Wetenschap - 23 oktober 1997

Fysiologen helpen veredelaars gewassen te verbeteren

Fysiologen helpen veredelaars gewassen te verbeteren

Fysiologen helpen veredelaars gewassen te verbeteren
Groeiende wereldbevolking vraagt om productievere rassen
Het nog verder verbeteren van gewassen wordt met de traditionele methodes steeds moeilijker. Veredelaars hebben behoefte aan ondersteuning om hun kruisings- en selectieprocedures effectiever te maken, meent promovendus dr ir Prem Bindraban van de leerstoelgroep Theoretische productie-ecologie. Plantenfysioloog Bindraban bekeek in zijn onderzoek tarwe als een systeem waarin suikers worden geproduceerd en opgeslagen. Hij denkt dat zo'n modelmatige benadering van opbrengstvorming een brug kan slaan tussen plantenfysiologische kennis en praktische plantenveredeling
De boodschap kwam van weerskanten niet over, vertelt dr ir Prem Bindraban over de communicatie tussen plantenfysiologen en veredelaars in het verleden. De veredelaars vinden dat plantenfysiologen naar te geisoleerde processen kijken. Een gewas is als een net: als je aan een touwtje trekt, gaat het geheel mee. Veredelaars hebben de afgelopen decennia vooral vooruitgang geboekt op basis van hun eigen empirische kennis; het contact met de fysiologen was oppervlakkig.
Bindraban deed in zijn studie en in een tijdelijke baan in Azie kennis op van gewasmodellen. In 1993 kwam hij terecht in het Mexicaanse veredelingsbolwerk International Maize and Wheat Improvement Center (CIMMYT), voor zijn promotieonderzoek naar de mogelijkheden voor een verdere opbrengstverhoging van tarwe. Bridging the gap between plant physiology and breeding is de titel van zijn proefschrift, dat hij 8 oktober verdedigde. Over dit thema organiseerde de onderzoekschool Productie Ecologie (PE) een symposium op 9 oktober
Voor mij was het een groot voordeel dat ik op het CIMMYT veel met veredelaars heb gesproken. Ik wist waar ze op letten in hun veredelingsprogramma's. Op basis van mijn aanbevelingen kan het CIMMYT in principe een nieuw veredelingsprogramma beginnen. Daar wordt nu over nagedacht.
De interactie van allerlei fysiologische processen bepaalt hoeveel opbrengst een gewas levert. Vaak zijn daar vele genen bij betrokken. Omgevingsfactoren als klimaat en bodemgesteldheid kunnen de fysiologische processen enorm beinvloeden. Hierdoor is het voor veredelaars moeilijk om een verband te leggen tussen de uiteindelijke opbrengst en de genetische eigenschappen die in de plant voor een bepaald fysiologisch proces zorgen. Traditioneel selecteren veredelaars vooral op uiterlijke kenmerken: agronomische parameters als lengte, resistentie en opbrengst
Het verder verbeteren van gewassen wordt met de traditionele methodes steeds moeilijker. Veredelaars hebben behoefte aan ondersteuning om hun kruisings- en selectieprocedures effectiever te maken, meent Bindraban. De systeembenadering kan een nieuwe basis geven.
Vaatbundels
Bindraban bekeek in zijn promotie-onderzoek tarwe als een systeem waarin suikers worden geproduceerd en opgeslagen. Hij onderzocht bij verschillende lijnen of het fotosynthetisch apparaat voldoende suikers produceerde, hoeveel daarvan weer verbrand werd en waar het overschot aan suikers werd opgeslagen. Uit zijn proeven bleek dat ook bij een overmaat aan suikers in de stengels de korrels niet boven een bepaalde grootte uit komen. Met name de korrels die verder van de aarsteel zitten bleken beperkt in hun groei
Werden de onderste korrels weggehaald, dan konden de bovenste wel verder groeien. Bindraban denkt daarom dat het transport van de suikers door de vaatbundels in de aar de beperkende factor is voor een hogere opbrengst. Aan de basis van een aartje vertakt de hoofdvaatbundel zich, om de korrels van suikers te voorzien. Zo'n vertakking bestaat uit een cluster cellen die weliswaar suikers doorlaten, maar minder dan een holle vaatbundel. Bindraban adviseert de veredelaars om de huidige rassen te kruisen met lijnen waarbij de clusters verder uit elkaar liggen. Bij aren met zo'n open structuur is een beter transport van suikers door de vaatbundels mogelijk
In de CIMMYT-veredelingsprogramma's werden enkele jaren geleden al lijnen gebruikt met de door Bindraban aangeraden aarstructuur. Planten van die lijnen kregen verschrompelde korrels, waardoor de opbrengst laag was. Uit een systeemanalytische benadering blijkt dat bij die lijnen het fotosynthetisch apparaat te klein is, waardoor het bladerdek te weinig koolhydraten produceert om de korrels mee af te vullen. Als via veredeling het bladerdek verder wordt vergroot, is waarschijnlijk een sterke opbrengstverhoging haalbaar
Bindraban denkt met zo'n systeemanalytische benadering een goed gereedschap in handen te hebben om een brug te slaan tussen de plantenfysiologen en de plantenveredelaars. Ook veredelingsonderzoekers zijn daarin geinteresseerd. Nu gewasmodellen zich meer gaan richten op genetisch verschillende lijnen van hetzelfde gewas wordt het voor ons interessant, vertelt dr ir Johan Dourleijn van Plantenveredeling. Veredeling bestaat bij de gratie van genetische variatie. Het plantenveredelingsonderzoek is inmiddels ook zo ver gevorderd dat steeds meer onderzoek wordt gedaan naar processen waarbij veel genen betrokken zijn, zoals opbrengstvorming
Groeisnelheid
Veredelingsonderzoekers zijn geinteresseerd geraakt in voor gewasmodellen gebruikte groeiparameters, bijvoorbeeld groeisnelheid, vertelt Dourleijn. De theoretische productie-ecologen kunnen met hun modellen, gebaseerd op fysiologische kennis, de veredelingsonderzoekers vertellen welke parameters welke informatie opleveren
Veredelaars hebben door de ontwikkelingen op het gebied van de merkertechnologie ook steeds meer behoefte aan informatie uit de gewasmodellen. Een merker is een soort vlaggenstok die een gebied op een chromosoom markeert waar een bepaalde eigenschap ligt. Al voordat de plant volgroeid is, kunnen hiermee de erfelijke eigenschappen van de plant onderzocht worden. Zo verkrijgen de veredelaars directe informatie over de erfelijke eigenschappen van een plant, terwijl ze vroeger alleen konden zien wat voor eigenschappen een plant uiteindelijk kreeg onder invloed van zowel erfelijke componenten als omgevingsfactoren
De merkertechniek staat nu nog in de kinderschoenen, maar zal een belangrijk instrument worden voor de volgende generatie veredelaars, meent PE-postdoc dr Xinyou Yin, aangesteld op het grensgebied tussen het plantenveredelingsonderzoek en de theoretisch productie-ecologie. Hij probeert met merkers de gebieden op de chromosomen te vinden die belangrijk zijn voor een bepaald fysiologisch proces in een plant. Om dat verband te leggen zijn ook statistische methode beschikbaar, maar dat zijn black box-methodes, vertelt Yin
De modellen geven meer inzicht in het fysiologische proces. Ze kunnen de processen in de plant en de invloed van milieu-omstandigheden integreren en vervolgens de invloed van de afzonderlijke processen op het geheel schatten. Het model kan de invloed van de omgeving er als het ware uit filteren. Omgevingsfactoren hebben veel invloed op ingewikkelde processen als opbrengstvorming. Het verband tussen die direct waargenomen processen en de genetische eigenschappen van de plant is moeilijk te vinden. Het verband tussen modelparameters voor fysiologische processen en die genetische eigenschappen is beter te bepalen
Honger
Een gewas met een systeemanalytische benadering aanpakken kan leiden tot voor de praktijk nuttige nieuwe inzichten, maar dat hoeft niet. Vanaf het begin wist ik niet of er iets uit zou komen waar een veredelaar wat aan heeft, vertelt Bindraban. Er moet namelijk genoeg genetische variatie zijn om een eigenschap in een plant te kunnen wijzigen. Ook moet de gewenste eigenschap niet onlosmakelijk gekoppeld zijn aan een andere eigenschap die voor de vitaliteit van de plant essentieel is, stelde veredelingsonderzoeker prof. dr ir Piet Stam op het symposium
Bindraban vindt het hard nodig om nu de kloof tussen fysiologen en veredelaars te dichten en zo te werken aan hogere opbrengsten. Honger is nu nog vooral een armoedeprobleem, maar de wereldbevolking en dus ook de vraag om voedsel groeit. Ook gaat in een aantal landen, bijvoorbeeld China, de levensstandaard omhoog. Als de wereldvoedselproductie de komende drie tot vier decennia niet tenminste verdrievoudigt, kan naar Bindrabans verwachting niet aan die groeiende vraag worden voldaan
Tussen 1960 en 1995 is de wereldvoedselproductie al verdubbeld. Op veel gebieden kunnen betere teeltmaatregelen nog voor opbrengstverhoging zorgen. Voor gewassen die nu al onder optimale omstandigheden geteeld worden, moet echter de maximaal mogelijke opbrengst omhoog. Bijvoorbeeld voor tarwe in subtropische gebieden, waar Bindraban zijn onderzoek naar deed
Het verder overbruggen van de kloof tussen de plantenfysiologen en de plantenveredelaars laat Bindraban nu vooral aan anderen over. In zijn nieuwe baan bij het Instituut voor Agrobiologisch en Bodemvruchtbaarheidsonderzoek (AB-DLO) hoopt hij opnieuw een brug te kunnen slaan. Nu tussen biofysische factoren en sociaal-economische factoren die de voedselproductie beperken

Re:ageer