Teelt in afgesloten cellen – plant factories – staat erg in de belangstelling. In Japan zijn er al meer dan 200 en ze worden steeds groter. Door de perfecte beheersing van de klimaatomstandigheden geven de cellen heel nieuwe mogelijkheden, bijvoorbeeld een gegarandeerde hoeveelheid inhoudsstoffen, zoals medicijnen of lichaamseigen stoffen. Ze zullen echter glastuinbouw niet vervangen.
[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]
Vertical farming, city farming of plant factory. Er zijn veel woorden voor teelt in cellen zonder daglicht, waar alle klimaatcondities onder controle kunnen worden gehouden. Het heeft tal van voordelen: het kan overal ter wereld, onafhankelijk van het klimaat ter plekke. De productie per vierkante meter is hoog door stapelteelt. Er wordt heel efficiënt gebruik gemaakt van water. Het is goed mogelijk om ziekten en plagen onder controle te houden, zodat teelt zonder gewasbeschermingsmiddelen vaak mogelijk is. En de gewassen ondervinden steeds dezelfde condities waardoor stress-situaties niet voor hoeven te komen.
Geschikte gewassen
Aan de minkant staan de hoge investeringen en de hoge productiekosten omdat je afziet van gratis zonlicht. Het kostenniveau is zodanig dat cellenteelt ‘gewone’ glastuinbouw niet kan vervangen, zonder dat er sprake is van bijzondere omstandigheden (extreem klimaat, zeer hoge grondprijs, hoge uitbetaalprijzen voor de producten). Toch rukken de plant factories op, waarbij Japan eruit springt. Dat is niet toevallig. Het is een hoog ontwikkeld land dat op veel plekken landschaarste kent en waar de groenteprijzen zodanig hoog zijn dat hoge productiekosten minder bezwaarlijk zijn.
Onlangs hebben drie Japanse wetenschappers (Kozai, Niu, Takagaki) het boek Plant Factories gepubliceerd, een zeer leesbaar naslagwerk over alle aspecten van deze manier van telen. Ze hebben onder andere op een rij gezet welke gewassen geschikt zijn voor de huidige plant factories: ze moeten snel groeien en niet te hoog zijn, weinig licht nodig hebben en het overgrote deel (85% of meer) van de plant moet oogstbaar product zijn. Verder moet de opbrengstprijs hoog zijn.
Zodoende zie je bij de Japanse initiatieven vooral slasoorten, kruiden en opkweek van jonge planten. Ook schaduwminnende lage potplanten zijn geschikt; daarnaast biedt de broei van bolbloemen (tulpen) perspectief. Voor hoogopgaande vruchtgroenten en snijbloemen zoals rozen zal de plant factory niet binnen afzienbare tijd concurrerend zijn met glasteelt.
Ideale combinatie
Vanuit plantkundig oogpunt zitten er interessante aspecten aan de cellenteelt. Die zijn veelal terug te voeren op de perfecte beheersing van de klimaatomstandigheden die in zo’n cel mogelijk is. De teler kan stressvrije omstandigheden creëren of juist gedoseerd stress toepassen om een hoger niveau aan inhoudsstoffen (secundaire metabolieten) te realiseren en precies sturen met de lichtkleur (uit LED’s), omdat er geen verstoring is door binnenvallend natuurlijk licht.
In de huidige cellen zie je veelal een combinatie van veel rode LED’s met wat blauw en verrood licht. Daaruit is het misverstand ontstaan dat dit de ideale combinatie zou zijn. Vanuit de plant bezien is dat niet zo. De combinatie rood/blauw/verrood is vooral ingegeven door technische en economische overwegingen. Rood licht geeft de meeste lichtdeeltjes (fotonen, uitgedrukt in µmol) per geïnvesteerde Joule elektriciteit. Het is dus het goedkoopste om rood licht aan te bieden.
Maar planten kunnen niet groeien onder louter rood licht; dan stokt de aanleg van het fotosynthese-apparaat. Toevoegen van blauw licht voorkomt dat. Maar omdat blauwe LED’s relatief duur zijn (qua stroomverbruik), is het aandeel in de armaturen laag. Vervolgens is de verhouding rood/verrood erg bepalend voor veel fysiologische processen. Daarom is enige toevoeging van verrood noodzakelijk.
Morfologische kenmerken
Het lukt goed om de huidige bladgewassen onder deze condities te laten groeien. Maar alle gewassen doen het beter onder een volledig kleurenspectrum. Dat bewijzen proeven met plasmalampen, die een vergelijkbaar spectrum hebben als zonlicht.
Voor de fotosynthese is niet zozeer de lichtkleur van belang, maar wel de totale hoeveelheid licht die de plant krijgt. Dit geldt in de kas en het is niet anders in een cel. Sla zal in de zomer in de kas daarom veel sneller groeien, want het lichtniveau in een cel bedraagt zo’n 100-150 µmol/m2/s, terwijl de natuurlijke instraling van de zon in de zomer rond de middag wel 1.000 µmol/m2/s kan zijn. Al zal sla niet al dat licht kunnen gebruiken.
Voor de ontwikkeling echter is de lichtkleur wel van groot belang. Bij jonge planten wordt de structuur en vorm van de planten sterk gestuurd door de lichtkleur en daarmee indirect ook de productie. De lichtkleur beïnvloedt veel morfologische kenmerken, zoals de bladdikte, de strekking en de bladstand (bladhoeken). Een jonge plant die een zodanige vorm heeft dat hij snel veel licht kan onderscheppen, groeit aanvankelijk beduidend sneller dan zijn soortgenoot met een minder ideale vorm. Bij een teeltduur van 10-30 dagen voor jonge sla tikt dit erg door.
Gehalte inhoudsstoffen
Omdat de klimaatomstandigheden in een teeltcel perfect constant te houden zijn, is het ook gemakkelijker om gewassen te telen met gegarandeerde gehaltes aan inhoudsstoffen. Te denken valt aan vitamines, mineralen, smaakbepalende stoffen (bijvoorbeeld bij kruiden) of medicijnen. Dit aspect krijgt in Japan veel aandacht.
Sterk fluctuerende omstandigheden in het veld, maar ook in de kas, zorgen er immers voor dat de hoeveelheden nuttige stoffen in het product nogal wisselen. In de teeltcel is er niet alleen een constant klimaat, maar valt er bovendien specifiek te sturen op de verhoging van de gehaltes aan stoffen, met name met de lichtkleur. UV-licht bijvoorbeeld verhoogt het gehalte aan smaakbepalende oliën in kruiden, blijkt uit Japans onderzoek. Blauw licht verhoogde het gehalte antioxidanten in sla.
Optimale controle
Ook de teelt van medicinale planten kan een boost krijgen door de mogelijkheden binnen een steriele en stabiele omgeving. Japanse onderzoekers doen proeven met genetisch gemodificeerde gewassen die suikervervangers, ontstekingsremmers, maar ook vaccins tegen bijvoorbeeld cholera, Mexicaanse griep of vogelgriep produceren. Een voorbeeld zijn gemodificeerde aardbeiplanten, die adiponectine produceren, een eiwit dat in het menselijk lichaam de insulinegevoeligheid op peil houdt. Juist bij dit soort productie hoort een optimale controle en die biedt de klimaatcel.
Sturen met lichtkleuren staat nog in de kinderschoenen en er valt nog veel te ontdekken. Tuinbouwonderzoekers uit Litouwen vonden bijvoorbeeld dat jonge romaine sla onder aanvullend UV-licht beduidend meer fenolen en caroteen maakte, vergeleken met de combinatie van rood, blauwe en verrode LED’s. Aanvullend oranje licht zorgde voor meer fenolen en aanvullend groen licht voor meer caroteen en anthocyaan. Opvallend was verder dat bij alle aanvullende kleuren het vitamine-C gehalte juist daalde. Er is dus meer dan de combinatie rood/blauw/verrood.
Samenvatting
Teelt in cellen is vooral geschikt voor snel groeiende lage planten die genoeg hebben aan weinig licht en goed worden betaald. De perfecte beheersing van de klimaatomstandigheden geeft nieuwe mogelijkheden. Te denken valt aan gegarandeerde gehaltes aan inhoudsstoffen of medicijnen. Op het gebied van sturing met lichtkleuren valt nog veel te ontwikkelen.
Tekst: Ep Heuvelink (Wageningen University & Research) en Tijs Kierkels. Foto’s: Wageningen University & Research
[/wcm_restrict]