Onderzoek naar de ondergrondse taal van planten

Plantensoorten scheiden via hun wortels een grote diversiteit aan exudaten (zie Figuur 1) uit. Hierdoor ontstaan unieke wortelexudatenprofielen voor elk soort (Figuur 1). Wortelexudaten in de bodem hebben verschillende functies. Zo vormen ze een voedselbron of signaal voor micro-organismen, kunnen ze voedingstoffen of koolstof losmaken van minerale bodemdeeltjes en beïnvloeden ze de afbraak en opbouw van bodemorganische stof. Doordat plantensoorten unieke wortelexudatenprofielen uitscheiden, vormt elke plant een geheime taal waarmee ze kunnen beïnvloeden wat er in de bodem gebeurt.

Via een Veni-onderzoeksbeurs van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) probeer ik de komende jaren te ontcijferen wat de interacties tussen deze ondergrondse wortel­exudaten­profielen, micro-organismen en bodemdeeltjes betekenen voor het functioneren van het ecosysteem (en de bodem in het bijzonder).

Stapje voor stapje

Hoe ontcijfer je de wortelexudatenprofielen van verschillende plantensoorten? Dat is nog een hele opgave. Planten scheiden makkelijk meer dan 100 verschillende stofjes uit. Afhankelijk van het klimaat en het bodemtype kunnen planten dit biochemische profiel ook nog eens aanpassen. Daarom begin ik in een kas met het opkweken van 40 plantensoorten die in beheerde en natuurlijke graslanden voorkomen. In een kas kan je makkelijker andere variabelen, zoals temperatuur en luchtvochtigheid, constant houden. Op deze manier kan ik focussen op de variatie in het wortelexudatenprofiel die veroorzaakt wordt door de plantensoorten zelf.

Eerst kweken we de planten op in een echte bodem. Daarna wassen we de wortels en zetten we ze in een hydroponisch systeem Dit betekent dat de wortels nu alleen in water met een oplossingen van voedingsstoffen groeien. Verder is er een constante toevoer van zuurstof via een aquariumpomp. Na drie dagen vangen we de wortelexudaten op in speciale potjes met een calciumchloride oplossing zodat we de profielen kunnen analyseren. Door de exudaten via deze hydroponische methode te verzamelen kunnen we met meer zekerheid zeggen dat de chemische stofjes die we terugvinden in de oplossing daadwerkelijk van de plant komen en niet van andere organismen of organische stof die je in de bodem kan vinden. Het nadeel is natuurlijk dat de planten hun wortelexudatenprofiel misschien deels zullen aanpassen vanwege het wortelwassen en de nieuwe hydroponische omgeving.

Elke groep zijn eigen taal?

De plantensoorten die ik voor dit experiment heb geselecteerd behoren tot verschillende plantenfamilies en ecologische groepen: langzame versus snelle groeiers en planten die samenwerken met mycorrhizaschimmels om voedingstoffen uit de bodem te halen versus planten die het liever allemaal zelf doen. Verder bevinden zich in mijn soortenselectie ook verschillende functionele groepen: stikstofbinders (bijvoorbeeld klaver), grassen en kruiden.

Zo kan ik testen in welke mate de wortelexudaten die een plant uitscheidt afhankelijk zijn van de ecologische of functionele groep, of de plantenfamilie waartoe deze behoort. In andere woorden, hiermee stel ik de vraag of planten in dezelfde groep of familie ook deels dezelfde taal spreken.

En verder...

Deze proef in de kas is nog maar stap één, maar zal mij en mijn studenten het komende jaar flink bezighouden. Als we met deze proef erin slagen om uit te leggen hoe verschillend de exudatenprofielen van plantensoorten zijn, en of dit (deels) wordt bepaald door de familie of ecologische strategie van de plant, volgt de tweede stap. Namelijk, wat is de rol van de wortel­exudaten­profielen in het functioneren van de bodem. In deze stap zal ik proberen te ontcijferen hoe deze profielen of bepaalde chemische stofjes uit de profielen de interacties tussen de plant en de bodem kunnen sturen. Daar zijn vervolgproeven voor nodig die ik zal behandelen in mijn toekomstige blogs!