Le malattie delle piante sono una minaccia significativa per la nostra sicurezza alimentare. La pioggia fornisce acqua fresca alle nostre colture, ma anche gli schizzi di gocce possono contribuire alla diffusione di malattie delle piante. L'impatto della goccia di pioggia è noto per essere un meccanismo per la dispersione di spore microscopiche di agenti patogeni, che infettano le colture di base e devastano i raccolti.

Recenti ricerche nello Schmale Lab del Virginia Tech e nel Jung Lab della Cornell University hanno messo in luce come gli spruzzi di gocce di pioggia possono trasportare spore di agenti patogeni dalle piante infette. Il team ha utilizzato videocamere ad alta velocità per osservare tornado microscopici di spore di ruggine generati dall'impatto delle gocce di pioggia sulle foglie di grano infette. Le loro scoperte, che sono stati recentemente pubblicati in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ), hanno implicazioni per prevenire la diffusione delle malattie nelle colture di grano.

"Studi precedenti si sono concentrati solo sulle spore disperse nell'umido dopo l'impatto della goccia di pioggia. Siamo i primi a dimostrare vortici d'aria simili a tornado che derivano dall'impatto di una goccia di pioggia. Questi tornado microscopici possono aiutare a trasportare i patogeni delle piante su lunghe distanze, " ha detto David G. Schmale III, Professore nella Scuola di Scienze Vegetali e Ambientali del Collegio di Scienze Agrarie e della Vita, e membro di facoltà affiliato del Fralin Life Science Institute.

I ricercatori hanno avviato esperimenti utilizzando una videocamera ad alta velocità per catturare immagini di gocce di pioggia che colpiscono le piante di grano infette dal fungo ruggine, Puccinia triticina. Questi esperimenti gettano nuova luce sulla fisica della dispersione delle spore durante la pioggia.

"È necessaria una ricerca interdisciplinare per collegare la patologia delle piante e la meccanica dei fluidi per studiare la meccanica della dispersione dei patogeni delle piante, " ha detto Hope Gruszewski, uno specialista di laboratorio Sr. nello Schmale Lab, e un coautore sul documento.

Questo metodo precedentemente sconosciuto di dispersione del vortice d'aria è un meccanismo vorticoso che può essere paragonato a un mini-tornado d'aria che trasporta i patogeni della pianta fuori dalla pianta e sulle correnti d'aria, con il potenziale per il trasporto su distanze molto più lunghe.

"Il nostro laboratorio è specializzato in imaging ad alta velocità e meccanica dei fluidi. Abbiamo utilizzato una videocamera ad alta velocità per visualizzare le spore di ruggine che vengono liberate da una foglia di grano infetta. Abbiamo osservato migliaia di spore trasportate in vortici d'aria dopo l'impatto di una goccia di pioggia. sorprendente, " ha detto Sunghwan Jung, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Biologica e Ambientale della Cornell University.

Il meccanismo di dispersione del vortice d'aria potrebbe spiegare l'improvviso aumento delle spore nell'atmosfera subito dopo i grandi eventi di pioggia. Comprendere la diffusione dei patogeni delle piante durante le piogge potrebbe aiutare gli agricoltori a gestire meglio i tempi delle applicazioni di fungicidi alle loro colture.

"La nostra ricerca ha il potenziale per fornire nuove strategie per ridurre al minimo la diffusione delle malattie nel grano, che potrebbe aiutarci a soddisfare le future richieste di resa del grano, "ha detto Hyunggon Park, un dottorato di ricerca studente nel programma di trasporto biologico (BIOTRANS) presso Virginia Tech, co-consigliato da David Schmale, e un coautore sul documento.