Los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado una tecnología portátil que permite a los agricultores identificar enfermedades de las plantas en el campo. El dispositivo portátil, que está conectado a un teléfono inteligente, funciona al tomar muestras de los compuestos orgánicos volátiles VOC en el aire que las plantas liberan a través de suhojas.
"Todas las plantas liberan COV a medida que 'respiran', pero el tipo y la concentración de esos COV cambian cuando una planta está enferma", dice Qingshan Wei, profesor asistente de ingeniería química y biomolecular y autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo. "Cada enfermedad tiene su propio perfil característico de COV. Por lo tanto, al medir el tipo y la concentración de COV liberados por la planta, puede determinar si una planta está enferma y, si está enferma, qué enfermedad tiene.
"Nuestra contribución aquí es la creación de un dispositivo que pueda enchufarse a un teléfono inteligente y usarse para realizar esas mediciones de VOC rápidamente en el campo", dice Wei, quien también es miembro de la facultad de Enfermedades Vegetales Emergentes y Alimentos Globales de NC StateClúster de seguridad.
Las técnicas actuales de identificación de enfermedades se basan en ensayos moleculares, que tardan horas en realizarse y, lo más importante, deben hacerse en un laboratorio. Llevar una muestra al laboratorio, donde la muestra puede tener que esperar para ser analizada, puederetrasar la identificación de la enfermedad en días o semanas
"Nuestra tecnología ayudará a los agricultores a identificar enfermedades más rápidamente, para que puedan limitar la propagación de la enfermedad y el daño relacionado a los cultivos", dice Jean Ristaino, profesor distinguido William Neal Reynolds de fitopatología en NC State, coautor del artículoy director del clúster: "Ahora estamos listos para ampliar la tecnología".
Así es como funciona la tecnología. Si un agricultor sospecha que una planta puede estar enferma, puede tomar una hoja de la planta correspondiente y colocarla en un tubo de ensayo. El tubo de ensayo se tapa durante al menos 15 minutos parapermita que se acumulen los VOC relevantes. Después de este período de incubación, se retira la tapa y el agricultor usa un tubo de plástico estrecho para bombear el aire cargado de VOC en un dispositivo "lector" conectado a un teléfono inteligente.
El aire se bombea a una cámara en el lector que contiene una tira de papel. El papel está incrustado con una serie de reactivos químicos que cambian de color cuando entran en contacto con un grupo químico específico. Al evaluar el patrón de color resultante en eltira, los usuarios pueden determinar la naturaleza de cualquier enfermedad de la planta que pueda estar afectando la planta.
"Para que esta tecnología funcione, tuvimos que desarrollar reactivos que pudieran incrustarse en las tiras de papel", dice Zheng Li, investigador postdoctoral en NC State y primer autor del artículo. "Aproximadamente la mitad de los reactivos estaban fuera decolorantes orgánicos de venta libre, pero la otra mitad eran nanopartículas de oro que funcionalizamos para responder a grupos químicos específicos. Estas nanopartículas funcionalizadas nos permiten ser más precisos en la detección de varios tipos de VOC ".
"También tuvimos que diseñar y construir el dispositivo lector, ya que no hay nada igual en el mercado", dice Wei.
En las pruebas de prueba de concepto, los investigadores demostraron la capacidad del dispositivo para detectar y clasificar 10 VOC de plantas hasta el nivel de partes por millón. Pudieron detectar el patógeno del tizón tardío que causó la hambruna irlandesa dos días despuésLas plantas de tomate se inocularon con el patógeno. Los investigadores también pudieron distinguir el tizón tardío del tomate de otros dos patógenos fúngicos importantes que producen síntomas similares en las hojas de tomate. Además, los investigadores demostraron que podían detectar el patógeno Phytophthora infestans en hojas de tomate con más del 95%exactitud.
"Hemos demostrado que la tecnología funciona", dice Wei. "Hay dos áreas en las que podríamos hacerlo aún mejor. Primero, nos gustaría automatizar el análisis de patrones usando el software para el teléfono inteligente, lo que facilitaríapara que los agricultores hagan determinaciones de enfermedades.
"Segundo, imaginamos el desarrollo de tiras de lectura personalizadas que están diseñadas para medir los VOC asociados con otras enfermedades específicas de un cultivo determinado. Diferentes cultivos en diferentes regiones enfrentan diferentes amenazas, y podríamos desarrollar tiras de papel que se adapten para abordaresas preocupaciones específicas.
"Este tipo de innovación es una parte integral de los objetivos de la Iniciativa de Ciencias Vegetales del Estado de Carolina del Norte, cuyo objetivo es desarrollar nuevas tecnologías que mejoren la producción de alimentos a través de la ciencia interdisciplinaria", dice Wei.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Original escrito por Matt Shipman. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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