Verbeterde voedselproductie (14a): plantenwortels houden microben en "melken" ze om zichzelf van voedsel te voorzien

Zoals ik al in eerdere blogs heb aangegeven is er een sterke symbiose tussen planten en het bodemleven: verschillende planten leven in symbiose met stikstof bindende bacterien om op die manier te worden voorzien van het benodigde stikstof (zie deze blog). Ook zijn er heel veel planten die in symbiose leven met mycorrhiza schimmels (zie deze blog). Een deel van de schimmels leeft rond de wortel en tussen de cellen (ecto mycorrhiza) en een deel leeft rond de wortel, maar penetreert ook de wortelcellen (endo mycorrhiza)

Bron: http://www.plantscience4u.com/2013/03/ectomycorrhizae-and-endomycorrhizae.html#.WJ4OGPLQnIV

Deze schimmelnetwerken zijn van enorm belang, omdat deze een zeer fijnmazig netwerk hebben: geschat wordt dat elke gram grond 1 à 1,5 km schimmelnetwerken heeft. Planten die in symbiose met deze schimmels leven, kunnen dus van dit netwerk gebruik maken en hebben daardoor veel beter toegang tot nutrienten en mineralen.

Bron: http://www.wineland.temp.shapeshift.co.za/archive/technical/supplimentary--wynboer-march-2013-why-is-
mycorrhiza-important-for-grapevines-2.jpg

Deze schimmelnetwerken zijn ook van belang voor het afbreken van gesteenten, zoals dit project in Spanje heeft laten zien. Deze schimmelnetwerken maken - doordat ze de gesteenten afbreken - dat de wortels van de planten beter kunnen groeien.

Verder kunnen de schimmelnetwerken ook snelwegen zijn voor andere organismen, zoals bacterien; onderstaande video laat dat zien.

Bron: https://www.youtube.com/watch?v=AnsYh6511Ic

Nieuwe onderzoek

Er kan dus een zeer intensieve symbiose zijn tussen de wortels van planten en het bodemleven. Het is duidelijk dat de plant zelf, maar ook de wortels in de bodem baat hebben bij een gezonde bodem met een gezond bodemleven.
Hoe echter deze symbiose precies plaatsvindt was tot nog toe onduidelijk.

Resultaten van nieuw onderzoek van september 2018 (nieuwsartikel en wetenschappelijk artikel) geeft hier een interessante inkijk in.

Dit onderzoek richt zich op zogeheten endophyten, (bacterien of schimmels die (een deel van de tijd) in planten leven) in de groeipunten van plantenwortels (het meristeem).
Het onderzoek laat zien dat de volgende cyclus plaatsvindt bij veel, en mogelijk zelfs alle planten (zie ook het schema onder de beschrijving):

1. De plant scheidt stoffen uit in een zone om de wortel punten, dit zijn onder andere koolhydraten, aminozuren, vitaminen en organische zuren. Hoe groter het tekort aan voedingsstoffen is in een plant, hoe meer stoffen worden uitgescheiden bij de wortel punten. Deze verschillende stoffen trekken een keur aan microben aan, die van deze stoffen leven.
2. De microben verzamelen voedingstoffen die de plant nodig heeft (nutrienten en mineralen), al dan niet door ander bodemleven te plunderen en uit te zuigen. Microben (vooral bacterien) gaan hierbij actief op zoek buiten de directe omgeving van we wortel van de plant (zie ook bijvoorbeeld de bovenstaande video, waarop bewegende bactieren langs schimmeldraden te zien zijn).
3. De endophyten dringen de groeiende, delende uiteinden van de plantenwortel in; deze nieuwe cellen zijn nog zacht en hebben nog geen goede harde celwand. In het proces, wat rhizophagy wordt genoemd, worden de microben in de wortel blootgesteld aan zogeheten reactieve zuurstofcomponenten, die worden geproduceerd door enzymen (NADPH oxidase) in de plant. Deze reactieve zuurstofcomponenten maken dat de voedingsstoffen uit de microben worden geextraheerd.
4. De microben die na het kwijtraken van de nutrienten nog leven (sommigen leggen in dit proces het loodje), verlaten de plant via de wortel haren, waarna het proces weer bij stap 1 begint.

Bron: https://www.mdpi.com/2076-2607/6/3/95

Bron: https://scontent.febb6-1.fna.fbcdn.net/v/t1.0-9/121006698_2175061819305385_6877545208477727246_o.jpg?_nc_cat=100&_nc_sid=730e14&_nc_ohc=dl0hEnRtmQUAX9712dP&_nc_oc=AQlip5iYxwfd9Zfqtu89Xmnae25qruP32aUdGZED3J2UKIpWCTlAep_f_TGYV4ZR34c&_nc_ht=scontent.febb6-1.fna&oh=71a253e27f419d6a9103adbfe86c515c&oe=5FA8E821

In onderstaande video wordt het (in het Engels) uitgebreid uitgelegd.

Bron: https://www.youtube.com/watch?v=GSdi6hNs62U

Conclusie

Het begrip van hoe planten samenwerken met het bodemleven, maakt dat veel gerichter kan worden gekeken hoe plantengroei kan worden bevorderd, bijvoorbeeld door de kolonien van deze microben te bevorderen. Dit kan vervolgens resulteren in een gezonder en diverser bodemleven met goede opbrengsten, waarbij er minder of zelfs geen kunstmest meer nodig is. Dit betekent minder kosten voor de agrarier en minder uitspoeling van de meststoffen naar het oppervlaktewater, een gezonder bodemleven en dus een beter bodem- en watermilieu. Mogelijk dat ook de geproduceerde gewassen gezonder zijn, omdat de plant die stoffen krijgt die hij op elk willekeurig moment zelf wil dat er worden opgenomen.

Bronnen

- https://www.mdpi.com/2076-2607/6/3/95 Rhizophagy Cycle: An Oxidative Process in Plants for Nutrient Extraction from Symbiotic Microbes
- https://www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180917111527.htm Hoe wortels bacterien en schimmels gebruiken en opeten om nutrienten te krijgen
- https://www.permaculture.co.uk/articles/how-plants-extract-nutrients

Verbeterde voedselproductie (13)            Verbeterde voedselproductie (14b)