Energie en CO 2 besparen bij CAM planten?

Transcriptie

1 Workshop Energiek-event 7 april 6 Energie en CO besparen bij CAM planten? Sander Hogewoning Plant Lighting B.V. 7 april 6 Team: Dr. ir. Sander Hogewoning, Dr. ir. Govert Trouwborst, ing. Reinder van der Spek Expertise o.a.: fotosynthese, verdamping en CO plantreacties op lichtkleur lichtbronnen (o.a. LED) en stuurlicht phenotyping Wij doen onderzoek voor: tuinders & veredelaars toeleveranciers kennisinstituten overheid en belangenorganisaties wetenschap praktijk Missie : Vertaling wetenschappelijke kennis naar praktijk-innovaties

2 Inhoud CAM-planten: Wat is daar bijzonder aan? Lichtbenutting CAM-planten CO benutting CAM-planten Discussie/vragen CAM: Crassulacean Acid Metabolism Wie CAM? cactussen, vetplanten epifyten (o.a. phalaenopsis, bromelia s) Wat CAM? s nachts CO opnemen, terwijl normale C3-planten dat overdag doen. C-planten nemen ook overdag CO op. Waarom CAM? water sparen: verdamping veel lager per gram gefixeerd CO Tegen welke prijs CAM? Groeisneheid: ~ keer lager dan C3-planten Crassula ovata

3 C3 Fotosynthese: Opname CO kost altijd water Primaire bouwstoffen: CO & water Energiebron: licht Binden CO : enzym Rubisco Fotosynthese: CO + water lichtenergie suikers + zuurstof Klassieke CAM-fotosynthese Vier fasen: Fase, nacht: Huidmondjes open en CO -opname: CO gebonden door enzym PEP-C en vastgelegd in malaat (appelzuur). Fase, overgang naar dag: Huidmondjes sluiten en start afbraak malaat. Mogelijk kortstondig (directe) C3 fotosynthese. Fase 3, overdag: Gesloten huidmondjes + afbraak malaat. Vrijkomend CO door enzym Rubisco gebonden >vervolgens normale fotosynthese Fase, overgang dag naar nacht: Malaat op, huidmondjes gaan weer open en mogelijk kortstondig (directe) C3 fotosynthese. 3

4 Aantal typen CAM-fotosynthese CAM-cycling: overdag C3 (huidmondjes open) en s nachts CO uit respiratie vastleggen als malaat Klassiek CAM: vier fasen CAM-idling: huidmondjes dag- en nacht gesloten, netto dus geen CO opname en ook geen verlies. Bij extreme droogte. Verder kunnen planten facultatief of obligaat CAM zijn. Facultatief: plant kan switchen tussen C3 en klassiek CAM afhankelijk van de omstandigheden (bijvoorbeeld Clusia) Obligaat: klassiek CAM als volwassen plant. Juveniele planten soms C3 of facultatief CAM (bijvoorbeeld Kalanchoë) Zinvol om dit te weten van je gewas i.v.m. belichten en CO doseren! CAM: Ondergeschoven kindje in plantenonderzoek. Zoekwoorden in literatuur data-base Scopus: Tomato (3.558) én photosynthesis (958) Phalaenopsis (567) én photosynthesis (3) én CAM (5) Clusia (38) én photosynthesis (5) én CAM (6) Kalanchoe (978) én photosynthesis (69) én CAM (5) Bromeliad (96) én photosynthesis (5) én CAM (3) Waarom weinig ondezoek naar CAM? Tomaat, rijst, tarwe, soja, etc. veel belangrijker voor de wereld Maar voor Nederlandse tuinbouw is CAM wel van belang! Phalaenopsis nr. potplanten (5M ), kalanchoë nr. (6 M ) CAM: Nog veel vragen hoe plant licht en CO benut. Recent aantal onderzoeken Kas als Energiebron

5 Gaat belichting CAM-planten efficient in de glastuinbouw? case Phalaenopsis. ETR (µmol/m /s) Phalaenopsis Ikaria (november ): Malaat op rond de middag, lichtbenutting daarna laag (of nihil?) Fotosynthese-respons op licht, Ikaria opkweek Overdag Eind dag :3 Eind dag 3.3 Eind dag PAR (µmol/m /s) Verlies rendement begint zeer vroeg in de middag! Rond 6. CO -opname onafhankelijk van licht! Dus plant is dan CAM. CAM-test laat ook weer lichtere kleur zien, dus toename malaat CO -opname (µmol/m /s) Fotosynthese-respons op licht, Ikaria opkweek PAR (µmol/m /s) Overdag Eind dag :3 Eind dag 3.3 Eind dag 6. 5

6 Gedachtelijn op basis voorgaande slide: Licht draagt niet bij aan fotosynthese vanaf middaguur Veel gratis daglicht blijft onbenut! Oorzaak: malaat al op door vroege start belichting Oppervlakkige conclusie: Vroeg starten met belichten is onzin. Bespaar energie door lampen later aan te zetten en benut het gratis daglicht Maar...waarom wordt dan zoveel belicht in de praktijk? Andere rassen C3-fotosynthese dominanter? Terugkoppeling tussen lichtsom en malaatvoorraad? Lichtsom aantoonbaar effect op bladdikte en dus op ruimte voor malaatopslag Waar ligt de grens? Uitvoering afkweek-proef 3- Sacramento en Atlantis Geschiedenis van 6 tot 7 mol in opkweek en koeling Na koelingfase bij Levoplant naar klimaat-units Plant Lighting te Bunnik Afgekweekt bij 5, 6.5, 9.5 en mol ( mol alleen bij Sacramento) 6.5 mol ook bij langere nachtlengte uitgevoerd 6

7 Dagsom CO (mol) Dagsom ETR in fase 3 (bij gesloten huidmondjes) 5 mol.8c.c 6.5 mol.6a.8c 8 mol.5a.b 9.5 mol.5a.3b mol.6a.b 6.5 mol LN.b.8a ETR (µmol/m /s) Nachtmeting Phalaenopsis: 6.5 mol - : : 6: 8: : : : : : 6: 8: : : Tijd ETR CO-opname CO -opname (µmol/m /s) ETR (µmol/m /s) Onderzoek 3/ Nachtmeting Phalaenopsis: 6.5 mol, lange nacht - : 6: 8: : : : : : 6: 8: : : : Tijd ETR CO-opname 6.5 mol genoeg (Sacramento). Maar lange nacht slechter dan korte nacht! Uren met CO opname overdag: nauwelijks C3-fotosynthese op die uren wordt licht dus niet benut voor fotosynthese maar licht uitdoen op die uren betekent achteruitgang!! rara hoe kan dat? Geeft licht een stuursignaal? CO -opname (µmol/m /s) Onderzoek 5-6: Energie besparen door minder te belichten op die uren waarop het licht slecht benut wordt tot eind mei 6: volledige teelt in klimaatkamers Plant Lighting te Bunnik met tot 3% minder electra.. 7

8 Metingen Phalaenopsis ook relevant voor andere gewassen? Bromelia Aechmea/ Tillandsia/ Ananas: Ja Maar niet op te vertalen. Aechmea aantoonbaar veel meer C3 fotosynthese dan Phalaenopsis Kalanchoë: Minder relevant, want maar uur daglengte Andere CAM-soorten veelal (nog?) onbelicht Gedrag Aechmea in de middag ETR (µmol/m /s) Fotosynthese-respons op licht, Aechmea Griffe Overdag eind dag 3: eind dag : eind dag 5: 6 8 PAR (µmol/m /s) CO -opname (µmol/m /s) Fotosynthese-respons op licht, Aechmea Griffe 6 8 PAR (µmol/m /s) Overdag eind dag 3: eind dag : eind dag 5: eind dag begint vroeg: malaat raakt al op! Als Aechmea op C3 verder gaat, stijgt het rendement van de lichtbenutting weer! 8

9 Gaat CO dosering CAM-planten efficient in de glastuinbouw? case Phalaenopsis. Theorie CAM, sleutelenzymen CO -opname Sleutelenzym binding CO nacht: PEPc, affiniteit voor CO is hoog! Sleutelenzym binding CO overdag: Rubisco, affiniteit voor CO is laag! PEPc Rubisco Kort door de bocht: Nachtelijke CO -dosering heeft geen zin? Maar...huidmondjes zijn zeer grote barrière bij phalaenopsis! 9

10 Literatuur: toename biomassa bij CAM? Zeer wisselend effect van CO : meestal positief, soms fors negatief! Resultaten proeven op plantniveau (I) Croonenborgs et al 9: Verhoogd CO -niveau werkte niet tot fors negatief bij deze CAM-planten

11 Lopend CO onderzoek TTO, Plant Lighting en Demokwekerij:. Nacht: Verhoogt CO doseren de CO opname-snelheid?. Nacht: Is het zinvol om de CO opnamesnelheid verhogen? In een ontwikkeld blad geldt vol=vol? Op langere termijn aanpassing naar grotere malaat-opslag? 3. Overgang nacht/dag en dag nacht: Als de malaatpool sneller vol is, vindt dan meer directe C3 fotosynthese plaats tijdens overgangen?. Dag: CO doseren zinvol? Alleen als er een significante hoeveelheid C3-blad is.! We verwachten van niet. 7 Nachtmeting Phalaenopsis: 8 mol 5 CO -opname (µmol/m /s) MN(Photo) PARi 5 : : 6: 8: : : : : : 6: 8: : : - 5 PAR (µmol/m /s) - Tijd

12 Wat doet het hartblad? CO -opname (µmol/m /s) - - Fotosynthese-respons op licht, hartblad Atlantis hartblad 7- cm PAR (µmol/m /s) Metinegn Sacramento/Atlantis: hartblad=cam Is dit anders onder andere omstandigheden? Opkweek? Ras? Kasklimaat? Referentie Blad Blad Blad 3 CO -rendement Kalanchoë CO -opname (µmol/m /s) Gs (mmol/m /s) 6 Fotosynthese-respons op CO Kalanchoe, stadium 8 zomer najaar voorjaar CO kas (ppm) Huidmondjes-respons op CO Kalanchoe, stadium zomer najaar. voorjaar. voorjaar st CO kas (ppm) Effect van 7 ppm optimaal Huidmondjesopening reageert scherp op CO boven 7 ppm NB metingen zijn korte termijn, dus huidmondjeseffect onderschat?

13 Dank voor uw aandacht! Sander Hogewoning info@plantlighting.nl Plant Lighting BV Veilingweg PC Bunnik (NL) 3