基于大气压等离子体对柑橘黄龙病的物理防治研究-以赣南脐橙为例

In this program, we will develop a new green environmental protection technology to inactivate yellow shoot disease by atmospheric pressure plasma discharge. In the case of Gannan navel orange, single jet plasma source is used to kill the pathogenic bacteria in midvein of leaf blade and a plurality of plasma jet array is used to kill the pathogenic bacteria in trunk phloem. Temporal and space dynamics will be diagnosed by fast pulse high voltage probe, high-resolution spectroscopy, ICCD high-speed camera diagnostic instruments. The discharge characteristics will be studied on discharge structure, gas flow rate and component. Effects of discharge conditions on the morphology of the pathogenic bacteria are studied by scanning electron microscopy and laser scanning confocal microscopy. Effects of discharge conditions on pathogen nucleic acid concentration are explored by real-time PCR, electrophoresis, gel imaging system. Based on the plasma theory and experimental results, the mechanism of inactivation of the pathogen was revealed. The research of this project provides theoretical and experimental basis for the development of plasma physics and biology, and provides a valuable reference for the development of the new citrus yellow shoot disease prevention and control technology.

本项目以感染黄龙病的赣南脐橙苗木为样品，利用绿色环保的大气压等离子体放电技术，针对脐橙黄龙病病原菌存在于脐橙苗木中的高浓度病区（叶片中脉及树干韧皮部），研制出实验室规模的单根射流等离子体源对叶片中脉进行处理，设计多根射流阵列等离子体源对树干韧皮部进行处理。本项目拟利用快脉冲高压探针，高精度发射光谱仪，纳秒级ICCD摄像机等分析仪器诊断等离子体羽的时空动力学特性；研究放电结构、工作气体流量及组分对放电特性的影响；利用扫描电子显微镜，激光共聚焦显微镜研究放电条件对病原菌形态结构的影响；通过实时定量PCR仪、电泳仪、凝胶成像系统探索放电条件对病原菌核酸浓度的影响，进行相对定量分析，优化放电参数，提高灭活效率。最终结合等离子体理论和实验结果揭示黄龙病菌灭活机理。本项目的研究，为等离子体物理和生物植物学的发展提供理论和实验基础，为大气压等离子体作为一种新兴的柑橘黄龙病防治技术提供有价值的参考。

柑橘黄龙病是世界柑橘生产上的毁灭性病害，急需探索一种高效、可靠、生态环保的防控新技术。本项目以感染黄龙病的赣南脐橙苗木为样品，利用绿色环保的大气压等离子体放电技术，针对脐橙黄龙病病原菌存在于脐橙苗木中的高浓度病区，研制了单根射流等离子体源对叶片中脉进行处理，设计了多根射流阵列等离子体源对树干韧皮部进行处理。利用快脉冲高压探针、高分辨光谱仪、高速摄像机等诊断了等离子体羽的时空动力学特性；研究了放电结构、气体流量及组份对放电特性的影响；利用荧光显微镜和激光共聚焦显微镜研究放电条件对叶脉和根尖显微结构的影响；通过实时定量PCR仪、电泳仪、凝胶成像系统探索放电条件对病原菌核酸浓度的影响，进行了相对定量分析，优化放电参数，提高灭活效率，揭示等离子体对黄龙病菌的灭菌机理。.重要结果：.(1)设计并加工了可手持的单根射流等离子体源和多根射流阵列等离子体源。单根射流源在常压开放空气环境中可以产生均匀稳定性好的等离子体，而射流阵列源以氦/氩为工作气体时，阵列整体均匀稳定性较好，但各子单元之间的放电强度存在一定差异。伏安特性曲线表明放电模式均属于丝状放电模式。.(2)高速摄像机图像显示等离子体射流由子弹样的小光球快速运动形成，可能由光致电离所引起。比较了两种放电结构和工作气体等对等离子体射流的形成机制、动力学特性的影响。结果发现，氦气比氩气表现出更好的稳定性，在氩气中添加氧气，均匀性和稳定性会受到一定的影响。多根射流阵列等离子体均匀性较好，但各放电通道仍难以互相交迭，较难形成大面积放电。.(3)观察并记录了不同放电条件等离子体处理后叶脉和根尖显微结构的变化；对于同种工作气体，灭菌效率与放电时间和功率呈线性相关；在氦/氩等离子体中添加少量氧气，可以提高对黄龙病病原菌的灭活效率。光谱分析揭示了等离子体对黄龙病的作用机理，表明氧原子、含氧的活性粒子和等离子体中的带电粒子在有效抑制和灭活黄龙病菌过程中发挥了关键作用。