Schimmels en bacteriën helpen plant bij afweer - Biowetenschappen & Maatschappij

Geen producten in je winkelmand.

01 juli 2020
normaal verdiepend
15 minuten

Schimmels en bacteriën helpen plant bij afweer

De auteurs

Planten worden bewoond door miljarden bacteriën, schimmels en andere microscopisch kleine organismen. Deze micro-organismen leven op en in de boven- en ondergrondse delen van de plant. Met name rond het wortelstelsel, het deel van de plant dat we meestal niet zien.

 

Plantenmicrobioom

De plant is een goede voedingsbodem voor micro-organismen vanwege de rijkdom aan suikers en andere koolstofverbindingen die hij met behulp van zonne-energie produceert. Het vastleggen van koolstof door fotosynthese is niet genoeg voor normale plantengroei. Daarvoor zijn ook water en essentiële nutriënten als stikstof, fosfor, kalium en ijzer nodig, die de plant met zijn wortels uit de bodem haalt. Voor het efficiënt opnemen van deze voedingsstoffen uit de bodem maakt de plant uitbundig gebruik van de diensten van micro-organismen. Bekende voorbeelden zijn de zogenaamde mycorrhizaschimmels, die de plant voorzien van fosfor, stikstof en water, en de wortelknolletjes waarin bacteriën (rhizobia) stikstof uit de lucht vastleggen en overdragen aan de plant voor het maken van bruikbare stoffen, zoals eiwitten. In ruil voor deze diensten krijgen de micro-organismen koolstofverbindingen zoals suikers terug. In het laagje grond net rondom de plantenwortels, de zogenaamde rhizosfeer, is de dichtheid en activiteit van micro-organismen tien tot duizend maal hoger dan die in de omringende grond die niet onder invloed van de wortel staat. Dit plantenmicrobioom – de microbiële gemeenschap met bijbehorende functies die gelieerd is aan een plant – wordt ook wel beschouwd als het tweede genoom van de plant. Kunnen deze micro-organismen een bijdrage leveren aan een gewasbescherming waarin chemische middelen een steeds minder prominente rol gaan spelen?

 

Wortelmicrobioom: Van de koolstofbronnen die planten via fotosynthese aanmaken, scheiden ze tot wel 20 procent weer uit in de bodem, in de vorm van wortelexsudaten. Dicht bij de wortel, in de rhizosfeer, beïnvloeden deze stoffen de samenstelling van de microbiële bodem­gemeenschap. Goedaar­dige micro-­organismen verbeteren de be­schikbaarheid en opname van voedingsstoffen uit de bodem en bieden bescherming tegen belagers zoals aaltjes, vraatinsecten en pathogene schimmels en bacteriën. © Nicole van Dam / infographic: Kimberly Falk

 

Afweer verhogen

Naar schatting gaat wereldwijd 30 procent van de oogst verloren door ziekten en plagen. Dit ondanks het geavanceerde immuunsysteem van planten, waarmee ze kunnen reageren op aanvallen door plantenbelagers. Desondanks kunnen ze ziek worden of opgegeten, doordat afweerreacties te laat op gang komen of doordat de aanvallers de verdediging van de plant weten te omzeilen of saboteren. Ook kunnen plantenbelagers zich makkelijk verspreiden in een veld met veel identieke vatbare planten dicht opeen, hetgeen de ziektedruk verhoogt. Hier kunnen de bacteriën en schimmels waarschijnlijk een belangrijke rol spelen als eerste verdedigingslinie tegen de belagers.

Inmiddels is duidelijk dat bepaalde micro-organismen in de rhizosfeer in staat zijn om sommige in de bodem levende ziekteverwekkers effectief te onderdrukken. Dat kan het gevolg zijn van interacties tussen de goedaardige micro-organismen en de ziekteverwekkers, bijvoorbeeld concurrentie om ruimte en nutriënten of de productie van antibiotica. Daarnaast zijn er micro-organismen die de afweer van de plant tegen indringers kunnen verhogen. In dat geval spreken we van het opwekken van resistentie (ISR: inductie van systemische resistentie). Deze micro-organismen brengen de plant in verhoogde staat van paraatheid, waardoor zijn immuunsysteem veel sneller en effectiever reageert op een aanval.

Ziektewerende bodem

Voor de opbouw van een bodemmicrobioom dat de plant effectief beschermt, is eerst een uitbraak van ziekte nodig, zo is bij een aantal gewassen gebleken. Wordt bijvoorbeeld tarwe jaar na jaar op dezelfde akker geteeld, dan neemt de tarwehalmziekte eerst toe, om na vier tot vijf jaar sterk af te nemen en daarna op een zeer laag niveau te blijven. Ook als de ziekteverwekker vervolgens kunstmatig aan de bodem wordt toegediend, worden de planten niet ziek: de bodem is hier ziektewerend geworden. Dat komt door de opbouw van een hoge populatiedichtheid van de bacterie Pseudomonas, die de ziekteverwekkende schimmel remt. In suikerbiet komt een vergelijkbaar verschijnsel voor.

Maar niet alleen een infectie met bodemgebonden pathogenen kan een verandering teweegbrengen; ook een infectie in de bladeren. Dat bleek bij de zandraket Arabidopsis thaliana, een modelplant voor onderzoek aan interacties tussen planten en microben. De samenstelling van het microbioom rond de wortels veranderde na infectie van de bladeren door valse meeldauw. En als planten opgroeiden in grond waarin al eens eerder planten door valse meeldauw waren aangetast, waren ze beter beschermd tegen de ziekte. Na infectie van bovengrondse delen van de plant ontstaat er dus een soort microbieel geheugen in de bodem, dat een volgende generatie planten helpt te beschermen tegen de ziekteverwekkers die de voorgaande generatie planten hebben aangetast.

Onderscheid tussen vrienden en vijanden

Kortgeleden is ontdekt dat veel goedaardige micro-organismen in het wortelmicrobioom specifiek het afweersysteem van de plant onderdrukken. Dat stelt ze in staat de plant succesvol te koloniseren zonder geremd te worden door zijn immuunsysteem. En daardoor kunnen ze hun beschermende functie uitoefenen zonder dat het ten koste gaat van de groei van de plant. Specifieke stoffen die de plant uitscheidt bij stress, sturen de selectie van specifieke micro-organismen in de rhizosfeer die de plant helpen bij afweer. Het identificeren van die verbinding opent mogelijkheden om tot nog gerichtere toepassingen te komen.

De huidige gewassen zijn echter niet of nauwelijks geselecteerd op eigenschappen die de interactie met dit soort goedaardige micro-organismen optimaliseren. Meer kennis hierover kan ons helpen de relatie van onze gewassen met hun natuurlijke micro-organismen te verbeteren. Ook veelbelovend zijn de beschermende micro-organismen die door specifieke gewassen gerekruteerd worden na een infectie. Mogelijk kunnen die ontwikkeld worden tot een microbieel ‘personalized medicine’, waardoor in de toekomst de noodzaak van chemische bestrijdingsmiddelen teruggedrongen kan worden.

 

Over de auteurs

Dr. Roeland Berendsen
Dr. Roeland Berendsen is wetenschappelijk medewerker en dr. Peter Bakker is universitair docent bij de onderzoeksgroep ‘Plant-Microbe Interacties’ van de Universiteit Utrecht.

Meer over dit onderwerp

Planten
19 juni 2020
Plantgezondheid
Planten zijn van levensbelang: ze voorzien ons van zuurstof en vormen de basis van onze voedselketen.
Auteurs
Prof. Francine Govers
Prof. Corné Pieterse
en meer
Cahier
05 december 2017
Schimmels
De schimmel heeft last van een slecht imago. Bij schimmel denken we eerder aan beschimmelde boterhammen,
Auteurs
prof. dr. Han Wösten
Wiel Hoekstra
en meer
Cahier
Artikel
Wat is plantgezondheid en waarom is het belangrijk?
Planten, ze zijn overal. Veruit het meeste land op aarde is bedekt met een groene laag van bossen, oerwouden of graslanden, en ook de oceanen zitten vol met primitieve planten, algen. Zonder planten kunnen wij niet leven...
Lees het artikel

Nooit meer iets missen?

Wil je altijd op de hoogte blijven van nieuwe boeken, dossiers en lesmaterialen? Schrijf je dan in voor onze nieuwsbrief. Wij sturen je maandelijks een overzicht van alle nieuwe content.

Schrijf je in