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Investigadores/as Institucionales

Sancho-Knapik, DomingoAutor o Coautor

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27 de septiembre de 2026
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Artículo
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Non-resonant air-coupled ultrasound for quantifying leaf hydration dynamics and turgor loss in potato leaves

Publicado en: Scientific Reports. 16 (1): 29923- - 2026-09-27, DOI: 10.1038/s41598-026-72465-3

Autores:

Sattar, Muhammad Awais; Alvarez-Arenas, Tomas E Gomez; Gil-Pelegrin, Eustaquio; Sancho-Knapik, Domingo; Ninkovic, Velemir; Laila, Dina Shona
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Afiliaciones

Agrifood Res & Technol Ctr Aragon CITA, Zaragoza, Spain - Autor o Coautor
CSIC, Inst Tecnol Fis & Informac, Serrano 144, Madrid 28006, Spain - Autor o Coautor
Estn Expt Aula EEAD CSIC, Zaragoza 50059, Spain - Autor o Coautor
Lulea Univ Technol, Dept Comp Sci Elect & Space Engn, Automat Control, S-97187 Lulea, Sweden - Autor o Coautor
Swedish Univ Agr Sci, Dept Ecol, Uppsala, Sweden - Autor o Coautor
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Resumen

This study investigates the use of non-resonant air-coupled ultrasound technique as a non-destructive tool for quantifying leaf water status dynamics in potato (Solanum tuberosum) leaves. Conventional methods for measuring leaf water status, such as relative water content or pressure-volume (P-V) curves, are destructive and labor-intensive, whereas ultrasound can probe internal tissue structure through mechanical wave propagation. In this work, freshly detached potato leaves were gradually dehydrated under controlled laboratory conditions while ultrasonic transmission signals were recorded using broadband air-coupled transducers operating between 250 kHz and 900 kHz. Time-domain and frequency-domain features, including peak-to-peak amplitude, time-of-flight (ToF), spectral amplitude, and transmission coefficient, were extracted and analyzed as a function of relative water content (RWC). The normalized peak-to-peak (pk-pk) amplitude curve exhibited a clear correlation to the P-V curve, with ultrasonic turgor loss point (TLP) candidate () that closely matched the physiological turgor loss point (TLP) obtained from P-V analysis (). ToF showed a characteristic biphasic response with a slight initial decrease at high RWC followed by a sharp decrease around the dehydration threshold (), reflecting the progressive loss of cell-wall tension and increasing mesophyll deformability that are expected to reduce acoustic velocity during dehydration. Spectral amplitude and transmission coefficient exhibited frequency-dependent sensitivity that peaked near 650 kHz. All ultrasonic parameters produced TLP candidates within 2.5% of the physiological reference, confirming that acoustic propagation is governed by turgor-driven structural transitions in the mesophyll. These results establish that non-resonant ultrasound technique can characterize water status in leaves that lack thickness resonances, extending the scope of ultrasonic hydration sensing beyond resonant techniques. The high physiological TLP observed for potato confirms that turgor is lost very early during dehydration, reflecting the species limited osmotic adjustment and drought sensitivity. The limitation of this study is that measurements were performed on detached leaves under controlled conditions; future in situ validation on intact plants under varying microclimates is required. Future work will also focus on deriving attenuation coefficients to separate intrinsic viscoelastic attenuation from absorption mechanisms. Overall in this study, pk-pk amplitude emerged as the most sensitive, computationally efficient, and practical parameter for real-time ultrasonic monitoring of leaf water status and early stress detection.
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Palabras clave

Clean water and sanitationContenido relativo de aguaDéficit hídricoEstrés de sequiaMetodos no destructivosPressureSolanum tuberosumSpectroscopyTurgenciaUltrasonidosWater

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista Scientific Reports debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia WoS (JCR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2026, se encontraba en la posición 21/141, consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Multidisciplinary Sciences.

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Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2026-11-15:

  • El uso, desde el ámbito académico evidenciado por el indicador de la agencia Altmetric referido como agregaciones realizadas por el gestor bibliográfico personal Mendeley, nos da un total de: 1.

Con una intencionalidad más de divulgación y orientada a audiencias más generales podemos observar otras puntuaciones más globales como:

  • El Score total de Altmetric: 8.
  • El número de menciones en medios de comunicación: 1 (Altmetric).

Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

  • El trabajo se ha enviado a una revista cuya política editorial permite la publicación en abierto Open Access.
Siguiendo con el impacto social del trabajo, es importante enfatizar el hecho de que, por su contenido, puede ser asignado a la línea de interés del ODS 6 - Garantizar la disponibilidad de agua y su gestión sostenible y el saneamiento para todos, con una probabilidad del 67% según el algoritmo mBERT desarrollado por Aurora University.
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Análisis de liderazgo de los autores institucionales

Este trabajo se ha realizado con colaboración internacional, concretamente con investigadores de: Sweden.

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Reconocimientos ligados al ítem

This work was supported by Kempestiftelserna (Project ID: JCSMK24-0080), whose generous funding enabled the research, analysis, and preparation of this manuscript.
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