Boeren kunnen straks een potentieel verwoestende aardappelziekte in een vroeg stadium detecteren met een eenvoudig teststrookje dat je in een smartphone prikt. Het systeem, ontwikkeld aan een Amerikaanse universiteit, maakt vroeg ingrijpen mogelijk, waardoor de oogst kan worden gered.

Berucht is de grote Ierse hongersnood die rond 1845 het land trof, vele doden opleverde, evenals een stroom Ieren die het land verlieten om hun geluk elders te vinden. In het Engels heet deze hongersnood ook wel de Potato Famine, de Aardappelhongersnood. Hij werd dan ook veroorzaakt door de aardappelziekte (Phytophthora infestans), een op schimmel lijkend organisme dat een aardappelplant kan infecteren.

Ook tegenwoordig komt de ziekte nog voor en de verliezen als gevolg ervan lopen jaarlijks in de miljarden, zo wordt geschat. Met name kleine boeren en biologische telers hebben er last van, omdat zij minder middelen tot hun beschikking hebben om de ziekte te herkennen en te behandelen.

Nu schieten onderzoekers van North Carolina State University, in de Verenigde Staten, te hulp. Zij ontwikkelden een betaalbare test die kan laten zien dat een aardappelplant ziek is, nog voordat hij zichtbare kenmerken van die ziekte ontwikkelt. Details beschrijven ze in een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Plants, dat afgelopen maandag verscheen.

 

Foto Zheng Li, North Carolina State University.


Bladeren

De test werkt op basis van de chemische stoffen die vrijkomen uit de bladeren van de plant, zogeheten volatile organic compounds. Dit zijn subtiele geurstoffen, te vergelijken met de feromonen die mensen afgeven. ‘Als een plant ziek is, verandert de samenstelling van dat mengsel van gasvormige stoffen’, vertelde bio-ingenieur Qingshan Wei aan de New York Times. Door dit emissieprofiel van stoffen te bepalen, kan een boer beoordelen of een plant ziek is of gezond.
 

Glazen potje

Als de agrariër vermoedt dat zijn aardappelplanten ziek zijn, haalt hij daar een blaadje vanaf en stopt dat in een afgesloten glazen potje. Na een kwartier wachten hebben de organische componenten zich opgehoopt in het potje. Nu wordt deze lucht naar een meetkamer gepompt, die vastzit aan een smartphone.

In deze meetkamer zit een strookje papier dat geprepareerd is met speciale verven en sensoren gebaseerd op nanodeeltjes. Afhankelijk van de stoffen die aanwezig zijn, verandert een stip van kleur; vergelijk het met een zwangerschapstest. Zo wordt duidelijk wat het profiel is van de aan de bladeren ontsnapte gassen, en of de plant ziek is of gezond.
 

Schematische weergave van het meetapparaatje dat de aardappelziekte detecteert. Het meetstrookje wordt in een speciaal ontworpen opzetstuk voor een smartphone gestopt. Daar valt het licht van de flitser van de telefoon op de gekleurde stippen. De camera maakt een foto van deze stippen en de software die draait op de telefoon analyseert de kleuren. Hieruit volgt het profiel van de gemeten geurstoffen, en volgt dus of de betreffende plant gezond of ziek is. Illustratie Li et al., Nature Plants, 2019.


Vroeg stadium

Het nieuw ontwikkelde systeem werkt, zo hebben Wei en collega’s laten zien. Uit hun tests blijkt dat hun meetsysteem bij tien verschillende geurstoffen veranderingen kan detecteren.

En niet alleen dat; dit lukte ook nog eens in een vroeg stadium, namelijk twee dagen nadat de planten waren besmet met de aardappelziekte. Op dat moment waren de gevolgen van de ziekte nog helemaal niet zichtbaar op de plant. Ook bleek dat de nieuwe test onderscheid kan maken tussen de aardappelziekte en andere ziektes onder aardappelen en tomatenplanten.
 

Wachttijd van dagen

Momenteel moeten boeren hun bladeren nog naar een gespecialiseerd laboratorium sturen voor een test. Dit is duurder en de wachttijd – van vaak dagen – vergroot de kans dat de ziekte zich kan ontwikkelen en uitbreiden, wat tot nog meer kosten voor de boer leidt. ‘Onze test gebruikt een ding dat boeren toch al in hun zak hebben: hun smartphone’, aldus Wei tegen de New York Times.
 

Andere ziektes

De test is een prototype, die ongeveer 60 dollar (55 euro) kostte om te maken; de kosten zitten hem met name in het 3D-printen van het frame dat aan de smartphone vastzit en waar in het teststrookje zit. Dat strookje zelf kost – na ontwikkeling van de gevoelige stoffen – maar een paar cent. Nu duidelijk is dat het prototype potentie heeft, willen de onderzoekers hem verder ontwikkelen zodat hij ook andere ziektes kan detecteren.


Openingsfoto Rasbak / CC BY-SA 3.0