De inzichten in de biologische klok van de plant zijn de laatste jaren sterk gegroeid. Het pigment fytochroom (in al zijn soorten) speelt een belangrijke rol bij het gelijkzetten van de klok en bij aansturing van processen zoals de bloei. Zeer recent is bevestigd dat fytochroom behalve voor licht, ook gevoelig is voor de temperatuur. Dat heeft belangrijke consequenties.
[wcm_nonmember]
Voor het bekijken van deze content heeft u een lidmaatschap nodig, of log in als u al een lidmaatschap heeft.
[/wcm_nonmember]
[wcm_restrict]
Fytochroom, het lichtgevoelige pigment in de plant, werkt als een lichtsensor. Het ‘ziet’ wanneer het licht is en als dat zo is, stuurt het allerlei processen. Voorbeelden daarvan zijn de bloei-inductie (de aanzet om te gaan bloeien), strekking of compactheid en de weerbaarheid tegen belagers of tegen stress.
Fytochroom kent een actieve en een inactieve stand. Hoeveel fytochroom actief is, hangt af van het lichtspectrum. Afhankelijk van de kleursamenstelling van het licht wordt een deel van alle fytochroom actief: het zo door lichtkleur ontstane evenwicht noemen we de PSS (Phytochrome PhotoStationary State). Vooral rood licht stimuleert de biologisch actieve stand, verrood de inactieve.
Deze inzichten zijn mede de basis achter sturen met licht. Natuurlijk wordt in de tuinbouw al lang gestuurd met licht, denk aan verduistering bij chrysant om de bloei op te wekken. Maar het besef dat de kleur van het licht van belang is, opent nieuwe mogelijkheden. Bijvoorbeeld remmen van de lengtegroei bij pot- en perkplanten, of bevorderen van de weerbaarheid met rood licht.
Thermometer
Proeven op gebied van sturen met lichtkleuren geven vaak wisselende resultaten. Door moleculair onderzoek naar het functioneren van genen en regeleiwitten wordt langzamerhand duidelijker waarom dat zo is. Twee zaken zijn van belang: de biologische klok en het samenspel van licht en temperatuur.
Om bij het laatste te beginnen: zeer recent hebben onderzoekers in Cambridge en Freiburg ontdekt dat het evenwicht tussen actief en niet actief fytochroom (de PSS) niet alleen wordt bepaald door lichtspectrum, maar ook door temperatuur. Het pigment functioneert dus niet alleen als lichtsensor, maar ook als thermometer.
De consequentie hiervan is als volgt: als je nauwelijks een lichteffect ziet, kan het misschien bij een andere temperatuur veel sterker zijn. Dit sluit aan bij de praktijkervaring van chrysantentelers dat tijdens de verduistering het temperatuurregime belangrijk is voor het beste bloeiresultaat. Maar het strekt nog veel verder: overal waar de activiteit van fytochroom een rol speelt, zijn zowel licht als temperatuur van belang: dus ook bij compactheid en weerbaarheid.
Circardiaans
Het tweede punt is dat de effecten niet elk moment van de dag hetzelfde zijn. Er zijn optimale momenten om te sturen met licht en temperatuur. Dat komt door de biologische klok. Die is van levensbelang voor de plant. Processen moeten namelijk in een bepaalde volgorde plaatsvinden en dus op elkaar wachten. Daar zorgt de klok voor. Ook is het belangrijk dat alles op de juiste tijd in het jaar gebeurt, zoals de bloei. Een plant die hartje winter bloeit, zal het in een koud klimaat zeer moeilijk hebben. Beter is het om op de juiste omstandigheden te wachten en dat is zodra de dagen lang genoeg zijn.
De biologische klok heeft een eigen ritme van ongeveer 24 uur (daarom heet het ritme circadiaans = circa een dag). Elke dag wordt hij gelijkgezet met de natuurlijke dag. Dat gebeurt met behulp van fytochroom, dat ‘ziet’ wanneer het licht en donker wordt. En dat dus ook temperatuurgevoelig is, zoals gezegd. Dit betekent dat de biologische klok behalve met licht ook met de temperatuur te manipuleren is.
Onverwachte effecten
De biologische klok is niet één ding, maar een complex netwerk van minstens tweehonderd genen die elkaars expressie regelen. Expressie betekent dat de informatie van het gen wordt afgelezen om bijvoorbeeld een eiwit te maken. Dat gaat vrij snel, vaak in minuten, soms een uur. Maar voor de klok als geheel is het helemaal niet de bedoeling dat alles zo snel gaat. Het ritme waarin processen plaatsvinden, moet immers zo’n 24 uur bestrijken. Daarom zijn er veel vertragingsstappen ingebouwd in de klok.
De veredelaar, op zoek naar interessante eigenschappen, kan onbewust die vertraging beïnvloeden. Onlangs is ontdekt dat dit bij tomaat inderdaad het geval is. De selectie heeft ertoe geleid dat de biologische klok van cultuurtomaten helemaal niet 24 uur bestrijkt, maar 26 of 27 uur. Dus de wilde varianten volgen keurig een 24-uursritme, maar de cultuurrassen niet.
Dat heeft tot gevolg dat de tomatenplant elke dag de klok gelijk moet zetten met het natuurlijke 24-uurs regime. Onder reguliere teeltomstandigheden is dat geen probleem, maar het kan dat wel worden onder andere teeltcondities. Amerikaanse onderzoekers hebben namelijk ontdekt dat de vertraging deels toe te schrijven is aan een gen dat reageert op de signalen van fytochroom A. En dat fytochroom is dus gevoelig voor zowel lichtkleur als temperatuur. Een afwijkende kleurverhouding in het licht of een extreem temperatuurregime zouden daarmee voor onverwachte effecten kunnen zorgen.
Natuurlijke variaties
Planten in de natuur zijn geëvolueerd onder zonlicht. Over de dag heen verandert dat licht: er kan een wolk overdrijven en in de schemering heeft het licht een andere kleur dan midden op de dag. De ene keer is er meer rood licht, in vergelijking met de andere kleuren. De andere keer meer verrood, of juist blauw. De verhoudingen tussen de lichtkleuren sturen allerlei processen in de plant. Maar het is heel goed om te bedenken dat de natuurlijke variaties in lichtomstandigheden eigenlijk beperkt zijn. In de tuinbouw – en zeker in klimaatkamers – kun je veel grotere extremen creëren. Je kunt een veel groter aandeel blauw of rood licht aanbieden dan er van nature ooit kan voorkomen. Dat impliceert dat je buiten het natuurlijke bereik van de plant komt.
Optimale recepten
Nog een punt is dat er allerlei parallelle systemen zijn ontstaan. Een bepaalde lichtkleur stuurt een bepaald proces, maar andere kleuren kunnen dat ook. Een goed voorbeeld is de invloed van blauw licht op de opening van huidmondjes. Op een bepaald moment van de dag bevordert meer blauw de opening. Maar andere kleuren beïnvloeden die opening ook. Je kunt dus niet zomaar sturen met blauw.
De fysiologische kennis groeit snel. Er valt steeds beter van te voren te bedenken welke combinaties van lichtkleur en temperatuur welke gevolgen voor plantengroei kunnen hebben. Dat maakt bewuster sturen met lichtkleur en temperatuur mogelijk. Doordat vele verschillende processen tegelijkertijd worden beïnvloed, is het vinden van optimale recepten echter niet eenvoudig.
Samenvatting
Recente ontdekkingen vergroten het begrip van het samenspel tussen biologische klok, temperatuur en licht. Dat verklaart wisselende resultaten in proeven met lichtkleuren en maakt bewuster sturen met lichtkleur en temperatuur mogelijk. Belangrijk om te beseffen is dat het effect niet op elk moment van de dag hetzelfde is.
Tekst: Wim van Ieperen, Ep Heuvelink (Wageningen University & Research) en Tijs Kierkels.
[/wcm_restrict]