襄陽煙草病蟲害數字化標本庫構建與應用研究

王曉麗，李 婭，徐 銳， 郭 利， 曹麗君，郭先鋒

(1.湖北省煙草公司襄陽市公司，湖北 襄陽 441000;2.中國農業科學院煙草研究所，山東 青島 266100)

1 引言

煙草病蟲害標本是煙草病蟲害種類鑒定的重要依據，是植保基層技術人員及煙農認識和防治煙草病蟲害第一手直觀技術資料。傳統的書本上圖片標本缺乏系統性和生動性，不方便攜帶也無法隨時查詢學習，影響了基層技術人員及煙農對煙草病蟲等有害生物的形態特征、生物學習性以及發生規律等知識的系統掌握。目前，國內研究人員采取不同方法在柑橘病蟲害、森林、植物學研究等多方面都進行了數字化標本的探索研究與應用[1～4]，在煙草上的研究較少。因此，急需開發一套生動準確的標本，并構建信息量豐富的數字化標本庫。研究和開發新型煙草數字化病蟲害標本，并構建數字化標本庫，不僅可為煙草等植保技術扎根基層，提高煙草病蟲害的綠色防控效率，也為煙草等科研、教學、病蟲防治以及科技知識的普及推廣提供技術支撐，還為后續深入的科學研究提供基礎資料。

本研究擬在系統調查湖北襄陽煙區主要病蟲害及發生規律基礎上，采集、飼養煙草主要病蟲，并利用現代聲、光、電等攝像技術，制作新型數字化煙草病蟲害標本，同時構建互聯網數字化標本庫并在煙葉生產中推廣應用，以期進一步提高襄陽基層綠色防控水平和效能，降低病蟲害損失，促進襄陽煙葉產業綠色發展。

2 襄陽煙草病蟲害的調查

2.1 調查范圍

項目實施過程中，按照調查覆蓋范圍盡量廣、覆蓋度盡量高的原則，對襄陽3個主產區：保康縣煙葉主產區、南漳縣煙葉主產區和棗陽市煙葉產區進行了調查。

2.2 調查和取樣方法

2018-2019年，在保康縣、南漳縣和棗陽市3個植煙縣中，每年每縣(市)選擇有代表性的3～5個植煙鄉鎮(煙站)，每鄉鎮選擇有代表性2～3個較大的小流域煙區開展相關調查，在育苗點、煙田采集病害、害蟲或其他節肢動物進行病蟲調查、鑒定。在煙草育苗期、移栽期、團棵期、旺長期、采收期等關鍵生長時期分別進行調查，記載煙草品種、環境條件、GPS信息等內容。對調查到的病害、害蟲種類制作樣本，并拍攝高清晰度數碼照片。在田間無法識別的病蟲種類帶回室內檢測鑒定，室內還不能確定的，將樣本送交相關專家進行鑒定。

2.3 病蟲害的鑒定方法

2.3.1 病害癥狀診斷

對所發現的病害的癥狀進行詳細、系統描述，并觀察其解剖癥狀以及癥狀的發生發展特點。常見病害或具有特征性癥狀，參考有關資料即可進行診斷。新發現病害或不常見病害則進行病原鑒定，按柯赫氏法則要求進行診斷。對所有發現病害進行拍照。

2.3.2 病害病原診斷

真菌、細菌、線蟲病害病原鑒定利用顯微鏡檢查病征，觀察記載病原物的形態特征以明確其分類地位，然后選擇合適的培養基進行病原分離、培養、純化以及人工接種，符合柯赫氏法則者方可定為病原菌。對于細菌病害，病原菌屬、種的確定還應根據其生理和生化特征。病毒病種類鑒定采用電子顯微鏡觀察病原物形態特征、血清學反應、鑒別寄主生物學鑒定等方法。重要病害或新病害還結合相應的分子檢測與鑒定技術進行診斷。

2.3.3 害蟲種類鑒定

害蟲種類的鑒定主要采用形態學方法，參考相關參考書籍確定具體種類，對新種類或難以判別的種類，送交相關分類專家進行鑒定。針對田間難以完全采集到不同時期的病蟲，采用人工智能氣候室培養或飼養獲得，為進一步制作新型標本提供材料基礎。

2.4 調查結果

2.4.1 襄陽煙區病害種類和發生情況

2018～2019年，在煙草育苗期、移栽期、團棵期、旺長期、采收期等關鍵生長時期，根據調查和取樣方法，在保康縣、南漳縣和棗陽市等3個植煙縣共采集了562份病害樣本，并依據病害鑒定方法對所有樣本進行了鑒定。通過田間調查和鑒定，共獲得襄陽煙區病害種類42種，其中侵染性病害有38種：真菌病害19種，病毒病害7種，細菌病害4種，線蟲病害8種；侵染性病害有4種：煙草氣候性斑點病、煙草日灼病、煙草白化病、鉀素營養失調癥。

調查和鑒定結果表明：病害發生情況分重要、次要-重要、次要、偶發等4種，煙草赤星病在襄陽煙區發生情況為重要，是襄陽煙區最主要的病害；煙草炭疽病、煙草普通花葉病毒病(TMV)、煙草黃瓜花葉病毒病(CMV)、煙草馬鈴薯Y病毒病(PVY)、煙草青枯病、煙草空莖病等6種病害在襄陽煙區發生情況為次要-重，是襄陽煙區次重要病害。

2.4.2 襄陽煙區害蟲種類和發生情況

2018～2019年，在煙草育苗期、移栽期、團棵期、旺長期、采收期等關鍵生長時期，根據調查和取樣方法，在保康縣、南漳縣和棗陽市等3個植煙縣共采集了867份害蟲樣本，并依據害蟲鑒定方法對所有樣本進行了鑒定。

通過田間調查和鑒定，共獲得襄陽煙區害蟲種類136種，其發生程度分重、輕、零星等3種，其中銅綠麗金龜、非洲螻蛄、棉鈴蟲、煙青蟲、小地老虎等5種害蟲在襄陽煙區發生程度重，是襄陽煙區最主要的害蟲；灰巴蝸牛、短額負蝗等32種害蟲在襄陽煙區發生程度輕，是襄陽煙區次要害蟲；煙蚜、煙草潛葉蛾等99種害蟲在襄陽煙區零星發生。

3 襄陽煙區主要病蟲害數字化標本的制作

3.1 制作對象

根據襄陽煙區病蟲害種類和發生情況研究結果，選取了襄陽煙區煙草赤星病、煙草炭疽病、煙普通花葉病毒病(TMV)等31種主要病害和銅綠麗金龜、非洲螻蛄、棉鈴蟲、煙青蟲、小地老虎等15種主要害蟲為對象開展新型數字化標本的制作。

3.2 制作方法

根據襄陽煙區病蟲害種類和發生情況等調查鑒定結果，對襄陽煙區主要病蟲害，通過田間調查和室內培養等方式，采用數碼相機、攝像頭、掃描儀等手段，采集病害的癥狀特征圖片，掌握其發生規律與流行條件、防治方法等；采集各蟲態不同階段的清晰影像，同時掌握各害蟲的形態特征、危害癥狀、生活習性與發生規律、防治方法等。具體圖片的拍攝參考了相關的研究[5]。

4 襄陽煙區主要病蟲害數字化標本庫構建的方法

依據襄陽煙區病蟲害種類和發生情況，以及襄陽煙區病蟲害數字化標本制作等研究結果，采用互聯網信息傳遞、BBS在線溝通交流和大數據收集等應用技術，構建了以“微信公眾號”方式的襄陽煙區主要病蟲害數字化標本庫——“襄陽煙草病蟲”系統。

4.1 系統架構

系統采用數據層、運算層、應用層和表示層四層架構，其中運算層將應用層程序及用戶訪問與數據分開，提高了系統的安全性。系統采用B/S結構(Browser/Server，瀏覽器/服務器模式)，將數據及系統功能實現的核心部分部署到服務器上，用戶通過瀏覽器遠程使用，提高了系統的安全性能，簡化了系統的開發、維護和使用。

4.2 系統的功能模塊

該系統無需下載安裝軟件程序，不占手機內存，操作簡單，能夠及時查閱襄陽煙區主要病蟲害相關圖片、危害癥狀、發生流行規律和防治方法等功能，同時具備高效聯系、便捷溝通等功能，可以在線與中國農業科學院、襄陽本土等植保專家進行討論交流(圖1)。

圖1 襄陽煙草病蟲系統功能模塊

5 襄陽煙區主要病蟲害數字化標本庫的推廣應用

該系統以“微信公眾號”方式供廣大基層技術員和煙農使用，目前已在襄陽煙區全面推廣應用。研發人員以現場授課和在線培訓等形式進行了數字化標本庫的宣傳與培訓，在襄陽本地應用效果較好，便捷的操作和豐富的內容得到了基層煙葉技術員和煙農的一致肯定。基層煙葉技術員和煙農的綠色防控水平得到較大提高，2019年煙區主要病蟲害發病率控制在了5%以內。

結合煙葉生產中實際應用效果、煙農反映集中的需求以及當地煙草主要病蟲害變化趨勢，該系統的下步研究將在進一步持續改進、及時更新完善的基礎上，開發實時在線拍照比對功能，為煙草綠色防控提供更強大的科技支撐。