基于红外光谱的黄瓜枯萎病快速检测基础研究

Cucumber fusarium wilt is a worldwide soil-borne disease, causing cucumber wither and die down. The disease seriously occurred all over the country, and had become one of the barriers of cucumber production. How to detect the fusarium wilt of cucumber quantitatively and quickly has become a worldwide issue. In our early years studies, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) had been used to identify Fusarium oxysporum and other cucumber soil-borne fungi, and results showed that there were significant differences between the spectra of F. oxysporum and other cucumber soil-borne fungi, demonstrating that FTIR can been used to detect the fusarium wilt of cucumber. Consequently, this project intends to combine FTIR with chemometrics, biochemistry and phytopathology, to study the techniques for rapid detection and early-warning of cucumber fusarium wilt in field. The research would provide a new method for early detection of pathogens in seedlings and soil, before the occurrence of cucumber fusarium wilt, and provide the basis for prediction and prevention of the disease in field. This is the first time to apply FTIR technology to detect fusarium wilt of cucumber in fieid. The success of this project will provide new ideas to detect fusarium wilt of cucumber early and rapidly.

黄瓜枯萎病是一种世界性的土传病害，在我国大面积发生，已成为限制黄瓜生产的毁灭性病害之一。现有技术不能满足生产中对该病检测的需求，迫切需要一种能推广应用的黄瓜枯萎病快速检测技术。本项目组前期对尖孢镰刀菌进行了傅立叶变换红外光谱分析，发现镰刀菌与其他土传病害真菌的红外谱图存在明显差异，可用于田间对黄瓜枯萎病的检测研究。鉴于此，项目组拟立项将红外光谱技术引入到植物病害的检测中，并与化学计量学、植物病理学相结合，通过学科交叉，研究黄瓜枯萎病的红外光谱快速检测技术，以期在症状出现前对种苗及土壤中病原菌进行检测，为病害的科学防治提供依据。这是首次将傅立叶变换红外光谱技术应用到黄瓜枯萎病的检测中，本项目的成功将为黄瓜枯萎病的早期快速检测提出新的思路，是红外光谱技术应用到植物病害检测的新突破。

本项目以黄瓜枯萎病为研究对象，综合利用傅立叶变换红外光谱技术、化学计量学和植物病理学等技术，通过学科交叉，研究黄瓜枯萎病的傅立叶变换红外光谱（FTIR）快速检测技术。（1）建立了黄瓜枯萎病标本和病菌资源库。在全国范围内开展了黄瓜枯萎病的采样调查和病原菌分离鉴定和保存工作。在山东、北京、宁夏、内蒙古、河北等地采集黄瓜枯萎病标本86份，分离保存镰刀菌菌株52株。（2）确定了黄瓜枯萎病FTIR检测的特异性红外光谱特征。分别采用FTIR技术和高效液相色谱法，测定培养不同时间尖孢镰刀菌、串珠镰刀菌、茄病镰刀菌培养液中产生的特异性生物标记物镰刀菌酸的红外光谱以及浓度，与标准镰刀菌酸比较，确定了镰刀菌红外光谱测定的特异性谱峰。（3）建立了尖孢镰刀菌的傅立叶变换红外光谱检测技术。应用FTIR-ATR光谱技术与多元统计分析相结合的方法对镰刀菌、立枯丝核菌、核盘菌、瓜果腐霉菌和辣椒疫霉菌等重要的土传致病真菌进行鉴别。对测得的FTIR光谱进行归一化处理和二阶求导处理，选择了适合于真菌分类识别的14个光谱特征波段。在此基础上，采用典型判别分析和系统聚类分析对不同菌株进行识别。结果表明，不同菌种间识别准确率达到100%，而镰刀菌种内不同菌株间识别准确率为95.56%，说明傅里叶变换红外光谱技术在植物病原真菌分类识别方面具有较大的应用潜能。（4）建立了黄瓜枯萎病的早期检测技术。利用傅里叶变换红外光谱技术对黄瓜枯萎病进行早期检测，确定了1745cm-1、1465 cm-1和1313 cm-1三个识别黄瓜枯萎病菌的敏感谱带，结合敏感谱带的峰面积值和系统聚类分析，可以把正常黄瓜枯萎病根部和健康根部样本区分开来。结果表明傅里叶变换红外光谱在鉴别病害黄瓜根部病害方面具有方便、快速等优点，可以在病症还未表现时进行检测，为病害的早期诊断提供了新的途径。