Project

Kennisbasis Plant - Zaadfysiologie

Het zo goed mogelijk bewaren van zaadmateriaal ten behoeve van het conserveren van collecties van planten is één van de kerntaken van een genenbank. Hierbij is het essentieel de levensvatbaarheid van zaden zo lang mogelijk te waarborgen om de regeneratie van het materiaal zo lang mogelijk uit te stellen.

Reductie van de frequentie van regeneratie draagt bij tot kostenefficiëntie en tot verlaging van de snelheid waarmee genetische veranderingen in accessies plaatsvinden. Echter is nog onvoldoende bekendheid over de processen, die een rol spelen bij de veroudering van plantenzaden tijdens opslag door genenbanken. Het project heeft als doel in deze kennisbehoefte te voorzien, met name wat betreft de rol van zuurstof in het verouderingsproces.

Plan van Aanpak

  1. Bestudering genetische variatie voor bewaarbaarheid van zaden onder European and Mediterranean Plant Protection Organization (EPPO) condities.
  2. Bepaling relatie wateractiviteit en zuurstofgevoeligheid tijdens veroudering.
  3. Bepaling relatie temperatuur en zuurstofgevoeligheid tijdens veroudering.
  4. Communicatie naar de genenbankgemeenschap.

Resultaten

Er bestaat nog steeds zeer beperkte kennis over hoe zaden het best opgeslagen kunnen worden om de levensduur zoveel mogelijk te verlengen. In onderzoek naar de levensduur van zaden d.m.v. kunstmatige veroudering worden veelal omstandigheden gesimuleerd die mogelijk niet representatief zijn voor de processen die in de praktijk een rol spelen. Er zijn goede aanwijzingen dat zuurstof één van de cruciale factoren is bij verlies van zaadkwaliteit. Een systeem werd ontwikkeld waarbij zaden korte tijd worden bewaard in stalen containers onder verhoogde partiële zuurstofdruk (EPPO: ‘Elevated Partial Pressure of Oxygen’). Hierbij kan de druk tot 200 Bar worden opgevoerd. Eerder onderzoek liet zien dat slazaden onder EPPO-condities binnen enkele weken verouderen en vergelijkbare symptomen vertonen als natuurlijk verouderde zaden. Vernieuwend aspect van de EPPO-methode is dat veroudering onderzocht kan worden bij normale vochtgehalten en temperaturen. Ook sojabonen blijken net als sla onder EPPO-bewaring sneller te verouderen. De experimenten toonden aan dat ten onrechte geen aandacht wordt besteed aan de schadelijke effecten van zuurstof tijdens zaadbewaring. In 2012 bestond het onderzoek naar de schadelijke effecten van zuurstof tijdens zaadbewaring uit de volgende elementen:

Validatie EPPO als natuurlijk verouderingssysteem


Een vergelijking werd gemaakt van de schade die optreedt tijdens bewaring onder controlled deterioration (CD) condities (40 °C en 85% RV), bewaring onder hoge druk zuurstof (EPPO) condities (10 MPa O2, 20 °C en 35% RV) en bewaring onder hoge stikstofdruk (10 MPa N2, 20 °C en 35% RV) als controle. Vitamine E is een vet-oplosbare antioxidant die van belang is voor bescherming van celmembranen. Onder hoge druk stikstof bewaring blijft het vitamine E gehalte constant, terwijl deze onder EPPO condities afneemt, evenredig met de reductie van de kiemkracht van zaden. Onder CD condities neemt het vitamine E gehalte niet af, terwijl de kiemkracht zeer sterk wordt gereduceerd. Na EPPO bewaring produceren koolzaden meer ethanol tijdens kieming, indicatief voor schade aan de mitochondriën. Deze toename is evenredig met de verlaging van de kiemkracht. CD bewaarde zaden laten geen stijging van de ethanolproductie zien. Deze resultaten wijzen er op dat de schade die optreedt tijdens bewaring van zaden afhankelijk is van het vochtgehalte tijdens bewaring en dat EPPO condities meer overeenkomen met ‘natuurlijke’ veroudering bij lage vochtgehalten. Voor de genenbanken en groentezaden is bewaring bij lage vochtgehalten de praktijk.

Effect van zuurstof na verpakking


Onderzoek werd verricht naar de opties voor het verbeteren van de bewaring van geprimede biologische selderijzaden. Zaadmateriaal werd drie weken bewaard onder relatief extreme condities van 35 °C, met of zonder zuurstof, en in de vriezer. Het zuurstof gehalte was gereduceerd met behulp van zakjes met ijzerpoeder die als ‘oxygen absorber’ fungeerden. Na drie weken bewaring bij 35 °C en lucht was de kieming van de selderijzaden sterk afgenomen. De zaden die bij 35 °C bewaard waren onder anoxia kiemden nog erg goed en zelfs nog iets beter in vergelijking met de zaden die drie weken in de vriezer waren opgeslagen. Deze resultaten vormen een onderbouwing van de hypothese dat zuurstof veroudering stimuleert en bewaring onder anoxia veroudering kan remmen. Het door CGN gebruikte bewaarsysteem van vacuüm verpakken in zuurstofdichte zakken is daarmee een goede keuze. Het is zinvol om de periode voor de uiteindelijke verpakking zo kort mogelijk te houden en eventueel ook tijdelijk een zuurstofarme opslag te creëren.

Genetische variatie voor veroudering

In samenwerking met de Duitse genenbank (IPK, Gatersleben) en met de universiteit van California (Davis, VS) wordt onderzoek verricht aan RIL (Recombinant Inbred Lines) populaties van respectievelijk gerst en sla. EPPO bewaring werd uitgevoerd aan onderzoekslijnen van beide gewassen. De kiemresultaten worden momenteel gebruikt voor QTL (Quantitative Trait Locus) analyse teneinde genetische variatie voor veroudering na te gaan.

Onderzoeksresultaten zullen worden gecommuniceerd met de doelgroep via publicatie in internationale tijdschriften. Tevens zullen de onderzoeksresultaten worden gepresenteeerd tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van de gewascommissie bladgroenten. Daarnaast zal worden deelgenomen aan relevante internationale bijeenkomsten. Het onderzoek is gepresenteerd op de annual meeting 2012 (11-14 juni, Venlo, Nederland) van de International Seed Testing Association (ISTA). De resultaten zullen ook worden gebruikt voor verscheidene cursussen, waaronder die van de Wageningen Seed Centre Master Class on Seed Technology en van de International Seed Academy (Seed drying and storage module).

Het onderzoek heeft een duidelijk maatschappelijk belang omdat het gericht is op een betere instandhouding van de genetische bronnen van belangrijke cultuurgewassen, waaronder ons cultureel erfgoed. Tevens is het onderzoek gericht op een betere serviceverlening aan gebruikers van genenbankmateriaal, waaronder veredelingsbedrijven die het genetisch uitgangsmateriaal gebruiken voor de ontwikkeling van nieuwe commerciële variëteiten. Hierdoor heeft het onderzoek tevens economische relevantie.

Publicaties