Je leest:

‘Betere fotosynthese levert meer voedsel op’

‘Betere fotosynthese levert meer voedsel op’

Auteur: | 1 juni 2018

Planten weten goed hoe ze licht om moeten zetten in energie, maar volgens Roberta Croce kan dit proces een stuk efficiënter. Zij ontving onlangs een NWO TOP-subsidie en wil hiermee onderzoeken hoe planten meer soorten licht absorberen en meer voedsel produceren.

Roberta croce2
Roberta Croce, hoogleraar biofysica van fotosynthese aan de Vrije Universiteit Amsterdam.

Tijdens deze zonnige dagen werken planten hard. Ze doen aan fotosynthese, het proces dat zonlicht omzet in koolhydraten, waar de planten van groeien. Tijdens deze fotosynthese nemen de planten ook nog eens koolstofdioxide op en stoten ze zuurstof uit. Een essentieel proces dus, maar volgens Roberta Croce kan het nog efficiënter. De hoogleraar biofysica van fotosynthese ontving afgelopen maart een NWO TOP-subsidie om dit voor elkaar te krijgen: “Fotosynthese is de basis voor al het leven op aarde, maar het kan nog beter.”

Croce komt oorspronkelijk uit Italië en kwam in 2005 voor het eerst naar Nederland voor onderzoek: “Ik ging als gastonderzoeker een jaar werken op een lab in Wageningen. Dat beviel goed, dus besloot ik hier een permanente baan te zoeken.” Ze was toen al in aanraking gekomen met de wereld van fotosynthese, en ze besloot dieper in dit onderwerp te duiken: “Ik vind het fascinerend hoe planten licht omzetten in energie. Wij kunnen daar nog veel van leren.” Via een Rosalind Franklin fellowship aan de Rijksuniversiteit Groningen kwam ze uiteindelijk aan de Vrije Universiteit terecht, waar ze sinds 2011 de biofysica groep leidt.

Je werkt al heel lang aan fotosynthese, weet je inmiddels alles over dit proces?

“We weten al een heleboel, maar er zijn zeker nog dingen onduidelijk. Ik ben met name geïnteresseerd in de reacties met licht, en hoe planten zich aanpassen aan veranderingen. Fotosynthese bestaat namelijk uit twee delen. Eerst vangen de planten de fotonen (lichtdeeltjes) op en exciteren bepaalde pigmenten. Dit betekent eigenlijk dat ze hun energie overdragen aan de pigmenten, zodat die gaan werken. De pigmenten produceren dan zuurstof, NADPH en ATP – twee energiedragers. Vervolgens zet de plant de ATP en NADPH samen met CO2 om in koolhydraten zoals glucose. Deze laatste stap lukt alleen met de hulp van een enzym, maar dit enzym is gevoelig voor temperatuur. Dus op een koude zonnige dag werkt het eerste proces wel maar het tweede niet. Dit kan de plant beschadigen.”

Wat gebeurt er dan met de energie?

“De fotonen geven planten de energie en exciteren de pigmenten, maar bij koude omstandigheden kunnen die pigmenten die energie niet omzetten naar koolhydraten. Ze zoeken dan een andere plek om hun energie kwijt te kunnen. Vaak reageren ze dan met zuurstof, waardoor er zuurstofradicalen ontstaan. Dit zijn moleculen die met vrijwel alles reageren en zo flinke schade aanrichten.”

Bladgroenkorrels
De fotosynthese vindt plaats in deze bladgroenkorrels.

Zouden we alle planten ’s winters dan uit de zon moeten houden?

“Dat is in praktijk natuurlijk lastig, en gelukkig hebben planten ook een ingebouwd beveiligingsmechanisme. Als ze te veel licht binnenkrijgen, hebben ze een manier gevonden om de meeste van die fotonen als het ware weg te gooien. Hoe dit precies werkt probeer ik nu te achterhalen. We zien wel dat de planten deze beveiliging snel aan kunnen zetten, maar uitschakelen duurt lang. Dus als er op een zonnige dag een wolk voor de zon schuift, gebruikt de plant het overgebleven licht dat binnenkomt niet optimaal. En dat is zonde, ze hebben de energie hard nodig om te groeien of voedsel te produceren. Wij proberen de omschakeling sneller te laten verlopen.”

Hoe krijg je dat voor elkaar?

“Allereerst moeten we natuurlijk precies in kaart brengen welke factoren en moleculen er bij dit proces betrokken zijn. Dat blijkt lastig, want niet elke plant werkt hetzelfde. Daarom gebruiken wij een modelplant, een plant waarvan we al goed weten hoe hij in elkaar zit. En we gebruiken een multidisciplinaire aanpak en bekijken het probleem vanuit verschillende hoeken. Met moleculaire biologen maken we bijvoorbeeld mutanten om te kijken welke genen en eiwitten betrokken zijn bij het proces. Ook gebruiken we veel spectroscopische technieken, dan schijnen we een laser op het blad en volgen we in real time wat er gebeurt. We weten door deze experimenten al beter hoe we het beveiligingsmechanisme van die plant kunnen aanpassen. Andere onderzoekers zorgden er met een paar aanpassingen al voor dat tabaksplanten vijftien procent meer voedsel produceerden. Uiteindelijk willen wij onze technieken ook in de natuur uitproberen.”

Fishhawk2
Kunnen we met een kleine aanpassing zorgen dat deze maïsvelden meer voedsel produceren?

Andere onderzoekers proberen de fotosynthese na te bootsen in kunstmatige systemen. Denk je dat deze systemen uiteindelijk beter gaan presteren dan de planten zelf?

“Ik zie inderdaad dat anderen de fotosynthese kunstmatig nabouwen en daarmee bijvoorbeeld biobrandstof maken. Dit werkt op dit moment alleen nog niet zo goed als de planten zelf. Voor voedsel verwacht ik dat we altijd nog wel op planten blijven bouwen, maar voor energieproductie valt er winst te behalen. Maar dan moeten we onze kennis delen. Om deze kunstmatige systemen te verbeteren, moeten we natuurlijk wel eerst begrijpen hoe het in de plant precies werkt. Ik probeer dit te achterhalen, maar ik bouw het systeem zelf niet na. Ik gebruik de kennis wel in natuurlijke systemen zoals algen, die we inmiddels zover hebben dat ze een beetje biobrandstof produceren.”

Algen waren ook je inspiratie voor deze TOP-subsidie. Wat zijn je plannen met dit geld?

“Een paar jaar geleden ontdekten onderzoekers een type alg, de cyanobacterie, die infrarood licht kan gebruiken voor fotosynthese. Dit hebben die bacteriën waarschijnlijk ontwikkeld zodat de bacteriën die niet aan het wateroppervlak zitten ook kunnen groeien. Het infrarood licht dringt namelijk door die bovenste laag heen, en zichtbaar licht niet.

Nu wil ik proberen om dat principe ook toe te passen bij planten. Het is zonde dat planten alleen het zichtbare licht gebruiken. In een graanveld zie je dan ook dat de bovenste bladeren veel licht blokkeren en de bladeren daaronder afsterven. Als we het mechanisme van de algen in deze planten stoppen, zou dat veel winst opleveren."

Denk je dat je op korte termijn resultaat zult zien?

“Het idee is nieuw, dus we hebben zeker vijf jaar nodig om de planten op de juiste manier aan te passen. Maar ik zie geen enkele reden waarom het niet zou werken. Met deze toevoeging kun je uiteindelijk meer voedsel produceren op hetzelfde oppervlak. En aangezien we met steeds meer mensen zijn op deze wereld, hebben we de microbiologie echt nodig.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink, en hoort bij de thema's Voedsel produceren en Duurzaamheid vergroten op Biotechnologie.nl
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 juni 2018

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.