Emissioni ultrasoniche in piante sottoposte a stress: rilevamento senza contatto in ambiente chiuso e all’aperto utilizzando un microfono a basso costo

In recent years, growing attention has been devoted to the phenomenon of Ultrasonic Emissions (UEs) in plants, which are known to occur under stress conditions such as wounding and drought. This has led to the development of techniques for detecting and analyzing plant UEs. The most recent challenge has been the development of contactless recording systems, in order to avoid interfering with the physiology of the plant and to allow potential future applications. However, due to complexity of such methodology and the novelty of the field, a standardized technique has not been established yet. The aim of this work is to propose a cost-effective procedure for recording, extracting, identifying and analyzing plant UEs using minimal equipment (a single ultrasound microphone, a laptop computer, and open-source software). Two abiotic stress factors (drought and stem cutting) were tested both under controlled (indoors) and natural (outdoors) conditions, using two different plant species: pinto beans (Phaseolus vulgaris) and tomatoes (Solanum lycopersicum). The methodology developed in this work proved to be capable of distinguishing plant UEs from other ultrasonic background signals with high accuracy, and of discriminating between stressed and non-stressed plants across different experimental settings. Given its minimal requirements, the proposed methodology offers a valuable alternative to the array of currently available techniques, and contributes to the advancement of the emerging field of plant acoustics.

Negli ultimi anni la ricerca ha rivolto un’attenzione crescente al fenomeno delle Emissioni Ultrasoniche (UE) nelle piante, osservabile in condizioni di stress come ferite o siccità. Nel tempo questo ha portato allo sviluppo di tecniche per individuare e analizzare le UE vegetali. La sfida più recente riguarda lo sviluppo di sistemi di registrazione delle UE senza contatto, per evitare di interferire con la fisiologia delle piante e favorire lo sviluppo di potenziali applicazioni future. Tuttavia, a causa della complessità di una simile metodologia e della novità di questo campo d’indagine, non è ancora stata stabilita una tecnica standardizzata ampiamente utilizzata. Lo scopo di questo lavoro è di proporre una procedura a basso costo per registrare, estrarre, identificare ed analizzare le UE vegetali utilizzando attrezzature minime (un solo microfono per ultrasuoni, un computer portatile e software open-source). Gli studi svolti hanno riguardato due fattori di stress abiotico (siccità e taglio del fusto), che sono stati applicati sia in condizioni controllate (ambiente chiuso) che naturali (all’aperto) utilizzando due diverse specie vegetali: fagiolo borlotto (Phaseolus vulgaris) e pomodoro (Solanum lycopersicum). La metodologia sviluppata in questo lavoro si è mostrata capace di distinguere le UE vegetali dai segnali ultrasonici di fondo con un’elevata accuratezza, e di discriminare in diverse condizioni sperimentali le piante sottoposte a stress da quelle non sottoposte a stress. Grazie ai bassi requisiti in termini di attrezzature, la metodologia proposta può costituire una valida alternativa alla gamma di tecniche attualmente disponibili, e contribuire al progresso del campo emergente dell’acustica vegetale.