Zaden vol microben: de sleutel tot succes?

Stress, niet alleen mensen hebben er last van. Planten ook. De oorzaken kunnen legio zijn. Koude, hitte, droogte, natte bodems… Net zoals bij ons mensen kan dit leiden tot een ondermijnen van hun gezondheid en uiteindelijk een lagere oogst. Vanwege klimaatverandering wordt voorspeld dat onze teelten steeds meer onder stress komen te staan. Gelukkig zijn er oplossingen die de natuur zelf aanlevert. Zaden worden vandaag vooral verkocht per volume. Hoe en waar ze geteeld worden, daar kijken we amper naar. Toch is dat de basis voor succes, zo blijkt.

Het microbioom: een startpakketje dat zorgt voor betere kieming, groeibevordering en nog veel meer.

Lang zijn we er blind voor geweest. Nu wordt het gemeengoed onder wetenschappers en onderzoeksdisciplines dat Ieder stuk plantenweefsel, van wortel tot blad, bloemen en zelfs zaden worden gekoloniseerd door micro-organismen. Net wat ecologie en permacultuur al langer verkondigen, iedere niche wordt gevuld. Dus kleine beestjes hebben kleinere beestje op hun rug enzovoort. Planten blijken hun zaden een startpakketje mee te geven aan micro organismen zodat ze een vlotte start kunnen maken. Letterlijk dan, want de micro-organismen kunnen bij tal van zaken helpen zoals een vlotte kieming en weggroei, betere opname van nutriënten, bescherming tegen stress, groeibevordering,…



Onderzoeken buigen zich vandaag vooral over endofyten. Die leven niet aan de buitenkant van de plant maar wel intern, in plantenweefsel. Ze kunnen op allerlei manieren in de plant terecht komen. Bijvoorbeeld door opname via de wortels, de huidmondjes in het blad of…via zaden. We hebben het hier vooral over dit laatste: de verticale transmissie van endofyten. Moederplanten die via de zaden een heel microbioom, een hele verzameling micro-organismen, meegeven dat de jonge zaailing op weg moet helpen. Wat er meegegeven wordt hangt af van de omgeving waar de plant in groeit, het ras (genotype) en het management. Heel veel invloeden dus. Welke impact hebben die bevindingen nu op ons telers en onze omgang met zaden? Heel wat eigenlijk. Enkele nieuwe inzichten vind je hier onder.

Foto: Endofyten leven in plantenweefsel. Epifyten aan de buitenkant van planten en plantendelen zoals zaden. Welke epifyten aanwezig zijn wordt door van alles en nog wat beïnvloedt. Sommige zaden passeren bijvoorbeeld door het spijsverteringskanaal van een vogel of zoogdier vooraleer ze gaan kiemen. Vruchten zoals tomaten of appelen rotten voor ze op de grond vallen. Al deze zaken beïnvloeden welke epifyten er kunnen voorkomen op de zaden. Wat het nog ingewikkelder maakt is dat epifyten endofyten kunnen worden door te verhuizen van de buitenkant van een plant naar intern weefsel.

Nieuwe inzichten leiden tot een andere manier van zaad winnen en behandelen?

• Zaden van planten die geteeld worden met veel inputs hebben een ander microbioom. Ze leven en werken samen met een andere set organismen. Dat is ook heel logisch. Planten zoeken samenwerkingen met organismen die hun ondersteunen in wat ze nodig hebben. Als ze ruim van voedsel (lees meststoffen) voorzien worden hebben ze bijvoorbeeld geen stikstoffixerende bacteriën nodig, dat kost ze alleen maar energie zonder er iets voor terug te krijgen. Het microbioom varieert volgens het teeltmanagement dat de moederplanten ondergingen.

Een mooie proefopzet is een Oostenrijkse studie waar tomatenplanten werden geteeld onder twee regimes. De helft van de planten werd in labo omstandigheden geteeld op een arm substraat in bij weinig ziektedruk. De andere helft onder veldcondities. Van beide sets planten werden zaden genomen en de samenstelling van het zaadmicrobioom geanalyseerd. Zaden van moederplanten geteeld op het arm substraat hadden vooral een bioom dat bestond uit bacteriën die de opname van nutriënten bevorderen. Het bioom van de planten uit het veld bestond vooral uit bacteriën die de weerstand bevorderen tegen ziekten. Deze verschillen werden bekomen na slechts 1 teeltseizoen (bron 2). Het hoeft dus niet te verwonderen dat zaden geteeld onder een gangbaar regime van kunstmeststoffen en fytofarmacie minder goed voorbereid zijn om te groeien onder ecologische omstandigheden.

• Off season seeds versus lokale zadenproductie. Ook in dit verhaal blijkt het weer heel belangrijk. Want wat ben je met een microbioom aangepast aan Zuid-Europese of Zuid-Amerikaanse condities om gewassen in Noord Europa te telen. Een ver van je bed show? Dat is het letterlijk wel. Wist je dat heel wat zaden van landbouwgewassen geteeld worden in de Zuidelijke hemisfeer? Time is money. Rassen van tarwe, maïs en andere landbouwgewassen hebben maar een korte levenscyclus. Wat vandaag door landbouwers als hip ras beschouwd wordt kan binnen enkele jaren al afgeschreven zijn. Om een seizoen te winnen worden er zaden gewonnen in beide hemisferen zodat er twee teeltcycli per jaar zijn en vermeerdering pijlsnel gaat. “Seed companies operate world-wide with major seed production areas in the Northern and Southern hemisphere to secure seed production all year round. The centralized production and global trade of seeds may contribute to homogeneity of the plant microbiome at global scale but may also impact on soil microbial diversity and health.” (bron 3)”

Op de hobbymarkt speelt nog een bijkomend probleem. Er is weinig transparantie over de herkomst van zaden. Zaadhandelaren kopen vaak aan bij andere firma ‘s. Bijna nooit telen ze alles zelf. Uit welk gebied die zaden komen en hoe ze geteeld worden weet je niet altijd.
Een oplossing waar aan gedacht wordt is om zaad dat gecentraliseerd geteeld wordt te gaan enten met een aangepast microbioom afhankelijk van de streek waar het gezaaid wordt. De wereld op zijn kop dus.

• Seed micriome engineering (synbiotics) en “Back tot the future approach”. Uiteraard is er meteen veel interesse van firma ‘s om het microbioom gericht naar onze hand te zetten. Een paper die in 2018 verscheen (bron 2) stelt onomwonden dat domesticatie van planten, letterlijk het naar de hand zetten door veredeling, ook zijn impact heeft gehad op het microbioom. Het voorstel is om moderne cultivars terug te enten met het bioom van hun wilde voorouders. In het gewas Maïs zijn ze daar nu volop mee bezig na de spectaculaire vondst dat een wilde voorouder zijn eigen stikstof kan vastleggen.

Zelf heb ik toch wel wat bedenkingen over “gericht” gaan ingrijpen. Wil je de hele “rant” hier over lezen dan klik je maar door. Seed microbiome engineering: oh no…niet weer dezelfde piste.

Zaden breed inoculeren met leven door "seed dressings" toe te passen is iets heel anders dan gericht gaan ingrijpen op bijv. slechts 1 organisme. In het eerste geval bevorder je leven in de brede zin. In het tweede geval stel je je verwaand op en ga je er van uit dat je 100% weet hoe de vork in de steel zit.

• Ontsmetting van zaden: fysisch en chemisch. Op de hobbymarkt in onze contreien kom je chemisch ontsmette zaden gelukkig niet meer tegen. Zo ’n zaden waren te herkennen aan hun coating, een onnatuurlijke kleurlaag (bijv. roze, oranje of groen). Zaden werden (in de gangbare landbouwsector nog steeds) omhuld met biociden zoals fungiciden, vogel afwerende middelen of zelfs insecticiden om het jonge gewas te beschermen. Biociden, letterlijk levendodend, hebben meer dan waarschijnlijk een impact op het zadenmicrobioom. Let op, sommige zaden worden ook fysisch behandeld door bijvoorbeeld een warmtebehandeling met heet water of stoom-vacuüm. Dat zie je uiterlijk niet aan het zaad maar het kan wel een impact hebben. Op dit moment is daar weinig over geweten hoe groot die impact is op endofyten omdat die in het weefsel leven.
  
  

Foto: de rode kleur van de tarwezaden op de foto wijst op chemische "ontsmetting"

• Bewaring van zaden. Zaden diepgevroren bewaren bij zeer lage temperaturen is een gangbare praktijk in genenbanken zoals bijv. Spitsbergen. Een belangrijke onderzoeksvraag is dan ook: welke impact heeft zo ’n langdurige bewaring op het microbioom? Een andere vraag waar wetenschappers zich over buigen is: hoe kunnen we het microbioom van zaden ook gaan bewaren?

 Foto: Zadenopslag in de "Svalbar Seed Vault" in Spitsbergen. (foto Wikipedia)

.

Voortschrijdend inzicht heeft een grote impact op ons denken en handelen

Hoe komt het dat steeds meer onderzoeken gaan over relaties met micro-organismen zoals bacteriën? Vooral door een paradigmashift denk ik zelf.
Heel lang was concurrentie het centraal idee in biologie, landbouw en andere onderzoeksdisciplines. “The struggle of life”, de grote competititie. Nu shiften we naar samenwerking. Ingewikkelde symbioses worden bloot gelegd die vaak al bevorderd worden nog voor de plant geboren wordt.

Door anders te denken, zien we ook andere dingen. Duidelijk is dat we nog zo goed als niets weten over het microbioom. Op dit moment hebben we het vooral over bacteriën maar hoe zit het met schimmels en ander microscopisch leven? Hoe zit het met micro-organismen die meegegeven worden door bijen als ze een bloem bestuiven of door vogels als ze een zaadje opeten? Ook over de impact van het microbioom op de gezondheid van de plant heeft zijn er heel uiteenlopende dingen te vinden. Heel veel onderzoeksvragen. In onze samenleving zijn we gewend aan het hebben van een uitleg en verklaring over alles. We hoeven niet alles te weten om respect voor het leven en diversiteit te hebben.

Toen ik studeerde, een slordige twintig jaar geleden, was onderzoek naar mycorrhiza trendy. Er werd ontdekt dat “sommige” plantensoorten een symbiotische relatie met schimmels hadden. Later veranderde dat idee. Samenleven met mycorrhiza is eerder algemene regel en er zijn een aantal uitzonderingen waarbij dat niet gebeurd. De trend is duidelijk. Om systemen te begrijpen gaan we als mensen oversimplificeren. We richten ons op één specifieke plant en onderzoeken de samenwerking met één specifiek organisme, vaak in labo omstandigheden. De echte wereld zit anders in elkaar en is uiterst complex. Een zin uit het boek van John Seymour die me altijd zal bijblijven vat het mooi samen: kleine beestjes hebben nog kleinere beestje op hun rug. Energie gaat niet verloren en wordt eeuwig doorgegeven.

De meeste stukken die we schrijven zijn nogal praktisch van aard. Dit was misschien een meer filosofisch artikel met info die je niet meteen concreet naar de praktijk kan vertalen. Toch denk ik dat het minstens zo belangrijk is om dit te publiceren om ook onze eigen manier van denken en tuinieren in vraag te stellen. Niks is voor eeuwig. Het klimaat waarin we telen veranderd, inzichten en tuinpraktijken veranderen.

Ook al veranderd er veel. Heel wat zaken blijven overeind. Waar ik zelf enorm blij over ben is dat opnieuw het belang van landrassen en lokale productie van zaden als goede oplossing uit de bus komt. We mogen ons zelf een klein schouderklopje geven en de code doorgeven met respect voor het leven in de breedste zin.

Disclaimer: dit artikel is geschreven met de kennis van vandaag 15/01/25. Meer dan waarschijnlijk volgen er de komende jaren nog heel want ontdekkingen.

Bronnen:
Bron 1: Acuña, J.J., Hu, J., Inostroza, N.G. et al. Endophytic bacterial communities in ungerminated and germinated seeds of commercial vegetables. Sci Rep 13, 19829 (2023)

Bron 2: Allesandro Bergna et al.,Tomato Seeds Preferably Transmit Plant Beneficial Endophytes

Bron 3: Berg, G., Raaijmakers, J.M. Saving seed microbiomes. ISME J 12, 1167–1170 (2018)

Bron 4: Aadil Farooq War, Iqra Bashir, Zafar A. Reshi, Paul Kardol, Irfan Rashid, Insights into the seed microbiome and its ecological significance in plant life, Microbiological Research, Volume 269, 2023,

Bron 5: Birgit Wasserman et al., Low nitrogen fertilization enriches nitrogen-fixing bacteria in the Brassica seed microbiome of subsequent generations, Journal of sustainable agriculture and environment, 2023