植物病害气体收集检测装置及其工作方法与流程

1.本发明涉及植物病害检测技术领域，具体涉及一种植物病害气体收集检测装置及其工作方法。


背景技术：

2.柑橘黄龙病是靠柑橘木虱传播的毁灭性病害，也是柑橘产区传播蔓延速度极快的一种检疫性病害。目前，柑橘黄龙病已在世界上各个柑橘主产区时不时爆发，对柑橘生产带来了惨重的损失。感染黄龙病后的柑橘树会释放出一种特殊的气味，吸引木虱，木虱在柑橘黄龙病病株上取食、产卵殖，可产生大量的带菌木虱。而且一旦柑橘树获菌，病菌就能在体内增殖，终身带毒，并且发育加快、繁殖能力提高。如果在黄龙病出现初期防控措施不力，附近未感病的植株会很快发病，进而快速蔓延开来导致大批植株死亡。因此，需要在黄龙病爆发初期及时检测，加强防控措施。
3.目前，检测黄龙病的手段包括田间诊断法、指示作物鉴定法、显微镜观察法、血清学鉴别法、dna—dna杂交判别法以及定量pcr检测方法。然而，田间诊断法易与其他病害症状相混淆，主观性较强，准确度不高；指示作物鉴定法耗时长，不利于快速诊断；显微镜观察法，病菌在病树体内分布不均匀，采样不精确，检出率偏低；血清学鉴别法中抗体制备技术复杂，检测范围窄；dna—dna杂交判别法中核酸检测所需试验仪器试剂昂贵。
4.其中，最可靠的黄龙病检测方法是pcr检测法，该方法能定量检测与柑橘黄龙病相关的念珠菌种，对黄龙病检测最为有效，但该方法需在实验室完成，价格昂贵、周期长、操作繁琐，难以在实际生产中应用。
5.柑橘黄龙病是由一种类细菌病原(candidatus liberibacter asiaticus, clas)导致的传染性病害。在被柑橘木虱交叉感染以后，clas在植株体内系统感染和长期存在，而目前还没有可用于生产的植株体内黄龙病病原杀灭措施。气相色谱-质谱分析表明，clas感染的植株与未感染植株相比具有多种独特的挥发性有机物组成，研究显示这主要是由clas病原体本身挥发的气味导致。
6.综上所述，在柑橘植株检测黄龙病的过程中，如何设计一种气体收集检测装置，用以提高黄龙病的检测效率和检测准确性，就成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于，为柑橘植株检测黄龙病的过程中，提供一种气体收集检测装置，用以提高黄龙病的检测效率和检测准确性，为及时发现并清除发病植株提供技术支持，为农业经济可持续发展提供保障。
8.为实现上述目的，本发明采用的第一种方案：提出一种植物病害气体收集检测装置，包括移动机构、茎叶部气体采集装置和动物检测盒；所述移动机构承载所述茎叶部气体采集装置和动物检测盒；所述茎叶部气体采集装置包括第一机械臂、用于笼罩植物茎叶部的集气笼、吹气
泵、吹气管和第一导气管，所述第一机械臂的底座固定安装在所移动机构上，所述集气笼安装在第一机械臂的伸出端，所述集气笼由折叠式骨架构成，所述折叠式骨架的外侧包覆有薄膜，所述吹气管沿着折叠式骨架的延伸方向布设，所述吹气管的首端与吹气泵相连，所述吹气管的尾端设置有用于向植物枝叶部吹气的出气口，所述第一导气管的进气端与集气笼相连，所述第一导气管的出气端与动物检测盒相连；所述动物检测盒固定在移动机构上，所述动物检测盒内具有容纳动物的活动腔室，所述第一导气管与活动腔室相连。
9.作为优选，所述集气笼具有展开形态和折叠形态；处于展开形态时，所述折叠式骨架展开，并撑开薄膜，形成笼状结构，能够将植物茎叶部笼罩；处于折叠形态时，所述折叠式骨架收缩，贴近所述第一机械臂收纳。如此设置，可以将植物的全部枝叶覆盖，从而可以在感染初期即得到感染结果，避免漏检。
10.作为优选，所述折叠式骨架包括依次连接的顶部支架、侧支架和底部支架，以及连接架和滚珠丝杆，所述滚珠丝杆与第一机械臂的输出端相连，所述顶部支架、侧支架和底部支架构成骨架单元，所述骨架单元沿着滚珠丝杆的轴线呈圆形排布，所述顶部支架通过连接架与滚珠丝杆的滑动螺母相连；所述集气笼的展开形态和折叠形态切换由动力源驱动。如此设置，通过第一机械臂的输出端驱动滚珠丝杆，进而实现折叠式骨架在展开形态与折叠形态之间的快速切换，有利于进一步提高对果园中柑橘树黄龙病的检测效率。
11.作为优选，所述移动机构是无人机、直升机或者行走底盘；当所述移动机构是行走底盘时，所述移动机构上还承载有根部气体采集装置；所述根部气体采集装置包括第二机械臂、用于伸入植物根部泥土中的集气桩、探头器、吸气泵和第二导气管，所述第二机械臂的底座固定安装在所述行走底盘上，所述集气桩安装在第二机械臂的伸出端，所述探头器嵌入在集气桩内，所述探头器通过所述第二导气管与所述动物检测盒相连；所述吸气泵提供动力将气体自所述探头器送向所述动物检测盒，所述探头器的端部设置有对土壤形成阻隔的滤网。如此设置，可以在株龄较长，枝叶较密的植株上使用无人机；对于植株相对具有较大间距的地区使用地面行走底盘，同时可以检测根部的感染。
12.作为优选，所述活动腔室的出气口连接有气体无害化处理装置。如此设置，有利于减少病害气体的外泄，降低了吸引木虱的风险，切断了黄龙病通过检测过程进行扩散的传播途径。
13.作为优选，所述行走底盘为履带车。如此设置，可以更加适应于果园中的路面条件，进一步提升了行走底盘的灵活性。
14.作为优选，其所述行走底盘上设置有控制第一机械臂和第二机械臂的操作台。如此设置，操作台便于检测人员现场控制第一机械臂和第二机械臂。
15.作为优选，所述动物检测盒中容纳有检测气体的大鼠。如此设置，利用大鼠发达的嗅觉感受器，识别微量挥发性有机物，通过收集植株茎叶和根系部位的挥发性物质，传输到动物检测盒中，训练有素的大鼠嗅到感染植株气味的目标气味源，会有应激反应，而正常植株的气味为非目标气味源，大鼠嗅到则没有任何反应，通过观察动物行为表现，即可判断植株是否感染病害。
16.为实现上述目的，本发明采用的第二种方案：提出一种如上述植物病害气体收集
检测装置的工作方法，包括：所述移动机构移动到待检测植物处，所述茎叶部气体采集装置将待检测植物的枝叶笼罩并采集气体；所述茎叶部气体采集装置所采集到的气体输送至动物检测盒，根据预训练动物的反应来确定是否感染病害。
17.本发明提供的植物病害气体收集检测装置及其工作方法与现有技术相比，具有如下突出的实质性特点和显著进步：该植物病害气体收集检测装置分别利用茎叶部气体采集装置和根部气体采集装置对植株茎叶和根系部位含有挥发性物质的气体进行收集，并传输到动物检测盒中，集气笼用于全范围覆盖吸收植株茎叶的挥发物，集气桩用于穿透土壤成收集植株根系挥发物，实现了对植株全身性的检测，解决了实验室分子鉴别技术采样单一导致结果不准确的难题，结合嗅觉灵敏的动物对感染植株气味的目标气味源的应激反应，判断植株感染病害的情况，大大提高了黄龙病的检测效率和检测准确性，为及时发现并清除发病植株提供了技术支持，为农业经济可持续发展提供了保障。
附图说明
18.图1是本发明实施例中一种植物病害气体收集检测装置的立体结构示意图；图2是图1中一种植物病害气体收集检测装置在另一视角的立体结构示意图；图3是图1的主视图；图4是图3的俯视图；图5是集气笼准备展开对植物茎叶部形成笼罩的使用状态示意图；图6是集气笼处于展开形态的使用状态示意图；图7是本发明实施例中另一种植物病害气体收集检测装置的立体结构示意图；图8是图7中植物病害气体收集检测装置的使用状态参考图。
19.附图标记：1、行走底盘；2、承载平台；3、茎叶部气体采集装置；4、根部气体采集装置；5、动物检测盒；6、操作台；7、无人机；8、起落架；31、第一机械臂；32、集气笼；33、吹气泵；34、吹气管；35、第一导气管；41、第二机械臂；42、集气桩；43、吸气泵；44、第二导气管；321、顶部支架；322、侧支架；323、底部支架；324、连接架；325、滚珠丝杆。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
21.如图1-8所示，本发明实施例中提出一种植物病害气体收集检测装置，旨在提高黄龙病的检测效率和检测准确性。
22.本发明实施例中提出的一种植物病害气体收集检测装置通过生物识别的方法能够实现高效快速的植株检测，集气笼可全范围覆盖吸收植株茎叶挥发物，集气桩可穿透土壤成收集植株根系挥发物，实现对植株全身性“体检”，解决了实验室分子鉴别技术采样单一导致结果不准确的难题。本发明实施例中提出的一种植物病害气体收集检测装置可搭配无人机，摄像头、显示屏实现远程控制，24小时运作，与传统的专家田间诊断和逐一采样鉴定相比，大大节省了人力，而且速率更快，效果更好。特别具有重要意义的是：本发明首次提出使用大鼠检疫植株病害，全过程无任何污染物和废弃试剂产出，不仅保障了检测结果的准确性还更加环保，具有可持续性。
23.实施例1
[植物病害气体收集检测装置-无人机式]如图7所示，一种植物病害气体收集检测装置，包括无人机7、茎叶部气体采集装置3和动物检测盒5。无人机7承载所述茎叶部气体采集装置3和动物检测盒5，并移动至植物附近。其中，无人机7通过起落架8实现快速起飞和降落。
[0024]
如图8结合图6所示，茎叶部气体采集装置3包括第一机械臂31、用于笼罩植物茎叶部的集气笼32、吹气泵33、吹气管34和第一导气管35，第一机械臂31的底座固定安装在行走底盘1上，集气笼32安装在第一机械臂31的伸出端，集气笼32由折叠式骨架构成，集气笼32的外侧包覆有薄膜，吹气管34沿着折叠式骨架的延伸方向布设，吹气管34的首端与吹气泵33相连，吹气管34的尾端设置有用于向植物冠部吹气的出气口，第一导气管35的进气端与集气笼32相连，第一导气管35的出气端与动物检测盒5相连。
[0025]
动物检测盒5固定在无人机7上，动物检测盒5内具有容纳动物的活动腔室，第一导气管35与活动腔室相连。
[0026]
集气笼32具有展开形态和折叠形态。处于展开形态时，折叠式骨架展开，并撑开薄膜，形成笼状结构，能够将植物茎叶部笼罩；处于折叠形态时，折叠式骨架收缩，贴近第一机械臂31收纳。
[0027]
如图6所示，折叠式骨架包括依次连接的顶部支架321、侧支架322和底部支架323，以及连接架324和滚珠丝杆325，滚珠丝杆325与第一机械臂31的输出端相连，顶部支架321、侧支架322和底部支架323构成骨架单元，骨架单元沿着滚珠丝杆325的轴线呈圆形排布，顶部支架321通过连接架324与滚珠丝杆325的滑动螺母相连；集气笼32的展开形态和折叠形态切换由动力源驱动。
[0028]
本发明实施例中提出的一种植物病害气体收集检测装置使用时，无人机7从起落架8处起飞移动到待检测植物处；茎叶部气体采集装置将待检测植物的枝叶笼罩并采集气体；茎叶部气体采集装置所采集到的气体输送至动物检测盒，根据预训练动物的反应来确定是否感染病害。其中，无人机上还可以搭载摄像头，便于检测人员的远程操控。
[0029]
实施例2[植物病害气体收集检测装置-行走底盘式]如图1所示，一种植物病害气体收集检测装置，包括行走底盘1、茎叶部气体采集装置3、根部气体采集装置4和动物检测盒5。
[0030]
行走底盘1的顶部设置有放置茎叶部气体采集装置3、根部气体采集装置4和动物检测盒5的承载平台2。其中，行走底盘1选为履带车。如此设置，履带车更加适应于果园中的路面条件，进一步提升了行走底盘1的灵活性。
[0031]
如图2结合图6所示茎叶部气体采集装置3包括第一机械臂31、用于笼罩植物茎叶部的集气笼32、吹气泵33、吹气管34和第一导气管35。第一机械臂31的底座固定安装在承载平台2上。集气笼32安装在第一机械臂31的输出端。
[0032]
集气笼32由折叠式骨架构成。集气笼32的外侧包覆有薄膜。吹气管34沿着折叠式骨架的延伸方向布设。吹气管34的首端与吹气泵33相连。吹气管34的尾端设置有用于向植物冠部吹气的出气口。第一导气管35的进气端与集气笼32相连。第一导气管35的出气端与动物检测盒5相连。
[0033]
如图2结合图6所示，根部气体采集装置4包括第二机械臂41、用于伸入植物根部的
集气桩42、探头器、吸气泵43和第二导气管44。第二机械臂41的底座固定安装在承载平台2上。集气桩42安装在第二机械臂41的输出端。探头器嵌入在集气桩42内。探头器通过第二导气管44与动物检测盒5相连。吸气泵43提供动力将气体自探头器送向动物检测盒5，探头器的端部设置有对土壤形成阻隔的滤网。
[0034]
如图3所示，动物检测盒5固定在承载平台2上。动物检测盒5内具有容纳动物的活动腔室。第一导气管35和第二导气管44均与活动腔室相连。
[0035]
如图4所示，承载平台2上设置有控制第一机械臂31和第二机械臂41的操作台6。如此设置，操作台6便于检测人员现场控制第一机械臂31和第二机械臂41。
[0036]
集气笼的结构]如图5结合图6所示，集气笼32具有展开形态和折叠形态。处于展开形态时，折叠式骨架展开，并撑开薄膜，形成笼状结构，集气笼32将植物茎叶部笼罩；处于折叠形态时，折叠式骨架收缩，随第一机械臂31一同收纳在承载平台2上。
[0037]
如图6所示，折叠式骨架包括依次连接的顶部支架321、侧支架322和底部支架323，以及连接架324和滚珠丝杆325。滚珠丝杆325与第一机械臂31的输出端相连，顶部支架321、侧支架322和底部支架323构成骨架单元。骨架单元沿着滚珠丝杆325的轴线呈圆形排布。顶部支架321通过连接架324与滚珠丝杆325的滑动螺母相连。
[0038]
如此设置，通过第一机械臂31的输出端驱动滚珠丝杆325，进而实现折叠式骨架在展开形态与折叠形态之间的快速切换，有利于进一步提高对果园中柑橘树黄龙病的检测效率。
[0039]
其中，集气笼32的主要作用是采集植株茎叶部含有挥发性物质的气体，可以保证对所有植株叶片的检测全覆盖。折叠式集气笼由多根硬质骨架和薄膜构成，硬质骨架中空密闭。当气体收集检测装置处于待机状态时，集气笼可折叠成条状与第一导气管一同放置在履带车上；工作时，折叠式集气笼打开，笼罩整个植株茎叶，从吹气泵33往集气笼内部充气，通过出气口从下往上吹，将植株茎叶部位气体经过滤网过滤粉尘、树叶等固体物质后，再通过第一导气管35传输到动物检测盒5中。
[0040]
集气桩的结构]集气桩主要作用是采集植株根系的挥发性物质。集气桩42主要由可伸缩式的硬质管道制成。待机状态可收起放履带车上。工作时，集气桩在第二机械臂的驱动下可以灵活的伸缩探取不同部位根系。确定根系采集点后，探头器钻入地底，接触到根系后探头膨胀张开，探头器张开后内部装有多层滤网以防吸入土壤堵塞管道，通过吸气泵43将根系挥发物吸入运输管道传入动物检测盒5中。
[0041]
动物检测盒]动物检测盒5通过生物识别的方法能够实现高效快速的植株检测。以大鼠为例，动物检测盒5中容纳有检测气体的大鼠。如此设置，利用大鼠发达的嗅觉感受器，识别微量挥发性有机物，通过收集植株茎叶和根系部位的挥发性物质，传输到动物检测盒5中，预训练的大鼠嗅到感染植株气味的目标气味源，会有应激反应，而正常植株的气味为非目标气味源，大鼠嗅到则没有任何反应，通过观察动物行为表现，即可判断植株是否感染病害。
[0042]
通常来说，大鼠的训练周期短，训练成本低，是一种最优的选择，而且大鼠的嗅觉灵敏度远远高于犬。同样的，通过改变动物检测盒5的结构，例如，不使用动物检测盒而使用
导气出口，以用来适应预训练猪、犬等体型更大的动物，也是一种常规选择。
[0043]
活动腔室的出气口连接有气体无害化处理装置。如此设置，有利于减少病害气体的外泄，降低了吸引木虱的风险，切断了黄龙病通过检测过程进行扩散的传播途径。
[0044]
动物检测盒5中还可以配有一整套动物训练、生活、工作设施，并装备监测器。监测器可将画面实时传入主机。动物检测盒5的一侧还设置有通讯天线，通讯天线用于接受无人机信号，实现对设备的远程控制。
[0045]
本发明实施例中提出的一种植物病害气体收集检测装置使用时，分别利用茎叶部气体采集装置和根部气体采集装置对植株茎叶和根系部位含有挥发性物质的气体进行收集，并传输到动物检测盒中，集气笼用于全范围覆盖吸收植株茎叶的挥发物，集气桩用于穿透土壤成收集植株根系挥发物，实现了对植株全身性的检测，能够更早地发现带病植株，及时清除防止更多植株感染。该装置检测耗时更短实时性更强；成本更低，有利于投入实际生产应用；无需采样破坏植株，且不存在采样不精确检出率偏低的情况。