題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 用PCR技術(shù)快速檢測(cè)麥類(lèi)作物病原微生物的設(shè)計(jì)與制作
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 生命科學(xué)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 小麥?zhǔn)俏覈?guó)主要糧食作物，搞好小麥病害的長(zhǎng)期治理工作，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)控制，直接關(guān)系到小麥增產(chǎn)、農(nóng)民增收，關(guān)系到國(guó)家糧食安全。PCR檢測(cè)具有高效、靈敏、特異性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可快速監(jiān)測(cè)病原物毒性結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化。
- 詳細(xì)介紹：
- 小麥?zhǔn)俏覈?guó)主要糧食作物，種植面積和產(chǎn)量均占夏季糧食作物的80%以上。小麥生產(chǎn)是全年糧食生產(chǎn)的頭季，也是夏糧主產(chǎn)區(qū)農(nóng)民收入的重要來(lái)源，其產(chǎn)量直接影響糧食市場(chǎng)價(jià)格和農(nóng)民種糧收入。同時(shí)，小麥?zhǔn)俏覈?guó)北方地區(qū)人民生活的主要口糧，也是我國(guó)短缺的糧食品種，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)仍滿足不了消費(fèi)需求，每年需要從國(guó)外進(jìn)口，彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)不足。發(fā)展小麥生產(chǎn)、提高小麥自給水平是確保我國(guó)糧食安全的迫切需要。然而小麥病害是影響我國(guó)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一，因此采取科學(xué)有效的綜合措施，搞好小麥病害的長(zhǎng)期治理工作，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)控制，直接關(guān)系到小麥增產(chǎn)、農(nóng)民增收，關(guān)系到國(guó)家糧食安全。 目前，在GeneBank中已經(jīng)報(bào)道了多種小麥病害的病原基因序列，應(yīng)用DNA Star等軟件比較與之親緣關(guān)系相近的序列，找出該病原特異的序列設(shè)計(jì)引物進(jìn)PCR檢測(cè)，測(cè)序分析，從而發(fā)展小麥白粉病、赤霉病、銹病、紋枯病、黃矮病、黃花葉病、全蝕病的特異PCR檢測(cè)平臺(tái)。對(duì)于未知病原基因序列病害的PCR引物設(shè)計(jì)，可采用細(xì)菌或真菌同亞門(mén)非常保守的區(qū)域設(shè)計(jì)通用引物，對(duì)于一些知道同屬其他小種基因序列的小麥病害，在5.8s等保守區(qū)域設(shè)計(jì)同屬的通用引物，PCR擴(kuò)增、測(cè)序后找出病原菌特異的片段，設(shè)計(jì)特異引物。此外轉(zhuǎn)錄內(nèi)間隔區(qū)(1TS)、轉(zhuǎn)錄外間隔區(qū)(MTS)、基因內(nèi)間隔區(qū)(1GS)存在的序列差別也可以用來(lái)設(shè)計(jì)引物，從而建立未知基因序列的小麥病害的診斷體系。在發(fā)展特異PCR的基礎(chǔ)上，先后采用通用引物與特異引物進(jìn)行擴(kuò)增，以第1輪的PCR產(chǎn)物稀釋后作為第2輪PCR的DNA模板，既增加了反應(yīng)的特異性，也提高了靶序列的豐度，可以彌補(bǔ)PCR可能的假陽(yáng)性，還可應(yīng)用于一些具爭(zhēng)議的鑒定結(jié)果。為了提高檢測(cè)效率、節(jié)約成本，通過(guò)最適反應(yīng)程序的篩選，混合多對(duì)特異引物構(gòu)建多重引物PCR，即在一個(gè)反應(yīng)體系內(nèi)進(jìn)行多重PCR，可以同時(shí)快速鑒定多種小麥病害 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerase chain reaction，PCR)是一項(xiàng)針對(duì)特定的靶DNA序列的體外擴(kuò)增技術(shù)。即通過(guò)高溫使雙鏈DNA變性形成單鏈DNA；然后引物與單鏈DNA互補(bǔ)序列，在低溫下結(jié)合形成雙鏈；接著在適溫下DNA聚合酶將脫氧核苷酸加到引物末端，使之延長(zhǎng)，反復(fù)循環(huán)這三個(gè)步驟，每一循環(huán)中所合成的新鏈，都可以作為下一循環(huán)中的模板，特定DNA序列的產(chǎn)生隨著循環(huán)次數(shù)的上升呈指數(shù)增加：PCR技術(shù)目前在植物病害診斷中被廣泛應(yīng)用。如果病原是RNA病毒，則采用反轉(zhuǎn)錄PCR(RT—PCR)，先將RNA進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄，得到eDNA后再進(jìn)行PCR擴(kuò)增；對(duì)某一生物體的特異DNA，選擇合適的引物對(duì)其進(jìn)行PCR，從而達(dá)到檢測(cè)它的目的?？拙S文等和田亞南等利用PCR技術(shù)研究柑桔黃龍病時(shí)同樣發(fā)現(xiàn)，利用PCR技術(shù)能在未顯癥狀前檢測(cè)出病原，而且快速準(zhǔn)確方便。對(duì)于一些尚未獲知特異DNA序列的病原，可采用隨機(jī)引物擴(kuò)增技術(shù)(RAPD)先獲一段特異DNA序列，再行設(shè)計(jì)特異引物進(jìn)行PCR檢測(cè)，如Parry等利用RAPD技術(shù)從梨孢鐮刀菌( poae)中克隆了2個(gè)片段，由此設(shè)計(jì)了兩對(duì)引物(Vp8 F／R 和Fp82 F／R)，成功地檢測(cè)了梨孢鐮刀菌。通過(guò)比較分析PCR擴(kuò)增條帶可得到病原物不同毒性類(lèi)型的特異性分子標(biāo)記。定量PCR技術(shù)還能對(duì)比研究抗感病品種對(duì)病菌侵染的反應(yīng)，如HU等研究表明，在寄主植物被病菌接種后(孢子浸漬)可通過(guò)定量PCR立即在感病植物莖端檢測(cè)到病菌，而抗病植物接種24h后仍未能檢測(cè)到病菌。本作品的技術(shù)關(guān)鍵分別是PCR技術(shù)和設(shè)計(jì)小麥病菌特異引物。能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)麥類(lèi)作物病原菌的檢測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到95%以上。 小麥病害PCR檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題主要有DNA的純度、引物的篩選和PCR的假陽(yáng)性。 (1)DNA的純度。標(biāo)準(zhǔn)方法提取的DNA的濃度和效果都很好，但是耗時(shí)、設(shè)備條件要求高。據(jù)資料介紹的改良方法既能達(dá)到要求的濃度和效果。同是也減少藥品使用，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟。 (2)引物的篩選。由于擴(kuò)增出的序列是由某一小種測(cè)序而成，不同地區(qū)病原存在變異，單一引物對(duì)擴(kuò)增可能產(chǎn)生假陰性，因此必須多設(shè)計(jì)幾對(duì)引物，然后進(jìn)行篩選優(yōu)化。 (3)PCR的假陽(yáng)性。由于PCR的高靈敏度，可能導(dǎo)致一些假陽(yáng)性現(xiàn)象，除了應(yīng)用巢式PCR，還可通過(guò)幾種方法綜合診斷分析，以求準(zhǔn)確無(wú)誤。 PCR檢測(cè)具有高效、靈敏、特異性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，比傳統(tǒng)方法更有優(yōu)勢(shì)。如病原不需要培養(yǎng)，具有檢測(cè)單個(gè)靶分子的潛力，有極高的靈敏度，在混合培養(yǎng)物中不需要放射性標(biāo)記等，而且該項(xiàng)技術(shù)快速、簡(jiǎn)便，不需很專(zhuān)業(yè)的技術(shù)操作，一個(gè)人1～2天即可檢測(cè)上百個(gè)樣品。PCR技術(shù)應(yīng)用于小麥病害檢測(cè)，不僅能代替?zhèn)鹘y(tǒng)煩瑣的檢測(cè)方法，而且有利于小麥新病害的發(fā)現(xiàn)與鑒定。除此之外，PCR技術(shù)可以鑒定小麥病害病原菌的生理小種、分析遺傳變異與DNA指紋圖譜等，從而建立全面、系統(tǒng)的小麥病害PCR檢測(cè)體系。同時(shí)通過(guò)快速監(jiān)測(cè)病原物毒性結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，可以直接為化學(xué)防治提供依據(jù)。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目前，在GeneBank中已經(jīng)報(bào)道了多種小麥病害病原菌基因序列，應(yīng)用DNA Star等軟件比較與之親緣關(guān)系相近的序列，找出該病原特異的序列設(shè)計(jì)引物進(jìn)PCR檢測(cè)，測(cè)序分析，從而發(fā)展小麥白粉病、赤霉病、銹病、紋枯病、黃矮病、黃花葉病、全蝕病的特異PCR檢測(cè)平臺(tái)。建立未知基因序列的小麥病害的診斷體系，為預(yù)防小麥病蟲(chóng)害提供有效、準(zhǔn)確的依據(jù)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerase chain reaction，PCR)是一項(xiàng)針對(duì)特定的靶DNA序列的體外擴(kuò)增技術(shù)。即通過(guò)高溫使雙鏈DNA變性形成單鏈DNA；然后引物與單鏈DNA互補(bǔ)序列，在低溫下結(jié)合形成雙鏈；接著在適溫下DNA聚合酶將脫氧核苷酸加到引物末端，使之延長(zhǎng)，反復(fù)循環(huán)這三個(gè)步驟，每一循環(huán)中所合成的新鏈，都可以作為下一循環(huán)中的模板，特定DNA序列的產(chǎn)生隨著循環(huán)次數(shù)的上升呈指數(shù)增加：PCR技術(shù)目前在植物病害診斷中被廣泛應(yīng)用。PCR檢測(cè)具有高效、靈敏、特異性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，比傳統(tǒng)方法更有優(yōu)勢(shì)。如病原不需要培養(yǎng)，具有檢測(cè)單個(gè)靶分子的潛力，有極高的靈敏度，在混合培養(yǎng)物中不需要放射性標(biāo)記等，而且該項(xiàng)技術(shù)快速、簡(jiǎn)便，不需很專(zhuān)業(yè)的技術(shù)操作，一個(gè)人1～2天即可檢測(cè)上百個(gè)樣品。PCR技術(shù)應(yīng)用于小麥病害檢測(cè)，不僅能代替?zhèn)鹘y(tǒng)煩瑣的檢測(cè)方法，而且有利于小麥新病害的發(fā)現(xiàn)與鑒定。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 本作品正處于實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)驗(yàn)室操作，實(shí)際檢驗(yàn)
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 可以鑒定小麥病害病原菌的生理小種、分析遺傳變異與DNA指紋圖譜等，從而建立全面、系統(tǒng)的小麥病害PCR檢測(cè)體系。同時(shí)通過(guò)快速監(jiān)測(cè)病原物毒性結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，可以直接為化學(xué)防治提供依據(jù)。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 當(dāng)前，此技術(shù)已經(jīng)在食品檢測(cè)以及醫(yī)療診斷方面得到廣泛運(yùn)用，在小麥病害檢測(cè)方面也已經(jīng)有所進(jìn)展，但是運(yùn)用范圍還沒(méi)有擴(kuò)展開(kāi)來(lái)，還有很大的研究?jī)r(jià)值。
