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Detectar el tizón del tomate con un teléfono inteligente


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.


por North Carolina State University


El dispositivo de mano, que está conectado a un teléfono inteligente, funciona muestreando los compuestos orgánicos volátiles en el aire (VOC) que las plantas liberan a través de sus hojas.

«Todas las plantas liberan COV cuando» 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 distintivo de COV. Por lo tanto, al medir el tipo y la concentración de COV que libera 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 se puede conectar a un teléfono inteligente y utilizar para realizar esas mediciones de COV rápidamente en el campo», dice Wei, quien también es miembro del cuerpo docente del grupo de Enfermedades de las Plantas Emergentes del Estado 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 analizada, puede demorar la identificación de la enfermedad por días o semanas.

«Nuestra tecnología ayudará a los agricultores a identificar enfermedades con mayor rapidez, para que puedan limitar la propagación de la enfermedad y el daño relacionado con los cultivos», dice Jean Ristaino, William Neal Reynolds, Profesor Distinguido de Fitopatología en el Estado de Carolina del Norte, coautor del documento y director del cluster. «Ahora estamos listos para ampliar la tecnología».

Así es como funciona la tecnología. Si un agricultor sospecha que una planta puede estar enferma, él o ella puede tomar una hoja de la planta correspondiente y colocarla en un tubo de ensayo. Luego se tapa el tubo de ensayo durante al menos 15 minutos para permitir que se acumulen los COV pertinentes. Después de este período de incubación, se retira la tapa y el agricultor utiliza un tubo de plástico estrecho para bombear el aire cargado de COV a un dispositivo «lector» conectado a un teléfono inteligente.

Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado un dispositivo de mano que se puede conectar a un teléfono inteligente para que los agricultores puedan identificar las enfermedades de las plantas en el campo. El dispositivo de mano, que está conectado a un teléfono inteligente, funciona muestreando los compuestos orgánicos volátiles transportados por el aire que las plantas liberan a través de sus hojas. 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. Luego se tapa el tubo de ensayo durante al menos 15 minutos para permitir que se acumulen los COV pertinentes. Después de este período de incubación, se retira la tapa y el agricultor utiliza un tubo de plástico estrecho para bombear el aire cargado de COV a 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 la tira, los usuarios pueden determinar la naturaleza de cualquier enfermedad de la planta que pueda estar afectando a la planta. Crédito: Zheng Li, Universidad Estatal de Carolina del Norte

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 de la planta que pueda estar afectando a la planta.

«Para que esta tecnología funcionara, tuvimos que desarrollar reactivos que pudieran integrarse en las tiras de papel», dice Zheng Li, investigador postdoctoral en NC State y primer autor del documento. «Alrededor de la mitad de los reactivos eran colorantes orgánicos disponibles, 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 COV».

«También tuvimos que diseñar y construir el dispositivo lector, ya que no hay nada igual en el mercado», dice Wei.

En 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 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 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% de precisión.

«Hemos demostrado que la tecnología funciona», dice Wei. «Hay dos áreas en las que podríamos mejorarlo. Primero, nos gustaría automatizar el análisis de patrones utilizando software para el teléfono inteligente, lo que facilitaría a los agricultores hacer determinaciones de enfermedades .

«En segundo lugar, prevemos el desarrollo de tiras de lectura personalizadas que están diseñadas para medir los COV asociados con otras enfermedades específicas de un cultivo determinado. Los diferentes cultivos en diferentes regiones enfrentan diferentes amenazas, y podríamos desarrollar tiras de papel que estén diseñadas para abordar aquellas específicas preocupaciones

«Este tipo de innovación es una parte integral de los objetivos de la Iniciativa de Ciencias de las Plantas del Estado de Carolina del Norte, que apunta a desarrollar nuevas tecnologías que mejorarán la producción de alimentos a través de la ciencia interdisciplinaria», dice Wei.


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