Des chercheurs de l'Interdisciplinary Research Group (IRG) of Disruptive and Sustainable Technologies for Agricultural Precision (DiSTAP) de la Singapore-MIT Research and Technology Alliance (SMART), la société de recherche du MIT à Singapour et le Science Laboratory of Temasek Life (TLL) a découvert une utilisation de la spectroscopie Raman pour la détection précoce du syndrome d'évitement de l'ombre (SAS) chez les plantes. La découverte peut aider les agriculteurs à intervenir en temps opportun contre SAS, ce qui améliore la santé des plantes et les rendements des cultures.

SAS est une réponse adaptative et un phénomène irréversible, où les plantes recherchent plus de lumière pour surmonter les conditions d'ombre. Il est couramment observé chez les plantes à l'ombre végétative, ce qui nuit à la santé des plantes, car cela entraîne un certain nombre de problèmes, notamment des obstacles au développement des feuilles, une floraison précoce et un affaiblissement de la structure et du système immunitaire de la plante. .

Par conséquent, la détection précoce de SAS est la clé d'une agriculture durable et de meilleurs rendements agricoles. Cependant, les méthodes existantes de détection des SAS dans les usines se limitent à l'observation des changements structurels, ce qui rend difficile la détection précoce des SAS.

Dans un article intitulé « Réponse rapide des métabolites dans le limbe et le pétiole comme marqueur du syndrome d'évitement de l'ombre » publié dans la prestigieuse revue Plant Methods, les scientifiques de SMART DiSTAP et TLL expliquent leur nouvelle façon de détecter le SAS dès le début, permettant aux agriculteurs d'intervenir dans temps pour prévenir les effets irréversibles du SAS. L'équipe a construit un instrument de spectroscopie Raman de paillasse qui permet de mesurer les niveaux de caroténoïdes dans les plantes, ce qui peut indiquer si une plante est atteinte de SAS.

"Nos expériences avec la spectroscopie Raman ont détecté une diminution de la teneur en caroténoïdes des plantes porteuses de SAS", a déclaré le Dr Gajendra Pratap Singh, co-auteur de l'article et directeur scientifique et chercheur principal de DiSTAP. "Alors que les plantes exposées plus longtemps à l'ombre ont développé un SAS plus sévère, ces changements morphologiques n'ont été observés qu'après un à trois jours. Cependant, les changements dans les intensités maximales des caroténoïdes ont été détectés beaucoup plus tôt, avec seulement quatre heures de traitement à l'ombre.

La spectroscopie Raman et le pic caroténoïde Raman permettent une détection précoce du syndrome d'évitement de l'ombre (SAS) dans (a) la plante modèle Arabidopsis thaliana et (b) les légumes à feuilles Kai Lan et Choy Sum. Diagrammes adaptés de Sng et al., 2020. Plant Methods 16: 144. Crédit: SMART

En utilisant la spectroscopie Raman, les scientifiques peuvent mesurer de manière non destructive la teneur en caroténoïdes dans les feuilles des plantes et ont découvert sa corrélation avec la gravité du SAS et comme biomarqueur maximal pour un diagnostic précoce. Cela réduit le temps de détection des SAS de quelques jours à quelques heures. La méthode peut également être utilisée pour détecter les SAS dans les plantes en raison de plantations à haute densité et peut être particulièrement utile pour améliorer les pratiques agricoles urbaines.

"Nous avons mené nos expériences avec diverses plantes comestibles, y compris des légumes asiatiques couramment consommés tels que Kai Lan et Choy Sum", a déclaré M. Benny Jian Rong Sng, co-auteur de l'article et étudiant au doctorat dans le groupe du Dr In-In. Cheol Jang. à TLL et au Département des sciences biologiques de l'Université nationale de Singapour. « Nos résultats ont montré que la spectroscopie Raman peut être utilisée pour détecter le SAS, induit par l'ombre et par des plantations à haute densité. Quelle que soit la culture vivrière, cette technologie peut être appliquée pour améliorer l'agriculture et répondre aux besoins nutritionnels de la population croissante d'aujourd'hui."

Le Dr In-Cheol Jang, chercheur principal de TLL et DiSTAP, qui a dirigé le projet, a déclaré que la nouvelle découverte peut grandement aider les agriculteurs à améliorer les pratiques agricoles urbaines. « Nous espérons aider les agriculteurs urbains à obtenir des rendements plus élevés en détectant le SAS sur des périodes plus courtes. En adoptant des technologies agricoles de précision et évolutives, telles que les capteurs compatibles avec la spectroscopie Raman, nous pouvons mieux positionner des villes comme Singapour pour produire plus de produits avec moins de ressources, tout en obtenant des profils nutritionnels souhaitables pour la sécurité alimentaire mondiale.

Le co-chercheur principal de DiSTAP, le professeur Chua Nam Hai, et le chercheur principal, le professeur Rajeev Ram, étaient également co-auteurs de l'article.

La recherche a été financée par la National Research Foundation (NRF) Singapore dans le cadre de son programme Campus for Research Excellence And Technological Enterprise (CREATE).