本文以甘蓝型油菜一个抗病毒品种和一个感病毒品种为试材，利用转基因手段进行了油菜抗病毒病相关研究。利用乙烯、甲基茉莉酸、水杨酸类似物苯丙噻重氮3种化学物质诱导处理油菜叶片，提取处理前后各材料的RNA，标记探针后与拟南芥芯片进行杂交，通过对基因表达谱的分析，获得与抗病性相关的基因，从中选择3个与病毒抗性相关的基因BNP5、BNP7和BNP10。其中BNP7和BNP10为全长序列，BNP5 5'端部分序列缺失，通过5'-RACE的方法获得该基因全长序列，分别构建3个植物过表达载体pGA5、pGA7和pGA10和3个RNAi载体pGR5、pGR7和pGR10（过表达和RNAi载体均带有除草剂抗性基因bar）。采用本实验室发明的高通量花蕾原位转化法分别对所选材料进行转化。转基因当代植株收获的种子播种以后，幼苗期喷施除草剂进行筛选，并经PCR鉴定，存活幼苗80%以上为阳性植株。目前正在进行阳性植株T1代幼苗病毒抗性鉴定及相关的后续实验。

苹果嫩叶总RNA的提取方法如下。（1） 将500 μl裂解液RLT Buffer、50 μl PLANTaid、5 μl β-巯基乙醇，依次加入灭菌的1.5 ml离心管中，混匀，待用。（2） 将冻存于-70℃下的苹果嫩叶0.2 g置于预冷的研钵中，加少量液氮快速研磨成细粉状后转入上述待用的的离心管内 （样品容易褐化，动作要迅速，并保证液氮挥发完全）。一般情况下，在苹果 F1 群体中，由于每个位点的碱基均来源于双亲中的一个，所以在基因组中大部分区域的 SNP-index都在0.5附近。以上结果说明，5个候选基因均受炭疽菌叶枯病病菌的诱导，是苹果炭疽菌叶枯病抗病相关基因。SNP 标记的开发主要依赖于含有大量测序序列的数据库。Khan 等（2012） 利用2875个分子标记构建了苹果的整合遗传图谱，其中包含了2033个 SNP 标记和 843 个 SSR 标记，总长为 1991.38 cM。

多数苹果属植物野生种或栽培种的花和果都具有观赏价值，在观赏园艺花卉树木中占有重要地位。结果也显示该病原菌从形态和生物学特性上与引起苹果轮纹病的病原菌[1]和梨轮纹病[2，3]的病原菌有一定的差异。该菌的寄主范围、对苹果属、梨属植物的致病性、ITS的序列测定等工作正在开展中，这些信息对于该菌分类地位的进一步确定有重要价值。

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。

植物病原菌的生物控制是最有前景也是比较实际的一种方法，众多的微生物已被证实具有生防效果（Massarty等，2006）。目前，棉花枯萎病的生防因子比较多，主要有微生物的利用和棉花枯萎病抑菌土的形成。应用拮抗微生物防治棉花枯萎病是比较有前景的防治方法。目前，用于防治棉花枯萎病的微生物主要包括真菌和细菌等。能够对棉花枯萎病产生拮抗作用的真菌较多，主要是木霉，包括哈茨木霉菌、绿色木霉菌等主要种类。此外，还有青霉菌、黏帚菌、曲霉菌以及非致病性尖孢镰刀菌等，也可作为防治棉花枯萎病的拮抗真菌。木霉（Trichodermaspp.）是土壤中广泛存在且有生防作用的一类真菌，对多种植物病原菌都有很强的拮抗作用，是自然界中普遍存在并有丰富资源的拮抗微生物。早在1932年，Weindling首次发现木霉菌对植物病原真菌有拮抗作用，据不完全资料，木霉对18个属29种病原真菌表现拮抗作用，在农业上应用木霉菌防治土传病害已有许多成功的报道。1999年，Sivan等对哈茨木霉防治棉花枯萎病的机制进行了研究认为，营养竞争作用是哈茨木霉减少枯萎病菌群体的机制之一。涉及的营养基质有葡萄糖和天门冬酰胺。在非根际土壤中，哈茨木霉不能减少枯萎病菌的数量。Ordentlich等（1991）试验结果表明，在平板对峙试验中，木霉菌株T-68和Gh-2生长迅速，其菌落能够扩展到棉花枯萎菌菌落中，并寄生在枯萎菌菌丝上。另一个木霉菌T-35（哈茨木霉）不能扩展到枯萎菌菌落中去，但温室盆栽试验表明，这3株木霉菌均能显著地防治棉花枯萎病。Silva-Hanlin等（1997）测试了5种木霉（Trichoderma polysporum、T.koningii、T.pseudokoningii、T.viride和T.harzianum）对棉花枯萎菌的作用。结果表明，供试的5种木霉菌均具有不同程度抑菌效果，其中，T.polysporum抑菌效果最强，其抑菌机理主要是导致菌丝内液泡增加和细胞质壁分离。而T.harzianum则是通过菌丝缠绕在棉花枯萎菌的菌丝上，并能够穿透病原菌菌丝。T.pseudokoningii也表现出穿透枯萎菌的能力。T.polysporum和T.viride还能够强烈地抑制病原菌分生孢子的萌发。温室生测试验中，T.harzianum、T.koningii和T.viride能够显著减轻棉苗枯萎病的为害。高智谋等（2007）利用平板对峙法和杯碟法测定了从安徽萧县枯萎病田土壤中分离、鉴定获得的哈茨木霉TH-1菌株对棉花枯萎病菌的拮抗作用。结果表明，哈茨木霉TH-1菌株与病菌对峙培养、以及在培养基中加入TH-1菌株孢子悬浮液，对供试棉花枯萎病菌有较好的抑制效果。平板对峙培养2天后，哈茨木霉TH-1菌株和供试病原菌沿接种点连线方向的生长均受到对方的抑制，但前者对后者的抑制作用更为明显。表8-1是培养3天和4天后各供试病原菌单独培养和与TH-1菌株对峙培养沿接种点连线方向的生长距离测定结果。从表8-1可知，TH-1菌株对各供试病菌菌株均有显著的抑制效应，抑制效应大小，菌株间有一定差异。对峙培养4天后，枯萎病菌WWKW1-1、WJKW2-4和XXKW5-1的菌落被哈茨木霉TH-1包围，菌落背面颜色由紫色变为橘黄色，并不再生长，两菌落间形成对抗局面。其后，TH-1可继续向前生长，并部分覆盖于枯萎病菌菌落之上，但最终不能完全覆盖枯萎病菌。说明在对峙培养中，哈茨木霉TH-1菌株的营养和空间竞争能力优于供试病原菌。培养5天后，哈茨木霉TH-1菌株各浓度处理对所有供试菌株的菌丝生长均有显著的抑制作用，且总体来说，抑菌率随TH-1菌株菌液量的增加而呈现递增的趋势。其中，2.50ml的处理对各供试病菌均完全抑制；1.00ml的处理对WWKW1-1、WJKW2-4和XXKW5-1菌株的抑制率分别为70.71%、37.80%和72.96%，培养5天后还观察到枯萎病菌WWKW1-1、WJKW2-4和XXKW5-1的菌落被哈茨木霉TH-1包围，菌落边缘颜色变褐，并不再生长，而TH-1可继续扩展，但最终不能完全覆盖枯萎病菌。在玻片对峙培养最初12h，哈茨木霉TH-1和枯萎病菌XXKW5-1的菌丝均独立生长，显微镜下观察不到相互作用；24h后于两菌株菌丝交接处，显微镜下可观察到TH-1菌丝与枯萎病菌XXKW5-1菌丝缠绕和平行生长，并产生附着胞结构与病菌菌丝附着；还观察到枯萎病菌XXKW5-3受到TH-1菌丝寄生而发生裂解现象。这表明，哈茨木霉TH-1对枯萎病菌XXKW5-1进行了重寄生。供试菌株培养3天后生长距离培养4天后生长距离对峙培养（cm）单独培养（cm）抑制率（%）对峙培养（cm）单独培养（cm）抑制率（%）WWKW111.432.6445.831.503.2854.27WJKW241.272.0838.941.302.4346.50XXKW511.432.7147.231.533.2953.50表8-1 平板对峙培养哈茨木霉TH-1菌株对棉花枯萎病菌生长的抑制作用对棉花枯萎病具拮抗作用的真菌，不仅可从棉田土壤中分离获得，而且也从蘑菇培养料废料和某些昆虫体内分离获得。张军华等（2009）从蘑菇培养料废料中，分离筛选出10株生防真菌。通过室内抑菌试验筛选出生防效果显著的7个菌株：TH、TP、TV、T1-5、TK、T1-1和T2-2（表8-2）。温室盆栽防病试验采用生防菌PD液的处理和采用生防菌棉籽壳制剂的处理，在温室灭菌土中（接种病菌）的相对防病效果分别为87.2%和90.6%，并且稳定性好。大田防病效果测定表明，棉籽壳生防菌剂明显降低了棉花枯萎病的病情，增产效果显著。当生防菌剂施入土壤后，就暂时打破了棉花根际原有的微生态平衡，成了这一微生态群的优势种群，对枯萎病菌发生拮抗作用，并与病原菌争夺营养物质和生存空间，阻隔了病原菌与棉花幼根接触；另外，棉籽壳的后发酵释放热量还可提高地温1.0～1.5℃，促幼苗早发，或在其他方面影响病原菌的生长和蔓延，使棉花枯萎病发病率降低或推迟。但这种被打破了的微生态平衡，有倾向于恢复正常的趋势。随着时间的推移，生防菌的种群优势逐渐削弱，棉花根际的微生态恢复常态，在土壤中普遍存在枯萎病菌的情况下，棉株罹病率可能会增加，但这种显著降低和推迟棉枯萎病田间病情的效能是非常可贵的，因为造成棉花产量损失的主要因素是前期发病，发病越迟对产量的影响越小。编号拮抗菌株R值菌株来源采集地TLTrichodermalongibrachiatum0.6802a棉籽壳平菇培养料东昌府THTrichodermaharzianum0.3980bc棉籽壳平菇培养料东昌府TVT.viride0.4151bc棉籽壳平菇培养料莘县TCT.citrinoviride0.6763a棉籽壳平菇培养料冠县TKT.koningi0.4827b棉籽壳平菇培养料莘县TPT.pseudokoningi0.3827c棉籽壳平菇培养料东昌府T1-1T.sp0.4527b木屑香菇培养料冠县T2-2T.sp0.5927a木屑香菇培养料冠县T1-5Trichodermaspp0.4127bc玉米芯平菇培养料莘县PPeniciliumsp.0.7027a玉米芯平菇培养料莘县CK1—表8-2 蘑菇培养料分离所得拮抗菌对棉花枯萎病菌抑菌效果金龟子绿僵菌是一种广谱性的昆虫病原真菌，其寄主范围广泛，能够侵染多种农业害虫，人类利用它防治害虫的历史已愈百年，但国内外有关虫生真菌对棉花枯萎病菌的生防效果鲜见报道。齐永霞等（2010）采用平板对峙培养法和杯碟法测定了金龟子绿僵菌对棉花枯萎病菌的拮抗作用。结果表明，金龟子绿僵菌Ma10、Ma27和Ma55菌株与棉花枯萎病菌WWKW、WJKW和SZKW菌株对峙培养以及在培养基中加入金龟子绿僵菌Ma55菌株的分生孢子悬浮液，对供试棉花枯萎病菌菌丝生长均有较好的抑制作用。平板对峙培养4天后，金龟子绿僵菌菌株和供试棉花枯萎病菌菌株沿接种点连线方向的菌丝生长均受到对方的抑制，但前者对后者的抑制作用更为明显。由图8-1可以看出，绿僵菌Ma55与棉花枯萎病菌WJKW在对峙培养处形成明显的隔离带。液体振荡培养不同时间获得的金龟子绿僵菌Ma55发酵液对棉花枯萎病菌WJKW、WWKW和SZKW的菌丝生长、分生孢子产生量及分生孢子萌发均具有一定的抑制作用（表8-3）。其中，液体振荡培养20天获得的Ma55发酵液对棉花枯萎病菌WJKW、WWKW和SZKW的菌丝生长抑制率分别达到59.86%、56.99%和57.09%，对棉花枯萎病菌WJKW、WWKW和SZKW的分生孢子产生量和分生孢子萌发率具有显著的抑制作用（表8-4、表8-5）。上述结果说明，金龟子绿僵菌Ma55对供试棉花枯萎病菌的抑制作用主要是通过营养竞争、空间竞争及抗生作用来实现的。图8-1 金龟子绿僵菌Ma55与棉花枯萎病菌WJKW的对峙培养（4天）发酵液培养时间（天）抑制率（%）WJKWWWKWSZKW74.20±0.563.96±0.093.35±0.161025.60±0.9223.37±0.6223.38±0.501228.77±0.5226.93±0.5527.10±0.501436.23±0.4534.17±0.6734.54±0.471637.57±0.5136.04±0.4735.89±0.522059.86±1.3856.99±0.6057.09±0.66表8-3 金龟子绿僵菌Ma55发酵液对棉花枯萎病菌菌丝生长的影响发酵液培养时间（天）棉花枯萎病菌分生孢子产生量（×106）（cfu/ml）WJKWWWKWSZKW0（CK）8.90±0.039.13±0.049.21±0.0378.74±0.078.93±0.029.01±0.03107.51±0.047.90±0.028.04±0.02127.03±0.027.28±0.047.51±0.03146.20±0.026.41±0.036.64±0.04165.39±0.025.56±0.045.84±0.04203.14±0.043.37±0.043.91±0.05表8-4 金龟子绿僵菌Ma55发酵液对棉花枯萎病菌分生孢子产生量的影响发酵液培养时间（天）棉花枯萎病菌分生孢子萌发率（%）WJKWWWKWSZKW0（CK）65.89±0.1563.89±0.1162.07±0.94758.94±0.0857.82±0.1858.88±0.461049.83±0.0647.54±0.3648.48±0.501239.94±0.0738.49±0.3039.71±0.571434.54±0.0630.25±0.0633.37±0.671624.21±0.0722.77±0.2023.89±0.262011.66±0.2910.67±0.0913.00±.12表8-5 金龟子绿僵菌Ma55发酵液对棉花枯萎病菌分生孢子萌发率的影响绿僵菌素是金龟子绿僵菌分泌的一种次生代谢物质，具有明显的杀虫活性。自从1961年Kodaira在培养金龟子绿僵菌的滤液中首次发现绿僵菌素以来，科学工作者对绿僵菌素开展了广泛的研究，但国内研究较少。1985年，Hino等从绿僵菌属中分离出苦马豆素，发现苦马豆素是一种很有潜力的免疫调节剂。金龟子绿僵菌Ma55发酵液对棉花枯萎病菌的菌丝生长、分生孢子产生量及分生孢子萌发具有较好的抑制作用，与绿僵菌素和苦马豆素的产生是否有关系尚待进一步研究。总之，金龟子绿僵菌是一种重要的昆虫病原真菌。昆虫病原真菌在代谢类型上十分复杂，能产生多种生理功能特异的生物活性物质。这种代谢产物的多样性，为人类开发新的生物防治制剂、药品及在其他领域的利用提供了重要的途径。来自昆虫的病原真菌球孢白僵菌（Beauveria bassiana），具有分布和寄主范围广、环境安全、易大量培养等优点，已在农林害虫生物防治中发挥着重要作用，迄今已有不少应用该昆虫病原真菌防治植物病害的成功报道（Renwick等，1991；Flor等，1993；Kapongo等，2008；Onley等，2008；Clark，2005）。这些结果表明，该菌有潜力成为具有防虫和防病双重功效的生防因子。张胜利等（2011）体外测定了8株球孢白僵菌[菌株RCEF0013、4452和0383分别分离自马尾松行书虫（Dendrolimus punctatus）、光肩星天牛（Anoplophora glabripennis）和松墨天牛（Monochamus alternatus），产地分别为安徽霍邱、蚌埠和日本；1151、2901和2909均分离自安徽宣城的松林土壤；3051分离自安徽滁州琅琊山的阔叶林土壤；3108分离自福建武夷山的阔叶林土壤]对棉花枯萎病菌的拮抗作用。平板对峙培养时，枯萎病菌的生长均受到明显抑制（表8-6）。不同含孢量的球孢白僵菌对枯萎病菌的抑制效果不同，且抑制率与孢子浓度呈显著的线性关系；在接种量为6×107个孢子/ml时，抑制率达到90%以上。球孢白僵菌代谢液对枯萎病病原菌也表现出抑菌作用，并且抑制率与代谢液浓度呈显著的线性关系（表8-7）。综上所述，球孢白僵菌对枯萎病的拮抗作用的机制主要涉及营养和空间竞争以及抗生作用，其中，抗生作用对拮抗作用的贡献更大。对抗生性代谢液的初步分析发现，醇沉后的上清液冻干粉经4种有机溶剂浸提后，无明显的抑菌作用；而向培养基中添加球孢白僵菌多糖和蛋白粗提物均能显著抑制两种镰孢菌的菌丝生长。因此，抑菌活性物质主要是大分子的多糖和蛋白。菌株培养3天培养5天生长距离（cm）抑制率（%）生长距离（cm）抑制率（%）038318.54±0.16cdBC20.5519.02±0.16bB44.83445218.05±0.47dC22.6518.55±0.41bB46.29115118.63±0.17cdBC20.1819.11±0.21bB44.58310818.35±0.26cdBC21.3518.79±0.45bB45.39001318.44±0.36cdBC21.0017.94±0.12bB45.14290919.36±0.31bcBC17.0619.33±0.34bB42.41290119.20±0.16bcBC17.7419.33±0.32bB42.88305119.69±0.48bB15.6219.97±0.32bB41.41CK23.34±0.20aA—33.61±3.39aA—表8-6 8株白僵菌平板对峙培养对棉花枯萎病菌生长的抑制作用发酵液（ml）3天抑制率（%）5天抑制率（%）2.538.8244.04233.8141.481.534.2035.76123.5728.080.514.1119.83表8-7 白僵菌菌株4452的发酵滤液对棉花枯萎病菌生长的影响目前，已报道的用来防治棉花枯萎病的拮抗细菌主要有假单胞菌[恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）、荧光假单胞菌（P.fluorescens）和产碱假单胞菌（P. alcaligenes）]、芽孢菌[短小芽胞杆菌（Bacillus pulniLus）、枯草芽胞杆菌（B.subtilis）和蜡质芽胞杆菌（B.cereus）]、天牛金杆菌（Aureobacterium saperdne）、茜草叶杆菌（ Phyllohactgrium rubiaceurum）、茄伯克霍尔德氏菌（ BurkholcEeria solanacearum）和放线菌（Actinomycesspp.）等。内生细菌是指能在健康植物的组织内定殖，在一定的条件下与植物体建立和谐互惠，互相制约关系的一类微生物。实际上50多年以前就已有关于植物体内存在内生细菌而不引起植物病症的报道。人们不断地从植物的根、叶、茎和种子上分离并鉴定出多种植物内生细菌，目前，已从近30多种植物中分离到了近60个属的内生细菌。研究发现，内生细菌寄生在植物的组织内部，其代谢产物不仅对植物本身有各种各样的影响，而且对其他病原生物也有各种不同的作用。内生细菌在植物组织内有足够的碳源、氮源，并且受到植物组织的保护，所以，比暴露于恶劣环境的附生菌和腐生菌更具有稳定的生存环境，易于发挥作用，因此，内生细菌作为生防因子的研究越来越受人们的广泛重视，成为国内外生物防治的又一热点。棉花植株的内生细菌由许多不同的种群组成。由于棉花各种组织具有不同的生理及营养环境，从而制约着共生的细菌的种类。但一种植物中往往以某一两种细菌为主要种群。鲁素云等（1989）于1979～1984年，先后从北京、河北等7省市棉花枯萎病田采集无病株和轻病株，以及无病田的健株4000余株，其中，包括生产用抗病和感病品种10余个，在我国首次进行了维管中主要微生物类群分析。结果表明，棉株维管中除了定殖引致萎蔫病的病原真菌之外，还有大量的非病原真菌和细菌。维管真菌是以镰刀菌（Fusariumspp.）为主的半知菌，细菌有芽胞杆菌（Bacillusspp.）、黄单胞杆菌（Xanthomonasspp.）和欧氏杆菌（Erwiniaspp.）为主要成员。不同品种间，其维管组织中的主要真菌和细菌类群大体相似。这种相似性可能与导管中的营养贫瘠和氧气稀薄等条件有关。导管通常被视为植物体的“沙漠地区”，一些对营养要求不高而有耐性的真菌和细菌可能易于在此定殖下来。Misaghi等（1990）从两个栽培品种DP41和DP61的胚根、根、茎、蕾、铃等器官中分离到欧氏杆菌、芽胞杆菌、棒杆菌及黄单孢菌等内生细菌种群，其中，欧氏杆菌为其优势菌种。他对其中6种主要的内生细菌进行了抗生素突变体回接及再分离的研究，其优势种欧氏杆菌（Erwiniasp.）的重分离率分别达69%（DP41）和51%（DP61），而芽胞杆菌（Bacillussp.）则为12%，其他几种依次减少，与最初分离率呈正比，这些回接的内生细菌在这两个栽培种中不引起任何病害症状。罗明等（2004）对不同品种和不同种植地区的健康棉花植株组织中内生细菌进行分离，共得到102个菌株。经鉴定分属于芽胞杆菌属（Bacillussp.）、黄单胞菌属（Xanthomonassp.）、假单胞菌属（Pseudomonassp.）、欧文氏菌属（Erwiniasp.）及短小杆菌属（Curtobacteriurnsp.），其中，芽胞杆菌的分离频率最高，为优势种群（表8-8）。李春宏等（2009）对枯萎病菌具有拮抗的内生细菌进行了分子鉴定，16S rDNA分子序列分析显示，44个拮抗枯萎病的内生菌株包括了两个门（变形杆菌门、拟杆菌门）8个属，优势种群为肠杆菌属（Enterobacter）和泛菌属（Pantoea）。肠杆菌属具有最多的拮抗内生菌株，共18株，存在于所有棉花品种之中。与已报道的菌株16S rDNA序列同源性在97%上有11株，S04、HA01、HB04、C04、C03、C09与已报道的菌株16S rDNA序列同源性相似性分别为91.9%、94.0%、95.5%、96.1%、96.7%和96.9%。泛菌属是除肠杆菌属外具有最多的拮抗内生菌株，共15株，与已报道的菌株16s rDNA序列同源性都在97%以上，其中，11株与Pantoea agglomerans同源性在97.4%～100.0%，在泛菌属中出现频率最高。欧文氏菌属（Erwiniasp.）共6株，都与Erwinia sp.CU208同源，但与已报道的菌株相似度除S03为99.5%，其余10个菌株在97%以下，可能是新的种（属）。除了以上出现频率较高的菌以外，还分离到稳杆菌属（Empedobactersp.）、根瘤菌属（Rhizobiamsp.）、沙雷氏菌属（Serratiasp.）、埃希氏菌属（Escherichiasp.）和克雷伯氏菌属（Klebsiellasp.）各1个菌株，都与已报道的菌株16S rDNA序列相似度高于97%以上。以上的结果分析表明，从棉花中分离到的内生细菌的种类基本相似，但其中的优势种群则有所不同。这可能与棉株不同的生长环境有较大关系。鲁素芸等（1989）研究认为，维管组织的内生菌种群和含量与地理环境及理化环境均有较密切关系。属名菌落形态革兰氏染色反应芽孢接触酶氧化酶需氧性测定芽胞杆菌属（Bacilus）圆形或不规则形，灰白，灰色或乳白色直杆状，成对或链状排列+有，椭圆、卵圆、圆形或柱状阳性阳性或阴性好氧或兼性厌氧欧文氏菌属（Erwinia）白色，凸起液状，中心呈稠密凝絮状或呈规则中心环直杆状，单生，成对有时成链—无阳性阴性兼性厌氧假单胞菌属（Pseudomonas）直或微弯中性培养基上蓝色—无阳性阳性或阴性好氧黄单胞菌属（Xanthomonas）黄色直杆菌，多单生—无阳性弱阳或阴性好氧短小杆菌属（Curtobacte-rium）光滑，凸起，常黄色到橙色幼龄培养物中细胞呈小短及不规则杆菌，老培养物变成类球类+无阳性阳性或阴性好氧表8-8 内生细菌属的主要特征内生细菌可以随棉花植株的生长而繁殖运转。在棉株生长的各个不同阶段，其中的细菌群体的数量有较大变化，通常内生细菌种群数量从种子开始萌发就开始上升，至花期达最高，此后，则趋于平稳或降低。鲁素芸等（1989）报道，棉花内生细菌数量和组成，随棉株生长发育而变化，从幼芽期开始急剧上升，直到结铃期达到高峰，吐絮开始后又略有下降。Mclnroy等（1991）对大田中棉株内生细菌在整个生长季节种群密度的变化进行了较详细研究，结果表明，在种子萌发时，种群密度为每克组织含1×103个菌，到成株期上升为1×105～1×106个，但到成熟期却降为1×103个，从棉桃中几乎回收不到菌，这与其他作物如玉米（成熟期1×1010）有很大的不同。这可能与不同的植物种类成熟期各器官的生活状态有关。Mclnroy等（1990）对棉花内生细菌的来源及其动态影响因素进行了探讨。他们将棉花和玉米种子分别种植在：①琼脂（种子表面未消毒）及②未灭菌的土钵（种子表面消毒）中，萌发6天后检测苗中的内生细菌数量发现：在①中每克棉花组织中含1×105个菌，而②中每克组织中仅有1×102个菌，在玉米中所得到的结果则与棉花正好相反，即①中菌量少于1×102个/g而②中则达1×106个/g，由此说明内生细菌可以是植物种子内带菌（如棉花中），并随植株生长而繁衍；也可以来自土壤（如玉米中），从植物根部进入植物其他器官。罗明等（2004）对内生细菌数量测定表明，棉花种子、根、茎、叶柄、叶片等组织内均存在大量的内生细菌。不同品种、组织及种植地，内生细菌的数量不同。各组织中内生细菌的种群密度的分布特点是，种子中最多，其次为根，再次为茎，叶片、花蕾，叶柄中最少（表8-9）。李春宏等（2009）研究了棉花内生菌的数量动态。结果表明：①棉花不同器官的内生细菌数量不同。根中内生细菌数量波动的幅度在lg 4.88～6.79cfu/g-fw，总均值lg 5.59cfu/g-fw；茎和叶波动的幅度在lg 2.597～5.00 cfu/g-fw和lg 2.39～4.60 cfu/g-fw，总均值分别为lg 3.79，3.70cfu/g-fw。根中内生细菌的数量显著高于茎和叶片，这种趋势表现在6个棉花品种取样的不同生育期。②棉花不同生育期的内生细菌数量不同。在根中，苗期内生细菌数量波动的幅度在lg 4.88～5.55 cfu/g-fw，均值lg 5.25 cfu/g-fw；开花期数量波动的幅度在lg 4.72～6.19 cfu/g-fw，均值lg 5.32cfu/g-fw；吐絮期数量波动的幅度在lg 5.24～6.79 cfu/g-fw，均值lg 5.98 cfu/g-fw。除了亚7113开花期的内生细菌数量低于苗期外，棉花根中苗期的内生细菌数量低于开花期与吐絮期。在茎中，苗期内生细菌数量波动的幅度在lg 3.29～4.50 cfu/g-fw，均值lg 3.88 cfu/g-fw；开花期数量波动的幅度在lg 2.97～5.00 cfu/g-fw，均值lg 3.74 cfu/g-fw；吐絮期数量波动的幅度在lg 3.04～4.55 cfu/g-fw，均值lg 3.76 cfu/g-fw。在叶中，苗期内生细菌数量波动的幅度在lg 2.93～4.13 cfu/g-fw，均值lg 3.71 cfu/g-fw；开花期数量波动的幅度在lg 2.47～4.60 cfu/g-fw，均值lg 3.59 cfu/g-fw；吐絮期数量波动的幅度在lg 2.39～4.57 cfu/g-fw，均值lg 3.74 cfu/g-fw。棉花不同生育期茎、叶中的内生细菌数量波动不一，趋势性不明显。③棉花不同品种间的内生细菌数量不同。在根中，虽同一品种内不同生育期间的内生细菌数量存在显著差异，但6个棉花品种根中，内生细菌总体数量的平均值在lg 5.52～5.58 cfu/g-fw，品种之间的差异并不显著。在茎、叶中，棉花不同品种间的内生细菌数量呈现一定程度的差异，茎中内生细菌数量以草7005为最高（lg 4.62 cfu/g-fw）和海岛20次之（lg 4.24 cfu/g-fw），显著高于其他品种；叶中内生细菌数量以常抗棉为最高（lg 4.17 cfu/g-fw），与亚7113、海岛16、苏棉16差异不显著，显著高于草棉（lg 3.30 cfu/g-fw）和海岛20（lg 2.96 cfu/g-fw）。生育期地点品种根茎叶片叶柄蕾苗期鄯善五家渠农大试验田高抗5号7.0×1042.6×103120×104新陆早10号2.4×1030.2×1031.8×103新陆早13号1.0×10410×104150×104草棉15×10410×104金科18号1.5×1041.3×1030.1×103新海18号100×1041.6×1030.2×103石彩6号990×1040.21×108990×104中棉36号210×1043.1×1043.8×103新陆早8号120×1041.4×1037.0×104表8-9 不同棉花品种不同时期内生细菌的数量（cfu/g鲜重）生育期地点品种根茎叶片叶柄蕾温室运早2543.0×1041.2×103180×104新海160.8×1043.0×1030.5×103142100×1046.9×1030.4×104蕾期鄯善农大试验田高抗5号4.0×104300×1043.0×1041.0×1046.9×104草棉3.5×1042.0×1041.4×1041.2×10419×104金科18号1.9×1042.5×1045.1×1039.1×1031.1×104新海18号0.5×1042.0×1042.1×1042.4×10437×104表8-9 不同棉花品种不同时期内生细菌的数量（cfu/g鲜重）（续）-1内生细菌作为植物微生态系统的组成成分，相对于腐生（附生）细菌、PGPR等生防因子，内生菌更具竞争力，更有利于生防作用的发挥。Chen等（1995）从棉株体内分离到170个细菌菌株，其中，49株已知对棉花枯萎病菌有防治作用，经针刺接种到棉花幼茎上，10天后棉花茎部接种枯萎菌小孢子，12天后枯萎病症状开始出现，利用0～Ⅳ级发病情况计算供试的内生菌对棉花枯萎病的抑制作用。结果显示，其中，6株内生菌在试验中都减轻了棉花枯萎病的发病程度。经鉴定，这6株菌是天牛金杆菌（Aureobacterium saperdae）、短小芽胞杆菌 （Bacillus pumilus）、茜草叶杆菌（Phyllobacterium rubiacearum）、2株恶臭假单胞菌 （Pseudomonas putida）和茄伯克霍尔德氏菌（Burkholderia solanacearum）。定殖试验表明，这些内生菌可以在棉株体内存活28天。通过测定其中5株内生菌在棉株茎内的运动能力，发现有2株在14天后可以进行有限的移动，但不超过5cm。有些内生菌在施用后的短期内还能增殖。罗明等（2004）从87个棉花内生菌的分离菌株中，筛选出对棉花枯萎病菌有体外拮抗活性的菌株22个，占菌株总数的25%，其中，有些菌株表现出较强的抑菌活性，具有作为生防菌的潜能（表8-10）。李春宏等（2009）根据内生细菌的颜色、形态、大小从6个棉花品种的根、茎、叶中，分别分离537个、417个、352个菌株共1306个。平板对峙鉴定，显示根、茎、叶中显著拮抗（抑菌半径大于2mm）枯萎病菌的菌株分别为170个、32个、15个，累计拮抗枯萎病菌株数为217个。根中拮抗菌株比例为31.66%；茎中拮抗枯萎病菌株比例为7.67%；叶中拮抗菌株比例为4.26%。以上结果表明，根中拮抗内生细菌远高于茎和叶。研究筛选出的拮抗菌的生防效果如何，尚需测定其在棉花植株体内的定植力、持久性及回接后对棉花生长的影响、防病效果的田间试验等加以证实，为进一步开发应用这一生防菌资源，防治棉花病害提供科学依据。菌株抑菌圈半径（mm）菌株抑菌圈半径（mm）0074.00435.00165.70466.00174.00474.50214.50512.00233.70555.00243.50565.50252.50575.00303.50615.80314.00620375.20635.00385.00674.00424.0表8-10 内生细菌对枯萎病菌抑菌作用的测定苦豆子（Sophora alopecuroides）别名草本槐、苦豆根，为豆科多年生耐盐旱生草本植物。苦豆子含有多种单体生物碱，并具有抗癌、提高免疫力等活性。它由于能与根瘤菌共生固氮而含有丰富的蛋白质，具有较高的饲用价值。苦豆子的内生细菌由于长期存在于苦豆子内，与苦豆子建立了和谐的关系，有可能产生与苦豆子产生的相同或相似的生物碱，或者与苦豆子植物较高的抗逆能力有关，因此，系统研究苦豆子内生细菌对于合理开发苦豆子资源具有重要的意义。龚明福等（2006、2009）对新疆塔里木盆地不同地区、月份的苦豆子根、茎、叶、种子、根瘤等组织进行内生细菌分离，共得到550株内生细菌，苦豆子在不同地区、同一地区不同月份、不同组织部位内生细菌数量和种类均存在较大的差异，苦豆子内生细菌资源非常丰富。通过对550株苦豆子内生细菌进行皿内涂布、对峙培养和胞外分泌物拮抗性试验，筛选到大量的拮抗性苦豆子内生细菌资源。内生拮抗细菌胞外分泌物对棉花枯萎病菌的抑菌活性存在明显差异，其中，抑菌距离在5mm以下21株，5.1～10mm 23株，10.1～15mm 8株，15.1～20mm 4株，最大值19.3mm。这些内生细菌不是以单一的方式对棉花枯萎病菌产生拮抗作用，因为在皿内涂布、对峙培养和胞外分泌物的拮抗性试验中，同一菌株对棉花枯萎病菌拮抗能力大小表现不完全一致。在皿内涂布和对峙培养中，拮抗能力强的菌株，其胞外分泌物对棉花枯萎病菌的拮抗能力不一定很强，甚至表现为无明显拮抗作用。相反，胞外分泌物拮抗性强的菌株在皿内涂布和对峙培养中，拮抗能力并不一定表现很强。不过内生细菌的拮抗性在皿内涂布和对峙培养中表现比较一致。由此可以推测，苦豆子内生细菌对棉花枯萎病菌的拮抗作用通过两种以上的方式来实现，一种方式是通过营养竞争，内生细菌通过其快速繁殖吸收利用培养基中的营养物质，导致棉花枯萎病菌菌丝因营养缺乏而生长不良；另一种方式是内生细菌在生长过程中，产生某些对棉花枯萎病菌菌丝有毒害作用的物质，导致菌丝不能良好生长。定殖到棉花中的苦豆子内生细菌是否仍具有对棉花枯萎病菌的拮抗作用，苦豆子内生细菌能否用作生物农药在棉花生产中广泛应用，为解决这些问题，正在进行苦豆子内生细菌在棉花中的定殖试验和田间防效试验。根据菌落特征，10h菌龄的鞭毛染色结果，20h菌龄的菌体形态、大小及革兰氏染色反应，48h菌龄的芽孢染色和72h菌龄的荚膜染色结果，参照东秀珠（2001）的方法进行分类鉴定，具有较强拮抗活性的56株内生细菌分别属于气芽胞杆菌属（Aerobacillussp.）、气单胞菌属（Aeromonasssp.）和芽胞杆菌属（Bacillussp.）、黄单孢杆菌属（Xanthomonassp.）、假单胞杆菌属（Pseudomonarssp.）和土壤杆菌属（Agrobacteriumsp.）（表8-11）。序号分类特征菌株数1气芽孢杆菌属菌体杆状，1.75μm×0.554μm；革兰氏阳性；有芽孢，芽孢囊棒状；侧生鞭毛；无荚膜；菌苔白色，半透明72气单胞菌属菌体杆状，1.83μm×0.73μm；革兰氏阳性；鞭毛偏单生；无芽孢；无荚膜；菌苔浅黄色，透明8表8-11 56株苦豆子内生细菌的分类鉴定（龚福明等，2009）序号分类特征菌株数3芽孢杆菌属菌体杆状，1.51μm×0.55μm；革兰氏阳性；有芽孢，芽孢囊棒状；周生鞭毛；无荚膜；菌苔浅黄色，透明254黄单孢杆菌属菌体杆状，1.53μm×0.43μm；革兰氏阳性；鞭毛偏单生；无芽孢；无荚膜；菌苔浅黄色，透明55假单孢杆菌属菌体杆状，1.16μm×0.48μm；革兰氏阳性；鞭毛偏单生；无芽孢；无荚膜；菌苔白色，透明56土壤杆菌属菌体杆状，2.55μm×0.75μm；革兰氏阳性；周生鞭毛；无芽孢；无荚膜；菌苔白色，透明6表8-11 56株苦豆子内生细菌的分类鉴定（龚福明等，2009）（续）-1中国野生甘草分布广泛，主要分布于新疆维吾尔自治区、内蒙古自治区、甘肃、宁夏回族自治区、青海、陕西，河北、西藏自治区也有少量分布。新疆的塔里木河流域是我国甘草蕴藏量、产量最高的地区，有大面积的野生甘草群落。甘草具有很多药用价值，对植物病原真菌也具有一定的拮抗性，甘草内生细菌长期与甘草和谐共存，可能也具有对植物病原真菌的拮抗活性。龚明福等（2007）研究了甘草内生细菌对棉花枯萎病菌的拮抗性，以期筛选出对棉花枯萎病具有生物防治作用的内生细菌，用于生物农药的生产。研究表明，从新疆阿拉尔地区采集野生甘草进行内生细菌分离，共分离得到125份分离物，内生细菌在各个组织部位中的分布是不同的，从根、茎、叶、种子和根瘤中分离得到的内生细菌数分别为35、25、30、15和20。对分离得到的125份内生细菌分离物进行皿内拮抗性试验，结果表明，有31株甘草内生细菌对棉花枯萎病菌表现出明显的拮抗活性，菌落直径1.00～2.86cm，相对抑菌率51.7%～84.7%。这些菌株能否在棉花中定殖，以及在棉花中定殖以后是否仍具有拮抗活性，还有待于进一步研究。根据菌落特征，10h菌龄的鞭毛染色结果，20h菌龄的菌体形态、大小及革兰氏染色反应，48h菌龄的芽孢染色和72h菌龄的荚膜染色结果，参照东秀珠（2001）的方法进行分类鉴定，具有较强拮抗活性的31株内生细菌分别属于气芽胞杆菌属（Aerobacillussp.）、气单胞菌属（Aeromonassp.）、芽胞杆菌属（Bacillussp.）、黄单孢杆菌属（Xanthomonassp.）、假单胞杆菌属（Pseudomonassp.）和土壤杆菌属（Agrobacteriumsp.）（表8-12）。序号分类特征菌株数1气芽孢杆菌属菌体杆状，1.75μm×0.554μm；革兰氏阳性；有芽孢，芽孢囊棒状；侧生鞭毛；无荚膜；菌苔白色，半透明22气单胞菌属菌体杆状，1.83μm×0.73μm；革兰氏阳性；鞭毛偏单生；无芽孢；无荚膜；菌苔浅黄色，透明33芽孢杆菌属菌体杆状，1.51μm×0.55μm；革兰氏阳性；有芽孢，芽孢囊棒状；周生鞭毛；无荚膜；菌苔浅黄色，透明104黄单孢杆菌属菌体杆状，1.53μm×0.43μm；革兰氏阳性；鞭毛偏单生；无芽孢；无荚膜；菌苔浅黄色，透明55假单胞杆菌属菌体杆状，1.16μm×0.48μm；革兰氏阳性；鞭毛偏单生；无芽孢；无荚膜；菌苔白色，透明56土壤杆菌属菌体杆状，2.55μm×0.75μm；革兰氏阳性；周生鞭毛；无芽孢；无荚膜；菌苔白色，透明6表8-12 31株苷草内生细菌分类鉴定结果（龚明福等，2007）包括棉花在内的植物内生细菌种类丰富，开发利用内生细菌作为生物农药的潜力很大。但是关于它对整个生态及人类身体健康影响的报道较少。在防治病害方面，多数生防制剂的防效还不能令人满意，内生细菌的应用潜力还没有完全开发出来。从整体上看，利用内生细菌防治病害存在以下问题：①内生细菌的分离方法尚待改进和完善。内生细菌的分离过程中，灭菌过轻或过重都会影响植物内生细菌调查的准确性，前者会扩大植物内生细菌的生物多样性，而后者会导致内生细菌的丢失；②内生生防细菌的筛选通常是先在实验室的平板对峙培养上进行的，具有很大的局限性，除了拮抗、寄生等作用方式外，许多通过其他方式起作用的菌株不能被筛选到；③内生生防细菌在筛选过程中，往往是采用一种病原菌作为筛选目标，造成生防菌防效单一，综合防病效果差；④内生细菌依赖环境性强，室内试验结果与室外防效不一致；⑤内生细菌作为生防因子，必须考虑其致病性。针对以上问题，必须解决消毒剂的选择与使用问题；在筛选生防菌过程中，采用多种病原菌作为筛选目标，变单一菌剂的使用为多菌配合使用，提高防效和实现防病的广谱性，并降低对环境的依赖性；另外，对土壤中内生细菌的生态学进行更多的研究，使环境和操作更有利于生防细菌作用的发挥；在内生细菌的应用上，必须检测其对人畜和植物的安全性问题。内生细菌在防治棉花病害的应用上虽然面临许多问题，但作为生防菌株，依然具有广阔的前景。在植物根围区系中存在着大量的微生物，许多微生物及其代谢产物能够抑制植物病原菌的生长发育，因此，从土壤中筛选植物病原菌的拮抗菌，反施于土壤，人为增加有益微生物类群，限制有害微生物生长而进行的生物防治，既可减少化学农药可能带来的环境污染，又解决了抗病棉品种筛选周期长，抗病单一的缺点，被国内外学者广泛研究。芽胞杆菌（Bacillusspp.）是自然界广泛存在的一类细菌，可以产生杆菌肽、环脂、氨基酸类、核酸类和类噬菌体颗粒等多种抗菌物质，在植物病害生物防治中被广泛应用。王少杰（1991）报道了利用对棉花祜萎病菌有拮抗作用的两株荧光假单胞杆菌和两株产芽孢细菌在田间防治棉花枯萎病的试验。结果表明，两株荧光假单胞杆菌的防治效果较好，在苗期的防治效果为73.14%～73.63%，在开花期的防治效果为74.73%～49.73%，棉花增产率分别为15.79%和12.03%。两株产芽孢细菌在苗期和开花期的防治效果分别为62.25%～75.61%和23.98%～55.16%，棉花增产率分别为-0.18%和+4.88%。Zhang（1995）利用枯草芽胞杆菌处理棉种后发现，该菌也能在棉苗根部定殖，并随根的生长而扩展，从而导致枯萎菌在根部的定殖量减少，降低了棉花枯萎病的发生。袁红霞等（1998）报道了两株芽胞杆菌对棉花枯萎病的防治效果为分别36.4%和54.0%。Gamliel等（1993）利用恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）、荧光假单胞菌（P.fluorescens）和产碱假单胞菌（P.alcaligenes）蘸根处理棉苗，并将棉苗移栽到经过日晒处理的土壤中，可以减轻棉花枯萎病的为害，同时，还能够促进棉苗的生长。研究表明，施用的拮抗假单胞菌可以有效地阻止枯萎病菌在棉花根部的定殖，从而起到防治病害的作用。芽胞杆菌是一类需氧或兼性厌氧、G+（目前也发现有G-的），在一定条件下能产生抗逆性内生孢子的化能异养菌。其抗菌谱广泛，对多种病原真菌、细菌均有较强的抑制作用。从土贝母和腊肠等中药和发酵食品中，筛选出对棉花枯萎病菌有广谱拮抗作用的芽胞杆菌29株，其中，有12株菌产抗菌蛋白。有5株抑菌活性较强：H110、H184、H216、B316和B382。经初步鉴定，H110和H184为枯草芽胞杆菌，H216、B316和B382为地衣芽胞杆菌。5株菌的蛋白粗提液对热稳定，对蛋白酶K、胰蛋白酶均不敏感，但H184、H216的蛋白粗提液对胃蛋白酶部分敏感（齐东梅等，2005）。对棉花枯萎病菌有强烈抑制作用的芽胞杆菌菌株B110分离自中药白豆蔻，根据其形态特征和生理生化特征初步鉴定为枯草芽胞杆菌，其蛋白粗提液经SephadexTMG-75后得到两个峰，其中，峰a有较强抑菌活性，命名为B110-a，峰b基本无活性；SDS-PAGE分析结果显示，B110-a主要由两种蛋白组成，含量较高的分子量为50kD，含量较低的分子量为29kD（梁启美等，2005）。利用划线法和杯碟法，曹君等（2005）研究了枯草芽胞杆菌BS菌株和哈茨木霉TH-1菌株对棉花枯萎病菌的拮抗作用。结果表明，枯草芽胞杆菌BS菌株及其代谢液对棉花枯萎病菌均有抑制作用，抑菌率均在70%以上。说明BS菌株对枯萎病菌的作用机制主要通过营养竞争方式，抑菌物质产生的作用相对较小。芽胞杆菌Bl5对棉花枯萎病菌具有较强的抑制作用，抑菌圈达30mm。其抗菌谱广，拮抗性能稳定，拮抗作用主要源于其代谢产生的拮抗物质。B15营养要求简单，繁殖迅速，在含黄豆粉培养基中，48h即全部生成芽孢，易于扩大培养。在试验所用多种培养基上，包括PDA均能产生拮抗物质，拮抗物质的产生与生长同时进行，这使得B15能在不同的营养环境中及时发挥拮抗作用。不同温度土壤中放置30天，菌株存活率最高可达55.5%，表明其抗逆性较强。综上所述，芽胞杆菌B15是一株极具开发潜力的生防菌株（朱薇玲等，2006）。但作为有实际应用意义的生防菌，还需从生产、储运、经济、田间应用等方面做进一步研究。王娜等（2007）筛选到的5株拮抗细菌均为革兰氏阳性细菌，挑选其中抗性最强的S6进行研究，经过16S rDNA鉴定，S6为枯草芽胞杆菌。S6生长迅速，2h即能达到生长对数期。同时，S6生长温度范围比较广，在15～50℃均能良好生长，棉花枯萎病发病一般需要在24～28℃，在这个温度内S6能正常生长。一般情况下，枯草芽胞杆菌在pH值7左右时生长良好，pH值低于6或者高于8时生长受到显著抑制，而S6在pH值为5时能良好生长。S6对盐的耐受能力达到10%。因此，S6能良好、迅速生长，快速地占领生存空间，抢占营养，从而有利于抑制其他病原微生物的生长。拮抗细菌对枯萎病的抗菌效率一般在20%～30%，达到50%以上的即为高效拮抗细菌。S6对棉花黄萎病的拮抗效率达到53.1%，对棉花枯萎病的拮抗效率达到55.2%，因此，S6作为生防菌应用的潜能是很高的。S6具有一定的开发利用价值，但是，其在植株上的定殖、生物防治效果、抗菌成分分析、高效基因工程菌的构建和发酵工艺等方面需要研究。缪礼鸿等（2008）从植物根际土壤中，筛选到3株对大豆根腐病、棉花枯萎病、小麦赤霉病等多种作物真菌病害有较强拮抗性的芽胞杆菌菌株Bacillus sp.920，Bacillus sp.930和Bacillus sp.932。用琼脂块法分别测定了它们对11种植物病原真菌的抗菌谱、发酵液的抑菌活性大小及其热稳定性，并对发酵液中的抑菌活性物质进行了初步提取。结果表明，920和932菌株为广谱性抗真菌菌株（表8-13）；930菌株仅表现出对稻瘟病菌具有较强的拮抗性。Bacillus sp.920发酵液中的抑菌活性物质可被酸沉淀，并具有较好的热稳定性。棉花盆栽试验结果表明，接种芽胞杆菌920菌剂可使棉花枯萎病引起的棉苗死亡率由15%降至3.7%，发芽率比对照提高了10%。病原真菌920菌株930菌株932菌株大豆根腐病菌+++—+++棉花枯萎病菌+++—+++油菜核盘病菌+++++++小麦赤霉病菌+++—+++水稻恶苗病菌+++—++小麦全蚀病菌++++—小麦根腐病菌+++++++玉米小斑病菌++++++++水稻稻瘟病菌++++++++++水稻纹枯病菌+++—++柑橘黑腐病菌++++++++表8-13 3株芽胞杆菌的抗菌谱及抑菌强度测定结果枯草芽胞杆菌对棉花枯萎病菌的拮抗作用试验结果表明，首先，枯草芽孢菌杆对棉花枯萎病菌菌丝生长有明显的抑制作用。在平板对峙培养中，培养第一天时菌落平均直径为1.1 cm，菌丝向上向外有少许蓬松生长，并且出现明显的抑菌圈，抑菌效果为23.6%。在第三天和第五天时，菌落平均直径分别为1.54 cm和1.46 cm，芽胞杆菌越过抑菌带向菌饼处扩展，菌丝有少许向外生长，气生菌丝消失，菌丝稀薄。抑菌效果分别为54.4%和73.9%。培养至第七天时，菌丝不再向外生长，菌丝非常稀薄，由干燥逐渐变为油状，颜色由白色逐渐变为无色。对照菌丝生长蓬松，菌落厚实，此时已长满皿，抑菌效果为88.8%。其次，枯草芽胞杆菌在培养前期生长速度很快，有很强的占位效应，说明与棉花枯萎病菌存在空间和营养的竞争。显微镜检结果发现，枯萎菌的菌丝相较于正常的菌丝会发生变异，菌丝颜色变褐色、膨大、断裂，消融、释放原生质等物质。说明枯草芽胞杆菌对棉花枯萎病菌的拮抗机制可能还与其分泌的抑菌物质有关，其作用方式和作用机制均有待于进一步研究（但红侠等，2010）。APS是一种由蜡状芽胞杆菌产生的新型抗真菌环状多肽。刘建国等（1999）研究表明，APS具有广谱抗菌性，其对棉花枯萎病等多种病原真菌及黑曲霉的孢子萌发具有强烈的抑制作用（表8-14），最小的MIC达2.5μg/ml，对真菌的生长亦具有强烈的抑制作用。随着APS处理浓度的增加，菌丝生长速度明显降低，甚至为零。扫描电镜观察表明，经APS处理后，菌丝发生顶端膨大、分支缩短等异常形态学变化。植物病原真菌处理浓度（μg/ml）菌落直径（mm）抑菌率（%）菌丝生长速度（mm/h）48h72h48h72h48h72h棉花枯萎病菌CK34.543.50.720.60棉花枯萎病菌2514.919.056.955.80.310.26棉花枯萎病菌756.86.880.780.30.140.09棉花枯萎病菌1505.05.085.588.40.100.07小麦赤霉病菌CK33.744.00.700.61小麦赤霉病菌2511.312.066.572.70.240.17小麦赤霉病菌756.06.082.286.40.130.08表8-14 APS对病原真菌菌丝生长的影响植物病原真菌处理浓度（μg/ml）菌落直径（mm）抑菌率（%）菌丝生长速度（mm/h）48h72h48h72h48h72h小麦赤霉病菌1505.55.583.687.50.110.07水稻稻瘟病菌CK32.064.00.670.89水稻稻瘟病菌2510.512.068.781.40.220.14水稻稻瘟病菌756.06.081.290.60.130.08水稻稻瘟病菌1506.06.081.290.60.130.08表8-14 APS对病原真菌菌丝生长的影响（续）-1关于枯草芽胞杆菌对植物病原菌的作用方式，有人认为，是病菌孢子萌发受到抑制，也有报道是菌丝顶端的畸形。孔建等（1998）将枯草芽胞杆菌B-903菌株液体培养72h后，将培养滤液高温灭菌，以不同比例将培养滤液加入镰刀菌孢子悬浮液中，置于扫描电镜和光学显微镜下定时观察。结果表明，镰刀菌孢子悬浮液培养12h后，无菌水处理的病菌孢子均已萌发形成细长菌丝，培养至18h菌丝生长正常，长而均匀，有分枝，培养至48h菌丝未见异常。但经B-903滤液处理的镰刀菌，培养12h后在光学显微镜下观察，孢子尚有部分未萌动，孢子短粗变形，已萌动的芽管出现扭曲状，但多数孢子随后仍能发育成菌丝。上述异常现象随B-903滤液处理浓度增高而加剧。将镰刀菌孢子悬浮液培养15h在扫描电镜下观察，经B-903滤液处理的菌丝端部和中部的细胞开始明显膨胀呈球状，球状细胞的细胞壁皱缩干瘪，分析应是内含物外泄后所致。小孢子端部亦膨大形成远大于自身的球状结构，并看到内含物外泄的现象。经B-903滤液处理18h在光学显微镜下看到，所有的菌丝细胞均出现畸形。细胞呈圆形或椭圆形，以致整个菌丝由丝状变为捻珠状，此时透过细胞壁，其细胞内含物清晰可见。然而至28h，球状细胞进一步膨大，胞内物质减少，细胞透明度增加，并且菌丝开始有断裂现象。36h后观察，串珠状菌丝已纷纷断裂成片段，5～7个球体细胞连成一串，细胞内含物消失，变成空胞，镜下看去类似一串串的肥皂泡。至48h，细胞之间相互离解，菌丝体完全崩溃，最终这些单个的圆形空胞也逐渐瓦解消融。试验中观察到，不同浓度的B-903滤液处理，病菌孢子和菌丝的畸变过程是类似的，而高浓度的处理会使整个过程缩短，症状亦更明显。由此认为，枯草芽胞杆菌对植物病原菌的抑制怍用主要依赖于其生活过程中产生于体外的某种抗高温的代谢产物，即抗菌物质，它可使病菌孢子和菌丝畸形，细胞崩解，内含物外泄，从而使病菌丧失对植物的侵染能力，在许多枯草芽胞杆菌防治病害的试验中，多数方法是将大量培养的活菌接种于表面或植物根际土壤中，其防治效果可能亦得益于该菌在土壤中产生的抗菌物质，而非微生物之间对生态位的占领竞争。事实上，在大量培养枯草芽胞杆菌时，当单位容积中的菌体细胞达到一定数量或培养时间超过21h，大部分该菌细胞即开始自融，起防病作用的还是培养液中的代谢物，因此，从抗菌素的角度来研究枯草芽胞杆菌的开发利用，可能更有价值。利用木霉菌属、芽孢菌属和假单胞杆菌作为生防制剂防治棉花病害已经取得进展。张克诚等（2002）利用一株从小麦根际筛选的链霉菌属（Streptomycesspp.）拮抗菌株S-5拌土或拌种，不仅防治棉花苗期病害效果明显，对棉花生长中后期的枯、黄萎病也取得了较好的防病效果。用链霉菌菌剂拌种，对棉花苗期病害的防病效果为65.5%，比多菌灵的防效高出25.5个百分点。田间防治枯、黄萎病效果，不同施用量，链霉菌S-5对枯、黄萎病的防病效果差别明显。使用2.5kg/667m2拌种，对枯萎病防病效果为81.8%；对黄萎病防病效果为100%。这为进一步开展以链霉菌作为生防制剂的棉花病害生物防治研究奠定了基础。利用拮抗微生物防冶土传病害，是建立在作为生防制剂的微生物能否在植物根际定殖的基础上的。然而，拮抗微生物在根际定殖受到许多环境因素如土壤pH值、矿质营养、含水量、土著微生物的种类，以及植物种类、植物不同生育期等的影响。因此，有必要进一步了解在根际微生态中拮抗微生物与土著微生物包括病原微生物的相互作用及其对植物的影响。具体来讲，需有明确链霉菌S-5抑制土传病害，促进植物生长的作用机制，在弄清生防菌作用机理的基础上，改进应用技术，提高生物防治效果。防治效果的稳定性是土传病害生物防治中最关键的问题，也是决定一种生防微生物能否在生产上推广应用的前提。为提高链霉菌S-5菌株生防效果的稳定性，可以采用与S-5菌株相容的其他根际微生物如木霉属、杆菌属的菌株混合使用的方法来改进，因此，还需要进一步研究链霉菌S-5与植物改进其他微生物间的互作关系。植物病害抑菌土（Pathogen suppressive soil）是指在土壤中有某种病原菌存在下，种植感病植物，由该病原菌引起的病害的发生、发展受到抑制的土壤。抑菌土的形成须具备两个条件：一是土壤中存在足够以致病的病原菌的量；二是同时种植感病品种，而植株不发病，或发病很少。从抑菌土的发现到21世纪初，对抑菌土的研究已有100多年的历史。马存等（2007）将抑菌土的研究历程划分为4个阶段。第一阶段：从19世纪末至20世纪20年代，主要是对不同类型土壤病害发生情况的研究报道，是抑菌土研究的初创时期。研究结果只是相继证实了这种现象，均未涉及土壤中是否含有致病菌，以及病原菌含量上的差别。第二阶段：从20年代末到50年代末，Menzies（1959）提出抑菌土概念为止。抑菌土的概念已初步显现。第三阶段：从60年代起至70年代末，由于抑菌土概念的提出以及对环境保护的重视，使植物病理学家对非化学方法保护农作物抵御各种病害的侵袭日益重视，使抑菌土的抑菌机理研究逐步深入，以期从中发现病害防治的新途径。第四阶段：从70年代开始至今，抑菌土的本质得到初步揭示，对其机制的研究逐渐从单一集中于生物因子的主导作用，发展为生物因子和非生物因子共同作用的结果。对抑菌土的研究已成为植物病害生物防治的一项重要内容。棉花枯萎病重病田或枯萎病圃，连续种植抗病品种多年后，再种植感病品种则发病显著降低，称做病圃衰退。徐富有（1985）认为，抗枯萎病品种连作3年后土壤内枯萎菌致病力显著减弱。张卓敏等（1980）和吴传德（1985）认为，土壤内枯萎菌量随抗病品种连作年限增加而减少，致病力也有随连作年限增加而降低的趋势。中国农业科学院植物保护研究所河南新乡县王屯基点，1972年在发病率接近100%，死苗率80%的枯萎病绝产田块建立枯萎病圃，1973年开始种植抗病品种，到1976年再种植感病品种岱字棉15、发病率降低到35.4%，病指22.3，该病圃在1982年、1983年、1985年曾3次用带病棉柴及人工培养的枯萎菌接种，但感病品种的发病率无显著提高。Baker等（1974）和Cook（1981）认为，具有抑制病害发展的土壤称为抑菌土（Suppressive soil），无抑菌作用的土壤称为导菌土（Conductive soil）。马存等（1992）于1987～1988年两年进行盆栽试验结果表明，86-1根围土（抗病品种86-1连作10年以上田块的棉株5cm内土壤）枯萎病平均发病率37.3%，病指19.5，与对照（无植棉史的果园土或种植1～2年感病棉花品种的土壤）相比，抑菌效果达60.5%。86-1田间土（抗病品种86-1连作10年以上田块土壤）枯萎病平均发病率48.3%，病指29.4，抑菌效果39.9%。枯萎病圃土（作为棉花育种抗病性鉴定病圃连作棉花10年以上病圃土壤）平均发病率55.3%，病指27.2，抑菌效果43.9%。感病品种棉田土发病率72.8%，病指66.9，无抑菌效果。对照果园土平均发病率70.1%，病指48.7（表8-15）。以上结果表明，86-1根围土、86-1田间土、枯萎病圃土对枯萎病菌均有显著的抑菌效果，86-1根围土抑菌效果最强，比病圃土效果高27.4%。感病品种棉田土和果园土对枯萎病菌无抑菌效果。土样发病率（%）病指抑菌效果（%）861根围土37.319.560.5861田间土48.329.439.9枯萎病圃55.327.243.9感病品种田72.866.9—果园土（CK）70.148.7—861根围灭菌72.455.6—861根围+果园（1∶1）55.237.324.1表8-15 不同土样对枯萎病菌抑菌效果比较（盆栽）李长兴等（1996）报道的盆栽试验结果指出，种植抗病品种10年以上的重枯萎病圃再种感病品种（辽棉6号），发病率为80.2%，病指为47.8；多年没有种植过棉花的小麦田土发病率为92.2%，病指为65.0。种植抗病品种10年以上的重枯萎病圃显著比多年没种植过棉花的小麦田土（对照）发病率、病指低，分别低12.02%和17.21%（表8-16）。处理项目枯萎病发病率（%）病指抑菌效果（%）抑菌土（10年）80.247.826.5抑菌土（5年）93.258.69.9抑菌土（高压灭菌）86.158.210.4小麦田土（CK）92.165.0—表8-16 盆栽试验的抑菌效果河南新乡田间小区试验结果，86-1连作10年田枯萎病平均发病率9.8%，病指4.4，与对照果园田比较，抑菌效果达85.8%。连作10年以上枯萎病圃，平均发病率17.1%，病指6.8，抑菌效果75.2%。对照果园田平均发病率57.l%，病指28.8（表8-17）。在辽宁辽阳试验结果，连作10年枯萎病圃枯萎病发病率39.0%，病指19.3，对照菜园土发病率75.9%，病指44.1，抑菌效果平均56.2%（表8-18）；连作5年的枯萎病发病率66.7%，病指37.8，抑菌效果17.6%。发病率和病指比连作10年病圃分别高27.7%和18.5%，而抑菌效果低36.6%。还可看到未接菌小区连作10年和5年病圃田，枯萎病指分别为8.1和14.1，这说明病圃连作年限愈长，病圃衰退愈明显，而对枯萎病菌抑菌效果也就愈显著。河南新乡、辽宁辽阳两地田间小区试验结果基本一致均证明，连续种植抗病品种多年后的棉田，或连作多年的枯萎病圃，对枯萎病菌均有抑制作用，存在抑菌土。田块处理枯萎病发病率（%）病指抑菌效果（%）861连作田接菌9.84.485.8未接1.00.3—枯萎病圃田接菌17.16.8—未接1.90.676.2果园田（CK）接菌57.128.8—未接0.00.0—表8-17 田间小区对枯萎病菌抑菌效果比较（河南新乡）（马存等，1992）田块接菌情况发病率（%）病指抑菌效果（%）连作10年病圃田接菌39.019.356.2不接菌15.58.1—果园田（CK）接菌76.944.1—不接菌0.00.0—连作5年病圃田接菌66.737.817.6不接菌28.514.1—果园田（CK）接菌71.045.9—不接菌0.00.0—表8-18 不同田间小区对枯萎病菌抑菌效果比较（辽宁辽阳）（马存等，1992）杨之为等（1995）按不同年限的土样分别接入1%土样的棉枯萎病菌麦粒沙培养物，当种植感病品种冀棉11时，从苗期病情看，连作3年、6年、8年、9年、11年和15年土样的发病率依次为66.67%、55.6%、42.8%、33.3%、11.7%和3.3%，松林土（CK）发病率为85.7%（表8-19）。抗病品种岱字棉16连作6年的土样发病率为CK的64.8%，连作11年、15年的土样发病率仅为CK的13.6%和3.8%。将高压灭菌土样再接入等量病菌培养物，测定其土样致病力，可以看出（表8-19），当抗病品种连作少于8年时，土壤中抑病因子大多被降解，棉苗发病率81%～92%；但连作9年以上则发病率在33.3%～63.3%，低于重病田，说明经高压灭菌的土样中仍可能存在少量抑病因素。土样来源原土样灭菌土样发病率（%）病指发病率（%）病指松林土85.771.466.354.5重病田土40.020.085.771.4连作3年66.733.381.863.6连作6年55.630.6——连作8年42.817.691.668.7连作9年33.330.533.316.7连作11年11.75.963.650.0连作15年3.30.0156.640.0表8-19 不同土样接菌后的抑病效果（接菌量1%）形成抑菌土的因子主要有生物因子和非生物因子，不同抑菌土起作用的因子各有不同。在生物因子中，主要是土壤中的微生物。非生物因子是指土壤的矿物质含量、土壤的酸碱性、土壤质地、土壤颗粒结构等物理和化学性质。国际上有研究认为，土壤微生物种群结构的改变，尤其是一些拮抗微生物的增加，是形成棉花枯萎病田抑菌土的主要生物因子。杨之为等（1995）和王汝贤等（1998）从棉花根系分泌物对棉花枯萎病的影响和连作抗枯萎病品种棉田微生物数量变化做了系统研究后认为，棉花抗病品种连作田土壤中，棉枯萎菌数量的减少，是土壤致病力下降的主要原因，而造成棉枯萎菌数量减少的主要原因，则是土壤中的有益放线菌、细菌增长导致棉花抗病品种根系分泌物中的抑菌物质对病菌抑制的结果。土壤有益微生物增长的原因：一是棉花抗病品种根系分泌物为这些有益菌提供了良好的生活条件；二是可能因棉花枯萎菌数量的减少，有益菌减少了竞争对手，使其有了扩大繁殖的机会，这一切变化又均与棉花抗病品种连作分不开。抗病品种连作3年，土壤带菌量约为重病田土样菌量的43%，连作6年为重病田土样菌量的57%；连作8年的土样带菌量降低幅度较大，为重病田的23%；连作10年以上的土壤中，棉枯萎病菌很少（表8-20）。在不同连作年限的抑菌土中种植感病品种冀棉11，重病田的棉苗发病率为31.25%；抗病品种连作3年的棉苗发病率为12.5%；连作6年的发病率为9.09%；连作9年以上的除连作11年发病率4.55%外，其他基本不发病。这表明，随着抗病品种连作年数的增长，土壤中，棉枯萎病菌的数量和致病性逐年降低，说明棉枯萎病抑菌土的形成是抑病因子逐渐积累的过程。土样来源土样带菌量（个/克土）发病率（%）病指松林土（CK）000重病田土217631.7514.06连作3年114712.509.38连作6年12369.094.56连作8年5008.304.00连作9年5800连作10年1000连作11年1484.564.56连作15年000表8-20 不同棉田土样致病力比较（杨之为等，1995）马存等（1992）在盆栽土样内枯萎菌菌量测定结果表明，86-1根围土，每皿平均有菌落22.5个（每克土样内有菌落4500个），比对照果园土减少56.7%。86-1田间土每皿有菌落21.4个（每克土有4250个），比果园土减少59.2%。枯萎病圃土每皿有菌落32.2个（每克土有6440个），比果园土减少52.9%。对照果园土每皿有菌落52个（每克土有10400个）。田间小区内枯萎菌菌落，86-1田间土、枯萎病圃土每皿有菌落分别为138个（每克土有2760个）和1486个（每克土有2920个），分别比菜园土减少51.4%和48.6%。菜园土每皿有菌落284个（每克土有5580个）。从上述结果清楚的看到，在相同接菌量情况下，种植一季感病棉花品种后，3个抑菌土土样内，枯萎病菌菌量比对照菜园土减少48.6%～59.2%，说明抑菌土对接入土壤内的枯萎病菌有极显著的抑制作用，因而枯萎病发病率显著降低，达到控制枯萎病为害的效果。王汝贤等（1998）从棉花抗病品种连作3年、6年、8年、9年、10年的土样中分离出3830个真菌菌落，其主要类群归入11个真菌属。随着棉花抗病品种连作年限的增长，土壤中，真菌和放线菌的种类和数量逐渐增加（表8-21、表8-22）。对棉枯萎病菌抑制性较强的种类有：细黄链霉菌（Streptomyces microflavus）、球孢链霉菌黄色变种（S.globisp var.llavus）和紫链霉菌淡红变种（S.wolaceus）。供试土样中，分离到的3315个细菌菌落按菌落特征可分为9个类型，其中，Ⅲ型和Ⅳ型对棉枯萎菌有较强的抑菌作用，初步鉴定为枯草芽胞杆菌Bacillus subtilis和B.sp.，它们在连作年限较长的土样中出现的频率较高，但土样中细菌的总数量与棉花抗病品种连作的年份成反相关（表8-23）。供试土样中分离出3种主要线虫，其中，螺旋线虫、滑刃线虫和真滑刃线虫的数量也随抗病棉花连作时间的延长而增加（表8-24）。菌类连作年限10年9年8年6年3年菌落数百分率（%）菌落数百分率（%）菌落数百分率（%）菌落数百分率（%）菌落数百分率（%）脊霉菌属9.448.48.455.36.550.010.163.99.659.3曲霉菌属6.131.43.523.03.829.23.220.34.729.0链格孢属0.84.10.74.60.64.60.31.90.53.1毛壳属0.21.00.95.90.32.31.59.50.21.2园酵母属0.31.50.10.70.32.30000黑粘座孢霉属0.10.5000.21.50.10.60.10.5瓶粳脊霉属00000.10.80.21.300毛霉属000.10.70.21.50.10.600木霉属00000.10.8000.21.2粘帚霉属000.10.70.21.50000镰孢属0.52.60.32.00.21.50.10.60.31.9其他2.010.51.27.20.54.00.31.70.83.8平均每皿菌落总数19.415.313.015.916.2种类数1812141110表8-21 棉花不同连作年限土样中真菌类群比较（平均每皿菌落数）菌类连作年限10年9年8年6年3年菌落数菌落数菌落数菌落数菌落数纤维螺旋链霉菌5456341325产二素链霉菌482323813天冬素紫色链霉菌3725281110球孢链霉菌黄色变种2118141110土味链霉菌48173紫色链霉菌01000球孢链霉菌01000表8-22 不同连作年限土样中放线菌数量的变化（个）菌类连作年限10年9年8年6年3年菌落数菌落数菌落数菌落数菌落数细黄链霉菌00300绿色产孢链霉菌00200其他6127116合计1701391126167群落数11101197菌落数（皿）28.323.218.710.211.2抑制性菌落数3.53.33.21.81.7表8-22 不同连作年限土样中放线菌数量的变化（个）（续）-1菌类连作年限10年9年8年6年3年菌落数菌落数菌落数菌落数菌落数Ⅰ2254596151Ⅱ2925465781Ⅲ25012109Ⅳ00013Ⅴ004130Ⅵ16213Ⅶ011000Ⅷ024000Ⅸ002800菌落数45665菌落数（皿）77120151142153抑制性菌落数25401089表8-23 不同连作年限土样中细菌的类群及数量（个）土样螺旋线虫滑刃线虫真滑刃线虫垫刃线虫短体线虫其他合计连作9年16271230058连作6年2014851250连作4年1410028连作2年0110002表8-24 不同连作年限土样中线虫数量的变化（个）李长兴等（1996）连续3年对4类型土壤采土，在不同棉花生育期采土分离结果，10年以上的枯萎病圃中，细菌、青霉、曲霉、放线菌的数量显著比未植棉土壤和小麦田土壤多，有芽孢细菌比未植棉土多1.13倍，无芽孢多1.69倍；真菌中，青霉多0.76倍、曲霉多1.11倍；放线菌多0.86倍（表8-25）。并且在放线菌对棉花枯萎病菌拮抗作用测定中，筛选出2株具有拮抗作用的菌株。这表明生物抑菌因子的存在，种植抗病品种多年的重枯萎病田根围土或根际土中，有可能筛选到拮抗作用强的抗生菌。土样类型真菌（×103个/克土）细菌（×104个/克土）青霉曲霉木霉有芽孢无芽孢放线菌（×104个/克土）抑菌土（10年）105.869.70.768.3285.8255.8抑菌土（5年）100.360.5047.7204.9221.1小麦田土63.321.2046.3149.6109.9未植过棉土67.830.8041.298.2141.3表8-25 不同类型土样菌量对病菌小孢子萌发、厚垣孢子产生数量的测定结果表明（表8-26），不同连作年限土样浸出液对病菌小孢子萌发的影响没有显著差异；对厚垣孢子的形成却有一定影响：连作6年以下每视野（16×10）平均17～18.8个厚垣孢子，9年有13.3个厚垣孢子，连作15年仅有4.9个厚垣孢子，说明随抗病品种种植年限的增长，厚垣孢子的形成数量逐渐减少，由此推测土壤中，有抑制厚垣孢子形成的物质，该物质随年限的增长而逐渐增多。土样来源病菌小孢子萌发率（%）病菌厚垣孢子的形成数量（个/视野）ⅠⅡⅢⅣ显著水平*松林土（CK）81.120.224.311.818.8a重病田土70.720.514.217.817.5a连作6年70.720.718.517.318.8a连作9年63.915.017.87.213.3ab连作11年—11.27.012.810.3ab连作15年84.63.37.83.74.9b表8-26 不同土样浸出液对棉枯萎菌的影响（杨之为等，1995）总之，对棉花枯萎病抑菌土的研究，为枯萎病等多种病害开辟了生物防治途径，利用抑菌土或筛选抑菌生物因子防治植物病害，随着研究的不断深入和技术方法的逐步完善，将可能取得较大的经济效益和社会效益。尽管棉花枯萎病的生物防治研究工作已历时数十年，但至今未形成商品化制剂。究其原因，马存等（2007）认为，是由于对许多问题还缺乏研究，许多困难有待解决。与整个生物防治普遍存在的问题一样，在这些问题与困难解决之前，生物防治尚难以作为常规手段用于棉花枯萎病的治理。这些问题主要包括：一是生态学障碍。从实验室向大田阶段的过渡往往遭到失败，其中，生态障碍是主要原因；二是防治对象单一。生物防治研究仅仅针对其中一种或几种病害，往往不被工业化生产所接受；三是缺乏适合工业化生产的扩繁技术。在实验室内可以不计成本培养所需生防制剂，但在商业化生产上则要考虑经济效益，与规模化生产有关的大量培养技术则有待提高；四是缺乏准确可靠的筛选技术与筛选标准。目前，生防菌的筛选技术和标准仍然是沿用传统的平板对峙法和在平板上对病原菌的拮抗能力，其预见性较差，如果结合生防菌的其他特性，如定殖能力的测定，则有望筛选到更有潜力的菌株；五是缺乏规范化的菌剂制备技术。有关生防菌剂制剂化和规范化的配套研究相对缺乏，无法将有效的生防菌开发成规范的产品；六是缺乏配套的生防菌田间施用技术。植病生防的研究目的是防治田间植物病害，其田间施用技术选择的适当与否，决定着该菌剂的有效性。针对上述棉花枯萎菌生防菌所存在的问题，结合工业化生产需要，认为生防菌株应具有如下特点：①生长速度快，产孢量大。②作用谱广泛。③作用机制多样性。④可在棉花根际大量定殖。⑤能作用于棉花内部的枯萎病菌。⑥不受土壤抑菌作用的干扰。⑦休眠孢子有较强的耐干燥能力。⑧对棉花生长有促进作用。⑨要有合适的生防菌剂剂型及相应的施用方法。虽然目前没有登记注册的防治棉花枯萎菌的生防菌，但已有防治其他作物枯萎病的生防制剂商品。例如，意大利S.I.A.P.A公司登记的利用非致病性尖孢镰刀菌作为生防菌的产品Biofox C，可防治由尖孢镰刀菌引起康乃馨和番茄等病害；由法国Matural Plant Protection公司注册的同类产品Fusaclean，可防治由尖孢镰刀菌所引起的芦笋、康乃馨和番茄等作物病害。说明应用生防手段防治棉花枯萎病前景乐观。随着棉花枯萎病生防菌在菌株人工改良技术、生防菌剂生产条件以及生防菌剂型的多方面研究，生物防治棉花枯萎病有可能在近期取得一些突破。

导致棉花枯萎病的病原菌为尖孢镰刀菌萎蔫专化型 [Fusarium oxysporumSchlectend：Fr.f.sp.vasinfectum（Atk.）W.C.Snyder&.H.N.Hans.]。在相当长的一段时期内，镰刀菌的分类是很混乱的，各研究者曾把该属划分为1000种以上的种、变种和型（俞大绂，1977；张素轩，1991；Bilai等，1955；Tousson等，1975）。1935年Wollenweber等把镰刀菌归纳为16组、143种、变种和型，奠定了镰刀菌分类的基础。在其以后，Suyder等（1968）、Joffe（1974）、Gordon（1952）、Bilai（1955）等对镰刀菌分类都进行了大量的研究，并提出各自的分类概念和系统（Amstrong等，1977；Nelson等，1983）。但所有这些都是以Wollenweber Reinking的专著《镰刀菌属》（Die Fusarien，1935）为基础的。Booth（1971）根据Gordon的分类体系，以大形分生孢子形态作为鉴别镰刀菌种的主要特征，重视标准培养条件、分生孢子梗形状和分生孢子的产生方式，把分生孢子形态、大小、菌落颜色、产孢细胞和厚垣孢子有无及着生位置、生长速度以及基质特性等作为区分组、种、变种的重要依据。中国一些研究者在分离棉花枯萎镰刀菌研究中，注意到有不同类型大分生孢子，除典型的Fusarium oxysporum f.sp.vasinfectum（尖孢镰刀菌萎蔫专化型）外，还分离到在孢子形态、菌落色泽、培养性状和致病性方面不同于前者的菌株，对此提出质疑，认为我国棉花枯萎镰刀菌可能还有F.redolens Wr.（芬芳镰刀菌）或者F.oxysporum var.redolens（Wr.）Gordon（尖孢镰刀菌芬芳变种）。澄清我国棉花枯萎镰刀菌的种、型，查明其在分类上的归属是一项十分必要的基础工作，对指导棉花抗病育种与品种合理布局具有重要意义。为此，陈其英和孙文姬（1992）从全国15个植棉省、自治区采集棉花枯萎病株，经分离纯化，获得273个单孢菌株，并对其中13个单孢菌株进行系统研究，断定我国棉花枯萎镰刀菌是尖孢镰刀萎蔫专化型。隶属的分类体系是：半知菌亚门（Deuteromycotina）、丝孢目（Moniliales）、瘤座孢科（Tuberculariaceae），镰孢属（Fusarium Lind），美丽组（Eleganswu.），尖孢种（Oxyporumschl.）。棉花枯萎病菌为尖孢镰刀菌萎蔫专化型，其培养性状，在PDA（马铃薯葡萄糖琼脂）培养基上，菌丝为白色，若培养时间稍长培养基经常出现紫色，菌丝体透明，有分离。具有3种类型孢子，分别为大型分生孢子、小孢子和厚垣孢子（图2-1）。镜检时，重点检查有无镰刀状大型分生孢子和厚膜孢子。大型分生孢子呈镰刀形，略弯曲，两头稍尖，足孢明显，无色，大多具3个分隔，少数为2个，偶见有4～5个分隔，大小为（22～23）μm×（3～5）μm（以3个隔膜的大型分生孢子长度和宽度作标准）。小分生孢子呈卵圆形或纺锤形，无色透明，大多数为单胞，少数有一个分隔，大小为（5～6）μm×（2～3.5）μm。厚膜孢子近圆形，顶生或间生1～3个，但也有数个相连的，卵黄色，直径5～15μm，厚膜孢子是抵抗不良环境的繁殖体。图2-1 棉花枯萎病菌自Alkinson 1892年首先提出引起棉花枯萎病菌是侵染导管萎蔫镰刀菌（Fusarium vasinfectumAtk）后，认为棉花枯萎病菌的寄生性很强，寄主范围很窄。但Butler（1926）、Kulharm（1934）、Armstrong（1940）、Armstrong和Bennoett（1942）、Ebbeds等（1975），前后报道枯萎病菌的寄主多达40余种，计有大豆、烟草、花椰菜、卷心菜、辣椒、牛角椒、木豆、决明、咖啡、印度麻、黄瓜、龙爪稷、三叶胶、秋葵、番茄、苜蓿、类香蒲、狼尾草、绿豆、豌豆、豇豆、蓖麻、茄子、高粱、肿柄菊、大麦、铁荸荠、小花锦葵、大花苘麻、几内亚茴麻、毛里塔尼亚苘麻、束黄麻、酸木槿、柠檬黄木槿、洋麻、裂叶木槿、类酸浆木槿、葡萄叶木槿、尖刺黄花稔和印度蛇婆子等。许如琛等（1964）用人工接菌盆栽试验，甘薯、玉米、薄荷、黄麻、烟草、荞麦、小麦、大麦、黑麦、燕麦、大豆、豌豆、蚕豆、四季豆、胡萝卜、黄瓜、萝卜、莴苣、油菜、菠菜、青菜和婆婆纳等共47种植物因均不发病，故没有作为枯萎病菌的寄主植物。顾本康等（1979）将生长在枯萎病菌人工接菌土内的供测作物植株、采用组织捣碎稀释分离的方法，能够分离出枯萎病病原菌，将它回接到棉花上能够表现枯萎症状，再从菌落形态及孢子大小，都证明是棉花枯萎病病原菌，因此认为，玉米、牛角椒、大麦、元麦、小麦、番茄、乌豇豆、茄子、大豆、柽麻、芝麻、花生、山芋、赤豆和扁豆等作物虽然没有明显症状，而确是棉花枯萎病菌的带菌植物。棉花枯萎病菌在很多植物上只能停留于植物的根表皮，但不能深入导管系统，所以，往往出现隐症状态。因此认为，除已被证明的许多作物或杂草是棉花枯萎病菌的寄主植物外，实际上还有更多植物是棉花枯萎病菌的不表现症状的带菌体；这就是在枯萎病区推行与旱作物轮作对防治枯萎病无效的道理。李君彦等（1990）对小麦、大麦、玉米、高粱、甘薯、大豆、豌豆、红麻、向日葵、烟草、番茄、茄子、辣椒、黄瓜和笋瓜15种植物作棉花枯萎病致病或带菌的研究，其结果表明，15种作物都可带菌，只是带菌的部位有差异，将病菌在棉花上回接，只有小麦、玉米、高粱和向日葵回接不成功。植物病原菌在不同环境、营养条件和寄主植物影响等外界因素作用下，再加上自身的遗传变异，致病力不断地变化。但在长期演变过程中逐渐形成了一些比较稳定的类型，这就是在种和变种以下所区分的转化型、生理型或小种。专化型是一个群体，据不同鉴别寄主的致病反应，可以进一步化分为若干生理小种。鉴定棉花枯萎病生理小种，以及生理小种在不同地区的分布，对培育棉花抗病品种，以及优良品种在不同种植区的分布有指导意义。棉花枯萎病菌具有较强的专化性，不同地区的枯萎病菌尽管形态相似，但致病力不一定相同。Elbeles（1975）根据枯萎病菌对陆地棉、海岛棉、亚洲棉及某些作物的侵染能力的差异，划分为5个生理小种：小种1号和2号，来源于美国，严重感染陆地棉，轻度感染海岛棉，不感染亚洲棉，但小种2号尚能感染烟草及Yel-redo大豆；小种3号为来自埃及的枯萎病菌，感染海岛棉和亚洲棉，不感染陆地棉；小种4号为印度的枯萎病菌，只感染亚洲棉，不感染海岛棉和陆地棉；小种5号为苏丹的枯萎病菌，感染亚洲棉，不感染海岛棉及陆地棉。Armstrong等（1978）描述并提出了巴西的棉花枯萎病菌小种6号。至此，全世界报道的棉花枯萎病生理小种共6个。1972～1973年全国棉花枯萎病、黄萎病综合防治研究协作组收集了我国主要枯萎病区（冀、豫、晋、陕、鲁、皖、苏、浙、鄂、川等省的县）有代表性的菌株76个，在海岛棉、陆地棉和中棉3个棉种的9个鉴别寄主棉花品种上测定其致病力。结果菌株被划分为3个致病型（表2-1）：Ⅰ型侵染海岛棉、陆地棉和中棉，包括南方棉区的22个菌株，北方棉区的26个菌株；Ⅱ型侵染海岛棉和陆地棉，但不侵染中棉，包括南方棉区的17个菌株和北方棉区的16个菌株，为害陆地棉严重；Ⅲ型只侵染海岛棉，不侵染陆地棉和中棉。鉴别品种致病型Ⅰ致病型Ⅱ致病型Ⅲ海岛棉SSS陆地棉SSR中棉SRR表2-1 全国各地棉花枯萎病菌在鉴别寄主上的接菌反应陈其煐等（1985）于1982年用国际通用的一套鉴别寄主对中国各地采集的144菌系筛选出有代表性的17个菌系进行全面的研究，发现我国的棉花枯萎病菌致病力与当时国际上已报道的6个小种有区别。为此，将我国的棉花枯萎病菌分为3个小种，即3号、7号和8号，其中7号、8号小种是首次报道，并认定棉花枯萎病Ⅲ型即为国际3号小种，而Ⅰ型、Ⅱ型被定为新小种，即7号和8号。7号小种是我国的优势小种，广泛分布于国内的各主产棉区，对鉴别寄主中的海岛棉、陆地棉和亚洲棉均表现出高度侵染，不感染或轻度感染5个非棉属寄主；而8号小种则不感染或轻度感染3个棉种的7个品种，轻度感染非棉属的秋葵、金元烟和大豆，严重感染紫苜蓿和白肋烟，仅在我国湖北省的新洲县和麻城县及江苏省的南京发现；3号小种严重感染海岛棉的Coastland、Sakel和亚洲棉的Ronzi，不感染海岛棉的Ashmouni和陆地棉，不感染非棉属寄主的秋葵、金元烟、白肋烟和大豆，极轻度感染紫苜蓿（表2-2）。鉴别寄主小种及分布3新疆麦盖提和吐鲁番7全国各地8湖北麻城及江苏南京海岛棉AshmouniRSW-RCoastlandSSWSakelSSW表2-2 我国不同小种对鉴别寄主植物的侵染力（陈其煐等，1985）鉴别寄主小种及分布3新疆麦盖提和吐鲁番7全国各地8湖北麻城及江苏南京陆地棉AcalaRSWRowdenRSWStonevileRSW亚洲棉RoziSSW秋葵ClemsonspinelaesRW-RW紫苜蓿GrimmRW-RS烟草Burley5RW-RSGolddolarRRW大豆YelredoRW-RW-R表2-2 我国不同小种对鉴别寄主植物的侵染力（陈其煐等，1985）（续）-1致病性是病原、寄主和环境条件相互作用的结果。棉枯萎菌致病性变异的原因比较复杂，可能有：镰刀菌发生突变、异核现象和准性生殖而发生变异；棉花种和品种的更换，造成寄主基因型对病原菌群体遗传结构的影响而发生变异；随土壤中微生物群落变化而发生变异及棉枯萎菌靠寄主种子远距离传播，导致外来致病菌的传入或为新小种提供亲本等。为此，孙文姬等（1999）采用国际通用的鉴别寄主（简称通用寄主）包括棉属寄主海岛棉的SaKel、Coastland、Ashmouni；陆地棉的Rowden等4个；非棉属寄主紫苜蓿（Grimm）、白肋烟（Berley5）、金元烟（Gold dollar）3个，以及鉴于国际通用的鉴别寄主中的所有棉属寄主均被7号小种菌系高度感染，不能明显区分广泛分布于我国各棉区7号小种不同菌系间的致病力强弱，于是在1996～1997年试验中，增加了抗病性不同的辅助棉属鉴别寄主（简称辅助寄主），包括海岛棉的8763依（感病）、K102（抗性敏感）；陆地棉的鄂荆1号（感病）、86-1号（抗病）等4个品种，对1986～1997年在我国河北、河南、山东、山西、安徽、湖北、江苏、陕西、辽宁和新疆10个主要产棉省（自治区）采集的84个棉枯萎镰刀菌代表菌系进行了生理小种变异监测研究。结果表明：与陈其煐等（1985）报道的基本相同，仍为第3号、7号、8号3个小种，其中，7号小种占83.3%，是我国毒力强的优势小种，广泛分布于我国各大棉区；3号和8号小种分别局限于新疆吐鲁番地区和湖北新洲地区。同时，发现局部地区有些菌系出现了变异，特别是1991～1994年采集的3号小种5个菌系出现了对鉴别寄主Sakel的致病力明显减弱的变异型。分布于黄河、长江流域及新疆广大棉区，对非棉属寄主表现为“R”（发病株率为0）或“W”型（发病株率为50%以下），在棉属寄主上以“S”型（病指为20.1以上）为主。1996～1997年28个代表菌系在8个棉属寄主上测定结果，除2个菌系对Sakel致病力为“W”型（病指为20.0以下）外，其余26个菌系对Ashmoumi、SaKel、Coastland、Rowden、8763依、鄂荆1号等6个棉属寄主致病力均为“S”型；28个菌系在有一定抗性的K102寄主上，13个为“W”型，15个表现为“S”型；在抗病品种86-1寄主上，24个为“W”型，4个为“S”型。按各菌系在8个棉属鉴别寄主上平均病指划分为强、中、弱3个类群，4个菌系为强致病类型，17个菌系为中等致病类型，7个菌系为弱致病类型。1998年发现湖北新洲的1个菌系和山西太原菌系对抗病品种86-1的致病力接近“S”型。1988年分离的3号小种2个菌系和1991～1994年分离的3号小种变异型5个菌系均分布于3号小种的原发生地新疆吐鲁番地区。对非棉属寄主均为“R”或“W”型；对陆地棉Rowden均为“R”型（病指为0），对海岛棉Coastland均为“S”型。2个3号小种与5个3号小种变异型的差异表现在对Ashmouni和SaKel的致病力上，前者在Ashmouni和Sakel上分别为“R”和“S”型；后者对Ashmoum的致病力增强了，除l个为“R”型外，2个为“W”型，2个为“S”型，而对SaKel的致病力减弱了，均为“W”型。另外，1995～1998年从该地区采集的海岛棉病株上一直未分离到3号小种。1988～1995年分离的8号小种5个菌系均分布于其原发地区的湖北新洲地区，在非棉属鉴别寄主紫苜蓿和白肋烟上均表现为“S”型，4个在棉属鉴别寄主上表现为“R”或“W”型，其中，1995年分离的Ag136菌系对抗病品种86-1表现为“S”型（病指25.0）。另外，1998年从该地区采集的病株上分离出8号小种6个菌系。2007年，马存等把目前世界上已报道的棉花枯萎病菌8个小种归纳成如表2-3所示。寄主植物小种编号12345678分布地区世界各地美国埃及印度苏丹巴西中国中国亚洲棉（G.arboreumcv.Ronzi）RRSSSRSR海岛棉阿西莫尼（G.barbadebsecv.Ashmouni）SSRRSSSR海岛棉萨克耳（G.barbadebsecv.Sakel）SSSRSSSR陆地棉阿卡拉44（G.hirsutumcv.Acala44）SSRRRSSR金元烟（Nicotianatabacumcv.GoldDolar）RSRR—RRR大豆（Glycinemaxcv.Yelredo）RS——RRR羽扁豆苜蓿（Lupinusluteuscv.Weiko）SS——R表2-3 世界各国不同小种对不同寄主植物的侵染力新疆棉区棉花枯萎病生理小种，自徐怡心（1994）鉴定认为国际7号小种之后，李国英等（1998）、缪卫国等（2000）、王雪薇等（2001）、吴彩兰等（2004）和张莉等（2005）采用目前国际上通用的一套棉属鉴别寄主及当地的辅助鉴别寄主对从不同产棉县（市、团场）采集的枯萎病菌株样本鉴定后认为，目前，7号生理小种仍为新疆棉花枯萎病菌优势生理小种，主要分布在新疆南疆（和田、喀什、阿克苏）、北疆（石河子、昌吉、乌苏）、东疆（吐鲁番）主要棉区。从各供试菌系对9个品种的发病始期及发病程度看，新疆棉花枯萎病菌菌系强致病型主要分布在南、北疆主要棉区，部分菌系属中等致病型，枯萎病菌为害时期较早，棉株出苗后10～12天，造成棉苗子叶青枯萎蔫或叶脉黄化网纹；新疆棉花枯萎病菌菌系弱致病型主要分布在东疆棉区，枯萎病菌为害时期均较晚，较南、北疆棉区发病始期晚5～7天，即棉花出苗后15～20天才出现子叶青枯萎蔫或叶脉黄化网纹症状。营养体亲和性（Vegetative Compatibility，简称VC）是指缺乏有性生殖真菌，通过不同菌系间的菌丝融合交流物质，进而形成异核体的能力，其实质就是异核体亲和性，会导致病原菌形态和致病性的变异。由若干具有营养体亲和性的菌系构成的群，称为营养体亲和群（Vegetative Compatibility Group，简称VCG）。做致病性测定存在着费时、费力、结果易受外界因素影响及不能反映不同菌株间的遗传关系等公认的问题（Hart等，1981；Kraft等，1978；Pound等，1953），所以，有必要探索和寻找鉴别小种更为简便有效的途径。Puhalla（19850）首先确立的用不能还原硝酸盐作唯一氮源生长的突变体（nit突变体）作营养体亲和性试验的方法，为此提供了一条有效的途径。此法通过观察不同菌株的nit突变体之间能否互补而形成异核体把它们分成不同的营养体亲和群。根据他的理论，亲和与否反映出不同菌株在遗传进化过程中的亲缘性远近，国内外不少报道都认为营养体亲和性是鉴别镰刀菌不同专化型及小种间菌株的有效方法。1985年Puhalla首次将VCG技术应用到尖孢镰刀菌专化型的研究，结果认为专化型与VCG之间有一定的对应关系，即同一VCG的菌系属于同一专化型，而不同专化型的菌系属于不同VCG。随后，大量的不同专化型的菌系证明了Puhalla的观点（Ploetz，1990）。鲍建荣等（1992）对尖孢镰刀菌的6个专化型的20个菌系进行了营养体亲和性研究，结果显示，不同专化型菌系的nit株之间无互补反应，而同一专化型的不同菌系上分离的nit株之间可产生亲和反应，也证明了nit突变株的营养体亲和群与菌系的专化型有相关性。在棉花专化型内，研究证明，生理小种与VCG有一定的相关性，来自同一生理小种的菌系，甚至是不同地理来源的菌系，都可划为同一VCG。Katan等（1988）测定来自以色列全国不同地区的同为3号生理小种的12株棉花枯萎病菌菌系，结果均属于同一VCG。丁之金等（1992）采用不能还原利用硝酸盐作唯一氮源生长的突变体（nit突变体），对中国棉枯萎镰刀菌的3号、7号、8号小种的61个菌株做了营养体亲和性研究。结果表明，第3号小种7个菌株和第7号小种42个菌株各属一个不同的营养体亲和群，第8号小种的8个菌株则属6个不同亲和群，不同小种的菌株间没有亲和性。营养体亲和性试验结果与致病性测定结果吻合，能从遗传学角度区分棉枯萎菌不同小种，用它作为鉴定手段，结果更能反映出不同菌系间的本质联系，并可克服致病力测定工作中费时、费力及结果不稳定等缺点。王克荣等（1996）利用氯酸钾毒性，诱变棉花枯萎病菌产生硝酸盐利用缺陷型突变体（nit）。通过对nit突变体在亚硝酸盐和次黄嘌呤为唯一N源的MM营养基上的生长鉴定，获得了4种生理表现型的nit突变体。在485个nit突变体中，nit A为357个（73.6%），nit B 59个（12.3%），nit C 65个（13.4%），nit D 4个（0.8%）。4种类型的突变体产生的频率差别很大，nit A类型最易产生，nit D突变类型则很难得到。Nit A类型的突变体也很容易回变成野生型。不同菌株产生突变类型的比例也有差异。菌株258产生的11个突变体均为nit A型，而菌株262产生的8个突变体都是nit B型，菌株207和328则产生4种生理表现型的突变体。产生nit突变体的107个菌株经互补类型配对测定的结果见表2-4。由此看出，我国的棉花枯萎病菌中，以VCG1为优势群体，分布广泛。有8个菌株分属另外3个VCGS，这些群体是否属于尖孢镰孢萎蔫转化型（Fusarium oxysporumf.sp.vasinfectum），可能需要进行分子遗传学比较才能明确。营养体亲和群（VCG）菌株数菌株来源营养体亲和群（VCG）菌株数菌株来源VCG15江苏丹徒VCG26江苏丹徒（303，315，316，319，328，329）江苏江浦江苏启东江苏淮海农场VCG31江苏丹徒（234）新疆四川浙江VCG41江苏南京（402）江西表2-4 棉花枯萎病菌的营养体亲和群及其来源除了属于4个VCGs的103个菌株，另有4个菌株（菌株号219，226，227，302）只产生一种表观型的突变体（nit A），这些突变体与其他菌株的互补型突变体配对不能形成亲和性反应。这些实验结果表明，我国的部分地区，包括新疆、四川、浙江、江西和江苏的棉花枯萎病菌多属于同一个营养体亲和群。在表现症状的棉花上部茎叶中也分离到其他营养体亲和群的菌株，这些菌株经测定，对陆地棉的棉花品种具有寄生能力和一定的致病力。王雪薇等（1996）报道，新疆棉花枯萎病株或病田土中分离得到的尖孢镰刀菌具有明显的营养体亲和性。将分离自新疆5个不同地点的棉病株或棉田土的7个菌株经单孢分离得到18个单孢株，经鉴定均为尖孢镰孢。7个菌株的18个单孢株分别在KPS培养基上诱得数量不等的nit突变体，将它们分别与两个采自老病区莎车的棉枯萎病菌株进行营养体配对试验，结果显示，7个菌株分别归属2个营养体亲和群（VCGs），其中，与莎车菌株明显亲和，属V1的6个菌株与莎车菌株应同属于尖孢镰孢萎蔫专化型。研究结果还表明，不同菌株产生的亲和带的形态特征不同，如MK菌株的各nit突变株间产生的亲和带均表现为水平扩展，迅速呈纺锤形，但气生菌丝不发达，亲和带仅表现为菌丝层比突变体菌丝层厚，随着亲和带的发展可在两突变株间连成片，暂称扩展型亲和带；而MK7-1菌株的各nit突变株间产生气生菌丝茂密，且扩展宽度均匀的线形亲和带，亲和带朝更浓密方向发展，仅加宽，但不易成片，暂称线型亲和带。所有亲和菌株（或单孢株）与MK形成的亲和带均属扩展型亲和带，而与MK7-1形成的均属线型亲和带。依据不能利用硝酸盐的突变体（nit）间营养体亲和性划分出的棉花枯萎病菌营养体亲和群（VCGs）与其生理小种间高度相关，即不同生理小种间营养体不亲和，而同一生理小种归属于一个或少数几个VCGs。张莉等（1998）从新疆各植棉区采集棉花枯萎病病株，经分离纯化获49个单孢菌株。经营养体亲和性测定结果表明，供测49个菌株分为4个亲和群，其中，VCG1包括46个菌株，占供测菌株的93.9%，均与标准菌株中的7号小种Ag84亲和，另外3个（吐-2、昌-4、石-2）分属不同的亲和群，它们与标准菌株中的7号、8号和3号小种的Ag84、Ag16、Ag2菌株的突变体均不亲和。20世纪90年代后期以来，随着新疆植棉面积的不断扩大及从各地大量调运棉种，其病原种群是否有所变化，不少植棉单位存在一定疑问。为此，张莉等（2005）采用营养体亲和性技术，对新疆棉花枯萎病菌的生理小种类型及其病原种群进行了变异监测研究。结果表明，28个供试菌系高度侵染海岛棉、陆地棉及K102（辅助鉴别寄主），属典型的7号生理小种，其余12个菌系在鉴别寄主上的反应与7号生理小种略有差异；供试菌系属于一个营养亲合群，且与7号生理小种的标准菌系相亲和，与3号、8号小种的标准菌系不相亲和；新疆棉花枯萎病菌依旧以7号生理小种为主。与以往的研究结果相比，新疆棉花枯萎病菌的群体组成基本没有发生变化。此外，王雪薇等（2000）的研究结果也表明，52个待测菌株与7号小种的4个标准菌株间存在着不同程度的营养体亲和性，而与3号小种和8号小种的标准菌株均不亲和。因此，它们属于7号小种营养体亲和群—VCG701。在棉花枯萎病菌的生理小种及其遗传进化关系的研究中，通过突变体的诱发而进行的营养体亲和群判别方法是行之有效的重要研究方法之一，但在突变体的诱发与鉴定上存在较大的难度，方法不一，试验的稳定性较差。为此，白剑宇等（2007）对棉花枯萎病菌突变体的诱发与鉴定做进一步的方法验证与技术探讨。从32个供试棉花枯萎病菌菌株中共诱得288个nit突变体，根据其在不同氮源培养基上的生长划分出4种突变体类型：nit 1、nit 3、nit M和nit 8。对各菌株的突变体诱发与鉴定结果表明诱得突变体的难易程度主要因菌株的不同有很大差异，有些菌株（FKLMYN-23，FKTN-11，FSYN-Z6）很容易诱得各类型突变体，有些菌株不易诱得某种突变体类型，有个别菌株（FMYN-02，FYL2N-07）在KClO3含量10～60g/ml的各浓度梯度中都未能诱发出任何突变体。不同KClO3浓度梯度的KPS培养基上的突变体诱发情况比较表明，在KClO3浓度为25g/ml时诱得突变体的比例最高，约76%的菌株在此浓度下诱得突变体。85.0%的供试菌株上诱发到的突变体类型不全，只有15.0%的菌株能诱发到4种类型的突变体。在诱得的288个突变体中，各突变体类型所占比率高低依次为nit 1＞nit 3＞nit 8＞nit M。在这4种突变体中，nit 1型突变体的诱得比例最高（76.7%），且在绝大多数菌株（93.7%）中易诱得，此结果与王雪薇等（1996）和李国英等（1998）的报道基本一致。但nit M型突变体较难诱发到，供试的32个菌株中，只有13个菌株诱发到了nit M突变体，其比率为40.0%，在所有诱发到的288个突变体中，nit M所占比例仅为4.9%，该结果与王雪薇等（1996）和李国英等（1998）的报道有所差异。这些结果对建立稳定和准确的实验方法体系，为进一步查明棉花枯萎病菌的营养体亲和群分化情况，营养体亲和群与生理小种的对应关系，生理小种的种类及其分布，病原菌的分化，遗传进化关系提供了有科学价值的依据。异核现象是半知菌普遍具有的特性，也是病原菌变异的主要原因。史大刚等（1991）结合新疆吐鲁番地区，原只发现枯萎菌生理Ⅲ型，后又发现了生理Ⅱ型的现象，研究了异核现象与枯萎菌变异的关系认为，异核现象是导致生理Ⅲ型菌系致病力增强产生生理Ⅱ型的重要因素。棉花枯萎病菌在遗传上都是十分复杂的种群，遗传的多变性可以由多种因子引起，例如，转座因子、染色体突变、基因漂移、准性生殖等。这种种群上遗传多变性决定了必须依靠更为客观的研究方法来研究它。VCG是依靠真菌自身遗传特征来划分的，不仅能反映菌系之间的遗传相似性，而且有助于真菌繁殖方式及其群体遗传结构的分析。但目前，棉花枯萎病菌营养体亲和性研究菌系来源十分有限，而且棉花枯萎病菌主要集中在专化型内，这样不能更为确切地了解种群的发育与变异。因此，今后应进一步扩大棉花枯萎病菌的研究种群，并结合更多的研究技术，包括分子技术，对日益复杂化的棉花枯萎病菌的种群进行更深入的研究。生物体内的同工酶是基因与生物外部形态性状的连接物，同工酶酶谱是生物内部生物化学特性的反映，许多学者认为，病菌不同的致病类型与酯酶同工酶有较密切的关系。吕金殿等（1982）用聚丙烯酰胺凝胶电泳对42个采自我国各省（自治区）的棉花枯萎病菌的酯酶同工酶进行了比较研究，根据主酶带的情况可将42个菌系分为3个类型，分别为类型Ⅰ，包括4条主酶带，含有31个菌系，来自13个省（直辖市）；类型Ⅱ，包括3条主酶带，含有6个菌系，来自6个省；类型Ⅲ，包括2条主酶带，含有1个菌系，来自新疆。张莉等（2000）用聚丙烯酰胺凝胶电泳测定新疆棉花枯萎病菌酯酶同工酶，同时结合以往研究分析其酶谱类型与生理小种的关系。结果表明：（1）新疆棉花枯萎病菌有4种酶谱类型，供试的30个菌株中有25个菌株的酶谱属于类型Ⅰ据以往研究，这25个菌株中，有24个菌株属于7号生理小种，它们与标准的7号生理小种的酯酶同工酶酶谱基本一致。这说明，可利用酯酶同工酶作为研究棉花枯萎病菌致病力分化的一种辅助方法。同时，从生化的方面再次证明7号生理小种是新疆棉花枯萎病菌的优势小种。（2）主酶带的多少与致病力的强弱成正相关类型Ⅰ中的菌株有5条主酶带，次酶带也最多，在供试菌株中属致病力最强的类型；类型Ⅱ中的菌株有2条主酶带，次酶带较少，属供试菌株中致病力较弱的类型。（3）试验证明，酶谱类型与生理小种的类型并不完全一致如塔2菌株的酶谱类型属于类型Ⅳ，它与本次试验提供的3个标准菌株酶谱均不相似，但在利用鉴别寄主的鉴定中属7号小种；还有石-15菌株酶谱类型与标准3号小种相一致，但其小种也属于7号。这些现象有待进一步研究。曹君等（2005）通过聚丙烯酰胺凝胶电泳测定了各供试枯萎病菌酯酶同工酶，并结合同工酶谱的聚类分析研究其酶谱类型与菌株致病力及生理分化的关系。结果表明，在棉花枯萎病菌中酯酶含量较高，电泳酶谱稳定，重复性好。14个供试菌株与标准菌株J-1的枯萎病菌酯酶酶谱基本一致，既反映了棉花枯萎病菌在专化型水平上的遗传一致性，又能在专化型下区分出不同的致病类型。根据酯酶酶谱和聚类分析结果（图2-2）将供试菌株分为4种类型。类型Ⅰ的菌株有5条主酶带，次酶带也最多，在供试菌株中属致病力强的类型；类型Ⅱ中的菌株的致病力属于中等水平，类型Ⅲ、类型Ⅳ的菌株分别有3条、2条主酶带，次酶带较少，属供试菌株中致病力较弱的类型，表明主酶带的多少与致病力的强弱有关。因此，酯酶同工酶酶谱类型和致病类型有较密切的相关性，利用酯酶同工酶分析能够准确且快速地鉴别出棉花枯萎病菌的不同致病类型，克服了传统棉花枯萎病菌致病性鉴定方法的一些弊端，且该方法简单、方便、准确，重复性好，可以成为鉴定棉花枯萎病菌不同致病类型的重要方法之一。图2-2 同工酶酶谱聚类分析树状图棉花枯萎病菌各生理小种间，不论是酯酶同工酶、过氧化物同工酶，还是可溶性蛋白质，经电泳后或多或少都可出现特征性条带，差异比较明显，易于区分。吴彩兰等（2004）对棉花枯萎病菌的3号、8号和7号3个生理小种的标准菌株和新疆所采31个供试菌株采用聚丙烯酰胺凝胶电泳进行了酯酶同工酶谱、过氧化物同工酶谱和可溶性蛋白质谱分析。结果表明：①菌体酯酶同工酶电泳：所有供试菌株的酯酶同工酶酶谱多态性丰富，谱带数目一般为3～8条，清晰可辨。棉花枯萎病菌不同生理小种的酯酶同工酶谱存在明显差异，3号生理小种有6条谱带，8号生理小种有3条谱带，7号生理小种有8条谱带，其中，Rf值为0.1和0.35的两条带为7号生理小种的特征性条带。供试菌株谱带数为4～8条，其谱带虽具有多型性，但都与7号生理小种标准菌株的特征性条带中的一条或两条一致。31个供试菌株经可溶性蛋白质谱分析，它们与7号生理小种的标准菌株的特征性条带中的一条或两条一致，说明新疆棉花枯萎病菌仍以7号生理小种为主要的优势小种，这与多次用鉴别寄主法测定的结果一致。在同工酶电泳实验中，过氧化物同工酶因其为单位结构，故谱带少，多态性差，有的菌株谱带不清；酯酶同工酶谱和可溶性蛋白质谱不仅谱带数目多，而且具有清晰易辨的特点，效果好，在实验中拟优先选用。②过氧化物同工酶电泳：所有供试菌株的过氧化物同工酶谱带数目为1～4条，多态性差，且有的菌株谱带不清。但不同生理小种间仍存在差异，其中，Rf值为0.42和0.56，为3号生理小种的特征性条带，Rf值为0.52为8号小种的特征性带，Rf值为0.4为7号小种的特征性条带。31个供试菌株谱带数都少，但它们基本都与7号小种的特征性条带一致。③可溶性蛋白质谱。棉花枯萎病菌不同生理小种的可溶性蛋白质谱存在明显的差异，3号和7号生理小种均有6条谱带，8号生理小种标准菌株只有4条谱带。谱带Rf=0.1、Rf=0.3和Rf=0.52为该3个生理小种所共有，8号生理小种Rf=0.4的谱带又与7号生理小种所共有，即8号生理小种的4条谱带均与7号生理小种共有；谱带Rf=0.2、Rf=0.38和Rf=0.45是3号生理小种所独有的特征性带；谱带Rf=0.08和Rf=0.42是7号生理小种所独有的特征性带。31个供试菌株可溶性蛋白质谱虽有差异，但差异不大；它们绝大部分谱带都具有7号生理小种的特征性谱带1条或2条，而不具有其他小种的特征性带。吴彩兰等（2004）采用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法，对2002～2003年，从新疆各主要植棉区采集到的31个棉花枯萎病菌菌株及3号、7号和8号生理小种的标准菌株进行了可溶性蛋白质谱分析。结果表明，棉花枯萎病菌不同生理小种的谱带存在明显差异，易于区分，并且3号和7号标准菌株都有自己的特征性谱带；同一生理小种不同菌株谱带的一致性较高，差异不大，供试菌株与7号生理小种的特征性谱带中的1条或2条一致。从电泳图谱聚类分析可将其分为3类：3号和8号标准菌株各为1类，供测大部分菌株的电泳图谱与7号生理小种标准菌株的相似性水平高，亲缘关系近，与3号生理小种的相似性水平低，亲缘关系最远（图2-3）。这与鉴别寄主法进行生理小种测定的结果基本一致，说明采用可溶性蛋白凝胶电泳对棉花枯萎病菌生理小种的鉴定具有重要的参考价值，可作为常规鉴别寄主法和营养体亲和群鉴定法的一种重要辅助手段。图2-3 棉花枯萎病菌供试菌株电泳图谱聚类分析树状图由于传统的生理小种划分主要以病菌对特定寄主的致病力强弱作为依据，病菌自身的变异及环境因子的复杂变化也可造成致病力变异，仅依靠传统的形态学和致病力差异来划分病菌生理小种已难以得出令人信服的结论。因此，需要借助于诸如遗传学、生物化学、分子生物学的手段加以验证，如血清学、营养体亲和性、凝胶电泳以及近年来发展迅速的RFLP及RAPD等技术，已逐步应用于病原菌的鉴定。而采用分子生物学手段，可将致病力在分类中的作用从遗传学的角度加以重新评价。随着分子生物学技术的发展，利用分子特征进行真菌分类鉴定已逐步被人们所采纳。在对病菌遗传背景了解甚少的情况下，采用随机引物扩增多态性DNA分子标记对尖孢镰刀菌专化型以下的小种进行多态性分析是行之有效的。RAPD（Random Amplified Podymorphic DNA）技术是20世纪90年代由William等在PCR基础上创立起来的一种利用随机引物扩增DNA的分子标记方法。该技术一出现，就以其快速而便于检测大量样品，所需DNA量少、不需要生物的特殊基因文库作探针以及操作安全、所需费用较低等突出优点，迅速应用于生物学研究的各个领域。冯洁等（1999）对来自中国11个省（自治区）的棉花枯萎病菌不同生理小种菌株的基因组DNA进行随机扩增，筛选出10个扩增多态性好且稳定的随机引物，不同引物的条带数为9～19条，扩增片段的DNA分子量为300～3000bp，10个引物扩增得到的140个DNA条带中，有123个多态性条带，占总条带的87.8%。根据供试菌株RAPD-PCR扩增条带的有无，以1.0记数，统计稳定、清晰出现的条带，采用Statistics统计软件对数据进行类平均法系统聚类分析，建立树状图（图2-4）。以连锁距离为5.0划分时，供试的29个菌株可划分为6个RAPD组。Ⅰ组为所有的3号小种菌株（1～5）及国外3号小种对照（29）；Ⅱ组为所有的7号小种共16个菌株（11～26）；Ⅲ组为8号小种的3个菌株（6～8）；Ⅳ组为8号小种的另外2个菌株（9、10）；V、Ⅵ组分别为国外的1号小种（27）及6号小种（28），它们各独自为一类。通过亲缘关系树状图可以看出，我国的3号小种与国外的3号小种对照亲缘关系十分密切，同属于一个RAPD组Ⅰ，这个RAPD组与其他5个组的菌株在亲缘关系上相距较远，独为一类；我国特有的7号小种自成一类；而我国的8号小种遗传背景较为复杂，分属于2个不同的RAPD组，其中，归为第Ⅳ的菌株（9、10）与7号小种的亲缘关系较近，归为第Ⅲ组的菌株（6～8）与7号小种的亲缘关系较远。国外的1号、6号小种（27、28）与我国的7号、8号小种在亲缘关系上相距较远。从亲缘关系树状图中还可以看出，我国的3号、7号小种都分别属于两个独立的RAPD组，8号小种分属于两个不同的RAPD组，这与传统的以致病力差异为依据的鉴别寄主划分生理小种的结果基本一致。从分子水平上证实了中国生理小种划分的正确性，并证明中国除3号小种与国外相同外，7号、8号小种是不同于国外其他小种的独立小种。8号小种在我国的分布只局限在湖北新洲和南京江浦，是遗传背景最为复杂的一个小种，今后在这一群体中可能会划分出新的小种。图2-4 供试棉花枯萎病菌菌株的RAPD聚类分析树状图新疆是我国最大的棉花生产基地，但植棉面积迅速扩大、连作年限延长、引种频繁，导致棉花枯萎病迅速扩展，为害严重。为了有效控制棉花枯萎病菌，有必要对新疆不同植棉区枯萎病菌的生理小种及遗传多样性进行分析，为新疆棉花抗病育种、植物检疫及病害防治提供科学依据。王雪薇等（2001）和田新莉等（2002）利用RAPD技术比较新疆棉花枯萎病菌不同菌株间在分子水平上的共性与差异。RAPD分析结果显示出这37个供试菌株与7号小种各对照菌株间基因组DNA的指纹图谱高度相似，属同一遗传相似组，而与3号和8号小种的对照菌株间遗传差异较大，亲缘关系较远，即7号生理小种是组成目前新疆棉花枯萎病菌群体的优势小种。仅发现一株可能属于3号小种的菌株，未发现属于8号小种的菌株。此外，从分子水平上证明新疆棉花枯萎病菌存在明显的遗传分化，即使在7号小种内也存在遗传上的差异，从而导致致病性强弱的不同。冯洁等（2000）采用10个随机引物对我国3个棉花枯萎病小种的26个菌株PCR扩增结果表明，不同小种在扩增的DNA条带之间差异明显，并分别筛选到了3号、2号和8号小种的特征带。3号小种特征条带2以OPF-10为引物扩增，3号小种的5个菌株（编号l～5）均在分子量为513bp处出现OPF-10513特征条带，而其他小种菌株均未扩增出此带。7号小种特征条带以OPF-08为引物，所有的7号小种菌株（编号11～26）均扩增出了分子量为371bp的特征条带OPF-08371。8号小种特征条带以OPF-12为引物，供试的5个8号小种菌株均在703bp处扩增出了特征条带OPF-12703。采用ABI 377全自动测序位，以T7方向进行序列测定，3个插入片段均可一次通读全部序列，3号小种的特异性探针OPF-10511含有513个碱基，内含5个内切酶位点（Hind Ⅲ、BamH Ⅰ、Xba Ⅰ、BstⅪ、EeorⅤ），G+C含量为45.4%；7号小种特异性探针OPP-08371含有371个碱基，内含7个内切酶位点（Ecor V、Bsp 106、Nci I、Dra Ⅱ、Xho I、Sac I、Ecor V），G+C含量为43.4%；8号小种特异性探针OPF-12703含有703个碱基，内含7个内切酶位点（Kpn Ⅰ、Bsp 106、Hind Ⅲ、Aat Ⅱ、Ecor V、Bsp106、Kpn Ⅰ），G+C含量为42.1%。利用随机引物对棉花枯萎病菌不同生理小种的菌株进行PCR扩增，获得了大量的RAPD标记，并分别筛选到可将不同小种扩增出不同特征带的引物，为以致病力差异为基础的鉴别寄主划分生理小种的传统方法提供了分子水平的证据，说明我国棉花枯萎菌不同生理小种间在分子水平上存在较大差异，并且这种差异导致了病菌致病力的不同，不同小种之间特征性条带的存在也正是基因序列改变的真实体现。在棉花枯萎病菌小种间寻找到特异性DNA扩增片段，目前在国内外尚属首例。AFLP（Amplified Fragmentlength Polymorphism）分子标记技术是在基因序列未知的情况下，利用少数几对引物对相关物种基因组多态性进行有效检测。AFLP、RAPD及RFLP 3种分子标记多态性的检出效率的大小顺序依次为：AFLP>RAPD>RFLP。由于AFLP综合了RAPD和RFLP的技术优点，因而在植物病原真菌的遗传多样性分析、构建遗传图谱、标定基因、辅助育种的研究中得到了广泛应用。王兰等（2008）应用AFLP分子标记技术，选用9对EcorⅠ和MseⅠ引物组合，对新疆南疆地区不同团场的枯萎病菌12个菌系进行AFLP扩增，结果显示，每对引物均扩增出多态性的位点，说明供试菌系之间在DNA分子水平上存在丰富的遗传变异。9对引物共产生条带总数263条，其中，多态性条带205条，占总数的77.9%。参照琼脂糖凝胶电泳图谱，利用DPS数据处理软件中类平均法聚类分析，建立树状图谱（图2-5）。由图2-5可知，供试的12个菌系在0.52的水平上可分为4类，第Ⅰ类包括6个菌系，分别为F05、F06、F07、F011、F016和F043；第Ⅱ类为3个菌系，分别为F01、F012和F015；第Ⅲ类为2个菌系，分别为F09、F013；第Ⅳ类为1个菌系F03。（......）而与其同属于相同生态环境条件的菌系却属于另一个AFLP组。这说明同一生态环境下的棉花枯萎病菌株在遗传上可能不一致。图2-5 12个不同菌株AFLP聚类的树状图张莉等（2009）研究结果显示，新疆棉花枯萎病菌的AFLP多态性较高，这充分反映了枯萎病菌7号生理小种的群体内存在着一定的遗传多样性。出现这种情况的原因可能有两个：一是棉花枯萎病主要靠种子带菌传播，新疆大量从内地调运棉花种子，外来的棉花枯萎病菌传入新疆，这也暗示着新疆棉花枯萎病菌最初可能不是共同的来源；二是随着抗病品种的应用以及气候条件的变化，当地菌株发生突变，形成了适应新品种和当地自然条件的新菌株。研究的结果还表明，新疆棉花枯萎病菌AFLP多态性与菌株的地理来源有一定的相关性，但基于AFLP标记划分的AFLP类群与基于寄主病指划分的致病力类群间关系不一致。出现这种结果的原因可能有：①所用引物数目相对较少，揭示的可用于区分菌株的多态性不丰富；②所用菌株材料均仅根据致病力的不同而选定，忽视其他遗传差异的存在，加之选用菌株数目较多，干扰了分析结果；③AFLP分子标记所揭示的遗传变异反映了整个基因组水平的变异，而生理小种、致病性等表型变异仅反映一个或几个基因的变异程度。AFLP技术包含多个实验环节，要想获得理想的实验结果，需要对每个实验环节进行优化。在DNA酶切、连接试验过程中，需要制备高质量的DNA：一方面，DNA的纯度影响着酶切的效果；另一方面，DNA的完整性影响着实验结果的稳定性和重复性。单纯固体或液体培养基中含有糖和琼脂等营养物质，培养过程中使棉花枯萎病菌细胞中富含多糖、蛋白质等杂质，不利于DNA的纯化。限制性内切酶的选择对AFLP分析的准确度具有关键性作用，一般采用双酶切，其组合由1个高频内切酶和1个低频内切酶组成。目前国内外大多采用EcoRⅠ/MseⅠ和PstⅠ酶切组合，但Gomez等利用HaeⅢ/PstⅠ酶切组合和EcoR I/Mse I酶切组合对黑莓锈病病菌（Phragmidium violaceum）进行遗传多样性研究，结果显示HaeⅢ/PstⅠ酶切组合的AFLP分析虽然获得的扩增条带较少，但多态性位点较多，更利于条带的统计分析。王晓光等（2011）采用玻璃纸PDA培养基来收集棉花枯萎病菌菌丝体，采用改良CTAB法提取、纯化棉花枯萎病菌基因组DNA，最终得到了纯度高、适合AFLP分析的基因组DNA，而后利用HaeⅢ/PstⅠ酶切组合对棉花枯萎病菌进行了AFLP分析，结果显示，利用3对引物组合共获得301条带，其中，多态性条带164条，表明利用该酶切组合对棉花枯萎病菌进行AFLP分析能够得到较为丰富的多态性条带，能够用于棉花枯萎病菌遗传多态性的分析。通过对酶切时间、预扩增模板浓度、选择性扩增模板浓度进行梯度优化试验，建立了适合棉花枯萎病菌的AFLP分析体系，即酶切反应：250ng DNA经HaeⅢ/PstⅠ 37℃酶切2h后，加入1μl PstⅠ再进行酶切2h；连接反应：酶切产物25℃连接过夜（≥16h）；PCR反应中，以连接产物稀释10倍（P10）作为预扩增模板，预扩增产物稀释50倍（P10S50）作为选择性扩增模板。利用优化的AFLP反应体系对棉花枯萎病菌标准菌株进行分析，发现能够完全区分3号、7号和8号生理小种，证明了其有效性，可从整个基因组水平反映不同棉花枯萎病菌生理小种之间的遗传差异。对20个棉花枯萎病菌代表菌株进行AFLP分析，聚类分析结果表明，它们均与7号生理小种具有较高的遗传相似性，印证了7号生理小种是我国棉花枯萎病菌的优势小种，但同一生理小种内不同供试菌株之间也存在一定的差异性。棉花枯萎病菌的生长及其产孢量是病原菌生命活动和自身遗传的反应，同时也受到温度、pH值、碳源和氮源等因素的影响。李生才等（1998）认为，病菌生长温度范围为10～33℃，最适温度为27～30℃。曹君等（2005）研究结果表明（图2-6），供试棉花枯萎病菌菌株在10～35℃下均能生长，最适温度为25℃。棉花枯萎病菌生长温度因菌株不同而有差异已经得到证实。Raillo（1958）指出，尖孢镰刀菌生长适宜温度15～25℃，最高温度为35℃；陈其煐等（1992）报道，棉花枯萎病菌最适生长温度为25℃，最高温度大多为35℃，但有2个菌株能在37℃下生长；缪卫国等（2000）的研究结果与陈其煐等（1992）报道相似，但同时发现新疆吐鲁番棉枯萎病菌菌株HAI-17较耐高温，能在40℃下生长。不同研究结果所显示的棉花枯萎病菌生长温度的差异可能主要与供试菌株个体差异性有关，后者又与遗传和环境等因子有关。李生才等（1998）报道，棉花枯萎病菌在pH值2.5～7.0均可生长，pH值3.5～5.3为最适。曹君等（2008）研究结果指出（图2-7），棉花枯萎病菌在pH值4～10范围的PDA培养基上均能生长，最适pH值6～7。pH值6与pH值7差异不大，生长量几乎是其他各处理的2倍。这种不同研究结果的差异可能主要与供试菌株个体差异性有关，后者又与遗传和环境等因素有关。图2-6 不同温度对棉花枯萎病菌菌丝生长的影响图2-7 不同pH值对棉花枯萎病菌菌丝生长的影响在供试的4种碳源中，供试菌株在以蔗糖、乳糖、可溶性淀粉为碳源的培养基上菌丝生长较快，3种碳源之间在0.05水平上无明显差异。在以甘油为碳源的培养基上生长相对较慢，无碳源（对照）的生长与可溶性淀粉相似，但其菌丝不产生色素，而且气生菌丝稀疏、贴附生长。液体培养的菌丝干重与平板培养的菌丝干重之间有一定的变化：蔗糖作为碳源时，菌丝在平板上生长最快，但菌丝干重略低于可溶性淀粉；甘油作为碳源时菌丝在平板上生长略低于乳糖，而液体培养时却略好于乳糖。平板培养与液体培养之间有一定的联系，但结果不一定完全相同。蔗糖作为碳源时产孢量最大，可溶性淀粉其次，乳糖和甘油较差，清水（对照）最差（表2-5）。因此，做产孢实验时宜用蔗糖作为碳源。碳源生长速率（mm/天）菌丝干重（g）产孢量（个/ml）CK（清水）—0.0732.80×106蔗糖12.611.94845.93×107可溶性淀粉12.362.21854.76×107乳糖12.080.29211.20×108甘油11.210.33512.50×107表2-5 碳源对棉花枯萎病菌生长、产孢的影响（曹君等，2008）在供试的5种氮源中，供试菌株在以脲、硝酸钠为氮源的培养基上菌丝生长较快，两氮源在0.01水平上无明显差异。硝酸铵其次，在0.05水平上与前两种氮源以及磷酸氢二铵、硫酸铵差异明显。磷酸氢二铵、硫酸铵两氮源对菌丝生长影响较小。在供试氮源中，对菌丝干重而言，硝酸铵最好，磷酸氢二铵其次，脲、硝酸钠菌丝干重的差异不明显，硫酸铵较差，无氮处理（CK）的菌丝干重很少，说明氮是该菌生长的必需元素，对该菌的生长必不可少。对于产孢量而言，在供试氮源中以硝酸铵最好，脲、硝酸钠、磷酸氢二铵以及无氮对照其次，硫酸铵的产孢量较少（表2-6）。碳源生长速率（mm/天）菌丝干重（g）产孢量（个/ml）CK（无氮）—0.06483.21×107脲12.560.20624.28×107硝酸钠12.500.20683.32×107硝酸铵10.670.27301.40×108磷酸氢二铵5.610.22782.24×107硫酸铵3.200.17373.80×106表2-6 氮源对棉花枯萎病菌生长、产孢的影响（曹君等，2008）

苹果锈病在冀北地区历年来均属零星发生，但近2年来在部分果园突然开始大发生，其中，2007年部分果园发病株率达到100%、病叶率90%以上，苹果产量和质量急剧下降，经济效益损失接近100%。笔者于2007年对冀北地区苹果主产地的宽城、兴隆、承德等县的苹果园进行了系统调查，发现苹果锈病在该地区普遍发生，给当地苹果生产造成了较大损失。苹果锈病又名赤星病、羊胡子，有的地区俗称黄斑病、长毛病。苹果锈病病原菌（Gymnosporangium yamadai Mouabe）称山田胶锈菌或苹果东方胶锈菌，属担子菌亚门真菌。从苹果锈病的侵染循环可以看出，如果没有桧柏类植物，苹果锈病就不能完成侵染循环，也就不能发生。据有关资料[3]介绍，桧柏类植物上的担孢子传播距离一般为2.5～5km，最远50 km。因此，该地区苹果锈病历年均零星发生或不发生，果农对该病也比较陌生。