Je leest:

Schimmels: een plaag voor de landbouw

Schimmels: een plaag voor de landbouw

Auteur: | 5 december 2017
iStockphoto

De wereldbevolking groeit gestaag. De voorspelling is dat de teller stijgt van 7,5 miljard nu naar 9,7 miljard in 2050; miljarden monden extra die gevoed moeten worden. Met de overdaad aan producten in onze supermarkten is het moeilijk voor te stellen dat het tekort aan voedsel één van de grootste bedreigingen vormt voor het voortbestaan van de mensheid.

Om massale uitsterving te voorkomen moet de voedselproductie in de komende 30 jaar toenemen met maar liefst 70% en dat terwijl het beschikbare landbouwareaal nauwelijks toeneemt en de kwaliteit ervan verslechtert door erosie, droogte en uitputting van de bodem. Minder vlees en meer plantaardig voedsel is niet voldoende; de opbrengst per hectare moet drastisch omhoog. Plantenveredelaars moeten nieuwe rassen ontwikkelen die onder extreme omstandigheden kunnen overleven en floreren en die bestand zijn tegen ziekten en plagen. Immers, de verliezen door ‘landbouwplagen’ zijn enorm en in veel gevallen zijn schimmels de boosdoeners.

De Kreupelen een olieverfschilderij van Pieter Breughel de Oude (1568). In de middeleeuwen stak verspreid over Europa ergotisme de kop op, een armeluisziekte, die gekenmerkt wordt door afvallende ledenmaten en hallucinaties.
Pieter Breughel de Oude (1568)

Mysterieuze schimmelziekten

In 1940 verscheen het boek ‘The advance of the fungi’ waarin Ernest C. Large op een levendige wijze verschillende schimmelziekten beschrijft die hun opmars hebben gemaakt in de landbouw. Het boek begint met de Ierse hongersnood, ook bekend uit de geschiedenisboeken vanwege de economische en sociale impact en de massale emigratie van Ieren naar de Verenigde Staten. De ontdekking in de 19de eeuw dat de waterschimmel Phytophthora infestans de aardappelziekte veroorzaakt, wordt vaak genoemd als een mijlpaal die de geboorte van de discipline plantenziektenkunde markeert. Maar schimmelziekten zijn van alle tijden.

Schimmels kunnen ook dienen als vergif.

De Romeinen vereerden de god Robigus die tarwe zou beschermen tegen roest, een schimmelziekte die zich manifesteert als oranje-bruine vlekken op het blad. Ieder jaar op 25 april offerden zij een roestkleurige hond in de hoop dat dit voor Robigus een goed alternatief zou zijn voor roestige tarwebladeren. Desondanks werd de tarwe aangetast met als gevolg hongersnood en sociale onrust. Een schimmel was daardoor medeverantwoordelijk voor de ondergang van het Romeinse rijk.

In de middeleeuwen stak verspreid over Europa ergotisme de kop op, een armeluisziekte, die gekenmerkt wordt door afvallende ledenmaten en hallucinaties. Lang is gedacht dat het een besmettelijke infectieziekte was die zich manifesteerde als een epidemie. Nu weten we dat de oorzaak een landbouwplaag was van de schimmel moederkoorn. Als geïnfecteerde rogge tot bloei komt en gaat rijpen neemt deze schimmel de regie over. In plaats van graankorrels zitten er zwarte harde schimmelmassa’s in de aren die gifstoffen bevatten. Deze werden met het graan geoogst en het gif kwam zo in het roggebrood terecht, de dagelijkse kost voor arme boeren.

Ook het vee werd slachtoffer. Door spontane abortus ging een groot deel van de veestapel verloren. Het gif bestaat uit alkaloïden, stoffen die de bloedvaten dichtknijpen of de geest verlichten. LSD is zo’n alkaloïd waarvan een verwant molecuul door moederkoorn gemaakt wordt. Waarschijnlijk was het besmette roggebrood ook de dagelijkse kost voor de vermeende heksen die het slachtoffer waren van de grootschalige heksenjachten tussen 1450 en 1700.

Koffieroest

Ceylon, het huidige Sri Lanka, staat bekend om zijn thee, een belangrijk exportproduct. Dat Ceylon en het nabijgelegen India ooit belangrijke koffieproducenten waren, is minder bekend. Het was de Nederlandse Vereenigde Oostindische Compagnie die in 1658 de eerste koffiebomen aanplantten op Ceylon. Tweehonderd jaar later was het eiland grotendeels ontgonnen en had het oerwoud plaatsgemaakt voor grote winstgevende koffieplantages.

Maar dat veranderde in 1869 toen ook hier de bladeren oranje-bruine vlekken kregen waar de planten uiteindelijk aan ten gronde gingen. De koffieroestschimmel kwam uit het niets en kon zich ongehinderd over de eilanden verspreiden en zelfs daarbuiten. In twaalf jaar tijd waren alle koffieplantages verdwenen en was de koffieproducerende industrie in het Indische Rijk geruïneerd.

Moederkoorn Claviceps purpurea zichtbaar als donkerbruine tot paarsachtige structuren (sclerotiën) op een aar. Dit zijn ruststructuren en bestaan uit ingedroogd mycelium of schimmelpluis.
Shutterstock

De ziektedriehoek

Dit zijn slechts enkele voorbeelden van schimmelziekten die uit het niets leken op te komen. Of een ziekte zich ontwikkelt, hangt niet alleen af van de schimmel maar ook van de plant en de omgeving. Dit is zichtbaar in de ziektedriehoek, een basisconcept in de plantenziektenkunde. De oppervlakte van de driehoek is een maat voor de intensiteit van de ziekte en deze wordt bepaald door de lengtes van de zijden van de driehoek. Eén zijde is de schimmel. Als er weinig sporen zijn of de schimmel is te zwak om te infecteren, dan is de lengte kort.

De tweede zijde is de plant. Bij een volledig gevoelige plant is die zijde lang, maar als de plant resistent is en de groei van de schimmel volledig blokkeert, is de lengte nul en is er geen ziekte. De derde zijde staat voor de omgeving. Als de luchtvochtigheid hoog is, voelt een waterschimmel zoals Phytophthora of valse meeldauw zich als een vis in het water en kan de ziekte gedijen. Sporen van een echte meeldauwschimmel kiemen juist alleen bij een lage luchtvochtigheid en zullen dus bij nat weer minder schade berokkenen.

Grauwsluiers en vlekken

Veel plantensoorten hebben hun eigen roest- of meeldauwschimmel: tarweroest, koffieroest, eikenmeeldauw, druivenmeeldauw. Schimmels met een nauwe waardplantenreeks. De grauwe schimmel, Botrytis cinerea, is echter niet zo kieskeurig en heeft meer dan 200 waardplanten, voornamelijk groente- en fruitgewassen. Vaak betreft het ziekten die na de oogst of in gerijpte vruchten optreden. Mooie roodgekleurde aardbeien op de fruitschaal krijgen een grauwe sluier, gerbera’s krijgen vlekken op de bloembladeren, uien in opslag rotten en druiven hangen beschimmeld aan de ranken.

Botrytis cinerea is een typisch voorbeeld van een necrotrofe schimmel die een voorkeur heeft voor dode plantencellen. Necrotrofen scheiden enzymen uit die de celwanden afbreken waardoor het plantenweefsel afsterft en creëren zo een voedingsbodem voor zichzelf. Biotrofe schimmels daarentegen, zoals meeldauw en roest hebben levende cellen nodig om te kunnen infecteren en zich te vermenigvuldigen. Ze vormen vaak een speciale bolvormige of vingervormige structuur in de plantencel, een zogenaamd haustorium.

Edele rotting. Beschimmelde druiven hoeven niet altijd nadelig te zijn. De exclusieve Botrytis wijn die gemaakt wordt van aangetaste druiven heeft door deze edele rotting een poreuze schil waardoor het gehalte aan suikers toeneemt en de aroma verbetert.

Depositophotos / Imageselect, Wassenaar

Hierdoor wordt de oppervlakte waar schimmel en plant nauw met elkaar in contact staan sterk vergroot. De schimmel gebruikt het haustorium om stoffen uit te scheiden die in de levende plantencel terechtkomen. Veelal zijn dit eiwitten die de natuurlijke afweer van de plant tegen de schimmelinvasie onderdrukt. Via het haustorium onttrekt de schimmel voedingstoffen aan de plant.

Kas of buitenlucht

In een kas kan de paprika- of komkommerteler de omgevingsfactoren zodanig aanpassen dat het gewas goed groeit maar dat het voor de ziekteverwekkers minder aangenaam is. Dat is altijd zoeken naar de juiste balans zeker als er meerdere belagers zijn die verschillen in temperatuuroptimum en behoefte aan vocht en licht. In de buitenlucht is dat een stuk lastiger. Een fruitteler kan met moderne technieken het microklimaat in de boomgaarden nog enigszins beïnvloeden maar dat is ondoenlijk voor een akkerbouwer die vaak meer dan 100 hectaren beheert. Het weer is allesbepalend voor de opbrengst en om de ziektedriehoek zo klein mogelijk te houden moet of de schimmel onderdrukt worden, wat vaak neerkomt op chemische bestrijding, of de plant moet resistent zijn.

Er zijn aanwijzingen dat de klimaatverandering en de opwarming van de aarde invloed heeft op de verspreiding van sommige ziekteverwekkers. Ze bewegen richting de polen en met name op het noordelijk halfrond worden de uitdagingen om deze ziektes onder controle te houden steeds groter.

Resistente rassen

Veel wilde plantensoorten die verwant zijn aan onze cultuurgewassen zijn resistent tegen ziekteverwekkers. Door co-evolutie van plant en schimmel in hun natuurlijke habitat is een evenwicht ontstaan waarin ze beide kunnen overleven. Plantenveredelaars benutten resistentiegenen uit wilde soorten en combineren zo ziekteresistentie met ander gewenste eigenschappen, zoals hoge opbrengst of vruchtkleur en -smaak, in één ras.

Er zijn mooie voorbeelden van gewassen die niet meer afhankelijk zijn van chemische bestrijding. De natuurlijke weerstand via veredeling ingebracht, is afdoende om het gewas gezond te houden. Er zijn echter minstens zoveel voorbeelden te noemen waar resistentieveredeling niet of nauwelijks werkt. De schimmel past zich razendsnel aan en weet zo herkenning door het afweersysteem van de plant te omzeilen. Die herkenning werkt volgens het sleutel-en-slot principe. De schimmel scheidt eiwitten uit die nodig zijn voor infectie en kolonisatie van de gastheer. Deze eiwitten, effectoren genaamd, manipuleren de plant zo dat de plant de schimmel niet herkent en de natuurlijke afweer wordt onderdrukt. De effectoren zijn ‘sleutels’ die passen op de ‘sloten’ in de plant en zo de toegang tot de plant ontsluiten.

Door een resistentiegen in te brengen en daarmee één ‘slot’ volledig te blokkeren kan de plant de schimmel al stoppen. De tegenzet van de schimmel is het aanpassen van de betreffende ‘sleutel’. Door een mutatie in het dna verandert of verdwijnt de betreffende effector en wordt het geblokkeerde ‘slot’ omzeild. De schimmel heeft de resistentie doorbroken en kan weer z’n gang gaan. Deze cyclus herhaalt zich zodra de veredelaar weer een nieuw resistentiegen ingekruist heeft.

Blast en zwarte roest

Toen in 1999 in Oeganda een stam van zwarte roest werd aangetroffen die de ingebouwde resistentie in tarwe kon omzeilen brak grote paniek uit. Al meer dan dertig jaar hadden de resistente tarwecultivars wereldwijd standgehouden en waren er nauwelijks zwarte roest epidemieën geweest. De Ug99-schimmelstam kan 80-90% procent van alle tarwecultivars aantasten en heeft zich inmiddels verspreid over geheel Oost Afrika van noord naar zuid, met als gevolg grote oogst­verliezen. Ug99 is ook al in Iran gesignaleerd en de weg naar de uitgestrekte tarwevelden in Midden- en Oost-Azië ligt open.

Zwarte roest, een schimmelziekte van graangewassen, op een tarwestengel. Daarnaast een ingekleurde lichtmicroscopische foto van een geïnfecteerd tarweblad met zwarte roest (Puccinia graminis).
Imageselect, Wassenaar

Een nieuwe dreiging voor tarwe is de tarweblastschimmel die in 2016 circa 60% van de tarweoogst in Bangladesh heeft vernietigd. In 1985 dook deze ziekte op in Zuid-Amerika maar was tot 2016 nog nooit buiten Amerika waargenomen.

Tarwe behoort tot de top drie van de voedsel­gewassen in de wereld. Om te kunnen blijven oogsten en liefst nog meer te kunnen oogsten, moet de strijd aangebonden worden met roesten, blast’s en andere schimmelziekten. Voor plantenziektekundigen is het fascinerend om te zien hoe deze schimmels te werk gaan. Als zij de onderliggende mechanismes kunnen doorgronden, moet het mogelijk zijn om strategieën te ontwikkelen om deze landbouwplagen effectief te ondermijnen.

Een factor in de geschiedenis

Schimmels hebben bedoeld of onbedoeld een rol gespeeld in de wereldgeschiedenis. In het jaar 54 werd de keizer van het Romeinse rijk Claudius vermoord door zijn vrouw Agrippina. Zij had hem haar zoon Nero laten adopteren en wilde dat hij en niet zijn eigen zoon Britannicus hem zou opvolgen. De overlevering leert ons dat Agrippina de zeer giftige kleverige knolamaniet mengde in een schotel van de zeer smakelijke keizersamaniet om de opvolging te bespoedigen.

In het jaar 55 laat Nero Britannicus vergiftigen en later brengt hij ook zijn moeder om. Toen in 64 een groot deel van Rome vernietigd werd door een brand gaf Nero de christenen de schuld. Zij kregen volgens de geschiedschrijver Tacitus zeer wrede straffen: ‘Gekleed in dierenvellen werden ze in stukken gescheurd door honden, gekruisigd of in brand gestoken, zodat ze ’s nachts als verlichting dienden.’

Ook Karel de Zesde, keizer van het Heilige Romeinse Rijk, overleed na het eten van giftige paddenstoelen, dit keer de groene knolamaniet. De resulterende instabiliteit maakte dat zijn dochter Maria Theresa het rijk dat zij van hem erfde moest verdedigen tegen de legers van Pruisen, Beieren, Frankrijk, Spanje, Saksen en Polen. Ze wist de kroon te behouden maar verloor Silezië aan Pruisen en Parma aan Spanje.

De keizersamaniet, Amanita caesarea, was de favoriete paddenstoel van Julius Caesar.

iStockphoto

Een andere schimmel die zijn stempel op de geschiedenis heeft gedrukt is Claviceps purpurea, beter bekend als moederkoorn. Wanneer graan, met name rogge, dat geïnfecteerd is met deze schimmel wordt verwerkt in brood treedt de ziekte ergotisme op, ook wel kriebelziekte of Sint-Antoniusvuur genoemd. De schimmel produceert een aantal alkaloïden zoals ergotamine. Deze verbindingen veroorzaken onder andere het samentrekken van spieren en bloedvaten, waardoor stuipen, vroeggeboorten en koudvuur kunnen ontstaan.

In combinatie met een gebrek aan vitamine A kunnen hallucinaties optreden, de verbindingen zijn namelijk verwant aan de harddrug LSD. Er wordt beweerd dat de Noormannen succesvol waren in Frankrijk doordat de inheemse bevolking verzwakt was door het ergotisme. Ook zou een geplande inval van Tsaar Peter de Grote in 1722 in Turkije zijn afgeblazen omdat zijn leger door ergotisme was geveld. Er zijn echter ook positieve kanten. De alkaloïden werden vroeger gebruikt door vroedvrouwen om geboorten op te wekken wanneer de geboorte te lang op zich liet wachten. Tegenwoordig worden ze gebruikt om bloedingen te stelpen.

Han Wösten

Lees het volgende artikel van het thema ‘Schimmels’

Eetbare paddenstoelen

Teun Boekhout en Anton Sonnenberg
Dit artikel is een publicatie van Stichting Biowetenschappen en Maatschappij.
© Stichting Biowetenschappen en Maatschappij, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 05 december 2017

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.