Gli agricoltori potrebbero presto essere in grado di identificare le malattie delle piante sul campo utilizzando un dispositivo portatile che si collega a uno smartphone. Sviluppato dai ricercatori della North Carolina State University, il dispositivo funziona campionando i composti organici volatili presenti nell’aria (VOCs) che le piante rilasciano attraverso le loro foglie.
Qingshan Wei professore assistente presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare della North Carolina State University, insieme ai colleghi ha lavorato alla realizzazione del dispositivo (lo studio è stato pubblicato su “Nature plants“), ha detto:
«Tutte le piante rilasciano VOCs mentre “respirano”, ma il tipo e la concentrazione di tali composti cambiano quando una pianta è malata. Ogni malattia ha il suo profilo distintivo di VOCs, quindi, misurando il tipo e la concentrazione di VOCs rilasciati dalla pianta, è possibile determinare se è malata e quale malattia ha.
Il nostro contributo è un dispositivo che può essere collegato a uno smartphone e utilizzato per eseguire rapidamente tali misurazioni VOCs sul campo».
Le attuali tecniche d’identificazione delle malattie si basano su analisi molecolari, richiedono ore di lavoro e devono essere eseguite in laboratorio. L’invio di un campione al laboratorio, dove il campione potrebbe dover aspettare giorni o settimane per essere analizzato, può ritardare l’identificazione della malattia.
Jean Beagle Ristaino scienziata americana professoressa di patologia vegetale, ha collaborato alla realizzazione del dispositivo, nel suo laboratorio lavora sulle malattie delle piante emergenti che minacciano la sicurezza alimentare globale, sull’epidemiologia e la genetica delle popolazioni dei patogeni delle piante ha detto:
«La nostra tecnologia aiuterà gli agricoltori a identificare più rapidamente le malattie, in modo che possano limitare la diffusione e i relativi danni alle colture. Ora siamo pronti a potenziare questa tecnologia».
Utilizzo del dispositivo portatile per identificare le malattie delle piante
Gli agricoltori per testare le loro colture, devono semplicemente prendere una foglia dalla pianta in questione e metterla in una provetta. La provetta con un tappo è poi chiusa per almeno 15 minuti per consentire l’accumulo dei pertinenti composti organici volatili presenti nell’aria (VOCs).
L’agricoltore trascorso il suddetto periodo dopo aver rimosso il tappo dalla provetta, utilizza un tubicino di plastica per pompare l’aria carica di VOCs in un dispositivo “lettore” collegato a uno smartphone (vedi immagine).
L’aria è pompata in una sezione del lettore che contiene una striscia di carta integrata con una serie di reagenti chimici che cambiano colore quando entrano in contatto con un gruppo chimico specifico. Valutando la colorazione risultante sulla striscia, gli utenti possono determinare la natura di qualsiasi malattia che può colpire la pianta.
Zheng Li professore assistente presso il Dipartimento di Agraria della North Carolina State University, tra i ricercatori che hanno costruito il dispositivo portatile, ha detto:
«Per far funzionare questa tecnologia, abbiamo dovuto sviluppare reagenti che potevano essere incorporati nelle strisce di carta. Circa la metà dei reagenti erano coloranti organici di serie, ma l’altra metà erano nanoparticelle d’oro che abbiamo funzionalizzato per rispondere a specifici gruppi chimici: queste nanoparticelle funzionalizzate ci permettono di essere più precisi nel rilevare vari tipi di VOCs».
Il professor Qingshan Wei ha aggiunto:
«Abbiamo anche dovuto progettare e costruire il dispositivo di lettura, perché non c’è niente di simile sul mercato».
I ricercatori nei test di “Prova di fattibilità” hanno dimostrato la capacità del dispositivo di rilevare e classificare dieci composti organici volatili presenti nell’aria (VOCs), fino al livello di parti per milione (ppm). Sono stati in grado di rilevare l’agente patogeno della peronospora (ha causato la Grande carestia irlandese) due giorni dopo che le piante di pomodoro sono state inoculate con l’agente patogeno.
I ricercatori hanno anche potuto distinguere la peronospora tardiva del pomodoro da altri due importanti agenti patogeni fungini che producono sintomi simili sulle foglie di pomodoro. Inoltre, nelle foglie di pomodoro con una precisione superiore al 95% hanno dimostrato di essere in grado di rilevare l’agente patogeno peronospora della patata e del pomodoro (Phytophthora infestans).
Il professor Qingshan Wei, in conclusione ha detto:
«Abbiamo dimostrato che la tecnologia funziona, ci sono due aree in cui potremmo renderla ancora migliore: in primo luogo, vorremmo automatizzare l’analisi dei modelli utilizzando il software per lo smartphone, il che renderebbe più facile per gli agricoltori determinare le malattie; in secondo luogo, prevediamo lo sviluppo di strisce di lettura personalizzate progettate per misurare i VOCs associati ad altre malattie specifiche di una data coltura.
Le diverse colture in differenti regioni sono esposte a varie minacce, potremmo sviluppare strisce di carta su misura per rispondere a queste specifiche preoccupazioni».