Bionieuws

Onderwijs & Werk

Hulp voor de stikkende plant

Flickr © Gillie Rhodes

Vraag: kunnen planten hun adem inhouden?

Net iets teveel water aan de kamerplanten gegeven? Of zitten er geen gaten onder in de bloempotten van de planten die buiten in de regen staan? Dan is het al snel einde verhaal: wanneer wortels of scheut te lang onder water staan, stikken planten door gebrek aan zuurstof. Toch leggen lang niet alle planten direct het loodje wanneer ze kopje onder gaan. Kunnen planten dan net als mensen hun adem inhouden?

Strategie
‘Een overdosis water is voor landplanten sowieso levensgevaarlijk’, weet Sjon Hartman, plantenfysioloog aan de Universiteit Utrecht. ‘Er zit weliswaar zuurstof in water, maar de snelheid waarmee dat de cellen in diffundeert is in water tienduizend keer lager dan in lucht. En dat is niet snel genoeg: door zuurstofgebrek gaan planten uiteindelijk dood. Wanneer de dood precies intreedt verschilt echter sterk per soort, variërend van uren tot dagen, en hangt af van de strategie die een plant inzet tegen bijvoorbeeld een overstroming.’

Snorkels
Voor landplanten zijn er grofweg twee te bewandelende paden wanneer hun omgeving blank staat: ze houden hun adem in, of ze gaan snorkelen. Bij dat laatste steekt een plant zoveel mogelijk energie in verticale groei. De hieruit voortkomende lange holle stengels steken als snorkels boven het wateroppervlak uit en transporteren zuurstof uit de lucht richting de wortels. Vooral semi-aquatische soorten hanteren deze strategie, zoals moerasplanten. Planten die hun adem inhouden stoppen daarentegen juist tijdelijk met groeien, waardoor ze zo min mogelijk zuurstof gebruiken.


'Er valt dus veel te winnen als we onze gewassen op een of andere manier kunnen aanmoedigen hun adem in te houden.'

‘De meeste voorouders van onze gewassen konden ooit van nature wel hun adem inhouden, maar door duizenden jaren van kunstmatige selectie op andere gewenste kenmerken werkt die strategie niet of niet goed meer’, vertelt Hartman. ‘En dat is best problematisch. Door klimaatverandering neemt de kans op extreme regenval en overstromingen alleen maar toe. De natuur herstelt zich vaak wel, maar oogsten gaan steeds vaker verloren door ondergelopen akkers en landbouwgrond, vooral in Afrika en Azië. Er valt dus veel te winnen als we onze gewassen op een of andere manier kunnen aanmoedigen hun adem in te houden.’

Puzzel
Biologen duiken daarom al jaren in de belevingswereld van planten om te achterhalen welke moleculaire kettingreactie op gang komt bij een overdosis water. Het eerste stukje van die puzzel kwam van een dubbelpublicatie in Nature van 2011 toen wetenschappers de zuurstofsensoren in planten achterhaalden: eiwitten die normaal continu worden afgebroken, maar bij een lage concentratie zuurstof stabiliseren en de plant tot actie aanzetten.

Planthormoon
‘Dat was een belangrijke ontdekking’, aldus Hartman ‘maar de zuurstofsensoren waarschuwen de plant pas als hij al geruime tijd aan het stikken is, en dan kan het al te laat zijn. Daarom ben ik tijdens mijn promotieonderzoek op zoek gegaan naar vroegere waarschuwingssignalen, en kwam daarbij ethyleen op het spoor. Normaal diffundeert het planthormoon de lucht in, maar als een plant onder water staat, hoopt het zich vrijwel direct op in de cellen. En ook dit zet een plant direct aan tot actie: Arabidopsis-planten die van tevoren behandeld zijn met ethyleen, houden het vervolgens zonder zuurstof twee tot drie keer zo lang vol.’

Alarmbellen
Hoewel deze belangrijke alarmbellen langzaam aan het licht komen, blijft het vooralsnog onduidelijk waar het bij veel gewassen mis gaat in de hele cascade, vanaf het moment van overstroming tot het activeren van een overlevingsstrategie. En dat zal ook sterk per plantensoort verschillen. Toch zijn er al succesverhalen. Zo is er een rijstvariant die tot 17 dagen onder water kan staan en nu al door miljoenen boeren in India en Azië wordt verbouwd; door een ingebouwd gen brengt hij na een overstroming twee tot drie maal meer rijst op dan de oude variant. Ook is er al een variant van gerst met gevoeligere zuurstofsensoren, maar deze is nog niet klaar voor de grootschalige landbouw.

Topzwaar
En gewassen leren snorkelen? Dat is volgens Hartman geen goed idee: ‘Ga maar na: als een ondergelopen aardappelplant snorkels maakt, zou hij na het terugtrekken van het water waarschijnlijk gewoon omvallen omdat hij topzwaar geworden is. En dan gaat de oogst alsnog verloren.’ De adem inhouden lijkt dus de beste aan te leren strategie, alhoewel dat voor de gewone huis- tuin en keukenplant helaas geen soelaas biedt.

Dit artikel verscheen 17 november in Bionieuws 18.