小麦条锈病监测预警技术规范-编制说明

1、小麦条锈病监测预警技术规范（征求意见稿）编制说明一、工作简况：包括任务来源、协作单位、主要工作过程、起草组组成成员及其所做的主要工作等； “小麦条锈病监测预警技术规范”的任务来源于陕西省市场监督管理局关于下达 2020年地方标准制修订项目计划的通知（文号：陕市监函2020737号），项目编号：SDBXM 100-2020。研究来源于西北农林科技大学承担的国家 “十四五”国家重点研发计划（小麦条锈菌跨区传播路径与时空动态变化规律研究，2021YFD1401000）、国家公益性（农业）行业专项（小麦赤霉病和条锈病监测预警系统效果评价）和国家自然科学基金项目（基于孢子捕捉和实时定量PCR技术的小麦条

2、锈病传播规律与监测预警研究，31772102）。协作单位为陕西省植物保护工作总站和西安黄氏生物工程有限公司。该技术规范的研究主要包括小麦条锈病的田间调查监测方法，孢子捕捉仪及预报数据自动收集系统在小麦条锈病监测预警的应用（使用方法、模型构建、病害预测）。主要起草人中，胡小平教授全面负责研究课题的设计和组织实施，康振生院士主要负责课题咨询和统筹协调，范东晟研究员主要负责小麦条锈病的监测预警效果评价，王保通教授主要负责小麦条锈病的田间调查监测研究，冯小军研究员主要负责小麦条锈病监测预警系统的试验示范，文耀东高级农艺师主要负责小麦条锈病监测预警基础数据收集，李宇翔副教授主要负责小麦条锈病预测模型构建

3、、李强副教授主要负责小麦条锈病实时定量PCR技术研究、黄卫利总经理主要负责孢子捕捉仪和条锈病预报器的安装、技术指导和后期维护。二、标准编制原则和确定标准主要内容：包括技术指标、参数、公式、性能要求、试验方法、检验规则等的依据（包括试验、统计数据）；地方标准修订项目还应当列出和原标准主要差异情况；1陕西省地方标准编制原则 本标准的编制依据中华人民共和国标准法和地方标准管理办法的规定进行编制。2确定地方标准主要内容（1）适用范围本标准规定了小麦条锈病监测预警技术的术语和定义、预报器的工作条件、预测预报系统的技术要求、基础数据的收集方式、菌源量的检测方法等。（2）规范性引用文件下列文件对于本标准的应

4、用一部分成为本标准的条款：GB/T15795-2011小麦条锈病测报调查规范GB/T24689.6-2009植物保护机械 农林小气候信息采集系统GB/T24689.3-2009植物保护机械 孢子捕捉仪GB/T10396农林拖拉机和机械、草坪和园艺动力机械GB/T191包装储运指示和标志GB/T13306-1991标牌（3）术语与定义小麦条锈病 Wheat stripe rust小麦条锈病是由小麦条锈菌Puccinia striiformis f. sp. tritici引起的真菌病害，病菌可借助气流高空远距离传播，导致病害在不同小麦产区间流行，威胁着我国西北、西南、华北和黄淮海和长江中下游冬麦

5、区和西北春麦区的小麦生产，一般流行年份减产10-30%，大流行年份减产50%以上，甚至颗粒无收，严重影响着我国小麦的安全生产，是小麦有害生物综合治理的主要对象。条锈病发生规律主要涉及越夏、秋苗发病、越冬和春季流行四个阶段。条锈菌夏孢子堆长椭圆形，夏孢子单胞球形，鲜黄色，表面有细刺。冬孢子堆多生于叶背，长期埋生于寄主表皮下，灰黑色。冬孢子双胞，棍棒形，顶部扁平或斜切，分隔处略缢缩，柄短。夏孢子形成的适宜温度为10-15，侵入小麦寄主的适宜温度为9-12，病菌致病性有明显的生理分化现象，在中国已发现34个生理小种。普遍率 Incidence或称发病率，是指发病植物体单元数占调查植物体单元总数的百分

6、率，用以表示发病的普遍程度。在本标准中植物体单元为叶片或植株。严重度 Severity是指发病植物单元上发病面积或体积占该单元总面积或总体积的百分率，亦可用分级法表示，即将发病的严重程度由轻到重划分出若干级别，分别赋予相应的代表值，表示病害发生的严重程度。在本标准中，物体单元为叶片或植株。病情指数 Disease index病害发生的普遍性和严重程度的综合指标，用以表示病害发生的平均水平。病情指数可通过普遍率和严重度计算得出。当严重度为百分率表示的时候，病情指数=普遍率严重度；当严重度为发病等级时，病情指数可通过下述公式进行计算：病情指数=（发病等级株数代表数值）/（株数总和发病最重级代表数值

7、）100孢子捕捉仪（器） Spore trapper是一种可收集随空气流动的病原菌孢子、花粉、尘粒等的仪器，主要用于监测病原菌在空气中的浓度和变化动态，为病害预测预报提供可靠的数据。小麦条锈病预报数据自动收集系统 Auto data collecting system for wheat stripe rust prediction由孢子捕捉仪、多维环境气象监测仪、云端数据库构成的系统，可收集与小麦条锈病发生相关的基础数据，并完成数据的储存和管理。发病程度 Epidemic level植物个体或群体发病程度的数值化描述。初始菌源量 Initial inoculum在病害发生流行初期具有侵染力的

8、病原菌的数量。气象因子 Meteorological factor影响病害发生发展的气象原因或条件，可能是某一种条件，也可以是多种条件的组合，包括温度、湿度、光照等。温湿度传感器 Sensor for temperature and RH以温湿度一体的探头作为元件，对温度和湿度信号进行采集的装置。叶片表面湿润时间传感器 Sensor for leaf wetness duration以湿度探头作为元件，根据植物叶片距地高度设置探头位置，用于检测植物叶片表面持续湿润时间。降雨量传感器 Sensor for rainfall一种自动测量降水量的仪器，可通过传感装置对降水量、降水强度、降水起止时间进

9、行测定。（4）工作条件/安全要求电源：12V蓄电池供电或12V直流电供电太阳能板发电：50W 环境温度：-2080相对湿度： 100%产品具有防雷击功能配置符合中国有关标准要求的航插头。（5）技术要求1）一般技术要求该标准要求利用小麦条锈病预测预报数据自动收集系统和孢子捕捉仪，进行条锈菌夏孢子捕捉以确定初始菌源量，同时进行田间环境因子实时监测，预测天水以东地区小麦条锈病的发生程度。数据自动收集系统和孢子捕捉仪应按规定的程序图样和技术文件生产制造。2）预测预报数据自动收集系统主要技术指标主机规格，高1.5米，重量60 KG。电池容量：12V20A太阳能板：50 W单晶硅。功耗：10毫安。工作时间

10、：在连续阴雨天无光照环境可持续工作30天（每2小时上传一次数据）。工作温度：-2080机箱及支架：SUS304不锈钢，防护等级IP67，抗冲击等级IK08。传感器：国际气象组织标准气象传感器，温度及降雨量传感器为光电感应原理传感器，叶片表面湿润时间传感器为电回路原理传感器。3）旋转式孢子捕捉仪（见附录B）主要技术指标主机规格：长*宽*高28*22*62.4 CM，重45 KG。供电系统：电池容量：12V60A；太阳能板80 W单晶硅。功耗10 W;调速电机转速1000-2000转/分。机箱及支架：SUS304不锈钢喷塑，防护等级IP67，抗冲击等级IK08。垂直胶棒：直径1.2 MM，长35

11、MM，距离15 CM。（6）基本配置支架机箱电池太阳能板控制器航插数据线传感器头（温湿度传感器+光照传感器+单片机+天线）叶片表面湿润时间传感器土壤温湿度传感器（10 CM深度一个、20 CM深度一个）电机胶棒（7）技术参数表1 小麦条锈病预报器传感器及参数温度-4080精度0.2降雨量0240 mm/h精度2%相对湿度0100%RH精度1%露点温度-8060精度0.2叶片表面湿润时间015 h精度0.5日照强度02000 W/m2精度3%日照时数012h精度0.1 min10 cm土壤含水量0%100%精度4%10 cm土壤温度-5080精度0.520 cm土壤含水量0%100%精度4%20

12、 cm土壤温度-5080精度0.5（8）田间气象因子自动收集表1中相关技术参数的数据通过电脑、手机等客户端实时获取，自动存储。三、试验验证：包括试验（或验证）准确度、可靠性、稳定性的分析和说明，实验结果综述等；1. 初始菌源量监测小麦条锈病是一种气传性病害，初始菌源量的多少是影响小麦条锈病流行的关键因素之一。通过采用实时荧光定量PCR技术，监测2019年和2020年湖北襄阳、2020年四川绵阳和2020年陕西汉中11-12月份空气中条锈菌夏孢子密度，作为小麦条锈病的初始菌源量。（1）条锈菌夏孢子的捕捉采用孢子捕捉仪在11-12月份捕捉条锈菌夏孢子，计算累积孢子数量。（2）TaqMan RT-q

13、PCR检测分别取8.471048.4710-2个/L梯度模拟样本的DNA，以Nuclease free water为模板作为阴性对照，应用TaqMan RT-qPCR方法对不同浓度小麦条锈菌夏孢子模拟样品进行定量。以Ct值为横坐标，以夏孢子数量对数值为纵坐标，绘制标准曲线（图1）。标准曲线方程为：y = - 0.3248 x + 12.809，相关系数（R2）为0.9921图1 小麦条锈菌夏孢子数量与Ct值之间的关系小麦条锈病自动监测预警系统中Burkard（UK）孢子捕捉仪的进气量为16.5 L/min，结合标准曲线公式y=-0.3248x+12.809，可得空气中夏孢子密度N与Ct值的关系

14、式为：N=10Ct-12.809-0.324816.5L/min60min24hnd10-3m3L式中，N为夏孢子密度（个/m3），n为收集夏孢子的天数（d），Ct为TaqMan RT-qPCR的循环阈值。引物和探针及其序列见表2。表2 引物和探针及其序列名称序列扩增长度Pst-F5-AACCCTCTCATTAAATAATTTTG-3Pst-R5-CCAACTTATAGAAAAGTGACTTA-3102 bpPst-PFAM-ATTACCAGCACTCAACATCCATT-BHQ1TaqMan RT-qPCR反应体系为：Taqman Environment Master Mix 10 L，探针

15、和引物各0.5 L（250 nM），DNA模板5.9 L，补ddH2O至20 L。TaqMan RT-qPCR反应程序为：95C预变性10 min，1个循环；95C变性15 s，60C退火1 min，共45个循环。在Light Cycler 480实时荧光定量PCR仪上进行。（3）小麦条锈病的田间调查在湖北襄阳、四川绵阳陕西汉中等地选择代表性的小麦地块，于2019和2020年进行条锈病病情调查。按照小麦条锈病测报调查技术规范（GB/T 15795-2011）系统调查各个阶段病害的发生程度，记载病叶率、严重度、病田率、发病中心等数据，明确不同小麦主产区条锈病的发生情况。病情调查方法：1）小麦条锈

16、病秋苗调查（GB/T 15795-2011）调查方法和标准参照已有的规范。2）小麦条锈病春季调查的方法（GB/T 15795-2011）冬麦在小麦返青拔节期1520 d调查一次，调查方法、田块面积、项目表格依据已有的规范。病害的严重度、发病率的调查，病情指数计算公式等参照已有的规范。（4）小麦条锈病的预测模型建立以2019年和2020年襄阳、2020年绵阳和2020年汉中的数据为学习训练集，建立了PB神经网络预测模型，输入层由11-12月平均孢子密度、翌年2月上旬最低相对湿度和翌年1月下半月平均空气温度3个因子构成，输出层的输出值是小麦条锈病的流行等级。通过上述网络程序对襄阳（2019和202

17、0年）、绵阳（2020年）和汉中（2020年）的样本数据进行学习训练，网络训练结果如图所示（图2），对襄阳地区和绵阳地区2021年小麦条锈病预测结果均为3.7级，实际流行等级均为3级，预测准确率为81%（表3）。襄阳襄阳绵阳汉中图2 小麦条锈病冬繁区网络训练结果表3 襄阳和绵阳地区BP神经网络模型预测准确度评价地区年份实际流行等级预测流行等级预测准确度/%平均预测准确度/%襄阳202133.781%81%绵阳202133.781%四、知识产权说明：标准涉及的相关知识产权说明；本标准知识产权归研制单位所有，没有知识产权争议。五、采标情况：采用国际标准和国外先进标准的程度或与国内同类标准水平的比较

18、；经检索，与本标准相关的现行有效国家、行业和地方标准共计4项，其中国家标准1项，行业标准1项，地方标准2项。在这些相关标准中，2015年1项行业标准农作物病害遥感监测技术规范 第1部分：小麦条锈病（NY/T 2738.1-2015）和2016年1项陕西省地方标准小麦条锈病、白粉病遥感监测规程（DB61/T 1040-2016）均为小麦条锈病的遥感监测。关于小麦条锈病监测预警相关的标准，仅有2011年1项的国家标准小麦条锈病测报技术规范（GB/T 15795-2011）和2009年1项甘肃省地方标准小麦条锈病测报技术规范 DB62/T 1834-2009，未见其他相关标准。但以上标准的预测方法主要参考感病小麦品种种植面积、气温和降雨，未监测田间小麦条锈菌密度的动态变化规律，同时开展条锈病预测时未考虑田间条锈菌的初始菌源量。由于初始菌源量显著