第11章现代技术病害流行学应用

现代技术植病流行学应用

一、“3S”技术“3S”：全球定位系统

GlobalPositioningSystem,GPS

遥感系统

Remotesensing,RS

地理信息系统

GeographicalInformationSystem,GIS“3S”技术植病流行学应用

GPS可用于病害调查和病害防治。

RS可以综合反映病害引起植物的病变程度，能够在早期并且在较大范围内对植物病害做出准确的监测。

GIS能够利用由GPS和RS获得的数据，将同一坐标系中由不同特性构成的图形相互叠加在一起，由此可以获得更多空间信息。1、全球定位系统（GPS）GPS的组成：空间部分

21颗工作卫星、3颗备用卫星。控制部分主要由地面控制站组成，可跟踪监测卫星的运行状况，计算其轨道，并将这些信息反馈给GPS卫星用于播发。

用户部分包括GPS接受仪及外围设备，可以全天候的接收、处理和分析GPS信号，精确计算与GPS卫星之间的准确距离，从而实现快速定位。

GPS在植保中的应用，以美国尤为领先。目前美国的农场主在联合收割机、播种机和施肥机等农用机械上均安装了卫星定位仪（接受仪），以指导农业生产，实现了“精准农业”模式。目前，我国各省植保部门的技术人员均配备了GPS仪，其主要用途是在病害考察或调查中实现定位，便于某种病害多年的定点调查，有利于研究病害历年流行动态以及更精确的病害管理。RS的原理是接受目标物辐射或反射的不同电磁波，通过一系列处理和解释过程，快速而准确地提供被测目标的有关信息。绿色农作物反射的光谱有一定的规律，当农作物受到病害等灾害时，叶片会出现颜色的改变、结构破坏或外形改观等病态，叶片的反射光谱有明显的改变。这就可以利用遥感技术进行病害监测、早期诊断及病害流行规律研究等。2、遥感技术GIS是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统，通过对多因子的综合分析，可以迅速的获取满足应用需要的信息，并能以地图、图形或数据的形式表示处理结果。利用GIS可对植物病害进行监测、预报和风险分析。3、地理信息系统四、数字植保技术数字植保技术是指把植保原始数据转换成可理解的信息，这种信息包括病虫发生危害的高分辨率卫星摄像、数字地图、作物、气候、经济、社会和人口的信息。而且要建立高速网络与数字植保连接，并通过Internet实行更高层次的访问，实现植保病情数据的远程传输与采集、病虫远程诊断和防治指导。

地统计学亦称地质统计学，是以区域化变量理论为基础，以变异函数为主要工具，研究在空间分布上既有随机性又有结构性、空间相关和依赖性的自然现象和科学。地统计学在宏观植物病理学中的应用：①用地统计学研究病害的分布、传播；②用基于地统计学的预测方法，预测病害发生趋势；③应用于病害管理规划设计和实施。二、地统计学方法

数学模型是对现实世界的一个特定对象，根据特有的内在规律，做出一些必要的假设，运用适当的数学工具，得到一个数学结构。简单的说，数学模型就是系统的某种特征本质的数学表达式。

三、数学建模技术

数学建模是利用数学方法解决实际问题的一种实践，即通过抽象、简化、假设、引进变量等处理过程后，将实际问题用数学方式表达，建立数学模型，然后运用先进的数学方法及计算机技术进行求解。数学建模技术在宏观植物病理学研究中常用来建立植物病害预测预报模型、损失估计模型等。四、分子生物学技术1、等位酶（allozyme）等位酶是由核基因编码的不同等位基因相对应的酶。等位酶技术的要求是提取具有生物活性的酶，然后根据等位酶的分子量、结构或等电点的不同将其电泳分离。分离后进行特异性酶染色以检测等位酶带谱，进而对多态性酶谱带进行遗传统计分析。PCR技术基本原理PCR：Polymerasechainreaction多聚酶链式反应DNA的体外合成条件：模板DNA，寡核苷酸引物，DNA聚合酶，合适的缓冲体系，模拟生物过程在体外合成DNA

长产物片段与短产物片段RAPD也称随机引物PCR（arbitrayprimerPCR,AP-PCR）是以一个人工合成的寡核苷酸序列（通常10bp）作为引物，随机扩增基因组DNA，产生多态性的DNA谱带可通过电泳进行检测。3、随机扩增多态性DNA标记

RandomlyAmplifiedPolymorphicDNAmarker，RAPDSSR又叫微卫星标记。该技术是根据SSR的重复序列设计相应的PCR引物，利用PCR扩增目标区段，然后通过电泳检测微卫星位点。3、简单序列重复标记

SimpleSequenceRepeatmarker，SSRRFLP是通过分子杂交探测限制性酶切位点的变异。其方法是将样品基因组DNA酶切，通过电泳分离酶切片段，并原位变性，然后将变性的DNA酶切片段转移并固定在硝酸纤维素滤膜或尼龙膜上，再用放射性标记的探针与滤膜上的DNA杂交，最后通过放射自显影检测与探针杂交的基因组DNA上酶切位点的多态性。4、限制性片段长度多态性

RestrictionFragmentLengthPolymorphism，RFLPAFLP的原理是利用PCR扩增基因组DNA限制性酶切片段。该技术的步骤为：①用两个不同的限制性内切酶消化模板DNA，然后将双链接头连接到酶切片段末端；②利用与接头序列互补的PCR引物对连接产物进行预扩增，然后再用选择性引物对预扩增产物进行选择性扩增；③利用电泳分离扩增的DNA片段。5、扩增片段长度多态性DNA标记

AmplifiedFragmentLengthPolymorphicDNA，AFLP

在植物病害分子流行学研究中，通常利用PCR扩增基因组的特异基因区段，然后进一步对扩增的基因区段进行序列分析。6、DNA序列分析（DNAsequence）

常规的诊断手段因病原菌而不同，如形态学方法（真菌、线虫）、生化方法（细菌）及微形态学方法（病毒）等。然而对于形态与生化方法相似而无法区分的致病菌的亚种、变种、致病型等，传统方法已无法解决，而分子生物学技术则可解决这些问题。二、病原物鉴定

不同种的病原菌，必定在DNA的某个或某些区段存在差异。在分析这段DNA片段序列的基础上，设计引物，经过PCR扩增，即可将特异编码的DNA片段用于鉴别目标病原菌。

其步骤为：①寻找靶标病原菌特异的DNA片段，对其序列进行分析；②根据DNA序列，设计对靶标病原菌特异的PCR引物；③测定PCR引物的特异性和敏感性；④开发经济、简便的DNA提取方法用于病原菌的分子鉴定。

最近发展起来real-timePCR的技术可以定量地测定PCR过程中DNA模板的浓度。其基本原理是用特殊的生物荧光物质标记特定的DNA探针，在PCR过程中可以通过对荧光强度