Microbiologie in hapklare porties
Woestijn-microben kunnen helpen tegenklimaatverandering
In de laatste jaren van het vorig millenium begonnen wereldwijde organisaties zoals NASA en de Verenigde Naties hun bezorgdheid uit te spreken over de klimaatverandering, en de lange-termijneffecten voor de bewoners van onze planeet. De invoering van duurzame middelen op zoveel mogelijk manieren en plaatsen wordt van cruciaal belang voor de overgang naar een meer milieuvriendelijke manier van leven, voor een zekere toekomst op deze planeet. Een belangrijke factor voor ons voortbestaan is de landbouw. Met de groei van de wereldbevolking kunnen duurzame landbouwmethoden niet alleen voor de nodige voedselreserves zorgen, maar ook de schadelijke voetafdruk op het milieu elimineren of tot een minimum beperken. Om nieuwe teeltmethoden te ontwikkelen, hebben talrijke onderzoeksgroepen zich gericht op het bestuderen van woestijnplanten. Dit klinkt niet voor de hand liggend, aangezien woestijnplanten niet bekend staan om de gewassen. Woestijnen beslaan echter 33% van het totale landoppervlak van de aarde, en wat deze planten onderscheidt van andere is hun unieke aanpassingsvermogen aan een omgeving met extreme temperatuurschommelingen zoals hoge zonnestraling en waterschaarste. Als wetenschappers kunnen begrijpen hoe deze planten erin slagen te overleven, kunnen zij misschien een nieuwe landbouwmethode vinden die landbouwers in staat zal stellen nieuwe gebieden en gronden te gebruiken.
De zeer warme woestijn-omgeving heeft bijgedragen aan hun zeer specifieke uiterlijk. De bladeren van woestijnplanten zijn erg smal om de blootstelling aan straling te minimaliseren. Een dikke laag was, die de plant een bijna glanzend uiterlijk geeft, voorkomt de verdamping van water. Onder het zand en de lagen grond verbergt zich een uitgebreid wortelstelsel dat ervoor zorgt dat de planten toch toegang hebben tot water. Dit wortelstelsel is sterk afhankelijk van micro-organismen (lees het artikel “Een diepgewortelde relatie” voor meer informatie). Ja, woestijngrond zit zelfs vol met microbiëel leven!
Bacteriën die de groei van de planten bevorderen (afkorting PGPB; van het Engelse “Plant Growth-Promoting Bacteria”) stimuleren de groei en beschermen planten tegen ziekteverwekkers. Deze bacteriën spelen zelfs zo’n belangrijke rol, dat het overleven van een plant van hen afhangt. Woestijnplanten hebben deze bacteriën dus ook. PGPB van woestijnplanten worden meestal aangetroffen in ‘rhizosheaths’ – bodemdeeltjes die fysiek aan het wortelsysteem kleven. De twee meest veelvoorkomende groepen zijn deProteobacteriën en Actinobacteriën. Proteobacteriën kunnen stikstof binden, een essentieel element voor elke plant (en ander levend wezen). Actinobacteriën staan erom bekend dat ze kunnen groeien onder veel extreme omstandigheden, zoals omgevingen met een hoge of lage pH, extreme temperaturen of abnormale niveaus van straling en druk.
Om plantengroei te bevorderen zonder gebruik te maken van kunstmest of andere stoffen die het milieu negatief kunnen beïnvloeden, stellen sommige studies een methode voor om bodemdeeltjes, die rijk zijn aan groeibevorderende bacteriën, te verzamelenen over te brengen op een nieuwe plant. Een studie van Aseri et al. uit 2008 heeft aangetoond dat PGPB kunnen worden gebruikt als biologische meststof in dorre streken zoals de Thar-woestijn (India). In het veldexperiment, dat vijf jaar duurde, hebben onderzoekers een granaatappelboom voortdurend aangevuld met een stikstoffixerende bacterie Azotobacter chroococcum. Deze plant werd gekozen omdat granaatappels normaal worden geteeld in gebieden met dorre bodems en een warm klimaat, zoals het Indiase subcontinent of landen rond de Middellandse Zee. Het micro-organisme zou hopelijk in staat zijn de groei van de plant te bevorderen, door granaatappelbomen te voorzien van essentiële stikstofverbindingen. De resultaten: een hogere plant en grotere vruchtenopbrengst, een hoger chlorofylgehalte en een betere nutriëntenopname. De onderzoekers lieten zien dat deze techniek succesvol was, en kon worden gebruikt om de landbouwpraktijken in landen met een ongunstig klimaat te verbeteren.
In de loop der jaren werden veel andere studies en projecten opgezet om de toepassingen van woestijn-microben te ontdekken. Een van de bekendste projecten heet DARWIN21 en is vooral gericht op het microbiële leven in de Arabische woestijnen. Het is gestart met het idee nieuwe mogelijkheden te onderzoeken om de voedselproductie in landen met een heet en droog klimaat te verbeteren. Op dit moment zijn deze regio’s sterk afhankelijk van importen buitenlandse hulp, vanwege het ongunstige klimaat voor de landbouw. Om dit probleem op te lossen hebben onderzoekers zich gewijd aande studie van woestijnplanten en hun aanpassingsmechanismen. Dit leidde tot de oprichting van het eerste wereld-erfgoedcentrum voor woestijnmicroben. Nubestuderen wetenschappers rhizosheath-microben en hoe zij de tolerantie van planten tegen stressomstandigheden, zoals droogte, kunnen verhogen. Ongetwijfeld zullen dergelijke projecten helpen bij de toepassing van duurzame landbouwmethoden. Wie weet kunnen boeren over een paar jaar fruit en groenten telen in de Sahara-woestijn?
Link to the original post: lsharif Wiam, Saad Maged M., Hirt Heribert, Desert Microbes for Boosting Sustainable Agriculture in Extreme Environments, Frontiers in Microbiolog, 2020
Featured image: https://www.darwin21.org
Vertaald door: Charlotte van de Velde
micro-bites.org 
