EXPO 40 jaar BCCM: Plantversterkers

Rhizobia

Rhizobia (zoals Mesorhizobium ventifaucium LMG 29643T) staat voor een groep stikstofbindende bacteriën die een symbiotische relatie aangaan met vlinderbloemigen, zoals bonen, erwten en klaver. Dit partnerschap heeft verschillende positieve effecten op de groei van planten, die essentieel zijn voor zowel de plant als het omringende ecosysteem:

• Stikstoffixatie: Rhizobia hebben het opmerkelijke vermogen om atmosferische stikstof (N₂) om te zetten in ammoniak (NH₃) via een proces dat stikstoffixatie wordt genoemd. Rhizobia voorzien planten van een directe bron van gefixeerde stikstof, welke direct beschikbaar is voor opname door de plant. Dit kan de stikstofvoorziening van de plant aanzienlijk verbeteren, wat een weelderige en krachtige groei bevordert. Landbouwers kunnen hierdoor hun afhankelijkheid van synthetische stikstofmeststoffen reduceren.
• Verbeterde gezondheid van planten: Rhizobia stimuleren ook de groei van planten door de productie van groeibevorderende stoffen zoals auxines. Dit kan leiden tot gezondere en robuustere planten, die beter bestand zijn tegen omgevingsstress zoals droogte en ziekten.
• Bodemverbetering: De aanwezigheid van rhizobia in de wortelknolletjes van peulvruchten kan de bodemstructuur en het nutriëntengehalte verbeteren. Het organisch materiaal dat geproduceerd wordt als gevolg van rottende wortelknolletjes draagt na verloop van tijd bij aan de vruchtbaarheid van de bodem, wat ten goede komt aan andere niet-vlinderbloemigen in het ecosysteem.

Nostoc sp. (ULC 046)

Stikstof (N) is een essentieel element voor de groei en ontwikkeling van planten. De opbrengst van gewassen is afhankelijk van een grote toevoer van N-meststoffen, die duur zijn en gelimiteerd worden. Sommige prokaryote micro-organismen, zoals cyanobacteriën, doen aan N₂-fixatie, waarbij ze stikstofgas uit de atmosfeer omzetten in ammoniak, een stikstofbron die opneembaar is voor planten. waardoor ze kunnen gebruikt worden als biomeststoffen, zoals in de rijstteelt, in combinatie met de varen Azolla. Door cyanobacteriën te gebruiken in de landbouw kunnen ook andere negatieve milieu-effecten, zoals watervervuiling en de uitstoot van broeikasgassen, gereduceerd worden.

Arbusculaire mycorrhizaschimmels

Een van de grootste uitdagingen van de 21e eeuw is de duurzame productie van voedsel voor een steeds groeiende bevolking, die tegen 2050 naar verwachting 9,7 miljard mensen zal tellen (Verenigde Naties, 2019). De stijging van de opbrengst van voedselproductiesystemen in de afgelopen twee eeuwen was sterk afhankelijk van chemische bestrijdingsmiddelen en minerale meststoffen. Deze producten maken echter deel uit van 's werelds meest energie-intensieve productieprocessen en zijn vaak afhankelijk van eindige grondstoffen zoals fosfaatmeststoffen. Het veelvuldig gebruik van meststoffen in voedselproductiesystemen is een belangrijke factor die bijdraagt aan de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen door de landbouw en kan ernstige nadelige gevolgen hebben voor de biodiversiteit en de duurzaamheid van het milieu. Andere urgente problemen zijn de ontwikkeling van resistentie tegen pesticiden, de opkomst van nieuwe pathogenen voor gewassen en de toenemende vraag van consumenten naar pesticidenvrij voedsel. Er is een snel groeiende interesse om onze landbouwvoetafdruk en afhankelijkheid van landbouwchemicaliën te verminderen door het gebruik van biostimulantia, waaronder microbiële inoculanten (Salomon et al., 2022).

Veel micro-organismen die in de rhizosfeer leven, kunnen worden gebruikt als biomeststoffen en biopesticiden. Hiertoe behoren de arbusculaire mycorrhizaschimmels die gunstig zijn voor de plantengroei, voeding en bescherming tegen stress. Deze organismen leven in associatie met meer dan 72% van de plantensoorten, waaronder de meeste, zo niet alle belangrijke land- en tuinbouwgewassen. Deze organismen vormen een ingewikkeld netwerk van hyfen in de wortels en ontwikkelen zich overvloedig in de bodem waardoor de exploratiezone van de wortel tot 700 keer wordt uitgebreid. Deze minuscule schimmeldraden zijn in staat om voedingsstoffen, zoals fosfor en stikstof, op te nemen in de bodem die niet toegankelijk zijn voor de wortels en ze naar hun gastheer te transporteren, waarbij ze de plant voeden in ruil voor koolstof uit de fotosynthese. Deze schimmels verbeteren dus de groeikracht en opbrengst van planten en hebben een aanzienlijk potentieel om de vraag naar landbouwchemicaliën te verminderen. De ontwikkeling van microbiële producten met deze wortelsymbionten heeft aan belang gewonnen omdat ze het potentieel hebben om de productiviteit van landbouwbedrijven te verhogen en veerkracht te bieden voor duurzame voedselproductie.

Establishing a quality management framework for commercial inoculants containing arbuscular mycorrhizal fungi. Salomon et al., iScience (2022).

GGenetisch gemodificeerde gewassen

Plasmiden zijn kleine, cirkelvormige DNA-moleculen die van nature voorkomen in bacteriën en gisten. Artificiële plasmiden zijn cruciale instrumenten in de biotechnologie geworden, en van de vele toepassingen is de ontwikkeling van genetisch gemodificeerde gewassen (GGO's) waarschijnlijk de meest beruchte. Plasmiden kunnen worden gebruikt om nieuwe genen in planten te introduceren, die gewassen beter bestand kunnen maken tegen droogte en ziekten, de gewasopbrengst per hectare kunnen verhogen en de voedingswaarde en houdbaarheid van de geoogste gewassen kunnen verbeteren.

Hoewel genetische manipulatie in principe een verbeterde vorm van traditionele plantenveredeling is, bestaan er nog steeds zorgen over de impact van vreemde genen op de gezondheid van de consument en het milieu, en over de gevolgen voor het economische model van de landbouw.