寄主内的抗病物质得到启动，表现出病株率显著下降，抗病性明显上升。而抗病性的识别机制与病原菌的无毒基因产物识别有一个过程，因而抗病性在连续选择中得以表现与提高。在中国棉花抗病育种史上，系统育种是20世纪80年代前所采用的主要育种方法。据1974年统计，全国育成的148个品种中，67.6%的品种是采用系统育种法育成的。70年代所育成的48个品种中，也有26个是采用系统育种法育成的。川52-128和川57-681是我国棉枯萎病的主要抗原，两者都是在重病田上经连续选择而育成的。川52-128选自古老的栽培品种德字531，川57-681选自岱字棉15，86-1来自陕65-141，陕3563、川73-27、鲁抗一号均选自陕4。中棉所3号选自乌干达3号。系谱选择法是系统育种中最常用的方法，它不仅用于从自然变异选择的系统育种，也应用于杂交、化学和物理方法诱变等人工方法产生的变异群体。在自然变异和人工创造的变异群体中选择单株或单铃种成株行或铃行，每株行或铃行为一个家系或“系统”，由于“系统”间差异比个体间差异大，故先选择优良系统，而后在当选系统内继续选株或选铃，种成下一代株行或铃行。选择连续进行数代，等系统内植株性状已趋一致时，选留符合育种目标的系统，按系统收获。翌年升入设有重复的鉴定圃比较产量，通过一年或多年、一地点或多地点产量比较，鉴定出产量高并具有育种目标要求的品质和抗性的系统繁殖成为品种。系统育种方法简便，收效快，是棉花育种的主要方法之一。但该法也有一定的局限性，表现在：①系统育种的效果主要决定于某品种群体的遗传变异性；而其遗传变异性，表现在天然杂交，基因突变及剩余变异等天然变异。一般地说，这种天然变异几率不会太高，而符合育种目标所要求的有利变异率更低，因而选择效率不高。②应用连续单株选择育成为品种是由一个单株繁衍而成的群体，其遗传基础较窄；对环境条件的适应力差，改进提高的潜力有限。前苏联育种家1978年的试验指出，由21个优良株系组成的品种C-4539群体，经一次选择后，其产量比未经选择的原始群体提高10.5%；而经4次选择的后代产量，虽比未经选择的原始群体提高了4.2%，但比一次选择的后代，降低了6.7%。用8个株系试验的结果表明，经一次选择的后代，其产量仅为未经选择的原始群体的96.7%～99.2%；经4次选择的后代，其产量比原始群体降低17.5%～2.1%。浙江省农业科学院（1974）从岱字棉15号选出浙棉1号，从浙棉1号中又选出协作2号，在协作2号中选出10个株系，其中，只有1个株系的产量超过了对照，增产的幅度较小，抗逆性也差。20世纪60～70年代江苏省徐州地区农业科学研究所在斯字棉2B中，实行优中选优，连续选出了4个丰产性较好的新品种，但这些品种的纤维品质都没有获得明显改进，如徐州1818和徐州142的纤维品质均不理想。为了提高系统育种的效果，可采用下述方法加以改进。①有重复的株行（系）试验。现代的育种方法应能保持和控制遗传变异，即能使育种家容易判明育种材料的遗传变异和由环境条件引起的非遗传变异；而且一个群体对选择的潜在反应的利用决定于所应用的技术方法的有效性。假如所应用的方法不是很敏感的，那么，大多数的遗传变异不仅不能被发现，而且会由于同质性的增加而丧失。由于一个单株后代的种子数量少，故对其后代进行试验鉴定时，增加重复次数比扩大小区面积更能充分利用有限的种子和提高选择的可靠性。②混系法。在改良品种时，为了保持其遗传可塑性，可按一定标准将若干个在形态上基本相似而又不完全相同的家系，合并成为混系品种，其效果比单一家系品种较好。用系统育种方法选育抗病品种，须注意以下一些问题：①整个试验从选择单株到品比试验，自始至终都应在发病均匀的重病地上或人工病圃上进行。以便在表现抗性程度的基础上比较株系间的丰产性和纤维品质。②以当地推广的品种作对照。③除进行一般生育期调查外，应在苗期、现蕾后、结铃盛期以及收获前（劈秆）等不同时期进行发病情况调查。④株行试验可侧重观察抗性，参考结铃性和其他农艺性状的表现。品系预备试验和品种比较试验，则应在表现抗性的基础上注意丰产性和纤维品质。表现较突出的材料可提前进行多点试验，同时进行纤维品质的鉴定，以加速育种进程。⑤已育成的品种在推广和良种繁育过程中，需要继续对抗性进行鉴定和提高。否则一个品种，在同一病区长期种植，由于品种本身抗性组成的变异，以及病原菌的适应性，这一品种的抗性将会有逐渐减弱的趋势。这一方法由高永成等（1995，1996）提出。应用这一方法，徐州地区农业科学研究所、中国农业科学院棉花研究所等单位，从国外新引进的原来感病品种，于5年时间内，改造成抗病品种获得成功。如从1979年开始试验，徐州地区农业科学研究所培育的徐州142、中国农业科学院棉花研究所培育的中棉所7号及西北农业大学培育的西农3195等原来都是高产感病品种，经过5年左右的病床病圃连续群体选择法，徐州142病床枯萎病病株率由原来的97.4%降低为8.5%，岱字棉16病床枯萎病病株率由原来的91.6%降低为8.5%，中棉所7号由原来的99.9%降低为11.3%，西农3195由原来的95.9%降低为7.5%。当选材料，不但由原来感病的转变为抗病的，并且由于连续群体选择，不仅仅着眼于抗性，同时兼顾产量、产量因素及品质性状的同步提高，因而，能将原来的感病品种有效地转变为抗病而综合优良性状的新品种。高永成等（1995）和张云青等（1997）对这一方法作了理论上的分析，认为：①棉花作为枯萎病病原菌的寄主确有在变异的生存条件下，即病茵连续侵入并增大压力条件下，逐渐而又明显地改变自身遗传性以适应新的环境能力。生物的适应变异现象确实存在。同时，棉花寄主确有通过后天获得性遗传累加作用，逐年逐代增强抗性。最终由原感病品种经强化成为高抗品种。没有适应性的变异和后天获得性遗传的累加相互作用，抗性增进不可能，这是抗性提高和定向培育的根本认识之所在。②原感病品种对毒素处理反应迟钝，出现萎蔫现象时间晚，但萎蔫指数高。抗性转化年代愈久、抗性愈高的品种对毒素处理反应愈敏感，出现萎蔫时间也愈早，但萎蔫指数愈低，甚至出现恢复现象。电镜解剖观察到原感病品种导管褐变时间晚，对毒素处理反应迟钝。导管褐变后出现保护性物质——侵填体少，比率小。增进抗性后，导管的褐变现象出现时间，随强化年限增加愈来愈早，褐变后保护性侵填物愈多，比率也愈高。病理学研究结果表明，抗性转化过程即寄主对病菌入侵的反应敏感度和迅速产生保护物质能力，即免疫功能逐年逐代加强的过程。③原感病品种过氧化物酶活性与多酚氧化酶活性高，而抗坏血酸氧化酶活性极低（0值）。定向培育年限愈长，抗性愈高的品种过氧化物酶活性和多酚氧化酶活性愈低，而抗坏血酸氧化酶活性愈高，表明感病品种和抗病品种的生化代谢型确有差别。前两种酶及活性与感病性有关，后一种酶及活性与抗病性有关。抗性转化的实质即代谢型的转化。④育成的抗病品种与感病品种棉籽粉用SDS电泳法进行蛋白质分析表明，感病型品种β组分色谱带量少色淡，抗病品种β组分带量多色深。β组分蛋白质估计为球蛋白。说明抗性转化过程中棉株生化代谢型转化，会影响到种子生化代谢型的变异，这是棉花抗性品种与感病品种生化物质成分的差异。种子球蛋白用SDS-PAGE法分析发现感病的岱字棉16种子球蛋白由10种分子量不等的蛋白质组成，而岱字棉16则由8种蛋白质组成，前者含有较多高分子量蛋白，后者含较多低分子量蛋白，表明抗性增进过程中，种子形成高分子量球蛋白质合成减少、低分子量球蛋白合成增多。抗性定向培育法的关键技术为：①培育的对象应是需要注入和强化抗性的农艺性状优良品种；②注重培育病床、病圃，强化菌种分离与培养；③病床、病圃发病高峰期，强化对棉苗（株）的选择、严格淘汰；④纤维品质测定、淘汰与选择；⑤经3～5年严格筛选，同时，择优进入继续强化抗性的良繁体制。为探讨定向培育法通过病圃加压筛选获得的抗病品种（系）提高抗枯萎病性的病理学机制，吕学莲等（2008）以病圃定向筛选抗枯萎病大幅度提高的棉花材料和原感病品种为对象，研究接种枯萎病菌后抗、感材料的病理学变化。结果表明，两者在宏观病理学方面存在差异，感病品种接种7天开始显症，25天严重发病，整株维管束变色；抗病材料生长健康或只有轻微症状，维管束变色部位仅局限在子叶节以下。在细胞和组织病理学方面，两者也存在差异，侵入前期，抗病材料被侵入细胞中，有细胞壁加厚现象；侵入中期，病菌可通过表皮层侵入感病品种的薄壁组织，但只能到达抗病材料的皮层组织中；侵入后期，抗病材料中，出现大量寄主细胞的降解物质或分泌物将菌丝包围，阻止病菌进一步扩展。抗病材料的抗侵入和抗扩展能力均较感病品种大幅度增强。杂交育种是指用基因型不同的品种（系）作亲本，通过有性杂交获得杂种，继而在杂种后代中进行选择，培育成符合生产发展需要的新品种的方法。在杂交育种中，通过人工有性杂交，可将不同亲本的优良基因组合在Fl的杂种个体中，由于这时的基因型是杂合体，Fl个体自交所形成的F2及其后代因基因分离重组而产生各种变异类型，即出现具有不同性状组合的变异个体，再经选择，自交纯化，就有可能获得综合性状优良一致的新品种（系）或超越双亲的新类型。经此法培育的品种属纯系品种类型。杂交育种是当前国内外作物育种中，应用最广、成效最大的育种方法，是现代作物育种最基本的方法。作物产量、品质、抗性等性状之间，常有负相关现象，已有许多研究者讨论过这一问题，并提出打破或缓解这种负相关的方法。Weikaivan等（1995）提出关于作物性状负相关的见解认为，这是育种上一个极为复杂的问题，比以往人们所提到的应给予更多的重视。据Donald等（1996）认为，许多与生长发育有关的性状都是相互联系的，稳定地保持正或负的相关关系。由于相互联系的性状之间的负相关，阻碍了育种的进展。认为不利性状的联系有3个主要来源，遗传连锁、一因多效，以及一定环境影响下的性状间的相互联系和补偿作用。由于遗传连锁的负相关势必延缓育种进程，但是，只要有充分大的杂交分离群体，并确切地鉴定重组型，遗传连锁是可以打破的。遗传连锁一旦打破，重组型将成为既持久又有利的遗传连锁了。与此相反，由于一因多效的负相关，既不受遗传也不受环境因子改变的影响，比较难以打破。由于环境导致互补而产生的性状间的负相关也难以打破。主要是与产量有关的性状，相互联系形成一个体系。在这个系统内，一个或多个性状必须在表现程度上有所递减，另一性状的表现程度才能有所提高。相互联系的性状应该看成一个有常数容量的生物学体系，选择的目的应该达到一个协调式的理想型，要达到这一体系中多数性状的每一个都能达到理想的水平。使这一体系能作为一个整体达到最大限度的功能，而不是去追逐极端的看起来似乎是最理想的每一个单一性状的水平。在理想的但负联系的性状之间的选择必须进行调和，使这一生物学体系的功能作为一个整体达到最大限度的作用，而不是选择个别性的极端水平。根据这一概念，不顾其他性状只选择单一性状是不合适的。一个符合育种目标的栽培品种应具有这样的基因型，即其体系成员（相互联系的性状）的比例能最好地适应于该品种所生长的环境。另外，必须具有有些独立性状，如对某种特殊病虫害的抗性，因为这种性状的基因较少牵涉到产量因素的负联系中去。通过何种育种方法才能有效地打破这种遗传上负的关联性，获得理想的重组体，育成符合育种目标要求的综合性状优良的新品种，这是国内外棉花遗传育种家一直在努力研究的课题。棉花育种大多采用杂交育种法，显然已取得了显著的成效，但这种方法存在显而易见的缺陷。首先是杂交次数少，不利于有利基因通过交换达到重组，不利于基因加性效应的积累，极大地限制了理想个体出现的几率；其次是难以打破皮棉产量与纤维品质、产量与抗病性性状遗传上的负相关性，难以选择出综合性状优良的个体。针对这些突出问题，国内外棉花育种家试验过多种育种方法。主要有：这个体系是张凤鑫（1987）等研制成功的。育种上不能把各种有益性状集合在一个基因型中，这是由于存在性状间的不利关系，这种关系来自连锁，或“多因一效”，或“一因多效”，但主要是连锁的作用。要从根本上解决这一问题，只有通过遗传信息序列的广泛重组才能改变其连锁状态。把育种群体作为一个动态基因库来处理，通过多个亲本多次的相互交配（含分裂交配）及随时根据需要输入新种质，通过遗传的高度杂合化，打破原有亲本的遗传系统，促成遗传信息序列的广泛重组；打破遗传连锁，释放出潜在有益变异，再按育种目标施以相应的（病、虫、逆境、产量、品质）选择压力，干涉遗传信息序列的分支方向，并通过不断的轮回选择，聚合大量有利基因及其重组体。如此，不但可在一个育种周期内基本实现其综合育种目标，而且，随其杂种库的丰富、改进、演化，可不断创造出新品种。张凤鑫等应用该体系进行育种验证，结果表明，该体系是行之有效的，一是抗性进展快，枯萎病病指较亲本均值降低90%左右，黄萎病病指降低59%，苗病死苗率降低80%，一部分材料还兼抗棉蚜、棉红铃虫、棉铃虫，如杂种优势利用新材料高柱头系102-1，高抗枯萎病，抗黄萎病、抗棉蚜、棉铃虫，高抗红铃虫。二是铃重、单铃子数、衣指、籽指、衣分、单铃皮棉重、2.5%跨距长度、比强度、马克隆值的遗传变异分别扩大2～3倍。抗性与皮棉产量的遗传关系得到改善，产量与苗病死苗率、枯萎病、黄萎病的病指遗传相关系数分别为rg=-0.5，-0.54，-0.13。纤维比强度与苗病死苗率、枯萎病、黄萎病病指的遗传相关系数分别为rg=-0.49、-0.29、-0.28；皮棉产量与纤维2.5%跨距长度、比强度、马克隆值的遗传相关系数分别为rg=+0.45、+0.36、+0.02。高衣分与高比强度的重组率提高到20%以上。皮棉产量与比强度的遗传相关系数由亲本间rg=-0.8变为-0.12。与杂交系谱法比较，相同亲本的入选后代，新体系入选后代的皮棉产量较常规法高12%，比强度高0.6%；第二轮选择则比常规法皮棉增产率达53.7%，比强度高11.3%。研究者利用该体系已育成一批优良新品种，其中，川碚2号曾推广75万亩，创造了166kg/亩的皮棉高产纪录。利用这些新品种还育成了洞A×B023-11、473A×川碚2号、101-l×川碚2号等杂优势新组合，创造了175.4kg/亩的高产纪录。育成的杂种优势利用新材料高柱头系101-1、102-1，同时抗耐枯萎病、黄萎病、棉蚜、棉红铃虫、棉铃虫，育种成效显著。该体系由马家璋等（1987）建立。其指导思想是，通过混交，打破育种性状间的不利遗传负相关；通过混选获得优良基因的重组体。其主要步骤是，以育成的遗传基础丰富的选系为共同亲本，同时与几个各具特色的目标性状亲本杂交。Fl代海南省异地加代。F2代种植在育种基地枯、黄萎病的重病土上；淘汰抗性差的不良组合；保留组合进一步淘汰劣变个体后混收其种子。F3代海南异地种植，进行不去雄的群内混交。每株收摘1～2个混交铃，混合留种，完成一轮混交——混选。按同样方法去完成第二、第三轮的混交—混选。各轮混交群体开放授粉1～2代，然后从群体中选拔优良个体，系统地进行家系鉴定和选择，决选出新品种。该体系的遗传改良效果也是比较好的，表现在：①显著提高产量、早熟性、2.5%跨距长度的平均数。枯、黄萎病的病指保持在高抗和抗的水平；②扩大遗传变异幅度；③改善性状间关系，加强了产量与铃数、铃重间正相关，降低株铃数与铃重、籽指与衣分率之间负相关，皮棉产量与纤维比强度的遗传相关系数由-0.397变为+0.494，株铃数与比强度相关系数由-0.901变为+0.71，衣分与马克隆值相关系数由+0.34变为-0.411，早熟性与皮棉产量相关系数由-0.282变为+0.797。马家璋等采用该体系育成兼抗品种中棉所23。山西省农业科学院棉花研究所采用这一方法也育成了晋棉11。该体系由潘家驹等（1990）建立。修饰回交（modificd backcross）就是回交后代选系间的彼此再杂交，可以培育棉花多系品种。在棉花抗病育种中，通过回交产生若干同质系，然后将各同质系按一定要求混合组成多系品种。通过修饰回交研究，将杂种品系间杂交与回交结合，综合两者特点，回交纯合快，缩短育种年限，后代只聚合回交亲本基因型，选择容易成功。其程序是：选用一个丰产品种作为轮回亲本（A），以优质品种（B）、抗病品种（C）为授予亲本，以品种A分别与品种B、C杂交，其后代分别以A作为轮回亲本回交，分别从回交后代中选拔优系，然后进行不同回交选系的杂交。其程序模式如图5-1所示。通过1980～1990年两轮试验结果表明，修饰回交法对削弱丰产与抗病、抗病与纤维比强度之间的负相关程度有一定效果。第一轮试验中，皮棉产量和病指的相关系数由原来的-0.51转变为-0.21。在第二轮试验中，无论抗病株率与皮棉产量或病指与皮棉产量的直线回归分析，4个修饰回交系均表现出以正效应方向偏离回归线。通过修饰回交使抗病株率与纤维比强度之间的相关系数由-0.4779变为-0.1183，病指与纤维比强度之间的相关系数由-0.5185变为-0.1933。图5-1 修饰回交体系MAR（Multi Adversity Resistance，多抗逆性）体系是Bird等（1980）通过研究种子状况、抗细菌性角斑病和抗性基因之间的遗传关系（图5-2）后提出来的。图5-2 MAR体系中抗病基因与其他性状基因之间的遗传关系从图5-2中可得知：①抗细菌性角斑病与枯萎病（根结线虫病复合体）之间有很强的相关关系；②抗细菌性角斑病与黄萎病、根腐病以及种皮抗霉菌之间的相关关系较小，但显著；③抗枯萎病（根结线虫病复合体）与黄萎病、根腐病之间也存在一定的相关性；④在低温（13～18℃）条件下，降低发芽速度与抗黄萎病、苗期病害有关；⑤种皮抗霉菌的特性与产量、早熟性之间有高度相关；⑥小种子与在低温下发芽快、易感黄萎病密切有关。根据以上研究结果，MAR体系育种方法的关键是：种皮抗霉菌，种子在13.3℃下处理8天后的发芽状况，以及子叶期对多种不同角斑病生理小种的抗性性状的选择。通过对这3种性状的选择，达到改良抗病性、提高产量和提早成熟的目的。具体的技术要点如下。①根据育种目标，选用具有抗性、高产和纤维品质好以及成熟早的材料用作杂交亲本，配制复式杂交组合。例如，品种SP21S是选自杂交组合（SP21F×SP33F）F1×（SP21V×SP37V）F1。②单株选择开始于复式杂交组合的F1代。当选单株的种子经硫酸脱绒，洗净，再用10%氢氧化钠溶液浸数秒钟，洗净后在41℃温度下烘干，以后置于常温下2周时间。③脱绒后的种子放入盛有1.5%洋菜培养基的培养皿内，每皿25粒。培养皿不加盖，让种子与培养基暴露在空气中，以自然的方式感染真菌孢子，主要是镰刀霉和交链孢霉。最后用带有小孔的塑料纸把培养皿封上，放进13.3℃的人工生长箱内历时8天。8天后检查种皮表面抗霉菌和发芽情况。当选种子的标准是：种子表面不带霉菌，且刚露白（胚根仅伸出种皮1mm左右）。由于不同材料抗种皮霉菌和种子发芽的能力有差异，因而在实际掌握这两个标准时，应尽可能选择种皮表面不带霉菌或少带霉菌，胚根伸出种皮尽可能短的种子。④当选种子在温室中播于用立枯病和猝倒病原菌接种过的土壤中，5天后检查发病情况。正常苗保留，感病苗淘汰。⑤当选的正常苗再用4种不同生理小种的细菌角斑病菌混合液在子叶背面中部接种，10天后检查发病情况。免疫的苗（接种伤口处不发黑或没有向附近健康组织蔓延）保留，其余的淘汰。同时，检查每个幼苗的下胚轴部分（茎与土面交界处），感病发黑的淘汰。⑥当选的幼苗即为MAR选系，把它移入较大的盆中，直至每株最后能结2～3个棉铃。这样产生的种子，供大田鉴定和选择之用。以上程序从F1代开始一直使用到F5或F6代产生品系为止。这一育种方法把作物品种、微生物群体、生态环境、病原物四者之间相互联系起来，这较只考虑作物、病原、环境三者的关系有了很大提高。有关主要病害的抗性遗传趋势研究已经肯定，对枯萎病，其F1代的抗性均倾向于抗性亲本。因此，抗感亲本的杂交，F1代至少可达到耐病水平；抗×抗的杂交，F1代的抗性将不存在任何问题。因此，生产抗性杂交种不存在技术上的障碍，利用杂种优势同样是一条抗枯萎病育种的有效途径。棉花杂种优势早在1894年，Mell首次描述了陆地棉与海岛棉种间杂交的杂种优势表现。1907年，Balls也报道了陆地棉与埃及棉种间杂种一代，在株高、早熟性、绒长和籽指等性状的优势现象。此后，世界各产棉国对棉花杂种优势利用进行了大量的试验研究。我国棉花杂种优势研究始于20世纪20年代。冯泽芳等（1923）研究并发现了亚洲棉品种间的杂种优势。奚元龄（1936）研究证明，亚洲棉不同生态型的品种间杂种一代的植株高度、衣指、单铃籽棉重、单铃种子重及纤维长度等性状都表现有显著或微弱的杂种优势。1947年，杜春培等以鸿系265-5与斯字棉2B杂交，开创我国陆地棉品种间杂种优势利用研究之先河。研究结果认为，杂种一代的多数性状有明显的优势，绒长、衣分和单铃重介于双亲之间，生育期偏向早熟亲本。50～60年代的研究工作以陆地棉与海岛棉种间杂种优势利用为主。70年代以后转入陆地棉品种间的杂种优势利用研究，直到20世纪90年代，棉花杂种优势利用才得到迅速发展。1990年中国杂交棉占全国棉田面积的0.3%，而后，基本呈直线上升趋势，到1999年全国杂交棉占全国棉田面积的10.8%。目前，我国杂交棉的面积仅次于印度，居世界第二位；从国内主要农作物杂交种的种植面积看，棉花仅次于玉米、水稻和油菜，列居第四位。大量的研究结果业已表明，不同亲本之间杂交，其F1所表现的优势有很大差异，就竞争优势的变幅而言，从强优势、无显著优势到负向优势。因此，有了优良的亲本，并不等于就有了优良的F1，双亲性状的搭配、互补以及性状的显隐性和遗传传递力等都影响F1的表现，因而，有必要研究亲本选配规律，以便有效地利用杂种优势。（1）研究亲子关系对于利用F1杂种优势的育种工作，由于双亲杂交直接决定了F1表现的好坏，没有后代的分离选择过程。所以，亲子相关研究至关重要。亲子关系的分析方法，一般是利用亲子数据进行相关分析，通过相关系数的大小及其显著性程度来判断亲子关系的密切程度，进而指导亲本选配。（2）研究亲本间遗传差异亲本选配是否合理与杂交亲本间的遗传差异有着密切的关系。如何衡量亲本间的遗传差异，通常认为，地理来源差异大的品种反映在形态、生态、生理和发育性状上的差异也大，也许可以用亲本地理上距离的远近代表它们的遗传差异的大小。但进一步研究表明，亲本的地理分布与其遗传差异并无直接联系。由于一个符合育种目标要求的组合（F1）往往是许多优良性状的综合结果。因此，在亲本选配时必须考虑多个性状，不能只局限于单一性状。而采用多元统计方法获得的遗传距离就可衡量亲本多个数量性状的综合遗传差异。（3）配合力分析配合力是在选育玉米自交系的工作中引出的概念，是指一个自交系与另外的自交系或品种杂交后，杂种一代的产量表现。表现高产的为高配合力，表现低产的为低配合力。目前，配合力的概念已引伸到其他作物的杂种优势利用和杂交育种中。配合力和杂种优势有密切联系，但两者含意并不完全相同。配合力专指杂种一代的经济性状，主要是指产量高低和品质优劣；杂种优势系指杂种在经济性状、生物学性状等方面超越其亲本的现象。因此，利用杂种优势时，既要注意亲本配合力的高低，又要注意它们的杂种在有利性状方面优势的强弱。配合力有一般配合力（GCA）和特殊配合力（SCA）两种。一般配合力是指一个被测系（自交系、不育系、恢复系等）与一个遗传基础复杂的群体品种（系）杂交后，产量与品质等经济性状表现的能力，或这个被测系与许多其他系杂交后，F1的产量与品质等经济性状的平均值；特殊配合力是指一个被测系与另一个特定的系杂交后，产量与品质等经济性状的表现的能力。因此，可以说，被测系的许多特殊配合力的平均值，就是一般配合力。在杂种优势利用的实践中，选配一般配合力高的品种（系）作杂交亲本，有可能获得高产与优质杂种，减少选配杂交组合的盲目性。所以，一般配合力高的品种（系）是选育高产优质杂种的基础。在棉花上，测定配合力用得最多的方法是双列杂交法，这一方法不仅有理论基础，而且，可同时测定一般配合力和特殊配合力。（4）外源基因及异常种质的利用所谓外源基因，指人工构建的或非棉属的其他物种的基因，目前主要是指转Bt等抗虫基因；所谓异常种质是指一般陆地棉品种不存在的一些质量性状种质，目前所涉及的主要是无腺体（即低酚棉）、无蜜腺、鸡脚叶、超鸡脚叶、芽黄及黄花粉等性状的种质。实际上，Bt等抗虫基因表达的也是一种异常质量性状。在20世纪90年代以前的20多年中，中国育成的陆地棉品种间杂交棉共13个，当时不存在外源基因参与的可能，也没有异常种质的亲本组成的杂交棉，杂交棉的杂种优势并不十分显著。在20世纪90年代的10年中，育成了23个杂交棉，其中，有转Bt基因抗虫棉为亲本的杂交棉15个，有异常种质即无腺体、鸡脚叶、芽黄、黄花粉等异常性状的种质参与的杂交棉5个（其中，3个同时具有Bt基因）。这些杂交棉优势明显，生产应用效果良好。据此，汪若海、李秀兰（2001）提出，Bt等外源基因及某些异常种质，很可能对杂交棉的杂种优势形成有着特殊的作用。鉴于外源基因及异常种质形成超常优势的现状，他们就杂交棉亲本选配原则提出了双亲遗传差异要“大同小异”的新观点。大同指双亲遗传基础基本相近，综合性状都较优良。小异指某项性状、某些遗传物质或某个遗传位点上确有明显差异。由此会形成显著的杂种优势；如果双亲间遗传基础“雷同无异”，相当于亲缘相近的品种（系）间杂交，常无优势可言；反之，双亲间的遗传是“大异小同”，则相似于种间杂交，变异大而很难获得可利用的优势。棉花杂种优势利用途径，实际上就是指杂交制种的方法。尽管杂交制种的方法各不相同，但去雄和授粉是任何杂交制种方法所共有的环节。根据去雄方式的不同，目前，杂种优势利用的途径主要分为人工去雄授粉法、雄性不育系（包括核雄性不育，即一系两用法和核质互作雄性不育，即三系法）、标记性状利用和花器官变异体利用。目前，生产上应用的杂交棉以人工去雄授粉法为主，占95%以上的杂交棉面积，其次是核雄性不育系的利用。（1）人工去雄授粉法人工去雄授粉法制种的最大优点就是父母本选配不受限制，配制组合自由，它的缺点是制种全部需要人工操作，工作强度大，种子生产成本高。为了提高制种效率，有关单位做了大量的制种方法研究。湖南澧县研究了冷藏花粉不去雄授粉法，原北京农业大学（现中国农业大学）研究了不去雄强制授粉法，江西省棉花所研究了麦秸套管授粉法，湖北南梓县研究了花冠直套法，河南研究了全株去雄法等，在一定程度上提高了制种效率。但降低制种成本问题仍然没有完全解决。（2）核雄性不育材料的一系两用法这种方法又称稳定系自交繁殖制种法。四川省农业科学院经济作物研究所采用这一方法先后选育出的组合有川杂1号、川杂3号、川杂4号、川杂6号等。采用一系两用法，需拔除50%以上的可育株，制种成本仍然较高，其不育系的不育性逐步失去稳定性，达不到1∶1的分离比率；加上不育材料的综合性状已大大落后于现有生产品种，在抗性上难以达到抗病水平；不育基因对杂种生产能力有负效作用等原因，该途径的利用已受到限制。国内外棉花杂种优势利用均存在制种成本高、优势不很强的共同困难，制种成本居高不下的原因除人工去雄外，各种雄性不育材料的制种环节多也是一个重要原因。核不育材料由于未能解决保持问题，制种过程中必须拔除可育株。核不育两用系仍然要通过系内可育与不育株的授粉来保存。利用核质互作不育材料时，转育恢复基因和育性强化基因周期长，使选拔优势组合大受限制，加大了研制成本。因此，在杂种优势利用上，研究新的技术途径，尤其是生物技术的应用，势在必行。随着分子生物学、植物病理学及基因工程技术的迅猛发展，运用基因工程手段提高植物的抗病性，为抗病育种开辟了一条崭新途径。分子育种目前主要包括分子标记辅助育种、转抗病基因育种和分子设计育种3部分内容。分子标记辅助选择（molecular marker-assisted selection，MAS）主要是指基于分子标记和作图技术，利用与目标性状紧密连锁的DNA分子标记对目标性状进行间接选择，以在更短代数内就能够对目标基因的转移进行准确而稳定的选择，聚合多种目标性状特别是对选择隐性基因控制的优良农艺性状十分有利，结合加代技术就可以大大缩短育种年限，缩小育种群体，提高育种效率，聚合选育出抗病、优质、高产的品种。目前，通常采用的分子标记技术主要有RFLP、RAPD、AFLP、SSR等。国内外一些学者正致力于棉花抗性基因分子标记的研究。一方面通过寻找与抗病基因紧密连锁的分子标记，能够直接或间接地定位抗病基因；另一方面用与抗病基因紧密连锁的分子标记，能够把多个基因聚合在同一个品种中，从而实现抗原积累，提高抗病品种的使用年限，并能把抗性与棉花的其他重要农艺性状结合起来，为分子标记辅助育种提供有力的工具，从而大大缩短育种年限。陈勋基等（2008）以高抗枯萎病的陆地棉品系（Gossypium hirsutumL.）98134和海岛棉（Gossypitum barbadenceL.）感病品种新海14号为亲本，构建98134×新海14的F2和F2∶3分离群体。运用SSR标记构建连锁图谱，用复合区间作图法对F2∶3家系的病指进行基因组QTL扫描，共检测到4个与棉花枯萎病相关QTL效应，分别位于3、15、23和26连锁群上。经标记值分析，该QTL能解释高值亲本的增效作用，分别解释F2∶3家系变异的12.4%、20.96%、4.7%和11.9%。虽然研究中的遗传图谱位点较少，密度不大，但是由于其作图群体是陆海杂交群体，所筛选出来的标记均在两个亲本间差异较大。构建群体所用的亲本为新疆棉区主栽品种，它们除了在抗病性状方面有差异外，其纤维品质性状具有互补性，试验所用作图群体的F2∶3株行，在均匀的枯萎病重病试验田种植，整个生育期内，进行了多次的病指统计鉴定，试验数据可靠，重复性好，对枯萎病QTL的定位比较可靠。研究结果为分子标记辅助选择抗枯萎病棉花育种提供了重要的理论依据。目前，国内外用于棉花转抗病基因育种的基因主要有两类：一类为病程相关蛋白（PR protein）基因，包括各种来源的几丁质酶基因（Chi）等；另一类为各种植物源的抗菌蛋白基因，已报道和利用的有萝卜抗真菌蛋白（AFP）、天麻抗菌蛋白（Afp-1）、商陆抗菌蛋白基因（Afp-2）等。在方法上，主要采用农杆菌介导法和花粉管通道法来获得转基因抗病的优良植株即育种材料，然后经过常规的杂交育种或者系统选育，最终培育出优良的棉花新品种。天麻抗真菌蛋白（gastrodia antifungal pratein，简称GAFP）是从我国传统中药天麻（Gastrodia elataBl.）中分离得到的一种具有广谱抗真菌活性的蛋白质，它对许多植物真菌病的致病菌离体具有很强的抑制作用。危晓薇等（2007）报道，将所获得的转gafp基因的陆地棉经Southern点杂交，证实得到了2株高抗枯萎病的转基因植株。其后代经过进一步的抗病性筛选、PCR鉴定、选育和扩繁，发现转基因陆地棉后代具有稳定的、较强抗枯萎病能力。从7月20日枯萎病发病高峰期调查枯萎病圃抗病性鉴定结果看（表5-9），对照军棉1号的枯萎病发病程度重，枯萎病病指54.59，受体对照新B-1的枯萎病病指为42.87。同时，对鉴定结果进行了校正并计算了各个株系的抗效来客观评价各株系的抗枯萎病水平，T3代5个转基因株系中，3个株系HB0204、HB0240和HB0254的枯萎病相对病指分别为8.14、9.03和5.18，均在5.1～10.0，抗效在80.1～90.0，为抗枯萎病类型，其余2个HB0208和HB0260相对病指均在10.1～20.0，抗效在60.1～80.0，为耐枯萎病类型。而陆地棉对照新B-1为感枯萎病类型。从转基因陆地棉后代株系与受体品种的抗效比较结果来看（表5-10），转基因陆地棉株系枯萎病抗效比受体品种的提高均在27.94%以上，其中，HB0254枯萎病抗效提高最为明显，为46.66%，说明转天麻抗真菌蛋白基因（gafp）的陆地棉后代具有较强的抗枯萎病能力。2003年，在库车试验站继续进行抗枯萎病鉴定试验，有8份转基因后代株系材料抗病性达到“抗”以上（当年10月28日进行的剖秆病指小于10）（表5-11）。株系发病率（%）病指相对病指抗效抗病类型HB020427.088.858.1483.79RHB020845.4513.6412.5575.01THB024032.919.819.0382.03RHB025412.505.635.1889.69RHB026018.7513.2812.2275.67T军棉1号（CK）86.9954.5950.000.00S新B1（CK）67.9742.8739.4421.47S表5-9 转基因陆地棉后代株系抗枯萎病鉴定结果株系HB0204HB0208HB0240HB0254HB0260枯萎病抗效提高（%）43.0831.9839.0046.6632.64表5-10 转基因陆地棉后代株系与受体品种的抗效比较编号总株数发病株数（剖秆10月28日）0级1级2级3级4级发病株率（%）病指0305421410400028.67.1030546139400030.87.70305521411300021.45.4030556149500035.78.90305571612400025.06.30305621210200016.74.20306011511400026.76.70306432200000.00.1表5-11 2003年枯萎病圃转基因抗病材料发病情况调查（10月28日）目前，研究较多的是以拟南芥为模式植物的系统获得抗性SAR（system acquired resistance），当植物受到病原菌侵染后局部的HR（hypersensitive resistance）会产生一类信号分子，这种信号分子能诱发整个植株的防卫基因表达，从而使植物对更多的病原菌产生抵制作用（王忠华等，2004）。而SNCl（suppressor of nprl-1，constitution 1）基因在植物的系统获得性抗性（SAR）发生中，起着重要的作用，它是从拟南芥中克隆出的，以水杨酸为信号传导的负调控子，有着组成型的高水平PR基因表达，具有广谱抗病性，此基因编码NB-LRR（nucletide-binding-leucine-rich repeats）蛋白（Li等，2001；Zhang等，2003）。将SNCI序列在NCBI上Blast，极少部分序列与已知的棉花序列相似，但功能不同。由于该基因尚未在其他植物中进行遗传转化。因此，雷江荣等（2010）以陆地棉中棉所35和军棉1号的茎尖为外植体，利用农杆菌介导法将含有拟南芥抗病基因SNCl（suppressor ofnprl-1，constitutive 1）转入棉花。对外植体培养时期、农杆菌侵染时间和共培养时间进行改良，试验结果表明，在外植体培养1天，菌液侵染20min，并且共培养保持在2天能够获得较高的遗传转化效率。PCR以及RT-PCR对再生植株T0代和T1代棉花的检测结果表明，SNC1基因已经整合到棉花的基因组中并得到表达。利用浸根法，对T1代转基因棉花接种棉花枯萎病菌强致病力菌株（Fusarium oxysporumf.sp.vasinfectum），与对照比较，T1代转基因棉花的枯萎病抗性明显提高（表5-12）。该项试验所选择的新疆棉花枯萎病菌是致病力较强的菌株，它对感病品种“军棉1号”的致病率为66.7%。采用培养钵伤根法，接种到转SNC1基因的T1代植株，转SNC1基因的棉花品种发病率较非转基因品种均有明显的降低。说明转化外源SNC1基因的棉株对棉花枯萎病具有一定的抗病性。但这仅是对T1代植株的室内接菌结果，仍须种植于大田病圃中，继续进行剖根鉴定。品种总株数第1天第6天第11天第16天第21天病株数发病率（%）病株数发病率（%）病株数发病率（%）病株数发病率（%）病株数发病率（%）转基因军棉1号128001612.52821.93225.04837.5转基因中棉所35153001711.12315.03422.23422.2军棉1号对照150003322.08456.010066.710066.7中棉所35对照150001510.04530.06040.07550.0表5-12 接菌后棉株培养钵伤根法接菌发病率统计利用分子生物学技术揭示抗性提高材料中相对于原感病品种中差异表达的基因，为后续克隆这些抗病相关基因和研究定向筛选抗病性提高的分子机制奠定了良好基础。Liang等（1995）发明的mRNA差异显示（mRNA differential display）技术是一种快速、简便、灵敏的能直接鉴定和克隆差异表达基因的方法。近年来，此方法已被广泛地运用到真核生物基因差异表达的研究中。吕学莲等（2008）以天九63棉花品种和其经过病圃定向筛选2年、3年分别对枯萎病菌7号生理小种表现高感、耐病和抗病的材料为研究对象，利用差异显示PCR技术对接种枯萎病菌前后的抗、感材料中差异表达的基因进行了初步研究，结果共得到62个差异条带。进一步通过反向Northern杂交验证，发现其中有8个是抗病诱导增强的阳性条带。经克隆、测序和同源性比对分析，结果表明，除14-3片段没有找到同源性外，其余的差异条带都可以找到同源性较高的序列。其中，10-5和22-11与盐胁迫下松科植物的抗菌素cDNA同源性达到100%，22-6达到96%，22-2与缺氮条件下松科植物cDNA的同源性为100%，推断其与植保素类物质的调控和生成相关；13-10与陆地棉纤维的cDNA同源性为100%，蛋白质序列比对发现它编码磷酸氧化酶相关的维生素类物质，推断其参与抗病相关酶类的合成途径；差异条带6-3与棉花根茎部幼嫩组织和纤维的cDNA同源性为99%，与陆地棉胚珠cDNA同源性为98%；10-7与假定的衰老相关蛋白mRNS同源性为98%。作物分子设计育种最初由荷兰科学家Peleman（2003）提出，其目的是通过各种技术的集成与整合，在育种家的田间试验之前，对育种程序中的各种因素进行模拟、筛选和优化，确立目标基因型、提出最佳的亲本选配和后代选择策略、提高育种过程中的预见性。分子设计育种一般包括以下步骤：①找到育种目标性状的基因/QTL或其紧密连锁标记；②利用QTL位置、遗传效应、QTL之间的互作、QTL与环境之间的互作等信息，模拟和预测各种可能基因型组合的表现型，从中选择符合特定育种目标的基因型；③进行目标基因型的途径分析，制定育种方案；④根据制定的育种方案进行育种，在此过程中，合理应用分子标记育种、转基因育种和传统育种技术，实现预期目标。由此看来，可把分子设计育种看成分子育种的高级形式。全基因组选择技术，也可认为是分子设计育种的组成部分。近20年来，随着分子生物学和基因组学等新兴学科的飞速发展，使育种家对基因型进行直接选择成为可能，作物分子育种因此应运而生。分子育种就是把表现型和基因型选择结合起来的一种作物遗传改良理论和方法体系，可实现基因的直接选择和有效聚合，大幅度提高育种效率，缩短育种年限，在提高产量、改善品质、增强抗性等方面已显示出巨大潜力，成为现代作物育种的主要方向。