Imagem de dispersão de vórtice de ar de patógeno de planta. O valor We representa a velocidade do impacto e a tensão superficial da água. Foto cortesia do Hyunggon Park. Crédito:Virginia Tech
As doenças das plantas são uma ameaça significativa à nossa segurança alimentar. A chuva fornece água doce para nossas plantações, mas respingos de gotas também podem contribuir para a disseminação de doenças em plantas. O impacto da gota de chuva é conhecido por ser um mecanismo de dispersão de esporos microscópicos de patógenos, que infectam as colheitas básicas e devastam os rendimentos das colheitas.
Uma pesquisa recente no Schmale Lab na Virginia Tech e no Jung Lab na Cornell University iluminou como o respingo de gotas de chuva pode transportar esporos de patógenos de plantas infectadas. A equipe usou câmeras de vídeo de alta velocidade para observar tornados microscópicos de esporos de ferrugem gerados pelo impacto de gotas de chuva nas folhas de trigo infectadas. Suas descobertas, que foram publicados recentemente no Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), têm implicações na prevenção da propagação de doenças nas safras de trigo.
"Estudos anteriores focaram apenas em esporos dispersos úmidos após o impacto de uma gota de chuva. Somos os primeiros a demonstrar vórtices de ar semelhantes a tornados que resultam do impacto de uma gota de chuva. Esses tornados microscópicos podem ajudar a transportar patógenos de plantas por longas distâncias, "disse David G. Schmale III, Professor da Escola de Ciências Vegetais e Ambientais da Faculdade de Agricultura e Ciências da Vida, e membro do corpo docente afiliado do Fralin Life Science Institute.
Os pesquisadores montaram experimentos usando uma câmera de vídeo de alta velocidade para capturar imagens de gotas de chuva atingindo plantas de trigo infectadas com o fungo da ferrugem, Puccinia triticina. Esses experimentos lançam uma nova luz sobre a física da dispersão de esporos durante a chuva.
"A pesquisa interdisciplinar é necessária para estabelecer uma ponte entre a patologia das plantas e a mecânica dos fluidos para estudar a mecânica da dispersão dos patógenos das plantas, "disse Hope Gruszewski, um especialista de laboratório sênior no Schmale Lab, e um co-autor no artigo.
Este método até então desconhecido de dispersão de vórtice de ar é um mecanismo de turbilhão que pode ser comparado a um mini-tornado de ar que carrega os patógenos vegetais para fora da planta e para as correntes de ar, com potencial para transporte em distâncias muito maiores.
"Nosso laboratório é especializado em imagens de alta velocidade e mecânica de fluidos. Usamos uma câmera de vídeo de alta velocidade para visualizar esporos de ferrugem sendo liberados de uma folha de trigo infectada. Observamos milhares de esporos sendo transportados em vórtices de ar após o impacto de uma gota de chuva. surpreendente, "disse Sunghwan Jung, professor do Departamento de Engenharia Biológica e Ambiental da Cornell University.
Microscopia de alta resolução de esporos de ferrugem em uma planta de trigo (direita). O valor We representa a velocidade do impacto e a tensão superficial da água. Fotos cortesia do Hyunggon Park. Crédito:Virginia Tech
O mecanismo de dispersão de vórtice de ar poderia explicar aumentos abruptos de esporos na atmosfera imediatamente após grandes eventos de chuva. Compreender a propagação de patógenos de plantas durante as chuvas pode ajudar os agricultores a gerenciar melhor o momento de aplicação de fungicidas em suas lavouras.
"Nossa pesquisa tem o potencial de fornecer novas estratégias para minimizar a propagação de doenças no trigo, o que poderia nos ajudar a atender às demandas futuras de produção de trigo, "disse Hyunggon Park, um Ph.D. estudante do programa de Transporte Biológico (BIOTRANS) na Virginia Tech, co-aconselhado por David Schmale, e um co-autor no artigo.
