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康奈尔大学新闻

叶子周围的“微小龙卷风”传播致命的植物病原体

当雨滴击中感染锈病的小麦植物的叶子时,锈病是一种致病性孢子,在全球范围内摧毁了农作物,叶子会飘动,产生微小的空气漩涡,分散孢子,最终可能感染健康的植物。

1月31日出版的《科学进展》(Science Advances)杂志上描述了使用高速摄像机对这种效应的分析,这可能是设计一种策略的第一步,以帮助减少病原体(不仅是孢子,还包括细菌、卵菌和病毒)从叶子上传播。

每年约有20%的小麦因各种病害而损失,其中许多病害是通过空气传播的。例如,空气传播的小麦锈病孢子可能会被洲际风吹走,并穿越大陆甚至海洋,使疾病控制变得困难。这是第一项从源头上分析孢子扩散的研究,其中雨滴摇晃柔性叶子以最初分散病原体。

通过对高速摄像机镜头进行理论分析,研究人员能够预测孢子的轨迹以及它们如何通过振动的叶子产生的旋转运动进行。

“这有点像空中的一个小龙卷风,”该论文的通讯作者、农业与生命科学学院生物与环境工程系教授兼研究生主任Sunghwan Jung说。Jung实验室的博士生Zixuan Wu是该论文的第一作者。

为了进行分析,Jung及其同事借用了通常用于研究地球物理流动的技术,这些流动是大规模的海洋和大气气流。专门研究流体力学的科学家希望预测海洋中较大漩涡的模式,以了解石油泄漏等事件的去向。研究人员可能希望跟踪空气中的烟雾或空气污染。该研究的作者采用了这些分析技术,并将它们缩小了几个数量级,以了解和预测他们在弹跳的小麦叶周围的空气中发现的漩涡。

“我们描述了这些漩涡运动的幅度,然后它们何时形成以及孢子如何移动,所以一切都是可以预测的,”荣格说。

该研究是采用通常封闭在专业领域内的技术并将其应用于其通常应用之外的一个例子。

由于使用实际活孢子的限制,研究人员使用微型空心玻璃颗粒来模拟孢子。他们使用他们的方法来更好地了解有多少孢子可能从叶子上脱落,它们可能去哪里以及它们如何远离受感染的植物。最终,这项研究可能会为未来的研究提供信息,这些研究找到了一种从源头上防止孢子感染健康植物的方法。

“我们还无法找到解决方案,”荣格说。“但是,如果我们能以某种方式控制叶子周围的这些涡旋结构,那么我们就可以减少孢子向新植物的传播。

马克·索雷尔斯(Mark Sorrells)是综合植物科学学院植物育种和遗传学系(CALS)的教授,是合著者。南达科他州立大学的Saikat Basu,韩国釜山国立大学的Seungho Kim和迈阿密大学的Francisco Beron-Vera也是合著者。

该研究由美国国家科学基金会资助。

新闻旨在传播有益信息,英文版原文来自 https://news.cornell.edu/stories/2024/01/tiny-tornadoes-around-leaves-spread-deadly-plant-pathogens