Een van deze uitdagingen is hoe we gezonde en productieve gewassen kunnen telen om de groeiende wereldbevolking te voeden. Er wordt onvermoeibaar gewerkt aan de ontwikkeling van nieuwe pesticiden en meststoffen om ervoor te kunnen zorgen dat gewassen kunnen groeien, zelfs in een veranderend klimaat. Maar we hoeven niet zo ver te gaan als het ontwikkelen van nieuwe chemicaliën om onze voedselvoorziening te beschermen. Voor een duurzame en langdurige oplossing kunnen we kijken naar iets wat zich al bevindt waar onze gewassen groeien: de microscopisch kleine organismen in de bodem.

Een Symbiotische Relatie

In tegenstelling tot wat vaak wordt aangenomen, hebben planten meer nodig dan alleen water, zonlicht en mineralen om optimaal te groeien. Hoewel zaden al kunnen ontkiemen op een simpel keukenpapiertje, zijn voor veel functies van een plant nauwe interacties met microscopisch kleine helpers nodig. Het bodem microbioom bestaat uit bacteriën, schimmels en archaea, waarvan een groot deel nog niet is geïdentificeerd of onderzocht. Sommige schimmels in de bodem hebben een nauwe samenwerking met plantenwortels. De draden van de schimmels kunnen zelfs de wortels binnendringen, waardoor er een groot gedeeld oppervlak ontstaat. Dit type schimmel, dat zich op deze manier interactie heeft met plantenwortels, wordt arbusculaire mycorrhiza schimmel (AMF) genoemd. De relatie tussen de AMF en plant is een win-win situatie. De plant profiteert dankzij de schimmel bijvoorbeeld van een betere wateropname¹ en extra voedingsstoffen. In ruil daarvoor krijgt de schimmel toegang tot voedingsstoffen die de plant produceert tijdens fotosynthese. Omdat beide partijen een voordeel hebben door deze strategie te gebruiken, komt deze samenwerking veel voor in de natuur. Meer dan 80% van de planten werkt samen met AMF².

Onderzoek

Naast AMF hebben veel andere schimmels en bacteriën mechanismen ontwikkeld die planten helpen om te overleven en groeien. Iedere plantensoort heeft een complex netwerk van interacties dat we moeten begrijpen om volledig te doorgronden hoe een plant zich ontwikkelt. Daarom wordt er veel onderzoek gedaan om de rol van verschillende microben en de interactie met de plant als gastheer in kaart te brengen. Aan de Universiteit Leiden bijvoorbeeld doet de groep van Prof. Martijn Bezemer en Dr. Sofia Gomes onderzoek naar het bodem microbioom in landbouw- en bosomgeving. Omdat de samenstelling van de microbiële gemeenschap sterk kan verschillen per locatie, werken verschillende Nederlandse universiteiten samen aan dit soort projecten en worden monsters verzameld door het hele land.

Microben en klimaatverandering

Maar wat heeft het effect van microben op planten te maken met klimaatverandering? Naast hun rol in plantengroei is uit studies gebleken dat bepaalde bacteriële en schimmelsoorten de wortels van planten beschermen tijdens periodes van droogte^3,4. Door klimaatverandering stijgende temperaturen en zullen droogtes wereldwijd vaker voorkomen⁵. Daarom is het extra interessant om te achterhalen hoe deze beschermingsmechanismen werken en welke soorten hierbij betrokken zijn. Als we dit kunnen identificeren, kunnen we misschien behandelingen ontwikkelen waarbij de juiste microben aan gewassen worden toegevoegd om ze te helpen herstellen van droogte en te overleven in steeds extremere omstandigheden. Het toevoegen van levende organismen aan de bodem is ook efficiënter op de lange termijn, omdat ze zichzelf kunnen vermeerderen en niet steeds opnieuw toegevoegd hoeven worden zoals chemische behandelingen. De juiste microbe toevoegen aan een bodemgemeenschap is vergelijkbaar met het aannemen van een nieuwe teamgenoot: als je iemand vindt met de juiste vaardigheden en die goed in het team past, verbetert dit niet alleen de prestaties op korte termijn, maar ook op de lange termijn.

Onderzoek naar het gebruik van microben in de landbouw gaat er niet alleen over hoe planten omgaan met droogte of zout, maar ook over hoe ze beter beschermd kunnen worden tegen insecten en virussen. En het microbioom beïnvloedt zelfs de voedingswaarde van fruit en groenten. Wist je dat microben in de bodem rechtstreeks invloed hebben op de smaak van onze groenten? Voedselproductie is essentieel, maar onderzoek naar het bodem microbioom heeft ook andere toepassingen. De bodem speelt een cruciale rol bij de groei en overleving van bossen. Als we begrijpen welke kleine helpers bomen nodig hebben om zich thuis te voelen op kale grond, kunnen we deze kennis gebruiken om de slagingskansen van herbebossingsprojecten te verbeteren. In plaats van ons af te vragen waarom planten doodgaan ondanks voldoende water en zonlicht, kunnen we eerst naar de bodem kijken en ervoor zorgen dat zowel boven- als ondergronds alles aanwezig is wat de planten nodig hebben. De grond ziet er op het eerste gezicht misschien niet zo spannend uit, maar zodra je door een microscoop kijkt zie je dat het antwoord op veel vragen zich letterlijk recht onder onze voeten bevindt.

Bronnen

1. Arbuscular mycorrhizal symbiosis increases relative apoplastic water flow in roots of the host plant under both well-watered and drought stress conditions | Annals of Botany | Oxford Academic. https://academic.oup.com/aob/a....

2. Zobel, M. & Öpik, M. Plant and arbuscular mycorrhizal fungal (AMF) communities – which drives which? J. Veg. Sci. 25, 1133–1140 (2014).

3. Begum, N. et al. Co-inoculation of Arbuscular Mycorrhizal Fungi and the Plant Growth-Promoting Rhizobacteria Improve Growth and Photosynthesis in Tobacco Under Drought Stress by Up-Regulating Antioxidant and Mineral Nutrition Metabolism. Microb. Ecol. 83, 971–988 (2022).

4. Kour, D. et al. Alleviation of Drought Stress and Plant Growth Promotion by Pseudomonas libanensis EU-LWNA-33, a Drought-Adaptive Phosphorus-Solubilizing Bacterium. Proc. Natl. Acad. Sci. India Sect. B Biol. Sci. 90, 785–795 (2020).

5. Toreti, A. et al. Global Drought Overview September 2024. JRC Publications Repository https://publications.jrc.ec.eu... (2024) doi:10.2760/7511271.