Una nueva tecnología portátil detecta las enfermedades de las plantas en el campo
Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado tecnología portátil que permite a los agricultores identificar enfermedades de las plantas en el campo. El dispositivo portátil, que se conecta a un smartphone, funciona muestreando los compuestos orgánicos volátiles (COV) en el aire que las plantas liberan a través de sus hojas.
Zheng Li, NC State University
"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 de firma de COVs. Por lo tanto, midiendo el tipo y la concentración de COV liberados por la planta, se puede determinar si una planta está enferma y -si está enferma- qué enfermedad tiene.
"Nuestra contribución aquí es la creación de un dispositivo que puede conectarse a un teléfono inteligente y utilizarse para realizar mediciones de COV rápidamente en el campo", dice Wei, quien también es miembro del cuerpo docente del grupo de Enfermedades de Plantas Emergentes y Seguridad Alimentaria Mundial de los estados de Carolina del Norte.
Las técnicas actuales de identificación de enfermedades se basan en ensayos moleculares, que tardan horas en realizarse y, lo que es más importante, deben realizarse en un laboratorio. Llevar una muestra al laboratorio, donde la muestra puede tener que esperar para ser examinada, puede retrasar la identificación de la enfermedad por días o semanas.
"Nuestra tecnología ayudará a los agricultores a identificar las enfermedades más rápidamente, para que puedan limitar la propagación de la enfermedad y los daños relacionados con los cultivos", dice Jean Ristaino, Profesor Distinguido de Patología Vegetal de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, coautor del documento y director del grupo. "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 en cuestión y colocarla en un tubo de ensayo. El tubo de ensayo se tapa durante al menos 15 minutos para permitir que se acumulen los COV pertinentes. Después de este período de incubación, se retira el tapón y el agricultor utiliza un tubo plástico estrecho para bombear el aire cargado de COV a un dispositivo "lector" conectado a un smartphone.
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 la tira, los usuarios pueden determinar la naturaleza de cualquier enfermedad vegetal que pueda estar afectando a la planta.
"Para que esta tecnología funcionara, tuvimos que desarrollar reactivos que pudieran incrustarse en las tiras de papel", dice Zheng Li, investigador postdoctoral de NC State y primer autor del trabajo. "Alrededor de la mitad de los reactivos eran tintes orgánicos disponibles en el mercado, pero la otra mitad eran nanopartículas de oro que hemos funcionalizado para responder a grupos químicos específicos. Estas nanopartículas funcionalizadas nos permiten ser más precisos en la detección de varios tipos de COV".
"También tuvimos que diseñar y construir el dispositivo lector, ya que no hay nada parecido en el mercado", dice Wei.
En pruebas de prueba de concepto, los investigadores demostraron la capacidad del dispositivo para detectar y clasificar 10 COV de plantas hasta el nivel de partes por millón. Pudieron detectar el patógeno del tizón tardío que causó la hambruna irlandesa dos días después de que las plantas de tomate fueron inoculadas con el patógeno. Los investigadores también podrían distinguir el tizón tardío del tomate de otros dos importantes patógenos fúngicos que producen síntomas similares en las hojas del tomate. Además, los investigadores demostraron que podían detectar el patógeno Phytophthora infestans en las hojas de tomate con una precisión superior al 95%.
"Hemos demostrado que la tecnología funciona", dice Wei. "Hay dos áreas en las que podríamos mejorarlo aún más. En primer lugar, nos gustaría automatizar el análisis de patrones utilizando software para el smartphone, lo que facilitaría a los agricultores la determinación de enfermedades.
"En segundo lugar, prevemos el desarrollo de tiras lectoras personalizadas que están diseñadas para medir los COV 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 a esas preocupaciones específicas.
"Este tipo de innovación es parte integral de los objetivos de la Iniciativa Estatal de Ciencias Vegetales de Carolina del Norte, cuyo objetivo es desarrollar nuevas tecnologías que mejoren la producción de alimentos a través de la ciencia interdisciplinaria", dice Wei.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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