第11章現(xiàn)代技術病害流行學應用

現(xiàn)代技術植病流行學應用

一、“3S”技術“3S”：全球定位系統(tǒng)

GlobalPositioningSystem,GPS

遙感系統(tǒng)

Remotesensing,RS

地理信息系統(tǒng)

GeographicalInformationSystem,GIS“3S”技術植病流行學應用

GPS可用于病害調查和病害防治。

RS可以綜合反映病害引起植物的病變程度，能夠在早期并且在較大范圍內(nèi)對植物病害做出準確的監(jiān)測。

GIS能夠利用由GPS和RS獲得的數(shù)據(jù)，將同一坐標系中由不同特性構成的圖形相互疊加在一起，由此可以獲得更多空間信息。1、全球定位系統(tǒng)（GPS）GPS的組成：空間部分

21顆工作衛(wèi)星、3顆備用衛(wèi)星?？刂撇糠种饕傻孛婵刂普窘M成，可跟蹤監(jiān)測衛(wèi)星的運行狀況，計算其軌道，并將這些信息反饋給GPS衛(wèi)星用于播發(fā)。

用戶部分包括GPS接受儀及外圍設備，可以全天候的接收、處理和分析GPS信號，精確計算與GPS衛(wèi)星之間的準確距離，從而實現(xiàn)快速定位。

GPS在植保中的應用，以美國尤為領先。目前美國的農(nóng)場主在聯(lián)合收割機、播種機和施肥機等農(nóng)用機械上均安裝了衛(wèi)星定位儀（接受儀），以指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)了“精準農(nóng)業(yè)”模式。目前，我國各省植保部門的技術人員均配備了GPS儀，其主要用途是在病害考察或調查中實現(xiàn)定位，便于某種病害多年的定點調查，有利于研究病害歷年流行動態(tài)以及更精確的病害管理。RS的原理是接受目標物輻射或反射的不同電磁波，通過一系列處理和解釋過程，快速而準確地提供被測目標的有關信息。綠色農(nóng)作物反射的光譜有一定的規(guī)律，當農(nóng)作物受到病害等災害時，葉片會出現(xiàn)顏色的改變、結構破壞或外形改觀等病態(tài)，葉片的反射光譜有明顯的改變。這就可以利用遙感技術進行病害監(jiān)測、早期診斷及病害流行規(guī)律研究等。2、遙感技術GIS是處理地理數(shù)據(jù)的輸入、輸出、管理、查詢、分析和輔助決策的計算機系統(tǒng)，通過對多因子的綜合分析，可以迅速的獲取滿足應用需要的信息，并能以地圖、圖形或數(shù)據(jù)的形式表示處理結果。利用GIS可對植物病害進行監(jiān)測、預報和風險分析。3、地理信息系統(tǒng)四、數(shù)字植保技術數(shù)字植保技術是指把植保原始數(shù)據(jù)轉換成可理解的信息，這種信息包括病蟲發(fā)生危害的高分辨率衛(wèi)星攝像、數(shù)字地圖、作物、氣候、經(jīng)濟、社會和人口的信息。而且要建立高速網(wǎng)絡與數(shù)字植保連接，并通過Internet實行更高層次的訪問，實現(xiàn)植保病情數(shù)據(jù)的遠程傳輸與采集、病蟲遠程診斷和防治指導。

地統(tǒng)計學亦稱地質統(tǒng)計學，是以區(qū)域化變量理論為基礎，以變異函數(shù)為主要工具，研究在空間分布上既有隨機性又有結構性、空間相關和依賴性的自然現(xiàn)象和科學。地統(tǒng)計學在宏觀植物病理學中的應用：①用地統(tǒng)計學研究病害的分布、傳播；②用基于地統(tǒng)計學的預測方法，預測病害發(fā)生趨勢；③應用于病害管理規(guī)劃設計和實施。二、地統(tǒng)計學方法

數(shù)學模型是對現(xiàn)實世界的一個特定對象，根據(jù)特有的內(nèi)在規(guī)律，做出一些必要的假設，運用適當?shù)臄?shù)學工具，得到一個數(shù)學結構。簡單的說，數(shù)學模型就是系統(tǒng)的某種特征本質的數(shù)學表達式。

三、數(shù)學建模技術

數(shù)學建模是利用數(shù)學方法解決實際問題的一種實踐，即通過抽象、簡化、假設、引進變量等處理過程后，將實際問題用數(shù)學方式表達，建立數(shù)學模型，然后運用先進的數(shù)學方法及計算機技術進行求解。數(shù)學建模技術在宏觀植物病理學研究中常用來建立植物病害預測預報模型、損失估計模型等。四、分子生物學技術1、等位酶（allozyme）等位酶是由核基因編碼的不同等位基因相對應的酶。等位酶技術的要求是提取具有生物活性的酶，然后根據(jù)等位酶的分子量、結構或等電點的不同將其電泳分離。分離后進行特異性酶染色以檢測等位酶帶譜，進而對多態(tài)性酶譜帶進行遺傳統(tǒng)計分析。PCR技術基本原理PCR：Polymerasechainreaction多聚酶鏈式反應DNA的體外合成條件：模板DNA，寡核苷酸引物，DNA聚合酶，合適的緩沖體系，模擬生物過程在體外合成DNA

長產(chǎn)物片段與短產(chǎn)物片段RAPD也稱隨機引物PCR（arbitrayprimerPCR,AP-PCR）是以一個人工合成的寡核苷酸序列（通常10bp）作為引物，隨機擴增基因組DNA，產(chǎn)生多態(tài)性的DNA譜帶可通過電泳進行檢測。3、隨機擴增多態(tài)性DNA標記

RandomlyAmplifiedPolymorphicDNAmarker，RAPDSSR又叫微衛(wèi)星標記。該技術是根據(jù)SSR的重復序列設計相應的PCR引物，利用PCR擴增目標區(qū)段，然后通過電泳檢測微衛(wèi)星位點。3、簡單序列重復標記

SimpleSequenceRepeatmarker，SSRRFLP是通過分子雜交探測限制性酶切位點的變異。其方法是將樣品基因組DNA酶切，通過電泳分離酶切片段，并原位變性，然后將變性的DNA酶切片段轉移并固定在硝酸纖維素濾膜或尼龍膜上，再用放射性標記的探針與濾膜上的DNA雜交，最后通過放射自顯影檢測與探針雜交的基因組DNA上酶切位點的多態(tài)性。4、限制性片段長度多態(tài)性

RestrictionFragmentLengthPolymorphism，RFLPAFLP的原理是利用PCR擴增基因組DNA限制性酶切片段。該技術的步驟為：①用兩個不同的限制性內(nèi)切酶消化模板DNA，然后將雙鏈接頭連接到酶切片段末端；②利用與接頭序列互補的PCR引物對連接產(chǎn)物進行預擴增，然后再用選擇性引物對預擴增產(chǎn)物進行選擇性擴增；③利用電泳分離擴增的DNA片段。5、擴增片段長度多態(tài)性DNA標記

AmplifiedFragmentLengthPolymorphicDNA，AFLP

在植物病害分子流行學研究中，通常利用PCR擴增基因組的特異基因區(qū)段，然后進一步對擴增的基因區(qū)段進行序列分析。6、DNA序列分析（DNAsequence）

常規(guī)的診斷手段因病原菌而不同，如形態(tài)學方法（真菌、線蟲）、生化方法（細菌）及微形態(tài)學方法（病毒）等。然而對于形態(tài)與生化方法相似而無法區(qū)分的致病菌的亞種、變種、致病型等，傳統(tǒng)方法已無法解決，而分子生物學技術則可解決這些問題。二、病原物鑒定

不同種的病原菌，必定在DNA的某個或某些區(qū)段存在差異。在分析這段DNA片段序列的基礎上，設計引物，經(jīng)過PCR擴增，即可將特異編碼的DNA片段用于鑒別目標病原菌。

其步驟為：①尋找靶標病原菌特異的DNA片段，對其序列進行分析；②根據(jù)DNA序列，設計對靶標病原菌特異的PCR引物；③測定PCR引物的特異性和敏感性；④開發(fā)經(jīng)濟、簡便的DNA提取方法用于病原菌的分子鑒定。

最近發(fā)展起來real-timePCR的技術可以定量地測定PCR過程中DNA模板的濃度。其基本原理是用特殊的生物熒光物質標記特定的DNA探針，在PCR過程中可以通過對熒光強度