植物病害监测预警新技术研究进展

植物病害监测预警对病害防治和管理具有重要的意义,本文综述了"3S"技术、孢子捕捉技术、轨迹分析技术、分子生物学技术等在植物病害监测预警研究中的应用,同时探讨了本研究领域的发展方向。     

基于病菌孢子捕捉和real-time PCR技术的田间空气中小麦白粉病菌孢子动态监测及病情估计模型研究

利用Burkard定容式孢子捕捉器结合real-time PCR定量技术,分别对种植高抗、中感和高感白粉病小麦品种的田间空气中白粉病菌分生孢子浓度进行监测,结果表明,real-time PCR定量与传统的显微观察计数两种方法测得的孢子浓度呈显著正相关(P≤0.01),且两种病菌孢子计数方法在同一抗性品种上监测到的孢子浓度动态相近。此外,两种方法测得的孢子浓度与各气象因子的相关性分析结果一致,空气中的白粉病菌孢子浓度主要与空气相对湿度显著正相关。在此基础上,利用两种方法测定的田间空气中白粉病菌孢子浓度分别建立了基于累积孢子浓度的田间病情估计模型。分析发现,基于两种孢子浓度测定方法建立的病情估计模型间无显著性差异,表明real-time PCR定量技术测定的孢子浓度在构建白粉病病情估计模型上具有一定可行性。该结果为real-time PCR定量技术与病菌孢子捕捉技术相结合用于小麦白粉病的监测和预测提供理论依据。     

实时荧光定量PCR技术在湖南油菜根肿病菌检测中的应用

为完善湖南油菜根肿病的监测预警体系, 分析油菜根肿病的发生与芸薹根肿菌休眠孢子量的关系, 防止湖南油菜根肿病进一步蔓延?本研究依据芸薹根肿菌ITS序列设计了一对特异性引物, 通过制备标准质粒构建了快速?精准的实时荧光定量PCR检测方法?其检测灵敏度为3×10-10 μg/μL, 比常规PCR 高100 倍; 利用建立的方法检测了来自湖南各地土壤样品中芸薹根肿菌的休眠孢子数量, 64份土样中的休眠孢子含量基本大于104个/g, 所检测的土样中孢子含量最高为2.22×107个/g?据实地调查, 当土壤中休眠孢子数量大于 104个/g 时, 油菜发生根肿病的风险较大, 休眠孢子含量较高的田块其发病程度也较为严重?结果表明, 建立的实时荧光定量PCR检测方法能对油菜根肿病进行早期诊断, 为湖南油菜根肿病发生的监测预警提供有效技术参考?     

基于PCR技术的植物病原菌分子定量检测技术研究进展

植物病原菌的菌源量是病害发生和流行的重要因子之一,对其精准的定量测定或检测可大大提高植物病害预测的准确性,本文对实时荧光定量PCR (qPCR)与数字PCR在植物病原菌定量检测、以及基于RNA水平的real-time PCR和基于核酸染料(EMA/PMA)与qPCR相结合的技术在植物病原菌活体定量检测中的应用进行了综述,并展望其在植物病害流行和预测中的应用前景。     

农作物土传病原物高通量定量监测与风险预警

澳大利亚南澳发展研究所(SARDI)针对大田小麦土传病害,研究开发出一套农作物主要土传病原物高通量定量监测与风险预警系统。这一系统包括通过室内外试验,建立病原菌数量与危害程度风险评估分级标准;土样采集;自每份土样(500 g)中提取总DNA;设计异性引物和探针;实时定量PCR(Q-PCR)分析总DNA中各靶标病原物DNA数量。按照风险评估标准,分别做出各种病原物对下茬作物可能的危害程度,在播种前提出相应的防治措施和建议。该系统已在南澳、威尔士等主要小麦生产区广泛应用,对小麦9种土传病原物进行定量监测和预警的有偿技术服务。     

基于“3S”技术的黄土高原地区水蚀荒漠化研究

本文以黄土高原地区为研究对象 ,探讨了“3S”技术在水蚀荒漠化研究中的具体应用方法和步骤 ,尝试了基于 Map GIS软件制图过程的分析途径 ,完成了黄土高原地区水蚀荒漠化现状图的制作 ,并建立了图形数据库和属性数据库。这一成果对中国三北地区荒漠化的研究 ,特别是开展黄土高原地区水蚀荒漠化调查研究 ,具有参考意义     

应用TaqMan探针实时荧光定量PCR技术早期检测稻瘟病

 稻瘟病是一种严重危害水稻生产的真菌病害,早期监测和防治是关键。温室接种大田主栽品种合系39和感病水稻蒙古稻,定时观察发病症状。提取水稻病样总DNA,根据稻瘟菌28S rDNA基因序列,设计特异引物和TaqMan探针,进行荧光定量PCR检测。结果表明稻瘟菌在蒙古稻和大田主栽品种合系39上症状最初出现时间为接种后72 h,蒙古稻典型症状出现时间为接种后168 h,在合系39上出现典型症状的时间为接种后190 h以后。利用TaqMan探针荧光定量PCR技术,在接种12 h的蒙古稻和合系39上均能检测到稻瘟菌DNA,接种48 h,菌量拷贝数达到最高峰,接种72 h,菌量拷贝数开始下降。不同品种中病原菌拷贝数存在差别,在接种12 h的蒙古稻中稻瘟菌含量为7.2×103个拷贝数,在合系39中为4.9×103个拷贝数。本研究结果表明,应用实时荧光定量PCR技术可以在接种后12 h症状未显现之前检测到稻瘟菌,为稻瘟病流行监测和早期防治提供了科学依据。     

土壤中芸薹根肿菌qPCR检测与风险预警体系的建立与应用

 建立了土壤中芸薹根肿菌荧光定量PCR(qPCR)快速检测及风险预警体系。确定了芸薹根肿菌qPCR检测的特异性引物PbF/PbR,对根肿菌质粒DNA的检测灵敏度为1.612×10^-6 ng·μL^-1,比普通PCR高出1 000倍;对土壤和基质中芸薹根肿菌孢子的最低检测下限均为10 个·g^-1,而土壤和基质带菌的发病阈值分别为100和1 000 个·g^-1,高于该浓度时根肿病发生风险大。本研究建立的芸薹根肿菌qPCR技术体系检测下限远低于发病阈值,可以快速、准确、定量地检测出采自四川绵阳、湖北恩施、江苏无锡、山东青岛、辽宁沈阳、山西运城、内蒙古巴彦淖尔和宁夏固原等8个地区的27份田间土壤中芸薹根肿菌的数量,实现对十字花科根肿病的监测预警,为制定产前病害防控方案提供依据。     

水稻转录因子OsBTF3对不同病原菌和信号分子的基因表达反应

 转录因子基因OsBTF3在水稻品种日本晴悬浮细胞中受白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)诱导表达。为了阐明OsBTF3在水稻叶组织中的表达特征,本研究利用RT-Q-PCR技术,对经3种亲和性病原菌[水稻白叶枯病菌(Xoo)、水稻条斑病菌(Xooc)和稻瘟病菌(Mg)]接种和4种信号分子[脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、乙烯(ETH)]诱导处理的水稻叶片中OsBTF3的转录本进行了定量分析。结果表明,OsBTF3对Xoo、Xooc和Mg侵染的基因表达反应均显著地受到诱导,但反应速度和强度略有差异。而4种信号分子对OsBTF3表达的诱导作用差异较大,ABA诱导活性最强,MeJA和ETH次之,SA诱导作用不显著。因此,OsBTF3基因表达不仅具有病原菌Xoo、Xooc和Mg的诱导性,而且也具有信号分子MeJA、ETH和ABA的应答性。     

“3S”技术在生态用水量研究中的应用——以锡林河流域为例

随着水资源供需矛盾的日益突出,人们对生态环境保护和水资源配置问题日益重视,生态用水量研究受到了专家和学者的广泛关注。生态用水量的计算是在生态环境调查和分析的基础上进行的,而“3S”技术恰恰可以提供准确、大量的时空信息以及提取、分析和处理信息的技术方法,满足生态用水量研究的需要。基于这一认识,本文提出了一种在“3S”技术支持下的生态用水量计算方法,以锡林河流域为例,通过“3S”技术提取植被群落类型和空间分布等生态环境信息,应用生态用水概念及计算方法,建立空间信息(群落类型面积大小、数量)与生态用水量等级间的关系,应用遥感和地理信息系统的相关软件绘制锡林河流域生态用水图,统计得出不同等级生态用水量的大小,进而得到锡林河流域的生态用水总量。该方法为今后快速、准确的计算生态用水量提供了思想启示,为科学配置生态用水提供了依据。     

我国农作物病虫害智能监测预警技术新进展

近年来, 随着计算机、互联网、物联网、人工智能、传感器、遥感等技术的快速发展, 智能虫情测报灯、智能性诱捕器、昆虫雷达、无人机遥感、卫星遥感、智能识别App等现代智能农作物病虫监测装备及重大病虫害实时智能监测预警系统建设方面取得了比较明显的进步。本文综述了我国近5年在利用光谱遥感、昆虫雷达、图像识别等技术进行农作物病虫害监测预警研究和应用方面取得的重要进展, 分析了各类技术存在的不足与难点, 提出了未来发展的方向, 以期为充分利用空天地多源数据实现农作物病虫害精准预报提供指导。     

Molecular methods for the detection and quantification of Pestalotiopsis and Neopestalotiopsis inoculum associated with macadamia

Pestalotiopsis blight and leaf spot in macadamia are caused by species of Pestalotiopsis and Neopestalotiopsis. Conidia produced by these pathogens are mostly dispersed by wind and rain splash and are the primary infecting propagules. Rapid detection and quantification of airborne conidia are essential to determine the seasonal dynamics of inoculum and critical infection periods in macadamia orchards. A quantitative PCR (qPCR) using a new primer pair and a hydrolysis probe was developed to detect and quantify airborne conidia of Pestalotiopsis and Neopestalotiopsis species. The amplification efficiency of the qPCR was 96.4% and the assay had a limit of detection of 400 fg of Pestalotiopsis/Neopestalotiopsis gDNA, which corresponds to approximately 10 conidia. The qPCR assay coupled with spore trapping was used to monitor airborne conidia dispersal under field conditions. The results showed that the assay is specific and sensitive for detecting and quantifying Pestalotiopsis/Neopestalotiopsis conidia in macadamia orchards. The detection and quantification of the pathogen inoculum will improve our understanding of disease epidemiology and the ability to manage these diseases in macadamia.     

基于地理信息系统的全国主要粮食作物病虫害实时监测预警系统的研制

为提高病虫害防治的准确性和科学性，依据植保知识、专家经验，采用人工智能、自行开发的具地理信息系统基本功能及决策支持系统（DSS）的相关技术，研制了基于Internet网络传输的全国主要粮食作物病虫害实时监测预警系统。本系统能够对小麦、玉米、水稻、马铃薯、高粱和谷子6种主要粮食作物的60余种病虫害进行实时监测、预警、诊断、提供植保知识，能够对年度间同期病情、虫情做出图形比较，可将抽象的预警数据转化成清晰简明的点图式电子地图，直观明了地显示病虫害发生点数及地域分布，可根据品种的抗病虫性、病虫害发生基数和未来天气预报等信息对小麦白粉病、赤霉病、纹枯病、稻瘟病、稻曲病、马铃薯晚疫病、麦蚜、小麦吸浆虫和玉米螟9种重要病虫害做出短期防治决策，系统的运行有助于提高人们对主要粮食作物病虫害管理的科学水平。     

甜瓜粉霉病菌效应蛋白编码基因的预测与分析

 粉霉病是一种严重影响甜瓜果实品质并造成经济损失的采后病害,效应蛋白在病原真菌致病机制中发挥着重要作用。为获得引起甜瓜粉霉病病原菌粉红单端孢(Trichothecium roseum)的效应蛋白,本研究利用一系列生物信息分析软件(SignalP, TMHMM, Protcomp, big-PI Predictor, TargetP和Blastp)对该菌进行效应蛋白预测与分析,并采用实时荧光定量PCR检测其中6个候选效应蛋白编码基因在离体诱导培养和接种果实时的表达模式。结果表明:从T. roseum的9 760个蛋白序列中预测得到154个候选效应蛋白,其中64个具有功能注释,其余为功能未知蛋白;候选效应蛋白的信号肽长度在14~30 aa之间,且大部分是由信号肽酶I型进行识别;信号肽中出现频率最高的氨基酸依次为丙氨酸、亮氨酸和丝氨酸;其中5个候选效应蛋白编码基因在离体诱导条件下和接种果实时表达量均显著升高,说明其可能为真正的效应蛋白。本研究预测获得了T. roseum中的效应蛋白,实时荧光定量PCR分析说明效应蛋白编码基因参与了T. roseum侵染甜瓜果实的致病过程,这些结果为进一步分析效应蛋白的功能与致病机制奠定了基础。     

实时定量PCR的原理及其在植物病理学研究中的应用

实时定量PCR(Real-time quantitative)是一种利用荧光信号实时监测每个循环的扩增产物,从而实现对模板进行定量分析的新技术。它具有快速、灵敏、精确等优点。该技术在分子诊断、分子生物学研究、动植物检疫以及食品安全检测等方面有广泛的应用。本文综述了实时定量PCR的原理、影响因素及其在植物病理学研究中的应用。     

The role of seeds and airborne inoculum in the initiation of leaf blotch (Rhynchosporium secalis) epidemics in winter barley

Both airborne spores of Rhynchosporium secalis and seed infection have been implied as major sources of primary inoculum for barley leaf blotch (scald) epidemics in fields without previous history of barley cropping. However, little is known about their relative importance in the onset of disease. Results from both quantitative real‐time PCR and visual assessments indicated that seed infection was the main source of inoculum in the field trial conducted in this study. Glasshouse studies established that the pathogen can be transmitted from infected seeds into roots, shoots and leaves without causing symptoms. Plants in the field trial remained symptomless for approximately four months before symptoms were observed in the crop. Covering the crop during part of the growing season was shown to prevent pathogen growth, despite the use of infected seed, indicating that changes in the physiological condition of the plant and/or environmental conditions may trigger disease development. However, once the disease appeared in the field it quickly became uniform throughout the cropping area. Only small amounts of R. secalis DNA were measured in 24 h spore‐trap tape samples using PCR. Inoculum levels equivalent to spore concentrations between 30 and 60 spores per m³ of air were only detected on three occasions during the growing season. The temporal pattern and level of detection of R. secalis DNA in spore tape samples indicated that airborne inoculum was limited and most likely represented rain‐splashed conidia rather than putative ascospores.     

田间空气中小麦白粉菌分生孢子的动态监测研究

2012和2013两年度采用Burkard定容式孢子捕捉器,对田间空气中小麦白粉病菌分生孢子的监测结果表明,小麦冠层内、外白粉菌分生孢子浓度存在显著的正相关性,冠层内的白粉菌分生孢子浓度明显高于冠层外;田间空气中分生孢子的浓度逐渐升高,到小麦灌浆期达到最大值之后逐渐降低。时间序列分析结果表明,两年度田间空气中白粉菌分生孢子浓度均符合ARIMA(1,1,0)模型且与温度有显著的相关性,建立了基于温度的白粉菌分生孢子浓度预测模型,模型回归效果均达到了显著水平。研究结果发现,田间白粉病病情与空气中病菌分生孢子和关键气象因子具有显著相关性,并在此基础上分别建立了基于空气中分生孢子浓度,以及基于分生孢子浓度和气象因子的田间白粉病病情预测模型,其中基于分生孢子浓度的预测模型普适性要优于基于分生孢子浓度和气象因子的预测模型,可以用来预测田间小麦白粉病的发生流行程度。