弗吉尼亚理工大学的研究人员发现，小麦植物“打喷嚏”可以极大地影响孢子传播疾病的蔓延，例如小麦叶锈病，这可能导致美国作物产量损失高达20%或更高，平均损失更高在欠发达的农业国家。
这项研究发表于6月19日，刊登在英国皇家学会界面杂志的封面上，是美国农业部国家食品和农业研究所从中获得的一项为期三年的研究的一部分，用于研究小麦病原体的传播。雨水飞溅和水滴凝结。
工程学院机械工程助理教授Jonathan Boreyko是该项资助的联合首席研究员，农业与生命科学学院植物病理学，生理学和杂草科学教授David Schmale是该研究的主要研究者。近500,000美元的项目。
“Schmale教授已经看到了我们在冷凝方面所做的一些工作，并且很想知道我们可以从中了解到小麦叶片上的凝结，”Boreyko说。“该项目没有任何期望，但人们已经知道雨水和风会导致致病孢子从植物中移除并传播给其他人，我们想知道凝结是否也可能在孢子散布中发挥作用“。
参与研究的学生被告知不要期望在他们的凝结测试中跳跃水滴，因为已知液滴仅发生在特定表面上，即通常与异常材料相关的超疏水表面，例如荷叶和壁虎皮。超疏水表面是不润湿的，并且当球形冷凝物生长时，液滴合并在一起以释放表面张力，表面张力被转换成动能，从而将它们从表面推进。
“从概念上讲，植物正在做的是打喷嚏，”Boreyko说。“以每小时100次或更多的速度跳跃的水滴是从表面猛烈排出的露水。它对植物有好处，因为它从自身去除孢子，但它很糟糕，因为像人类打喷嚏一样，液体小水滴正在相邻的植物上发现。像感冒一样，很容易看出一株受感染的植物如何在整个作物中传播疾病。“
该论文由Boreyko实验室的工程力学研究生Saurabh Nath和Farzad Ahmadi共同撰写，表明跳跃的液滴可以大大增加疾病孢子的传播。
“我们想知道，首先是凝结水滴是否能携带孢子，而90%的水滴只携带一个孢子，我们已经看到液滴携带多达11个的情况，”Ahmadi说。“我们还研究了孢子可以跳多高，以及它们是否可以越过叶子的边界层。”
边界层约为1毫米厚，是叶子表面附近的空气区域，风不会影响液滴。如果来自合并的动能将跳跃液滴移动到边界层之上，则可以通过风来获取液滴。根据风速，液滴可以移动很远，包括相邻的田地或农场。
“使用水敏纸，我们测量了液滴可以跳多高，”艾哈迈迪说。“纸上的蓝点显示了一滴液滴，红点显示了孢子，因此通过这种方式我们可以计算出液滴中孢子的高度和数量。”
Ahmadi测试中的液滴通常从叶子表面跳跃2-5毫米，远远高于风所需的距离，以便重新沉积在其他地方。
“重要的是要意识到这些液滴的尺寸是微观的，”Boreyko解释说。“每根水滴的大小与人类头发的厚度差不多 - 大约50微米 - 所以这一切都发生在我们没有注意到的规模上。每秒0.1米的风可以支撑跳跃的重量而直接在叶子上的水滴需要每秒10米的风速 - 要被移除的强度要高100倍。一旦它在风中，假设没有限制它可以携带多远。“
携带水滴所需的低风速意味着孢子缠绕的露珠会在很大范围内对作物健康产生很大影响。“我们现在知道风雨并不是作物中疾病传播的唯一因素，”Boreyko说。
Boreyko和他的团队继续进行实验的下一阶段是观察风能携带孢子水滴的距离。使用水敏纸散布在与小麦叶片不同的距离，该团队将使用风扇模拟风和收集液滴和孢子散布的数据。