Minitornadoer af sporer belyst under regndråber

Plantsygdomme er en betydelig trussel mod vores fødevaresikkerhed. Regn giver fersk vand til vores afgrøder, men sprøjtedråber kan også bidrage til spredning af plantesygdomme. Regndråbeslag er kendt for at være en mekanisme til spredning af mikroskopiske sporer af patogener, som inficerer basisafgrøder og ødelægger afgrødeudbytter.

Nyere forskning i Schmale Lab ved Virginia Tech og Jung Lab ved Cornell University har belyst, hvordan stænk af regndråber kan transportere sporer af patogener fra inficerede planter. Teamet brugte højhastighedsvideokameraer til at observere mikroskopiske tornadoer af rustsporer genereret af regndråbernes indvirkning på inficerede hvedeblade. Deres fund, som for nylig blev offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Sciences ( PNAS ), har konsekvenser for at forhindre spredning af sygdom i hvedeafgrøder.

"Tidligere undersøgelser fokuserede kun på vådspredte sporer efter regndråber. Vi er de første til at påvise tornado-lignende lufthvirvler, der skyldes regndråber. Disse mikroskopiske tornadoer kan hjælpe med at transportere plantens patogener over lange afstande, "sagde David G. Schmale III, Professor på School of Plant and Environmental Sciences i College of Agriculture and Life Sciences, og tilknyttet fakultetsmedlem i Fralin Life Science Institute.

Forskerne opstillede eksperimenter med et højhastighedsvideokamera til at fange billeder af regndråber, der påvirker hvedeplanter, der er inficeret med rustsvampen, Puccinia triticina. Disse eksperimenter kaster nyt lys over sporespredningens fysik under nedbør.

"Tværfaglig forskning er nødvendig for at bygge bro mellem plantepatologi og mekanisme for at studere mekanikken ved spredning af plantepatogener, sagde Hope Gruszewski, en laboratoriespecialist i Schmale Lab, og en medforfatter på papiret.

Denne tidligere ukendte metode til spredning af luft-hvirvel er en hvirvlende mekanisme, der kan sammenlignes med en minitornado af luft, der fører plantens patogener ud af planten og ind på luftstrømme, med potentiale for transport over meget længere afstande.

"Vores laboratorium har specialiseret sig i højhastighedsbilleddannelse og væskemekanik. Vi brugte et højhastighedsvideokamera til at visualisere rustsporer, der blev frigjort fra et inficeret hvedeblad. Vi observerede tusindvis af sporer, der blev transporteret i lufthvirvler efter regndråber. Det var ganske overraskende, "sagde Sunghwan Jung, professor i Institut for Biologisk og Miljøteknik ved Cornell University.

Luft-hvirvelspredningsmekanismen kunne forklare pludselige stigninger i sporer i atmosfæren umiddelbart efter større nedbørshændelser. At forstå spredningen af ​​plantepatogener under nedbør kan hjælpe landmænd med bedre at styre timingen af ​​fungicidapplikationer til deres afgrøder.

"Vores forskning har potentiale til at tilvejebringe nye strategier til at minimere sygdomsudbredelse i hvede, som kunne hjælpe os med at opfylde fremtidige krav til hvedeudbytte, "sagde Hyunggon Park, en ph.d. studerende i programmet Biological Transport (BIOTRANS) ved Virginia Tech, rådgivet af David Schmale, og en medforfatter på papiret.