柑橘黃龍病苗木微波加熱試驗研究

張建桃 葉劍云 曾莉

摘要：針對柑橘黃龍病現有熱處理方法存在加熱時間長、溫度不均勻等缺點，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，采用不同微波功率和加熱時間組合對活體柑橘葉片進行加熱，探究不同微波功率下葉片溫度達到48～60 ℃所需要的時間，以確定最佳微波加熱功率和加熱時間組合。結果表明，柑橘葉片經微波處理后，升溫速度與微波功率和加熱時間成正相關;不同微波功率處理下，使葉片表面溫度達到48～60 ℃的處理時間存在明顯差異;為使柑橘葉片表面溫度升至48～60 ℃范圍內，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，確定較優的加熱功率和時間組合為（80 W，40 s），進一步優化后的組合為（80 W，37 s）和（80 W，38 s）。

關鍵詞：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寄生的革蘭氏陰性細菌引起的病害，具有蔓延速度快、傳播范圍廣、危害嚴重等特點。據統計該病在50多個國家或地區都有分布，已經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國[2]，現19個柑橘栽培的?。▍^）中已有11個遭受危害，受害產量占總產量的85%左右[3]。

控制黃龍病主要分為防和治2個方面。防的主要方法是大面積、嚴格地防治柑橘木虱（林孔湘等“三步法”[4]）;治主要指化學和物理防治，包括噴灑木虱殺蟲劑、樹干注射抗生素殺菌劑及熱處理等。目前應用最多的依然是化學防治，但從對人體健康和環境安全的角度考慮，化學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。經過研究，黃龍病病菌在濕熱環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，發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黃龍病病菌有效抑制溫度閾值、熱處理時間、傳熱介質、發熱裝置等研究[5];張建桃等進行了熱空氣快速處理帶病柑橘樹的研究，并在優選參數下對柑橘黃龍病進行快速熱空氣處理田間試驗，處理后病菌濃度平均降低80.28%[7];牟群英等指出微波對細菌的致死率遠高于常規加熱[8]。綜上所述，在一定的溫度及處理時間下，利用傳熱介質對柑橘黃龍病苗木進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”，在產生和接觸到物體時，不是一股熱氣，而是電磁能，具有加熱迅速、處理效率高、穿透性好等優勢[8]。因此，本研究采用抑制黃龍病病菌效率高，且對柑橘樹感官無明顯損傷的微波熱處理柑橘黃龍病苗木，研究微波熱處理對柑橘樹枝葉生理形態的影響，旨在為防治黃龍病提供一個全新的思路。

1 材料和方法

1.1 柑橘黃龍病微波加熱平臺搭建

柑橘黃龍病苗木微波加熱試驗平臺配置有微波爐（廣東格蘭仕集團有限公司），型號為GalanzG80F20CN2L-B8;無紙記錄儀（杭州盤古自動化系統有限公司），型號為VX8140R;在線式紅外測溫儀（南京隆順儀器儀表有限公司），型號為 LSCI-SJG/300A，量程為-50～300 ℃。試驗用柑橘樹購自廣州花地灣花鳥市場，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，將在線式紅外測溫儀置于微波爐后側適當位置，使激光能夠對準微波爐底板中心。將在線式紅外測溫儀的信號傳輸線接于無紙記錄儀信號輸入端口，由無紙記錄儀記錄樹葉在某個微波功率下從0 s至T s N個時間點葉片溫度值，減少試驗誤差。

1.2 微波輸出功率與時間確定

為使柑橘枝葉表面溫度達到48～60 ℃，試驗采用不同輸出功率（80、160、240、320、400、480、640、800 W），對柑橘枝葉進行微波加熱處理，確定適宜的微波處理時間，從而優選出微波功率及處理時間組合（P，T），每組試驗重復3次。

1.3 數據處理方法

采用插值法，通過MATLAB數據處理軟件擬合出在某個微波功率下各個時間段內的溫度值，進而擬合出葉片表面溫度從0 s到T s各時間點的溫度值，繪制相應葉片表面溫度隨時間變化曲線。確定不同功率下加熱至48～60 ℃的時間范圍，再繼續通過試驗確定更加精確的功率時間組合。

根據上述試驗得出的微波功率、處理時間和柑橘葉片表面溫度的關系，分別選取以上試驗的8個微波不同功率下的較優處理時間，組成8個較優微波功率處理時間（P，T），用較優微波功率處理時間（P，T）對柑橘樹枝干進行處理，每處理設置3個平行，并設1組3個平行空白對照，每次試驗選取同株柑橘樹的不同枝干，觀察統計不同處理后的柑橘樹枝葉形態、灼傷程度、枝干枯死率變化。以此作為選擇最優組合的依據。

2 結果與分析

2.1 加熱功率與時間對葉片表面溫度的影響

圖1是以SPLINE函數內插繪制的不同微波強度下柑橘樹葉片表面溫度隨微波處理時間變化的關系圖。由圖1可見，當輻射時間在5 s以內時，不同微波功率對葉片表面升溫速度差別不大;而隨著加熱時間的增加，不同微波功率下柑橘枝葉片表面溫度出現顯著差異;加熱功率為640 W和800 W時，加熱7～10 s，柑橘葉片表面溫度可達65 ℃以上，并很快出現焦灼現象。

通過比較微波加熱功率與升溫速度的關系。結果表明，進行微波熱處理時，柑橘葉片升溫速度與微波功率呈正相關關系，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間與升溫速度的關系。結果表明，微波輸出功率一定，柑橘葉片表面溫度隨加熱時間的延長而上升;微波功率越大，葉片表面溫度總體上升趨勢越快。不同微波功率處理下，柑橘葉片表面溫度達到48～60 ℃的處理時間存在明顯差異;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間為15～46 s。

考慮到利用內插法對不同微波功率下柑橘葉片表面溫度隨時間變化的模擬可能存在偏差，因此有必要對模擬結果進行檢驗。在前期試驗的基礎上，對80、160、240、320、400、480、640、800 W微波功率分別設置幾組適當的處理時間并進行試驗，每組試驗重復3次，結果取平均值。檢驗試驗結果見表1。

對內插法所得擬合統計量趨勢圖（圖1）與檢驗試驗結果（表1）進行綜合分析，在誤差允許范圍內，要使柑橘葉片表面溫度達到48～60 ℃，微波功率為80 W時，需加熱36～46 s;微波功率為 160 W 時，需加熱16～37 s;微波功率為240 W時，需加熱15～29 s;微波功率為320 W時，需加熱 13～15 s;微波功率為400 W時，需加熱10～14 s;微波功率為 480 W 時，需加熱8～10 s;微波功率為640 W時，需加熱7～8 s;微波功率為800 W時，需加熱6 s左右。

2.2 微波對柑橘枝干的輻射效應

2.2.1 微波功率處理時間（P，T）選取 根據“2.1”節結果，為了使柑橘葉片表面溫度控制在 48～60 ℃ 范圍內，分別選取8個微波功率（80、160、240、320、400、480、640、800 W）和對應功率處理下的較優處理時間，組成8個微波功率與處理時間組合，記為（P，T）。同時，本試驗將設1組平行空白對照。選取的微波功率及相應處理時間見表2。

依據表2中的微波功率及對應處理時間實施試驗，每組試驗重復3次。微波加熱處理后的葉片表面溫度如表3所示。

2.2.2 柑橘葉片生理形態統計與分析 分別在試驗24、 48、 72 h后對“2.2.1” 節處理的柑橘葉片進行觀察，統計不同處理后的柑橘樹葉片形態、灼傷程度及枯葉率變化。本試驗將處理后的柑橘葉片發黃比例（發黃葉片數占該枝干葉片總數之比）分為5個等級（A～E）。各等級葉片發黃比例對應的葉片圖片見圖2，柑橘樹葉片發黃比例為1%～5%時，等級為A（圖2-a），6%～29%時等級為B（圖2-b），30%～69%時等級為C（圖2-c），70%～99%時等級為D（圖2-d），100%時等級為E（圖2-e）。

根據圖2分別對試驗24、48、72 h后的柑橘樹葉片發黃程度進行評價，結果見表4。

結合表4對試驗處理24 h后柑橘葉片生理形態進行綜合評價，得到較優的組合為（80 W，40 s）、（480 W，9 s）。其中組合（80 W，40 s）的葉片發黃程度等級全部為B，表現為葉片發黃占比低，無枝葉枯死現象，葉片焦灼程度低;組合（480 W，9 s）的葉片發黃程度等級為C、D、B，表現為葉片發黃占比中等，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，發黃程度較高，同時部分出現卷葉現象。

試驗處理48 h后，對柑橘葉片生理形態進行觀察統計，發現組合（80 W，40 s）的第3組葉片出現部分卷葉，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組葉片發黃比例提高，部分葉片出現卷葉，其他2組葉片光澤略有下降;而其余6個微波功率處理時間組合處理48 h后，葉片出現大面積發黃以及卷葉現象，失水嚴重，表面無光澤。因此，較優的組合為（80 W，40 s），其次是（480 W，9 s）。

試驗處理72 h后對柑橘葉片進行觀察統計。組合（80 W，40 s）的柑橘葉片光澤略有下降，部分葉片出現卷葉現象;組合（480 W，9 s）整體枝葉發黃比例提高，卷葉數增多，葉片光澤進一步下降;而其他微波功率處理時間組合下，葉片發黃程度加劇，卷葉現象嚴重，表面無光澤，枯葉多。

綜上，較優的柑橘葉片微波功率和處理時間組合為（80 W，40 s），而其他微波功率及處理時間組合會對柑橘葉片造成較大傷害，試驗后葉片大面積發黃和焦灼，伴有卷葉現象且枯葉較多，不宜考慮。

2.2.3 微波對柑橘枝干輻射效應的優化研究 研究發現所有的微波功率組合中，（80 W，40 s）能在達到加熱目的前提下，使柑橘枝干受到最低程度的傷害。但是（80 W，40 s）處理效果仍未達到理想的整體效果，因此，有必要對功率時間組合做進一步的優化。在此，優化試驗選取（80 W，37 s）、（80 W，38 s）、（80 W，39 s）組合，對柑橘枝葉進行微波加熱試驗，每組重復3次。處理結果如表5所示。

同樣，對優化試驗處理24、48、72 h后的柑橘枝葉進行生理形態觀察統計。根據圖2統計3個優化試驗組合柑橘葉片發黃比例，評價結果見表6。

結合表6對試驗24 h后的柑橘枝葉生理形態進行綜合評價。在微波功率80 W下加熱37 s，葉片發黃占比較低，無枝葉枯死現象，葉片焦灼程度較低;微波功率80 W下加熱38 s，整體形態與加熱 37 s 時柑橘枝葉形態相似，葉片發黃占比較低，無枝葉枯死現象，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組嚴重，總體葉片發黃比例也較高，部分葉片出現卷葉現象。

試驗48 h后柑橘葉片形態整體上發黃比例上升，葉片光澤下降，部分葉片出現卷葉現象;其中，（80 W，37 s）葉片發黃比例上升不明顯，無卷葉現象;（80 W，38 s）葉片開始出現卷葉，葉片光澤下降明顯;（80 W，39 s）葉片進一步枯化，卷葉增多。因此，組合（80 W，37 s）、（80 W，38 s）明顯優于組合（80 W，39 s）。

試驗72 h后對柑橘枝葉進行觀察統計，3組葉片發黃比例均較試驗48 h后有所上升，葉片光澤進一步下降，部分葉片出現脫落現象。其中，組合（80 W，37 s）葉片形態變化不大，僅在原有葉片上擴大泛黃面積;（80 W，38 s）的一組枝葉進一步卷化，泛黃比例上升，而其余2組無卷葉，僅在原有葉片上擴大泛黃面積;（80 W，39 s）下葉片出現脫落現象，發黃比例上升。綜上，優化試驗較優組合為（80 W，37 s），其次為（80 W，38 s）。

3 結論

通過上述對數據的分析與討論，研究結果表明：（1）進行微波熱處理時，柑橘枝葉升溫速度與微波功率成正相關關系，即加熱時間一定時，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間成正相關，即微波功率一定時，隨著加熱時間的增加，柑橘枝葉表面升溫速度加快;（3）不同微波功率處理下，使葉面溫度達到48～60 ℃的處理時間存在明顯差異。

為使柑橘枝葉表面溫度升至48～60 ℃范圍內，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，較優組合為（80 W，40 s），優化后的組合為（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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