Hoe veredel je ondergrondse raseigenschappen?

De productie van biologisch zaad neemt wereldwijd toe en heeft de weg vrijgemaakt voor het ontwikkelen van biologische veredeling. Het thema van biologische plantenveredeling is een internationaal erkend onderwerp van wetenschappelijk onderzoek geworden aan verschillende universiteiten in Europa en daarbuiten. Maar we zijn nog ver verwijderd van 100% dekking en gebruik van biologisch zaad in de biologische landbouw. Deze zomer startten we het EU-project LIVESEED (2017-2021), met een groot consortium van 35 partners en 18 landen met een totaal budget van 8 miljoen euro, in de hoop de productie van biologisch zaad en veredeling in de komende jaren te stimuleren.


Foto 3. Links een populatie ras (composite cross population) versus zuivere lijn in wintertarwe (rechts). Foto Edwin Nuijten/LBI
De Leerstoel Biologische Plantenveredeling
De oprichting van de buitengewone leerstoel Biologische Plantenveredeling heeft een extra impuls gegeven aan de zichtbaarheid van de behoefte aan nieuwe concepten en strategieën voor aangepaste rassen voor de biologische landbouw. De uitdaging was om te laten zien dat biologische plantenveredeling
• een wetenschappelijk en innovatief onderzoeksgebied is,
• voldoende wetenschappelijke output biedt,
• en voldoende MSc-studenten aantrekt, zie Foto 4a en b.

    
Foto 4a en b. Excursie naar Vitalis (foto links) en De Bolster (foto rechts) met MSc studenten van de cursus Organic Plant Breeding. Foto Edith Lammerts van Bueren/WU

Mijn persoonlijke ambitie was om de discipline van biologische plantenveredeling binnen Wageningen University te verankeren, maar ook om het daarbuiten een gezicht te geven. Met plezier zette ik me in om de kloof te overbruggen tussen biologische landbouwpraktijk in academisch onderzoek en netwerk. Ik heb mede gezamenlijke optredens tijdens de publieksdagen van de DuRPH- en Bioimpulsprogramma’s ontwikkeld (zie Foto 5), waarbij ik mijn GGO-gedreven collega’s als ‘broeders en zusters in de wetenschap’ respecteerde om weg te komen van de polarisatie en het publiek te laten zien dat er meerdere wegen naar Rome leiden, en dat innovatie kan worden bereikt door samenwerking tussen biologische en gangbare veredeling. Maar ik bleef altijd binnen de gegeven kaders van de biologische landbouw.


Foto 5. Edith was veelvuldig spreker tijdens publieke debatten zoals over cisgenese versus biologische veredeling van aardappel, Wageningen 2013. Foto Biojournaal
De uitdaging blijft om aan te tonen dat hoewel klassieke veredelingstechnieken worden gebruikt, ze nieuwe kennis en nieuwe inzichten genereren in een andere context en daarom wetenschappelijk innovatief kunnen zijn. In 2009 stimuleerde ik de discussie over de rol van moleculaire markers in biologische veredelingsprogramma’s door biologische en gangbare praktische veredelaars bij elkaar te brengen. De conclusie was dat moleculaire markers bruikbaar kunnen zijn in biologische veredelingsprogramma’s, soms zelfs noodzakelijk, bijvoorbeeld bij het stapelen van diverse phytophthora-resistentiegenen (Lammerts van Bueren et al. 2010).

Ondergrondse raseigenschappen
Veel van mijn onderzoek in Wageningen was gericht op ondergrondse raskenmerken. We veronderstelden dat een betere wortelarchitectuur en grotere wortelbiomassa een mogelijke sleutel tot robuustheid in sla was. De resultaten toonden aan dat het niet zozeer gaat om de totale wortelmassa, maar om het vermogen van een ras om met extra, fijne haarwortelvorming snel te reageren op een veranderende situatie. Het goede nieuws is dat er nog steeds genetische variatie bestaat voor dergelijke flexibiliteit bij moderne slarassen en dat deze verder moet worden benut in de veredeling!

Het analyseren van eigenschappen onder de grond is zeer arbeidsintensief, dus heb ik van de gelegenheid gebruik gemaakt om te onderzoeken of moleculaire markers een hulpmiddel kunnen zijn bij de selectie van dergelijke complexe eigenschappen. We zagen in experimenten met 150 rassen dat er significante variatie was tussen rassen in hun reactie op de seizoen-specifieke weerpatronen en daarom werden verschillende merker-raseigenschap combinaties in verschillende seizoenen geïdentificeerd voor de totale hoeveelheid overgebleven nitraat over het bodemprofiel van 40 cm als een maat voor nitraatopname-efficiëntie (Kerbiriou et al. 2016). Hoewel genetisch onderzoek een beter begrip van fysiologische processen op moleculair niveau mogelijk maakt, blijft het veredelen voor dergelijke ondergrondse eigenschappen zeer complex.

Een thema dat aan ondergrondse raseigenschappen is gerelateerd, is het ontwikkelen van een veredelingsstrategie voor de efficiëntie van stikstofopname en -gebruik in spinazie, sla, aardappelen en kool. Veredelaars weten vaak dat rassen verschillen in hun behoefte aan stikstof, maar weten niet hoe ze moeten worden geselecteerd. De resultaten met deze verschillende gewassen zijn samengevat in een overzichtsartikel dat illustreert dat soorten aanzienlijk verschillen in benadering, maar dat er genoeg variatie is tussen moderne rassen om te selecteren voor stikstof-efficiëntie (Lammerts van Bueren en Struik 2017).

Selectieomstandigheden
Een andere belangrijke vraag voor de veredelingssector is of men per se onder biologische omstandigheden moet selecteren om rassen te ontwikkelen die zijn aangepast aan biologische landbouwsystemen. Voor veel conventionele veredelingsbedrijven die de biologische markt willen bedienen, is het onmogelijk om twee afzonderlijke programma’s uit te voeren, dus zoeken ze naar strategieën om beide programma’s te integreren.

Een veredelaar uit Letland, een van mijn externe promovendi, heeft dit uitgebreid onderzocht in een uniek selectieprogramma met twee verschillende kruisingspopulaties van gerst (Kokare et al. 2017). Ze toonde aan dat het mogelijk is om te selecteren onder conventionele teeltomstandigheden, als niet alleen wordt geselecteerd op opbrengst, maar ook op eigenschappen die relevant zijn voor de biologische landbouw, zoals het vermogen om onkruid te onderdrukken.

We moeten er echter rekening mee houden dat een conventioneel selectieveld normaliter wordt beheerd met herbiciden, dus men kan alleen indirect selecteren op onkruidonderdrukkend vermogen door middel van morfologische eigenschappen zoals gewasarchitectuur. Dit zijn eigenschappen met een hoge erfelijkheid waarop relatief onafhankelijk van de teeltomgeving kan worden geselecteerd. In conventionele selectievelden worden ook minerale meststoffen gebruikt die gemakkelijk door de plant worden opgenomen. Verschillen tussen rassen/lijnen in het omgaan met verminderde beschikbaarheid van voedingsstoffen uit organische mest in een koude lente komen niet tot uiting. Mineralisatie resulterend in beschikbaarheid van mineralen voor de plant, hangt af van de activiteit van het bodemleven en bodemtemperatuur. Selectie in de laatste jaren van een veredelingsprogramma zal dus moeten plaatsvinden onder biologische veldomstandigheden.

Kenmerken van een biologische plantenveredeling
Met dit voorbeeld heb ik laten zien dat biologische teelt niet alleen een kwestie is van het weglaten van chemie, maar dat het ook andere agronomische maatregelen en raseigenschappen in een veredelingsprogramma vereist om minder afhankelijk te worden van externe chemische inputs (Lammerts van Bueren et al. 2002). In Tabel 1 is een overzicht gegeven van eigenschappen die van belang zijn voor landbouw met weinig externe inputs.


Tabel 1. Consequenties van een biologische teeltregime voor het prioriteren van veredelingsdoelen

Kortom, biologisch veredelen is niet zozeer veredelen voor een andere markt, als wel veredelen voor een ander managementsysteem dat gericht is op het verbeteren van de ecologische veerkracht van de landbouwsystemen terwijl het onafhankelijk is van externe chemische inputs.

Maar er is meer om naar te streven en ik zal nu de toekomstige uitdagingen bespreken.

Naar een ecologisch en sociaal veerkrachtige landbouw
Biologische landbouw zal ook andere gebieden met betrekking tot duurzaamheid moeten ontwikkelen. Een IFOAM-denktank waaraan ik deelnam, schetste in 2015 dat de biologische sector niet alleen in omvang zou moeten groeien (mogelijk tot 20% om meer kritische massa te bereiken), maar ook bredere maatschappelijke doelstellingen moet gaan omarmen zoals getoond in de volgende duurzaamheidsbloem: ecologie, samenleving, cultuur, verantwoording en economie (Arbenz et al. 2016).

Dit is in lijn met de Sustainable Development Goals (SDGs) die de VN in 2015 hebben gepresenteerd (VN 2015).

Figuur 1. IFOAM’s duurzaamheidsbloem met de vijf dimensies: ecologie, maatschappij, cultuur, verantwoording en economie (Arbenz et al. 2016)
Naar een plantenveredeling die bijdraagt aan ecologische en sociale veerkracht
Deze SDGs moeten ook worden vertaald in aspecten van veredeling. Daarom stellen we zes veredelingsdoelen voor, niet alleen voor de biologische plantenveredeling, maar ook voor de plantenveredeling in het algemeen:
• sociale rechtvaardigheid;
• voedselzekerheid, -kwaliteit en –veiligheid;
• voedsel- en zaadsoevereiniteit;
• agrobiodiversiteit;
• ecosysteemdiensten;
• klimaatrobuustheid.

We moeten de duurzaamheid van de productiesystemen, voedselzekerheid en voedselveiligheid herstellen voor een snelgroeiende en steeds veeleisender wordende wereldbevolking. Maar, er is ook de zorg dat de diversiteit van gewassen achteruitgaat. Nationale diëten worden steeds diverser, maar wereldwijd worden diëten steeds uniformer (Khoury et al., 2014).

Veel bruikbare gewassen met een relatief klein areaal zijn ‘wees’ geworden waarvoor geen veredeling meer wordt uitgevoerd, waardoor de afhankelijkheid van het wereldvoedselsysteem van een beperkt aantal gewassen toeneemt. Van de 30.000 eetbare soorten telen we er slechts 150, en 95% van onze humane voedselcalorieën zijn afkomstig van slechts 30 soorten (Dwivedi et al. 2017). Biodiversiteit en ecosysteemdiensten zijn sleutelfactoren die het milieu binnen agro-ecosystemen reguleren en ondersteunen en de toekomstige voedselproductie waarborgen. Belangrijke ecosysteemdiensten zijn:
• natuurlijke ziekten- en plaagbestrijding;
• bestuiving;
• nutriënten kringloop;
• bodembescherming (structuur en vruchtbaarheid);
• watervoorziening (kwaliteit en kwantiteit);
• koolstofvastlegging.

Franse onderzoekers toonden aan dat met moderne plantenveredeling de bloemmorfologie van peulvruchten, zoals van veldbonen (zie Foto 6), minder toegankelijk is geworden voor bestuivers (Suso et al. 2016).
Mijn collega’s bij het LBI hebben gemerkt dat sommige klaverrassen om dezelfde reden worden genegeerd door bestuivers. Veredelaars moeten rekening houden met dergelijke bloemkenmerken, omdat onze voedingsgewassen ook voedsel voor bestuivers moeten leveren om zo bij te kunnen dragen aan ecosysteemdiensten.


Foto 6. Bloemvorm van veldboon (Vicia faba L.) moet toegankelijk blijven voor bestuivers. Foto Udo Prins/LBI
Mijn collega’s hebben ook grasrassen geanalyseerd op genetische variatie in wortelmassa in relatie tot ecosysteemdiensten (Deru et al. 2014). Sommige rassen produceren niet alleen een goede grasopbrengst, maar produceren ook een grote wortelbiomassa, zie Foto 7. Dergelijke rassen zijn hard nodig om het organische stofgehalte in de bodem te verbeteren, hetgeen het watervasthoudend en doorlatend vermogen beïnvloedt; ze dragen ook bij tot koolstofvastlegging in de bodem. Maar dat heeft nog geen aandacht gekregen van veredelaars.
Tegelijkertijd moet de landbouwproductie ook klimaatrobuust worden gemaakt: veredelaars moeten flexibele rassen ontwikkelen die bestand zijn tegen steeds meer onvoorspelbare en extreme weerspatronen. Het realiseren van deze doelen vereist ‘duurzame intensivering’. Duurzame intensivering is alleen mogelijk met substantiële en langdurige inspanningen van alle spelers in het voedselsysteem, inclusief veredelaars.
Deze uitdagingen kunnen niet alleen door technische oplossingen worden opgepakt, maar vereisen oplossingen die rekening houden met sociaal-economische, ethische en juridische aspecten. Daarom is een integrale aanpak nodig om de ecologische veerkracht in combinatie met de sociale veerkracht te versterken.


Foto 7. Sommige rassen produceren niet alleen een goede grasopbrengst, maar produceren ook een grote wortelbiomassa. Foto Coen ter Berg/LBI

Klik hier voor de literatuurlijst en het overzicht van de sponsoren.