Gewassen kunnen lichtenergie beter benutten

Nieuws

Gewassen kunnen lichtenergie beter benutten

Gepubliceerd op
9 mei 2017

Volgens Mark Aarts, hoogleraar Erfelijkheidsleer van Wageningen University & Research valt er nog een flinke slag te maken bij het verbeteren van de fotosynthese van planten. Veel cultuurgewassen lijken qua opbrengst aan hun top te zitten. Decennia lang zijn ze geselecteerd op een steeds hogere productie. En nu gebruiken ze voedingsstoffen efficiënt, ze vangen het zonlicht optimaal op. Ze sturen assimilaten voor een groot deel naar de oogstbare delen, zoals vruchten, knollen of graankorrels. De laatste jaren komt er echter een blinde vlek aan het licht: veel gewassen benutten de opgevangen zonne-energie helemaal niet zo efficiënt voor de fotosynthese.

De efficiëntie van de fotosynthese is in de jaren ’80 al breed onderzocht. De insteek was toen al om die te verbeteren, maar dat lukte niet. “Men dacht toen dat de fotosynthese al zo efficiënt mogelijk was en dat er weinig variatie bestond. Tegenwoordig hebben we een veel beter genetisch inzicht en kunnen we bovendien beter meten. Nu weten we dat er veel genen bij de fotosynthese betrokken zijn en dat er variatie bestaat in de efficiëntie van deelprocessen. Vaak is die variatie in de orde van enkele procenten, maar als je al die geringe bijdragen door selectie en veredeling bij elkaar op weet te tellen, kom je wel tot 10 à 20 % verbetering”, vertelt hoogleraar Mark Aarts. De leerstoelgroepen Erfelijkheidsleer van Wageningen University & Research en Tuinbouw- en Productfysiologie brengen samen de mogelijkheden in kaart. Veredelingsbedrijven hebben veel belangstelling voor dit type onderzoek en ondersteunen het met financiële middelen.

Fotosynthese verbeteren

“De fotosynthese van planten is in de natuur niet optimaal. Het is een kwetsbaar en tegelijk nogal agressief proces dat voorzien is van vele beschermingsmechanismen. Cultuurgewassen teel je onder gecontroleerde omstandigheden, op het veld of in de kas. Daar heb je die beschermingsmechanismen niet zo hard nodig, zeker als ze ten koste kunnen gaan van de productie”, zegt Aarts.

Onder optimale omstandigheden zijn de verschillen in fotosynthese-efficiëntie klein. Maar bij stress zoals koude, hitte of droogte, komen flinke verschillen in efficiëntie naar voren en daar kun je op selecteren. Het onderzoek gebeurt met de modelplant Arabidopsis, de zandraket, omdat alle genen daarvan goed in kaart zijn gebracht.

Moderne meettechnologie cruciaal

De vraag is natuurlijk waarom veredelaars dit niet veel eerder gedaan hebben. Het simpele antwoord is: het is nogal ingewikkeld. Ten eerste moet je onder zeer goed gecontroleerde omstandigheden meten wil je de kleine verschillen kunnen ontdekken. “Als je het in het veld doet, lukt het niet. En zelfs als je planten in een klimaatcel even verplaatst, zie je geen verschillen meer. Ze moeten eerst acclimatiseren voordat de variatie weer tot zijn recht komt. En die kleine verschillen zijn wel relevant. Want als we op deze manier op tien punten een kleine verbetering kunnen bereiken, komen we op een verbetering van zo’n tien tot twintig procent.” Overigens is er geen lineaire relatie tussen fotosynthese en productie. De hogere efficiëntie kan tot een hogere opbrengsten leiden, maar ook tot een grotere aanmaak van bijvoorbeeld stoffen die de planten beschermen tegen belagers.”, vertelt Aarts.

Een tweede punt is dat de gespecialiseerde meetapparatuur vroeger niet bestond. “De meettechnologie is cruciaal. Zoals gezegd bestaat de fotosynthese uit veel deelprocessen. We meten de efficiëntie van fotosysteem II (dat licht ‘oogst’ en omzet in chemische energie) door de plant een lichtpuls te geven en met een camera te registreren wat er gebeurt. Daarbij is het noodzakelijk dat er geen enkele verstoring plaatsvindt”, zegt hij.

Relevante genen combineren

Als duidelijk is welke genen meespelen en welke variatie er bestaat, kan je de beter presterende exemplaren selecteren en gebruiken in het veredelingsproces. “Genomic selection kan daarbij een belangrijk hulpmiddel zijn. Deze aanpak komt aanvankelijk uit de dierenfokkerij maar is ook voor plantenveredeling goed bruikbaar. Je maakt een model dat aangeeft hoe bepaalde eigenschappen in een populatie verdeeld zijn en welke merkergenen daar aan bijdragen. Op grond daarvan kun je op basis van merkerdata de meeste en meest relevante genen gaan combineren voor het bereiken van en hogere productie.”