Bodemverdichting vormt een uitdaging voor de landbouw. Wetenschappers hebben het signaal ontdekt dat ervoor zorgt dat de wortels van planten in harde bodems stoppen met groeien. Door dit signaal uit te schakelen, zijn plantenwortels in staat zich wel door compacte grond heen te boren – een ontdekking die planten zou kunnen helpen om te groeien in zelfs de droogste klimaten. Wetenschappers van de Universiteit Utrecht publiceren hun bevindingen samen met een internationaal onderzoeksteam op 15 januari in Science.
Bodemverdichting in Europa
Harde (verdichte) bodems vormen een grote uitdaging voor de moderne landbouw. Ze kunnen de opbrengst van gewassen met meer dan 50 procent reduceren door de wortelgroei te verminderen; wat jaarlijks aanzienlijke verliezen veroorzaakt. Europa heeft meer dan 33 miljoen hectare aan verdichtingsgevoelige grond, het hoogste oppervlak per continent ter wereld. Bodemverdichting leidt tot een vermindering van de wortelpenetratie en de opname van water en voedingsstoffen. Toch was het mechanisme erachter nog altijd onduidelijk, ondanks het duidelijke belang ervan voor de landbouw en de mondiale voedselzekerheid.
Nieuwe gewassen die bestand zijn tegen bodemverdichting
“Inzicht in de manier waarop wortels in harde bodems doordringen heeft enorme implicaties voor de landbouw; aangezien deze kennis cruciaal zal zijn voor het kweken van gewassen die beter bestand zijn tegen bodemverdichting”, zegt professor Malcolm Bennett van de University of Nottingham School of Biosciences, die het onderzoek leidde. “De ontdekking van ons team dat het plantensignaal ethyleen de wortelreacties op harde grond reguleert, opent nieuwe mogelijkheden om nieuwe verdichtingsresistente gewassen te selecteren.”
Uitschakelen
Om in situ te visualiseren hoe plantenwortels reageerden op gecompacteerde grond; maakt het onderzoeksteam gebruik van röntgenstraalscanners voor computertomografie die beschikbaar waren in de Hounsfield-faciliteit van de Universiteit van Nottingham.
Wortels dieper de bodem in
“Voorafgaand aan dit onderzoek gingen we ervan uit dat de hardheid van de bodem simpelweg verhinderde dat wortels dieper groeiden. Door gebruik te maken van onze beeldvormende aanpak konden we zien dat wortels in zeer harde bodems toch bleven groeien als het ethyleensignaal werd uitgeschakeld”, vertelt professor Sacha Mooney van de Universiteit van Nottingham en directeur van de Hounsfield-faciliteit. “Het potentieel voor nieuwe gewassen die nu dieper in de bodem kunnen gaan en voorheen onbereikbare bronnen kunnen benutten is echt fantastisch!”
Ethyleen als waarschuwingssignaal
Een cruciale bevinding in het onderzoek is de extreem belemmerde verspreiding van het gasvormige hormoon ethyleen. “Ethyleen raakt in ondoordringbare grond als het ware gevangen en hoopt op in de wortels. Daardoor kan ethyleen voor de plant dienen als waarschuwingssignaal voor verdichting”, legt Sjon Hartman uit, die het ethyleenwerk aan de Universiteit Utrecht uitvoerde, samen met prof. Rens Voesenek. “Wanneer planten geen ethyleen meer kunnen waarnemen; gaan de ethyleenalarmbellen in dichte grond niet meer rinkelen en zullen de wortels blijven groeien”, zegt Voesenek.
Het internationale team dat betrokken is bij deze nieuwe Science-paper bestaat uit onderzoekers van negen universiteiten in Europa, China en de Verenigde Staten. Die hun expertise op het gebied van planten- en bodemwetenschappen, bio-imaging en wiskunde integreren.
Bron: Universiteit Utrecht
