‘Geweldig: voedseltekort tegengaan met een grotere gewasopbrengst’

Zonlicht doet een plant groeien. Maar de felheid van het licht verandert steeds. Tom Theeuwen onderzoekt waarom de groei dan inefficiënt gaat.

Foto Dieuwertje Bravenboer

‘Hier kunnen we de omstandigheden nabootsen van vrijwel elke plek op aarde.” Tom Theeuwen straalt terwijl hij een rondleiding geeft door een van de klimaatcellen van het net opgerichte Netherlands Plant Eco-phenotyping Centre (NPEC) in Wageningen. „Nu hangt hierbinnen nog de geur van nieuwe auto, maar straks ruikt het vooral naar plant. Dan heb je in zo’n cel ruimte voor tot wel 2.500 planten. Van Arabidopsis thaliana bijvoorbeeld, de zandraket, die vaak als modelplant wordt gebruikt. Die laten we groeien op steenwol, en met speciale camera’s kunnen we tot in detail nagaan wat het licht met de fotosynthese van elke plant doet. Onder andere. Want deze cellen zijn geschikt voor allerlei soorten fenotypisch onderzoek – alles wat samenhangt met bouw of de fysiologie van de plant en wat je met een camera kunt meten, kun je hier straks analyseren.”

Het lijkt in eerste instantie een wat ongelukkige timing. Net nu Theeuwen zijn proefschrift aan de Wageningen Universiteit heeft ingeleverd, is het NPEC klaar. Daarin had hij zijn fotosyntheseonderzoek van de afgelopen jaren nóg sneller en geavanceerder kunnen uitvoeren. Toch is hij zelf vooral enthousiast dat hij nauw betrokken was bij de ontwikkeling van het centrum. „En natuurlijk hoop ik dat ik hier in de toekomst zelf ook gebruik van kan maken…” Naast de geavanceerde klimaatcellen zijn er ook lopende banden waarop grotere planten, zoals maïs en tomaat, geheel geautomatiseerd allerlei meetopstellingen passeren. Het geheel oogt als een achtbaan voor planten, maar dan zonder loopings.

Theeuwen is plantenwetenschapper, al noemt hij zichzelf zelden zo. „Mensen denken dan al snel dat je buiten in de grond aan het schoffelen bent.” Zelf wist hij ook niet zo goed wat het was, toen hij ruim tien jaar geleden vanuit het Limburgse Reuver naar een open dag in Wageningen ging. „Ik kom niet uit een academisch milieu, maar ben wel graag buiten. Mijn opa en oma hadden vroeger een boerderij, en als jongen kweekte ik daar met mijn opa pompoenen, die we vervolgens verkochten. Eenmaal op die open dag besefte ik hoe nauw de opleiding plantenwetenschappen samenhing met voedselvoorziening, en dat vond ik een mooie gedachte.”

Ingebouwde parasol

Theeuwen raakte gegrepen door fotosynthese. „Voor mijn proefschrift keek ik specifiek hoe veranderingen in licht het proces beïnvloeden. Onder invloed van zonlicht zetten planten water en koolstofdioxide om in glucose en zuurstof, maar dat gaat niet altijd even efficiënt. Dat heeft er onder andere mee te maken dat planten een ingebouwd beschermingsmechanisme tegen te felle zon hebben. Een plant kan natuurlijk niet vluchten, die staat dag in dag uit op dezelfde plek. Stel je voor dat je een dag hebt waarop het eerst bewolkt is, en daarna opeens stralend weer. Dan heeft die plant een soort ingebouwde parasol waarmee hij zijn bladeren beschermt tegen verbranding. Maar daardoor neemt in de bladgroenkorrels – waar fotosynthese plaatsvindt – ook de activiteit af. Dat beschermingsmechanisme verloopt wat traag, dus als er vervolgens weer een wolk voor de zon schuift is de plant niet meteen terug in volle fotosynthesestand.” Voor wilde planten is dat niet erg. „In de natuur hebben ze al genoeg te dealen met andere problemen: competitie, luizen, ziektes… Alleen: in de landbouw zijn telers er wél op gespitst om dat proces nog efficiënter te maken, omdat dat tot een hogere opbrengst leidt.”

Foto’s Dieuwertje Bravenboer

Lees over planten en zonlicht: Het rommelige proces van de fotosynthese

Zaden van over de hele wereld

En dus bestudeerde Theeuwen de afgelopen jaren fotosynthese in de zandraket. Hij verzamelde daarvoor Arabidopsis-zaden van over de hele wereld – van de oevers van de Yangtze-rivier tot de top van de Kilimanjaro – en liet ze ontkiemen in het lab. „Met chlorofylfluorescentiecamera’s konden we verschillen in fotosynthese vaststellen tussen planten. Je zou denken dat die verschillen onder gelijke lab-omstandigheden worden veroorzaakt door het dna in de celkern, maar bij planten ligt dat net wat ingewikkelder. Je hebt namelijk niet alleen te maken met het dna in de celkern, maar ook met het dna in de bladgroenkorrels en de mitochondriën, zeg maar: de energiefabriekjes van de plant. Die mini-orgaantjes waren ooit, in een ver evolutionair verleden, zelfstandige organismen en daardoor hebben ze ook dna.”

Theeuwen ontwikkelde een techniek om de bladgroenkorrels en de mitochondriën van de ene plant volledig te vervangen door die van een andere plant. „Zo konden we vaststellen dat de verschillen in efficiëntie werden veroorzaakt door het dna in de bladgroenkorrels en mitochondriën. En vervolgens konden we dus ook kijken welke zandraketplanten het snelst hun ‘parasol’ konden aanpassen aan de juiste lichtomstandigheden. Zo’n aanpak kan de fotosynthese in gewassen dus efficiënter maken.”

In het NPEC kan dit nog verder worden onderzocht, voegt hij toe. „Als een maïsplant in de schaduw van wuivende soortgenoten staat, dan kan de lichtintensiteit wel tienmaal per seconde veranderen. Zulke snelle wisselingen zijn ook in de geavanceerde klimaatcellen te onderzoeken. We hadden hier laatst een symposium met internationale gasten, en zij werden net zo enthousiast van deze nieuwe mogelijkheden als ik.”

Lees over het beschermingssysteem van planten: Pas zijn bescherming tegen zonlicht aan, en de sojaplant produceert meer bonen