Plantenziekten vormen een grote bedreiging voor onze voedselzekerheid. Regen zorgt voor zoet water voor onze gewassen, maar spattende druppels kunnen ook bijdragen aan de verspreiding van plantenziekten. Het is bekend dat de impact van regendruppels een mechanisme is voor het verspreiden van microscopisch kleine sporen van ziekteverwekkers, die stapelgewassen infecteren en de oogstopbrengsten verwoesten.

Recent onderzoek in het Schmale Lab van Virginia Tech en het Jung Lab van Cornell University heeft uitgewezen hoe het opspatten van regendruppels sporen van ziekteverwekkers van geïnfecteerde planten kan transporteren. Het team gebruikte high-speed videocamera's om microscopisch kleine tornado's van roestsporen te observeren die werden gegenereerd door de impact van regendruppels op geïnfecteerde tarwebladeren. Hun bevindingen, die onlangs werden gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ), gevolgen hebben voor het voorkomen van de verspreiding van ziekten in tarwegewassen.

"Eerdere studies waren alleen gericht op nat verspreide sporen na inslag van regendruppels. We zijn de eersten die tornado-achtige luchtwervelingen aantonen die het gevolg zijn van regendruppelinslag. Deze microscopisch kleine tornado's kunnen helpen bij het transporteren van plantpathogenen over lange afstanden, " zei David G. Schmale III, Professor in de School of Plant and Environmental Sciences in het College of Agriculture and Life Sciences, en verbonden faculteitslid van het Fralin Life Science Institute.

De onderzoekers zetten experimenten op met behulp van een hogesnelheidsvideocamera om beelden vast te leggen van regendruppels die invloed hebben op tarweplanten die besmet zijn met de roestschimmel, Puccinia triticina. Deze experimenten werpen nieuw licht op de fysica van sporenverspreiding tijdens regenval.

"Interdisciplinair onderzoek is nodig om plantenpathologie en vloeistofmechanica te overbruggen om de mechanica van de verspreiding van plantpathogenen te bestuderen, " zei Hope Gruszewski, een Laboratorium Specialist Sr. in het Schmale Lab, en een co-auteur op het papier.

Deze voorheen onbekende methode van lucht-vortex-verspreiding is een wervelend mechanisme dat kan worden vergeleken met een mini-tornado van lucht die de plantpathogenen van de plant naar luchtstromen voert, met de mogelijkheid voor transport over veel grotere afstanden.

"Ons laboratorium is gespecialiseerd in high-speed beeldvorming en vloeistofmechanica. We gebruikten een high-speed videocamera om te visualiseren dat roestsporen vrijkomen uit een geïnfecteerd tarweblad. We zagen dat duizenden sporen in luchtwervelingen werden getransporteerd na de inslag van regendruppels. Dat was behoorlijk verrassend, " zei Sunghwan Jung, professor in de afdeling Biologische en Milieutechniek aan de Cornell University.

Het verspreidingsmechanisme van de luchtwerveling zou de abrupte toename van sporen in de atmosfeer onmiddellijk na grote regenval kunnen verklaren. Inzicht in de verspreiding van plantpathogenen tijdens regenval kan boeren helpen om de timing van het gebruik van fungiciden voor hun gewassen beter te beheren.

"Ons onderzoek heeft het potentieel om nieuwe strategieën te bieden voor het minimaliseren van de verspreiding van ziekten in tarwe, die ons zou kunnen helpen om aan toekomstige vraag naar tarweopbrengsten te voldoen, " zei Hyunggonpark, een doctoraat student in het Biological Transport-programma (BIOTRANS) aan Virginia Tech, mede geadviseerd door David Schmale, en een co-auteur op het papier.