Welke processen vinden er plaats onder de grond?

We kijken vaak naar het deel van een plant of gewas boven de grond: bladeren, stengels, bloemen en vruchten. Maar een groot deel van wat een plant nodig heeft en wat het gezond maakt, vindt plaats onder de grond. Neem een handvol van een gezonde bodem en er leven miljoenen organismen in die met elkaar en met de plant samenwerken.

Een geïntegreerd netwerk

Een gezonde plant bestaat niet alleen uit plantweefsel, maar uit een geïntegreerd netwerk van wortels, micro-organismen, schimmels en chemische interacties. Deze verzameling van plant plus alle geassocieerde micro-organismen wordt in de moderne plantwetenschap aangeduid met de term holobiont. Het holobiont-concept betekent dat de plant en haar micro-organismen biologisch, ecologisch en functioneel met elkaar verweven zijn. Dit perspectief is een fundamentele verschuiving binnen de landbouw: niet alleen het gewas, maar het volledige netwerk van micro-organismen bepalen de groei, gezondheid en weerbaarheid. De prestaties van het gewas zijn de som van interacties in het holobiont, niet alleen het resultaat van de plant zelf.

Het holobiont

Een holobiont bestaat uit het hoofdorganisme, bijvoorbeeld een plant, en alle micro-organismen die eraan verbonden zijn, waaronder:

• bacteriën
• schimmels (waaronder mycorrhiza's )
• archaea
• gisten
• protozoa
• virussen

Deze organismen vormen samen het microbioom van de plant. Het microbioom bevindt zich op de bladeren (fylosfeer), op de wortels (rhizosfeer) en binnen plantweefsels (endofytische micro-organismen). Het holobiont functioneert daarmee als een biologisch consortium: een verzameling organismen die gezamenlijk eigenschappen heeft die geen van de partners afzonderlijk bezit.

Een netwerk van schimmels

Het microbioom in de rhizosfeer vormt een ondergronds netwerk dat de plant ondersteunt. Sommige schimmels vormen lange draden, mycelium, die diep door de bodem reiken en in contact staan met wortels. Sommige van deze schimmels leven in symbiose met planten. Dat betekent dat beide organismen voordeel hebben van de samenwerking. De schimmel helpt de plant bijvoorbeeld bij het opnemen van water en voedingsstoffen. In ruil daarvoor krijgt de schimmel suikers van de plant. Zo ontstaat een ondergronds netwerk dat helpt bij het transport van voedingsstoffen.

De wortelzone: een drukke plek

Rond de wortels van een plant bevindt zich een zone waar plant en bodem direct met elkaar in contact komen en waar veel van de activiteit plaatsvindt: de rhizosfeer. De plant beïnvloedt deze zone door wortelafscheidingen uit te scheiden, zoals suikers, aminozuren, organische zuren en signaalmoleculen. Deze stoffen vormen voedsel voor specifieke micro-organismen en sturen zo de samenstelling van het microbioom. Micro-organismen reageren door functies te vervullen die cruciaal zijn voor plantengroei.

Nutriëntenmobilisatie en -opname

Veel voedingsstoffen zijn in de bodem aanwezig, maar niet direct beschikbaar voor planten. Micro-organismen spelen hierbij een essentiële rol:

• Mycorrhiza-schimmels vergroten het worteloppervlak en verbeteren de opname van fosfor en sporenelementen.
• Bacteriën kunnen stikstof fixeren, fosfaat oplossen en organische nutriënten mineraliseren. Dit betekend dat ze stoffen omzetten naar een vorm die direct opneembaar is voor planten.
• Actinomyceten breken complexe organische verbindingen af.

De plant profiteert van deze micro-organismen doordat zij toegang krijgt tot nutriënten die anders niet beschikbaar zouden zijn.

Regulatie van plantengroei

Sommige micro-organismen produceren planthormonen zoals auxinen, gibberellinen en cytokininen. Deze stoffen:

• Stimuleren wortelgroei;
• Verbeteren de stressweerstand;
• Bevorderen kieming;
• Reguleren knolvorming en algemeen metabolisme.

Daardoor beïnvloeden micro-organismen direct het fysiologisch functioneren van de plant.

Bescherming tegen ziekten

Micro-organismen dragen bij aan ziektewering door meerdere mechanismen:

• Competitie met ziekteverwekkers om ruimte en voedingsstoffen;
• Productie van antibiotische stoffen;
• Activering van het plantimmuunsysteem (induced systemic resistance);
• Afbraak van schadelijke verbindingen.

De rhizosfeer fungeert hierdoor als een soort biologische barrière tegen infecties.

Verbetering van waterbeschikbaarheid

Sommige micro-organismen versterken de wateropname door:

• Het afbreken van organische stoffen waardoor structuur en porositeit verbeteren;
• Het stimuleren van wortelvertakking;
• Productie van stoffen die planten toleranter maken voor droogte.

Dit maakt het microbioom een belangrijke factor bij de stresstolerantie van planten.

Waarom is het holobiont belangrijk voor landbouwsystemen?

Het holobiont werkt op basis van wederzijdse voordelen: de plant levert energie en een leefomgeving voor de micro-organismen, terwijl de micro-organismen de plant ondersteunen bij water- en nutriëntenopname, stressweerstand en ziektebescherming. Samen vormt dit een efficiënt en veerkrachtig systeem dat cruciaal is voor landbouwsystemen.

Voor boeren en tuinders betekent dit dat verstoring van het microbioom de gezondheid van het gehele systeem kan verzwakken. Bijvoorbeeld door overmatige bodembewerking, pesticidengebruik of gebrek aan organisch materiaal.Er zijn ook mogelijkheden om het holobiont te versterken en het landbouwsysteem duurzamer te maken. Denk aan het opbouwen van organische stof, minimale verstoring met machines en het gebruik van groenbemesters en biostimulanten.

Samenvatting

Onder de grond werkt een plant samen met een groot netwerk van micro-organismen. Deze samenwerking bepaalt in grote mate hoe gezond en sterk een plant is. Hoe beter het ondergrondse systeem functioneert, hoe veerkrachtiger het gewas en de bodem worden.