Maïs die zichzelf kan bemesten met stikstof ontdekt

 

In dit artikel:

• Inheemse maïsvariëteit haalt een deel van de benodigde stikstof uit de lucht;
• Stikstofbinding gebeurt door micro-organismen in de slijmlaag op de luchtwortels;
• Onderzoek biedt perspectief voor biologische stikstofbinding in granen.

 

Het gaat om maïsvariëteiten die hoog in de Sierra Mixe van de deelstaat Oaxaca, in het zuiden van Mexico, worden geteeld. Lokaal staan ze bekend onder de namen Rojo, Piedra Blanca en Llano. Anders dan bij vlinderbloemigen wordt stikstof uit de lucht bij deze maïsplanten niet vastgelegd in wortelknolletjes, maar in een dikke laag slijm op de luchtwortels van de plant.

 

De inheems variëteiten werden al in de jaren tachtig ontdekt door Howard Yana Shapiro, tegenwoordig hoofd landbouwkundig onderzoek bij voedingsmiddelen-bedrijf Mars Inc. Ontdekt tussen aanhalingstekens want de lokale boeren teelden ze waarschijnlijk al honderden jaren.

 

Vijf meter hoog

Opmerkelijk is dat ze een behoorlijke groei aan de dag leggen - de planten worden een meter of vijf hoog - terwijl ze zijn geworteld in een bodem die arm is aan stikstof. De vraag waar ze de voor hun groei benodigde stikstof vandaan haalden, kon indertijd niet worden beantwoord.

 

Samen met onderzoekers van universiteiten van Californië en Wisconsin, het Instituto Tecnologico del Valle de Oaxaca en de lokale gemeenschap werd een uitgebreid onderzoeksprogramma opgetuigd om te kijken waar de plant zijn stikstof vandaan haalt.

 

Pas toen het mogelijk werd om het metagenoom - het totaal aan DNA in de slijmlaag - in kaart te brengen, kon Shapiro zijn vermoeden bevestigen. De maïsplanten bleken in staat om stikstof uit de lucht te binden.

 

Dikke slijmlaag

Het opmerkelijke aan deze variëteiten is niet alleen de hoogte van het gewas, maar ook de uitgebreide stelsels van luchtwortels. De dikke laag slijm is rijk aan koolhydraten en voedt een microbiële gemeenschap, die duidelijk verschilt van de microbiële gemeenschap in de bodemwortels van de plant.

 

Door het metagenoom van de slijmlaag te vergelijken met een zestal bekende genen voor stikstofbinding (nif-genen) hebben de onderzoekers vastgesteld dat het slijm micro-organismen bevat die stikstof uit de lucht kunnen binden. Welke dat zijn, weten ze nog niet.

 

In het slijm vonden ze niet alleen deze nif-genen, maar bleek er ook een enzym (nitrogenase) actief te zijn, dat stikstof in de lucht omzet in een voor planten opneembare vorm. Met behulp van radioactief gemerkte stikstof konden ze ook laten zien dat de aldus vastgelegde stikstof ten goede komt aan de plant.

 

Ook bij 'wilde maïs'

Toen ze toch eenmaal bezig waren, hebben de onderzoekers ook gekeken naar teosint, de wilde voorloper van de gedomesticeerde maïs, zoals wij die kennen. Ook die bleek in staat tot het vormen van een slijmlaag met daarin microbiële gemeenschap die stikstof uit de lucht bindt.

 

Volgens de onderzoekers duidt dat erop dat het een intrinsieke eigenschap van maïs is, die als gevolg van domesticatie er uit is veredeld. Dat zou betekenen dat je met relatief eenvoudige genetische technieken moderne maissoorten kunt ontwikkelen die stikstof uit de lucht kunnen vastleggen.

 

Zover is het nog niet. Zoals gezegd gaat het om inheemse variëteiten, die tussen de 20 en 80 procent van hun stikstofbehoefte uit de lucht halen. Uit het artikel wordt niet duidelijk wat de opbrengsten zijn van die variëteiten. Evenmin wordt duidelijk of het stikstofbindend vermogen vermindert of verdwijnt als er kunstmest of dierlijke mest wordt toegediend.

 

Desondanks hebben de onderzoekers een interessant route ontdekt naar de heilige graal van de agronomie: maïs, en uiteindelijk ook andere granen, die met behulp van bacteriën zichzelf van stikstof voorzien.

Tekst: Joost van Kasteren Beeld: Susan Rexwinkel