Växtsjukdomar är ett stort hot mot vår livsmedelssäkerhet. Regn ger färskt vatten till våra grödor, men stänkande droppar kan också bidra till spridningen av växtsjukdom. Regndroppslag är känt för att vara en mekanism för att sprida mikroskopiska sporer av patogener, som infekterar stapelgrödor och förödande grödor.

Ny forskning i Schmale Lab vid Virginia Tech och Jung Lab vid Cornell University har belyst hur stänk av regndroppar kan transportera sporer av patogener från infekterade växter. Teamet använde höghastighetsvideokameror för att observera mikroskopiska tornados av rostsporer som genererades av inverkan av regndroppar på infekterade veteblad. Deras fynd, som nyligen publicerades i Förfaranden från National Academy of Sciences ( PNAS ), har konsekvenser för att förhindra spridning av sjukdomar i vetegrödor.

"Tidigare studier fokuserade bara på våtspridna sporer efter regndroppspåverkan. Vi är de första som har påvisat tornado-liknande luftvirvlar som härrör från regndropppåverkan. Dessa mikroskopiska tornados kan hjälpa till att transportera växtpatogener över långa avstånd, "sa David G. Schmale III, Professor vid skolan för växt- och miljövetenskap vid College of Agriculture and Life Sciences, och ansluten fakultetsmedlem vid Fralin Life Science Institute.

Forskarna inrättade experiment med en höghastighetsvideokamera för att fånga bilder av regndroppar som påverkar veteplantor infekterade med rostsvampen, Puccinia triticina. Dessa experiment kastar nytt ljus över sporspridningens fysik under nederbörd.

"Tvärvetenskaplig forskning behövs för att överbrygga växtpatologi och mekanism för att studera mekaniken för spridning av växtpatogener, sa Hope Gruszewski, en laboratoriespecialist i Schmale Lab, och en medförfattare på tidningen.

Denna tidigare okända metod för luftvirvelspridning är en virvlande mekanism som kan liknas vid en minitornado av luft som bär växtpatogenerna från växten och in på luftströmmar, med potential för transport över mycket längre sträckor.

"Vårt laboratorium är specialiserat på höghastighetsavbildning och vätskemekanik. Vi använde en höghastighetsvideokamera för att visualisera rostsporer som frigörs från ett infekterat veteblad. Vi såg tusentals sporer som transporterades i luftvirvlar efter regndroppar. Det var ganska förvånande, "sa Sunghwan Jung, professor vid institutionen för biologisk och miljöteknik vid Cornell University.

Luftvirvelns spridningsmekanism kan förklara abrupta ökningar av sporer i atmosfären omedelbart efter stora nederbördshändelser. Att förstå spridningen av växtpatogener under nederbörd kan hjälpa bönder att bättre hantera tidpunkten för fungicidapplikationer till sina grödor.

"Vår forskning har potential att tillhandahålla nya strategier för att minimera sjukdomsspridning i vete, vilket skulle kunna hjälpa oss att möta framtida krav på veteutbyte, "sade Hyunggon Park, en doktorsexamen student i programmet Biological Transport (BIOTRANS) vid Virginia Tech, råd av David Schmale, och en medförfattare på tidningen.