Quinoa: een plant die heel veel stress kan verdragen

Landbouw Quinoa is hip, glutenvrij, een eiwitrijke vleesvervanger en de planten kunnen zout, droogte én hitte aan. Hoe doen ze dat toch?

„Weet je hoe zout dit water wel niet is Gerard?”

„Nou?”

„70 procent zeewater.”

„Niet te geloven dat je daarop iets kunt telen hè.”

„Tarwe zou dat niet overleven.”

„Gerst ook niet. Of tomaat.”

„Wat denk je van rijst?

„Vergeet het maar.”

Robert van Loo heeft net het zoutgehalte gemeten van het water waarop quinoa-planten. Samen met zijn collega Gerard van der Linden loopt hij door een van de kassen waar zij dit gewas telen en onderzoeken. Ze werken bij Wageningen University & Research. Van Loo is de veredelaar van de twee, en meer commercieel ingesteld. „Quinoa is nu het grootste veredelingsprogramma van de universiteit”, zegt hij. Van der Linden wil vooral begrijpen hoe planten zich beschermen tegen droogte, hoge zoutconcentraties, hitte. Quinoa is in dat opzicht uitzonderlijk. „Dat kan zoveel stress aan”, zegt hij. „Het gewas blijft me verbazen.”

Millennialang beperkte de teelt van quinoa zich tot de Andes-regio in Zuid-Amerika. Maar de laatste dertig jaar duikt het gewas in steeds meer landen op. In 2014 werd het al in 75 landen geteeld. En in 2015 werd het in nog eens 20 landen voor het eerst gezaaid, beschreven onderzoekers drie jaar geleden in een overzichtsartikel in Frontiers in Plant Science. In dit tijdsgewricht komt een aantal ontwikkelingen bij elkaar, verklaren de twee Wageningse plantkundigen de groeiende belangstelling.

Van der Linden: „In de jaren 2000 had je de foodies die op zoek waren naar een hoogwaardige vervanging voor tarwe. Dat begon in de VS, bij koks van hippe restaurants.”

Van Loo: „En quinoa is glutenvrij. Dus interessant voor mensen met coeliakie.”

Van der Linden: „Vergeet de eiwitten niet. Quinoa bevat er veel van. Met een mooie balans aan aminozuren. Ook de essentiële, die de mens zelf niet aanmaakt. Voor veganisten en vegetariërs is het een goede vervanging voor vlees.”

Van Loo: „Dan heb je een aardige basismarkt.”

Van der Linden: „En dan zijn er nog de problemen waar de landbouw steeds meer last van heeft. De opwarming van de aarde, verzilting.”

Honger en armoede

De belangstelling is alleen maar verder toegenomen sinds de voedsel- en landbouworganisatie van de VN (FAO) 2013 uitriep als het jaar van quinoa, om te benadrukken dat het een belangrijke rol kan spelen in de strijd tegen honger, ondervoeding en armoede en dat het, gezien zijn gunstige eigenschappen, kan uitgroeien tot een van de grote gewassen wereldwijd.

Wat ook helpt is dat twee jaar geleden het genoom van quinoa in kaart is gebracht en werd gepubliceerd in Nature. Het betrof een ras dat aan de Chileense kust groeit. Van der Linden en Van Loo werkten aan het onderzoek mee. Ze hebben bijvoorbeeld genen opgespoord die coderen voor saponinen, bittere stoffen die de plant waarschijnlijk aanmaakt om zich te beschermen tegen vraat. In de meeste traditionele quinoa-rassen zitten die saponinen ook in de huid van de zaden, vertelt Van Loo. En van de plant zijn het juist de zaadkorrels die de mens eet. „Je moet die saponinen verwijderen, anders smaakt het zaad vreselijk bitter.” Dat gebeurt meestal door het zaad te wassen. „Maar dat kost water, waar juist een groeiend tekort aan is.” De meeste rassen die Van Loo heeft geproduceerd hebben dat bittere niet. Hij heeft die eigenschap eruit gekruist. Van Loo heeft achterhaald dat een stukje DNA, een zogeheten transcriptiefactor, specifiek in het zaad is uitgeschakeld. Normaal zorgt die factor dat de genen voor saponinen worden afgelezen, maar is de factor uitgeschakeld, dan gebeurt dat niet.

Leuk in salades

De domesticatie van quinoa begon zo’n 7.500 jaar geleden, rond het Titicacameer. Dat ligt op de grens tussen Peru en Bolivia, op ruim 3.800 meter hoogte. Daarna heeft de teelt zich weliswaar uitgebreid, maar beperkt. Het bleef tot voor kort binnen het Andes-gebied. Toch is daar een breed palet aan rassen ontstaan, zegt Van Loo, door de grote geografische variatie.

Quinoa-onderzoekers Robert van Loo (met geruit hemd) en Gerard van der Linden in een Wageningse kas. Foto Merlin Daleman

De wetenschappelijke literatuur verdeelt quinoa in vijf ecotypes, gebaseerd op het gebied van domesticatie: de vallei (2.000 tot 3.500 meter hoogte, in Colombia, Ecuador, Peru en Bolivia), het hoogland (boven de 3.500 meter, rond het Titicacameer), de zoutvlaktes van Bolivia en Chili, de kust van Midden- en Zuid-Chili, en de laaggelegen, vochtige subtropen van Bolivia. Dit heeft voor een grote genetische verscheidenheid gezorgd. Op de ene plek kan quinoa tegen vorst, droogte, weinig zuurstof, op de andere tegen hoge zoutconcentraties. Om die variatie te beschermen, zijn er sinds de jaren zestig in meer dan dertig landen bijna zestig genenbanken opgezet, waar zaden liggen opgeslagen – ook in Wageningen.

Eigenlijk is quinoa nog half wild

Gerard van der Linden onderzoeker

Van Loo werkt al bijna 25 jaar aan de veredeling van quinoa, vooral voor de Europese markt. „We richten ons op eigenschappen die voor boeren en consumenten hier van belang zijn.” Zo moet de stengel niet te lang zijn. „Anders vallen de planten bij een heftige regenbui om.” Van der Linden: „Bij tarwe hebben we al lang van dat soort dwergrassen met een korte stengel. Maar bij quinoa staan we nog aan het begin. Eigenlijk is die plant nog half wild.”

Van Loo: „In Europa hebben we het liefst dat boeren geen bestrijdingsmiddelen gebruiken, dus moet het gewas resistent zijn tegen ziektes.”

Van der Linden: „Bij quinoa gaat het vooral om meeldauw.”

Van Loo: „We willen de zaden ook graag bij elkaar in één kop.”

Van der Linden „In Zuid-Amerika is de top van de plant vaak bushy, met meerdere koppen.”

Van Loo: „Er moeten liefst veel korrels zijn, en bij voorkeur zijn die groot en wit. Alhoewel we nu ook een variant hebben met roodbruine zaden. Dat staat leuk in salades.”

Van der Linden: „De planten moeten dicht op elkaar kunnen staan. Op wat voor afstand zet jij ze Robert? Tien, elf centimeter?”

Van Loo: „Ongeveer vijftien centimeter. Een plant moet ook weinig zijstengels aanmaken, anders wordt het dringen.”

Hoge zouttolerantie

We lopen naar een andere kas. De quinoa-planten zijn hier kleiner, en ze staan op tafels met meetapparatuur. De twee onderzoeken hier hoe rassen het doen op een bodem met hoge zoutconcentratie. „Kijk, dit is een riobanda”, zegt Van Loo. Die groeit op een hoge zoutconcentratie, bijna als zeewater. Toch heeft hij groene bladeren. Van der Linden: „Hij is zichzelf, alleen wat kleiner dan normaal. Hij maakt nog steeds zaad. Bij een gewas als tarwe of gerst zouden de bladeren allang verwelkt zijn.”

Dat vele zout is een vorm van abiotische stress (niet veroorzaakt door andere levende organismen), die Van der Linden boeit. Ook droogte en hitte horen daartoe. Over de verdedigingsmechanismen die quinoa tegen zulke stress in stelling brengt, verscheen vorig jaar een overzichtsartikel in het tijdschrift Plants. Bij droogte bijvoorbeeld gaan bij sommige quinoa-rassen de wortels sneller groeien en meer vertakken, op zoek naar water.

Quinoa-onderzoekers Robert van Loo (met geruit hemd) en Gerard van der Linden in een Wageningse kas. Foto Merlin Daleman

Ook het hormoon abscisinezuur speelt een rol. Bij droogte stijgt de concentratie ervan – in uiteenlopende mate in wortels, stengel, bladeren, en ook per ras. Het hormoon regelt allerlei fysiologische processen. Een van de gevolgen is dat de huidmondjes snel sluiten, en de plant via deze bladopeningen minder waterdamp verliest. Bij veel gewassen wordt dan ook de fotosynthese geremd, maar bij quinoa lijkt dat minder het geval. De plant kan in erg droge gebieden met 200 mm neerslag per jaar (in Nederland valt zo’n 850 mm) nog steeds groeien. „Hoe hij hierin slaagt, begrijpen we nog niet goed”, zegt Van der Linden. Ook zijn er nog veel vragen over de zouttolerantie. Duidelijk is dat hierbij het hormoon abscisinezuur een rol speelt, net als bij de sluiting van de huidmondjes. Maar er is ook iets raars, zegt Van der Linden. Bij ‘normale’ planten leidt een hoge opname van zout (natriumchloride, NaCl) ertoe dat de plant kalium (K+) gaat lozen. Terwijl dat een rol speelt bij allerlei belangrijke processen, zoals het openen en sluiten van huidmondjes, de wateropname, eiwittenproductie, enzymenaanmaak. Daarom verwelken zulke planten snel. „Maar bij quinoa zien we kalium niet omlaag gaan. Het gaat samen met natriumchloride omhoog. Het lijkt een soort competitie”, zegt Van der Linden. „We denken dat quinoa erin slaagt om kalium in de celvloeistof te houden, maar dat moeten we verder onderzoeken.”

Niet tippen aan tarwe

Maar hoe veelbelovend is quinoa nou? Van Loo zegt dat hij de opbrengst per hectare in Europa langzaam heeft zien stijgen. Van 1,5 ton zo’n 15 jaar geleden tot 2,5 ton. Dat kan nog niet tippen aan tarwe, zegt hij, want die komt in ideale omstandigheden op 9 à 10 ton per hectare. „Maar in Australië, op licht zoute gronden, waar tarwe het lastig heeft, kom je maar tot 3 ton. En daar levert quinoa al evenveel op.”

Van der Linden: „Op arme, droge gronden in Zuid-Spanje, waar veel geïrrigeerd wordt, telen ze quinoa sinds kort in rotatie met katoen en pureetomaten. Om water te besparen.”

Van Loo: „Op sommige plekken in China en Vietnam zit het al in rotatie met rijst.”