Biofortificatie van planten voor mensen

Veel van de elementen die essentieel worden geacht voor een goede voeding van mens en dier spelen ook een belangrijke rol in het metabolisme van planten. Echter, in Brazilië en elders, tijdens de zoektocht naar hogere opbrengsten om aan de wereldwijde consumptie te voldoen, is de aandacht minder gericht geweest op plantenvoeding voor de voedingswaarde van het gewas bij de oogst.

De uitdaging voor de moderne landbouw is nu om te streven naar een evenwichtige plantenvoeding, niet alleen om productiedoelen te bereiken, maar ook voor een betere voeding voor mens en dier.

 

De uitdaging van slechte bodemvruchtbaarheid

Tropische bodems, vooral in de Braziliaanse savanne, hebben een lage natuurlijke vruchtbaarheid als gevolg van het bodemtype en de hoge mate van verwering die in deze regio’s optreedt. De problemen omvatten een lage pH-waarde en een tekort aan voedingsstoffen zoals stikstof, fosfor, kalium, calcium, magnesium, boor en zink, die allemaal de productiviteit in deze gebieden beperken.

Elk voedingstekort kan langdurige en opbrengstbeperkende schade veroorzaken. Aan de andere kant zijn goed gevoede planten beter bestand tegen tegenslagen, zowel biotische als abiotische.

Bodemvruchtbaarheidsbeheer dat de diversiteit, hoeveelheid en beschikbaarheid van essentiële en nuttige elementen in de bodem verhoogt, en daarmee de productiviteit van landbouwgewassen, is dringend nodig. De aandacht verschuift naar het potentieel van elementen die vaak over het hoofd worden gezien.

 

Plantenvoeding koppelen aan menselijke voeding

Wereldwijd lijden naar schatting meer dan drie miljard mensen aan voedselonzekerheid en hebben ze een tekort aan essentiële elementen in hun voeding, zoals ijzer, zink, selenium en vitamine A. Dit heeft een negatieve invloed op de menselijke gezondheid. Deze zelfde elementen zijn belangrijk voor de gezondheid van planten.

Recente studies van maïsplanten die werden blootgesteld aan waterstress tonen aan dat bladtoepassing van selenium de efficiëntie van het watergebruik verhoogde en het gehalte aan chlorofyl en carotenoïden deed toenemen. Daarnaast werden reacties in antioxidantmetabolisme, groei en productiviteitswinst waargenomen wanneer selenium werd toegediend tijdens de bloei in tarwe-, koffie- en bonenplanten. Verder werd bij tomatengewassen die selenium kregen toegediend de biologische leeftijd verlaagd en de bewaartijd van de vruchten verlengd.

Hoewel het bodembeheer is verbeterd, heeft naar schatting 50% van de graanbodems een tekort aan zink. Volgens recent onderzoek loopt 58% van het land in Brazilië het risico op een tekort aan zink voor gewassen. Zink is essentieel voor het uitvoeren van verschillende metabolische processen in de plant, waaronder fotosynthese, eiwitsynthese, behoud van membraanintegriteit, auxinemetabolisme en voortplanting. Daarom is het handhaven van voldoende zinkniveaus essentieel voor het proces van stresstolerantie en herstel.

Magnesium is een centrale molecule van chlorofyl, verhoogt de CO2-fixatie en helpt bij de thermische dissipatie zodat celschade niet optreedt. Recente studies hebben aangetoond dat wanneer planten onder stress een bladtoepassing met magnesium krijgen, de chlorofylsynthese, de koolstofassimilatie en de efficiëntie van het watergebruik toenemen, waardoor de productiviteit van de meeste gewassen verbetert.

 

Biofortificatie van gewassen voor een betere voeding van mensen

Biofortificatie is het proces waarbij de voedingswaarde van een gewas wordt verhoogd om het eindproduct met bepaalde elementen te verrijken. Biofortificatiegewassen hebben betere agronomische en nutritionele eigenschappen dan gewassen die dit proces niet hebben ondergaan. Biofortificatie kan het resultaat zijn van een genetische benadering, of dat nu conventionele plantenveredeling of transgene, industriële verrijking of een agronomische benadering is.

Met de ontwikkeling van NutriDuo heeft ICL het probleem aangepakt van onvoldoende aanvoer naar planten van elementen die stressverlagend werken, met name selenium, zink en magnesium.

 

Introductie van NutriDuo: Gebalanceerd, krachtig en eenvoudig in gebruik

Ten eerste bevat NutriDuo de juiste balans van voedingsstoffen om de beste resultaten te leveren voor diverse gewassen. Het bevat een innovatieve bron van magnesium die deze voedingsstof efficiënter levert dan andere bronnen die tot nu toe in de Braziliaanse landbouw werden gebruikt. Deze nieuwe bron, die is ontwikkeld door Onderzoek en Ontwikkeling van ICL, bestaat uit een magnesiumvorm of chelaat met een hoge stabiliteit over het hele pH-spectrum, van 1,5 tot 13.

Ten tweede werkt NutriDuo op verschillende belangrijke manieren in op planten:

• Fotoprotectie – de aanwezigheid van selenium verhoogt de productie van carotenoïden, waardoor de energie van het fotosynthetisch apparaat van de plant beter wordt afgevoerd voordat het schade kan toebrengen aan de plant.
• Activering van het antioxidantensysteem van de plant – de toepassing van micronutriënten en selenium, in lage concentraties, heeft een direct gunstig effect op enzymen die oxidatieve stress bestrijden in planten, die kan worden veroorzaakt door uitdagende omgevingsomstandigheden.
• Transport van energieleverende verbindingen of fotoassimilaten vanuit de bladeren – elementen zoals magnesium en selenium verbeteren de stroom van fotoassimilaten in het bloedsomloopstelsel, of floëemvaten, rond de plant.

Ten derde heeft NutriDuo een zeer hoge oplosbaarheid (1.000 g/L water), waardoor toepassingsoplossingen snel te bereiden en te gebruiken zijn. Bovendien is het zeer compatibel met pesticiden en aminozuren. Met andere woorden, dankzij deze technische voordelen zijn er geen problemen met verstopte spuitdoppen of filters en zal er geen residu achterblijven op de bodem van de spuittank na toepassing.

 

Feiten uit het veld

Voor sojabonen in Brazilië bleek de beste toepassingstijd voor NutriDuo in stadium R3 te zijn, het begin van de peulvorming, en in een dosering van 1 kg/ha. Er werd vastgesteld dat na de toepassing van NutriDuo het seleniumgehalte in de korrels steeg (Figuur 1) en de productiviteit toenam (Tabel 1).

 

 

Consistente toename in sojaproductiviteit met NutriDuo op 11 demonstratievelden

Stad	Standaard productiviteit	Nutriduo productiviteit	Toename in productiviteit
	Zakken/ha	Zakken/ha	Zakken/ha
Maracaju - MS	66.23	69.3	3.07
Tibagi - PR	63.33	64.33	1.00
Moreira Sales - PR	53.3	54.13	0.83
Cruz Alta - RS	62.47	64.50	2.03
Campo Novo do Parecis - MT	49.28	55.46	6.18
Castro - PR	77.43	78.86	1.43
Santa Bárbara - RS	97.40	100.32	2.92
Erechim - RS	74.00	78.00	4.00
Catuípe - RS	68.90	71.26	2.36
Capão Bonito - SP	90.50	92.30	1.80
lracemápolis - SP	104.80	106.30	1.50

 

Binnen de planten waren de voordelen van NutriDuo ook duidelijk. Hoge prolinegehaltes zijn een teken van stress bij de plant, maar de sojaplanten die NutriDuo kregen, hadden aanzienlijk lagere prolinegehaltes (Figuur 2).

 

 

Naar schatting bereiken veel gewassen slechts 24% van hun productiepotentieel en gaat 11% verloren als gevolg van biotische stress. De overige 65% kan verloren gaan door abiotische stress, zoals onvoldoende voeding uit de bodem en bemestingsstrategieën.

Een beter begrip van deze tekortkomingen en de ontwikkeling van biofortificatie- en bemestingstechnologieën zoals NutriDuo zijn belangrijke stappen in het optimaliseren van de voeding van planten en vervolgens van de mensen die er voldoende door gevoed moeten worden.