Planten

BioSolar Cells verricht onderzoek naar de genetica in samenhang met de fotosynthese in verschillende plantensoorten. Daarbij wordt gekeken hoe het fotosynthesesysteem van planten functioneert onder verschillende groeiomstandigheden. Het doel van het onderzoek is de efficiëntie van de fotosynthese in planten te verbeteren. 

Planten zijn niet zo efficiënt in het vastleggen van de energie uit zonlicht. Afhankelijk van de plantensoort en de groeiomstandigheden is dat niet meer dan 1 á 2%. Door de efficiëntie van de fotosynthese in planten te verbeteren kan de opbrengst van gewassen worden verhoogd. Dat is niet alleen aantrekkelijk voor boeren en tuinders, maar ook goed voor de voedsel- en energievoorziening. 

Hybride-aardappel geeft solaronderzoek impuls

Bij het fotosyntheseproces in planten zijn duizenden genen betrokken. Met planten die genetisch heel erg op elkaar lijken kunnen we achterhalen welke genen de verschillen in efficintie van het fotosyntheseproces veroorzaken. De nieuwe methode voor het kweken van  aardappelrassen uit zaad die door Solynta is ontwikkeld gaat daar nu bij helpen. Solynta-directeur R&D Pim Lindhout: ‘We maken nu rassen waarbinnen de genetische variatie nihil is en waarbij we relatief eenvoudig eigenschappen uit andere aardappelrassen kunnen inkruisen. We kunnen dus prachtig onderzoeksmateriaal leveren aan BioSolar Cells. Daarnaast ontdekken we met dit onderzoek interessante genetische eigenschappen die we kunnen gebruiken bij de ontwikkeling van nieuwe rassen.’
BioSolar Cells en Solynta gaan ook kijken naar het effect van stress op fotosynthese.


Fietspadverlichting met levende planten

Op een viaduct over de snelweg A12 tussen Ede en Wageninge zorgen planten langs de kant van de weg sinds november voor de verlichting. Op het Hembrugterrein in Zaanstad voorzien planten een kunstwerk  van licht.

Dat wordt gedaan met een systeem dat is ontwikkeld door Plant-e, één van de partners in BioSolar Cells. Zij bedachten een plantmicrobiële brandstofcel die haalt energie uit de grond haalt. Planten scheiden organisch materiaal af dat in de bodem door micro-organismen wordt afgebroken. Bij dat proces komen elektronen vrij, die worden afgevangen door de brandstofcel. Deze cel laat de elektronen via een draadje van de ene naar de andere pool stromen. Dat proces zorgt voor elektriciteit waarop lampen kunnen branden. Het procedé wordt nu voor het eerst in de openbare verlichting gebruikt. De lampen zijn op 5 november aangegaan.

Op de kickstarterpagina van Plant-e zijn meer filmpjes over Plant-e te zien. Daar kan ook gekozen worden om Plant-e financieel te steunen, in ruil voor een rondleiding of product.

Increasing photosynthesis efficiency in plants

With a passionate story about his research - aiming to improve the photosynthesis process of plants in order to meet the world population's growing demand for food - the Wageningen University PhD candidate Padraic Flood won the International Final of FameLab 2014. He spoke about breeding plants that are more efficient in "turning light into life". Watch his presentation which starts at 36 minutes in the video below.

 

Grip op licht

Door het toelaten van meer natuurlijk licht, minder te belichten, en minder te stoken in de kasteelt kan in potentie veel energie worden bespaard bij minimal een gelijkblijvende productie. Daarom wordt in het kader van de programma’s Biosolar Cells en Kas als Energiebron onderzoek verricht naar het toelaten van natuurlijk diffuus licht bij de teelt van potplanten. Dit project bestaat uit 2 fasen. In de eerste fase is onderzoek gedaan met Anthurium en Bromelia. In de tweede fase wordt het onderzoek voortgezet met Phalaenopsis.

Resultaten
De eerste teelt (vanaf april) met bromelia en anthurium liet spectaculaire teeltverbeteringen zien. De anthuriums waren in 16 weken vermarktbaar terwijl dit in de praktijk 22 weken was. Bovendien waren de planten die met diffuus licht waren behandeld circa 25% zwaarder.

Het rapport ‘Grip op licht’ bij potanthurium en bromelia’ (5,2 Mb) kan hier worden gedownload.

Efficiënter fotosynthese voor voedsel en brandstof

Camissonia brevipesIn het Vakblad Onder Glas van april 2013 stellen René Klein Lankhorst , Ep Heuvelink en Tijs Kierkels dat het mogelijk is om de efficiëntie van fotosynthese in planten met een factor tien te verbeteren. Gemiddelde planten (in de kas) weten niet meer dan 0,5% van de energie uit zonlicht om te zetten in biomassa. Sommige woestijnplanten laten zien dat veel hogere percentages mogelijk zijn. Door genen te detecteren die verantwoordelijk zijn voor een efficiënte fotosynthese kunnen merkers worden ontwikkeld, waar veredelaars mee aan de slag kunnen.

Nog hogere percentages zijn in principe haalbaar met algen (10%) en kunstmatige bladeren (40-50%). Met name met kunstmatige bladeren kun je veel duurzamer brandstof produceren dan met biomassa. Als je biomassa gebruikt voor brandstofproductie heb je een enorm areaal nodig, dat kun je beter benutten voor voedselproductie.

Bron: Vakblad Onder Glas, april 2013

Het BioSolar Cells onderzoek in vogelvlucht

Modelplanten

Om de fotosynthese in planten te kunnen verbeteren moeten we meer detailkennis hebben over de mechanismen die daaraan ten grondslag liggen. Zo kunnen we veel leren van de verschillen tussen zogeheten C3- en C4-planten en van C3-planten die bekend staan om hun enorme vermogen om CO2 vast te leggen, zoals de woestijnplant Camissonia brevipes.
Binnen BioSolar Cells wordt deze kennis toegepast in twee modelplanten: zandraket en tomaat.

Acht kennisleemtes

In BioSolar Cells zijn er in totaal 8 terreinen benoemd waarop we meer kennis moeten ontwikkelen om planten met verbeterede fotosynthese mogelijk te maken, de zogeheten Knowledge Gaps voor planten, die verder zijn uitgwerkt in 6 kernprojecten, te weten:

1. Ontwikkeling van technieken waarmee we in levende planten de variabelen die voor de fotosynthese van belang zijn kunnen volgen. Deze kennisleemte wordt ingevuld in het kernproject C.3.A1 System-level integration of the process of photosynthesis in vivo and theapplication to various C3 plants;

2. Bestudering van de fotosynthese-eigenschappen van relevante planten/gewassen die onder uiteenlopende groeiomstandigheden. Deze kennisleemte wordt ten dele ingevuld in Project C.3.A1 System-level integration of the process of photosynthesis in vivo and theapplication to various C3 plants, en voor een ander deel in het EU HARVEST project (Response of photosynthetic organisms to light stress conditions), dat nauw aansluit bij het BioSolar Cells programma;

3. Ontwikkeling van modellen voor photosynthese-eigenschappen in hele planten. Ook aan deze kennisleemte wordt aandacht besteed in twee kernprojecten:
Project 3.B1: Developing heuristic in silico models for C3 photosynthesis integrating electrochemical, biophysical and biochemical processes, and
Project 3.B2: Light Capturing Framework for Biosolar Cells

4. Berekening van de kwantitatieve relatie tussen de gemeten variabelen en de opbrengst (biomassa) op basis van deze modellen. Deze kennisleemte wordt gevuld door het toepassen en testen van de bovenstaande modellen voor photosynthese-eigenschappen in hele planten op de plantensoorten waarop BioSolar Cells zich richt.

5. Het identificeren van beperkende factoren in productiviteit in zandraket en tomaat onder uiteenlopende groeiomstandigheden. Aan deze kennisleemte wordt gewerkt in drie kernprojecten:
Project C.3.A1: System-level integration of the process of photosynthesis in vivo:  Application to various C3 plants,
Project C.3.A2: Response of photosynthetic organisms to light stress conditions, dat wordt uitgevoerd in het EU HARVEST project , en
Project C.3.A3: Genetic variation in Arabidopsis thaliana of photosynthesis parameters in response to abiotic stress.;

6. Identificatie van relevante genen die zijn betrokken bij de fotosynthesecapaciteit en productiviteit met het oog op genetische verbetering. Hieraan wordt gewerkt in project C.3.A3: Genetic variation in Arabidopsis thaliana of photosynthesis parameters in response to abiotic stress en project C.3.B3 Physiological and genetic analysis of 3D microscale gas exchange and light penetration;

7. Het ontwikkelen van een whole system approach voor de ontwikkeling van verbeterde fotosynthese eigenschappen en verhoogde productiviteit. Aan deze kennisleemte wordt in hoofdzaak gewerkt in project project C.3.B3: Physiological and genetic analysis of 3D microscale gas exchange and light penetration, waarbij gebruik wordt gemaakt van de gegevens uit de projecten C.3.A1: System-level integration of the process of photosynthesis in vivo:  Application to various C3 plants en C.3.A3: Genetic variation in Arabidopsis thaliana of photosynthesis parameters in response to abiotic stress;

8. Het verbeteren van de productiviteit van tomaten onder ' economisch relevante'  omstandigheden. Het doel hiervan is het remmende effect van gevormde koolhydraten op de fotosynthese te beperken en de efficiëntie van de fotosynthese bij lage temperaturen te verbeteren.

Fundamenteel onderzoek

Daarnaast wordt er op het gebied van planten een meer fundamentele onderzoeksproject uitgevoerd via de Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM). Het betreft:
F3.1:  Phenotypic engineering of higher plants: Developing a new paradigm for improving photosynthetic efficiency

Gerelateerde onderzoeksprojecten

Ook buiten het BioSolar Cells programma wordt veel relevant onderzoek naar verbeterde plantengroei verricht. Voorbeelden daarvan zijn hier te vinden.

Doorzoek de website