隨著全球人口超過80億，生產(chǎn)足夠糧食的挑戰(zhàn)變得越來越緊迫。荷蘭是世界第二大糧食出口國，有效地種植了各種各樣的作物。然而，霜霉病等植物病害構(gòu)成了重大威脅，可能會破壞農(nóng)民的收成。

來自代爾夫特理工大學(xué)的荷蘭研究人員已經(jīng)開發(fā)出了有史以來第一個實(shí)時監(jiān)測植物感染的方法，而不需要摧毀它們。這一知識將有助于培育新的抗性作物，提高產(chǎn)量，同時減少農(nóng)藥的使用。研究結(jié)果發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

抗性作物

種植生菜的農(nóng)民更喜歡抗各種疾病的品種，包括霜霉病，這是一種常見的植物疾病，會導(dǎo)致葉子上表面出現(xiàn)黃色或棕色斑點(diǎn)。代爾夫特大學(xué)的科學(xué)家們調(diào)查了萵苣的霜霉病感染，這種植物的感染通常只在它們的后期才可見。

“確實(shí)有萵苣品種對霜霉病有抗性，但與冠狀病毒類似，這種疾病不斷演變成新的變種，仍然可以感染抗性植物。這迫使科學(xué)家和育種者不斷競爭，開發(fā)新的抗性作物，以應(yīng)對不斷發(fā)展的疾病，”物理學(xué)家Jos de Wit解釋說，他與烏得勒支大學(xué)的生物學(xué)家合作進(jìn)行博士研究。

實(shí)時跟蹤

為了培育能更好抵御疾病的生菜等作物，代爾夫特理工大學(xué)和烏得勒支大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種方法，可以對常見的植物感染進(jìn)行成像。這是第一次可以在不殺死植物的情況下完成，而且比傳統(tǒng)的顯微鏡技術(shù)快得多。

成像物理學(xué)副教授Jeroen Kalkman說:“到目前為止，研究人員在這個過程中的每一步都必須殺死一棵植物，給它染色，然后在顯微鏡下檢查它?！薄艾F(xiàn)在，有了這種新的成像技術(shù)，我們可以實(shí)時跟蹤一種疾病是如何在活的植物中發(fā)展的?！?/p>

更高的收益

植物科學(xué)家通常不知道感染是如何在植物內(nèi)部進(jìn)行的，也不知道是什么讓某些作物對病原體不敏感。這種新儀器提供了見解，有助于種植對各種疾病具有更廣泛抗性的作物。

“這些作物需要更少的農(nóng)藥，能夠更好地抵御極端天氣條件，最終產(chǎn)量更高。這意味著，從長遠(yuǎn)來看，地球上可以養(yǎng)活更多人，”卡爾克曼指出。

植物病害制圖

“我們使用的技術(shù)被稱為動態(tài)光學(xué)相干斷層掃描(dOCT)，”德威特說?！八òl(fā)射光并測量光反射回來所需的時間，類似于超聲波，但使用光而不是聲音?！痹谝幻氚氲臅r間里，我們可以捕捉到大約50到100張被感染生菜葉子的圖像。

“我們可以用dOCT有效地繪制植物病害圖，因為病原體比植物細(xì)胞移動得更多。通過給運(yùn)動較多的區(qū)域分配顏色，我們可以在病原體和植物之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的對比。如果沒有dOCT，這種疾病只能在很晚的階段才會顯現(xiàn)出來?！?/p>

除了萵苣，研究人員還證明了他們的儀器也適用于其他作物，比如攜帶寄生蛔蟲的蘿卜和辣椒。然而，要使這項技術(shù)成為沒有技術(shù)背景的生物學(xué)家的一種用戶友好的工具，還需要進(jìn)一步的研究。Kalkman說:“我渴望繼續(xù)這項研究，以彌合技術(shù)和生物學(xué)之間的差距?！?/p>