第11章現(xiàn)代技術(shù)病害流行學(xué)應(yīng)用

現(xiàn)代技術(shù)植病流行學(xué)應(yīng)用

一、“3S”技術(shù)“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(shù)植病流行學(xué)應(yīng)用

GPS可用于病害調(diào)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(duì)植物病害做出準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)。

GIS能夠利用由GPS和RS獲得的數(shù)據(jù)，將同一坐標(biāo)系中由不同特性構(gòu)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(cè)衛(wèi)星的運(yùn)行狀況，計(jì)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(shè)備，可以全天候的接收、處理和分析GPS信號(hào)，精確計(jì)算與GPS衛(wèi)星之間的準(zhǔn)確距離，從而實(shí)現(xiàn)快速定位。

GPS在植保中的應(yīng)用，以美國(guó)尤為領(lǐng)先。目前美國(guó)的農(nóng)場(chǎng)主在聯(lián)合收割機(jī)、播種機(jī)和施肥機(jī)等農(nóng)用機(jī)械上均安裝了衛(wèi)星定位儀（接受儀），以指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”模式。目前，我國(guó)各省植保部門的技術(shù)人員均配備了GPS儀，其主要用途是在病害考察或調(diào)查中實(shí)現(xiàn)定位，便于某種病害多年的定點(diǎn)調(diào)查，有利于研究病害歷年流行動(dòng)態(tài)以及更精確的病害管理。RS的原理是接受目標(biāo)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(zhǔn)確地提供被測(cè)目標(biāo)的有關(guān)信息。綠色農(nóng)作物反射的光譜有一定的規(guī)律，當(dāng)農(nóng)作物受到病害等災(zāi)害時(shí)，葉片會(huì)出現(xiàn)顏色的改變、結(jié)構(gòu)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(shù)進(jìn)行病害監(jiān)測(cè)、早期診斷及病害流行規(guī)律研究等。2、遙感技術(shù)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過對(duì)多因子的綜合分析，可以迅速的獲取滿足應(yīng)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(jié)果。利用GIS可對(duì)植物病害進(jìn)行監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和風(fēng)險(xiǎn)分析。3、地理信息系統(tǒng)四、數(shù)字植保技術(shù)數(shù)字植保技術(shù)是指把植保原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(jì)、社會(huì)和人口的信息。而且要建立高速網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字植保連接，并通過Internet實(shí)行更高層次的訪問，實(shí)現(xiàn)植保病情數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸與采集、病蟲遠(yuǎn)程診斷和防治指導(dǎo)。

地統(tǒng)計(jì)學(xué)亦稱地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)，是以區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)，以變異函數(shù)為主要工具，研究在空間分布上既有隨機(jī)性又有結(jié)構(gòu)性、空間相關(guān)和依賴性的自然現(xiàn)象和科學(xué)。地統(tǒng)計(jì)學(xué)在宏觀植物病理學(xué)中的應(yīng)用：①用地統(tǒng)計(jì)學(xué)研究病害的分布、傳播；②用基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)的預(yù)測(cè)方法，預(yù)測(cè)病害發(fā)生趨勢(shì)；③應(yīng)用于病害管理規(guī)劃設(shè)計(jì)和實(shí)施。二、地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

數(shù)學(xué)模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)特定對(duì)象，根據(jù)特有的內(nèi)在規(guī)律，做出一些必要的假設(shè)，運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具，得到一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單的說，數(shù)學(xué)模型就是系統(tǒng)的某種特征本質(zhì)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

三、數(shù)學(xué)建模技術(shù)

數(shù)學(xué)建模是利用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問題的一種實(shí)踐，即通過抽象、簡(jiǎn)化、假設(shè)、引進(jìn)變量等處理過程后，將實(shí)際問題用數(shù)學(xué)方式表達(dá)，建立數(shù)學(xué)模型，然后運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)學(xué)方法及計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行求解。數(shù)學(xué)建模技術(shù)在宏觀植物病理學(xué)研究中常用來建立植物病害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型、損失估計(jì)模型等。四、分子生物學(xué)技術(shù)1、等位酶（allozyme）等位酶是由核基因編碼的不同等位基因相對(duì)應(yīng)的酶。等位酶技術(shù)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(jié)構(gòu)或等電點(diǎn)的不同將其電泳分離。分離后進(jìn)行特異性酶染色以檢測(cè)等位酶帶譜，進(jìn)而對(duì)多態(tài)性酶譜帶進(jìn)行遺傳統(tǒng)計(jì)分析。PCR技術(shù)基本原理PCR：Polymerasechainreaction多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)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(zhǎng)產(chǎn)物片段與短產(chǎn)物片段RAPD也稱隨機(jī)引物PCR（arbitrayprimerPCR,AP-PCR）是以一個(gè)人工合成的寡核苷酸序列（通常10bp）作為引物，隨機(jī)擴(kuò)增基因組DNA，產(chǎn)生多態(tài)性的DNA譜帶可通過電泳進(jìn)行檢測(cè)。3、隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA標(biāo)記

RandomlyAmplifiedPolymorphicDNAmarker，RAPDSSR又叫微衛(wèi)星標(biāo)記。該技術(shù)是根據(jù)SSR的重復(fù)序列設(shè)計(jì)相應(yīng)的PCR引物，利用PCR擴(kuò)增目標(biāo)區(qū)段，然后通過電泳檢測(cè)微衛(wèi)星位點(diǎn)。3、簡(jiǎn)單序列重復(fù)標(biāo)記

SimpleSequenceRepeatmarker，SSRRFLP是通過分子雜交探測(cè)限制性酶切位點(diǎn)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(zhuǎn)移并固定在硝酸纖維素濾膜或尼龍膜上，再用放射性標(biāo)記的探針與濾膜上的DNA雜交，最后通過放射自顯影檢測(cè)與探針雜交的基因組DNA上酶切位點(diǎn)的多態(tài)性。4、限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性

RestrictionFragmentLengthPolymorphism，RFLPAFLP的原理是利用PCR擴(kuò)增基因組DNA限制性酶切片段。該技術(shù)的步驟為：①用兩個(gè)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(bǔ)的PCR引物對(duì)連接產(chǎn)物進(jìn)行預(yù)擴(kuò)增，然后再用選擇性引物對(duì)預(yù)擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行選擇性擴(kuò)增；③利用電泳分離擴(kuò)增的DNA片段。5、擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性DNA標(biāo)記

AmplifiedFragmentLengthPolymorphicDNA，AFLP

在植物病害分子流行學(xué)研究中，通常利用PCR擴(kuò)增基因組的特異基因區(qū)段，然后進(jìn)一步對(duì)擴(kuò)增的基因區(qū)段進(jìn)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(xué)方法（真菌、線蟲）、生化方法（細(xì)菌）及微形態(tài)學(xué)方法（病毒）等。然而對(duì)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(xué)技術(shù)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(gè)或某些區(qū)段存在差異。在分析這段DNA片段序列的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)引物，經(jīng)過PCR擴(kuò)增，即可將特異編碼的DNA片段用于鑒別目標(biāo)病原菌。

其步驟為：①尋找靶標(biāo)病原菌特異的DNA片段，對(duì)其序列進(jìn)行分析；②根據(jù)DNA序列，設(shè)計(jì)對(duì)靶標(biāo)病原菌特異的PCR引物；③測(cè)定PCR引物的特異性和敏感性；④開發(fā)經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)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(shù)可以定量地測(cè)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(zhì)標(biāo)記特定的DNA探針，在PCR過程中可以通過對(duì)熒光強(qiáng)度