观察“微型龙卷风”传播植物病原体

病原体和细菌不仅会使人类和动物患病。细菌和真菌引起的疾病会破坏各种植物。一种对植物特别有害的致病真菌叫做铁锈。这种铁锈不同于金属上的铁锈，但它的颜色类似鲜红色、橙色、黄色和棕色，会破坏更具装饰性的植物的外观。重要的是，它还会毁掉包括小麦和大麦在内的重要作物。

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锈病和新冠病毒一样，都是通过空气传播的，它通过孢子细胞传播到健康植物中。了解这些孢子如何移动是设计更好的植物保护方法的关键。1 月 31 日发表在《科学进展》杂志上的一项研究利用高速摄像机分析了植物孢子是如何传播的。它揭示了微小的“龙卷风”如何将病原体从受感染的植物传播到健康的植物。

当雨滴落在感染锈病的小麦叶片上时，叶片会颤动，形成微小的空气旋涡，从而将孢子传播到周围。就像打喷嚏或咳嗽时产生的病毒颗粒一样，它们可以感染健康的植物。

在这项研究中，康奈尔大学的团队使用高速摄像机分析了这一过程。这可能是设计一种策略来帮助减少病毒、细菌和卵菌真菌等病原体从植物叶子传播的一步。

拍摄的镜头使团队能够预测孢子的轨迹以及它们如何被叶子产生的旋风式涡流携带。该团队使用了通常用于研究地球物理流动的技术——大规模海洋和大气气流，如急流。他们将这些气流缩小了几个数量级，以了解和预测弹跳的小麦叶周围空气中的漩涡。

“这就像空中的一场小型龙卷风，”研究报告的共同作者、康奈尔大学生物物理学家 Sunghwan Jung 在一份声明中说道。“我们描述了这种旋转运动的幅度，以及它们何时形成以及孢子如何移动，所以一切都是可以预测的。”

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由于活孢子实验受到限制，研究小组使用微型空心玻璃颗粒来模拟真实孢子。这种方法帮助他们判断一片叶子上可能掉落多少孢子、它们可能飞向哪个方向以及它们如何离开受感染的植物。

研究小组希望这项研究的数据能够帮助开发新的方法，防止孢子感染健康植物，并直接进入孢子传播的源头。

“我们目前还不能找到解决办法，”荣格说。“但如果我们能以某种方式控制叶子周围的这些涡流结构，那么我们就能减少孢子向新植物的传播。”