Kiemkrachtig zaad; CPRO-DLO ONTWIKKELT NIEUWE METHODE VOOR SELECTIE PLANTENZAAD

De rijpheid van een plantenzaad is af te lezen aan zijn concentratie chlorofyl. Uitgaande hiervan ontwikkelden Wageningse plantkundigen een machine die rijpe zaden selecteert.

Zodra DR. HENK JALINK de Seed Master II aanschakelt, begint het apparaat vreselijk te ratelen. Het geluid doet nog het meest denken aan een luidruchtige Geigerteller. De herrie wordt veroorzaakt door de duizenden zaden die hij in no time selecteert. Koolzaden, voor deze demonstratie. De ronde, bruingekleurde zaadjes storten vanuit een reservoir via een metalen goot anderhalve meter naar beneden. Dan komen ze in een rond, ijzeren compartiment terecht. Daar worden ze een voor een geselecteerd. De optimaal rijpe zaden rollen verder en schieten via een korte slang een plastic fles in. De minder rijpe zaden worden met een korte stoot perslucht weggeblazen. Ze ketsen via de wand van de ijzeren doos naar beneden, waar ze in een plastic bak vallen.

“Onze selectie baseert zich op een nog niet eerder toegepast principe. We gebruiken laserlicht”, zegt Jalink, die als fysicus is verbonden aan de afdeling Reproductietechnologie van het Centrum voor Plantenveredelings- en Reproductieonderzoek (CPRO-DLO) in Wageningen. Jalink maakte het kleinere laboratoriummodel van de getoonde machine. Dat prototype was zo veelbelovend dat de fysicus, samen met het Amerikaanse bedrijf Satake USA, een grotere versie bouwde. Seed Master II. Dit apparaat sorteert 20 kilogram zaad per uur. Inmiddels bouwt Satake, 's werelds grootste producent van machines die rijstzaden selecteren, een nog groter model dat tonnen zaad per uur kan verwerken. De naam van die machine staat al vast: Seed Master III. Jalink: “We hebben inmiddels een nationaal patent op onze vinding. Het internationale patent is nu in behandeling.”

Het principe van de Seed Master is verbluffend simpel. Het apparaat selecteert zaden op hun concentratie chlorofyl. Dit pigment wordt voornamelijk aangetroffen in bladeren en geeft ze hun groene kleur. Chlorofyl absorbeert lichtenergie en is daarmee essentieel voor de fotosynthese. De plant legt de ingevangen energie vast in chemische verbindingen, met name zetmeel, en gebruikt die energie op een later tijdstip weer voor processen als groei en zaadvorming. “We deden op een gegeven moment metingen aan chlorofyl in bladeren”, zegt dr. Raoul Bino, hoofd van de afdeling Reproductietechnologie. “Uit nieuwsgierigheid hebben we toen ook een oude partij koolzaden bekeken. Die zijn bruingekleurd. Tot onze stomme verbazing troffen we in sommige zaden meetbare hoeveelheden chlorofyl aan. Dat was totaal onverwacht.”

DRIE LASERS

Wat chlorofyl precies doet in het zaad is volgens Bino en Jalink nog niet duidelijk. Dat willen ze in de toekomst graag uitzoeken. Er vindt in ieder geval geen fotosynthese plaats. Bino: “Als je chlorofyl in zaad belicht geeft het de ingevangen energie niet door aan andere moleculen, maar het zendt het merendeel weer uit als licht met een andere golflengte. Er treedt dus fluorescentie op. Dat gebeurt in nog minder dan een miljoenste van een seconde. En die fluorescentie is te meten. Het is zo'n simpel gegeven. We verbazen ons er nog steeds over dat niemand voor ons op het idee is gekomen om dit toe te passen bij de selectie van zaad.”

De onderzoekers van het DLO-instituut schijnen op de zaden rood licht met een golflengte van 670 tot 680 nanometer (een nanometer is een miljoenste millimeter). De fluorescentie wordt gemeten bij 690 en 730 nanometer. Het laboratoriummodel maakt gebruik van één laser, de opvolgers II en III hebben drie lasers. Jalink: “Het chlorofyl zit soms ongelijk over het zaad verdeeld. Door het zaad van drie kanten te belichten kun je de concentratie nauwkeuriger bepalen. Dat gebeurt in het ijzeren compartiment.”

Jalink en Bino troffen het pigment bijvoorbeeld aan in negen jaar oude tomatenzaden. Zolang het zaad droog bewaard blijft, is chlorofyl blijkbaar stabiel aanwezig. Maar dat verandert zodra een zaad gaat uitrijpen. Dan verdwijnt het chlorofyl langzaam, zo ontdekten de Wageningers. Het wordt afgebroken. “Die afbraak blijkt keurig parallel te lopen met de rijping. Hoe minder chlorofyl, hoe rijper het zaad”, aldus Bino. “En de fase van rijping houdt weer verband met de kiemkracht van een plant. Zaai je een onrijp zaad dan krijg je geen of een kreupele kiemplant. Hetzelfde geldt voor een zaad dat te ver is doorgerijpt. Via de concentratie chlorofyl en daaropvolgende kiemproeven kunnen we de optimale fase van rijping vaststellen. We kunnen de selectie afstemmen op die fase. Dit is efficiënter dan de traditionele selectie die zich baseert op vorm, grootte, kleur of ruwheid van het zaad. Het verband met de rijping is in deze gevallen minder duidelijk.”

De Wageningers hebben hun principe uitgebreid getest op koolzaden. Normaal worden die machinaal geselecteerd op kleur. Donkerbruine zaden zijn over het algemeen rijper dan de wat lichter gekleurde. Maar dat verband is niet waterdicht.

De DLO-onderzoekers namen een grote partij koolzaden en kiemden daarvan een niet geselecteerd gedeelte. Van die zaden kwam 83 procent tot kieming, maar slechts 63 procent van het totaal groeide uit tot een gezonde kiemplant. De rest had afwijkingen of was rot.

Een ander gedeelte van dezelfde partij koolzaad werd volgens de nieuwe methode geselecteerd. Jalink verdeelde de partij in zes groepen, met oplopend chlorofylgehalte. Van de zaden met de hoogste concentratie chlorofyl kiemde slechts 15 procent. Een derde daarvan groeide uit tot een gezonde kiemplant. Van de zaden met de laagste concentratie chlorofyl kiemde 100 procent, waarvan 88 procent uitgroeide tot een gezonde kiemplant. Jalink: “Wil een bedrijf een zaadpartij kunnen verkopen, dan moet 85 tot 90 procent uitgroeien tot een gezonde kiemplant. Wil je die percentages halen dan moet je uit sommige partijen koolzaden 50 procent verwijderen. Maar dan is de rest wel verkoopbaar. Tegen een prijs van ƒ 1000,- tot ƒ 1500,- gulden per kilo loont zich die selectie meestal wel. Zeker als je praat over partijen van 100 kilo. En dat geldt al helemaal voor zaden die per kilo meer opbrengen dan een kilo goud. Bijvoorbeeld paprika of komkommer.”

SUIKERBIET

Bino en Jalink hebben de Seed Master II inmiddels ook beproefd met zaden van ui, komkommer, rijst, paprika, wortel, suikerbiet en radijs. Ze vergeleken de resultaten met die van de traditionele selectiemethode. Hun aanpak bleek efficiënter. In de meeste gevallen sprong het percentage gezonde kiemplanten met vijf tot tien procent omhoog. Bij meloen steeg dat percentage van 88 naar 94 procent, bij paprika zelfs van 67 tot 83 procent.

Zaden met een dergelijke 'eenheid' van rijping, leveren de boer groot voordeel. Hij is gebaat bij planten die synchroon groeien. Hij kan de behandeling van zijn gewas - bijvoorbeeld snoeien of bespuiten - dan in een keer afdoen. Dat scheelt behoorlijk in tijd.

Die synchroniciteit is trouwens nog verder te verhogen via een zaadbehandeling die de laatste tien jaar in zwang is geraakt: het primen. Hierbij worden zaden voorgekiemd in een waterige oplossing waaruit ze net genoeg vocht kunnen opnemen om op gang te komen, maar te weinig om helemaal te kiemen. Daarna worden ze teruggedroogd. Ze staan dan als het ware in de startblokken. Eenmaal uitgezaaid kiemen zulke zaden sneller en gelijkmatiger dan onbehandeld zaad. “Je weet niet wat je ziet”, aldus Jalink. “Bijna alle zaden kiemen binnen een periode van ongeveer drie uur.”

Zaadselectie via chlorofylgehalte zal niet alleen nuttig zijn voor de levering van kiemkrachtig zaad, maar ook voor de productie van olie. Boeren die bijvoorbeeld soja of koolzaad verbouwen hebben nogal eens te kampen met een 'chlorofylprobleem'. Jalink: “Als de planten in de herfst een koudegolf over zich heen krijgen, rijpen ze slecht af. Er blijft teveel chlorofyl in het zaad achter. Dat komt uiteindelijk terecht in de olie die uit de zaden wordt gewonnen. De olie is daardoor minder goed houdbaar en wordt snel ranzig. Nu wordt het mogelijk om rassen met een laag chlorofylgehalte te ontwikkelen. En ook voor koffie kan ons systeem van pas komen. De rijpheid van de boon bepaalt de smaak van de koffie.”