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(zhǎng)、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48～60 ℃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48～60 ℃的處理時(shí)間存在明顯差異;為使柑橘葉片表面溫度升至48～60 ℃范圍內(nèi)，可以在80 W功率下加熱36～46 s，在 160 W 微波功率下加熱16～37 s，在240 W微波功率下加熱15～29 s，在320 W微波功率下加熱13～15 s，在400 W微波功率下加熱10～14 s，在480 W微波功率下加熱8～10 s，在640 W微波功率下加熱7～8 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(zhǎng)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?jī)?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)該病在50多個(gè)國(guó)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(guó)是世界第三大柑橘生產(chǎn)國(guó)[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(zhǎng)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(wú)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法。

林孔湘等將含有黃龍病病毒的柑桔苗木或接穗芽條用48～50 ℃濕熱空氣處理40～60 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(wú)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(wú)紙記錄儀（杭州盤古自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司），型號(hào)為VX8140R;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-50～300 ℃。試驗(yàn)用柑橘樹購(gòu)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(wú)紙記錄儀信號(hào)輸入端口，由無(wú)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48～60 ℃，試驗(yàn)采用不同輸出功率（80、160、240、320、400、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48～60 ℃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7～10 s，柑橘葉片表面溫度可達(dá)65 ℃以上，并很快出現(xiàn)焦灼現(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(zhǎng)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48～60 ℃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6～10 s;低功率（如80、160、240 W）加熱柑橘葉片所需的處理時(shí)間為15～46 s。

考慮到利用內(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48～60 ℃，微波功率為80 W時(shí)，需加熱36～46 s;微波功率為 160 W 時(shí)，需加熱16～37 s;微波功率為240 W時(shí)，需加熱15～29 s;微波功率為320 W時(shí)，需加熱 13～15 s;微波功率為400 W時(shí)，需加熱10～14 s;微波功率為 480 W 時(shí)，需加熱8～10 s;微波功率為640 W時(shí)，需加熱7～8 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 48～60 ℃ 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。

2.2.2 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)（A～E）。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(wú)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3組葉片出現(xiàn)部分卷葉，葉片光澤下降，其他2組無(wú)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(wú)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(wú)光澤，枯葉多。

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(wú)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(wú)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，（80 W，37 s）葉片發(fā)黃比例上升不明顯，無(wú)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(wú)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，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48～60 ℃的處理時(shí)間存在明顯差異。

為使柑橘枝葉表面溫度升至48～60 ℃范圍內(nèi)，可以在80 W加熱功率下加熱36～46 s，在 160 W 微波功率下加熱16～37 s，在240 W微波功率下加熱15～29 s，在320 W微波功率下加熱13～15 s，在400 W微波功率下加熱10～14 s，在480 W微波功率下加熱8～10 s，在640 W微波功率下加熱7～8 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。

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