柑橘黃龍病苗木微波加熱試驗(yàn)研究

1、    柑橘黃龍病苗木微波加熱試驗(yàn)研究    張建桃 葉劍云 曾莉摘要：針對(duì)柑橘黃龍病現(xiàn)有熱處理方法存在加熱時(shí)間長、溫度不均勻等缺點(diǎn)，提出以微波加熱方式處理柑橘樹。搭建柑橘黃龍病微波加熱平臺(tái)，采用不同微波功率和加熱時(shí)間組合對(duì)活體柑橘葉片進(jìn)行加熱，探究不同微波功率下葉片溫度達(dá)到4860 所需要的時(shí)間，以確定最佳微波加熱功率和加熱時(shí)間組合。結(jié)果表明，柑橘葉片經(jīng)微波處理后，升溫速度與微波功率和加熱時(shí)間成正相關(guān);不同微波功率處理下，使葉片表面溫度達(dá)到4860 的處理時(shí)間存在明顯差異;為使柑橘葉片表面溫度升至4860 范圍內(nèi)，可以在80 w功率下加熱3646 s，

2、在 160 w 微波功率下加熱1637 s，在240 w微波功率下加熱1529 s，在320 w微波功率下加熱1315 s，在400 w微波功率下加熱1014 s，在480 w微波功率下加熱810 s，在640 w微波功率下加熱78 s，在 800 w 微波功率下加熱6 s;根據(jù)微波熱處理后葉片灼傷程度以及植物的生長情況，確定較優(yōu)的加熱功率和時(shí)間組合為（80 w，40 s），進(jìn)一步優(yōu)化后的組合為（80 w，37 s）和（80 w，38 s）。關(guān)鍵詞：柑橘黃龍病;微波熱處理;微波功率柑橘黃龍病是由一種限于韌皮部內(nèi)寄生的革蘭氏陰性細(xì)菌引起的病害，具有蔓延速度快、傳播范圍廣、危害嚴(yán)重等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)該

3、病在50多個(gè)國家或地區(qū)都有分布，已經(jīng)造成上億株柑橘樹染病或死亡1。我國是世界第三大柑橘生產(chǎn)國2，現(xiàn)19個(gè)柑橘栽培的?。▍^(qū)）中已有11個(gè)遭受危害，受害產(chǎn)量占總產(chǎn)量的85%左右3。控制黃龍病主要分為防和治2個(gè)方面。防的主要方法是大面積、嚴(yán)格地防治柑橘木虱（林孔湘等“三步法”4）;治主要指化學(xué)和物理防治，包括噴灑木虱殺蟲劑、樹干注射抗生素殺菌劑及熱處理等。目前應(yīng)用最多的依然是化學(xué)防治，但從對(duì)人體健康和環(huán)境安全的角度考慮，化學(xué)防治并不適合長期使用5。物理防治主要利用物理因素防治柑橘黃龍病。經(jīng)過研究，黃龍病病菌在濕熱環(huán)境下無法保持活性甚至死亡5，目前最有效的物理防治方法為熱處理，也是一種適合推廣的防治方

4、法。林孔湘等將含有黃龍病病毒的柑桔苗木或接穗芽條用4850 濕熱空氣處理4060 min，可使其成為不帶病毒的種植或繁殖材料4;鄧曉玲等通過研究和試驗(yàn)，發(fā)明了一種用自然熱罩處理防治柑橘黃龍病的方法6;賈志成等開展了熱處理對(duì)黃龍病病菌有效抑制溫度閾值、熱處理時(shí)間、傳熱介質(zhì)、發(fā)熱裝置等研究5;張建桃等進(jìn)行了熱空氣快速處理帶病柑橘樹的研究，并在優(yōu)選參數(shù)下對(duì)柑橘黃龍病進(jìn)行快速熱空氣處理田間試驗(yàn)，處理后病菌濃度平均降低80.28%7;牟群英等指出微波對(duì)細(xì)菌的致死率遠(yuǎn)高于常規(guī)加熱8。綜上所述，在一定的溫度及處理時(shí)間下，利用傳熱介質(zhì)對(duì)柑橘黃龍病苗木進(jìn)行熱處理能在一定程度上緩解柑橘黃龍病病癥，降低柑橘黃龍病苗

5、木的死亡率。柑橘黃龍病熱處理防治還有很大的研究空間，相比傳統(tǒng)加熱方式，微波加熱是一種全新的加熱方法它是一種“冷熱源”，在產(chǎn)生和接觸到物體時(shí)，不是一股熱氣，而是電磁能，具有加熱迅速、處理效率高、穿透性好等優(yōu)勢(shì)8。因此，本研究采用抑制黃龍病病菌效率高，且對(duì)柑橘樹感官無明顯損傷的微波熱處理柑橘黃龍病苗木，研究微波熱處理對(duì)柑橘樹枝葉生理形態(tài)的影響，旨在為防治黃龍病提供一個(gè)全新的思路。1 材料和方法1.1 柑橘黃龍病微波加熱平臺(tái)搭建柑橘黃龍病苗木微波加熱試驗(yàn)平臺(tái)配置有微波爐（廣東格蘭仕集團(tuán)有限公司），型號(hào)為galanzg80f20cn2l-b8;無紙記錄儀（杭州盤古自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司），型號(hào)為vx814

6、0r;在線式紅外測(cè)溫儀（南京隆順儀器儀表有限公司），型號(hào)為 lsci-sjg/300a，量程為-50300 。試驗(yàn)用柑橘樹購自廣州花地灣花鳥市場(chǎng)，高約1.5 m，直徑為0.9 m。將柑橘枝條置于微波爐底板中心。在微波爐后蓋中部以上位置鉆取直徑為3 cm的孔，將在線式紅外測(cè)溫儀置于微波爐后側(cè)適當(dāng)位置，使激光能夠?qū)?zhǔn)微波爐底板中心。將在線式紅外測(cè)溫儀的信號(hào)傳輸線接于無紙記錄儀信號(hào)輸入端口，由無紙記錄儀記錄樹葉在某個(gè)微波功率下從0 s至t s n個(gè)時(shí)間點(diǎn)葉片溫度值，減少試驗(yàn)誤差。1.2 微波輸出功率與時(shí)間確定為使柑橘枝葉表面溫度達(dá)到4860 ，試驗(yàn)采用不同輸出功率（80、160、240、320、40

7、0、480、640、800 w），對(duì)柑橘枝葉進(jìn)行微波加熱處理，確定適宜的微波處理時(shí)間，從而優(yōu)選出微波功率及處理時(shí)間組合（p，t），每組試驗(yàn)重復(fù)3次。1.3 數(shù)據(jù)處理方法采用插值法，通過matlab數(shù)據(jù)處理軟件擬合出在某個(gè)微波功率下各個(gè)時(shí)間段內(nèi)的溫度值，進(jìn)而擬合出葉片表面溫度從0 s到t s各時(shí)間點(diǎn)的溫度值，繪制相應(yīng)葉片表面溫度隨時(shí)間變化曲線。確定不同功率下加熱至4860 的時(shí)間范圍，再繼續(xù)通過試驗(yàn)確定更加精確的功率時(shí)間組合。根據(jù)上述試驗(yàn)得出的微波功率、處理時(shí)間和柑橘葉片表面溫度的關(guān)系，分別選取以上試驗(yàn)的8個(gè)微波不同功率下的較優(yōu)處理時(shí)間，組成8個(gè)較優(yōu)微波功率處理時(shí)間（p，t），用較優(yōu)微波功率處理

8、時(shí)間（p，t）對(duì)柑橘樹枝干進(jìn)行處理，每處理設(shè)置3個(gè)平行，并設(shè)1組3個(gè)平行空白對(duì)照，每次試驗(yàn)選取同株柑橘樹的不同枝干，觀察統(tǒng)計(jì)不同處理后的柑橘樹枝葉形態(tài)、灼傷程度、枝干枯死率變化。以此作為選擇最優(yōu)組合的依據(jù)。2 結(jié)果與分析2.1 加熱功率與時(shí)間對(duì)葉片表面溫度的影響圖1是以spline函數(shù)內(nèi)插繪制的不同微波強(qiáng)度下柑橘樹葉片表面溫度隨微波處理時(shí)間變化的關(guān)系圖。由圖1可見，當(dāng)輻射時(shí)間在5 s以內(nèi)時(shí)，不同微波功率對(duì)葉片表面升溫速度差別不大;而隨著加熱時(shí)間的增加，不同微波功率下柑橘枝葉片表面溫度出現(xiàn)顯著差異;加熱功率為640 w和800 w時(shí)，加熱710 s，柑橘葉片表面溫度可達(dá)65 以上，并很快出現(xiàn)焦灼

9、現(xiàn)象。通過比較微波加熱功率與升溫速度的關(guān)系。結(jié)果表明，進(jìn)行微波熱處理時(shí)，柑橘葉片升溫速度與微波功率呈正相關(guān)關(guān)系，即隨著微波功率的增加，柑橘葉片表面升溫速度加快。通過比較微波加熱時(shí)間與升溫速度的關(guān)系。結(jié)果表明，微波輸出功率一定，柑橘葉片表面溫度隨加熱時(shí)間的延長而上升;微波功率越大，葉片表面溫度總體上升趨勢(shì)越快。不同微波功率處理下，柑橘葉片表面溫度達(dá)到4860 的處理時(shí)間存在明顯差異;高功率（如480、640、800 w）加熱柑橘葉片所需的處理時(shí)間為610 s;低功率（如80、160、240 w）加熱柑橘葉片所需的處理時(shí)間為1546 s?？紤]到利用內(nèi)插法對(duì)不同微波功率下柑橘葉片表面溫度隨時(shí)間變化的

10、模擬可能存在偏差，因此有必要對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)80、160、240、320、400、480、640、800 w微波功率分別設(shè)置幾組適當(dāng)?shù)奶幚頃r(shí)間并進(jìn)行試驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果見表1。對(duì)內(nèi)插法所得擬合統(tǒng)計(jì)量趨勢(shì)圖（圖1）與檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果（表1）進(jìn)行綜合分析，在誤差允許范圍內(nèi)，要使柑橘葉片表面溫度達(dá)到4860 ，微波功率為80 w時(shí)，需加熱3646 s;微波功率為 160 w 時(shí)，需加熱1637 s;微波功率為240 w時(shí)，需加熱1529 s;微波功率為320 w時(shí)，需加熱 1315 s;微波功率為400 w時(shí)，需加熱1014 s;微波功率為 480

11、 w 時(shí)，需加熱810 s;微波功率為640 w時(shí)，需加熱78 s;微波功率為800 w時(shí)，需加熱6 s左右。2.2 微波對(duì)柑橘枝干的輻射效應(yīng)2.2.1 微波功率處理時(shí)間（p，t）選取 根據(jù)“2.1”節(jié)結(jié)果，為了使柑橘葉片表面溫度控制在 4860 范圍內(nèi)，分別選取8個(gè)微波功率（80、160、240、320、400、480、640、800 w）和對(duì)應(yīng)功率處理下的較優(yōu)處理時(shí)間，組成8個(gè)微波功率與處理時(shí)間組合，記為（p，t）。同時(shí)，本試驗(yàn)將設(shè)1組平行空白對(duì)照。選取的微波功率及相應(yīng)處理時(shí)間見表2。依據(jù)表2中的微波功率及對(duì)應(yīng)處理時(shí)間實(shí)施試驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。微波加熱處理后的葉片表面溫度如表3所示。2.

12、2.2 柑橘葉片生理形態(tài)統(tǒng)計(jì)與分析 分別在試驗(yàn)24、 48、 72 h后對(duì)“2.2.1” 節(jié)處理的柑橘葉片進(jìn)行觀察，統(tǒng)計(jì)不同處理后的柑橘樹葉片形態(tài)、灼傷程度及枯葉率變化。本試驗(yàn)將處理后的柑橘葉片發(fā)黃比例（發(fā)黃葉片數(shù)占該枝干葉片總數(shù)之比）分為5個(gè)等級(jí)（ae）。各等級(jí)葉片發(fā)黃比例對(duì)應(yīng)的葉片圖片見圖2，柑橘樹葉片發(fā)黃比例為1%5%時(shí)，等級(jí)為a（圖2-a），6%29%時(shí)等級(jí)為b（圖2-b），30%69%時(shí)等級(jí)為c（圖2-c），70%99%時(shí)等級(jí)為d（圖2-d），100%時(shí)等級(jí)為e（圖2-e）。根據(jù)圖2分別對(duì)試驗(yàn)24、48、72 h后的柑橘樹葉片發(fā)黃程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表4。結(jié)合表4對(duì)試驗(yàn)處理24 h后

13、柑橘葉片生理形態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得到較優(yōu)的組合為（80 w，40 s）、（480 w，9 s）。其中組合（80 w，40 s）的葉片發(fā)黃程度等級(jí)全部為b，表現(xiàn)為葉片發(fā)黃占比低，無枝葉枯死現(xiàn)象，葉片焦灼程度低;組合（480 w，9 s）的葉片發(fā)黃程度等級(jí)為c、d、b，表現(xiàn)為葉片發(fā)黃占比中等，葉片焦灼程度低;而（160 w，30 s）、（240 w，20 s）、（320 w，15 s）、（400 w，12 s）、（640 w，8 s）、（800 w，6 s）組合容易造成葉片焦灼，發(fā)黃程度較高，同時(shí)部分出現(xiàn)卷葉現(xiàn)象。試驗(yàn)處理48 h后，對(duì)柑橘葉片生理形態(tài)進(jìn)行觀察統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)組合（80 w，40 s）的第

14、3組葉片出現(xiàn)部分卷葉，葉片光澤下降，其他2組無明顯變化;同樣，組合（480 w，9 s）的第2組葉片發(fā)黃比例提高，部分葉片出現(xiàn)卷葉，其他2組葉片光澤略有下降;而其余6個(gè)微波功率處理時(shí)間組合處理48 h后，葉片出現(xiàn)大面積發(fā)黃以及卷葉現(xiàn)象，失水嚴(yán)重，表面無光澤。因此，較優(yōu)的組合為（80 w，40 s），其次是（480 w，9 s）。試驗(yàn)處理72 h后對(duì)柑橘葉片進(jìn)行觀察統(tǒng)計(jì)。組合（80 w，40 s）的柑橘葉片光澤略有下降，部分葉片出現(xiàn)卷葉現(xiàn)象;組合（480 w，9 s）整體枝葉發(fā)黃比例提高，卷葉數(shù)增多，葉片光澤進(jìn)一步下降;而其他微波功率處理時(shí)間組合下，葉片發(fā)黃程度加劇，卷葉現(xiàn)象嚴(yán)重，表面無光澤，枯

15、葉多。綜上，較優(yōu)的柑橘葉片微波功率和處理時(shí)間組合為（80 w，40 s），而其他微波功率及處理時(shí)間組合會(huì)對(duì)柑橘葉片造成較大傷害，試驗(yàn)后葉片大面積發(fā)黃和焦灼，伴有卷葉現(xiàn)象且枯葉較多，不宜考慮。2.2.3 微波對(duì)柑橘枝干輻射效應(yīng)的優(yōu)化研究 研究發(fā)現(xiàn)所有的微波功率組合中，（80 w，40 s）能在達(dá)到加熱目的前提下，使柑橘枝干受到最低程度的傷害。但是（80 w，40 s）處理效果仍未達(dá)到理想的整體效果，因此，有必要對(duì)功率時(shí)間組合做進(jìn)一步的優(yōu)化。在此，優(yōu)化試驗(yàn)選?。?0 w，37 s）、（80 w，38 s）、（80 w，39 s）組合，對(duì)柑橘枝葉進(jìn)行微波加熱試驗(yàn)，每組重復(fù)3次。處理結(jié)果如表5所示。同

16、樣，對(duì)優(yōu)化試驗(yàn)處理24、48、72 h后的柑橘枝葉進(jìn)行生理形態(tài)觀察統(tǒng)計(jì)。根據(jù)圖2統(tǒng)計(jì)3個(gè)優(yōu)化試驗(yàn)組合柑橘葉片發(fā)黃比例，評(píng)價(jià)結(jié)果見表6。結(jié)合表6對(duì)試驗(yàn)24 h后的柑橘枝葉生理形態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。在微波功率80 w下加熱37 s，葉片發(fā)黃占比較低，無枝葉枯死現(xiàn)象，葉片焦灼程度較低;微波功率80 w下加熱38 s，整體形態(tài)與加熱 37 s 時(shí)柑橘枝葉形態(tài)相似，葉片發(fā)黃占比較低，無枝葉枯死現(xiàn)象，葉片焦灼程度較低;微波功率80 w下加熱39 s，枝葉焦灼較以上2組嚴(yán)重，總體葉片發(fā)黃比例也較高，部分葉片出現(xiàn)卷葉現(xiàn)象。試驗(yàn)48 h后柑橘葉片形態(tài)整體上發(fā)黃比例上升，葉片光澤下降，部分葉片出現(xiàn)卷葉現(xiàn)象;其中，（8

17、0 w，37 s）葉片發(fā)黃比例上升不明顯，無卷葉現(xiàn)象;（80 w，38 s）葉片開始出現(xiàn)卷葉，葉片光澤下降明顯;（80 w，39 s）葉片進(jìn)一步枯化，卷葉增多。因此，組合（80 w，37 s）、（80 w，38 s）明顯優(yōu)于組合（80 w，39 s）。試驗(yàn)72 h后對(duì)柑橘枝葉進(jìn)行觀察統(tǒng)計(jì)，3組葉片發(fā)黃比例均較試驗(yàn)48 h后有所上升，葉片光澤進(jìn)一步下降，部分葉片出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。其中，組合（80 w，37 s）葉片形態(tài)變化不大，僅在原有葉片上擴(kuò)大泛黃面積;（80 w，38 s）的一組枝葉進(jìn)一步卷化，泛黃比例上升，而其余2組無卷葉，僅在原有葉片上擴(kuò)大泛黃面積;（80 w，39 s）下葉片出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，

18、發(fā)黃比例上升。綜上，優(yōu)化試驗(yàn)較優(yōu)組合為（80 w，37 s），其次為（80 w，38 s）。3 結(jié)論通過上述對(duì)數(shù)據(jù)的分析與討論，研究結(jié)果表明：（1）進(jìn)行微波熱處理時(shí)，柑橘枝葉升溫速度與微波功率成正相關(guān)關(guān)系，即加熱時(shí)間一定時(shí)，隨著微波功率的增加，柑橘枝葉表面升溫速度加快;（2）柑橘枝葉升溫速度與加熱時(shí)間成正相關(guān)，即微波功率一定時(shí)，隨著加熱時(shí)間的增加，柑橘枝葉表面升溫速度加快;（3）不同微波功率處理下，使葉面溫度達(dá)到4860 的處理時(shí)間存在明顯差異。為使柑橘枝葉表面溫度升至4860 范圍內(nèi)，可以在80 w加熱功率下加熱3646 s，在 160 w 微波功率下加熱1637 s，在240 w微波功率下

19、加熱1529 s，在320 w微波功率下加熱1315 s，在400 w微波功率下加熱1014 s，在480 w微波功率下加熱810 s，在640 w微波功率下加熱78 s，在800 w微波功率下加熱6 s。微波功率及處理時(shí)間組合（80 w，40 s）、（160 w，30 s）、（240 w，20 s）、（320 w，15 s）、（400 w，12 s）、（480 w，9 s）、（640 w，8 s）、（800 w，6 s）中，較優(yōu)組合為（80 w，40 s），優(yōu)化后的組合為（80 w，37 s）和（80 w，38 s），其他組合易造成較大的枝葉枯死率，對(duì)柑橘枝葉造成較大傷害，不宜作為柑橘黃龍病微波熱處理方案。參考文獻(xiàn)：1bové j m. huanglongbing：a destructive，newly-emerging，century-old disease of citrusj. journal of plant pathology，2006，88（1）：7-37.2吳如健，柯 沖. 柑橘黃