实验目的
实验原理
实验内容及步骤

通过虚拟仿真技术,呈现水稻不同生长阶段的稻瘟病发生情况,使学生能够识别和诊断水稻不同阶段和不同部位的稻瘟病症状;了解病害的发生规律和主要防治方法,并开展田间虚拟防治实验。突破上述实践教学存在的时空条件等因素限制,提高学生解决实际问题能力和实践创新能力。

1)利用虚拟仿真技术克服学时数、空间及硬件设施的不足,使学生有机会实时在线学习稻瘟病的识别与防治,理论联系实际。同时,利用仿真技术的直观化、具体化呈现的特点,使学生感受身临其境,了解稻瘟病识别和防治的具体过程和操作细节。激发学生学习的热情和兴趣,提高学生学习效率;

2)通过虚拟仿真技术,呈现稻瘟病症状时,虚(虚拟仿真)实(实物图片)结合。解决实验课上病害症状标本不易采集、不易保存和难以识别的问题,以及教学实习课中病害不发生和不易看到典型症状等问题。从病害症状辨别、病原物特征观测和病原物分子鉴定来准确识别和诊断稻瘟病,提高学生的实践创新能力,培养学生分析问题、解决问题的能力;

3)稻瘟病病害循环过程的介绍采用了最新科研成果,如侵染过程中分生孢子萌发、附着胞形成、黑色素的积累和细胞自噬的形成等新理论,使实验内容紧跟学科发展前沿,扩大了学生的知识面,扩充了教学信息容量;

4)稻瘟病的防治咨询一线植保技术负责人、江苏省植保植检站防治科副科长、推广研究员朱凤(也是本实验教学项目的成员)提供最新防治相关信息,使学生能够理论联系实际,将来他们毕业走向工作后能够很快适应生产一线的工作,做到学以致用。

5)利用互联网等信息化手段,可以将该实验项目共享给全国高校植物保护相关专业的学生,以及广大水稻种植户,扩大受益面。


1、稻瘟病非典型症状的识别与诊断。病害的发生包括病原物与寄主植物可侵染部位接触并侵入寄主植物,在寄主体内繁殖和扩增,寄主显示病害症状等过程。这一过程涉及病原物与寄主相互作用,同时受环境因素影响,会造成病害症状表现很大差异,导致病害诊断的难度大。稻瘟病非典型症状出现在田间,我们可以根据水稻生长时期、气候条件以及往年发病历史记录,初步识别和诊断病害。准确的诊断病害还需要进行病原物形态特征的观测、病原物培养和分子鉴定等方法。

2、稻瘟病叶瘟典型症状的识别和诊断。稻瘟病的叶瘟和穗颈瘟是最常见的症状,造成了严重的危害。稻瘟病叶瘟病斑分为4种类型,分别是慢性型、急性型、白点型和褐点型。叶瘟慢性型病斑最常见,叶瘟慢性型病斑的典型特征是病斑梭形,“三部一线”为慢性型病斑的主要特征。穗颈瘟危害也很严重,病害发生在穗颈部,病斑为褐色或墨绿色。通过这些特征可以在田间快速识别和诊断稻瘟病。

3、稻瘟病病害循环和发病因素是防治的理论基础。通过学习和掌握这些理论可以找到有效的病害防治方法。对稻瘟病的防治,应采取综合防治措施。但目前主要的防治方法还是采用药剂防治。药剂防治需要注意轮换实验,避免稻瘟病菌产生抗药性使农药失效。还有了解水稻易感病事情,针对性的使用药剂来用药防治。


1步:疑似稻瘟病的诊断

实验目的:通过田间观察水稻苗期稻瘟病非典型的叶瘟该病斑,初步识别为疑似稻瘟病。

实验操作与结果:来到稻田,仔细观察水稻苗期植株,通过健康水稻与叶片出现不规则形病斑的发病水稻比较,判断叶片上的病斑为疑似稻瘟病慢性型病斑。初步识别为疑似稻瘟病。

涉及的知识点:通过观察水稻叶片上出现的病斑症状,根据田间水稻生长时期、气候条件以及往年发病历史记录,可以初步推测是稻瘟病非典型的叶瘟慢性型病斑。

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图5 进入稻田观察水稻植株

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图6 疑似稻瘟病的初步识别

2步:稻瘟病菌分生孢子观测

实验目的:通过该部分交互操作学习,了解到病原物显微检测方法并寻找稻瘟病分生孢子。

实验操作与结果:将从田间发现的疑似稻瘟病的病叶取回,在实验室通过交互操作观测病原物特征,未发现稻瘟病菌分生孢子。所有不能准确诊断为稻瘟病。

涉及的知识点:稻瘟病菌形成的洋梨形分生孢子是该病原物的显著特征,通过分生孢子可以准确诊断病害。

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图7 实验室场景

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图8 显微镜下菌丝观察

3步:病组织的简单保湿培养

实验目的:通过该部分的实验过程,了解可以采用简单保湿病组织的方法来使稻瘟病菌产生分生孢子,来诊断稻瘟病。

实验操作与结果:对疑似稻瘟病的病叶进行病组织的简单保湿培养,希望病组织能够产生分生孢子。实验操作滤纸简单保湿培养过程,在保湿培养时通过黑光灯照射会促进分生孢子形成。

涉及的知识点:病组织的简单保湿培养方法可以诱导稻瘟病菌产生分生孢子梗和分生孢子,通过病菌形态特征观测可以准确诊断病害。

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图9 病组织的保湿培养

4步:稻瘟病菌分生孢子复检

实验目的:通过该部分交互操作学习,可以了解到病组织经简单保湿培养后,稻瘟病分生孢子复检观测过程。

实验操作与结果:将简单保湿培养后的病组织,用透明胶带对准病斑粘下病原物并在显微镜下观察,结果仅看到菌丝,还是没有发现稻瘟病菌分生孢子。仍不能准确诊断为稻瘟病。

涉及的知识点:学习通过病组织的简单保湿培养方法,来观察病原物的特征性结构。

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图10 显微镜观察复检稻瘟病菌分生孢子

5步:病组织表面消毒

实验目的:通过该部分交互操作实验,了解到疑似稻瘟病的病组织在超净工作台进行表面消毒的过程。

实验操作与结果:在超净工作台里,沿病组织的病健交界处切成小块,然后进行表面消毒交互操作。掌握灭菌操作过程中使用70%乙醇和30%次氯酸钠溶液每一步的先后顺序和时间。最后,获得表面消毒的病组织块。

涉及的知识点:实验室病组织表面消毒过程和要点。

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图11 病组织表面消毒过程

6步:病原物培养

实验目的:通过该部分交互操作实验,了解病原菌的培养过程。

实验操作与结果:将完成表明消毒的病组织块放入PDA平板(装有马铃薯、蔗糖、琼脂的培养皿)进行病原物培养。经25℃恒温培养3-4天后,病组织上长出菌丝。之后,在病组织周围菌丝处打菌碟,将菌碟放入新的PDA平板里,再进行一次病原菌的纯化培养,获得病原菌的纯培养物。

涉及的知识点:实验室内病组织的病原菌培养和纯化过程。

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图12 病原物培养1

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图13 病原物培养2

7步:病原物分子鉴定

实验目的:通过该部分交互操作学习,了解病原物的分子鉴定的过程。

实验操作与结果:取上步获得的病原菌纯培养物,依次挑取菌丝、提取基因组、PCR扩增、凝胶电泳检测、测序和序列分析比对来进行病原菌的分子鉴定。最后,通过序列分析结果,确定为稻瘟病菌。从而,最终将疑似稻瘟病确诊为稻瘟病。

涉及的知识点:病原物分子鉴定过程和要点。

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图14 分子鉴定1

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图15 分子鉴定2

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图16 分子鉴定3

8步:稻瘟病叶瘟典型症状的识别和诊断

实验目的:通过该部分图文学习和交互操作学习,了解到稻瘟病叶瘟的典型病斑特征,并以此来识别和诊断稻瘟病。

实验操作与结果:观察稻瘟病慢性型典型病斑特征,通过交互操作进行稻瘟病叶瘟慢性型典型病斑和病原物形态学特征观察识别。发现了稻瘟病菌分生孢子和分生孢子梗,以此来诊断稻瘟病。

涉及的知识点:稻瘟病叶瘟慢性型病斑和病原物的典型特征是稻瘟病识别和诊断的重要依据。

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图17 显微镜观察叶瘟慢性型病斑上的分生孢子和分生孢子梗

9步:叶瘟的识别

实验目的:通过该部分稻瘟病叶瘟病斑模型和田间叶瘟4种典型病斑的症状特点,来诊断稻瘟病的方法。

实验操作与结果:在田间观察稻瘟病叶瘟的4种典型病斑类型,包括叶瘟慢性型病斑、叶瘟急性型病斑、叶瘟白点型病斑、叶瘟褐点型病斑。并与叶瘟病斑模型进行对比,来诊断稻瘟病。

涉及的知识点:稻瘟病叶瘟的4种典型病斑的症状特点,田间稻瘟病叶瘟典型症状的识别和诊断。

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图18 识别叶瘟

10步:穗颈瘟的识别

实验目的:通过该部分稻瘟病穗颈瘟模型和田间穗颈瘟症状的观察,了解穗颈瘟的症状特点并诊断稻瘟病。

实验操作与结果:在田间观察稻瘟病穗颈瘟的发病位置、外观形态和症状特点,掌握在水稻穗期通过观察穗颈部病斑特征,来诊断稻瘟病。

涉及的知识点:穗颈瘟典型病斑的发病部位和症状特点。

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图19 识别穗颈瘟

11步:病害循环

实验目的:通过该部分动画过程的展示,了解稻瘟病病害循环和侵染过程,为防治稻瘟病提供参考。

实验操作与结果:观察并了解稻瘟病发生于水稻的病害循环过程以及病菌侵染过程,包含了病害循环过程的越冬、传播、侵入、苗瘟、叶瘟、穗颈瘟的内容,病菌侵染过程的分生孢子附着、侵入、分化、成功侵染的内容。

涉及的知识点:稻瘟病病害循环和侵染过程。

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图20 病害循环

12步:发病因素

实验目的:通过该部分的学习,了解稻瘟病发病关键因素,并据此考虑选择的防治方法。

实验任务:在师生对话中,介绍了水稻稻瘟病的发病因素,包含水稻抗病性、病菌越冬基数、气象因素、栽培管理这几项关键因素。

涉及的知识点:稻瘟病的关键发病因素。

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图21 了解发病因素

13步:防治方法

实验目的:通过该部分的学习,了解在水稻幼苗期、分蘖期、破口期三个易患病的关键时期内如何选择合适的药剂进行病害防治,掌握预防或治疗稻瘟病的关键时期、合适药剂,应用于稻瘟病的防治。

实验操作与结果:在师生对话中介绍了稻瘟病的防治方法,包含选育和利用抗病品种、加强水肥管理、种子消毒、药剂防治4个方面。之后,进行田间药剂防治实验操作针对稻瘟病进行药剂选择,包含目前生产上常用的吡唑谜菌脂、三环唑、稻瘟灵这三种药剂的特点和在不同时期的使用,然后在水稻幼苗期、分蘖期、破口期三个易患病的关键时期进行药剂喷雾防治。

涉及的知识点:稻瘟病的防治方法。

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图22 药剂选择

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图23 病害防治

完成上述使用步骤,选择考核模式。根据学习模式内的知识点和实验过程,来进行考核模式的实验,考核学生的对知识点的掌握和实践动手能力。


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