随着全球人口超过80亿，生产足够食品的紧迫性加剧。荷兰是全球第二大食品出口国，成功种植多种作物。然而，下霜霉等植物病害给农民的产量带来了严重风险。研究人员现在创造了一种突破性的方法，能够实时检测植物感染而不伤害植物。这一进展将有助于开发抗病的新作物品种，从而提升产量并减少农药的使用。
随着全球人口超过80亿，确保食品生产满足需求变得愈加重要。荷兰是全球第二大食品出口国，以有效种植多种作物而闻名。然而，植物疾病，尤其是下霜霉，可能严重影响收成。代尔夫特理工大学的研究人员推出了一种创新技术，可以实时监测植物感染，而不损害植物。这种进展将支持培育新的抗病作物品种，从而提高产量并降低对农药的依赖。这些发现已发表在《自然通讯》上。
抗病作物
生菜农民倾向于选择抗多种疾病的品种，包括导致叶片出现黄色或棕色斑点的下霜霉。代尔夫特理工大学的科学家们研究了生菜中的下霜霉感染，这种作物的感染迹象通常出现得较晚。“虽然一些生菜品种对下霜霉具有抗性，但病原体不断进化出新的菌株，就像冠状病毒一样，这让科学家和育种者在开发新的抗性品种的过程中面临着持续的挑战，”进行这项研究的物理学家乔斯·德·维特解释道，他与乌特勒支大学的生物学家们共同进行了研究。
实时追踪
在培育更具抗性的生菜等作物方面，代尔夫特理工大学和乌特勒支大学的研究人员首创了一种可视化常见植物感染的方法。这种技术允许在不牺牲植物的情况下进行成像，并且比传统显微镜方法显著更快。“以前，研究人员需要在每个阶段破坏一株植物，施加染料，然后在显微镜下进行分析，”影像物理学副教授杰罗恩·卡尔克曼说。“现在，借助这项新型成像技术，我们能够实时观察病害在活植物中的进展。”
提高产量
植物科学家通常不知道感染在植物内部是如何演变的，以及什么因素导致某些作物显示出的抗性。这个新设备提供了有价值的见解，促进了增强抗多种疾病作物的开发。“这些抗性强的作物所需的农药更少，更能抵抗恶劣天气，最终提供显著更高的产量。这意味着在未来，我们可以为全球更多的人提供食物，”卡尔克曼强调。
植物疾病的映射
“我们所使用的方法叫做动态光学相干断层成像（dOCT），”德·维特解释道。“它通过发出光并测量光反弹所需的时间来工作，类似于超声波，但使用光而不是声音。在仅仅一分钟半的时间内，我们可以捕捉到大约50到100张受感染生菜叶子的图像。我们可以有效地追踪植物疾病，因为病原体的运动比植物细胞的运动更为明显。通过根据它们的运动为区域着色，我们可以在病原体和植物之间创造明显的对比。在没有dOCT的情况下，疾病的表征只能在之后很长时间才会显现。”
实用工具
除了生菜之外，研究人员还确认他们的技术适用于其他作物，包括受寄生线虫影响的萝卜和胡椒。这一方法需要更多研究以精炼成一个适合非技术背景生物学家使用的便捷工具。卡尔克曼表示：“我热衷于推动这项研究，以高效连接技术和生物学。”
这项研究是与乌特勒支大学的吉多·范·登·阿克尔维肯团队以及总部位于荷兰德利尔的蔬菜和水果育种公司Rijk Zwaan合作进行的。
