襄阳烟草病虫害数字化标本库构建与应用研究

王晓丽，李 娅，徐 锐， 郭 利， 曹丽君，郭先锋

(1.湖北省烟草公司襄阳市公司，湖北 襄阳 441000;2.中国农业科学院烟草研究所，山东 青岛 266100)

1 引言

烟草病虫害标本是烟草病虫害种类鉴定的重要依据，是植保基层技术人员及烟农认识和防治烟草病虫害第一手直观技术资料。传统的书本上图片标本缺乏系统性和生动性，不方便携带也无法随时查询学习，影响了基层技术人员及烟农对烟草病虫等有害生物的形态特征、生物学习性以及发生规律等知识的系统掌握。目前，国内研究人员采取不同方法在柑橘病虫害、森林、植物学研究等多方面都进行了数字化标本的探索研究与应用[1～4]，在烟草上的研究较少。因此，急需开发一套生动准确的标本，并构建信息量丰富的数字化标本库。研究和开发新型烟草数字化病虫害标本，并构建数字化标本库，不仅可为烟草等植保技术扎根基层，提高烟草病虫害的绿色防控效率，也为烟草等科研、教学、病虫防治以及科技知识的普及推广提供技术支撑，还为后续深入的科学研究提供基础资料。

本研究拟在系统调查湖北襄阳烟区主要病虫害及发生规律基础上，采集、饲养烟草主要病虫，并利用现代声、光、电等摄像技术，制作新型数字化烟草病虫害标本，同时构建互联网数字化标本库并在烟叶生产中推广应用，以期进一步提高襄阳基层绿色防控水平和效能，降低病虫害损失，促进襄阳烟叶产业绿色发展。

2 襄阳烟草病虫害的调查

2.1 调查范围

项目实施过程中，按照调查覆盖范围尽量广、覆盖度尽量高的原则，对襄阳3个主产区：保康县烟叶主产区、南漳县烟叶主产区和枣阳市烟叶产区进行了调查。

2.2 调查和取样方法

2018-2019年，在保康县、南漳县和枣阳市3个植烟县中，每年每县(市)选择有代表性的3～5个植烟乡镇(烟站)，每乡镇选择有代表性2～3个较大的小流域烟区开展相关调查，在育苗点、烟田采集病害、害虫或其他节肢动物进行病虫调查、鉴定。在烟草育苗期、移栽期、团棵期、旺长期、采收期等关键生长时期分别进行调查，记载烟草品种、环境条件、GPS信息等内容。对调查到的病害、害虫种类制作样本，并拍摄高清晰度数码照片。在田间无法识别的病虫种类带回室内检测鉴定，室内还不能确定的，将样本送交相关专家进行鉴定。

2.3 病虫害的鉴定方法

2.3.1 病害症状诊断

对所发现的病害的症状进行详细、系统描述，并观察其解剖症状以及症状的发生发展特点。常见病害或具有特征性症状，参考有关资料即可进行诊断。新发现病害或不常见病害则进行病原鉴定，按柯赫氏法则要求进行诊断。对所有发现病害进行拍照。

2.3.2 病害病原诊断

真菌、细菌、线虫病害病原鉴定利用显微镜检查病征，观察记载病原物的形态特征以明确其分类地位，然后选择合适的培养基进行病原分离、培养、纯化以及人工接种，符合柯赫氏法则者方可定为病原菌。对于细菌病害，病原菌属、种的确定还应根据其生理和生化特征。病毒病种类鉴定采用电子显微镜观察病原物形态特征、血清学反应、鉴别寄主生物学鉴定等方法。重要病害或新病害还结合相应的分子检测与鉴定技术进行诊断。

2.3.3 害虫种类鉴定

害虫种类的鉴定主要采用形态学方法，参考相关参考书籍确定具体种类，对新种类或难以判别的种类，送交相关分类专家进行鉴定。针对田间难以完全采集到不同时期的病虫，采用人工智能气候室培养或饲养获得，为进一步制作新型标本提供材料基础。

2.4 调查结果

2.4.1 襄阳烟区病害种类和发生情况

2018～2019年，在烟草育苗期、移栽期、团棵期、旺长期、采收期等关键生长时期，根据调查和取样方法，在保康县、南漳县和枣阳市等3个植烟县共采集了562份病害样本，并依据病害鉴定方法对所有样本进行了鉴定。通过田间调查和鉴定，共获得襄阳烟区病害种类42种，其中侵染性病害有38种：真菌病害19种，病毒病害7种，细菌病害4种，线虫病害8种；侵染性病害有4种：烟草气候性斑点病、烟草日灼病、烟草白化病、钾素营养失调症。

调查和鉴定结果表明：病害发生情况分重要、次要-重要、次要、偶发等4种，烟草赤星病在襄阳烟区发生情况为重要，是襄阳烟区最主要的病害；烟草炭疽病、烟草普通花叶病毒病(TMV)、烟草黄瓜花叶病毒病(CMV)、烟草马铃薯Y病毒病(PVY)、烟草青枯病、烟草空茎病等6种病害在襄阳烟区发生情况为次要-重，是襄阳烟区次重要病害。

2.4.2 襄阳烟区害虫种类和发生情况

2018～2019年，在烟草育苗期、移栽期、团棵期、旺长期、采收期等关键生长时期，根据调查和取样方法，在保康县、南漳县和枣阳市等3个植烟县共采集了867份害虫样本，并依据害虫鉴定方法对所有样本进行了鉴定。

通过田间调查和鉴定，共获得襄阳烟区害虫种类136种，其发生程度分重、轻、零星等3种，其中铜绿丽金龟、非洲蝼蛄、棉铃虫、烟青虫、小地老虎等5种害虫在襄阳烟区发生程度重，是襄阳烟区最主要的害虫；灰巴蜗牛、短额负蝗等32种害虫在襄阳烟区发生程度轻，是襄阳烟区次要害虫；烟蚜、烟草潜叶蛾等99种害虫在襄阳烟区零星发生。

3 襄阳烟区主要病虫害数字化标本的制作

3.1 制作对象

根据襄阳烟区病虫害种类和发生情况研究结果，选取了襄阳烟区烟草赤星病、烟草炭疽病、烟普通花叶病毒病(TMV)等31种主要病害和铜绿丽金龟、非洲蝼蛄、棉铃虫、烟青虫、小地老虎等15种主要害虫为对象开展新型数字化标本的制作。

3.2 制作方法

根据襄阳烟区病虫害种类和发生情况等调查鉴定结果，对襄阳烟区主要病虫害，通过田间调查和室内培养等方式，采用数码相机、摄像头、扫描仪等手段，采集病害的症状特征图片，掌握其发生规律与流行条件、防治方法等；采集各虫态不同阶段的清晰影像，同时掌握各害虫的形态特征、危害症状、生活习性与发生规律、防治方法等。具体图片的拍摄参考了相关的研究[5]。

4 襄阳烟区主要病虫害数字化标本库构建的方法

依据襄阳烟区病虫害种类和发生情况，以及襄阳烟区病虫害数字化标本制作等研究结果，采用互联网信息传递、BBS在线沟通交流和大数据收集等应用技术，构建了以“微信公众号”方式的襄阳烟区主要病虫害数字化标本库——“襄阳烟草病虫”系统。

4.1 系统架构

系统采用数据层、运算层、应用层和表示层四层架构，其中运算层将应用层程序及用户访问与数据分开，提高了系统的安全性。系统采用B/S结构(Browser/Server，浏览器/服务器模式)，将数据及系统功能实现的核心部分部署到服务器上，用户通过浏览器远程使用，提高了系统的安全性能，简化了系统的开发、维护和使用。

4.2 系统的功能模块

该系统无需下载安装软件程序，不占手机内存，操作简单，能够及时查阅襄阳烟区主要病虫害相关图片、危害症状、发生流行规律和防治方法等功能，同时具备高效联系、便捷沟通等功能，可以在线与中国农业科学院、襄阳本土等植保专家进行讨论交流(图1)。

图1 襄阳烟草病虫系统功能模块

5 襄阳烟区主要病虫害数字化标本库的推广应用

该系统以“微信公众号”方式供广大基层技术员和烟农使用，目前已在襄阳烟区全面推广应用。研发人员以现场授课和在线培训等形式进行了数字化标本库的宣传与培训，在襄阳本地应用效果较好，便捷的操作和丰富的内容得到了基层烟叶技术员和烟农的一致肯定。基层烟叶技术员和烟农的绿色防控水平得到较大提高，2019年烟区主要病虫害发病率控制在了5%以内。

结合烟叶生产中实际应用效果、烟农反映集中的需求以及当地烟草主要病虫害变化趋势，该系统的下步研究将在进一步持续改进、及时更新完善的基础上，开发实时在线拍照比对功能，为烟草绿色防控提供更强大的科技支撑。