Met schaarse voedingsstoffen en zwakke zwaartekracht lijkt het groeien van aardappelen op de maan of op andere planeten ondenkbaar. Maar het plantenhormoon strigolacton zou het mogelijk kunnen maken, hebben plantenbiologen van de Universiteit van Zürich aangetoond. Het hormoon ondersteunt de symbiose tussen schimmels en plantenwortels en stimuleert zo de groei van planten, zelfs in de uitdagende omstandigheden die er in de ruimte zijn.
Er werd al een tijdje met het idee gespeeld om ooit kolonies te vestigen waar mensen op de maan of op andere planeten kunnen leven - en niet alleen door NASA, maar ook door privé-ondernemers zoals Jeff Bezos en Elon Musk. Zulke visies, evenals het vooruitzicht van langdurige, bemande ruimtetochten in de toekomst, werpt de vraag op hoe duurzaam voedsel kan worden verschaft aan de mensen in de ruimte. Een mogelijk antwoord is om gewassen in situ te telen onder gecontroleerde omstandigheden. De bodems op de maan en andere planeten hebben echter zeker minder voedingsstoffen dan onze landbouwgrond. Het alternatief - het transporteren van voedselrijke bodem en meststoffen naar de ruimte - brengt hoge economische en ecologische kosten met zich mee.
Plant-schimmel symbiose bevordert de groei van planten
Bij het zoeken naar een mogelijke oplossing concentreerde de onderzoeksgroep met Lorenzo Borghi van de universiteit van Zürich en Marcel Egli van de Luzerne Universiteit van Toegepaste Wetenschappen en Kunsten zich op het proces van mycorrhiza, een symbiotische associatie tussen schimmels en plantenwortels. In deze symbiose voorzien de schimmeldraden de plantenwortels van extra water, stikstof, fosfaten en sporenelementen uit de grond. In ruil daarvoor krijgen ze toegang tot suiker en vet geproduceerd door de plant. Deze symbiose wordt gestimuleerd door hormonen van de strigolacton-familie, die de meeste planten afscheiden in de grond rond hun wortels. Het proces van mycorrhisatie kan de plantengroei enorm verhogen en daarmee de opbrengst van gewassen verbeteren, vooral in grond met weinig voedingsstoffen.
De afwezigheid van zwaartekracht belemmert de mycorrhisatie
In de ruimte zouden geteelde planten niet alleen te kampen hebben met een bodem met weinig voeding, maar ook met microzwaartekrachtomstandigheden, d.w.z. bijna geen zwaartekracht. Om de invloed van een dergelijke omgeving op plantengroei te onderzoeken, teelden de onderzoekers petunia's en mycorrhiza-schimmels onder gesimuleerde omstandigheden met een lage zwaartekracht. Petunia's bieden een modelorganisme voor planten van de nachtschadefamilie (Solanaceae), die bijvoorbeeld tomaten, aardappelen en aubergines bevatten.
De experimenten onthulden dat microzwaartekracht de mycorrhisatie belemmerde en dus de opname door de petunia van voedingsstoffen uit de bodem verminderde. Maar het plantaardige hormoon strigolacton kan dit negatieve effect tegengaan. Planten die hoge niveaus van strigolacton en schimmels afscheiden die de onderzoekers hadden behandeld met een synthetisch strigolacton-hormoon konden ondanks de microzwaartekrachtomstandigheden gedijen in de grond met weinig voeding.
Beste methode voor voedselproductie in de ruimte
"Om gewassen zoals tomaten en aardappelen te laten groeien in de uitdagende omstandigheden van de ruimte, is het noodzakelijk om de vorming van mycorrhiza te stimuleren", vat onderzoeksleider Lorenzo Borghi samen. "Dit lijkt mogelijk te zijn met behulp van het strigolacton-hormoon. Onze bevindingen kunnen de weg banen voor de succesvolle teelt in de ruimte van de soorten planten die we op aarde laten groeien."
Bron: University of Zurich