橘小实蝇虫害胁迫下柑橘果实挥发物的人工嗅觉信息检测方法

The occurrence and spreading of Bactrocera Dorsalis (Hendel) was seriously harmful for citrus' yield and quality. The early monitoring and diagnosis implemented during the germination and penetration stage of pests made a significant contribution to pests control in-time and cutting off pests extensive spreading. Citrus normally produced a range of volatile organic compounds according to the harm of the worm and larva of Bactrocera Dorsalis (Hendel). The aim of this project was to determine the change characteristic of volatile organic compounds and contents, develop the artificial olfactory testing platform, analyze general characteristics of sensors detecting the volatiles, propose the detecting method identifying and extracting characteristic signals from the volatiles and build the evaluation model of pests occurrence based on artificial olfactory information detecting technology between the germination and penetration stage of pests for revealing the detecting pests occurrence mechanism of artificial olfactory information. This study will provide theoretical basis and technical supports for the fast and target monitoring of Bactrocera Dorsalis (Hendel) in fields.

橘小实蝇的发生和传播严重危害了柑橘产量和品质。因此，在虫害侵入期和潜育期就开展早期监测和诊断，及时控制其发展，指导生产上进行适时防治，对切断虫害大面积蔓延具有重要意义。本项目针对柑橘果实遭受橘小实蝇虫卵和幼虫食害，会释放出大量特异性挥发物的特点，研究虫害侵入期和潜育期柑橘果实所释放的挥发物成分组成和含量的动态变化规律，构建人工嗅觉信息检测平台，分析嗅觉传感器检测挥发物的一般特性，提出识别和提取挥发物中特征信号的检测方法，建立柑橘果实受害侵入期和潜育期人工嗅觉信息检测橘小实蝇虫害发生的测评模型，从而揭示柑橘果实挥发物人工嗅觉信息检测橘小实蝇虫害发生机理，为田间橘小实蝇虫害快速靶标性监测提供理论依据和技术支撑。

项目背景：橘小实蝇是一种危害严重的植食性害虫，其侵染柑橘果实的侵入期和潜育期隐藏在果实内部，很难被观测。因此，利用柑橘果实遭受橘小实蝇侵染的侵入期和潜育期挥发物信息实施检测，能实现虫害的早期监测与诊断。主要研究内容：设计试制了吹扫式仿生嗅觉检测平台，并对影响仿生嗅觉检测性能的主要因素进行了详细研究；分析了金属氧化物型嗅觉传感器检测挥发物的一般特性，提出了挥发物中特征信号的提取方法，建立了柑橘果实遭受橘小实蝇不同侵染程度（侵入期和潜育期）的人工嗅觉信息测评模型。重要结果及关键数据：研究结果表明对嗅觉检测平台中待测气体浓度、湿度、传感器阵列加热电压和载气流量优化控制（气体浓度范围0.002%～0.020%，相对湿度30%，传感器加热电压为5.0 V，载气流量100 mL/min）能提高仿生嗅觉检测的性能；采用多管道式仿生嗅觉检测腔流场结构能改进腔内流体速度分布的均匀稳定性，降低气流速度不均对传感器阵列数值检测的影响；提取挥发物嗅觉信号中的积分值构建的测评模型识别效果优于相对稳定平均值；采用载荷分析方法优化传感器阵列后，PCA和LDA模型均能成功区分不同虫害侵染程度（侵入期和潜育期）的砂糖橘以及其具体虫害侵染时间，并且LDA预测模型对不同虫害侵染时间砂糖桔的正确识别率为98.21%，比传感器阵列未优化提高了1.78%；橘小实蝇侵入期和潜育期的砂糖橘挥发性物质中含量差异主要为烯烃类、醛类、醇类以及柠檬烯环氧化物。科学意义：创新性地利用人工嗅觉技术采集柑橘果实挥发物中橘小实蝇虫害所产生的特异性成分，辨识柑橘果实侵染程度是一种快速和无损的检测方法。本项目为虫害致害的农产品早期监测和诊断提供了一定参考。