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冬虫夏草是线虫草科、线虫草属。子座一年生，棍棒状，新鲜时革质，基部浅黄色，中部黄褐色，顶部黑褐色，长可达6厘米，直径可达2毫米；子座菌丝无色，厚壁，频繁分隔，偶尔分枝；子囊孢子线状，无色，薄壁，成熟后多分隔，大小为（118-）120-262（-270）微米×（4.5-）5-6（-6.5）微米。该菌可以与蝙蝠蛾幼虫形成复合体。 冬虫夏草多生于海拔3000-4000米的高寒山区，主要生于草原、河谷、草丛的土壤中。在中国主要分布于西藏、青海、甘肃、四川、贵州、云南等省（自治区）的高寒地带和雪山草原。
每年的8月下旬开始，冬虫夏草的寄主蝙蝠蛾幼虫遇到借助风力或雨水传播的冬虫夏草子囊孢子，在环境条件适宜时被侵染，被侵染幼虫行动迟缓，10月份2–9℃时爬至近地表处死亡呈僵虫。冬虫夏草菌吸收虫体营养进行生长繁殖致使虫体内长满菌丝继而形成子座。11月至次年2月份，地温极低，子座生长非常缓慢甚至停止生长；5月，温度升至4–10℃，土壤解冻，僵虫体表长出菌丝并与土壤黏结成一层膜皮，子实体迅速向上生长至20–50毫米的棒状子实体，露出地面；6–7月中下旬，子实体头部逐渐膨大，子囊孢子在适宜的温湿度、光照下成熟并弹射出来，此时，地下僵虫腐烂，子实体空心，扩散出来的孢子借助风、水再去感染蝙蝠蛾幼虫。天然状态下，冬虫夏草完成无性和有性世代需要约3年的时间。
关于虫草的生长，一般人对其感到神秘莫测，前人曾有诗云：“冬虫夏草名符实，变化生成一气通。一物竟能兼动植，世间物理信难穷。”其实，虫草是一种昆虫与的结合体。虫是虫草编幅蛾的幼虫，菌是虫草，每当盛夏，海拔3800米以上的雪山草甸上，冰雪消融，体小身花的编幅蛾便将千千万万个虫卵留在花叶上。继而蛾卵变成小虫，钻进潮湿疏松的土壤里，吸收植物根茎的营养，逐渐将身体养得洁白肥胖。这时，球形的子囊孢子遇到虫草蝙幅蛾幼虫，便钻进虫体内部，吸引其营养，萌发菌丝。
冬虫夏草是由子座和虫体二部分相连组成，虫体臣4～6 Cm，表面黄色或黄棕色，云南、四川产的颜色偏暗褐色，背面有多条横向皱纹，腹部有足8对，近头部3对，腹部4对，尾部1对，其中腹部的4对较为明显，虫体轻而脆，易折断，断面白色，微有弹性；子座从虫体的头部长出，臣4～7Cm，基部将虫体的头部包被，呈长棒状，上粗下细，灰褐色或黑褐色，质柔韧，断面多为中空。嗅之具草菇香气，味甘。足8对，中部4对较明显，质脆，易折断，断面黄白色。子座单生，细长圆柱形，长4至7厘米，直径约3毫米；表面深棕色至棕褐色，有细纵皱纹，上部稍膨大，质柔韧，断面类白色。气微腥，味微苦。以虫体色泽黄亮，丰满肥大，断面黄白色，子座短小者为佳。由于精选标准没有量化，在此基础上面虫草专家引入了更高的量化的标准，即：无穿条、无断草、无瘪草、无死草、无混草、干度保持在95%以上，同时将饱满度较差的虫草挑出，形成的优质精选虫草即产地5A精选。