Wetenschap - 20 juni 1996

Studenten meten glastoestand in savanne-plantje

Studenten meten glastoestand in savanne-plantje

Pgo-vak bij Moleculaire fysica levert primeur

Het lijkt het ideale plantje voor studentenkamers. Dor en verdroogd leeft het na rehydratatie weer volledig op. Zes studenten Moleculaire wetenschappen bestudeerden in het kader van probleemgericht onderwijs (pgo) de overlevingsstrategie van Craterostigma plantagineum en maakten daarbij gebruik van nieuwe technieken.


Zonder water gaan planten dood. Reden genoeg voor planten om, de een wat meer succesvol dan de ander, maatregelen te nemen tegen overvloedig vochtverlies. Zo niet Craterostigma plantagineum. Bij hevige droogte, wanneer ieder op overleven gericht plantje de boel zou sluiten, zet Craterostigma de huidmondjes juist wagenwijd open. Als gevolg hiervan droogt het plantje, dat op de Afrikaanse savanne groeit, volledig uit, tot het nog slechts twee procent vocht bevat. Hij doet het gewoon expres", zegt student Moleculaire wetenschappen Jos van den Oever.

Bruin en verschrompeld wacht Craterostigma vervolgens op vochtiger tijden om dan weer op te leven. Het herstel gaat snel. Enkele uren na rehydratatie wordt het plantje al zichtbaar groener. Omgekrulde frommeltjes aan de dorre steeltjes vouwen zich uit tot blaadjes. De fotosynthese komt vrijwel onmiddellijk weer op gang. Na enkele dagen is Craterostigma weer een fris groen plantje.

Craterostigma is een zogenaamd wederopstandingsplantje. De bijzondere overlevingsstrategie van Craterostigma vormde het onderwerp van het probleemgericht onderwijs (pgo) van zes studenten Moleculaire wetenschappen: Yves Bollen, Stefan Jansen, Mireille Claessens, Bram van den Hout, Jos van den Oever en Peter-Leon Hagedoorn. In mei en juni volgden ze het vak bij de vakgroep Moleculaire fysica.

Kennis over droogteresistentie is onder meer van belang voor het ontwikkelen van nieuwe bewaartechnieken voor zaden. Bij de vakgroep Plantenfysiologie werkt een postdoc aan dit onderwerp. Bekend was al dat sommige zaden droogte overleven door vorming van een glastoestand. Een glastoestand voorkomt dat de essentiele celonderdelen tijdens de droogte kapot gaan. Glas heeft de hardheid van een vaste stof, maar de moleculaire structuur vertoont de wanorde van een vloeistof. Denk aan een zuurtje", verduidelijkt Claessens. Dat lijkt hard, maar wordt bij warmte zacht en plakkerig."

Glastoestand

Omdat de blaadjes van Craterostigma net als droogteresistente zaden veel suikers bevatten, luidde de hypothese van de studenten dat Craterostigma in droge tijden een glastoestand creeert. Die hypothese bleek te kloppen. Dat is, voor zover wij weten, nog nooit eerder bij een plant gemeten. Alleen bij zaden en zaadpollen", zeggen de studenten tevreden.

Wanneer Craterostigma veel vocht verliest, komt er een punt waarop het plantje besluit helemaal uit te drogen. De suikermoleculen in de blaadjes vormen dan een netwerk. Dat voorkomt dat de celmembranen tijdens de uitdroging samenvloeien. Het netwerk fixeert bovendien de schadelijke stoffen in de cel, de zuurstofradicalen bijvoorbeeld, die door hun grote reactiviteit veel kunnen vernielen. De glastoestand werkt even conserverend als een diepvries.

De studenten wilden zoveel mogelijk meten, kozen zelf de geschikte technieken en benaderden de experts van de benodigde apparaten. Een van de technieken was Differential Scanning Calorimetry (DSC). Met behulp van DSC kunnen faseovergangen worden gemeten, bijvoorbeeld die van water naar ijs, of die van vloeibaar naar glastoestand. Bij een normaal Craterostigma-blad vonden de studenten alleen bij zeer lage temperaturen (-60) een faseovergang. Hoe droger echter het blad, hoe hoger de temperatuur waarbij de faseovergang tot stand kwam.

LUW-wetenschappers waren nog nooit op het idee gekomen een blad in het DSC-apparaat te leggen. De studenten hadden dus een primeur.

Pasta

De studenten gebruikten verschillende andere technieken. Met behulp van Electron Spin Resonantie konden ze conclusies trekken over de celonderdelen die wel en niet in een glastoestand komen. Niet alle technieken waren overigens zo geavanceerd. Om de huidmondjes te bestuderen, smeerden de studenten enkele blaadjes vol met de blauwe pasta die tandartsen gebruiken voor het maken van afdrukken van een gebit. De studenten bekeken het bladoppervlak vervolgens onder de microscoop.

Met behulp van de zogenaamde NMR T2-techniek, die het mogelijk maakt water in een plant te volgen, kregen de studenten inzicht in het verloop van de uitdroging en rehydratatie. Ook probeerden ze via deze techniek te ontdekken hoe de chloroplasten - de celonderdelen waar de fotosynthese plaatsvindt - tijdens de droge periode worden beschermd.

Dat de chloroplast wordt beschermd, daarvan zijn de studenten overtuigd. We weten alleen niet hoe", zegt Van den Oever. De studenten menen dat de fotosynthesefunctie tijdens de uitdroging behouden blijft. Op dit punt wijken ze af van de gangbare theorie: omdat metingen aantonen dat de fotosynthese na rehydratatie geleidelijk toeneemt, werd tot nu toe aangenomen dat deze functie weer langzaam ingroeide. Van den Oever meent echter dat deze geleidelijke stijging te maken heeft met de wijze waarop de plant hydrateert: cel voor cel. Hij heeft hiervoor een eigen verklaring bedacht. We moeten onze begeleider Van As nog wat meer overtuigen en dan gaan we publiceren", vindt Van den Oever.

Leerzaam

De studenten zijn zeer tevreden over hun pgo-vak. Zonder aarzeling bestempelen ze het als de meest leerzame periode van hun studie tot nu toe. En dat is precies de bedoeling van de vakgroep Moleculaire fysica. Studenten moeten leren een onderwerp af te bakenen en in te schatten met behulp van welke technieken ze snel een antwoord kunnen krijgen op hun vragen. We proberen natuurlijk wel te sturen, maar we dicteren niks", aldus begeleider dr H. van As.

Craterostigma plantagineum lijkt het ideale decor voor studentenkamers. Zelfs de meest hardnekkige verwaarlozing, de langste vakanties en de drukste examenperiodes overleeft het plantje moeiteloos. Een beetje water en de ogenschijnlijk gestorven Craterostigma doet 't weer. Bollen legt echter uit dat de verzorging toch de nodige zorgvuldigheid vereist: Wanneer je hem verwaarloost en het uitdroogmechanisme is in gang gezet, moet je m wel helemaal laten uitdrogen en m niet halverwege opeens water gaan geven, want dan weet het plantje niet meer wat het moet doen."

Re:ageer