对于枯萎病的致病机理，历来有不同的解释。其中，Melhus（1924）、Waggoner等（1954）提出堵塞说，认为棉株感病后导管被堵塞，水分不能向上移动之故。而Fahmy（1923）、Schaffnit等（1932）和Elpidina等（1935）认为，病菌对棉株产生有毒物质，并沿植株上行液流，流至各部，使原生膜透性、碳氮代谢、呼吸作用受损，各种酶系统均受影响，提出毒素说。Bishop（1983）研究发现，在适宜条件下接种枯萎菌孢子24～96h后就能发生侵染，孢子萌发后，菌丝体在根表大量生长，主要从根尖分生区和伸长区侵入，很少侵入根冠、根毛。在茎尖的成熟区以上，由于组织发育成熟，病菌难以通过内皮层而进入维管束内。病菌主要是在成熟区之前或在寄主伤根时进入维管束。黄建成（1990）从植物解剖学研究了枯萎病菌入侵途径、病菌与各器官结构的关系之后提出，菌丝的侵入主要在苗期感染下胚轴及其根系，亦可见于子叶，在根、茎中菌丝主要定殖于最初形成的次生木质部。枯萎病菌在棉苗不同生育阶段的侵入途径是不同的。无菌培养的结果，病菌可在棉株任何部位侵入，但主要在下胚轴部位，在温室培养的棉株，常在土面以下5～10mm的下胚轴，此部位因受土壤温湿度、苗株与土壤摩擦等因素的影响，容易受损，使菌丝较易在此部位侵入。下胚轴及根部的侵入。当菌丝接触下胚轴及其根系，常从破损的表皮细胞入侵滋生，并沿破损部位进入皮层，若菌丝比较多，也可从表皮细胞直接进入，表皮细胞无明显病变，菌丝进入皮层后，能在细胞内及细胞间生长，入侵的方法是径向的，菌丝常有粗、细的差异，粗的直径约为3.4μm，细的约为2.8μm，当菌丝进入中柱时，似乎不受内皮层的阻碍，若在下胚轴部位，菌丝沿着两个维管束之间的薄壁细胞到达髓部，然后向维管束的薄壁组织扩散，进入较大的孔纹及网纹导管，菌丝一旦进入维管组织的木质部，大体上就限制在较大的导管内，并向上扩展，以菌丝或分生孢子的形式，进入茎部。子叶部位的侵入。从接种病菌后的幼苗，菌丝入侵子叶，当初菌丝先在表皮上滋生，细胞变褐，部分溃烂，并扩展到邻近细胞，其后细胞胶状破毁，菌丝沿破壁毁处，深入叶肉，菌丝可从细胞间及细胞内穿过。受侵染的叶片厚度变薄，与正常叶比较，约减少102μm。根内的感染。从幼根的横切面看，菌丝可在表皮、皮层、维管组织中的薄壁组织中发现，并呈向心径向侵入，具有次生结构的根中，菌丝常限制在最初形成的次生木质部的导管中，它的纵向扩展则沿导管上升或下移，径向扩展是通过木质部射线细胞引伸。从老根的横切面看，木质部射线感病尤为严重，其壁黑褐色，离心引伸，放射状排列，壁加厚，有时具有菌丝。与射线邻近的薄壁细胞及导管，常先感病。从老根纵切面看，菌丝多集中在导管内，呈分枝状，引伸方向大致与导管主轴平行，菌丝可由一个导管经过纹孔进入另一导管，有时可看到分生孢子的存在，个别导管可看见胶状物和侵填体，呈黄褐色，有时附在导管内壁上，侵填体呈囊状，在一个导管中往往数量较多，个别有可能堵塞。茎内的感染。菌丝从根部侵入后，寄生在根部的导管及其邻近细胞内，随着导管向上输水，菌丝可向上、向下延伸，分生孢子也随水分上升而入侵茎、枝条、叶柄，并在这些部位的导管及其邻近细胞中萌发滋长。最初感染枯萎病的棉株，一般在茎秆外部形态上无特殊表现，稍后的生长，其节间比正常的缩短。从横断面可看到靠近髓部的木质部变黑褐色，若感染黄萎病，则可扩展到整个木质部，这是区别黄萎病及枯萎病的方法之一。在现蕾期前后，进行病株茎的解剖，其菌丝的定殖部位，与根基本相同，即定殖于最初形成的次生木质部中，并有大量的孢子及菌丝存在，有些孢子在导管及其邻近的细胞内萌发，初期即可见菌丝从一个细胞伸入另一细胞。菌丝是不断向邻近细胞入侵，木质部的射线细胞往往感病严重，并存有孢子，可能与其横向感染有关。叶的感染。棉花枯萎病在子叶期即表现病状，可分为黄色网纹型、紫红型、黄化型和急性青枯型，但以黄化型为基本性状，表现为叶子黄色兼有大块变色枯焦斑，最后叶子脱落。苗期从一些叶的横切片中，可看到一些菌丝在栅栏组织及海绵组织中滋长，可在细胞内或细胞间穿行，具有菌丝的细胞，叶绿体相对减少，壁加厚，表皮细胞也受损。后来在该部位呈黄色网纹状及大块枯焦斑。入秋后叶的横切面观察，叶柄的维管束可呈现黑色，细胞壁加厚，导管中可看见菌丝的存在，但不普遍，如具菌丝，多为扭曲或分枝状。当枯萎病菌侵入棉株体内后，因菌丝及孢子的大量繁殖而堵塞了棉株的导管；或者刺激邻近的薄壁细胞产生凝胶体和树胶等胶状物质或侵填体（tylose）而填塞导管；也可能是病菌入侵后，产生果胶酶，使棉株细胞中的胶状物质和细胞壁中的果胶物质被水解，引起组织解体而堵塞导管。导管被堵塞后，机械地阻碍了水分和养分在棉株体内的正常运输，加上地上部的蒸腾作用和呼吸作用旺盛，使水分失去平衡而导致棉株萎蔫。袁红旭等（2002）观察到接种枯萎病菌后棉苗病株茎内大小导管内有数目不等的菌丝体。少的每个导管内1～2根菌丝体，多的可充满整个导管。病菌菌丝多沿导管纵向生长，也能看到菌丝穿过导管壁横向生长进入薄壁细胞或其他导管，导管周围的薄壁细胞中同样存在菌丝，但韧皮部中未发现菌丝体。被侵染的导管数目依发病情况变化而变化，发病严重的感病品种显著高于抗病品种。受侵导管及周围薄壁细胞常发生褐变，这种现象在导管有大量菌丝时很常见，但也能观察到变褐的维管束中并没有菌丝的现象。在病害发展的早期没有明显的褐变现象，只有在病害进一步发展、植株有明显的症状出现时，褐变才大量出现。引起褐变的物质不仅横向扩展而且可随导管汁液纵向扩展。发病棉苗茎部产生填充物充塞导管，这种现象所有品种都存在，未接种的对照中没有观察到填充物。填充物有两种类型：一种为球状物；另一种为胶状物，用酸性品红染色时胶状物为橘红色，球状物为鲜红色；用番红染色时胶状物为鲜红色，而球状物为淡红色；用苏丹Ⅲ染色胶状物为橘红色，球状物无色；用10%三氯化铁染色，两种侵填物均不显色。由此可见，两种侵填物成分不同，但都不是单宁类物质，胶状物可能是脂类。此外，病菌粗毒素诱导的棉苗维管束褐变和导管堵塞现象与发病植株维管束的变化情况基本相同。堵塞导管的填充物也有两种类型：球状和胶状。两种填充物对染料的颜色反应与发病植株中的两种填充物相同。毒素处理后，处理根苗叶柄也存在维管束褐变和导管堵塞反应，而且发生较茎部为早。但试验观测到病株内由菌丝及填充物堵塞的导管仅是一小部分，即使是发病严重的植株被堵塞的导管也只是总导管的1/10。黄建成（1990）的研究结果指出，在现蕾前期调查统计感枯萎病植株维管束的1879个导管中，含菌丝有104个，在此范围内，其他细胞具菌丝可达40个，但有些材料的其他细胞，不含菌丝，具有感病性状。感病的导管和其他细胞的壁均变黑、加厚，其厚度为5.67～8.5μm，而正常壁的厚度为3.4～5.6μm，仅增厚约在3.5μm；具侵填体的导管数占总导管数的0.68%，其比例较小，在未观察的材料略有增加，但增幅不大。这说明单纯的导管堵塞论并不能完全解释病株萎蔫过程。早在1954年，Waggoner的研究报告指出，木质部导管堵塞可以引起水分运输障碍，但并不能完全切断水分流动，使棉株对水分输导功能全部丧失。Talboys（1964）指出，正常的木质部导管的潜在输水能力已远远超过棉株的总需水量，如果把茎部维管柱切去1/2，植株并不萎蔫。尽管如此，导管的堵塞总要在一定程度上影响到水分的输导。不少病原菌能产生可以扩散和转移的、对植物有毒的活性化合物，而导致对某些植物的病害。不少学者认为，棉花枯萎病菌入侵棉株后，引起导管的阻塞，只是导致棉株萎蔫的部分原因。更重要的是棉株体内产生某些有毒物质，使寄主细胞中毒死亡。病原菌对寄主产生有毒物质，早在19世纪末便有人提出。其后，进行了广泛的研究，并取得了较大的进展。在棉花方面，Brand早在1919便指出，棉株枯萎性状的发生，除导管堵塞外，还可能由于植物组织中毒。据国内外报道，当枯萎病菌侵染棉株后，分泌出对寄主有毒的物质，主要有类萜、酚类、糖甙及其衍生物。有的病原菌能分泌出多种的多糖水解酶，不仅可使寄主细胞壁降解，细胞分离，菌丝得以乘机而入；而且使寄主根部受伤，吸水力下降。有的病原菌可分泌出两种水解酶——蛋白酶和酯酶，它们可分解寄主细胞的膜蛋白和膜脂类物质，使细胞膜透性增大，散失水分加快，而引起萎蔫。棉花枯萎病菌的致病毒素是由枯萎病菌产生的镰孢菌酸（Fusaric acid，FA），又称萎蔫酸。它是一种非特异性的活体毒素（Vivotoxin），其学名为5-丁基吡啶-2羧酸（5-N-butylpiocolinic acid）（Keen，1972）。由于它的毒害作用，使寄主的保卫系统受到破坏，因而感病棉株的叶片出现网纹、皱缩或枯死；细胞原生质对水分的溶透性以及整个棉株的水分平衡受到破坏；多酚氧化物被抑制，从而产生明显的病理变化。Ganmann（1958）认为，萎蔫素一方面降低了细胞的保水能力，造成棉株失水；另一方面也破坏了原生质膜的渗透性，损坏了植株细胞膜的功能。仇元等（1963）发现，用枯萎病菌的培养滤液处理棉苗可以导致萎蔫。张献龙等（1993）将鄂棉14品种的3～4叶期切根苗插入盛有不同培养天数获得的毒素液中，以水和理查液处理为对照；进行室内观察。3天后，仅培养30天及40天获得的毒素液使幼苗萎蔫，其他处理（10天、15天、20天、25天）轻度萎蔫，培养5天的病菌产生的毒素液及两对照处理下的幼苗无萎蔫迹象。5天后，各毒素处理均使幼苗完全干枯，仅理查液和水处理下的幼苗叶片仍保持正常，这说明，毒素液确对幼苗有严重致萎作用，且随着病菌培养天数增加，其滤液的毒性增强。吴小月等（1993）也有类似的报道。他们用不同浓度枯萎病菌毒素提取液浸苗，稀释到1/4浓度的提取液对不同抗病品种致萎作用差异最明显。在这一浓度下，浸苗当天各品种均未出现萎蔫现象；第二天感病品种徐州1818开始出现轻度萎蔫；第三天感病品种萎蔫率达到最大，为94.4%，而3个抗病品种萎蔫率均只有5.6%；第四、第五天不同抗病品种间萎蔫率仍差异显著；第六天3个感病品种全部萎蔫，而抗病品种最大萎蔫率仅38.9%。由此可见，棉花品种的抗病力不同，棉苗对病菌毒素提取液的萎蔫反应也不一样。王贺祥等（1988）的研究发现，陆地棉不同品种对FA的抗性与它们在生产中表现出的对枯萎病的抗性相一致，证明FA是枯萎菌导致棉花萎蔫的重要致病因子。李成葆等（1990）用不同浓度的单一镰孢菌酸纯品处理具有不同抗性的棉花品种的种子后发现，感病品种鄂荆92和冀棉11号对镰孢菌酸很敏感，棉籽的萌发率、百苗鲜重都降低，棉苗萎蔫率、电导率增加，气孔阻力增高，蒸腾速率下降。而感病品种中棉12号和中5173对镰孢菌酸的敏感性差。所以，他们认为，当棉株根系吸收的镰孢菌酸运输到叶片后，具有半透性的原生质膜被破坏，叶片蒸腾所失水分大于根系所吸收的水分，破坏了体内的水分平衡，而导致棉株萎蔫。品种对FA的抗性与它在田间抗病性的表现呈正相关。易海艳等（2011）采用不同浓度的枯萎病原菌培养滤液对幼苗进行1h浸泡培养，结果表明，无论是新陆早16号不同抗感品系或新海21号不同抗感品系，病原菌培养滤液浓度不同、处理后时间不同，其病指均不同；随着处理后时间的延长和处理浓度的增加，病指大都呈增加趋势。而且在同一浓度下同一品种的抗感品系病指也存在较大的差异，均表现为在同一浓度下，其抗病转化品系的病指比原感病品种明显降低，且在100%浓度下棉花的抗感品种都呈现严重的萎蔫症状，而对照在观察期内始终不表现任何症状（表3-1）。品系镰刀菌酸培养滤液（%）处理后36h处理后72h处理后108h发病率（%）病指发病率（%）病指发病率（%）病指抗感抗感抗感抗感抗感抗感新陆早16号2531.641.77.914.610.525.02.610.410.533.36.618.85081.8100.031.845.891.7100.061.768.6100.0100.065.979.6100100.0100.039.670.8100.0100.072.975.0100.0100.095.8100.00（ck）0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0新海21号258.333.32.116.78.348.32.125.016.751.74.225.05081.890.022.737.5100.0100.047.760.0100.0100.047.779.6100.075.0100.027.152.1100.0100.070.875.0100.0100.091.7100.00（ck）0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0表3-1 病原菌培养滤液对新陆早16号和新海21号不同抗感品系的致萎作用镰孢菌酸除可增加植物细胞电解质的渗漏、改变细胞壁的透性外，还能和铁、铜、锰等金属离子螯合，造成植物对可被利用元素的缺乏（Wood，1972；Wilson等，1978；Barna等，1983）。也有的研究表明，镰孢菌酸还能降低光合作用效率，抑制琥珀酸氧化酶及线粒体中细胞色素氧化酶，破坏植物体中的碳、氮代谢等。所以，不少学者认为，枯萎病菌产生的镰孢菌酸的数量和致病力的强弱呈正相关。Chakrabarti（1979）用一个致病力强的菌株和一个致病力中等的菌株进行比较时发现，致病力强的菌株所产生的镰孢菌酸比致病力中等的菌株所产生的镰孢菌酸多2倍。当然，也有学者认为，病原菌致病力的强弱与各菌种产生的镰孢菌酸的数量没有直接关系。王贺祥（1984）用来自全国各地主产棉区的30个枯萎镰孢菌株分析指出，各菌株所产生的镰孢菌酸的数量，没有规律性；各生理型与镰孢菌酸的产量间也无相关性。枯萎病菌分泌的酶类是否参与萎蔫病害的致病过程，多年来一直存在争论。Kumar等（1979）对棉花枯萎病菌在体外及接种后棉花植株中各种果胶酶的变化做了研究发现，病菌毒力与所产生的endo-PG（内切多聚半乳糖醛酸酶）量有相关性，无毒力菌株体外培养时和未接种的健康棉花植株内都不含有endo-PG。Suresh等（1984）从棉花枯萎菌中提纯endo-PG，发现cndo-PG有3种同工酶，这3种同工酶之间在等电点和分子量上有差异，且3种同工酶之间诱导萎蔫的能力不同，共同作用可以造成100%萎蔫，及下胚轴壁的黑褐化。Endo-PG参与致萎的一些机理已有一些研究，Cooper等（1980）认为，病菌侵染时分泌的endo-PG降解寄主细胞壁并从纹孔膜处产生果胶胶体，这些胶体物堵塞了受侵染的木质部导管，使水分的上升运动受阻，从而使植株发生萎蔫。为进一步肯定或否定endo-PG对棉花枯萎致病的作用，郜会荣（1990）利用紫外诱变方法获得了枯萎病的内切多聚半乳糖醛酸酶（Endo-PG）的缺失突变株（PGmⅠ为endo-PG完全缺陷菌株，而PGmⅡ菌株还有微量的endo-PG产生，但它们和母菌株相比差别是十分显著的），用突变株和野生菌株接种棉苗，发现突变株的致萎能力远远低于野生菌株。两周棉苗用母菌株接种时，快速萎蔫的棉苗可达26%～70%，用PGmⅠ接种的只有2%～4%，用母菌株接种，两天根表就满布菌丝，根表变褐色，根下部的维管束以外的组织发生软化烂掉，这种严重损伤的根可达40%～100%；PGmⅠ接种的棉苗，2～3天后根部也能布满菌丝，但根表变褐且颜色浅，3～4天后即有大量新的不定根长出，这些新发出的白色新根，发生软化和腐烂的根仅占6%～10%；PGmⅡ接种后，棉苗根部变化与PGmⅠ接种的相似，但发生软化或腐烂的比例较高，达10%～20%。在测定的病指方面，PGmⅠ接种后的病指高于PGmⅡ接种的，但这种差异在统计学分析上并不显著，而这两个突变菌株的病指都显著低于母菌株（表3-2）。可以看出，突变菌株PGmⅠ产生endo-PG能力完全丧失，致病力也大大降低；PGmⅡ菌株虽有微弱的endo-PG活力，而这种微弱的endo-PG活性可能在一定程度上对病菌的致病过程起一定作用，但这微弱的酶活性却不足以使菌株像母菌株接种那样达到高的病指。说明endo-PG参与了枯萎病菌的致病过程。Endo-PG主要通过降解植物细胞壁的果胶聚合物，使果胶胶体物质堵塞导管，影响棉株的水分运输，造成萎蔫。棉花枯萎菌的致病过程是酶和毒素协同作用的结果。菌株病指重复A重复B平均病指差异显著性*母菌株53.656.054.8aPGmⅡ22.419.621.0bPGmⅠ8.816.012.4bc表3-2 各菌株接种棉苗一个月后病指的比较由于寄主与病原菌之间的关系极为复杂，综合因素构成了棉花的凋萎。水分运输被阻塞或枯萎病原菌产生某种毒素可能只是导致棉株萎蔫的主要原因，有些因素的作用尚有待于进一步研究证实。棉花对枯萎病菌的抗性是一个非常复杂的系统性问题。它涉及寄主（棉花）、病原菌、环境以及它们各自内部的生理代谢变化和相互作用。就寄主来讲，其抗病性可以分为组织结构抗性、生理生化抗性和生态抗性3个方面。但这3个方面的抗性又都可以归结到抗病基因上，即无论是组织结构抗性还是生理生化抗性和生态抗性都是由寄主的抗病基因所决定的。组织结构抗性是以物理的屏障阻止病菌的侵入和扩展。生化抗性是以植株体内所固有的或受到病菌侵染后新合成的抗生性化学物质对病菌的抑制作用。生态抗病性是指棉花根系所处土壤环境中，微生物和棉花根系分泌物对枯萎病菌侵染的影响。这3种类型的抗病性综合起来就决定了棉花是抗病的、耐病的、还是感病的。寄主植株的器官组织结构在抗病性中的作用占有重要的位置。若根、茎表皮细胞厚，根、茎木质部结构坚实，导管腔、木质纤维素腔直径较大，并且有多列髓和较厚细胞壁的棉花品种，均不利于枯萎病菌的侵入。所有品种的根、茎结构都是相同的，均具有初生保护组织的表皮，形状较大。排列较紧密，位于表皮与中柱之间的皮层，由维管束和髓、髓射线组织构成的中柱组织。由于棉花枯萎病系维管束病害，因此，与维管束、髓射线所存在的结构空间或关系密切。解剖测定已经明确，品种抗病性与维管束组织结构有直接关系。前苏联的一些学者研究认为，抗病品种基部具有坚实的木质部和含有大量淀粉贮藏物的多列髓射线，同时木质部的细胞间隙较小，细胞壁较厚。Bugbee（1970）的研究也认为，抗性品系的木质部导管比感病品系形成的多。对髓射线的研究各学者的意见较统一，即髓射线越多抗萎蔫病越强。这是因为在髓射线细胞中有一类称为类黄酮贮藏细胞（Flavarol-storing cell）的特殊细胞，这些细胞散布在髓线中，能阻止菌丝在各导管之间的扩展（Mace等，1981）。王正芬（1984）报道，棉花在6～7片真叶期，枯萎病的病指与茎导管细胞数之间有较强的正相关性。但对3～4片真叶期幼苗的研究却表明，病指与导管细胞数量的相关性很差。贺运春（1984）观察到棉株导管中的枯萎病菌菌丝壁由胞壁和胞膜两层组成，其厚度分别为0.14μm和0.10μm。枯萎病菌菌丝沿寄主导管壁生长时，菌丝细胞壁与导管壁紧密接触，在接触的菌丝细胞壁上产生顶端膨大、扁平、基部粗壮、不具有细胞壁的吸胞，并伸入寄主导管壁内。在菌丝的同一部位有时可以产生并排的两个相同的吸泡。在产生吸泡的菌丝部位，菌丝细胞加厚，厚度可达0.22μm。棉株导管中的枯萎菌丝无色，有分隔和分枝，并着生有小型分生孢子，但未见大型分生孢子及厚垣孢子。Shi等（1992）利用组织化学方法，检测了继发性受阻导管和相邻不受阻导管的交联细胞的超微结构后发现，表现出细胞质成分及活性的增加，接触细胞能够产生脂类物质及其他化合物，所形成的分泌物通过纹孔进入导管。分泌物覆盖导管壁，并且以变态物形式沉积在导管腔，无定形泡状结构聚合在一起，形状、大小不一，导管逐渐被分泌物所包埋覆盖，累积的分泌物完全堵塞了导管腔。在抗病品种中，随着导管腔的分泌物积累以及管壁的增厚，被膜更集中，抗病品种中接触细胞中这种更集中的分泌物活性导致了屏障的形成，从而阻止了导管内病菌的扩展。雷江荣等（2010）利用农杆菌介导法将克隆自拟南芥的抗病基因SNC 1转入棉花中，接种棉花枯萎病菌后，和非转基因棉相比，转基因棉的抗病性得到提高，是非转基因棉的2倍左右。通过石蜡切片技术研究发现，具有抗病性的转SNC 1基因棉花和非转基因棉花均有导管堵塞现象，即形成胼胝体和侵填体等物质，只是转基因棉花的堵塞程度较严重，并且转基因棉花韧皮部细胞排列整齐，细胞间隙小。另外，受体抗病品种“中35”和受体感病品种“军棉1号”相比，它发生茎导管堵塞现象也多于感病品种。表明在棉花枯萎病菌侵染和其代谢物刺激下抗病品种堵塞导管的能力强，是品种抗病机制之一（图3-1，图3-2）。图3-1 棉株根茎木质部石蜡横向切片（胼胝质）图3-2 棉株根茎木质部导管石蜡切片（×255）（侵填体）维管束组织以外的细胞与抗枯萎病性也有一定的关系。史金瑞（1986）对枯萎病抗、感棉花品种根部早期侵染的组织和细胞进行观察发现，侵染菌丝在高抗的亚洲棉品种（石系亚）上局限在表皮细胞及外围1～2层皮层细胞中，而陆地棉中植86-1（抗）、徐州142（感）和高感的海岛棉品种中，菌丝能在皮层中扩展，并能进入中柱。研究中还发现，亚洲棉石系亚的根部表皮层外有一层物质，在菌丝与表皮细胞接触处这层物质被消解之后才能进行侵染，而在其他几个供试的陆地棉、海岛棉中则无此现象。石系亚对棉枯萎病表现较强的抗病性，可能与其表皮层外这层物质有关。棉花抗枯萎病的生理生化机制是个比较复杂的问题，枯萎病菌侵染棉花后，棉株体内的生化物质和生理代谢均会发生变化，反映了棉株抗、感病性的内在原因。抗病性是植物的遗传潜能，其表现受寄主与病原的相互作用和环境条件的共同影响。根据“基因对基因”假说，植物抗病性是植物本身所具有的抗性基因（Resistance Genes）和与之相对应的侵染病原物所具有的无毒基因（Avirulencegenes）结合时所表现出来的（Hammond等，1997）。不同的植株对同一病原物，同一植株对不同种的病原物可具有不同的抗病性（鲁明波等，1998；Heath，2000）。因此，植物不同的抗病性反映在植物生理上就表现出一系列复杂的生理生化变化，包括植物细胞内活性氧的积累与清除、抗病信号的产生与转导、防卫反应的表达与调控等。在这一复杂过程中，一些相关酶类起着很重要的调控作用，如超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD），过氧化氢酶（Catalase，CAT）和过氧化物酶（Peroxidase，POD）等。许多研究都表明，植物病害的发生与这些酶活性变化有着密切关系，并且非亲和性互作（抗病反应）和亲和性互作（感病反应）两者在SOD等酶活性变化方面有着显著不同。近年来研究发现，植物受到病原物侵染后，与抗病性有关的一些主动防卫反应，包括细胞过敏性坏死、植保素、酚类、醌类物质等次生产物的合成、寄主细胞壁的加强和修饰（如木质素的积累）等。寄主的主动防卫反应常与苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine Ammonialyas，PAL）、多酚氧化酶（Polyphenoloxidas，PPO）及POD活性密切相关。（1）活性氧清除酶类近十几年来，活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）因在生物体内广泛存在并具有多种生理功能而引起人们的极大关注。通常所指的ROS仅指氧自由基，如超氧阴离子（O-2）、过氧化氢（H2O2）、羟基自由基（·OH）等。ROS通常被认为是植物正常代谢过程中的有毒副产物，随着对其研究的深入，发现其在植物与病原物互作的防卫反应中具有重要作用。首先，ROS具有直接的抗微生物功能，其存在本身就可对病原菌造成伤害；其次，ROS还可以触发植物受侵染点的细胞死亡导致过敏性坏死反应（HR）；再次，ROS还参与细胞壁木质化及富含羟脯酸的糖蛋白的交联，这有利于抵御病原菌侵染；另外，ROS很可能作为第二信使调控抗病相关基因的表达，并启动植物抗毒素合成基因的转录。但是，当植物体内ROS积累过多，就是ROS与其清除酶类之间的动态平衡被打破时，植物就会受到伤害（膜脂过氧化和膜差别透性丧失）。因此，植物在长期的进化过程中，在利用氧的同时也形成了一系列清除活性氧为害的机制，这些机制中有些是通过酶促反应实现的，有些则是由非酶物质如抗坏血酸、维生素E、β-胡萝卜素等来实现的。为了早日弄清植物的抗病机制，许多病理学家就活性氧清除酶活性的变化与植物抗病性之间的关系进行了大量的研究，但目前仍未得到一致结论。不过，研究不同抗病品种感病后棉花体内的防御酶活性变化，有利于探明棉花抗病性机制。①POD 过氧化物酶（POD）及其同工酶在植物机体防御体系中起重要作用。POD不仅参与了木质素的聚合过程，也是细胞内重要的内源活性氧清除剂，因此，POD活性与植物抗病性有着密切的关系。目前，植物抗感病品种POD活性变化与抗病性间的关系观点不一。一种观点认为，植物感病后，抗感品种POD活性均升高，并且抗病品种POD活性比感病品种增加幅度快。Joseph等（1998）的研究结果表明，抗病品种的POD活性较感病品种高，而且在病原菌侵染的早期阶段，其POD活性会迅速升高，从而限制了病原菌的扩展。在棉花上沈其益等（1978）报道，POD与棉花对枯萎病的抗性有关。田秀明等（1991）的研究结果表明，在人工接种枯萎菌后，抗病品种和感病品种POD的活性都显著加强，但感病品种POD同工酶的反应比抗病品种强烈得多，而且感病品种比抗病品种多1～2条酶带，且颜色较深。无论是抗病品种还是感病品种，单株病指越高，POD同工酶带数越多，颜色也越深。从海岛棉、亚洲棉和陆地棉三大棉种接菌后POD同工酶谱来看，也同样有以上趋势。胡小月等（1993）指出，苗、蕾期，在未感病的情况下，抗、感病品种间POD酶带无显著差异；在感病情况下，蕾期不同抗性品种POD酶带数均增加，而且酶带颜色加深，说明病害发生后，抗、感品种酶活性均加强，植株体内代谢旺盛，但不同品种间POD酶带存在差异。在健株中，供试品种均具有P5、P6、P7、P8、P9、P11 6条酶带，感病后抗病品种增加P1、P2、P3、P4、P10、P12、P13 7条酶带，比感病品种鄂荆1号增加4条（图3-3）。不同抗枯萎病类型品种和同一品种内感病株和健株POD活性变化不尽一致（图3-4）。由图3-4可以看出，同一品种（系）内感病株和健株比较，健株叶片内POD的变化幅度很小（差值6个单位），曲线变化比较平稳，而感病株POD变化幅度较大（差值69个单位），曲线表现陡直。对于不同抗病类型的品种（系）来看，感病品种叶片内POD活性的变化幅度最大（差值64个单位），耐病品种次之（差值45个单位），抗病品种变幅最小（差值5个单位）。由此说明，品种的抗病性能越差，过氧化物酶活性的变化幅度也越大。抗病基因SNC 1来自拟南芥。雷江荣等（2010）应用农杆菌介导法将SNC 1基因转入中35和军棉1号两个品种，通过选择鉴定育成转基因棉中35和军棉1号。对转基因中35和军棉1号及其相应授体品种（对照）接种枯萎病菌后，转入SNC 1基因的中35，POD酶活性呈逐渐增强的趋势，明显高于对照中35，并且在接菌第4天达到峰值，由14.706U/（mg·min）迅速增加至76.18U/（mg·min），是对照7.234 U/（mg·min）的10倍多，而后随着时间增加酶活性下降。而转基因军棉1号同样在接菌第4天达到峰值，其POD酶活性变化趋势与转基因中35相同，但仅接菌当天酶活性高于对照军棉1号，随后低于对照军棉1号，并且酶活性变化不大（图3-5）。图3-3 不同抗性品种间健株与病株蕾期叶片POD酶带图3-4 同一品种感病株和健株POD活性变化（李妙等，1995）图3-5 棉株叶片接菌后过氧化物酶活性测定分析POD广泛存在于植物体内的不同细胞定位，这些不同细胞定位的POD在植物抗病性中可能有不同的作用。有研究表明，受病原菌侵染或诱发物处理后，可导致植物叶片细胞间隙POD活性的增加，且与植物抗病性抗性有关。细胞壁中存在着丰富的POD，有人观察到在经诱发处理并产生有系统诱导抗性的植物叶片中结合于细胞壁上的POD活性明显上升，这些POD参与木质素在细胞壁上的沉积，从而与系统诱导抗性的产生相关。（Hammerschmidt等，1982；Ye等，1990）。宋凤鸣等（1997）观察到接种枯萎病菌后第8天的棉苗叶片和根茎部组织中的总可溶性POD、胞内POD和细胞间隙POD活性（表3-3）。由表3-3可知，未接种病菌的棉苗组织中3类可溶性POD活性抗病品种均高于感病品种，但根茎部组织中的总可溶性POD和胞内POD活性差异不明显；枯萎病菌侵染后，3类可溶性POD活性均有明显的提高，其中，胞间POD活性增加最大。这说明POD在棉花对枯萎病的抗病性中起到重要作用。品种处理过氧化物酶活性[△OD179/（mgpro·min）]叶片组织根茎组织总POD胞内POD胞间POD总POD胞内POD胞间POD中棉所12（抗病）不接种30.8121.3125.008.697.4818.47接种70.1332.14145.0038.0321.6439.806037（感病）不接种25.2716.3519.707.907.5010.89接种47.4434.6735.0028.2421.2624.26表3-3 枯萎病侵染后棉苗叶和根茎组织中总可溶性POD、胞内POD和细胞间隙POD活性②SOD 超氧化物歧化酶（SOD）是植物细胞内防御酶系统的重要成员之一，它的生理作用是歧化O-2产生H2O2和O2，在植物与病原物互作过程中，植物体内SOD活性发生变化，不同的植物病害系统或不同的互作类型其SOD活性变化是不同的。植物受到病害侵染后，SOD活性会升高，说明病害的侵染产生的O-2会激发植株体内SOD合成酶基因的表达，表现为SOD活性上升。而感病品种的酶活性低于抗病品种可能是因为感病品种受到病原物侵染后积累的O-2过多造成受害植株SOD防御酶体系崩溃，导致SOD活性降低。至于接种后感病品种SOD活性快速上升而高于对照，可能是因为这种高水平的酶活性可以清除植物—病原物亲和性互作产生的超氧阴离子，使感病品种受到病原物侵染后不发生过敏性反应，病原物可以在寄主内扩展，从而表现为感病。在棉花上，吴小月等（1993）报道，超氧化物歧化酶在健株中均仅有3条酶带：P4、P7和P11。感病后，抗、感病品种增加的酶带数均较多，其中，抗病品种酶带数又多于感病品种。酶带P12在抗病品种中颜色较深，而在感病品种鄂荆1号中却难以见到（图3-6）。在棉花发病高峰期，不同抗病类型品种中，感病类型SOD活性最高，耐病品种次之，抗病类型表现最低。这说明SOD活性与品种在田间感病的程度存在着内在相关关系（表3-4）。对SOD活性与田间病指进行相关分析得出，相关系数r=0.9802。图3-6 不同抗病品种间病株和健株蕾期叶片SOD酶带抗病类型品种名称SOD活性[mg/（pro·min）]抗病中棉所1226.65石抗15524.17石30856.99石310423.79邯32212.77平均值18.87耐病冀8913535.13美861531.47美861639.16冀92.6134.66平均值35.11表3-4 不同抗病类型棉花品种（系）的SOD指标比较（李妙等，1995）抗病类型品种名称SOD活性[mg/（pro·min）]感病邯89s9347.43冀92.10363.22选148142.83选155148.35平均值50.46表3-4 不同抗病类型棉花品种（系）的SOD指标比较（李妙等，1995）（续）-1受病原物侵染后植物体内SOD等保护酶活性的变化在亲和性互作引起的感病反应中SOD酶活性升高，且与病害症状的表现有关，但在非亲和性互作引起的抗病反应中，SOD酶活性无明显变化甚至下降。宋凤鸣等（1999）研究结果指出，健康棉苗中，抗病品种和感病品种间SOD酶活性无明显差异，试验期间酶活性无显著变化；枯萎病菌接种后棉苗组织中SOD酶活性明显升高。感病品种6037在接种病菌后3天时SOD酶活性就显著高于对照，此后呈直线上升，而抗病中棉所12的SOD酶活性在接种病菌后7天才开始上升。雷江荣等（2010）报道，转SCN 1抗病基因中35品种接菌后，在病程早期SOD随时间的增长酶活性增高，与棉花枯萎病抗性呈正相关，抗病品种的酶活高于感病品种；SOD在接菌后第2～6天酶活性达到最高值，其酶活性高低以及达到峰值时间的迟早与棉花对枯萎病的抗性密切相关，活性高、峰值到来得早有利于抗病性的充分发挥。植物受病菌侵染后可选择性地刺激SOD同工酶活性的变化，如亲和性锈菌侵染后菜豆组织中Mn-SOD酶活性大幅度增加，而非亲和性锈菌侵染后Cu、Zn-SOD酶活性明显提高（Montalbin等，1986）。受TMV侵染的烟草叶片中SOD酶活性的增加主要来自于Cu，Zn-SOD（Buonario等，1987）。宋凤鸣等（1999）研究的结果证明，枯萎病菌侵染后棉苗组织中POD酶活性的升高主要是由Cu、Zn-SOD活性的增加引起的（表3-5，表3-6）。叶片组织根茎部组织SOD活性[U/（mg·min）]抑制率（%）SOD活性[U/（mg·min）]抑制率（%）酶粗提液75.4080.63KCN0.01mmol/L74.601.0079.431.490.10mmol/L60.6819.5271.9019.950.20mmol/L40.4840.3162.5022.490.50mmol/L15.3779.0242.1747.701.00mmol/L6.2891.0719.4675.87氯仿乙醇（1∶2）70.935.9067.3416.48表3-5 KCN和氯仿对棉花SOD活性的抑制[U/（mg·min）]品种处理叶片组织根茎部组织总SODCu，ZnSODMnSOD总SODCu，ZnSODMnSOD中棉所12（抗病）不接种35.1833.281.9020.0017.202.80接种39.7037.302.992.8322.835.006037（感病）不接种30.8834.272.3124.2220.903.45接种60.8956.674.2850.2743.656.95表3-6 枯萎病菌接种后7天棉苗组织中总SOD，Cu，Zn-SOD和Mn-SON活性③CAT 在多种植物—病原物互作系统中都有H2O2的积累。过氧化氢酶（CAT）是植物细胞内重要的活性氧清除剂，其生理作用是将H2O2还原为H2O和O2。CAT活性升高或H2O2含量降低意味着活性氧对植物细胞伤害程度的降低。还有研究表明，植物体内H2O2可作为扩散的信号或作为在水杨酸（SA）介导的系统获得性抗性（SAR）信号转导过程中的第二信使，诱导邻近细胞或邻近组织防卫机制的启动。因此，维持植物体内H2O2的正常水平将是植物抗病反应所必需的，CAT在活性氧的清除和维持活性氧的正常水平过程中起着重要作用。在植物与病原物互作中，CAT活性发生变化，并影响植株体内活性氧的积累，最终影响到植物的抗病反应。一般地，植物感染病原菌后CAT活性降低，或抗病品种（非亲和性互作）活性降低，而感病品种（亲和性互作）活性升高。在棉花上，宋凤鸣等（1999）报道，健康棉苗中，两个供试品种组织中CAT酶活性无明显差异；接种枯萎病菌后，棉苗组织中CAT酶活性显著增加，与抗病品种中棉所12相比，感病品种6037的CAT酶活性上升早而显著。雷江荣等（2010）的研究结果指出，采用农杆菌介导法将来自拟南芥的抗病基因SNC 1转入中35和军棉1号两品种后，在受到棉花枯萎病菌侵染后，CAT的酶活性变化非常平缓，并呈现逐渐下降的趋势。而对照（受体品种）中35和军棉1号的CAT酶活性变化十分显著，尤其是军棉1号，随接菌后取样天数的增加，CAT酶活性呈逐渐降低的趋势，由14.989 U/（mg·min）迅速下降到0.865U/（mg·min），这期间相差14倍（表3-7和图3-7）。图3-7 棉株叶片接菌后过氧化氢酶活性测定分析第0天第2天第4天第6天第8天转基因中351.167±0.0291.012±0.0250.868±0.0210.663±0.0160.415±0.010转基因军棉1号2.1217±0.0531.835±0.0451.061±0.0260.645±0.0160.407±0.010表3-7 棉株叶片接菌后过氧化氢酶活性测定分析第0天第2天第4天第6天第8天中35对照5.769±0.1444.086±0.1022.188±0.0541.597±0.0390.611±0.015军棉1号对照14.989±0.3749.504±0.2374.820±0.1201.946±0.0480.866±0.021表3-7 棉株叶片接菌后过氧化氢酶活性测定分析（续）-1（2）抗病反应次生代谢酶类植物次生代谢产物（Secondary Metabolites）是指植物体中一大类并非生长发育所必需的小分子有机化合物，其产生和分布通常具有种属、器官、组织和生长发育的特异性；抗生作用是植物次生代谢的一个重要生理功能，也可视为自然选择的结果，参与植物防御的次生物质很多，包括酚类、植保素、木质素和其他一些次生代谢物。与这些次生代谢有关的主要酶类是多酚氧化酶（PPO）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）。①PAL PAL是植物苯丙烷类次生代谢途径总路第一步关键酶，是苯丙烷类代谢途径的关键酶和限速酶，它催化苯丙氨酸脱氨基后产生肉桂酸并最终转化为木质素，因此，它是与细胞内木质素生成和沉积有关的防御酶。当病菌入侵时，细胞受到刺激后启动PAL系统产生木质素并沉积在细胞壁周围，将病原物限制在一定的细胞范围内阻止其进一步扩散为害。自从1964年Minamiawkd和Uritain首次发现植物感病后PAL活性增强以来，陆续有许多研究证明植物受到不同病原体感染后PAL活性均有升高的现象。因为PAL活性的升高往往与植保素、木质素等抗性物质的产生和积累呈正相关。王敬之等（1982）提出，把PAL活性作为植物抗病的生理指标加以研究。在棉花上，冯洁等（1990）研究了棉花抗、感品种感染枯萎病后体内PAL的动态变化。结果表明，在根内，无论抗、感品种接菌后的PAL活性都始终高于未接菌的对照。抗病品种86-1、陕1155在接菌后24h，经病原菌的诱导出现一个酶活性峰，而感病品种在接菌后36h才出现PAL活性峰，比抗病品种晚12h。抗病品种的相对酶活值也明显高于感病品种，其幅度是感病品种的1.38～2倍（图3-8）。在叶片内，抗病品种在接种枯萎菌后分别于12h和24h出现了PAL活性峰（86-1在接种后36h又出现了一个相等的峰）。感病品种于接种后36h才出现PAL活性峰，晚于抗病品种（图3-9），并且相对酶活值也低于抗病品种。根与叶内的PAL活性加以比较，根内PAL活性显著高于叶内PAL活性，前者是后者的3～4倍，这可能是根与病原物的作用更直接的缘故。图3-8 抗、感品种接菌后根内PAL活性峰的相对酶活值图3-9 抗、感品种接菌后叶内PAL活动峰的相对酶活值袁章虎等（1995）报道，接种枯萎病菌后抗病品种的PAL活性迅速提高，并很快在24h到最高峰。而感病品种的PAL活性则相对上升较慢，在36h才达到最高峰。其峰值也比抗病品种低得多，前者最高峰值为5.68U/（g·h），而后者仅4.12 U/（g·h）。这说明品种的抗病性不仅与接种枯萎病菌后其PAL活性峰的高低有关，而且还与PAL活性上升的速度有关。转抗病基因SNC 1棉花中35和军棉1号酶活性均高于对照，在受病原菌感染后叶片内会立即产生反应，PAL活性开始迅速上升，接种后第4天时达到高峰，是此时对照的2倍。对照（受体品种）棉叶片内反应比较迟钝、缓慢，PAL酶活性初始时的变化很小，直到接种后6天才有所提高，且全过程变化幅度也较小（表3-8）。总之，棉株在受到枯萎菌侵害后能够在很短的时间内迅速提高PAL活性，从而合成较多的抗生性物质，抑制病菌在棉株体内的萌发和扩散，使棉株表现抗病性。反之，如果病菌顺利地在寄主体内萌发、定殖和扩散，就使棉株表现感病。[U/（g·h）]品种第0天第2天第2天第2天第2天转基因中353.485±0.0874.685±0.1176.007±0.1515.837±0.1454.835±0.120转基因军棉1号2.072±0.0513.887±0.0974.723±0.1184.091±0.1023.905±0.097中35（对照）2.838±0.0703.255±0.0813.885±0.0974.011±0.1003.778±0.094军棉1号（对照）1.928±0.0482.005±0.0502.394±0.0592.622±0.0642.210±0.055表3-8 棉株叶片接菌后苯丙氨酸解氨酶活性测定分析大量研究表明，多酚氧化酶（PPO）主要参与酚类氧化为醌以及木质素前体的聚合作用，与植物抗病密切相关。病原菌侵染能诱导植物体内PPO活性升高，促进酚类化合物在受侵染部位的合成和积累，大量的酚可由多酚氧化酶氧化成醌，醌类化合物能钝化病原物的呼吸酶，阻碍病原物的生长，醌的次生反应所产生的黑色素的痂可阻止感染的扩散；酚类化合物是细胞形成木质素的前体，可形成木质素，促进细胞壁和组织的木质化，以抵抗病原的侵染。在人工接种枯萎病菌后，感病品种PPO活性的初期受到一定的抑制。直到48～72h才超过对照，而抗病品种PPO活性从24h就明显增强并超过对照（袁章虎等，1995；宁凤鸣等，1997）。这说明抗病品种在受到病菌的侵害时，能迅速以高活性的PPO配合体内的免疫系统形成抗病反应。从而使枯萎病的发展受到抑制，相反，感病品种在受到病菌的侵害时，体内的PPO活性被病菌所抑制，不能产生抗病生理功能。在研究转抗病基因SNC 1棉接种枯萎病菌后酶活性变化时，雷江荣等（2010）发现，接种当天，不管是转基因还是非转基因棉（受体）PPO酶活性没有明显变化，只在接菌1天后，才有明显差异。从图3-10可以看出，转基因中35的PPO酶活性较对照中35的酶活性显著增高，并且在第4天接近峰值，由276.571U/（mg·min）迅速增加至1019.020U/（mg·min），是此时对照的2倍。转基因军棉1号的PPO酶活性比对照军棉1号（受体）略有增加，在第6天出现高峰，对照军棉1号PPO酶活性变化不明显。图3-10 棉株叶片接枯萎病菌后多酚氧化物酶活性测定分析从总体上看，抗病品种和感病品种在接种枯萎病菌后都相继出现不同程度的PPO活性高峰。其区别是抗病品种出现的早，峰值高，而感病品种出现的晚，峰值低，抗病品种的PPO活性不受病菌的抑制，而感病品种则在受侵染的初期受到一定的抑制。研究棉花感病后防御酶活性变化，有助于深入研究棉花抗病机理，为培育和筛选抗病品种提供理论基础。棉花的抗病生理生化机制很复杂，植物体内正常情况下保护酶系处于平衡状态下，而受病原物侵染后活性大大改变。这表明棉花体内保护酶系都是在与病原物的互作中，主要是经病原物诱导而起抗病作用的。因而，在病原物侵染初期测定保护酶活性的相对变化可以作为一个选育指标；而正常棉株酶活性的高低也可作为品种筛选的指标之一。故研究棉花抗感品种接种病原物前后几种酶系的活性变化，优化酶系统选择指标，建立综合选择指标体系，将会提高选择准确性，提高育种效率，同时也将推动与棉花对该病原物抗性有关的其他生理生化指标的研究。而且，可以将防御酶活性的检测作为棉花抗病性鉴定的一个辅助手段。在染病的植物中，糖不仅是植物各类代谢的基础，而且也可以作为病菌的营养。糖代谢能为蛋白质、脂肪、核酸及次生代谢提供碳骨架和能量来源。陈其煐等（1990）以采自河南、湖北、辽宁、江苏、新疆等棉区棉花枯萎菌对具抗枯萎病性的陆地棉品种86-1、陕1155，感病品种岱15、徐州142和鲁棉1号接菌，鉴定品种对枯萎病菌的抗病性及其与含糖量的关系。试验结果表明，含糖量愈高，感病愈重；含糖量愈低，抗病性愈强，其分界值还原糖含量约为样品干重的12%，水溶性总糖为样品干重的15%（表3-9）。棉花枯萎病是一种高糖病害。品种含糖量（%）（干重）抗、感枯萎病表现*还原糖水溶性糖病指反应型鲁棉一号15.12117.8535.07S（感）岱字棉1513.24917.2234.62S徐州14212.11015.2129.44S陕115512.01713.739.69R8618.95812.377.92R（抗）表3-9 不同棉品种苗期含糖水平与抗枯萎病性表现冯洁等（1991）报道，抗病品种（86-1、陕1155）和感病品种（岱字棉15、徐州142）接菌后，果糖、蔗糖含量均为上升趋势。接菌后抗、感病品种在葡萄糖、核糖含量上存在差异，前者接菌后葡萄糖、核糖含量明显上升，分别为26.8%～58.6%和11%～26.9%，后者则下降，分别为-40%～-27.6%和-57.9%～-22.2%（图3-11）。图3-11 棉花叶内糖分含量变化吴小月等（1993）和宋凤鸣等（1996）的研究结果也表明，感病品种棉苗体内的含糖量高于抗病品种（表3-10，表3-11）。品种泗棉2号岱红岱盐棉488618311中棉所12子叶0.4330.4040.3870.2970.2620.259蕾期叶片0.7580.7430.5750.6400.6130.515抗病性SSMRRRR表3-10 不同抗性的陆地棉品种间可溶性糖含量比较（吴小月等，1993）品种处理叶片中葡萄糖含量（mg/g鲜重）根茎部中葡萄糖含量（mg/g鲜重）总糖可溶性糖还原糖总糖可溶性糖还原糖中棉所12（抗病）不接种17.599.332.577.974.141.98接种25.5213.315.5718.5410.432.646037（感病）不接种16.2010.922.7710.004.452.44接种24.8214.827.1520.7110.344.07表3-11 棉苗组织中糖含量的变化（宋凤鸣等，1996）受病原物侵染后，植物体内可溶性酚类物质会大量积累，大量的酚类物质通过延缓入侵病原物的生长而在植物抗病性中起作用。细胞壁上存在大量的酚类物质，这些不溶性胞壁结合酚及细胞壁的快速木质化与植物抗病性有密切关系。棉花体内含有丰富的酚类（主要是多元酚）物质，随着棉苗生长其酚类物质含量增加，同时，可提高对病害的抗性。多酚类物质在棉花抗病性具有重要的作用。刘发敏等（1993）报道，在不接枯萎病菌的条件下，棉花中多酚类含量是感病品种高于抗病品种，但抗、感病品种的多酚类含量都是随着生育期进程由低到高。抗病品种86-1在1叶期为1.41%，开花期为2.99%；感病品种鲁棉1号在1叶期为3.25%，开花期为4.02%。鲁棉1号在各生育期均高于86-1。但在接枯萎病菌的条件下，86-1多酚类含量几乎是直线上升，1叶期为1.62%，开花期为4.38%，开花期为1叶期的2.7倍。鲁棉1号相反，多酚类含量从1～3叶期下降较大，以后下降减缓。1叶期为3.65%，开花期为2.91%，开花期仅为1叶期的4/5。86-1和鲁棉1号相比，从5叶期开始，86-1高于鲁棉1号，到开花期为鲁棉1号的1.5倍。袁章虎等（1995）指出，各品种无论是抗病的还是感病的，接种枯萎菌后体内多酚的含量都有明显提高。抗、感病品种主要差异有以下两点：一是抗病品种多酚的累积高峰出现的早；二是抗病品种在接菌后多酚增加的灵敏量比感病品种高许多。这表明品种所固有的组成性多酚含量是品种间的差异，在一定范围内与抗病性没有关系，而棉株遭受枯萎萎菌侵染后所合成的多酚类物质才是抗病性增强的根本所在。病原物侵染后，植物体内常有大量酚类物质的积累，这些酚类物质主要由苯丙烷类代谢途径合成，其中，绿原酸和阿魏酸是主要的酚类物质。作为苯丙烷类代谢途径的主要产物，在受病菌侵染或诱发物处理后，植物体内绿原酸和阿魏酸的积累是一种常见的现象。在一些植物的抗病反应中绿原酸含量增加快，发生早，而感病反应中则相反。在绿原酸方面，冯洁等（1990）试验结果表明，不同抗病类型品种接种后绿原酸含量存在差异。抗病品种中棉所12、86-1在接菌后24h绿原酸含量迅速上升，最高含量0.47～0.51mg/g干重，48h后又迅速下降，以后又有所回升。感病品种岱字棉15、豫棉1号在接菌初期（24～72h）绿原酸含量始终低于未接菌的对照，直到96h才迅速增加，最大含量为0.49～0.55mg/g干重。在接菌初期感病品种体内酚类植保素积累很慢，到后期含量虽然超过了抗病品种，但已错过了杀伤病菌的时机。抗病品种则不然，在接菌初期绿原酸含量就迅速积累，对病菌的侵入起到阻止和杀伤作用。可见接种枯萎菌后，抗、感品种都可以产生酚类植保素——绿原酸，关键在于产生的量和速度不同。宋凤鸣等（1996）的研究结果也表现了这种特点。Friend等（1973）研究表明，绿原酸可抑制某些病原菌的生长和产孢。阿魏酸虽然无直接的杀菌活性，但它是木质素的前体，其含量的增加可为木质素合成提供更多的底物，促进木质素的积累，导致细胞壁的木质化，从而在植物抗病性中起了间接作用。冯洁等（1990）研究结果表明，抗病品种中棉所12、86-1在接菌后48h均出现了一个阿魏酸增加峰，显著高于对照水平，最大量可达4.27～6.68mg/g干重，86-1在接菌后96h又出现一个增加峰，含量可达5.01mg/g干重。而感染病品种岱字棉15、豫棉1号在接菌后24～72h，阿魏酸含量始终低于未接菌的对照，直到96h才略高于对照，最大量为2.17～3.48mg/g干重。接菌后阿魏酸含量的变化与棉花抗枯萎病性呈正相关。宋凤鸣等（1996）报道，在不接种枯萎病菌条件下，抗、感品种棉苗体内阿魏酸含量明显差异，但接菌后，抗病品种棉苗体内阿魏酸含量的增加幅度更大（表3-12）。处理中棉所12（抗病品种）6037（感病品种）接种后7天接种后11天接种后15天接种后11天接种后15天不接枯萎病菌0.5820.5450.7520.5720.692接枯萎病菌1.3021.7592.1130.8031.201表3-12 棉苗根茎部组织中阿魏酸的含量（OD350/gDW-ml）由于病原真菌和细菌感染，在受损害的植物细胞内或细胞周围高浓度地积累植保素，这些小分子化合物许多是黄酮类化合物。黄酮类化合物以糖苷的形式广泛分布在植物界。它们的合成和转化可能彼此独立地加以调节。刘发敏等（1993）指出，在不接枯萎病菌的条件下，抗、感病品种黄酮类含量随着生育期进程变化较大。抗病品种86-1每克干重在一叶期为10.5473mg，三叶期是高峰为14.0084mg，开花期为9.3064mg；感病品种鲁棉1号每克干重在一叶期为9.3272mg，现蕾期为高峰是12.5100mg，开花期为11.6401mg，86-1在1～3叶期高于鲁棉1号，其余各期都低于鲁棉1号。在接菌的条件下，86-1黄酮类含量每克干重在一叶期为10.7138mg，到五叶期降到最低点为7.2778mg，然后急剧上升，开花期为12.2706mg，曲线呈现“V”字形。鲁棉1号黄酮类含量每克干重在一叶期为9.8407mg，三叶期达到高峰为11.5603mg，现蕾期为10.2887mg，开花期为10.446mg，变化较平缓，曲线略呈“S”形。86-1和鲁棉1号相比，在三叶期和五叶期86-1黄酮类含量低于鲁棉1号外，其余各生育期都高于鲁棉1号（图3-12）。宋凤鸣等（1996）也报道了类似的研究结果。接种枯萎病菌的抗病品种棉苗叶片和根茎部组织中黄酮类物质含量略高于感病品种，枯萎病病菌侵染后，棉苗组织中黄酮类物质含量明显提高，抗病品种棉苗组织中黄酮类物质含量的增加幅度略大（表3-13）。品种处理叶片组织根茎部组织中棉所12号（抗病）不接枯萎病2.041.212.12接枯萎病3.622.643.546037（感病）不接枯萎病1.691.091.68接枯萎病3.031.802.70表3-13 棉苗组织中黄酮类物质的含量（OD509/g·ml min）图3-12 棉花不同生育时期黄酮类含量的变化植物细胞壁上存在着众多的酚类物质。在一些植物病害系统中已经证实植物受侵后组织中不溶性胞壁结合酚类物质在其对抗病性中起重要作用。Glazener等（1982）认为不溶性胞壁结合的简单酚类物质可能参与植物的某些防卫反应过程，且与抗病性有关。Nieman等（1991）和Bonello等（1993）报道，胞壁结合的复杂酚聚合物主要是木质素，其含量的增加，表明细胞壁的木质化，因而在植物抗病性中起到作用。宋凤鸣等（1997，2001）研究结果表明：①抗病品种棉苗组织中胞壁结合的简单酚、酚聚合物及黄酮醇含量高于感病品种棉苗组织中的含量。根茎部组织中胞壁结合酚含量相对较高；②枯萎病菌侵染后棉苗组织中不溶性胞壁结合酚含量有明显的提高（表3-14）。因此认为，受枯萎病菌侵染后棉苗组织中可溶性酚及不溶性胞壁结合酚的积累与棉苗对枯萎病的抗性有关。品种处理叶片组织根茎部组织简单酚复杂酚聚合物黄酮醇简单酚复杂酚聚合物黄酮醇中棉所12号（抗病）不接枯萎病菌0.1900.1132.890.3150.2384.72接枯萎病菌0.3640.1964.810.5610.4357.506037（感病）不接枯萎病菌0.1570.0882.610.2990.1984.20接枯萎病菌0.2440.1443.530.4290.3386.31表3-14 棉苗接种后11天时单位干细胞壁组织[m（DW）]中不溶性胞壁结合酚类物质的含量儿茶素（Catechin）是棉花植株中最主要的多元酚（Howell等1976），随着棉苗生长，组织中儿茶素的含量增加，同时也提高对立枯病的抗性（Hunter等，1974）。在离体条件下，儿茶素可抑制立枯病菌（Rhizoctonia solani）和黄萎病菌（Verticillium dahilae）的菌丝生长及黄萎病菌的产孢（Howell等，1976；Hunter等，1974）；而且儿茶素或其氧化产物可使立枯病菌的多聚半乳糖醛酸酶（Polygalacturonase，PG）失活（Hunter等，1974，1978）。因此，Hunter认为儿茶素可通过抑制真菌生长和PC活性而在棉花抗病性中起重要作用。宋凤鸣等（1996，1998）就儿茶素对棉枯萎病菌的影响以及在棉花抗枯萎病中的作用进行了研究。研究结果指出，抗病品种棉苗组织中儿茶素的含量较高，受侵后其含量明显增加，而感病品种棉苗受侵后儿茶素仅有少量增加（表3-15）；纯培养条件下儿茶素对枯萎病菌菌丝生长、产孢及孢子萌发具有明显的抑制作用（表3-16）；棉苗组织中酚类物质对PG和PL活性有抑制作用，而且证明这种抑制作用主要是由儿茶素引起的（表3-17，表3-18），其抑制作用的强弱与棉苗组织中的儿茶素含量呈显著的正相关。总之，儿茶素通过对病菌生长、产孢和其胞壁降解酶（如PG、PL等）的抑制而阻止病菌在棉花体内的侵入、繁殖和扩展，从而提高棉花对枯萎病菌侵入和扩展能力，由此在棉花抗病性中起作用。品种处理叶片组织根茎部组织中棉所12号（抗病）不接枯萎病菌0.5170.582接枯萎病菌1.4521.172不接枯萎病菌0.6790.706接枯萎病菌1.7681.6056037（感病）不接枯萎病菌0.4050.528接枯萎病菌0.8520.771表3-15 棉苗组织中儿茶素的含量（mg/g 鲜重）儿茶素浓度（mg/ml）菌落直径（cm）菌丝干重（mg）C+S（1）C+NaPP（2）C+SC+NaPP产孢量（%）（×107/ml）孢子萌发（%）0.14.073.47307220757.995.350.053.703.17273199646.790.380.103.773.37257197584.477.680.503.432.67210177553.267.371.002.371.3711384130.551.802.001.120.7797611.433.58EC501.341.121.151.180.791.36表3-16 离体条件下儿茶素对棉花枯萎病菌的影响品种处理对PG的抑制作用*（%）对PL的抑制作用（%）叶片组织根茎部组织叶片组织根茎部组织中棉所12不接枯萎病菌30.3423.0819.5518.91接枯萎病菌54.1855.3451.7548.62不接枯萎病菌24.3819.2016.0712.77接枯萎病菌42.7645.3835.4543.57表3-17 棉苗组织提取液中酚类物质对多聚半乳糖醛酸酶和果胶裂解酶活性的抑制作用处理PG活性PG（μgglucose/mgprot·h）PL活性PL（△OD550/mgprot·h）对照CK50%926.3091.0含儿茶素部分抽提液673.00（27.32%）*40.3（55.71%）其余部分抽提液874.00（5.62%）86.7（4.76%）表3-18 组织提取液经TLC后含儿茶素部分硅胶抽提液及其余部分硅胶抽提液对多聚半乳糖醛酸酶和果胶裂解酶活性的影响棉酚是棉花体内主要的酚类物质，在离体条件下，棉酚可抑制黄萎病菌和枯萎病菌某些专化型的菌丝生长和产孢（Bell，1967；Davis，1964），棉花受病原菌侵染后，其体内棉酚含量有明显的增加，因而推测，棉酚及单宁在棉花抗病性中起到作用（Bell，1967；魏守军等，1992；沈其益等，1992；Harrison等，1982）。魏守军等（1992）观察到在棉花受到枯萎菌侵染后，棉酚在棉株木质部和叶柄维管束导管细胞内大量累积（图3-13），并且抗病品种中棉所12和86-1中，染病后根系游离棉酚含量分别提高112%和96%；而感病品种冀棉11号和鄂荆92中，染病后根系游离棉酚含量只分别提高8%和4.8%。宋凤鸣等（1997）也观察到在未接种枯萎病菌的健康棉苗中，抗病品种的游离棉酚含量均显著高于感病品种相应组织中的含量，根茎组织内的含量又高于叶片；接种棉枯萎病菌引起发病并导致棉苗组织中游离棉酚含量明显提高，抗病品种增长显著高于感病品种。图3-13 棉株茎与叶柄横切片图棉花枯萎病是重要的土传病害，枯萎菌由根系直接侵入，根系细胞壁是它需要克服的第一道防线。蛋白质是病原菌赖以生存的重要营养来源，寄主植物细胞壁蛋白质含量十分丰富，一些蛋白质组分（如天冬氨酸、谷氨酸等）经过脱氨后的碳骨架可以直接进入病原菌的代谢系统，合成病菌所需要的蛋白质，因此，对寄主细胞内蛋白质组成成分的氨基酸进行研究的重要意义是显而易见的。冯洁等（1991，1994，1995）在这方面做了较系统的研究，取得了具有科学意义的研究结果。（1）棉花根、叶内的蛋白质含量在感染枯萎病菌后，叶内蛋白质含量，抗病品种接菌后36h以前的蛋白质含量都低于未接菌的对照，36h后则高于对照的水平，表现为先低后高；而感病品种则恰恰相反，出现先高后低的现象。在根内，抗病品种接菌后24h始终保持低于对照品种中蛋白质的水平，直到36h后才有所上升。而感病品种接菌后蛋白质浓度均高于对照。另外，达到高峰时的蛋白质含量感病品种高于抗病品种。（2）棉花细胞壁氨基酸含量用不同致病力的棉花枯萎病菌7号和3号小种接种棉花，对抗、感品种根部细胞壁氨基酸含量进行分析。结果表明，感病品种在接种7号小种后，根内细胞壁氨基酸含量增加了32.3%，抗病品种增加了4.4%；接种3号小种后抗病品种氨基酸含量下降了14%，感病品种上升了19.8%（图3-14）。感病品种受枯萎菌诱导后细胞壁氨基酸的积累明显高于抗病品种，为枯萎病菌的生长提供了较多的氮源，易与枯萎菌建立寄生关系，这表明细胞壁氨基酸含量与棉花对枯萎病的抗性具有一定的相关性。（3）棉花细胞壁富含羟脯氨基酸糖蛋白含量脯氨酸是一种非常重要的氨基酸，它经过羟化形成的羟基脯氨酸，是细胞壁伸展蛋白的原料。有些研究结果表明，细胞壁富含羟脯氨酸糖蛋白的积累与植物抗病性关系密切（Mayad，1986；Benhamou，1990）。冯洁等（1995）研究结果表明，不同品种间细胞壁富含羟脯氨酸糖蛋白（HRGP）的积累量存在差异，抗病品种细胞壁内HRGP含量明显高于感病品种。棉花叶内的HYP（羟脯氨酸）含量与其他氨基酸相比含量最低，只占总量的1.0%～1.2%。根内细胞壁HYP与其他氨基酸相比含量最高，占氨基酸总量的19.1%～19.6%，是其他氨基酸的2～10倍。根内HYP含量大约是叶内的10倍，这可能是由于根与病原菌直接接触，长期作用进化的结果。根内HYP的高含量对棉花自身抵抗病菌侵染有利。在棉花细胞壁HRGP含量增加及细胞壁木质素沉积与抗枯萎病性的关系上，接种枯萎病菌后根、叶内细胞壁木质素沉积与HYP含量变化规律相似，抗病品种86-1接种7号、3号小种后，细胞壁木质素的累积量均高于感病品种邯14，枯萎菌7号小种诱导后细胞壁的木质化程度比接种3号小种要高（表3-19）。可见，HRGP含量及细胞壁木质化程度与棉花抗枯萎病性呈正相关。图3-14 接种枯萎病菌对棉花根内细胞壁氨基酸含量的影响处理861（抗病）邯14（感病）根叶根叶木质素增长率（%）木质素增长率（%）木质素增长率（%）木质素增长率（%）健株2.882.402.802.477号小种3.5623.62.6811.73.2415.72.673.13号小种3.2613.22.566.73.079.62.553.2表3-19 不同处理对细胞壁木质素沉积的影响至于HRGP在抗病反应中的作用机制主有以下3方面（宋凤鸣，1992）。（1）作为凝集素的作用许多植物凝集素是糖蛋白，其中，有一些就是HRGP。这种具凝集活性的HRGP定位于能与病原菌相互作用的位点，HRGP可能与病原菌相互作用并把病原菌固定在细胞壁中，从而阻止病原菌的侵入或在细胞间的扩散。HRGP还在寄主—病原菌相互作用的专化性识别机制中起到重要作用。（2）作为木质素的沉积位点寄主与病原菌相互作用中，细胞壁在病原菌侵染后的木质化是寄主抗病反应的特性之一。木质素的形成与苯丙氨酸代谢形成的松柏醇有关，松柏醇的脱氢多聚物（DHP）与HRGP结合形成一种对酸稳定的复合物。在初生壁的木质化过程中，由松柏醇产生的甲基化醌与HRGP之间形成共价交错连接，从而导致了木质素在细胞壁中的沉积。（3）作为结构屏障的作用高等植物细胞壁中，HRGP填充在纤维素骨架的间隙中，又与细胞壁的其他成分共价结合形成更为致密、不可穿透的结构屏障。而且，HRGP具有结构性多聚物的功能，从而提高了细胞壁的强度。在侵染穿透过程中，病原物分泌的纤维素酶、半纤维素酶和蛋白酶等都能分解纤维素、半纤维素等细胞壁成分。但这些酶不能分辨HRGP，而且HRGP包围在纤维素和半纤维素的周围，从而把病原物分泌的酶与其底物分开，使纤维素和半纤维素等胞壁物质免受分解。继续保持细胞的正常结构，阻止病原物的侵入。但目前尚没有这方面的直接证据。病原菌的侵染可破坏寄主植物体内活性氧产生与清除之间的动态平衡，引起活性氧（主要是超氧阴离子O-2和过氧化氢H2O2）的积累，同时激活脂氧合酶（Lipoxygenase，LOX）基因的表达，LOX酶活性升高。活性氧和LOX酶通过非酶促和酶促方式直接攻击膜系统中的不饱和脂肪酸，启动膜脂过氧化的发生。活性氧的积累及膜脂过氧化的发生直接与植物的过敏性抗病反应有关，因而被认为是植物抗病防卫反应的组成部分之一。活性氧及膜脂过氧化的产物在植物抗病防卫反应中起的主要作用是：①对入侵病菌的抑制；②诱导植保素合成、细胞壁木质化及富含羟脯氨酸糖蛋白的沉积；③与信号传递有关并激活植物防卫反应相关基因的表达。宋凤鸣等（2001）研究结果表明，未接种枯萎病菌的健康棉苗中，抗病品种中棉所12棉苗的活性氧水平略高于感病品种6037，接种病菌后，棉苗叶片和根茎组织的活性氧水平显著升高，中棉所12的活性氧积累早，积累水平高于6037（表3-20）。健康棉苗的茎与根组织中LOX酶活性，在抗与感病品种间无明显差异，接种枯萎病菌后，2个供试品种棉苗组织中LOX酶活性有明显的升高，但表现不同的变化动态。抗病品种中棉所12接种后茎与根组织中，LOX酶活性快速增加，在接种后5～8天达最高，之后缓慢下降。感病品种6037棉苗接种后茎与根组织中，LOX酶活性增加缓慢，8天后才有较大幅度的增加，而后逐步下降。处理O-2产生速率（μmolO-2/t（gFW·min）H2O2积累（μmolH2O2/gFW）3天7天3天7天中棉所12（抗病）不接枯萎病菌0.320±0.0050.381±0.037103.9±4.486.3±8.8接枯萎病菌0.922±0.0351.086±0.066163.0±3.5159.6±4.56037（感病）不接枯萎病菌0188±0.0010.253±0.00661.5±7.852.9±4.6接枯萎病菌0.336±0.0180.725±0.00685.6±3.1127.5±5.3表3-20 枯萎病菌接种后棉苗茎与根组织中活性氧的积累丙二醛（MDA）是膜脂过氧化产物，未接种枯萎病菌的健康棉苗的茎与根组织中，MDA含量在抗与感病品种间无显著差异，但枯萎病菌接种后，棉苗组织中MDA的含量有明显的增加，抗病品种中棉所12棉苗MDA的含量在接种后3天就明显增加，此后直线上升，而感病品种6037棉苗中MDA的含量在接种后7才开始积累，增加速度相对较慢。接种枯萎病菌后，抗病品种棉株体内膜系统中，不饱和脂肪酸含量下降明显，而感病品种无显著变化。膜脂过氧化产物丙二醛（MDA）含量上升，膜系统中，不饱和脂肪酸含量下降，表明有膜脂过氧化的发生（宋凤鸣等，2001）。上述这些结果说明，枯萎病菌侵染后棉苗体内活性氧的积累、LOX酶活性的上升以及由此引起的腆脂过氧化，可能在棉苗对枯萎病的抗性中起作用。棉株感枯萎病后显示的病症是由于一系列不正常的生化和生理活动的结果。脂肪酸是细胞质膜的主要组织成分，具有极重要的生物功能，棉花叶片中的脂肪酸主要由两种饱和脂肪酸和3种不饱和脂肪酸所组成。感染枯萎病棉株叶片中亚麻酸含量下降，而油酸和亚油酸含量增加，总的来看是不饱和成分降低，这说明叶片膜脂中脂肪酸的组成分发生了变化、加之其他生理代谢的影响，导致病株呈现皱缩（宋晓轩等，1992）。郭金城等（1990）测定结果指出，子叶中油酸和亚麻酸含量与品种的抗枯萎病性有一定的相关性。品种的抗病性越强，其子叶中油酸含量越高。高抗枯萎病品种52-128子叶中油酸含量比感病品种鄂沙28高16.99%，表明品种的抗病性与子叶中油酸含量呈正相关；而子叶中亚麻酸含量与品种抗病性呈负相关趋势，子叶中亚麻酸含量越低，其品种的抗病性越强。高抗枯萎病品种52-128子叶中亚麻酸的含量比感病鄂沙28低10.55%。枯萎病对棉株光合作用和呼吸作用有明显的影响。丁钟荣等（1988）测定结果表明，无论感病品种还是抗病品种，感病植株的光合作用均显著降低。感病品种的光合强度降低了37.2%，总光合强度降低30.5%；抗病品种的光合强度降低28.5%，总光合强度降低21.3%。说明感病植株生长矮化和产量降低都与光合下降有关。净光合速率表明叶片吸收固定二氧化碳的能力，受叶龄影响较大，反映在主茎叶上即是受不同叶位的影响。健株叶片的净光合速率最大值均出现在第五叶位叶片，而病株叶片则无此规律，这是由于其各叶位叶片发病程度和发病时间的不同所致。相同叶位的主茎叶片的净光合速率，病株均明显低于健株。病株叶片的净光合速率平均比健叶下降了58.7%～62.8%。这表明，病叶的同化二氧化碳能力大为降低。棉株感病后呼吸强度均明显下降，抗病品种下降更甚。抗病品种的病株呼吸强度比健株下降23.7%，而感病品种的病株只比健株下降13.1%。气孔是二氧化碳和水气进出叶片的通道，气孔导度表明气体通过气孔传导的能力，直接影响着气体交换的进程。棉花感染了枯萎病后，各主茎叶位叶片的气孔导度明显降低，病叶的气孔导度分别比健叶的平均降低了64.4%～88.7%。因此，影响叶片水气的交换能力，使蒸腾速率下降，病叶的蒸腾速率分别比健叶减少46.7%～68.2%（宋晓轩等，1992）。丁钟荣等（1988）报道，感枯萎病植株的叶片蒸腾强度、叶水势和细胞汁浓度分别比健株下降22.48%～30.91%、14.75%～11.81%和13.43%～18.11%，而下降幅度蒸腾强度和细胞汁浓度抗病品种明显高于感病品种，叶水势，则反之。Nain （1985）报道，棉株感染枯萎病后，蒸腾作用的强度发生变化，并受到抑制。对离体叶片的蒸腾作用进行测定发现，充分展现症状的叶片其蒸腾强度要比健康叶片低1/2～2/3；同时，叶片中的水分含量也低约1/2。温度是维持正常新陈代谢的重要因素之一。宋晓轩等（1992）测定结果表明，感染枯萎病后，各节位主茎病叶叶片的叶温均高于健叶，最多能高出5.5℃；健叶叶温比其周围环境的气温低2.51～3.13℃，叶温与气温温差较大，而病叶的叶温与气温温差较小，最多相差-1.29～1.24℃，负值说明叶温超过了气温，最高可超出2℃。这种差异与棉株发病程度有直接关系，对病叶外表健康的部分和发病部分的测量，坏死组织部分的温度要比绿色组织部分的温度高。在幼茎和幼铃上也表现了同一规律。在棉株体内糖、氮代谢方面，病株的硝态氮含量显著减少。感病品种硝态氮含量比健株减少1/2；抗病品种减少1/3。感病株可溶性蛋白质含量显著降低（图3-15）。可溶性糖含量感病植株比健株减少一半左右。同样，抗病品种比感病品种高出1/3以上（丁钟荣等，1988）。张海娜等（2011）报道，感病株体内可溶性糖含量高于正常株（图3-16）。表明抗病品种的营养积累要比感病品种优越得多。图3-15 可溶性蛋白质含量的变化（张海娜等，2011）图3-16 可溶性糖含量的变化（张海娜等，2011）已有的研究结果表明，根际微生物和棉际分泌物等生态因素与植物抗病性有密切关系。植物的分泌物主要包括糖、氨基酸、蛋白质、维生素、有机酸、无机离子等。这些分泌物中的某些物质能在抵御病菌侵入中起作用。显然植物的分泌物中存在着某些物质，由于它们的存在使植物体本身具有抗病的潜在活性，这是植物体自身防御作用的机理之一。冯洁等（1991）研究了棉花抗、感品种的病、健株根分泌物中氨基酸及糖分含量的变化及其对枯萎菌孢子萌发的影响。结果表明，抗病品种健株根分泌物中，含有7～8种氨基酸，总量分别为1.40nmol和1.33nmol。感病品种根分泌物中，含有1～4种氨基酸，总量分别为0.43nmol和1.02nmol。接种枯萎菌后，棉花抗、感品种根分泌物中，氨基酸种类均达到17种，抗病品种根分泌物中，氨基酸总量为152.40～160.30nmol。感病品种为216.10～239.98nmol。感病品种根分泌物中氨基酸总量明显高于抗病品种。丙氨酸（Ala）在氨基酸总量中所占的比例最大，其次是谷氨酸 （Glu）和缬氨酸（Val），三者之和在氨基酸总量中所占的比例抗病品种为60%～75%，感病品种为59%～64%。天冬氨酸（Asp）和谷氨酸（Glu）是植物及病原物体内代谢的重要氮化物。感病品种接菌后根分泌物中，这两种氨基酸的含量比抗病品种高，这可能对病原菌利用它们构建体内其他重要化合物是有利的。枯萎菌孢子在抗病健株根分泌物中，萌发率在22.4%～26.3%，接近清水对照，没有刺激孢子萌发的作用，在感病健株根分泌物中，孢子萌发率在34.9%～57.7%，比对照高10.2～33个百分点，说明感病品种健株根分泌物可刺激孢子萌发。接枯萎病菌后，抗、感品种根分泌物均可刺激孢子萌发，萌发率在65.4%～72.0%，比对照高40.7%～47.3%。孢子在不同氨基酸溶液中萌发，在Gly.Ala、Ser、Ghl中，孢子萌发百分率最高（61.0%～74.5%），其次是Asp、Phe，Thr、Pro、Val、Cys萌发率在30.2%～58.4%，也具有刺激孢子萌发的作用，在Arg、Met、Leu中，萌发率接近清水对照（22.6%～27.7%），只有His具有抑制孢子萌发的作用（17.2%）。棉苗健株根分泌物中，总糖含量很低，用薄层层析法检测不到果糖和葡萄糖。接菌后总糖含量与健株相比有大幅度增加，并可检测到果糖和葡萄糖。抗病品种的果糖含量分别为23.70%～25.7%和2.69%～3.02%；而感病品种果糖和葡萄糖的含量分别为25.20%～25.60%和1.82%～1.92%。抗病品种的葡萄糖含量略高于感病品种（冯洁等，1991）。由于棉花根分泌物的成分非常复杂，其作用在土壤中又受其他诸多因素的影响，进一步研究这一问题，对探明枯萎病生态抗性机制是必要的。棉枯萎病菌主要存活于土壤并从根部侵入，根际则是病菌侵入根系的必然通道。而根际微生物是一个极其庞大的群体，其区系各成员对病菌的反应也各不相同，有些表现为抑制作用（包括营养竞争、拮抗、寄生、捕食等），有些表现为促进作用（包括促进萌发，促进生长，协助侵入等），有些则表现关系不大，根际微生物区系的组成不同，对病菌总的反应也就不同。因此，弄清根际微生物的区系组成（包括种类、种数、优势种等），对于抗病机制的研究及生物防治都具有十分重要的理论意义，对于开发土壤微生物资源也有较为重要的作用。李洪连等（1990、1991、1992）对棉花抗、感枯萎病品种根际微生物种类、数量及其抑菌作用进了研究。研究结果指出：①棉花抗、感枯萎病品种根际微生物数量存在着明显差异。抗病品种根际微生物数量显著多于感病品种，其中，又以根际真菌数量更为明显，两类品种之间的差异达到极显著水平，两类品种之内无明显的差异。在根际细菌数量方面，根际放线菌数量，均为抗病品种的数量多于感病品种。这个结果表明，棉花品种对枯萎病的抗性与根际微生物数量之间存在着密切的关系，抗性愈强，根际微生物群体数量愈大（表3-21）。②棉花抗、感枯萎病品种根际真菌区系组成十分复杂，且差异十分明显。抗、感病品种的各类真菌中，以青霉属（Penicillum）、曲霉属（Aspergillus）、镰刀菌属（Fusarium）等种数较多。不同的棉花品种其根际真菌属数、种数、种类及优势种均不相同，每个品种都有自己独特的根际真菌区系组成。一般来说，抗病品种根际真菌种数较多，抗病品种86-1和豫棉7号分别共分离出19属35种和14属30种根际真菌，其根际真菌优势种多为曲霉（Aspergillusspp.）、青霉（Penicillumspp）、疣孢漆斑菌（Myrithecium verracaria），而感病品种冀棉7号和河南69分别共分离出14属30种和13属27种根际真菌，其优势种则为粉红粘帚霉（Gliocladium roseum）、双胞镰刀菌（Pusarium dimerum）、黑根霉（Rhizopus nigicans）等。播期品种生育期真菌平均值及差异比较放线菌平均值及差异比较细菌平均值及差异比较春播861（抗病）冀棉7号（抗病）河南69（感病）鲁棉1号（感病）2～3叶期11.886～7叶期28.34现蕾期13.152～3叶期12.566～7叶期23.95现蕾期13.002～3叶期6.036～7叶期6.99现蕾期6.362～3叶期7.496～7叶期5.36现蕾期5.6017.79aA16.50aA6.46bB6.15bB7.6323.3228.846.2813.4412.444.4913.3010.873.7910.367.9619.93aA10.72bB9.55bB7.37bB13.2719.39102.134.2312.8092.022.986.4656.936.0514.2759.2744.93aA36.36abAB22.12cB26.53bcB表3-21 棉花抗、感枯萎病品种根际微生物数量（106个/克土）播期品种生育期真菌平均值及差异比较放线菌平均值及差异比较细菌平均值及差异比较夏播861（抗病）冀棉7号（抗病）河南69（感病）鲁棉1号（感病）2～3叶期22.556～7叶期27.11现蕾期36.392～3叶期18.376～7叶期29.07现蕾期28.172～3叶期10.146～7叶期15.88现蕾期19.842～3叶期8.666～7叶期9.44现蕾期13.7328.68aA25.20aA15.59bB10.61bB13.6914.7016.508.7012.8912.034.146.065.624.944.624.4714.96aA11.21bB5.27cC4.68cC21.7478.45141.658.4751.5998.0612.1537.8590.936.4254.3993.0780.61aA52.71bB46.98bB51.29bB表3-21 棉花抗、感枯萎病品种根际微生物数量（106个/克土）（续）-1棉花抗、感枯萎病品种在相同条件下根际微生物种类和数量明显不同，其原因可能是由抗、感品种根系分泌物和脱落物的不同而导致的。如果根际内微生物数量较多，就会对枯萎病菌的侵入产生较大的抑制作用，使病菌难以侵入，从而使棉株表现为抗病。当然，这种影响除决定于根际微生物的数量外，还与微生物的种类及对枯萎病菌的抑菌作用强弱有关。综上所述，棉花枯萎病的抗病机制是一个非常复杂的问题，涉及的因素众多。如果强调某一方面的作用，难免有一定的局限性。抗病、耐病和感病品种不仅在受到病原物侵入前就存在差异，而且更重要的是染病后抗性与其产生抗性机制的速度和程度的差异。如果将有关联的作用有机地联系起来，开展综合研究，可能更有助于深入地认识棉花对枯萎病的抗病机制。

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。

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。

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。

云斑鳃金龟（Polyphylla laticollis Lewis），鞘翅目（Coleoptera），金龟科（Scarabaeidae）。我国除西藏、新疆未见报道外，其余各省（区）均有发生。国外朝鲜半岛、日本也有发生。成虫和幼虫均可为害。成虫取食高粱、玉米等禾本科作物及树木的叶片，尤其喜食细嫩柳枝的表皮及松树的针叶。幼虫为害果树、苗木和多种粮食作物的地下部分（根、茎）。严重发生年份可全生长季为害，严重受害地块可造成绝产。图3-29 云斑鳃金龟为害状（苗根被切断）（张治良摄）成虫体长28～41mm，宽14～21mm，体多呈暗褐色少数红褐色，上覆白色、黄色鳞毛组成斑纹。足、触角、鳃片为暗红褐色。雄虫触角鳃片部7节，大而弯曲，长大约为前胸背板长的1.25倍；雌虫触角鳃片部6节，小而直。头除覆有黄色鳞毛外，在额区还有竖立的长黄细毛。前胸背板前半部中间具2个窄而对称、由黄鳞毛组成的纵带斑，其两侧有2～3个纵列毛斑。覆在鞘翅上的鳞毛，组成云状斑纹。前足胫节外齿雄2雌3，中齿显近顶齿。老熟幼虫体长60～70mm，头宽9.8～10.5mm。肛腹片后部覆毛区中间的刺毛列，每列多为10～12根小短锥状刺毛，两列刺毛多整齐平行排列；刺毛列长度未达到覆毛区钩毛群的前缘。蛹体长49～53mm。触角雌、雄异型。发音器2对，位于腹部第4、5节和第5、6节背板中央节间处，腹部第3～6 节背部中央（即发音器外侧处）各具1对弧形凹陷。尾节近三角形，尾角尖锐，呈锐角岔开。雄蛹尾节腹面具2个纵向瘤突，雌蛹尾节腹面平坦。云斑鳃金龟在我国北方4年完成1代。以幼虫越冬。幼虫历期600余天，以第二年秋季和第三年秋季为害重。成虫盛发期在7月。成虫有假死习性，趋光性强，尤其是雄虫。成虫活动可分前、后两段，前段昼伏夜出，后段白天取食，夜间迁飞。图3-30 云斑鳃金龟（左：成虫♂；右：成虫♀）（张治良摄）图3-31 云斑鳃金龟（左：幼虫；右：蛹）（张治良摄）参见东北大黑鳃金龟防治。

在引起植物病害的几类病原物（真菌、细菌、病毒、线虫和寄生种子植物）中，细菌的重要性仅次于真菌和病毒，迄今已明确引起植物病害的细菌达300多种。高粱上已报道有几十种细菌病害，细菌性条纹病、细菌性条斑病、细菌性茎腐病和细菌性斑点病等在世界上发生普遍，为害严重。细菌性病害症状复杂多样，有的易与真菌和病毒病害及一些生理病害的症状混淆，难以区别。因此，细菌病害的诊断和鉴定，除观察比较症状特点外，还需通过病原细菌的细胞形态、菌落形态、生理生化特性以及DNA探针技术、基因序列分析技术进行鉴定。高粱细菌性条纹病广泛分布于亚洲、北美、南美、非洲、欧洲，在前苏联、印度、中国、日本、苏丹、澳大利亚及东南亚等许多种植高粱的国家均有不同程度发生，局部地区已造成严重损失。目前，许多国家将高粱细菌性条纹病列为检疫对象。高粱细菌性条纹病主要为害高粱叶片和叶鞘，也可为害籽粒、花梗和花序、茎秆。该病害主要特点是病菌侵染叶片产生条纹状病斑，偶见产生斑点症状。病斑条纹状，宽1～3mm，延伸于叶脉间，条件适宜时，病斑可扩展长达200mm。病斑颜色因品种而异，在多数品种上呈深红褐色或紫褐色，少数品种上为黄色、黄褐色，病斑上常见有菌脓溢出，具有光泽，油渍状。高粱细菌性条纹病的致病菌为高粱假单胞杆菌〔Pseudomonas andropogonis（E.F.Smith）Stapp，异名Bacterium andropogonis E.F.Smith〕，属细菌薄壁菌门假单胞杆菌属。图1-152 叶片条纹状病斑（左：前期；右：后期）菌体短杆状，两端钝圆，大小为1.0～1.2μm×0.5～0.8μm，1～2根极生鞭毛，无荚膜，无芽孢，革兰氏染色阴性，好气性。积累多聚-β-羟（基）丁酸酯。在King's B琼脂培养基上不产生荧光色素、果聚糖，氧化酶和精氨酸双水解酶反应阴性。在肉汁胨平板培养基上，菌落圆形、白色，稍有光泽，边缘整齐，光滑，半透明，稍隆起，培养基不变色。在肉胨液体培养基上生长缓慢，菌量少，稍混浊，表面无菌膜，底部稍有沉淀。在酵母浸汁液葡萄糖碳酸钙琼脂培养基上菌落奶油色。明胶不液化，不水解淀粉，不产生果聚糖。甲基红和VP试验阴性。接触酶阳性，石蕊牛乳变蓝、不凝固。病菌生长温度5～38℃，最适为22～28℃，40℃不生长，致死温度为50℃。适宜病菌生长的pH值为5～8。接种烟草出现过敏反应。除高粱外，病菌尚可侵染高粱属的一些种类，如苏丹草和约翰逊草等。图1-153 病叶组织切片（菌溢）病菌可在病株残体和带菌种子上，也可在杂草和再生高粱植株上越冬，成为翌年的初侵染菌源。带病种子是病害远距离传播的重要途径。在田间病菌借助风雨、昆虫或农事操作传播。病菌菌体可通过水孔和气孔侵入寄主叶片引起发病。连续高湿和温暖天气有利于病害流行，相对湿度90%以上和昼夜温度24～30℃最有利于发病。高粱品种间抗病性差异明显。1.种植抗病品种 选用抗病品种是防治该病害的重要措施。在各种类型的高粱品种中均可选育出抗病性良好的品种。2.种子消毒 种子于60～70℃干热处理1h，可杀死种子内外携带的病原细菌。也可采用抗菌素药液变温浸种法，利用二者的协同作用杀死病菌。也可采用环氧乙烷熏蒸，可杀死种子内外全部细菌，但此法对种子发芽有明显影响，故只能用于非种子用的高粱。3.农业措施防治 加强栽培管理，减少越冬菌源。秋后及时深翻土壤，将病株残体深埋于土壤中以减少菌源。4.药剂防治 对高粱叶甲等媒介昆虫及早喷洒杀虫剂进行防治。植株发病初期可喷洒农用链霉素，对该病有一定的控制作用。细菌性红条斑病发生于世界各地高粱产区，中国、印度、菲律宾、美国、澳大利亚、墨西哥、尼日利亚等国均有不同程度发生，个别国家或地区发病严重。细菌性红条斑病主要为害叶片和叶鞘。叶片受害，初在叶脉间生出水渍状、红褐色小条斑，逐渐扩大，呈间断出现的长卵形、长条形病斑，中心黄褐色坏死，边缘红色。病斑常汇合成斑块扩及大半叶片，在叶片两面的病斑上有大量黄色小粒状菌脓溢出，干燥后变为鳞片状薄层。不同寄主上表现的症状有差异。在某些基因型高粱品种上表现的症状颇似高粱红条病毒病症状，而后者在叶片两面的病斑上无黄色菌脓或鳞片状薄层。图1-154 叶片条纹状病斑（左：初期；右：后期）图1-155 叶片上薄膜状干燥菌痂细菌性红条斑病致病菌为野油菜黄单胞杆菌高粱致病变种〔Xanthomonas campestris pv.holcicola（Elliott）Dye〕，属细菌薄壁菌门黄单胞杆菌属。菌体短杆状，大小0.5～0.9μm×1.1～2.4μm，单生、双生或短链状，有荚膜，无芽孢，1～2根极生鞭毛，革兰氏染色阴性，好气性。在肉汁胨琼脂平板培养基上，菌落圆形、瘤状、有光泽、平滑，初透明，后呈蜡黄色，不透明，边缘整齐。明胶缓慢液化，七叶灵水解，淀粉水解。牛乳澄清但不凝固，硝酸盐不还原。能产生氨和硫化氢，不产生吲哚。酯酶阳性，氧化酶、脲酶、精氨酸双水解酶和VP反应均为阴性。能利用葡萄糖、蔗糖、甘露糖、阿拉伯糖、半乳糖、海藻糖、纤维二糖、果糖等产酸而不产气体。能利用柠檬酸钠、乙酸钠、乳酸盐产碱。不能利用鼠李糖、菊糖、山梨醇、甘露醇、水杨苷、肌醇、酒石酸盐和苯甲酸盐。图1-156 病叶组织切片（菌溢）适宜病菌生长的pH值为5.5～9.0，最适pH值为7.0～7.5。适宜生长温度为28～30℃，最高36～37℃，最低约为4℃，致死温度51℃。采用生理生化检测方法不能精确地将该细菌种与Xanthomonas campestris 中其他致病变种区分开，用血清学和基因序列分析鉴定是可行的。1987年Claflin等研究提出的MXP半选择培养基，可用于快速分离鉴别Xanthomonas campestris pv.phaseoli。在病原细菌中存在致病性分化，表现在对不同的高粱品种的病斑型反应不同的致病专化型。该病菌除为害高粱外，尚能侵染玉米及高粱属的苏丹草、帚用高粱和约翰逊草。病菌在病株残体上越冬成为第二年的初侵染菌源。带菌种子和病株残体可能是远距离传播体。田间病菌借风雨传播，侵染植株引起发病。温暖高湿的天气有利于传播发病。1.种植抗病品种 高粱品种间抗病性差异明显，病害常发区应种植抗病品种。2.农业措施防治 秋收后清除田间植株病残体，深翻土壤，减少菌源；轮作倒茬可有效减轻病害的发生。细菌性斑点病分布于世界各地种植高粱的国家，如中国、印度、美国、墨西哥、阿根廷、匈牙利、南斯拉夫、罗马尼亚、保加利亚、意大利、前苏联和西非的许多国家。在保加利亚的苏丹草上，遇有利的气候条件可暴发流行，严重为害叶片。近年来，高粱细菌性斑点病在我国东北、华北的高粱产区发生普遍，局部地区为害较重。高粱细菌性斑点病主要为害叶片、叶鞘和籽粒。图1-157 植株被害状病斑圆形或椭圆形，水渍状，直径2～5mm，初呈暗绿色，后中部变淡，边缘红色或红褐色，有黄色晕圈。潮湿时有菌脓溢出，干燥后呈薄膜状。病斑多时常汇合连片，导致叶片局部或全部枯死。该病在不同品种上的症状表现有差异。病斑有时颇似一些真菌引起的病害、药害或生理性斑点的症状。图1-158 叶片上病斑（左：初期；右：中期）图1-159 叶片病斑（晕圈）细菌性斑点病致病菌为丁香假单胞杆菌丁香致病变种（Pseudomonas syringaepv.syringae van Hall，异名Pseudomonas syringae van Hall），属细菌薄壁菌门、假单胞杆菌属。菌体短杆状，大小0.6～0.7μm×1.2～1.8μm，单生，双生或呈短链状。有荚膜，无芽孢，1～4根极生鞭毛。革兰氏染色阴性，好气性。不具有聚-β-羟（基）丁酸酯积累。在肉汁胨琼脂培养基上菌落圆形，淡灰白色，黏稠光滑或稍有皱褶，凸起，半透明，边缘整齐。在肉汁胨液体培养基上生长良好，混浊，有菌膜和颗粒体。在King's B琼脂培养基上产生荧光色素。明胶液化迅速，牛乳澄清不凝固。不产氨、硫化氢和吲哚。淀粉水解弱、产生果聚糖。精氨酸双水解酶、氧化酶和酯酶均为阴性。能利用葡萄糖、半乳糖、果糖、甘油、甘露糖、木糖等产酸而不产气。不能利用麦芽糖、乳糖、鼠李糖、棉籽糖、海藻糖和酒石酸盐。能利用甜菜碱、肌醇和山梨醇产碱。图1-160 病叶组织切片（菌溢）病菌生长最适温度25～30℃，最高35℃，最低0℃。病菌寄主范围很广，可侵染多数单子叶和双子叶植物，除高粱外尚有苏丹草、约翰逊草、珍珠粟和谷子等多种作物。病菌在遗落于土壤中的病株残体内越冬，也可以种子带菌越冬，成为翌年的初侵染菌源。带菌种子是远距离传播体。在高粱生长季，田间借风雨传播。在干种子上细菌至少能存活3个月。带菌种子发芽3天后，在种皮内、胚根鞘末端和种胚表面可有大量病原细菌，7天后整个种子上都有细菌。病菌通过伤口、气孔和水孔侵入植株体内。潜育期很短，仅2～3天。初始细菌在细胞间活动，后迅速破坏寄主组织进入细胞内。病害发生最适温度12℃。低温、多雨高湿天气病害扩展迅速。高粱和苏丹草全生育期均易感病。高粱品种间抗病性差异明显。1.选用抗病品种 因地制宜选择种植抗病或耐病品种。2.农业措施防治 减少越冬菌源，秋后及时深翻土壤，将病株残体深埋于土壤中以便减少菌源。建立无病留种田，种植无病菌种子。3.药剂防治 可用50～100μg/g链霉素溶液浸种30～60min，经水洗后晾干播种。高粱细菌性茎腐病最早在美国、加拿大、印度和非洲等地有发生，目前已广泛分布于全世界高粱产区。在我国，一些高粱种植区有发生，局部地区发生较重。植株被侵染后，主要在高粱生长中期发病，中部节位发生腐烂，导致茎秆折断，造成直接的生产损失。在病害常发地块，高粱生长前期即可引起植株近地表茎节腐烂，造成植株枯死。因此，细菌性茎腐病在个别高粱产区对生产具有一定威胁。高粱细菌性茎腐病主要发生在高粱生长中期，症状出现于植株茎秆中部节位。图1-161 心叶枯萎图1-162 茎秆及叶鞘腐烂发病初期，在茎节上产生水浸状褪绿斑块，病斑迅速扩大，变为褐色软腐状；茎秆内髓组织分解和茎表皮腐烂，导致茎秆折断；病株表现心叶卷裹呈鞭状或鼠尾状，卷裹处腐烂。有时植株下部叶片正常，上部4～5片叶死亡，死亡叶片易于拔出，叶底部腐烂。病株根系发育不良、须根减少，茎基部水浸状腐烂。叶鞘上病斑不规则形，边缘红褐色。发病部位因细菌的大量繁殖和高粱组织分解产生的一些物质而散发出明显的臭味。在南方一些地区，由于田间病菌数量大，病害在高粱苗期即可发生，引起根、茎基部腐烂，直接造成幼苗枯死。图1-163 植株茎秆腐烂、心叶枯死图1-164 心叶卷裹（左）；叶片坏死斑（右）图1-165 茎秆腐烂（剖面图）该病与腐霉菌引起的茎基腐病症状相似，两者极易混淆。主要区别：细菌性茎腐病主要发生于植株心叶、茎秆和叶鞘上，腐烂组织有臭味；腐霉菌茎基腐病叶鞘病斑无红褐色边缘，组织软化后略有酒糟味；潮湿时腐霉菌茎基腐病病斑上形成白色霉层。高粱细菌性茎腐病的致病菌为菊欧文氏菌〔Erwinia chrysanthemi Burkholder，McFadden&Dimock，异名E.chrysanthemi pv.chrysanthemi Burkholder，McFadden&Dimock；E.chrysanthemi pv.zeae（Sabet）Victoria，Arboleda&Munoz；E.carotovora subsp.carotovora（Jones）Bergey et al.〕，属细菌薄壁菌门欧文氏杆菌属。菌体短杆状，大小1.0～3.0μm×0.5～1.0μm，周生鞭毛，无荚膜，无芽孢，革兰氏染色阴性，在孔氏液里不生长，费美液生长差，Koser液生长良好。菌落圆形，乳白色，稍透明。在E.M.B培养基上菌落中央淡褐色，边缘紫红色，无金属色泽。Endo培养基上菌落中央淡褐色，边缘红色，无金属色泽。在PDA培养基（pH值5.5）培养3～6天，菌落边缘皱褶，似炸鸡蛋状。耐盐性＞26%。病菌生长适温32～36℃。硝酸盐还原，能液化明胶，产氨，不产生硫化氢，不水解淀粉，不产生吲哚，不分解脂肪，甲基红测验阴性，VP测验阳性，石蕊牛乳酸性反应，凝固，底层石蕊还原。在葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、半乳糖、果糖、木糖、阿拉伯糖、鼠李糖、甘露糖、水杨苷里产酸和产气，在甘油里只产酸。图1-166 病叶组织切片（菌溢）病菌寄主范围广泛，能侵染多种单子叶和双子叶植物。病菌在土壤中的植株病残体上或种子上越冬，成为第二年初侵染菌源。病菌通过叶片、叶鞘或茎秆的气孔或伤口侵入植株体内引起发病。病菌侵染温度为26～36℃，最适温度32～35℃。重施苗肥或偏施氮肥发病较重；反之，前期适量施氮肥，增施磷钾肥则发病较轻。田间植株密度大，引起植株徒长，遮阳严重，株间郁密高湿发病重。高粱螟虫和叶甲等为害严重的地块发病重。高粱品种间抗病性差异很大。1.种植抗病品种 在病害常发区，应种植在当地表现抗细菌性茎腐病的品种。2.农业措施防治 秋收后清除田间植株病残体，减少菌源；合理施肥，避免偏施氮肥，改善田间通风条件和降低湿度，提高植株抗病性。3.药剂防治 在发病初期，及时喷施抗菌素，如农用链霉素、农抗120等，有一定防治效果；播种前用抗菌素浸种，对于控制经种子传播的病原菌有显著效果。

自1923年Brandes首次报道由甘蔗花叶病毒（SCMV）侵染高粱引起病毒病以来，迄今世界上已报道有18种病毒为害高粱。病毒病主要引起寄主变色、组织坏死，改变生长代谢等，表现有多种症状，如斑驳、褪绿、黄化、红化，叶、茎秆和花梗坏死，矮化、丛生、分蘖增多和小花败育等。由病毒引起的褪绿症状易与生理病害、遗传病害和药害症状混淆，诊断时应予以注意。花叶和斑驳症状多在幼叶或分蘖上表现，坏死症状易与药害或由其他病原引起的症状相混淆。病毒侵染后高粱植株常出现矮化和萎缩症，矮化是植株节间明显缩短，缩短程度与病毒侵染时期有关。遭受干旱、水淹、营养不良、根腐和线虫为害也可引起矮化或萎缩。病毒侵染后还能引起植株开花延迟，一般延迟1～12天。高粱受病毒侵染植株多表现为系统侵染症状。病害症状可作为病毒病害诊断、鉴定的依据，但不完全可靠。指示植物和寄主范围也是病毒初步鉴定的重要参考指标。采用电镜观察、血清学测定及核酸序列分析是鉴定病毒种类的理想方法。病毒粒体形态多样，有多面体或似平面球状、弹形、杆状等。杆状病毒长度为100～200nm，多面体病毒直径为18～70nm。接触或摩擦造成的伤口，以及通过人为、机械、昆虫、节肢动物、线虫造成的伤口，均可为病毒侵染提供条件。此外，病毒也可借助于真菌、寄生种子植物、带毒种子和花粉进行传播。高粱病毒以机械摩擦接种能感染植株所有组织细胞，以昆虫传播的病毒多限于侵染韧皮部组织细胞。在高粱上发生的18种病毒病中，有9种可在人工接种条件下发病。近年来，我国高粱病毒病有加重为害趋势，是高粱生产中不容忽视的问题。高粱红条病毒病是世界性重要的高粱病害，在美国、南美和欧洲一些国家、澳大利亚等地发生流行严重。在高粱3叶期以前感病毒的品种受害较重，可造成减产50%以上。该病害在我国高粱产区发生普遍，局部地区为害严重。1996年辽宁省高粱红条病毒病暴发流行，严重地块发病率高达80%～90%，甚至造成毁种。红条病毒病在高粱整个生育期均可发生，为害叶片、叶鞘、茎秆、穗及穗柄。图1-167 叶片花叶及坏死斑 （左：前期；中：中期；右：后期）图1-168 茎秆、叶片和叶鞘上红褐色病斑初期病株心叶基部细脉间出现褪绿小点，断续排列呈典型的条点花叶状，后扩展到全叶，叶色浓淡不均，叶肉逐渐失绿变黄或变红，成紫红色梭条状枯斑，病斑易受叶脉限制，最后呈“红条”状。严重时红色症状扩展相互汇合变为坏死斑，多在叶尖向叶基部扩展。重病叶全部变红褐色，组织脆硬易折，最后病部变紫红色或灰褐色干枯。在植株近成熟时多数品种叶片上症状不明显，但茎秆上常出现红褐色或黑褐色长条形斑。被害植株常表现矮化，其矮化程度取决于病毒侵染时植株的生育阶段、病毒株系和品种或杂交种的感病性。病株分蘖数、穗数、穗的长度、每穗粒数和大小均有所减少。红条病毒病致病毒原为玉米矮花叶病毒（Maize Dwarf Mosaic Virus，MDMV），属马铃薯Y病毒组（Potyvirus）。病毒粒体线条状，略弯曲，长度为750nm，直径13nm。紫外吸收光谱为典型的核蛋白吸收光谱，A260/A280比值为1：22，病毒核酸含量约为5%。衣壳亚基蛋白分子量约36400Da。在病叶细胞里可见大量风轮状内含体、片状集结体和病毒粒体。图1-169 病毒粒体形态在高粱汁液中钝化温度为54℃，稀释限点为10-3，体外存活期3天。因本病毒与甘蔗花叶病毒（SCMV）有血清反应关系，所以，一些学者将该病毒作为甘蔗花叶病毒J株系，或作为甘蔗花叶病毒的约翰逊草株系。玉米矮花叶病毒有6个株系，即A、B、D、E、F和O株系。在田间仅见A和B株系，这两个株系主要以寄主范围、血清学比较和介体昆虫专一性来区分，A株系能侵染约翰逊草，而B株系不侵染约翰逊草。该病毒对许多一年生和多年生植物如玉米、谷子、帚用高粱、苏丹草和约翰逊草等均可侵染发病。约翰逊草是病毒的越冬寄主，病毒主要生存于约翰逊草的肉质根茎里，第二年从带毒地下根茎上长出新芽，然后通过蚜虫取食带毒新芽进行传播。高粱种子和高粱柄锈菌的夏孢子也能传带病毒引起发病，形成病毒中心株。玉米田带毒蚜虫迁移到高粱田引起发病。蚜虫是田间病毒传播的主要媒介，传毒蚜虫有20余种，主要由麦二叉蚜（Schizaphis graminumRondani）、高粱蚜（Melanaphis sacchariZehntner）粟缢管蚜（Rhopalosiplum padiL.）、玉米蚜（R.maidis Fitch）、桃蚜（Myzus persicaeSulzer）等以非持久性方式传播。蚜虫在病芽上吸食15s至1min即能获得病毒。蚜虫可短距离迁飞，也可借风力飞到100km以外。汁液摩擦可传毒。温暖和干燥季节有利于蚜虫的繁殖和迁飞。在生长季里成蚜出现早、发生量较大的地区发病严重。品种间对该病害表现不同的抗性。此外，耕作与栽培管理对病害发生影响较大，平肥地植株生长健壮，发病轻；山坡、路边地植株长势不良，发病重。高粱红条病毒病防治应采取选用抗病品种、加强栽培管理、提高植株抗病性等农业措施防治为基础，以治蚜防病、清除毒源等为中心的综合防治措施。1.种植抗病品种 选用抗病品种是防治高粱红条病毒病的根本途径，各地应加强抗病品种应用。2.农业措施防治 加强中耕除草，减少侵染源，注意水肥管理，提高植株抗病性。3.治蚜防病 及时防治蚜虫是预防高粱红条病毒病发生与流行的重要措施。治蚜必须及时、彻底，消灭初次侵染来源。药剂可选用40%乐果乳油稀释100倍涂茎，也可用2.5%溴氰菊酯或20%杀灭菊酯喷雾。Brandes于1923年首次发现甘蔗花叶病毒侵染高粱，此后，还发现该病毒也能侵染约翰逊草和突尼斯草。甘蔗花叶病毒病主要分布于欧洲、亚洲、澳大利亚、北美、中美和南美洲等地的许多国家。在不同地区造成的损失程度不同，以高粱与甘蔗混种的地区发病较重。甘蔗花叶病毒病症状多样，高粱品种、病毒株系和发病温度不同病害症状表现各异。病株叶片呈淡绿色斑驳和花叶，病斑常表现红色斑。被害植株矮化，花期延迟，叶面积、穗长度、小穗数及每穗籽粒数明显减少，产量降低。图1-170 甘蔗花叶病毒为害症状甘蔗花叶病毒除侵染高粱和甘蔗外，还为害玉米、谷子、小麦、大麦、黑麦和水稻，主要症状表现为斑驳和花叶。甘蔗花叶病病原为甘蔗花叶病毒（Sugarcane Mosaic Virus，SCMV），属于马铃薯Y病毒组。甘蔗花叶病毒粒体曲杆状，大小13nm×750nm，有风轮状内含体。在禾本科寄主植物上以汁液传播，蚜虫是主要传毒媒介昆虫，病毒的致死温度为56℃。该病毒以寄主范围和在寄主植物上的反应类型划分为13个株系。高粱品种MN-1954、Sart、Rio、Kafir60和Atlas对病毒A、B、D、E和H株系有鉴别作用。病毒E株系在Atlas 和Kafir60 组配的杂交种上表现为局部斑症状。图1-171 甘蔗花叶病毒粒体（电镜照片）血清学测定结果表明，A、B和D株系为同一组，H和I株系为另一组，株系J在第三组。H株系能侵染约翰逊草，但发病较轻，而A、B和D株系则不能侵染约翰逊草。甘蔗花叶病毒寄主范围广，能侵染多年生和一年生杂草。甘蔗花叶病毒在甘蔗、野生高粱或多种多年生杂草病株上越冬，田间自然传病毒媒介主要有褐棘胫蚜（Dactynotus ambrosiaeFitch），绣李蚜（Hysteroneura setariaeThomas）和麦二叉蚜（Schizaphis graminumRondani）等。蚜虫从病株上刺吸30s至1min即可获毒，为非永久性传毒，长时间刺吸或饲养有降低蚜虫传毒趋势，1头蚜虫刺吸1次可侵染1株高粱，刺吸传毒1株健康植株后即失去再传染的能力，再刺吸病株后才能继续传毒。蚜虫最初先从甘蔗和多年生杂草上获得病毒，成为传毒介体，然后在植株间或地块间进行传播。带毒蚜虫可借助于气流进行远距离传播。高粱品种间抗病性差异明显，Martin和Wiley品种对病毒各株系表现抗性，New Mexico31、Atlas和Redlan品种表现高度感病。1.选用抗病品种 应用抗病品种是防治病害的根本途径，病害发生区应因地制宜选择种植抗病品种，减轻病害损失。2.控制蚜虫，减少毒源传播 高粱苗期注意蚜虫防治，消灭传毒蚜虫。3.农业措施防治 调节播期，使高粱苗期避开蚜虫迁飞高峰；结合间苗，及时拔除病苗；控制制种田的花叶病毒病，降低种子带毒率。高粱条斑病毒病于1901年在美国发现为害玉米，被称作“玉米斑病”；1928年被更名为“玉米条斑病”，该病一直是美国玉米上的重要病毒病害。其后在非洲一些国家、亚洲的印度等地发现该病毒为害高粱，并造成严重的产量损失。在我国高粱田间可见该病害的症状发生，但有关该病的研究报道甚少。在植株幼小叶片上初现圆形、黄褐色、灰白色的分散小斑点，直径0.1～2mm，后延长并融合成长的不连续的褪绿条斑，均匀地分布于整个叶面。使叶片呈现沿叶脉褪绿，形成断续的黄色或红褐色条纹，与正常叶脉颜色呈鲜明对比。高感品种早期侵染的植株茎节间缩短，叶片变小，穗小，籽粒不饱满，严重影响产量。不同高粱品种上症状表现有差异，高粱品种Tx412 患病后表现叶片褪绿斑、条斑和植株矮化症状。图1-172 苗期症状图1-173 叶片受害症状 （条形斑驳）高粱条斑病毒病由玉米条斑病毒（Maize Streak Virus，MSV）侵染引起。病毒粒体等轴，直径2nm，成对，大小30nm×20nm。病毒的核酸呈环状，单链DNA。图1-174 条斑病毒粒体（电镜照片）根据病毒对寄主的专化性，已知有玉米株系、甘蔗株系和黍或稷株系3个不同的株系。该病毒除侵染高粱外，尚能侵染多种禾谷类作物及许多野生杂草。高粱条斑病毒可由叶蝉属（Cicadulina）中的姆皮拉叶蝉（C.mbila）、二点斑叶蝉（C.bipunctellazea）、尖头叶蝉（C.storeyi）、潜叶蝉（C.latens）和拟谷叶蝉（C.parazeae）5种叶蝉为传毒介体进行传播，叶蝉在生长发育各个阶段均可传播病毒。一般认为，高粱种子不带毒，但采用针刺接种病毒的种子可发病。高粱品种间抗病性存在明显差异。1.种植抗病品种 选用抗病品种是防治高粱条斑病毒病的重要途径。2.控制叶蝉，减少毒源传播 注意高粱苗期田间叶蝉防治，消灭传毒介体。3.农业措施防治 早播是重要的避病增产措施。调节播期，使高粱苗期避开叶蝉从小麦田、约翰逊草及玉米田向高粱田迁飞的高峰，尤其是夏高粱早播防病增产效果更佳。

据《中国农业年鉴》统计，截止到1999年，我国苹果总面积为243.89万公顷，比面积最多时的1996年的298.69万公顷减少了18.35%。苹果面积连续几年虽有所减少，但总产量一直呈增长趋势。到1999年，全国苹果总产量为2080.1万吨，占世界总产量的34.55%。目前我国苹果的总面积和总产量仍居世界第一位。就苹果品种发展变化趋势而言，1980年以前，苹果的栽培品种主要以国光、金冠、元帅系普通型品种、青香蕉、大国光、青祝、红玉等为主，新品种引进推广的速度较为缓慢。进入20世纪80年代以来，随着着色系富士苹果的引入，我国苹果品种的更新换代进入了一个新的历史阶段。特别是自20世纪80年代中期至90年代，随着我国苹果生产的迅猛发展，苹果品种结构亦发生了重要变化，一批老品种如国光、青香蕉、元帅系普通型、红玉等逐步被淘汰，品种更新换代的步伐进一步加快，新优品种得以迅速发展。据统计，近20年来，我国从国外引进和自己选育的品种（品系）有200多个。引进和选育的品种（系）尽管数量很多，但目前真正用在生产实际中的品种（系）仅有10多个，主要有富士系、元帅系短枝型品种、乔纳金、嘎拉系、秦冠、华冠、藤牧1号、美国8号、千秋等。在引进和自选品种中，发展最快、栽培面积最大的品种为富士系。据1998年统计，全国富士系栽培面积近133万公顷，占全国苹果总面积的50%以上。苹果生产大省富士系栽培面积的比例更大，例如陕西约为60%，山东为60.1%，山东烟台则高达73.9%。由此可见，我国目前无疑已成为世界第一富士苹果生产大国。其次是以新红星为主的元帅系短枝型品种，占总面积的15%左右。秦冠是我国自育品种中栽培面积最大的品种，陕西栽培面积最大，曾占陕西苹果面积和产量的50%左右。近年来秦冠栽培面积逐年下降，但目前仍占陕西省苹果总面积的20%左右。另外，山西、湖南、甘肃等省亦有较大的栽培面积。近年来嘎拉系在全国各主要产区发展势头较好，已初步形成了一定的生产规模，其中以山东和陕西发展速度较快。其他引进新品种如藤牧1号、美国8号、珊夏等在生产中虽有栽培，但目前尚未形成规模。根据上述苹果品种发展现状分析，虽然我国苹果品种更新换代和调整的步伐在逐步加快，新优品种得到了较快发展，但目前仍存在着许多不容忽视的问题，主要表现有以下几个方面。20世纪90年代初期，受苹果“比较效益高”的利益驱动，我国一些苹果非优生区也在大面积盲目地发展苹果，从而导致全国苹果面积迅猛增长。据统计，从1990～1995年，全国苹果面积由163.1万公顷增长到269万公顷，增长了64.9%。这些地区由于自然生态条件差，所产苹果质量差，效益低下。特别是在苹果产销形势发生变化、市场竞争日趋激烈的情况下，这些产区的产销矛盾更加突出，销售难度进一步加大，效益愈来愈差甚至入不敷出。虽然经过90年代后期的大幅调减，但目前非优生区仍有一定的栽培面积，因而影响了苹果的总体质量和效益。例如，陕西省现有苹果总面积为42万公顷，其中优生区面积30.7万公顷，占全省苹果面积的73%，适宜区面积6.2万公顷，占全省苹果面积的15%，非适宜区和次适宜区仍有苹果面积5万公顷，占全省苹果面积的12%。针对这个问题，急需加快调整提高，使其向优生区集中。在20世纪80年代末至90年代初苹果大发展过程中，全国各产区几乎都青一色栽种晚熟品种，且晚熟品种中都是单一的红富士，中熟品种发展相对较慢，并且是单一的元帅系短枝型品种，早熟品种则发展极少，从而导致苹果品种结构比例失调，形成了“早熟极缺，中熟单一，晚熟过多”的畸形结构。例如，山东省苹果主产区早、中、晚熟品种比例为0.72：19.12：80.16，陕西省早、中、晚熟品种比例为3：13：84。以前由于对苗木繁育及市场经营缺乏有效地监督管理，苗圃业主、种苗中间商没有资质标准，无论有无基本的专业知识，人人均可以育苗和销售苗木。国家虽有果树苗木质量标准，但基本无法执行。因而，苹果品种“以假充真，以劣充优”的现象十分严重，造成品种（系）混杂，良莠不齐。例如，新红星、首红等元帅系短枝型品种在大发展时期，品种、苗木以假充真现象时有发生，有些果农在市场上购买的是短枝型品种，但栽植几年后却发现是乔化普通型品种。有些虽是短枝型品种，但结果后却发现果实难以正常着色，果实品质下降，影响了销售收入。再如目前栽培面积最大的红富士，也存在着品种（系）混杂的问题。同一品种的同一批苗木，栽植后的表现却五花八门，有的果实大小参差不齐，有的果形高（高桩）矮（低桩）不一，有的则着色不良，严重影响了果实商品的一致性。有些果农在选择品种时求新求异和盲从心理较为严重，往往把新品种与好品种等同起来，凡是新品种就认为一定好，越是没听说过的就越感兴趣。只要是新品种，特别是国外新品种，一经引入，未进行试验观察，就盲目发展。再加之有些果农受某些不切实际的宣传诱导，不结合当地实际便引进发展，结果造成了严重的损失。例如，20世纪80年代引进的北斗和90年代引进的北海道9号，在一些地区未经过区试就盲目发展，栽植几年后才发现品种本身有难以克服的缺点，于是不得不砍树或改接，走了许多弯路。贝拉 系美国品种。果实于6月下旬至7月上旬成熟，圆形，平均单果重150克。果实底色淡绿黄色，果面紫红色，有果粉，颇美观。果肉乳白色，风味浓甜酸，具香气。幼树生长旺盛。结果早，丰产。藤牧一号 系美国品种。果实于7月上中旬成熟，圆形，平均单果重190克。成熟时果面有鲜红色条纹和彩霞，艳丽，光洁。果肉黄白色，松脆多汁，风味酸甜，有香气。幼树生长较旺。早果，丰产。珊夏 系日本与新西兰合作选育的品种。果实于7月中下旬成熟，扁圆形，平均单果重190克。成熟时果面鲜红色至浓红色。果肉白色，硬度较大，风味酸甜，有香气。树势中等开张。早果、丰产。秦阳 系西北农林科技大学园艺学院果树研究所从皇家嘎拉实生苗中选育的品种。果实于7月下旬成熟，近圆形，平均单果重190克。果实底色黄绿，条纹红，色泽鲜艳（图2-1）。果肉黄白色，肉质细脆，风味酸甜，有香气。树势中庸，易成花。美国八号 又名华夏，系美国品种。果实于8月上中旬成熟，圆锥形，平均单果重240克。成熟时果面浓红，光洁无锈。果肉黄白色，甜酸适口，有香气。树势中等。对修剪不敏感。易成花，丰产。图2-1 秦阳苹果嘎拉 系新西兰品种。果实于8月上中旬成熟，圆锥形，平均单果重180克。成熟时果皮底色黄色，果面鲜红色，有深红色条纹。果肉乳黄色，肉质脆，汁中多，酸甜味香，品质为极上等。树势中等。结果早，丰产。优系嘎拉有皇家嘎拉（图2-2）、丽嘎拉和太平洋嘎拉（图2-3）等品种。图2-2 皇家嘎拉结果状图2-3 太平洋嘎拉苹果红津轻 系日本品种。果实于8月上中旬成熟，圆形，平均单果重200克。成熟时果皮底色黄绿，果面鲜红色，有深红条纹。果肉乳黄色，肉质松脆，甜中微酸，风味浓厚。树势强健，丰产。红王将 系日本品种。早生富士的芽变优系。果实于9月中下旬成熟，短圆形，单果重300～400克。成熟时果面鲜红色，光洁艳丽（图2-4）。果肉乳黄色，细脆多汁，甜味浓，品质优。栽培特性与富士相同。玉华早富 由陕西省果树良种苗木繁育中心从弘前富士的芽变选育而成。果实于9月中下旬成熟，圆形，单果重350～450克。果面呈条纹浓红，光洁艳丽（图2-5）。果肉淡黄色，细脆多汁，味甜微酸，品质优良。属红富士系苹果类。图2-4 红王将苹果图2-5 玉华早富苹果金冠 系美国品种。果实于9月中下旬成熟，圆锥形，单果重200克左右。成熟时果面黄绿色，贮藏后全面变为金黄色。果肉甚细，味甜带酸，清香味浓，品质极上等。树势生长中庸，结果早，丰产。金冠受药害易产生果锈。金冠的芽变品系金矮生（也称无锈金冠）以及王林等果面光洁。新世界 系日本品种。果实于9月下旬至10月上旬成熟。果实近圆形，单果重250～350克。底色黄绿，果面光洁，着浓红条纹，可全红，外观艳丽。果肉淡黄色，松脆稍韧，风味甜，有芳香。树热健旺，属半短枝类型。易成花，结果早，丰产（图2-6，图2-7）。千秋 系日本品种。果实于9月上中旬成熟。果实圆形或长圆形，单果重200～300克。底色绿黄，果面鲜红，有明显红条纹。果肉黄白色，肉质细脆，汁液多，酸甜爽口，品质上等。树势中庸，树姿开张，丰产稳产（图2-8，图2-9）。图2-6 新世界苹果图2-7 新世界结果状图2-8 千秋苹果图2-9 千秋结果状华冠 由中国农业科学院郑州果树研究所选育而成。果实于9月中下旬成熟。果实近圆锥形，果个中大，单果重180～200克。底色金黄，略带绿色，果面鲜红，有断续红条纹（图2-10）。果肉黄色，肉质致密，脆而多汁，酸甜可口，品质上乘。树势中庸，结果早，丰产性强。红富士 系日本品种。果实于10月下旬至11月初成熟，短圆形，单果重200～250克。成熟时果皮底色绿黄色，果面有条红和片红两种着色系（图2-11，图2-12）。套袋后果色更加艳丽。果肉淡黄色，细脆汁多，味甜带酸，具香气，品质极上等。树势生长中等。要求有较好的管理技术。丰产。图2-10 华冠苹果图2-11 富士苹果图2-12 弘前富士苹果优系红富士有长富2号、岩富10号、2001富士和短枝富士等。短枝富士有宫崎短富和礼泉短富（图2-13）等品种。粉红女士 系澳大利亚品种。果实于11月上中旬成熟，圆形，单果重160～200克。成熟时果皮底色为黄色，果面鲜红色，外观艳丽（图2-14）。果肉白色，肉质较硬，味甜酸。稍加存放，果味更佳。果实耐贮运。树势中等。早果，丰产。澳洲青苹 系澳大利亚品种。果实于10月中下旬成熟，圆锥形，平均单果重200克。成熟时果皮翠绿色，光洁无锈，皮厚（图2-15）。果肉绿白色，肉质脆密，汁液较多，风味酸，宜加工果汁。树势强健，树姿直立。丰产。图2-13 礼泉短富苹果图2-14 粉红女士结果状图2-15 澳洲青苹果高接换头是指将接穗嫁接在砧木树干上端或各级枝条上的一种农艺措施，是苹果品种更新改造的重要途径。它的主要特点是嫁接后能保持接穗品种的优良性状，能充分利用现有果树资源，树冠恢复快。与新建果园相比，结果早，易丰产，早受益。因此，目前已被广泛应用于苹果品种结构调整中。准备工作主要是选择、采集和贮藏好接穗。确定高接品种，应根据当地品种区域化的要求，选择适合于当前和未来市场需求的优良品种。可参照前述的品种和优良品种介绍选定高接品种。春季高接所用接穗，应在冬季修剪时结合修剪采集。采集接穗应选择健壮、无病虫害，特别是无病毒病的正常结果期树作为采穗母树，最好以无毒树作为母树。在母树上采取生长健壮、芽子充实饱满的1年生枝条，一般不宜采用幼树的枝条或徒长枝。接穗采好后，每50～100根捆成1捆，拴上标签，标明品种名称。成捆的接穗在果窖、菜窖或地沟中贮存，埋藏于湿沙中，以防止枝条失水。在贮藏期间，保持0～7℃的低温和一定的湿度，并要定期（20～30天）检查，勿使沙子过干或过湿，以防接穗发霉或干缩。翌春树液流动时取出嫁接，嫁接前最好将接穗下端在清水中浸泡1昼夜，使其吸足水分并促进形成层活动，以提高嫁接成活率。秋季嫁接所需接穗可随采随接。此外，高接前要准备好包扎用的塑料条和嫁接刀、剪枝剪、手锯等嫁接工具，并对嫁接工具进行消毒处理。消毒的简易方法是用酒精擦洗工具或将工具在3～5倍的浓碱水中浸泡6～12小时。嫁接方法很多，在高接中常用的方法主要有以下几种。此法适于在砧木或接穗不离皮时或接穗紧缺时采用（图2-16）。削接芽 先从芽的上方1.5～2厘米处向下斜削1刀，由浅入深切入木质部，长2.5～3厘米，芽体厚度2～3毫米。然后在芽下方1厘米处以30°～45°角斜切入木质部至第一切口底部，取下芽片。削砧木切口 砧木切口削法与接芽削取方法相同，但长度应稍长于芽片。图2-16 带木质嵌芽接嵌芽片 把接芽嵌入砧木的切口，与形成层对准，插入时最好使芽片和切口正好吻合，或使接芽上方周围露出一圈砧木皮层。绑扎将接芽和砧木切口用塑料条扎紧包严。秋季高接时，不露芽子，不解绑，翌春萌芽时再解绑。春季高接时要露出芽子。是枝接中应用最广泛的一种方法，嫁接技术简单，容易掌握，操作方便，成活率高，适用于各类枝的嫁接，但必须在砧木离皮的情况下进行（图2-17）。嫁接成活后，应对嫁接枝进行保护，否则，易被风吹折。削接穗先在接穗下端削一长度为3～4厘米的斜面，斜面要求平、长、薄。再在长削面背面削一长度为0.5～0.6厘米的小斜面。切接口从砧木剪（锯）口开始，选皮光滑的地方，从上向下竖切皮层，深达木质部，长2～3厘米。插接穗 用刀尖左右轻挑开切口皮层，将接穗大斜面向里，小斜面向外，插入砧木切口。要注意使接穗大斜面上端“露白”2～3毫米，以利愈合。图2-17 皮下接绑缚 将接口和砧木剪（锯）口断面处用塑料条包严绑紧，使接穗和砧木密接，以利成活。是一种应用较为广泛的枝接方法，适用于各类枝的嫁接，在砧木离皮前后均可进行（图2-18）。此法较皮下接难掌握，效率较低。但成活后枝条比较抗风，不易劈枝，牢固性较强。图2-18 劈接削接穗将接穗的下端削成楔形斜面，即削成两侧相等的双斜面，但要使其形成外厚内薄而呈楔形，斜面长度3～4厘米。切接口 在砧木横断面的中间，由上至下垂直劈1刀，切口长度3～4厘米。砧木断面要求用快刀削平滑。插接穗撬开砧木切口，将接穗轻轻插入砧木，厚侧面向外，薄侧面在里，对准形成层，并注意使接穗削面在砧木外“露白”2～3毫米，以利分生组织形成和愈合。绑缚与皮下接相同。是在砧木腹部进行的一种枝接方法。嫁接时不必剪断砧木，砧木与接穗接触面大，成活率高。此法多用于高接树内膛插枝补空或补接授粉花枝，但须在砧木离皮时方可嫁接（图2-19）。图2-19 皮下腹接削接 穗接穗的削法与皮下接相同，但最好选下端有弯度的枝条作接穗，并将大削面削在弓背一侧，以便嫁接后接穗与砧木间的夹角增大。切接口 在砧木的嫁接中位切一“T”形切口，深达木质部，竖口方向与枝干成45°，在横切口处挖去一块半圆形韧皮部。插接穗 将接穗大斜面向里插入砧木切口内。绑缚 用塑料条包严绑实。高接换头的方式很多，无论采取哪种方式，都要以“提质增效”为目标。为了实现这一目标，在高接时务必与树形改造相结合，即对原树进行高接换头时，根据树龄和密度大小确定改接成什么树形，并根据确定的树形整理骨架，选择高接方法，以达到早成形和规范树形的要求。1.整理骨架一般每亩栽植83株以上的密植园可按细长纺锤形整理骨架。嫁接部位包括中心主枝和主枝共二级结构，可嫁接15～20个头。按照此标准，疏除多余枝条，保留枝条从基部留5～10厘米短桩锯断，将断面用快刀削平。最高嫁接部位（即中心主枝延长头的嫁接位点）距地面以2米左右为宜。2.高接技术要点高接方法可采用带木质嵌芽接及皮下接或劈接（图2-20）。图2-20 按细长纺锤形高接带木质嵌芽接一般适于树龄为5年生以下的幼树，每头仅接1个单芽，成活后易形成单轴延伸的小主枝，整成细长纺锤形比较容易，管理方便。一般春季和秋季均可嫁接，但以秋季（8月中下旬至9月上旬）嫁接较为适宜。皮下接或劈接法一般适于5年生以上的结果树，每头可接1～2个接穗，砧木较细时接1个接穗，较粗时可接2个接穗，以保证成活和促进伤口愈合。接穗长度为8～110厘米的短接穗，其上有2～3个饱满芽。每头嫁接2个接穗时，可采取长短接穗配合，长接穗一般长度为15～20厘米，其上有6～10个饱满芽。在内膛缺枝部位，可采用皮下腹接法补空。上述皮下接、劈接及皮下腹接的适宜时间是春季树液流动后的萌芽前后。1.整理骨架一般每亩栽植83株以下的果园可按小冠纺锤形整理骨架。嫁接部位包括中心主枝、基层主枝及中上部小主枝，全树可嫁接20～30个头。以此为标准，在树冠基层选留3～5个小主枝，每个小主枝上留1～2个枝作为辅养枝，将主枝头距有分枝处10厘米锯断，将其上分枝距基部5～10厘米处锯断。在基层主枝以上的中心干上，选留8～10个枝条作为中上部小主枝，在距中干基部5～10厘米处锯断，并将断面削平。将其余枝条从基部疏除。最高嫁接部位（即中心主枝延长头的嫁接位点）距地面2米左右。2.高接技术要点高接方法采用皮下接或劈接，内膛缺枝部位可采用皮下腹接补空（图2-21）。其余高接技术要点可参照“按细长纺锤形高接”部分。大抹头高接是一种古老的嫁接方法，多年来弃之不用，近年来经改造后又被使用。原来的大抹头留干较高，在其上嫁接4～5个接穗。经改造后留砧桩较低，一般在距地面5～10厘米处锯断，改接较为彻底。采用皮下接或劈接法嫁接2个接穗，即1个长接穗（长度为1米左右），再配1个短接穗（长度为40～50厘米），再将两个接穗靠接，以便于接口愈合及增加牢固性（图2-22）。接好后包扎严紧并用湿土堆埋，以利成活。此法适用于各种树龄，在春季萌芽前后嫁接。原树为元帅系品种最好采用此种方法高接。另外，乔化砧树改矮化砧时，此法效果最佳，即在砧台上嫁接一复合接穗（接穗下端为长20～25厘米的矮化砧，上端为品种接芽或接穗），便可将原乔化树改换为矮化中间砧树。图2-21 按小冠纺锤形高接已初步查明高接病主要有两种：一种是生理性原因，即嫁接所用砧木与接穗品种不亲和或亲和力差。如在红玉品种树上高接元帅或富士系，有的嫁接枝、芽根本就不成活，有的枝、芽在嫁接成活后生长逐渐衰弱，直至全部死亡。另一种是病毒所致，即由褪绿叶斑病毒、苹果茎沟病毒和苹果茎痘病毒3种潜隐性病毒中两种以上复合感染引起的。图2-22 大抹头蹲接+靠接患潜隐性病毒病的高接树地上部一般表现两种症状：一是急性症状，即“苹果衰退病”。高接病树表现为叶片小而硬，色黄，秋季落叶早；新梢总数减少30%～40%，总生长量减少25%～50%；花芽数量多，坐果数增多，果个变小，产量降低20%～60%；果实着色早，品质下降。发病后树体3～4年衰退死亡。解剖病根观察，有些高接树根木质部表面有凹陷斑。二是慢性症状，病树表现为生长不整齐，新梢数量、生长量都明显下降，树势衰弱，结果较晚，一般高接后3～4年才见产量。果实裂果严重，着色差，糖度下降，品质降低，不耐贮藏，树体需肥量增多，其中氮肥施用量要增加30%～45%，才能保证正常的生长结果。为预防高接病的发生和发展，在高接时和高接后应采取以下预防措施。其一，避免高接不亲和或亲和力差的品种。其二，杜绝对带毒砧树和用带毒接穗高接。应用无毒接穗高接。无毒接穗应采自无毒母树园，尽量不用高接树上繁育的接穗。其三，发现由病毒引发高接病树已明显衰弱者，应及时挖除，以免传染。其四，对初发病树可采用脚接技术防止树体很快衰枯、死亡。发现高接树新枝生长变弱，细根有枯死时，在树下根周栽植3～5株健壮的无病毒圆叶海棠或金冠、国光等品种的实生苗，等成活后采用脚接法嫁接于原来的树干上，这样可保持树体在接后的几年里正常生长结果。其五，对高接更新的果园，要加强以增施有机肥为主的地下管理措施，增强树势，提高抗病能力。