Het is mogelijk een veel milieuvriendelijker én goedkoper alternatief voor kunstmest: graan dat zo genetisch is gemodificeerd dat het veel minder mest met stikstof nodig heeft. Daardoor zou de stikstofuitstoot van boeren flink omlaag kunnen gaan.

Deze ontdekking komt geen dag te vroeg, nu in Nederland het stikstofbeleid dagelijks in het nieuws is en boerenacties het land al weken in zijn greep houden. De natuur ondervindt veel schade van de intensieve veeteelt en overbemesting, de biodiversiteit gaat mede door de hoeveelheid stikstofverbindingen in de grond hard achteruit en de prijs van kunstmest is vooral het afgelopen jaar de pan uit gerezen.

Als gevolg van de natuurschade hebben rechters keer op keer geoordeeld dat de overheid een strenger klimaatbeleid moet voeren en de uitstoot van stikstof fiks moet verlagen. De zogenoemde Urgenda-doelstellingen zijn leidend en houden bouw- en verkeersprojecten tegen.

Duurzaam alternatief
De gerenommeerde botanicus Eduardo Blumwald, professor aan de University of California, heeft samen met zijn team een nieuwe manier gevonden om de graangewassen de stikstof te geven die ze nodig hebben om te groeien. Deze uitvinding kan ervoor zorgen dat er minder stikstofvervuiling ontstaat bij de teelt van graan. Kunstmest en dierlijke mest, die normaal gebruikt worden, zijn slecht voor het grondwater, zorgen voor meer broeikasgassen en zijn uiteindelijk slecht voor de volksgezondheid.

Stikstof is een essentieel onderdeel voor de groei van planten en boerenbedrijven vertrouwen op kunstmest om hun oogst te maximaliseren. Maar veel van de mest die op het veld wordt gebruikt, gaat verloren. Het verdwijnt in de grond en het grondwater zonder dat de plant het opneemt. Blumwalds team, wier bevindingen zijn gepubliceerd in het vakblad Plant Biotechnology, heeft mogelijk een efficiënt en duurzaam alternatief gecreëerd.

“Stikstofkunstmest is heel erg duur. Alles wat je kunt doen om de kosten te drukken, is belangrijk. Aan de ene kant is geld het probleem, maar je hebt ook nog de schadelijke effecten van stikstof voor de natuur en het klimaat”, zegt Blumwald.

Stikstoffixatie door bodembacteriën
Zijn onderzoek concentreert zich op de omzetting van stikstofgas in de lucht naar ammonium, door bodembacteriën van het geslacht Rhizobium. Dit proces heet stikstoffixatie. Veel planten, zoals de vlinderbloemenfamilie waar de peulvruchten toe behoren, leven in symbiose met deze bacteriën. De plant levert koolhydraten aan de bacteriën in de stikstofwortelknolletjes van de plant en de bacteriën zetten dit samen met stikstof in de lucht om in ammonium, wat weer door andere bodembacteriën wordt omgezet in nitraat (nitrificatie).

Helaas hebben graangewassen zoals rijst en tarwe geen samenwerking met Rhizobiumbacteriën om natuurlijke meststoffen aan te maken. Zonder de toevoeging van anorganische stikstofverbindingen zoals ammoniak en nitraat uit kunstmest groeit graan niet goed.

Symbiose door genetische modificatie
“Als een plant de chemische stoffen kan produceren waar de bodembacteriën van leven, dan kunnen we de plant genetisch modificeren, zodat hij meer van deze stofjes gaat aanmaken. Dat zorgt ervoor dat er stikstoffixatie gaat plaatsvinden in de grond. De plant kan de ammonium en nitraten gebruiken die worden gevormd. Op deze manier is er veel minder kunstmest nodig op het land”, legt Blumwald uit.

Zijn team heeft chemische screening en genomica toegepast om uit te vinden op welke manier de stikstoffixerende bacteriën het actiefst worden in de symbiose met rijstplanten. Ze identificeerden transportkanalen voor chemische stoffen in de plant en pasten genbewerkende technieken toe. Het lukte zo om de productie van deze verbindingen op te krikken en ‘biofilms’ te creëren waar de bacteriën in leven. Dit resulteerde in meer stikstoffixatie door de bacteriën en dus meer ammonium voor de rijstplant.

Fantastische chemische fabriekjes
“Planten zijn fantastische chemische fabriekjes”, zegt de botanicus. “Met deze genetisch gemodificeerde graangewassen kunnen we een duurzaam alternatief neerzetten. Een nieuwe manier van graan produceren, zonder de grote hoeveelheden kunstmest die normaal bij het telen komen kijken.”

Op dezelfde manier zouden mogelijk ook andere planten zichzelf in de toekomst kunnen bedruipen wat betreft hun stikstofbehoefte. De UoC heeft een patent aangevraagd op de vernieuwende techniek en gaat verder onderzoek doen naar nuttige toepassingen in de agrarische sector.