Fotosynthese van aardbei in kaart gebracht

Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen
Academiejaar 2014– 2015
Fotosynthese van aardbei in kaart gebracht
Amber Tilley
Promotoren: Prof. dr. ir. Marie-Christine Van Labeke
dr. ir. Tom De Swaef
Masterproef voorgedragen tot het behalen van de graad van
Master of Science in de biowetenschappen: land- en tuinbouwkunde
Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen
Academiejaar 2014– 2015
Fotosynthese van aardbei in kaart gebracht
Amber Tilley
Promotoren: Prof. dr. ir. Marie-Christine Van Labeke
dr. ir. Tom De Swaef
Masterproef voorgedragen tot het behalen van de graad van
Master of Science in de biowetenschappen: land- en tuinbouwkunde
AUTEURSRECHTERLIJKE BESCHERMING EN
CONFIDENTIALITEIT
“De auteur en de promotor geven de toelating deze scriptie voor consultatie beschikbaar te
stellen en delen van de scriptie te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt
onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting
de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze scriptie.”
“The author and the promoter give the permission to use this thesis for consultation and to
copy parts of it for personal use. Every other use is subject to the copyright laws, more
specifically the source must be extensively specified when using the results from this thesis”.
Gelezen en goedgekeurd:
Promotoren
Student
WOORD VOORAF
In dit woord vooraf wil ik iedereen bedanken die geholpen heeft bij het tot stand brengen van
deze thesis. Dit zijn in de eerste plaats mijn promotoren prof. dr. ir. Marie-Christine Van
Labeke en dr. ir. Tom De Swaef. Dankzij hun vakkundige raad en hulp is dit proefwerk
geworden wat het is. Daarnaast wil ik het personeel van ILVO plant bedanken voor de fijne
samenwerking, het gebruik van de serres en hun hulp bij het wegwijs maken in hun instelling.
Vervolgens een speciaal dankwoord voor mijn ouders en grootouders om mij de kans te geven
om te kunnen studeren en hun morele steun, om diezelfde reden wil ik ook mijn vriend
bedanken. Tot slot wil ik mijn medestudenten bedanken voor de fijne uurtjes samen werken in
de bib en hun luisterend oor.
ABSTRACT
De doorteelt is een belangrijk substraatteeltsysteem bij aardbeien. Dit teeltsysteem gebeurt in
serres waar verschillende teelttechnische ingrepen en klimaatregelingen mogelijk zijn. Zo kan
men onder andere de lichtintensiteit, de temperatuur, de CO2 concentratie, het substraat en het
aantal vruchten aanpassen. Deze maatregelen zullen direct of indirect de fotosynthese van de
aardbeiplanten beïnvloeden. De fotosynthese bij aardbei is echter weinig bestudeerd. In deze
scriptie wordt er onderzocht wat het effect is van bepaalde factoren op de fotosynthetische
functionele parameters bij aardbei. Zo werd in een najaarsproef het effect van de bladleeftijd
op de fotosynthese opgevolgd gedurende 50 dagen. Hier bleek dat de maximale fotosynthese
snelheid niet enkel door de bladleeftijd maar ook door de afnemende lichtintensiteit in de kas
werd beïnvloed. Nieuw gevormde bladeren kregen hierdoor meer en meer de karakteristieken
van een schaduwblad. In een sink-source experiment werden de fotosynthetische parameters
vergeleken tussen planten met bloemstengel (generatieve fase) en planten waar de bloeiwijze
verwijderd werd (vegetatieve fase). Opnieuw werd vooral de maximale fotosynthese snelheid
beïnvloed. Bij planten zonder bloeiwijze lag deze hoger dan bij planten met bloeiwijze. Dit
kan te verklaren zijn door de stolooninducerende daglengte in de kas, waardoor de planten de
sink-beperking konden opheffen door het vormen van stolonen. In een laatste proef werd het
effect van het toevoegen van chitine en biochar aan het substraat nagegaan. Hier bleek dat het
effect van biochar op de fotosynthese beperkt was. Chitine had echter een positief effect op de
maximale fotosynthese snelheid en op de chlorofylinhoud van de bladeren.
The strawberry cropping system with autumn and spring production (2 harvests) is the most
important in substrate culture. This cropping system is typical for greenhouses where the use
of different climatologic set-points is possible. Light intensity, temperature, CO2
concentration, substrate, fruit number etc. can be controlled. All these parameters have an
influence on the photosynthesis of the strawberry plants. However, little is known about the
photosynthesis of strawberries. In this thesis the effects of selected parameters on the
functional photosynthetic parameters are examined. During an autumn experiment the effect
of leaf age on photosynthesis was monitored over 50 days. The maximum photosynthetic rate
was not only influenced by the leaf age but also by the decreasing light intensities in the
greenhouse. This caused a gradual change from sun leaves to shade leaves when newer
leaves were formed later in autumn. In a sink-source experiment the photosynthetic
parameters of plants with and without inflorescences were tested (generative versus
vegetative plants). Again the maximum photosynthetic rate was influenced, plants without
inflorescences showed higher photosynthetic rates. This could be explained by the runner
inducing photoperiod in the greenhouse, as the formation of runners created a new sink for
assimilates. In the last experiment the effect of adding chitin and biochar to the substrate was
tested. The amendment of biochar to the substrate did not affect the maximum photosynthetic
rate. However, adding chitin did have a positive effect on the photosynthetic rate and the
chlorophyll content of the leaves.
Inhoud
LIJST GEBRUIKTE AFKORTINGEN ..................................................................................... 3
LIJST FIGUREN ........................................................................................................................ 4
LIJST TABELLEN .................................................................................................................... 6
INLEIDING ............................................................................................................................... 7
DEEL 1: LITERATUURSTUDIE ............................................................................................. 9
1.
Botanische beschrijving en taxonomie van de aardbei .................................................. 9
2.
Economisch belang van de aardbeiteelt ....................................................................... 12
2.1.
Productie en areaal in de wereld en in België ........................................................... 12
2.2.
Productiecentra in België ........................................................................................... 13
3.
Karakteristieken teelt onder glas .................................................................................. 14
3.1.
Gebruikte cultivars .................................................................................................... 14
3.2.
Teelt onder glas algemeen ......................................................................................... 15
3.3.
Teeltschema’s onder glas ........................................................................................... 15
4.
Fotosynthese ................................................................................................................. 18
4.1.
Inleiding ..................................................................................................................... 18
4.2.
Beschrijving proces ................................................................................................... 18
4.3.
Omgevingsparameters ............................................................................................... 20
4.4.
Endogene parameters ................................................................................................. 27
DEEL 2: MATERIAAL EN METHODEN ............................................................................. 34
1.
Plantmateriaal en serrecondities ................................................................................... 34
2.
Proefopzet..................................................................................................................... 34
2.1.
Proef 1: effect van bladouderdom en bladnummer op fotosynthese ......................... 34
2.2.
Proef 2: effect van overgang vegetatieve naar generatieve groei op fotosynthese .... 34
2.3.
Proef 3: effect van substraat met biochar en chitine toevoeging op fotosynthese ..... 35
3.
Fotosynthese metingen ................................................................................................. 36
3.1.
Beschrijving LI-6400XT ........................................................................................... 36
3.2.
Parameters en meetmethode ...................................................................................... 38
3.3.
Opstellen lichtresponscurves ..................................................................................... 39
4.
Chlorofylmetingen ....................................................................................................... 40
4.1.
CCI metingen ............................................................................................................. 40
4.2.
Chemische bepaling ................................................................................................... 41
1
5.
Bladmorfologie............................................................................................................. 41
6.
Statistische verwerking ................................................................................................ 42
6.1.
Fotosynthese responscurves ...................................................................................... 42
6.2.
Statistische testen ....................................................................................................... 42
DEEL 3: RESULTATEN EN DISCUSSIE ............................................................................. 43
1.
Vergelijken fotosynthetische functionele parameters in functie van de bladleeftijd en
bladrang .................................................................................................................................... 43
1.1.
Donkerrespiratie (Rd) ................................................................................................. 43
1.2.
Maximale fotosynthese snelheid (Pmax) ..................................................................... 46
1.3.
Fotosynthetische efficiëntie (α) ................................................................................. 49
1.4.
Chlorofylgehalte ........................................................................................................ 51
2.
Vergelijken fotosynthetische functionele parameters in functie van het plantstadium 55
2.1.
Donkerrespiratie (Rd) ................................................................................................. 55
2.2.
Maximale fotosynthese snelheid (Pmax) ..................................................................... 55
2.3.
Fotosynthetische efficiëntie (α) ................................................................................. 57
3.
Vergelijken maximale fotosynthese snelheid (Pmax) in functie van het substraat ........ 58
3.1.
Verloop Pmax in functie van de tijd............................................................................. 58
3.2.
Effect substraat op Pmax ............................................................................................. 59
3.3.
Effect substraat op chlorofylinhoud en verband met Pmax ......................................... 62
3.4.
Evolutie chlorofylinhoud (CCI metingen) in functie van de tijd............................... 64
ALGEMEEN BESLUIT .......................................................................................................... 66
REFERENTIES ........................................................................................................................ 68
2
LIJST GEBRUIKTE AFKORTINGEN
ABA
Abscissinezuur
ATP
adenosine trifosfaat
AUX
Auxine
CCI
Chlorofyl Content Index
CYT
Cytokinine
GIB
Gibberelline
IRGA
Infra-rood gas analysator
NADH
reduced nicotinamide adenine dinucleotide
NCER
netto carbon exchange rate
PAR
photosynthetic active radiance
Pn,max
maximale netto fotosynthese
Pmax
maximale fotosynthese
Rd
donkerrespiratie
Rubisco
ribulose-1,5-bifosfaat carboxylase oxygenase
RuDP
ribulosedifosfaat
α
fotosynthetische efficiëntie
3
LIJST FIGUREN
Figuur 1 Morfologie aardbeiblad (Chaterjee et al., 2011). ....................................................... 10
Figuur 2 Structuur bloeistengel (Hancock, 1999). ................................................................... 10
Figuur 3 Morfologie van de aardbeiplant (Poling, 2012). ........................................................ 10
Figuur 4 Voornaamste productieregio’s in België (Engelen, 2013). ....................................... 13
Figuur 5 Basisreacties fotosynthese: licht (L) wordt opgevangen door chlorofyl en opgeslagen
als chemische energie onder vorm van ATP en als reducerend vermogen onder vorm van
NADPH. Deze moleculen worden gebruikt in de donkerreacties om CO2 te reduceren tot
suikers (Naar: Kimball, 1986a). ............................................................................................... 18
Figuur 6 Structuurformule chlorofyl (R= CH3 : chlorofyl a ; R= CHO : chlorofyl b) ............ 19
Figuur 7 Algemeen verloop lichtresponscurve (Naar: Taiz & Zeiger, 2006). ......................... 21
Figuur 8 Morfologie schaduwblad en lichtblad (Naar: Taiz & Zeiger, 2006). ........................ 22
Figuur 9 Lichtresponscurve schaduw- en lichtblad (Naar: Taiz & Zeiger, 2006). .................. 22
Figuur 10 Schematische weergave CO2-responscurve (Naar: Lewis, 2012). .......................... 24
Figuur 11 Invloed temperatuur op netto fotosynthese en donkerrespiratie (Jiao et al., 1989). 26
Figuur 12 Wisselwerking tussen fotosynthetische parameters ................................................ 27
Figuur 13 Lichtresponscurves bij verschillende bladleeftijden. De horizontale lijn geeft de
maximale fotosynthese weer (naar: Pasian & Lieth, 1989)...................................................... 29
Figuur 14 Overzicht source-sink transport en de translocatie (Naar: Urban, 1997). ............... 30
Figuur 15 Schematische voorstelling LI-6400XT (LI-COR, 2013). ........................................ 37
Figuur 16 (A) Principe open differentieel gassysteem (B) Principe van een IRGA (Naar: De
Swaef, 2007). ............................................................................................................................ 37
Figuur 17 (A) Meetplaatsen fotosynthese- en chlorofyl metingen (rood) en morfologische
metingen (blauw) (B) Overzicht van de meetmethode met LI-6400XT. ................................. 38
Figuur 18 Voorbeeld van opstellen lichtresponscurve in Sigmaplot. ...................................... 40
Figuur 19 Meetmethode chlorofylmetingen met CMM-200.................................................... 41
Figuur 20 Gemiddelde en standaardafwijking donkerrespiratie (Rd) in functie van de
bladleeftijd voor bladnummers 1, 2, 3 en 5. Verschillende letters duiden op een significant
verschil tussen de leeftijdscategorieën voor ieder bladnummer apart – test van Tukey (p =
0,05). Daarnaast zijn de passende exponentiële regressiecurven weergegeven en de
bijbehorende parameters van deze curven. .............................................................................. 44
Figuur 21 Gemiddelde en standaardafwijking Rd in functie van het bladnummer per
leeftijdscategorie. Hierbij zijn a en b significant verschillend – Toets van Tukey (p = 0,05). 45
Figuur 22 Gemiddelde en standaardafwijking van de maximale fotosynthese (Pmax) in functie
van de bladleeftijd voor bladnummers 1, 2, 3 en 5. Verschillende letters duiden op een
significant verschil tussen de leeftijdscategorieën voor ieder bladnummer apart – test van
Tukey (p = 0,05). Daarnaast zijn de passende exponentiële regressiecurven weergegeven en
de bijbehorende parameters van deze curven. .......................................................................... 47
Figuur 23 Gemiddelde en standaardafwijking Pmax in functie van het bladnummer per
leeftijdscategorie. Hierbij zijn a en b significant verschillend – Toets van Tukey (p = 0,05). 48
Figuur 24 (Boven) Dagelijkse lichtsom afkomstig van zonlicht en assimilatiebelichting,
uitgedrukt in de totale hoeveelheid PAR per vierkante meter in de serre per dag. (Onder)
Gemiddelde dagtemperatuur. ................................................................................................... 49
4
Figuur 25 Gemiddelde en standaardafwijking van α in functie van de bladleeftijd voor
bladnummers 1, 2, 3 en 5. Verschillende letters duiden op een significant verschil tussen de
leeftijdscategorieën voor ieder bladnummer apart – test van Tukey (p = 0,05). Daarnaast zijn
de passende exponentiële regressiecurven weergegeven en de bijbehorende parameters van
deze curven. .............................................................................................................................. 50
Figuur 26 Gemiddelde en standaardafwijking van het chlorofylgehalte in functie van de
bladleeftijd voor bladnummers 1, 2, 3 en 5. Verschillende letters duiden op een significant
verschil tussen de leeftijdscategorieën voor ieder bladnummer apart – test van Tukey (p =
0,05). Daarnaast zijn de passende exponentiële regressiecurven weergegeven en de
bijbehorende parameters van deze curven. .............................................................................. 52
Figuur 27 Gemiddelde en standaardafwijking CCI in functie van het bladnummer per
leeftijdscategorie Hierbij zijn a en b significant verschillend – Toets van Tukey (p = 0,05). . 54
Figuur 28 Gemiddelde en standaardafwijking van Rd met en zonder bloeiwijze in functie van
bladleeftijd. ............................................................................................................................... 55
Figuur 29 Gemiddelde en standaardafwijking Pmax met en zonder bloeiwijze in functie van de
bladleeftijd. ............................................................................................................................... 56
Figuur 30 Gemiddelde en standaardafwijking α met en zonder bloeiwijze in functie van de
bladleeftijd. ............................................................................................................................... 57
Figuur 31 Verloop gemiddelden en standaardafwijking Pmax in functie van de tijd voor elke
behandeling. Hierbij staat 0 voor een object zonder biochar, 3 voor een object met 3%
biochar, K voor een object met kalk, M voor een object met meststoffen en C voor een object
met chitine. ............................................................................................................................... 58
Figuur 32 Gemiddelde en standaardafwijking Pmax per meettijdstip en per substraat.
Verschillende letters staan voor significante verschillen met b de laagste en a de hoogste
waarden (Test van Tukey, p = 0,05)......................................................................................... 61
Figuur 33 CCI, Chlorofyl a, Chlorofyl b en Carotenoïden gehalte in functie van het substraat.
Verschillende letters staan voor significante verschillen, bepaald door Tukey test (links
boven) of Mann Whitney U testen (p = 0,05). ......................................................................... 63
Figuur 34 Gemiddelde en standaardafwijking CCI per meettijdstip en per substraat.
Verschillende letters staan voor significante verschillen met C de laagste waarden en A de
hoogste, bepaald door de Mann-Whitney U test of Tukey test (p = 0,05). .............................. 65
5
LIJST TABELLEN
Tabel 1 Aardbeiproductie en areaal van de 20 meest producerende landen in 2012
(FAOSTAT, 2013). .................................................................................................................. 12
Tabel 2 Overzicht van de verschillende teeltsystemen (Naar figuur van Hoogstraten, 2014). 17
Tabel 3 Meettijdstippen proef 1. .............................................................................................. 34
Tabel 4 Samenstelling van de verschillende substraten. .......................................................... 35
Tabel 5 Instelling van de parameters in de LI-6400XT. .......................................................... 39
Tabel 6 Overzicht van de leeftijdscategorieën. ........................................................................ 43
Tabel 7 ANOVA tabel en bijbehorende analyse van de normaliteit (Shapiro Wilk toets) en
homogeniteit van de variantie (Levene test) voor Rd in functie van de bladleeftijd. ............... 43
Tabel 8 ANOVA tabel en bijbehorende analyse van de normaliteit (Shapiro Wilk toets) en
homogeniteit van de variantie (Levene test) voor Pmax in functie van de bladleeftijd. Waar er
niet aan de voorwaarden voor ANOVA wordt voldaan wordt een Kruskal Wallis toets (KW)
uitgevoerd. ................................................................................................................................ 46
Tabel 9 ANOVA tabel en bijbehorende analyse van de normaliteit (Shapiro Wilk toets) en
homogeniteit van de variantie (Levene test) voor α in functie van de bladleeftijd. Waar er niet
aan de voorwaarden voor ANOVA wordt voldaan wordt een Kruskal Wallis toets (KW)
uitgevoerd. ................................................................................................................................ 50
Tabel 10 ANOVA tabel en bijbehorende analyse van de normaliteit (Shapiro Wilk toets) en
homogeniteit van de variantie (Levene test) voor CCI in functie van de bladleeftijd. Waar er
niet aan de voorwaarden voor ANOVA wordt voldaan wordt een Kruskal Wallis toets (KW)
uitgevoerd. ................................................................................................................................ 51
Tabel 11 Analyse van de normaliteit (Shapiro Wilk toets) van Rd in functie van de sink-load.
Waar er niet aan de voorwaarden voor een t-test wordt voldaan wordt een Mann-Whitney U
toets uitgevoerd. ....................................................................................................................... 55
Tabel 12 Analyse van de normaliteit (Shapiro Wilk toets) van Pmax in functie van de sinkload. .......................................................................................................................................... 56
Tabel 13 Analyse van de normaliteit (Shapiro Wilk toets) van α in functie van de sink-load.
Waar er niet aan de voorwaarden voor een t-test wordt voldaan wordt een Mann-Whitney U
toets uitgevoerd. ....................................................................................................................... 57
Tabel 14 ANOVA tabel met overzicht p-waarden normaliteittest: Shapiro Wilk toets en pwaarden Levene test in functie van het substraat en het meettijdstip. ..................................... 60
Tabel 15 ANOVA tabel met overzicht p-waarden normaliteittest: Shapiro Wilk toets en pwaarden Levene’s test in functie van het substraat. Indien er niet aan de voorwaarden voor
een ANOVA wordt voldaan wordt er een Kruskal Wallis test uitgevoerd. ............................. 62
Tabel 16 ANOVA tabel met overzicht p-waarden normaliteittest: Shapiro Wilk toets en pwaarden Levene’s test. Indien er niet aan de voorwaarden voor een ANOVA wordt voldaan
wordt er een Kruskal Wallis test uitgevoerd. ........................................................................... 64
6
INLEIDING
Vlaanderen mag zich een specialist in de substraatteelt noemen. Deze thesis kadert dan ook in
een belangrijk substraatteeltsysteem specifiek voor aardbeien: de doorteelt. Bij deze manier
van telen kan er 2 keer geoogst worden, eenmaal in het najaar en eenmaal in het voorjaar.
Hierdoor is het belangrijk dat er in het najaar genoeg bloemknoppen worden aangelegd om de
productie in het volgend seizoen te verzekeren. De vruchten die op dat moment nog aan de
plant groeien en rijpen kunnen deze bloemvorming echter tegenwerken. De vruchtgroei treedt
in competitie met de bloemaanleg waardoor de bloeminitia kunnen aborteren. De teler zal er
dan ook alles aan doen om dit te voorkomen. Daarom is het nuttig om een bepaald inzicht te
krijgen in de ontwikkeling van de bloemknoppen in het najaar en de competitie tussen de
vruchten en de bloemaanleg. Fotosynthese speelt hier een belangrijke rol. Indien deze niet
optimaal verloopt zijn er te weinig assimilaten waardoor er bloemabortie kan optreden.
Hiervoor is de koolstof status van de plant een belangrijke indicator, maar voor aardbei is hier
weinig onderzoek naar verricht. In dit proefwerk zullen dan ook de fotosynthetische
parameters onderzocht worden in functie van de vegetatieve of vroege generatieve fase.
Daarnaast wordt de koolstofassimilatie bekeken bij aardbei bij verschillende lichtintensiteiten
en plantleeftijden. België kent een groot areaal aardbeien onder glas. Dit maakt heel wat
verschillende klimaattechnische ingrepen mogelijk die een invloed hebben op de
fotosynthese. Zo is het mogelijk om de CO2 concentratie, de temperatuur, de fotoperiode en
de lichtsterkte te regelen. In de doorteelt maakt men hier gebruik van, bijvoorbeeld door
assimilatiebelichting op te hangen. Dit zorgt voor meer fotosynthetisch actieve straling (PAR)
waardoor de fotosynthese snelheid opgedreven wordt. Dit zorgt voor meer assimilaten wat de
ontwikkeling en groei van het gewas ten goede komt. Voor de productie is het dan ook zinvol
om een idee te hebben van het precieze effect van deze klimaattechnische ingrepen op de
fotosynthese.
Daarnaast is de sector steeds op zoek naar een meer duurzame productie. Zo onderzoekt men
onder andere de mogelijkheid om andere substraten of substraatadditieven te gebruiken die
duurzamer zijn dan het algemeen gebruikte veen en steenwol. Deze nieuwe substraten zijn
bijvoorbeeld restproducten van de biogebaseerde economie. Aangezien deze vrij nieuw zijn,
is hun effect op plantgroei nog niet volledig gekend. Chitine en biochar zijn beiden
voorbeelden van nieuwe, duurzame producten. Chitine, gewonnen uit de schaal van
schaaldieren zou voornamelijk het afweermechanisme ten aanzien van ziektes verhogen
terwijl biochar een invloed heeft op de bodemvruchtbaarheid. Deze grondstoffen zouden nog
meer potentieel hebben, vandaar wordt er in deze thesis onderzocht wat de invloed is van een
behandeling met deze producten op de fotosynthese. Van biochar is geweten dat het de
fotosynthese snelheid kan verhogen, voornamelijk door zijn verhogend effect op het
stikstofgehalte in het blad, van chitine zijn dergelijke studies minder uitgebreid uitgevoerd.
7
Om deze redenen is het algemene doel van deze thesis de fotosynthese van aardbeiplanten in
detail op te volgen in functie van klimaattechnische productiefactoren zoals licht en in functie
van planteigen parameters als bladouderdom en bladrang. Zo kan de koolstofstatus in de loop
van de najaarsteelt worden ingeschat, wat meer inzicht geeft in de assimilatenopbouw en
eventuele effecten op de aanleg van nieuwe bloeiwijzen bij sterke sink-competitie. Daarnaast
wordt het effect van nieuwe substraatadditieven op de plant geëvalueerd aangezien hier een
groot potentieel ligt om de productie op een duurzame manier te verhogen.
Dit proefschrift bestaat uit 3 delen. Het eerste deel, de literatuurstudie, handelt over het
economisch belang van aardbeiteelt in België en de wereld, de teelt onder glas en de
fotosynthese. Hierbij gaat zowel aandacht naar de fotosynthese zelf als naar de factoren die er
een invloed op hebben. Vervolgens wordt in het deel materiaal en methoden de verschillende
proeven uitgelegd, namelijk een proef waarbij de bladeren werden opgevolgd in functie van
hun leeftijd en bladrang, een tweede proef waarbij de planten ontdaan werden van bloeiwijze
en een derde proef met verschillende substraten. In het derde deel, resultaten en discussie,
worden alle bevindingen opgelijst die naar voren kwamen uit de verzamelde data. Ook wordt
er in dit deel vergeleken met de literatuur of gerefereerd naar voorgaand proefwerk, waardoor
de resultaten te verklaren zijn.
8
DEEL 1: LITERATUURSTUDIE
1. Botanische beschrijving en taxonomie van de aardbei
1.1.1. Taxonomie
Rijk: Plantae - planten
Subrijk: Viridaeplantae – groene planten
Infrarijk: Streptophyta – landplanten
Divisie: Tracheophyta – vaatplanten
Subdivisie: Spermatophytina – zaadplanten
Infradivisie: Angiospermae – bloeiende planten
Klasse: Mangoliopsida
Superorde: Rosanae
Orde: Rosales
Familie: Rosaceae – roos
Genus: Fragaria L. – aardbei
Soort: Fragaria × ananassa (Duchesne ex Weston) Duchesne ex Rozier – hybride aardbei
(ITIS, 2014) (The Plant List, 2013)
De aardbei behoort tot de familie van de Rosaceae. Verschillende commercieel geteelde
soorten behoren tot deze familie, zoals braambes, framboos, roos, appel en peer. Het genus
aardbei of Fragaria bestaat uit 34 soorten, maar er wordt slechts één commercieel geteeld op
grote schaal, namelijk Fragaria x ananassa. (Rieger, 2006)
1.1.2. Botanische omschrijving
De hybride aardbei is een octoploïde, kruidachtige, doorlevende plant met een centrale kroon
waaruit bladeren, wortels, stolonen en bloeiwijzen ontstaan. Bij elk blad ontstaat er een
axillaire knop, die zich kan ontwikkelen tot een blad, stoloon of vruchttak of dormant kan
blijven. De bladeren staan spiraalsgewijs rond de kroon (Hancock, 1999) en zijn drieledig,
ovaal en stomp getand of grof gezaagd (Rieger, 2006) (Figuur 1).
Uitlopers van de plant of stolonen bestaan uit twee internodiën, met aan het einde een
dochterplant. Elke dochterplant kan op zijn beurt stolonen ontwikkelen. Zo kan één F. x
ananassa 10 tot 15 stolonen per jaar produceren. De moederplant blijft de dochterplant van
water en voedingstoffen voorzien gedurende enkele weken tot jaren, terwijl dochterplanten
normaal na 2 tot 3 weken alleen kunnen overleven (Hancock, 1999).
De bloeiwijze is een pleiochasium of samengesteld gevorkt bijscherm. De hoofdas van de
bloeiwijze eindigt op een primaire bloem. Deze wordt snel gevolgd door 2 secundaire
bloemen, 4 tertiaire en 8 quaternaire (Hancock, 1999) (Figuur 2). De primaire bloem ontluikt
eerst en produceert de grootste vrucht. De andere ontstaan per 2 achter de primaire bloem. Ze
zijn kleiner met minder helmdraden en produceren kleinere vruchten. De bloei duurt enkele
weken. Planten kunnen tegelijk rijpe vruchten, ontwikkelende vruchten en bloemen dragen
9
(Rieger, 2006). De ontwikkeling van de vrucht van bloei tot rijping duurt 20 tot 30 dagen,
afhankelijk van de weersomstandigheden (Poling, 2012).
Figuur 1 Morfologie aardbeiblad (Chaterjee et al.,
2011).
Figuur 2 Structuur bloeistengel (Hancock, 1999).
Aardbeibloemen worden bevrucht door insecten, waardoor bijen en hommels vaak ingezet
worden in de commerciële teelt (Hancock, 1999). Hoewel de meeste cultivars zelfbestuivend
zijn, zullen er bij kruisbestuiving meer bevruchtingen plaatsvinden en zal het aantal
misvormde en te kleine aardbeien afnemen (Rieger, 2006).
Na een succesvolle bevruchting ontstaan aardbeivruchten, die in feite schijnvruchten zijn. De
eigenlijke vruchten zijn dopvruchten (achenen) die in grote aantallen voorkomen op de
gezwollen bloembodem (Hancock, 1999). Ze zorgen voor de productie van auxinen om de
groei van de bloembodem te bevorderen. Indien delen van de vrucht onvoldoende achenen
bevatten leidt dit tot kleine en onregelmatig gevormde vruchten (Rieger, 2006). Figuur 3 geeft
een overzicht van de morfologie van een aardbeiplant weer (Poling, 2012).
Figuur 3 Morfologie van de aardbeiplant (Poling, 2012).
10
1.1.3. Domesticatie van de aardbei
Aardbeien werden al geteeld in de tuinen van de Grieken en Romeinen. Deze planten werden
verzameld in het wild en vermeerderd door uitlopers af te leggen. Het ging hier vermoedelijk
om Fragaria vesca L. of bosaardbei. Vele eeuwen later, maakten rassen van de nieuwe wereld
hun intrede in de botanische tuinen (Hancock, 1999). Zo keerde in 1714 een Franse
ontdekkingsreiziger terug uit Peru met 5 planten van de soort F. chiloensis (Rieger, 2006).
Deze soort draagt zeer grote vruchten, een eigenschap die door een toevalskruising werd
gecombineerd met de uitstekende smaak van de toen al gedomesticeerde F. virginia. Beiden
zijn octoploïd, zodat kruisbestuiving mogelijk is (Robertson, 2000).
De soort die hieruit ontstond werd gedetermineerd door Duchesne in 1766 die ze de naam
‘ananassa’ gaf, verwijzend naar de lichte ananasgeur van de vruchten. De soort wordt
sindsdien wereldwijd geteeld door zijn goede eigenschappen qua groei, winterhardheid,
productiviteit en vruchtgrootte. In de laatste 2 eeuwen is de opbrengst en kwaliteit van de
aardbei sterk verhoogd door teelttechnische maatregelen en veredeling. Fragaria x ananassa
is heterozygoot en aseksueel te vermeerderen, waardoor veredeling relatief eenvoudig is.
Door zijn octoploïde karakter is de genetische variatie zeer groot, en kunnen zeer
uiteenlopende variëteiten bekomen worden en topcultivars ontstaan. In de 20e eeuw werden
onder andere genen van F. virginiana ssp. glauca ingekruist om een dagneutrale plant te
bekomen, wat de opkomst van de doorteelt betekende (Hancock, 1999).
11
2. Economisch belang van de aardbeiteelt
2.1. Productie en areaal in de wereld en in België
Hoewel er geen klimaatsgebonden grenzen zijn voor het telen van aardbeien, bevindt het
grootste deel van de productie zich in het noordelijk halfrond, voornamelijk in mediterrane
klimaten met zachte zomer- en wintertemperaturen en milde regio’s in Japan en Korea
(Hancock, 1999). In 2010 bedroeg de wereldwijde productie 4.352.869 ton, een stijging van
76% in vergelijking met 1990 (Appeltans, 2013).
Tabel 1 toont welke landen in 2012 de meeste aardbeien produceerden. De top 3 zijn de
Verenigde Staten, Mexico en Turkije. België staat op de 20e plaats met een productie van
40.500 ton en moet hierbij buurlanden Duitsland, Frankrijk en Nederland laten voorgaan. In
de tabel zijn ook de bijbehorende arealen opgenomen per land. Uit deze gegevens kan de
opbrengst of het aantal kilogram per vierkante meter berekend worden. Zo blijkt dat België in
2012 een opbrengst van 2,53 kg/m² haalde. Deze waarde is vergelijkbaar met Nederland (2,75
kg/m²) maar ligt betrekkelijk hoger dan de gemiddelde opbrengst in Frankrijk (1,69 kg/m²) en
Duitsland (1,04 kg/m²) (FAOSTAT, 2013). Dit kan te verklaren zijn door het grote areaal
substraatteelt in België en Nederland (Hancock, 1999). VSA is voor deze parameter echter
ook koploper met een opbrengst van 5,90 kg/m² (FAOSTAT, 2013).
Tabel 1 Aardbeiproductie en areaal van de 20 meest producerende landen in 2012 (FAOSTAT, 2013).
Nr. Land
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Productie
(ton)
VSA
1366850
Mexico
360426
Turkije
353173
Spanje
289900
Egypte
242297
Republiek van 192140
Korea
Japan
185000
Russische
174000
Federatie
Duitsland
155828
Polen
150151
Areaal
(ha)
[]
[]
[]
[]
[]
[]
Nr.
Land
Productie
(ton)
Areaal
(ha)
11
12
13
14
15
16
Marokko
VK
Colombia
Oekraïne
Frankrijk
Nederland
139683
95700
60775
60000
55195
49700
[]
[]
[]
[]
[]
[]
3320
4650
1274
8400
3257
1802
[]
[]
[]
[]
[]
[]
[]
[]
[]
[]
[]
[]
23183
8664
12793
7600
5833
6436
F
*
6000 F
27000 *
17
18
Wit-Rusland
Chili
47000
45000
*
F
6100
1700
*
F
[]
[]
15004 [ ]
46813 [ ]
19
20
Italië
België
40858
40500
[]
[]
1981
1600
[]
[]
Legende : * = onofficieel cijfer, F = geschat cijfer door FAO, [ ] = officieel cijfer
In België wordt er jaarlijks gemiddeld 40 miljoen kg aardbeien geproduceerd. Hiervan is 70%
bestemd voor export, wat België het vierde grootste exportland ter wereld maakt. Enkel
Spanje, de VSA en Mexico exporteren meer aardbeien. Het merendeel van de Belgische
productie is bestemd voor directe consumptie. Slechts 1 à 2% van de productie is bestemd
voor de verwerkende industrie, een trend die algemeen waar te nemen is in de Benelux. Dit is
in tegenstelling tot de VSA en Spanje, waar in beide landen ongeveer 20% van de productie
bestemd is voor verwerking (Vilt, 2010; Demchak et al., 2010; Zipmec, 2011).
12
2.2. Productiecentra in België
Aardbeien hebben een belangrijke economische waarde voor België. Daarnaast is het een
arbeidsintensieve teelt, waardoor de productie van aardbeien goed is voor duizenden directe
en indirecte arbeidsplaatsen (Vilt, 2010). Figuur 4 geeft weer waar de productiecentra gelegen
zijn in België. De productie kent een stijgende trend in de Noorderkempen en in WestVlaanderen, terwijl in Limburg de productie daalt wegens een toenemende interesse in de
teelt van appelen en peren (Engelen, 2013).
Figuur 4 Voornaamste productieregio’s in België (Engelen, 2013).
De ligging van de productiecentra is sterk gecorreleerd met de aanwezigheid van veilingen.
Voor aardbeien zijn de voornaamste veilingen deze in Hoogstraten en de REO veiling in
Roeselare (Platteau & Bogaert, 2009). Hoogstraten blijft echter de belangrijkste veiling voor
aardbeien. In 2013 werd er in totaal 29.031 ton aardbeien verhandeld, aan gemiddeld 2,94
euro per kilogram (Veiling Hoogstraten, 2013). In Roeselare werden 4.513,5 ton aardbeien
aan 2,903 euro per kilogram verhandeld (REO, 2013). Uit cijfers van het Departement
Landbouw en Visserij blijkt dat in 2010 10% van de bedrijven die aardbeien verbouwen 41%
van het totale areaal aan aardbeien beslaan (Maertens et al., 2013). In 2005 bedroeg het
arbeidsinkomen van een volwaardige arbeidskracht tewerkgesteld op een aardbeibedrijf
27.110 euro. Gemiddeld werken er 3,76 arbeidskrachten waarvan 1,74 familiale (Bernaerts et
al., 2007).
13
3. Karakteristieken teelt onder glas
3.1. Gebruikte cultivars
3.1.1. Algemeen
De verschillende cultivars onderscheiden zich in winterhardheid, koudebehoefte en bloei- en
rijpingstijdstip omdat rassen veredeld zijn voor de teelt in een specifiek klimaat. Wereldwijd
is de meest geteelde cultivar ‘Camarosa’. Deze variëteit is geschikt voor regio’s met een zacht
klimaat en milde winters zoals Florida, Australië en Spanje. Het areaal ‘Camarosa’ gaat echter
achteruit door de opkomst van ‘Ventana’. In koudere gebieden van VSA is ‘Honeoye’ de
meest gebruikte cultivar. In koudere gebieden van Europa zoals België, Nederland en
Duitsland is ‘Elsanta’ veruit de belangrijkste cultivar. Verschillende andere cultivars zijn hier
echter in opmars zoals ‘Florence’, ‘Everest’, ‘Darselect’ en ‘Clery’. Ook in Japan worden de
laatste jaren nieuwe variëteiten aangeplant als ‘Tochiotome’ en ‘Akihimine’ ter vervanging
van ‘Toyonoko’ en ‘Nyoho’. (Hancock, 1999; Janick & Paull, 2008). Algemeen onderscheidt
men twee types cultivars, de junidragers en de doordragers (Van Delm, 2010).
3.1.2. Doordragers
Doordragers kunnen lange dag of dagneutraal zijn De dagneutraliteit is afhankelijk van de
temperatuur. Doordragers zijn kwalitatief lange dag planten bij temperaturen hoger dan 27°C.
Ze kunnen dan enkel bloemen aanleggen bij lange dagen. Bij gemiddelde temperaturen zijn
doordragers kwantitatief lange dag planten, ze leggen zowel bij korte als bij lange dag
bloemen aan. Bij temperaturen onder 10°C gedragen ze zich dagneutraal (Sønsteby & Heide,
2007). Doordragers geven vruchten gedurende het hele groeiseizoen, zolang de temperaturen
niet te hoog oplopen. Dit kenmerk is bekomen door te kruisen met F. virginiana glauca en F.
vesca (Rieger, 2006). Doordragers hebben als voordeel dat hun productie verspreid is over
een lange periode. Dit betekent echter dat de plant meer zorg nodig heeft. Zo moet de plant in
balans gehouden worden door met vaste regelmaat te oogsten en blad weg te nemen
(Allégrow, 2013).
3.1.3. Junidragers
3.1.3.1.
Algemeen
Junidragers zijn korte dag planten die een fotoperiode korter dan 14 uur en temperaturen lager
dan 15,6 °C nodig hebben om bloemen aan te leggen. Ze dragen vruchten in de lente (Rieger,
2006). Hoe korter de dagen hoe hoger de temperatuur mag zijn (Van Delm, 2010).
Junidragers produceren veel aardbeien op een korte periode, waardoor ze in die periode veel
zorg nodig hebben, zo moet de watergift en de voedselvoorziening optimaal zijn (Allégrow,
2013).
In België start de bloemaanleg bij junidragers begin september. Dan slaat de plant om van
vegetatieve naar generatieve groei. Bij lange dagen na het opplanten zullen ze geen bloemen
meer aanleggen. Worden ze echter in de koeling bewaard en in een najaarsteelt geplant, dan
14
zullen ze in het najaar wel bloemen aanleggen. Dit maakt de doorteelt (zie 3.4.4. Doorteelt) in
het volgende voorjaar met junidragers mogelijk (Van Delm, 2010).
3.1.3.2.
‘Elsanta’
Ondanks de beschikbaarheid van meer dan 600 rassen blijft ‘Elsanta’ de meest geteelde
variëteit in België, voornamelijk door zijn uitstekende economische kwaliteiten zoals
stevigheid, houdbaarheid, vorm en kleur (REO, 2013). Het ras werd in 1975 gekruist door het
Instituut voor de Veredeling van Tuinbouwgewassen te Wageningen. Het is een kruising
tussen de rassen ‘Gorella’ en ‘Holiday’ (Dijkstra, 1990). Tussen 1983 en 2003 was ‘Elsanta’
een beschermd ras, waardoor men bij het telen van dit ras kwekersrecht moest betalen. De
licentie verliep echter waardoor nu iedereen in België vrij het ras mag vermeerderen (POVLT,
2004).
‘Elsanta’ is zeer geschikt voor de export (REO, 2013). De plant is fors, met een brede maar
open groeiwijze, en heeft lange stevige vruchttrossen. De vruchten zijn groot en kegelvormig,
hoewel ze soms onvoldoende gezet kunnen zijn aan de top. Het ras is zeer gevoelig voor
verwelkingsziekte (Verticillium) en roodwortelrot (Phytophtora fragariae var. fragariae),
maar weinig vatbaar voor meeldauw (Spaerotheca), stengelbasisrot (Phytophtora cactorum)
of Botrytis (Dijkstra, 1990). ‘Elsanta’ kan gebruikt worden voor verschillende teeltsystemen
zowel binnen als buiten. Nadeel is dat het ras moeilijk te forceren is. Het is een middelvroeg
ras en erg productief. ‘Elsanta’ wordt gebruikt in de vroeg gestookte koude teelt en de
najaarsteelt. Omdat het een junidrager is, doet het ras het goed in de doorteelt (Dijkstra,
1990).
3.2. Teelt onder glas algemeen
De teelt die verder besproken zal worden, is deze onder glas, aangezien hier de meeste
teelttechnische maatregelen mogelijk zijn om in te spelen op de fotosynthese. Deze
teeltmethode is in opmars omdat ze het oogstseizoen verlengt en er productie is buiten het
gebruikelijke seizoen. Er kan al 7 tot 8 weken na het planten geoogst worden. In België en
Nederland worden de planten meestal boven de grond geplaatst, in emmers of zakken
substraat. Sommige telers werken met een hydrocultuur systeem. Door de intensieve
productiemethode zijn er teelttechnische maatregelingen nodig zoals verwarmen, koelen en
belichten. Daarnaast kan men CO2 bemesting gebruiken om de productie te verhogen
(Hancock, 1999).
3.3. Teeltschema’s onder glas
Uitgangsmateriaal voor de teelt onder glas wordt eerst buiten geteeld op een wachtbed of
trayveld. De planten kunnen dan in de periode van eind november tot half januari in de kas
worden gebracht. Bij te vroeg planten bestaat het risico dat de bloemknoppen zich te snel
ontwikkelen, wat herfstbloei veroorzaakt. Dit is ongewenst aangezien de knoppen zich niet tot
volwaardige bloemen of vruchten ontwikkelen (Dijkstra, 1990).
15
3.3.1. Voorjaarsteelt of vervroegde teelt
Voor de vroege teelt worden de planten in de tweede helft van november gerooid en
gedurende 4 weken in een koelhuis opgeslagen bij een temperatuur op of net onder het
vriespunt. Hierdoor verloopt de hergroei in de kas vlotter. Bij sterker vervroegen kan de
groeikracht van de plant afnemen, waardoor de teler een kleinere plantafstand moet
aanhouden. Door te belichten en warmte bij te geven vanaf januari kan een vervroeging tot 10
weken gerealiseerd worden in vergelijking met de vollegrondsteelt (Dijkstra, 1990). Met
‘Elsanta’ kan men dan al oogsten van half maart tot eind mei (Hoogstraten, 2014).
3.3.2. Zomerteelt
Voor de zomerteelt worden de planten langer in de koelcellen bewaard, tot half april. Dan
kunnen ze uitgeplant worden, waarna de ontwikkeling zeer snel gebeurt. Acht weken na
planten kan men oogsten, vanaf half juni tot eind augustus (Hoogstraten, 2014). Deze manier
van telen wordt in de praktijk weinig toegepast wegens weinig rendabel en grote concurrentie
met de volleveldsaardbeien die op hetzelfde moment in de winkel liggen. Daarnaast kan de
oogst langer uitlopen waardoor de najaarsteelt in het gedrang komt (Redactie GFActueel,
2005).
3.3.3. Najaarsteelt of verlate teelt
Bij de najaarsteelt worden de planten meerdere maanden bij temperaturen tussen -1 en -2°C
gehouden. Na deze periode in het koelhuis worden de planten uitgeplant in augustus, waarna
de ontwikkeling eveneens zeer snel verloopt. De periode tussen uitplanten en start van de
oogst beslaat ook ongeveer 8 weken, waarvan 4 weken tussen planten en bloei en 4 weken
tussen bloei en begin oogst (Dijkstra, 1990). De oogst kan doorlopen tot in december
(Hoogstraten, 2014).
3.3.4. Doorteelt
Bij de doorteelt plant men in augustus om een eerste keer te oogsten in het najaar. De oogst
loopt door tot begin januari. Tijdens deze najaarsoogst korten de dagen en start de plant met
nieuwe bloemaanleg. Zo kan men de planten doortelen in het volgende voorjaar (Van Delm et
al., 2011).
Voor het doortelen moet men de serre na de eerste oogstperiode nog wat verwarmen om
voldoende bloemaanleg te verzekeren alvorens de plant in rust gaat. Vervolgens hebben de
planten een hoeveelheid koude nodig om knoprust te doorbreken. In het najaar maken planten
het dormantiehormoon abscissinezuur (ABA) aan dat knoprust initieert. Door de koude
tijdens de winter wordt ABA afgebroken, waardoor de balans tussen ABA en gibberelline
(GA) daalt. Deze daling zorgt ervoor dat de ontwikkeling van de knop opnieuw start (Taiz &
Zeiger, 2006). Een voldoende afbraak van ABA is dus nodig om de knop makkelijker te laten
weggroeien als de temperaturen weer stijgen (Van Delm et al., 2011). Vooral de eerste
strekking is belangrijk, dit zorgt ervoor dat de plant sneller een groot capterend oppervlak
vormt (Van Delm, 2010).
16
De koudebehoefte van een gewas wordt uitgedrukt in koudepunten. Per uur met een
gemiddelde uurtemperatuur van 1,39°C wordt 1 koudepunt verzameld. Zo houdt men
rekening met de duur en de intensiteit van de koude. Proefcentrum Hoogstraten berekende dat
‘Elsanta’ 930 koudepunten nodig heeft. Een tekort aan koudepunten is nefast voor de
bloemkwaliteit en dus de productie. De naverwarming na de najaarsoogst zorgt er echter voor
dat de periode om koude op te vangen korter wordt, waardoor hier naar een compromis moet
worden gezocht (Van Delm, 2010).
Door stuurlicht te gebruiken kan een tekort aan koudepunten worden gecompenseerd en
zullen de planten meer generatief worden met een verbeterde balans tussen bloemtakken en
bladeren. Hoe meer koude er wordt opgevangen hoe minder er behoefte is aan stuurlicht (Van
Delm, 2010).
In Tabel 2 zijn de plant- en oogstdata voor de verschillende teeltsystemen weergegeven
(Hoogstraten, 2014).
Tabel 2 Overzicht van de verschillende teeltsystemen (Naar figuur van Hoogstraten, 2014).
jan
feb
maa
apr
mei
jun
jul
aug
sept
okt
nov
dec
Voorjaarsteelt
Zomerteelt
Najaarsteelt
Doorteelt
2e
oogst
1e
oogst
Legende:
Rood = plantperiode
Groen = groei-/bloeiperiode
Geel = oogstperiode
17
4. Fotosynthese
4.1. Inleiding
Fotosynthese is het fundamentele proces waarbij organische stof gesynthetiseerd wordt uit
CO2 en water en ligt aan de basis van de plantaardige productie (Urban, 1997). Het bestaat uit
licht- en donkerreacties met als eindproduct het koolhydraat glucose. De lichtreacties zetten
stralingsenergie om in chemische energie zoals ATP en NADPH. De donkerreacties
reduceren CO2 tot glucose. De lichtreacties leveren de energie en het reducerend vermogen
die voor de donkerreacties nodig zijn (Baker & Allen, 1979). Bij de respiratie worden de
organische verbindingen weer afgebroken tot CO2 en energie. Een plant kan pas groeien als de
balans tussen fotosynthese en respiratie positief is. De mate van de fotosynthese en de
respiratie worden beïnvloed door verschillende omgevings- en interne parameters (Beer,
1986) zoals de CO2 concentratie, lichtintensiteit, temperatuur, voedingstoestand, ontwikkeling
van het gewas, teeltsysteem en de source-sink verhouding (Hancock, 1999). Algemeen is de
formule:
. De energie die zo wordt vastgelegd kan de plant
later gebruiken om allerlei cellulaire processen te laten doorgaan (Taiz & Zeiger, 2006).
Figuur 5 Basisreacties fotosynthese: licht (L) wordt opgevangen door chlorofyl en opgeslagen als
chemische energie onder vorm van ATP en als reducerend vermogen onder vorm van NADPH. Deze
moleculen worden gebruikt in de donkerreacties om CO2 te reduceren tot suikers (Naar: Kimball, 1986a).
4.2. Beschrijving proces
4.2.1. Lichtreacties
4.2.1.1.
Inleiding
Licht speelt een grote rol in de fotosynthese. De fotonen waaruit licht bestaat worden
opgevangen door chlorofyl, pigmenten en proteïnen. Deze liggen op het thylakoïd membraan
van de chloroplast, het centrum van de fotosynthese. Van daar wordt de energie overgebracht
naar het reactiecentrum, ook gelegen op het thylakoïd membraan, waar de energie wordt
vastgelegd in chemische moleculen (Taiz & Zeiger, 2006). Terwijl lichtreacties plaatsvinden
in de thylakoïd membraan, vinden de donkerreacties plaats in het stroma (Beer, 1986).
18
4.2.1.2.
Chlorofyl
Chlorofyl bestaat uit een porfyrine ring met magnesium in zijn centrum. Er zijn 2 vormen in
hogere planten aanwezig met gelijkaardige functies: a en b (Baker & Allen, 1979). Figuur 6
geeft de structuurformule van chlorofyl a en b weer (Gossauer & Engel, 1995). Chorofyl a
komt voor in 2 vormen: P680 en P700. De verschillende vormen slaan op een verschil in
absorptiecentrum welke liggen bij respectievelijk 680 en 700 nm (Baker & Allen, 1979).
Figuur 6 Structuurformule chlorofyl (R= CH3 : chlorofyl a ; R= CHO : chlorofyl b)
(Gossauer & Engel, 1995).
4.2.1.3.
Fotosysteem I (PSI) en fotosysteem II (PSII)
Bij planten zijn 2 reactiecentra gekend, fotosysteem I (PSI) en fotosysteem II (PSII). Ze
bevinden zich op verschillende delen van de chloroplast en hebben elk een ander
absorptiecentrum (Taiz & Zeiger, 2006). PSI bevat voornamelijk chlorofyl a P700 en PSII
vooral chlorofyl a P680. Door lichtinval van die golflengtes raken de elektronen van de
complexen geëxciteerd, waardoor ze naar een hoger energieniveau getild worden. De
elektronen die zo bij PSII worden weggenomen, worden weer aangevuld met deze van water.
Hierdoor wordt water gesplitst en komt er zuurstof vrij in de atmosfeer. Hierbij ontstaat
NADPH. Samen zorgen de fotosystemen dus voor een niet cyclisch elektronentransportketen
om water te oxideren tot zuurstof en NADPH te produceren (Baker & Allen, 1979).
Daarnaast zorgt de energie van het foton voor een verschil in pH over het thylakoïd
membraan waardoor hierover een elektrisch potentiaalverschil ontstaat. Door dit verschil zal
ADP gefosforyleerd worden tot ATP door ATPsynthase (Taiz & Zeiger, 2006). Samengevat
is de netto-formule van de lichtreactie:
(Baker & Allen, 1979).
4.2.2. Donkerreacties
In C3 planten zoals aardbei bestaan de donkerreacties uit de Calvin cyclus of de C3 cyclus,
waarin CO2 wordt gereduceerd tot koolhydraten (Baker & Allen, 1979). Dit slaat op het
tussenproduct fosfoglycerinezuur, een driewaardig carbonzuur (Beer, 1986). In de C3 cyclus
worden 2 moleculen NADP en 3 moleculen ATP gereduceerd voor elke gefixeerde CO2. Deze
reactie wordt gekatalyseerd door het enzym ribulose 1,5-bifosfaat carboxylase/oxygenase
(Rubisco) (Taiz & Zeiger, 2006). Rubisco heeft een zeer belangrijke rol in de fotosynthese.
Zijn reactie- en omloopsnelheid zijn direct gecorreleerd aan de fotosynthese snelheid en dus
aan de gewasopbrengst. Rubisco kan echter ook reageren als oxygenase in plaats van
19
carboxylase. Hierdoor komt CO2 vrij in de cellen, dit heet fotorespiratie en is negatief voor de
productie. De mate van fotorespiratie hangt af van de zuurstofconcentratie en de fotonflux.
Onder normale zuurstofconcentraties en hoge lichtintensiteiten kan dit leiden tot een
verminderde koolstoffixatie. Een verhoogde CO2 concentratie vermindert de fotorespiratie en
zorgt voor hogere fotosynthetische snelheden en dus een hogere opbrengst (Beer, 1986). De
koolhydraten gevormd via de Calvin cyclus worden omgezet naar glucose om te worden
getransporteerd naar andere delen van de plant of om te worden opgeslagen als energiereserve
onder vorm van zetmeel (Taiz & Zeiger, 2006).
4.2.3. Respiratie
De koolhydraten gevormd tijdens de fotosynthese worden geoxideerd tot CO2 en water tijdens
de respiratie (Taiz & Zeiger, 2006). De respiratie is het essentiële proces om de energie te
gebruiken die werd vastgelegd in de fotosynthese. De netto-reactie is de volgende:
De energie komt geleidelijk en gecontroleerd vrij, deels als warmte, maar wordt vooral
opgeslagen als ATP. Deze opgeslagen energie kan gebuikt worden in andere biochemische
processen (Urban, 1997). De mate waarin de respiratie verloopt hangt af van de leeftijd van
het plantenweefsel, de zuurstofconcentratie, temperatuur en CO2 concentratie (Taiz & Zeiger,
2006), maar is onafhankelijk van de hoeveelheid licht (Beer, 1986; Jurick et al., 1979).
Er zijn 3 belangrijke cycli die instaan voor de respiratie: de glycolyse, de citroenzuur- of
Krebscyclus en de oxidatieve fosforylatie. De eerste, de glycolyse, zorgt voor het omzetten
van glucose naar pyruvaat en vindt plaats in de cytosol. Deze reactie produceert maar een
kleine hoeveelheid ATP. Daarna volgt de Krebscyclus waarbij pyruvaat geoxideerd wordt,
wat energie produceert onder vorm van NADPH en FADH2. In de oxidatieve fosforylatie
zullen deze moleculen de elektrontransportketen doorlopen om zuurstof te reduceren (Taiz &
Zeiger, 2006).
4.3. Omgevingsparameters
Door de sterke correlatie tussen de fotosynthese en de gewasopbrengst zijn factoren die van
invloed zijn op de fotosynthese direct bepalend voor de opbrengst (Kimball, 1986a).
4.3.1. Licht
4.3.1.1.
De lichtresponscurve
Verloop van de lichtresponscurve (naar Taiz & Zeiger, 2006) (Figuur 7)
Lichtresponscurves geven de netto CO2 fixatie weer in functie van de fotonflux. In het donker
is er geen fotonflux en vindt er geen fotosynthese plaats, enkel donkerrespiratie (Rd). Bij een
zeer lage fotonflux is de respiratie van het blad hoger dan de fotosynthese en de hoeveelheid
koolstof in het blad zal afnemen. Hierdoor is de balans negatief (deel A van de curve).
Wanneer de lichtintensiteit stijgt zal de assimilatie evenredig toenemen, tot deze gelijk is aan
de respiratie, het lichtcompensatiepunt (punt B op de curve). Als de lichtintensiteit verder
20
stijgt dan dit punt zal de fotosynthese snelheid en dus de opname van CO2 verder lineair
toenemen. In dit stukje van de grafiek (deel C) wordt de opname gelimiteerd door de beperkte
hoeveelheid licht. De helling van deze rechte geeft de efficiëntie van de fotosynthese aan (α).
Neemt de fotonflux verder toe, dan zal de fotosynthetische respons afvlakken tot een
verzadigingsniveau (Pn,max, rode lijn op Figuur 7). Voorbij dit punt zal een toename in
fotonflux niet meer bijdragen tot een hogere fotosynthesesnelheid (deel D van de grafiek).
Andere factoren zijn nu limiterend, zoals de snelheid van de elektronentransportketen, de
activiteit van Rubisco,… Deze situatie wordt CO2 gelimiteerd of lichtverzadigd genoemd,
aangezien de verzadiging voortkomt uit de Calvincyclus die niet kan volgen met de
hoeveelheid elektronen die het ontvangt.
Figuur 7 Algemeen verloop lichtresponscurve (Naar: Taiz & Zeiger, 2006).
Lichtresponscurve bij aardbei (naar Hancock, 1999)
De maximale fotosynthesesnelheid (rode lijn op Figuur 7) ligt bij Fragaria x ananassa tussen
15 en 25 µmol m-2 s-1 in veldomstandigheden. Bij waarden tussen 800 en 1000 µmol m-2 s-1
raken de bladeren van de aardbeiplanten lichtverzadigd.
4.3.1.2.
Schaduwbladeren versus lichtbladeren
Lichtintensiteit heeft een invloed op de morfologie van het blad. Een blad dat ontwikkelt in de
schaduw heeft een lager gewicht en een dunnere mesofyllaag (Figuur 8). De lichtintensiteit
die een blad ontving tijdens zijn expansie en dus tijdens de ontwikkeling van de mesofyllaag
is bepalend voor de dikte van die laag (Jurick et al., 1979). Dit is te wijten aan de lagere
fotosynthese snelheid van het schaduwblad, waardoor deze minder CO2 nodig heeft (Taiz &
Zeiger, 2006). Andere morfologische verschillen van schaduwbladeren zijn een minder aantal
stomata per bladoppervlak, grotere afmetingen van het blad en een hoger chlorofyl gehalte
(Atwell et al., 1999).
21
De lichtintensiteit die een blad ontvangt heeft ook een invloed op zijn biochemie.
Schaduwbladeren hebben bijvoorbeeld meer chlorofyl a per reactiecentrum en minder
Rubisco (Taiz & Zeiger, 2006). Deze biochemische verschillen hebben een invloed op de
fotosynthetische karakteristieken van de bladeren (Urban, 1997) (Figuur 9).
Figuur 8 Morfologie schaduwblad en lichtblad (Naar:
Taiz & Zeiger, 2006).
Figuur 9 Lichtresponscurve schaduwlichtblad (Naar: Taiz & Zeiger, 2006).
en
De eerste fotosynthetische parameter die verschilt tussen lichtbladeren en donkerbladeren, is
het lichtcompensatiepunt. Bij schaduwbladeren ligt dit op 1 tot 5 µmol PAR m-2 s-1 tegenover
10 tot 20 µmol PAR m-2 s-1 bij lichtbladeren. Dit is onder andere het gevolg van de lagere
respiratieratio van schaduwbladeren (Taiz & Zeiger, 2006). Ook het lichtverzadigingspunt
verschilt naargelang de aanpassing aan het licht. Schaduwminnende soorten zoals F.
moschata zijn lichtverzadigd bij 600 µmol PAR m-2 s-1 terwijl soorten aangepast aan zonnige
omstandigheden zoals F. nilgerrensis pas lichtverzadigd zijn bij 800 µmol PAR m-2 s-1
(Harbut et al., 2013).
Vervolgens is de maximale fotosynthese snelheid hoger bij lichtbladeren, maar
schaduwbladeren kunnen diffuus licht beter benutten (Hancock, 1999). Het fotosynthese
apparaat van schaduwbladeren reageert namelijk sneller op een plotse stijging in
lichtintensiteit (Taiz & Zeiger, 2006). De laatste parameter die verschillend lijkt, is de
efficiëntie (α). De helling van de lichtresponscurve van het schaduwblad is groter bij lage
lichtintensiteiten, waardoor deze efficiënter lijkt. Dit verschil in efficiëntie verdwijnt echter
eens men rekening houdt met de eiwitinhoud en het aantal fotosynthetische enzymen zoals
Rubisco. Uitgedrukt per eiwithoeveelheid blijken ze even efficiënt (Givnish, 1988).
Schaduwbladeren zijn dus aangepast aan omstandigheden met zwakke belichting en kunnen
optimaal gebruik maken van lage lichtintensiteiten. Lichtbladeren hebben een bepaald niveau
van licht nodig om een netto positieve fotosynthese te halen. Ze kunnen echter optimaal
gebruik maken van verhoogde lichtintensiteiten (Urban, 1997).
22
4.3.1.3.
Adaptatie aan hoge lichtintensiteiten
Aardbei is van oorsprong een schaduwsoort. Dit houdt in dat de maximale fotosynthetische
capaciteit per bladoppervlak niet sterk stijgt bij een voorbehandeling met hoge lichtintensiteit.
Dit effect is terug te vinden bij andere schaduwsoorten zoals Impatiens parviflora en Solanum
dulcamara (Jurick et al., 1979).
Bladeren zijn echter in staat zich aan te passen aan wisselende lichthoeveelheden tijdens hun
bladontvouwing om optimaal gebruik te maken van hun omgeving. Dit vermogen neemt af als
het blad zijn uiteindelijke grootte heeft bereikt (Jurick et al., 1979). Planten die opgroeiden in
zeer fel licht of net in zeer donkere omstandigheden zullen zich achteraf maar met moeite
kunnen aanpassen aan een ander lichtregime. Sommige soorten zorgen dat hun al gevormde
bladeren afsterven en er nieuwe, beter aangepaste bladeren gevormd worden. Andere hebben
deze capaciteit niet, ze ondervinden een chronische inhibitie van de fotosynthese waardoor de
plant verbleekt en afsterft (Taiz & Zeiger, 2006). De planten opgegroeid bij zeer lage
lichtintensiteiten hebben immers minder energie over om zich aan te passen en nieuwe
bladeren te vormen als de lichtintensiteiten enorm stijgen (Jurick et al., 1979).
4.3.1.4.
Kunstmatig belichten van aardbeien
Het gebruik van artificiële verlichting is gerechtvaardigd bij lage lichtintensiteiten zoals er
voorkomen in het westen en noorden van Europa. Deze kunnen dan zo laag liggen dat er geen
groei meer plaatsvindt en dat de plant netto droge stof verliest door respiratie (Urban 1997).
Lage lichtintensiteiten limiteren de fotosynthese het meest, vooral bij teelt onder glas in de
winter, aangezien glas 20 tot 50% van het licht tegenhoudt (Kimball, 1986a).
Aangezien de voorjaarsteelt van aardbei start in het najaar is licht dikwijls de limiterende
factor. Bij lage lichtintensiteiten kan de temperatuur niet hoog genoeg gebracht worden, dit is
namelijk nadelig voor het gewas. Men kan dan gebruik maken van LED assimilatiebelichting
(Van Delm et al., 2011). Dit zal er voor zorgen dat de planten meer PAR licht ontvangen,
waardoor de fotosynthese in een hoger tempo verloopt (Van Delm et al., 2011). Door de
planten te belichten kan de temperatuur opgedreven worden zonder de planten te forceren en
er kan vroeger geoogst worden (Van Delm et al., 2012).
Men kan ook bijbelichten in lichtverzadigde condities. De bladarchitectuur zorgt er voor dat
niet elk blad zich in het volle licht bevindt. Extra belichten kan dus ook positief zijn bij hoge
lichtintensiteiten aangezien de onderste bladeren dan meer licht ontvangen. De maximale
fotosynthese snelheid van de bovenste bladeren zal niet toenemen, maar van het totale gewas
wel (Urban, 1997). Het type aardbeicultivar speelt hier een rol in. Een cultivar met een hoog
lichtverzadigingspunt kan de lichtenergie bij hoge instraling beter gebruiken. Terwijl een
cultivar aangepast aan lage lichtintensiteiten voordelig kan zijn bij een teeltsysteem waar de
plantafstand klein is en de bladeren elkaar overschaduwen waardoor de lichtintensiteit in het
gewas laag is (Harbut et al., 2012).
23
4.3.2. CO2 gehalte
4.3.2.1.
CO2-responscurve
Gelijkaardig aan de lichtresponscurve kan men
een CO2-responscurve opstellen (Figuur 10). De
netto fotosynthese stijgt lineair bij toenemende
CO2 concentratie. Bij verdere toename stijgt de
fotosynthese minder dan lineair om uiteindelijk
een plateau te bereiken (Van Elsacker et al.,
1989). Ook de kritische waarden zijn gelijkaardig,
zo is het CO2 compensatiepunt punt gelijkaardig
aan het lichtcompensatiepunt, dit is namelijk de
concentratie CO2 waarbij de fotosynthetische CO2
assimilatie gelijk is aan de vrijstelling van CO2 Figuur 10 Schematische weergave CO2responscurve (Naar: Lewis, 2012).
door de respiratie (Taiz & Zeiger, 2006).
In deel a van Figuur 10 wordt de fotosynthese gelimiteerd door de snelheid van CO2 diffusie
in de chloroplast. In deel b wordt de fotosynthese gelimiteerd door biochemische processen
(Lewis, 2012).
4.3.2.2.
Biochemische achtergrond
De atmosfeer bevat een CO2 concentratie rond de 380 ppm. Een hogere concentratie
stimuleert de fotosynthese. Bij verschillende kasteelten wordt dit toegepast door met CO2 te
bemesten, bijvoorbeeld bij rozen en bij komkommer. Verhogen van de uitwendige CO2
concentratie verhoogt de intercellulaire concentratie, waardoor de snelheid van de
fotosynthese wordt opgedreven (Taiz & Zeiger, 2006). Dit tot biochemische of fotochemische
processen de limiterende factor worden (Ben-Ami, 1986). Dit is vaak de reactiesnelheid van
Rubisco (Taiz & Zeiger, 2006).
Anderzijds, als de CO2 concentratie te laag is dan worden de verliezen aan koolstof door
respiratie groter dan deze gewonnen door de fotosynthese. Hierdoor is de koolstofbalans
negatief, wat nefast is voor de productie. Deze kritische concentratie ligt rond 200 ppm
(Urban, 1997). Er moet dus gezocht worden naar een optimaal gehalte aan CO2. Deze
optimale concentratie is afhankelijk van andere omgevingsparameters zoals licht en
temperatuur en is verschillend voor elke situatie (Kimball, 1986b).
4.3.2.3.
CO2 bemesting
Door de fotosynthese snelheid te verhogen, bevordert CO2 bemesting de opbrengst van een
gewas (Taiz & Zeiger, 2006). Vermeulen en Van de Beek (1992) toonden aan dat een
permanente verhoging van de CO2 concentratie tot 750 ppm leidde tot een verhoogde
productie bij komkommer en tomaat. Eerder al in 1986 kon men bij bloeiende gewassen een
meeropbrengst van 12% bekomen met CO2 bemesting. Vooral jonge planten hebben hier baat
bij. In diezelfde studie bekwam men een meeropbrengst van 17% bij aardbei (Kimball,
24
1986b). Het kan dus interessant zijn voor de productie om de serres aan te rijken met CO2
gedurende de gehele fotoperiode (Urban, 1997).
Verschillende argumenten pleiten echter tegen het gebruik van CO2 bemesting. Allereerst zal
een verhoging van de fotosynthese op bladniveau niet resulteren in een proportionele
meerproductie. De gehele verhoging is immers niet alleen te zien in het eindproduct, maar
ook in delen die niet gecommercialiseerd worden (Urban, 1997). Daarnaast raken planten
gewoon aan een verhoogde CO2 concentratie. De verhoogde fotosynthetische snelheden
zouden maar een tijdelijk effect zijn. Op lange termijn leidt een verhoogde CO2 concentratie
tot een verlaagd gehalte aan Rubisco, zodat de fotosynthese snelheid weer terugvalt (Urban,
1997; Hancock, 1999). Tot slot leidt een verhoogde CO2 concentratie tot het sluiten van de
huidmondjes en vermindert het de dichtheid aan huidmondjes op het blad waardoor er minder
CO2 kan worden opgenomen (Urban, 1997).
Algemeen moet de effectief bekomen meeropbrengst van CO2 bemesting worden afgewogen
met de economische kost die het vraagt. Tot een concentratie van 1000 ppm verwacht men
een lineaire stijging van de meeropbrengst, waarna er andere factoren limiterend worden en
de meeropbrengst afvlakt. Meer CO2 geven dan 1000 ppm is dan ook economisch niet
verantwoord (Kimball, 1986b).
4.3.3. Temperatuur
4.3.3.1.
Invloed op de fotosynthese
Het rendement van de fotosynthese neemt toe met de temperatuur en bereikt een maximum
tussen 25 en 35°C door een verhoogde enzymatische activiteit. Daarna daalt het rendement
weer door het schadelijk effect dat de plant ondervindt bij extreme hitte (Loveless, 1983; Jiao
et al., 1989, Taiz & Zeiger, 2006) (Figuur 11). De optimale temperatuur voor de fotosynthese
is de maximale temperatuur waarbij de fotosynthese stabiel blijft voor een lange periode. Bij
hoge temperaturen daalt immers de werking van het fotosynthetisch apparaat mede door het
verzwakken van de celmembranen (Loveless, 1983). Dit verloop reflecteert de
temperatuursgevoeligheid van alle biochemische reacties in de plant en dus ook van de
fotosynthese (Taiz & Zeiger, 2006).
4.3.3.2.
Invloed op de respiratie
De temperatuur heeft ook een invloed op de fotorespiratie en de donkerrespiratie. Beiden
nemen toe bij een toenemende temperatuur (Pasian & Lieth, 1989) (Figuur 11). Bij
temperaturen hoger dan 35°C neemt de fotorespiratie zo sterk toe dat deze groter wordt dan
de fotosynthese (Jiao et al., 1989). Dit is te verklaren door de dalende affiniteit van Rubisco
voor CO2 bij hoge temperaturen, terwijl zijn affiniteit voor O2 gelijk blijft (Ben-Ami, 1986).
Licht heeft een bijkomende invloed op de respiratie. Is de lichtintensiteit laag, dan kan ook de
temperatuur verlaagd worden om de respiratie te doen dalen. ’s Nachts de temperatuur in de
serre verlagen zorgt voor een daling van de respiratie waardoor de productie verhoogd wordt
(Urban, 1997; Jiao et al., 1989).
25
Figuur 11 Invloed temperatuur op netto fotosynthese en donkerrespiratie (Jiao et al., 1989).
4.3.4. Wisselwerking tussen de fotosynthetische parameters
De optimale omstandigheden voor fotosynthese van een bepaalde plantensoort wordt bepaald
door de wisselwerking tussen de CO2 concentratie, de lichtintensiteit en de temperatuur. De
optimale waarden voor deze parameters zijn de waarden waarboven de netto assimilatie niet
meer verhoogd wordt (Ben-Ami, 1986a).
Figuur 12 geeft de verbanden weer tussen de verschillende parameters die van invloed zijn op
de fotosynthese. Uit deel A blijkt dat het lichtverzadigingspunt sterk afhangt van de CO 2
concentratie, aangezien de carboxylatie activiteit van Rubisco wordt opgedreven door een
verhoogde CO2 concentratie. Daarnaast heeft de CO2 concentratie een invloed op de
hoeveelheid energie die gebruikt wordt voor de respiratie waardoor ook het
lichtcompensatiepunt stijgt (Atwell et al., 1999). Praktisch impliceert dit het volgende: een
CO2 bemesting verhoogt de capaciteit van de plant om hoge lichtintensiteiten te benutten
(Urban, 1997). Door de CO2 concentratie van de omgeving te verhogen stijgt echter algemeen
de CO2 opname van de plant, zowel bij lage als bij hoge lichtintensiteiten, waardoor een CO2
bemesting ook nuttig kan zijn bij een lage lichtintensiteit (Aiken & Hanan, 1974).
Daarnaast blijkt uit Figuur 12B dat als de stralingsintensiteit verhoogt, de fotosynthetische
activiteit zal toenemen ter compensatie voor de toegenomen respiratie (Jiao et al., 1989). Zo
bekomt men bij lage lichtintensiteiten de hoogste maximale fotosynthese snelheid bij lagere
temperaturen, omgekeerd wordt bij hogere lichtintensiteit de maximale fotosynthese bereikt
bij een hogere temperatuur (Kimball, 1986b). Tot slot wordt het lichtverzadigingsniveau
sneller bereikt bij een hogere temperatuur (Van Elsacker et al., 1989). Planten kunnen dus
hogere lichtintensiteiten verdragen bij hogere temperaturen (Urban, 1997). Praktisch houdt dit
in dat de fotosynthese niet benadeeld wordt door hogere temperaturen als deze geassocieerd
wordt met hogere lichtintensiteiten. Hierdoor is verwarmen in de winter niet economisch
verantwoord omdat de lichtintensiteiten laag liggen en omgekeerd is snel beschaduwen in de
zomer niet aan te raden omdat het gewas dan beter kan profiteren van de toegenomen
stralingsintensiteit bij hogere temperaturen (Urban, 1997).
Tot slot maakt Figuur 12C duidelijk dat de temperatuur indirect samenwerkt met de CO2
concentratie. Bij een verhoogde temperatuur gaan de stomata sluiten waardoor de stomatale
26
weerstand toeneemt en er minder CO2 kan worden opgenomen. Daarnaast heeft de
temperatuur zoals al gezegd een invloed op de enzymactiviteit en dus op de reactiesnelheid
van Rubisco, net zoals de CO2 concentratie hier een sterke invloed op heeft (Ben-Ami, 1986).
Dit wil zeggen dat bij een CO2 bemesting de optimale temperatuur voor de fotosynthese van
de plant hoger ligt dan bij planten die geen bemesting krijgen (Jiao et al., 1989)
Figuur 12 Wisselwerking tussen fotosynthetische parameters
(A) Verband tussen netto fotosynthesesnelheid (P n) en lichtintensiteit (PAR) voor 3 CO2 concentraties
(Naar: Atwell et al., 1999);
(B) Verband tussen Pn en lichtintensiteit (PAR) voor 3 temperaturen (Naar: Jiao et al., 1989);
(C) Verband tussen Pn en temperatuur voor 3 CO2 concentraties (Naar: Jiao et al., 1989).
4.4. Endogene parameters
4.4.1. Bladouderdom
4.4.1.1.
Inleiding
Het fenologisch stadium en ontwikkeling van de plant is bepalend voor de CO2
assimilatiesnelheid. Volledig ontwikkelde aardbeibladeren met een leeftijd tussen de 10 en de
17 dagen oud hebben de hoogste fotosynthetische capaciteit (Hancock, 1999).
4.4.1.2.
Effect van licht op bladouderdom
Als bladeren ontwikkelen bij hoge lichtintensiteiten bereiken ze hun finale bladoppervlakte
sneller. Bij Fragaria vesca vonden Jurick et al. (1979) dat de bladeren hun maximale grootte
bereikten na 14 dagen bij een lichtintensiteit van 678 µmol PAR m-2 s-1, terwijl dit bij 64
µmol PAR-2 s-1 20 dagen duurde. De bladeren die groeiden bij hoge lichtintensiteiten
bereikten sneller hun maximale fotosynthetische capaciteit maar konden deze minder lang
aanhouden en stierven sneller af. Bij een hoge fotonflux werden de bladeren slechts 51 dagen
oud terwijl bij een lage fotonflux de bladeren 79 dagen actief bleven.
27
Pettersen et al. (2010) vonden bij komkommer echter een andere trend. In zeer intensieve
teeltsystemen treedt senescentie vervroegd op aangezien de bladeren onder in het gewas
minder licht krijgen en in competitie treden met elkaar voor licht. Hierdoor sterven de
onderste bladeren vervroegd af. In dit teeltsysteem worden de bladeren dan ook na ongeveer
30 dagen verwijderd aangezien ze niet meer bijdragen tot de fotosynthese. Daarnaast zorgt het
verwijderen van deze bladeren voor meer licht binnenin het gewas. Werden de planten echter
horizontaal geteeld dan trad het effect van senescentie door competitie om licht niet op
gedurende die 30 dagen aangezien elk blad een gelijke fotonflux kreeg.
4.4.1.3.
Evolutie in de fotosynthetische parameters
Respiratie
Het patroon van de respiratie verloopt als volgt: bij het ontluiken van het blad ligt de
respiratie zeer hoog (1), geleidelijk neemt deze af totdat het blad zijn volledige expansie heeft
bereikt (2), dan blijft de respiratie constant totdat het blad senescent wordt (3). Naarmate het
blad meer afsterft neemt de respiratie weer toe (4) (Pasian & Lieth, 1989). Dit is te verklaren
door de hoge metabolische activiteit bij het ontluiken van het blad, wat resulteert in een
verhoogde respiratie. De daling in respiratie op het einde van de levensduur van het blad
wordt veroorzaakt door een toename in ethyleenconcentratie (Taiz & Zeiger, 2006). Hieruit
volgt dat volwassen weefsels een lagere respiratie vertonen dan jonge en oude bladeren
(Urban, 1997).
Efficiëntie
De efficiëntie van de fotosynthese vertoonde bij rozen geen specifieke trend bij het ouder
worden van het blad (Pasian & Lieth, 1989). Constable & Rawson (1980) vonden echter bij
katoenbladeren dat de efficiëntie toenam tot een bladleeftijd van 15 dagen om dan constant te
blijven van dag 15 tot 40.
Lichtcompensatiepunt
Het lichtcompensatiepunt lijkt toe te nemen met de bladouderdom, maar dit patroon is niet
significant. Dit kan te wijten zijn aan de positie die een blad inneemt in het gewas. Dit heeft
namelijk een invloed op de hoeveelheid licht dat een blad kan opvangen en zo op de
acclimatisatie aan licht van het blad. Het is dus vooral de positie van een blad en niet de
bladouderdom die een invloed heeft op het lichtcompensatiepunt (Pasian & Lieth, 1989).
Maximale fotosynthese snelheid (Figuur 13)
De netto maximale fotosynthese snelheid vertoont een omgekeerd patroon aan de respiratie.
Voor roos geldt dat de netto fotosynthese snelheden vooral laag zijn bij nieuw gevormde
bladeren, jonger dan 10 dagen. Daarna blijft de fotosynthese vrij constant, om na een 40 tal
dagen te dalen. Net zoals bij de respiratie wordt de daling veroorzaakt door senescentie
(Pasian & Lieth, 1989). Bij komkommer is deze trend ook waar te nemen, in een eerste fase
neemt de netto maximale fotosynthese snelheid gelijk toe met de expansie van het blad.
Daarna volgt een fase van maximale fotosynthese, waarna ook hier het blad senescent wordt
en de netto maximale fotosynthese snelheid daalt (Pettersen et al., 2010).
28
Figuur 13 Lichtresponscurves bij verschillende bladleeftijden. De horizontale lijn geeft de maximale
fotosynthese weer (naar: Pasian & Lieth, 1989).
4.4.1.4.
Invloed senescentie op fotosynthese
Netto fotosynthetische activiteit wordt meer variabel naar het eind van de levensduur van het
blad toe, vooral omdat het moeilijk is te bepalen wanneer een blad volledig is afgestorven.
Ook de mate van senescentie is niet gelijk over het gehele bladoppervlak, wat wijst op een
verschil in metabolische activiteit (Jurick et al., 1979). Senescentie treedt op bij oudere
bladeren die overschaduwd worden door de nieuwere bladeren. Hierdoor daalt de efficiëntie
van de fotosynthese en draagt het blad niet meer bij tot een positieve koolstofbalans.
Senescentie zorgt ervoor dat de waardevolle componenten van het beschaduwde blad uit dit
blad worden gehaald en verplaatst naar nieuwe bladeren (Taiz & Zeiger, 2006). Onder andere
stikstof wordt onttrokken uit de oudere bladeren, waardoor het totaal stikstofgehalte in het
oudere blad daalt (Ho, 1992). Hierdoor neemt onder andere de activiteit van het enzym RuBP
af waardoor de fotosynthese snelheid in zijn geheel afneemt (Jurick et al., 1979).
4.4.2. Bladnummer
Vervolgens is de fotosynthetische activiteit niet gelijk in alle bladeren. Het eerst gevormde
blad zal een lagere activiteit vertonen dan het volgende, tot een maximum bereikt wordt bij
een bepaald bladnummer om daarna weer te dalen met het volgend gevormde blad. Bij
komkommers bleek dat het 10e blad de hoogste fotosynthetische capaciteit had, de eerdere en
latere bladeren hadden allen een lagere capaciteit (Pettersen et al., 2010). In tomaat vonden
Xu et al. (1997) dat de fotosynthetische capaciteit daalde met de bladleeftijd waardoor op
hetzelfde moment het 10e, 15e en 18e blad geteld vanaf de apex maar respectievelijk 76, 37 en
18% van de fotosynthetische capaciteit haalden van het 5e blad. Dit zou te wijten zijn aan de
afnemende lichtintensiteit lager in het gewas. De bladeren onderin het gewas passen zich aan
aan deze lage lichtintensiteiten, een acclimatisatie die irreversibel is (Pettersen et al., 2010).
Zoals blijkt uit de proef van Xu et al. (1997) is het vaak onmogelijk om een relatie tussen
fotosynthetische parameters en bladnummer te leggen, aangezien het bladnummer
onlosmakelijk gekoppeld is aan een bladouderdom, waardoor de verschillen te wijten zijn aan
een leeftijdsverschil eerder dan aan een verschil in bladnummer.
29
4.4.3. Source-sink relatie
4.4.3.1.
Definities
Een andere endogene parameter die bepalend is voor de groei en ontwikkeling van de plant is
zijn source-sink verhouding. Source organen zijn organen die zorgen voor een netto export
van assimilaten, geproduceerd door de fotosynthese. De source sterkte is de snelheid waarbij
assimilaten worden geproduceerd en geëxporteerd, de fotosynthese snelheid. Voorbeelden van
source organen zijn ontwikkelde bladeren. Sink organen zorgen voor een netto-import van
assimilaten, en de bijbehorende sink sterkte is de mate waarin het orgaan in competitie kan
treden met andere ontwikkelende organen om assimilaten aan te trekken (Marcelis, 1996).
Voorbeelden van sink organen zijn jonge ontwikkelende bladeren, bloeiwijzen, vruchten,
wortels, en opslagorganen zoals knollen (Urban, 1997) (Figuur 14).
Reproductieve allocatie is het verband tussen de individuele fysiologie van een plant en zijn
levenscyclus. Allocatie gaat er van uit dat een organisme in het algemeen en een plant in het
bijzonder slechts een gelimiteerde voorraad energie, tijd, biomassa, nutriënten,... heeft. Deze
voorraden moeten verdeeld worden over verschillende met mekaar concurrerende functies
zoals groei, onderhoud en reproductie. Het investeren van energie, nutriënten enzovoort in één
van deze functies leidt automatisch in een verminderde input in de andere functies. Hierbij
moet worden opgemerkt dat er uitzonderingen op deze regel bestaan. Zo kunnen
reproductieve delen als petalen ook aan fotosynthese doen waardoor ze bijdragen in de
assimilatie van koolhydraten (Bazzaz et al., 2000). Translocatie speelt hierin een belangrijke
rol, het is het transport van elementen van het ene weefsel naar het andere. Dit transport
gebeurt meestal in de richting van de sinks. De mate waarin het transport plaatsvindt, is
volledig afhankelijk van de source-sink verhouding en is verschillend voor elk nutriënt
(Urban, 1997)(Figuur 14).
Figuur 14 Overzicht source-sink transport en de translocatie (Naar: Urban, 1997).
30
4.4.3.2.
Effect sinks op fotosynthese
In de aardbeiteelt is de maximale fotosynthese snelheid het hoogste wanneer er zich sinks
ontwikkelen, namelijk tijdens de bloei en tijdens het vormen van de stolonen (Hancock,
1999). De aanwezigheid van een sink heeft dus een invloed op de maximale fotosynthese
snelheid. Bij rozen zagen Aiken en Hanan (1975) dat de CO2 opname van het blad daalde tot
minder dan de helft van zijn maximale capaciteit nadat de bloem geplukt werd. Qian et al.
(2012) vonden gelijkaardige effecten bij tomaten. Ze zagen dat de maximale fotosynthese
snelheid van planten met slechts 2 vruchten per tros significant lager lag dan bij planten die 6
vruchten droegen. Daalt het aantal vruchten dan daalt dus ook de maximale fotosynthese
snelheid. Dit effect was in deze studie 1 week na het verwijderen van de vruchten al zichtbaar.
Ook bij aardbei resulteert het verwijderen of uitdunnen van vruchten in een daling van de CO2
opname van het blad voor enkele weken. De totale assimilatiesnelheid van het gewas daalt
echter niet altijd aangezien er nog bladeren worden gevormd na het verwijderen van de
vruchten. Het verwijderen van bladeren in plaats van vruchten resulteert in een verhoogde
assimilatiesnelheid van een individueel blad tot wel 66%. Op gewasbasis zal de
assimilatiesnelheid echter dalen (Hancock, 1999).
Aardbeivruchten zijn dus belangrijke sinks die een grote aanvoer van assimilaten vragen. De
vruchten vragen 40 tot 50% van de totale droge stof accumulatie van de plant. De source-sink
ratio veroorzaakt schommelingen in de fotosynthese snelheden, al naargelang de vraag naar
assimilaten van de sinks. Algemeen veroorzaken de vruchten bij aardbei een stijging in de
fotosynthese snelheid, er wordt dus meer koolstof opgenomen door planten die vruchten
dragen dan door planten die geen vruchten dragen (Harbut et al., 2012). Dit verschil in
koolstofopname tussen generatieve en vegetatieve aardbeiplanten kan 40% bedragen (Van
Elsacker et al., 1989).
4.4.3.3.
Invloed ontwikkelingsstadium orgaan op sink sterkte
De rol van een orgaan als source of sink verandert in de loop van zijn ontwikkeling. Een jong
blad zal eerst sink zijn, totdat zijn netto export aan assimilaten groter wordt en het een source
is geworden. Later wordt de export weer kleiner dan de import en zal het blad afsterven
(Urban, 1997).
Niet alle organen hebben een even grote sink sterkte. Bij rozen bijvoorbeeld moet de bloem
een bepaalde mate van ontwikkeling hebben bereikt vooraleer ze een sterke sink wordt
(Urban, 1997). Bloemen hebben een lagere prioriteit in het aantrekken van assimilaten dan
vruchten (Ho, 1992). De sterkste sinks zijn de vruchten, evenredig met hun grootte en graad
van maturiteit (Urban, 1997). Vruchten kunnen assimilaten onttrekken aan alle andere delen
van de plant, zelfs als dit ten koste gaat van deze delen. Zo kan vruchtontwikkeling de
bloemontwikkeling vertragen. Er is een prioriteit aanwezig tussen de sinks. De sinks met de
laagste prioriteit worden het meest benadeeld bij tekorten (Ho, 1992).
31
4.4.3.4.
Hiërarchie tussen vruchten
Ook vruchten onderling hebben een rangorde. Dit hangt af van de plaats van de vrucht, de
vruchten op dezelfde bloemtak zijn namelijk afhankelijk van dezelfde sources. De
hoeveelheid beschikbare assimilaten heeft geen effect op de hiërarchie tussen de vruchten. De
potentiële sink sterkte is vastgelegd bij de vruchtzetting en onafhankelijk van de fotosynthese
snelheid (Ho, 1992). Goed bestoven vruchten hebben meer zaden waardoor ze meer van het
auxine indolazijnzuur (IAA) produceren. Dit resulteert in een goede vruchtzetting, een grote
sink sterkte en dus grote vruchten. De primaire bloem op een bloemtak ontwikkelt zich het
eerst en produceert als eerste IAA. Dit hormoon inhibeert de efflux van IAA uit de secundaire
en tertiaire vruchten. Hierdoor krijgen deze minder assimilaten en blijven ze achter in groei
ten opzichte van de eerste (Taiz & Zeiger, 2006)
De actuele sink sterkte is wel afhankelijk van de hoeveelheid assimilaten en dus van de
fotosynthese snelheid. Omgevingsvariabelen die de fotosynthese beïnvloeden zoals
watertoevoer, lichtinval en bemesting, hebben ook een invloed op de actuele sink sterkte. De
sink sterkte en bijbehorende vruchtgroei wordt door zowel fysiologische als fysische
parameters bepaald (Ho, 1992).
4.4.3.5.
Factoren van invloed op de sink sterkte
Voor vlezige vruchten zijn de belangrijkste parameters voor de sink ontwikkeling de
watervoorraad en temperatuur in de bodem, de verschillende plantenhormonen en de
accumulatie van suikers in de vacuole (Ho, 1992).
Als eerste speelt de watervoorraad en dus de turgordruk een rol in het regelen van de sink
activiteit. Het ontladen van suikers door de sinks resulteert in een daling van de turgordruk in
het floëem door het minder negatief worden van de osmotische potentiaal. Neemt de
turgordruk niet voldoende af aan de sink zijde dan accumuleren de suikers in de bladeren. Dit
geeft een negatief feedbacksignaal waardoor de fotosynthese snelheid vertraagt. Sucrose
stapelt zich op in de bladeren en wordt omgezet in onder andere zetmeel. De export van
assimilaten vermindert en de sinks krijgen minder assimilaten toebedeeld (Taiz & Zeiger,
2006).
Daarnaast is de temperatuur bepalend voor de translocatie. Bij hoge temperaturen overdag
worden er meer assimilaten geproduceerd waardoor er meer suikers in de bladeren
accumuleren, wat resulteert in een verminderde fotosynthese snelheid. Verwarmt men de serre
echter ’s nachts, dan wordt de translocatie verhoogd zodat de suikers sneller naar de sinks
gaan en de negatieve feedback vermeden wordt (Urban, 1997). Verhoogde temperaturen ‘s
nachts verhogen dus de translocatie, maar s’ nachts neemt ook de respiratie toe en veroorzaakt
dus tegelijk een toename van de koolstof verbranding. Het totaal aantal suikers neemt af (Jiao
et al., 1989).
De translocatie kan ook worden beïnvloed door stikstofbemesting. Bij stikstoftekort zullen de
opslagorganen zoals vruchten en knollen meer assimilaten krijgen dan de vegetatieve
organen. De translocatie naar de vegetatieve delen wordt verminderd (Urban, 1997).
32
Tot slot spelen plantenhormonen een belangrijke rol bij de verdeling van assimilaten. Het
laden van sucrose naar het floëem wordt geremd bij exogeen toedienen van ABA, maar
gestimuleerd door exogeen auxine. Voor sinks geldt het omgekeerde, de opname van suikers
wordt versterkt door exogeen ABA en vertraagd door auxine (Taiz & Zeiger, 2006).
4.4.3.6.
Invloed source-sink relatie op productie
Het aantal sources en de competitie tussen de sinks heeft een grote invloed op de groei en
ontwikkeling van een gewas, en dus op de productie. De teler probeert een evenwicht te
bewaren tussen de al gevormde sinks en deze die zich aan het ontwikkelen zijn. Dit kan op
verschillende manieren: het aantal sinks beperken, inspelen op de temperatuur of een
hormonenbehandeling (Urban, 1997).
Een hormonenbehandeling met cytokinine of GA zal de bloem die geaborteerd zou worden
opnieuw doen starten met celdeling, waardoor zijn sink sterkte toeneemt. Een andere techniek
is de vegetatieve groei te verminderen, waardoor meer assimilaten beschikbaar zijn voor de
generatieve organen. Dit kan door blad te verwijderen zoals toegepast wordt bij tomaat of de
wortelgroei te beperken door wortelsnoei zoals bij appel en peer. Wortelgroei kan ook
ingeperkt worden door de EC op te drijven zoals bij tomaat of door te telen in een kleinere
potmaat. Het verwijderen van de vruchten kan ook toegepast worden, bijvoorbeeld bij tomaat.
Hierdoor worden de assimilaten bestemd voor deze vruchten verdeeld over de overgebleven
vruchten. Maar deze zullen nooit groter worden dan hun maximale grootte die werd
vastgelegd tijdens de bevruchting of door zijn rangorde. Tot slot verhoogt een toenemende
temperatuur de translocatie en dus de toevoer van assimilaten naar de sinks (Ho, 1992).
De source-sink verhouding heeft naast een invloed op de kwantiteit ook een invloed op de
kwaliteit van de vruchten. Bij een zeer sterke vegetatieve groei zal de kwaliteit en de smaak
van de aardbeivrucht achteruitgaan. De bladeren dicht bij de vruchten ontvangen dan minder
licht waardoor het suikergehalte in de aardbei lager zal liggen. Dit resulteert in een minder
zoete smaak (Poling, 2012).
4.4.3.7.
Beperkingen in de source-sink manipulatie
De opbrengst van een gewas is dus sterk gecorreleerd met de translocatie van assimilaten. De
harvest index kan verhoogd worden door hierop in te spelen met source-sink manipulatie.
Toch blijft het verhogen van de fotosynthese de belangrijkste mogelijkheid bij een gewas in
optimale groeiomstandigheden, dit in tegenstelling bij gewassen waar de groei en opbrengst
gelimiteerd zijn door een gebrek, bijvoorbeeld watertekort. Een reductie van het aantal
vegetatieve organen zal hier wel de opbrengst kunnen verhogen, aangezien dit zal zorgen voor
een betere waterverdeling. Een significante meeropbrengst door direct in te grijpen in het
aantal of de sterkte van de reproductieve sinks lijkt hoe dan ook moeilijk te verwezenlijken bij
gewassen in optimale groeiomstandigheden (Marschall, 1992).
33
DEEL 2: MATERIAAL EN METHODEN
1. Plantmateriaal en serrecondities
Voor de proeven werd gebruik gemaakt van aardbeiplanten van het ras ‘Elsanta’. Het ging om
frigoplanten die werden opgepot op 22/09/2014 voor proef 1 en 2 en op 12/01/2015 voor
proef 3. De planten werden geteeld in het serrecomplex van ILVO Plant, Caritasstraat 21,
Melle. Voor proeven 1 en 2 bedroeg de belichtingsduur 16 uur, er werd belicht tussen 6u en
22u met assimilatiebelichting van 100 µmol PAR m-2 s-1. De dag/nacht temperaturen
bedroegen 15°C/12°C. De watergift gebeurde met een eb-vloed systeem, 6 maal per week.
Voor proef 3 werd de serre verwarmd tot 20°C en werd er eveneens belicht gedurende 16u
met assimilatiebelichting van 100 µmol PAR m-2 s-1. Er werd manueel water gegeven
naargelang de behoefte van de planten.
2. Proefopzet
2.1. Proef 1: effect van bladouderdom en bladnummer op fotosynthese
Het doel van deze proef is het onderzoeken van het effect van bladnummer en bladleeftijd op
de functionele parameters van de lichtresponscurve. Voor de eerste proef werden 4 planten
van de 24 opgepotte aardbeiplanten gekozen. Deze waren uniform van grootte en aantal
bladeren. De 4 planten werden elke week 1 maal gemeten (zie meettijdstippen in Tabel 3). Elk
nieuw verschenen blad werd gelabeld. De bladnummers 1, 2, 3, 5 werden gevolgd gedurende
hun ontwikkeling tot een bladleeftijd van maximum 50 dagen. In totaal werden de planten
gedurende 11 weken opgevolgd. Deze planten konden generatief groeien, aangezien de
bloemstengel werd behouden.
Tabel 3 Meettijdstippen proef 1.
1
2
3
4
08/10/2014
10/10/2014
15/10/2014
22/10/2014
5
6
7
8
29/10/2014
05/11/2014
13/11/2014
19 en 20/11/2014
9
10
11
27 en 28/11/2014
03/12/2014
10/12/2014
2.2. Proef 2: effect van overgang vegetatieve naar generatieve groei op
fotosynthese
In deze proef werd nagegaan wat het effect was van de aanwezigheid van bloemen of
vruchten op de fotosynthetische parameters. Hiervoor werden de resultaten uit proef 1
(generatief groeiende planten) vergeleken met de aardbeiplanten waar de bloeiwijze werd
verwijderd (vegetatief groeiende planten). Uit dezelfde 24 aardbeiplanten uit proef 1 werden 4
andere exemplaren gekozen waar de uitgroeiende bloemstengels werden verwijderd, dit
gebeurde op 12/11/2014. Bij elke plant werd het jongst ontwikkelde blad gelabeld en
opgevolgd gedurende 4 weken. De meettijdstippen waren: 19/11/2014, 26/11/2014, 3/12/2014
en 10/12/2014.
34
2.3. Proef 3: effect van substraat met biochar en chitine toevoeging op
fotosynthese
2.3.1. Proefopzet
Deze proef gaat na welk effect het toevoegen van biochar, chitine, kalk en bemesting aan het
substraat heeft op de functionele fotosynthetische parameters. Er werd gewerkt met 7
verschillende substraattypes, elk met 15 herhalingen. Uit deze 15 herhalingen werden per
behandeling 3 planten uitgekozen van gelijkaardige ontwikkeling. Bij deze 21 planten werd
het 3e volledig ontwikkelde blad gelabeld en verder opgevolgd. In Tabel 4 is de samenstelling
van de verschillende substraten weergegeven en hun afkorting die verder in de resultaten
gebruikt zullen worden.
Tabel 4 Samenstelling van de verschillende substraten.
Nr.
1
2
3
4
5
6
7
Afkorting
C
0KM
3KM
0M
3M
0K
3K
Substraat
Witveen met 0% biochar, 2% chitine, bemesting en bekalking
Witveen met 0% biochar, bemesting en bekalking
Witveen met 3% biochar, bemesting en bekalking
Witveen met 0% biochar en bemesting
Witveen met 3% biochar en bemesting
Witveen met 0% biochar en bekalking
Witveen met 3% biochar en bekalking
Het witveen is afkomstig van NOVOBALT turf. De bemesting bestaat uit 1,33g/L PG Mix en
de bekalking uit 3 kg/m² CaCO3. De biochar werd geproduceerd van steeneik op 650°C in het
Fertiplus project. De chitine is afkomstig van krab en werd bekomen via de firma BioLog
Biotechnologie und Logistik GmbH.
Er werd 11 keer gemeten op volgende tijdstippen: 5/02; 9/02; 13/02; 25/02; 27/02; 4/03; 9/03;
11/03; 16/03; 18/03; 20/03.
2.3.2. Theoretische achtergrond substraten
Biochar
Biochar is een product rijk aan koolstof. Het ontstaat door biomassa zoals hout, mest of
bladeren te verbranden in afwezigheid van zuurstof (pyrolyse). Biochar verhoogt de
bodemvruchtbaarheid zonder een negatief effect te hebben op het klimaat. Het draagt
namelijk niet bij tot de klimaatsopwarming en is dus een duurzaam product (Lehmann &
Joseph, 2009). Er zijn echter bedenkingen bij de duurzaamheid van biochar. Zo bleek uit een
meerjarige studie dat het toevoegen van biochar aan de bodem ervoor zorgde dat de bodem
sneller degradeerde en dat de activiteit van de micro organismen in de bodem verhoogd werd.
Deze effecten produceren CO2. Daarnaast zorgt de zwarte kleur er voor dat de bodem sneller
opwarmt wat positief is voor de plantengroei maar negatief kan zijn voor de klimaat
opwarming. Deze negatieve effecten kunnen vermeden worden door Biochar onder te werken
in de bodem. Dit verhoogt ook de efficiëntie van het product (Yang et al., 2015).
35
Bij pindanoot kon men aantonen dat het toevoegen van biochar de biomassa en de opbrengst
van het gewas verhoogde. Daarnaast werd een lichte verhoging van de fotosynthese snelheid
bij lichtverzadiging waargenomen. Dit was voornamelijk te verklaren door de hogere
stikstofinhoud van de bladeren, wat het gevolg was van een hogere stikstofbeschikbaarheid
van de bodem en een hogere stikstoffixatie. De mate van dit effect is afhankelijk van de
bodem waaraan biochar werd toegevoegd (Xu et al., 2015).
Chitine
Chitine is een biopolymeer afkomstig van de resten van schaaldieren zoals krabben en
garnalen. Het heeft verschillende voordelen tegenover synthetische polymeren, zo is het
natuurlijk, biocompatibel, biologisch afbreekbaar en veilig in gebruik en productie. Men kan
chitine en zijn afgeleide chitosan toepassen in diverse sectoren zoals de levensmiddelen
industrie, biotechnologie, geneesmiddelen industrie en de landbouw (Prashanth &
Tharanathan, 2007).
Voor de landbouw zijn onder andere de antimicrobiële eigenschappen van chitine nuttig.
Chitine zou reageren met de lipopolysacchariden en proteïnen in de celwand van bacteriën
waardoor deze afsterven door een verlies aan integriteit van de celwand. Sommige afgeleiden
van chitine hebben een hoge anti-fungale eigenschap en werken onder andere tegen Fusarium
oxysporum en Pyricularia piricola (Prashanth & Tharanathan, 2007). Onderzoek in
Nederland bevestigde dit effect. er werd een remming waargenomen van Verticillium dahliae
en andere grondgebonden pathogenen tot 2 jaar na toepassing. (Cretolu et al., 2013)
Daarnaast kan chitine gebruikt worden als zaadcoating. Dit bleek een positieve invloed te
hebben op de gewasopbrengst. Dit effect is toe te wijzen aan het versterken van het resistentie
mechanisme van de plant waardoor er een hogere productie van RNA werd waargenomen. Dit
resulteert in een verhoogde activiteit van enzymen in belangrijke pathways zoals deze voor de
productie van chitinase en glucanase (Tharanathan & Kittur, 2003).
3. Fotosynthese metingen
3.1. Beschrijving LI-6400XT
3.1.1. Inleiding
De fotosynthese metingen werden uitgevoerd met een LI-6400XT (LI-COR Biosciences,
Nebraska, VSA) (Figuur 15). Voordelen van de LI-6400XT zijn de automatisatie en de
compactheid.
36
Figuur 15 Schematische voorstelling LI-6400XT (LI-COR, 2013).
3.1.2. Principe (Naar: De Swaef, 2007; LI-COR, 2013; Whitecloud, 2014)
De LI-6400XT werkt volgens het principe van een open differentieel gasuitwisselingssysteem
(Figuur 16A). Het is een open systeem omdat de lucht die door de meetkamer gestuurd wordt
niet wordt hergebruikt, waardoor er een continue aanvoer van buitenlucht nodig is.
“Differentieel” houdt in dat er een verschil gemeten wordt, namelijk het verschil tussen de
CO2 concentratie van de lucht uit de atmosfeer (referentielucht) en van de lucht die door de
meetkamer gestuurd werd (analyselucht) (De Swaef, 2007). Dit verschil wordt geregistreerd
door de Infra-Rood Gas Analysator (IRGA) (Figuur 16B).
Figuur 16 (A) Principe open differentieel gassysteem (B) Principe van een IRGA (Naar: De Swaef, 2007).
37
Het principe van de IRGA steunt op de absorptie van infrarood straling (IR). Deze straling
wordt uitgezonden door een IR-bron in de meetkamer. In de meetkamer wordt IR
geabsorbeerd door de aanwezige concentratie CO2, waarna het door een chopper wordt
gestuurd en zo naar de detector wordt geleid. De chopper fungeert als een filter die
golflengten doorlaat voor CO2 en H2O. Zo worden golflengten van eventueel andere,
storende, gassen geabsorbeerd zodat ze niet interfereren met het eindresultaat.
De straling van de meetkamer wordt door een eerste deel van de IRGA geleid (analysekamer),
terwijl de IR straling die door de referentielucht is gegaan door het 2e deel van de IRGA
gestuurd wordt (referentiekamer). Beide kamers zijn gescheiden door een flexibel membraan.
Dit membraan beweegt door de uitzetting van het gas na absorptie van IR straling. De
chopper zorgt er voor dat de IR straling afwisselend in de referentie- en de analysekamer
gestuurd wordt, waardoor er een trilling van het membraan ontstaat. Deze trilling kan worden
omgezet in een elektrisch signaal.
Door het verschil in CO2 concentratie tussen het gas afkomstig van de meetkamer en deze van
de controle, te vermenigvuldigen met het debiet en te delen door de gemeten bladoppervlakte
(2 cm2) kan de netto fotosynthese (Pn) berekend worden. Een verschil in CO2 concentratie
resulteert in een verschil in geabsorbeerde IR straling. Is de hoeveelheid geabsorbeerde
straling lager in de meetkamer, dan bevindt er zich minder CO2 in de meetkamer ten opzichte
van de controle kamer en vindt er fotosynthese plaats. Is de hoeveelheid CO2 in de meetkamer
hoger en dus ook de hoeveelheid geabsorbeerde straling dan meet men respiratie.
3.2. Parameters en meetmethode
Bij elk blad werd gemeten op de middelste lob van het blad. De meetkamer werd in het
midden op de lob geplaatst, op ongeveer 2 cm van de bladrand (Figuur 17).
A
B
Figuur 17 (A) Meetplaatsen fotosynthese- en chlorofyl metingen (rood) en morfologische metingen (blauw)
(B) Overzicht van de meetmethode met LI-6400XT.
In Tabel 5 zijn de constante en variabele parameters voor de verschillende proeven
weergegeven. Na elk blad (proef 1 en 2) of na 3 bladeren (proef 3) werd er ‘gematcht’. Dit
houdt in dat de luchtstroom vanuit de meetkamer ook naar de referentiekamer wordt gestuurd.
38
Hierdoor worden de meetwaarden voor CO2 aan elkaar gelijk gesteld zodat de
nauwkeurigheid van de metingen verhoogt.
De metingen in proef 1 en 2 werden uitgevoerd in aflopende lichtintensiteit (van 1200 µmol
m-2 s-1 naar 0 µmol m-2 s-1).
Tabel 5 Instelling van de parameters in de LI-6400XT.
Parameter
Meetoppervlak
Instroomsnelheid van verse
lucht
Referentieconcentratie CO2
Bloktemperatuur
Kalibratietijd
Lichtintensiteit(en)
Meettijd per meting
Proef1
2 cm2
300 µmol s-1
Proef2
2 cm2
300 µmol s-1
Proef3
2 cm2
300 µmol s-1
400 ppm
25 °C
7 min
0,
25,
50,
100,
250,
500,
750,
1000 en
1200 µmol m-2 s-1
120 – 300 sec
400 ppm
25 °C
7 min
0,
25,
50,
100,
250,
500,
750,
1000 en
1200 µmol m-2 s-1
120 – 300 sec
400 ppm
25 °C
4 min
1000 µmol m-2 s-1
120 – 300 sec
3.3. Opstellen lichtresponscurves
De lichtresponscurves van proef 1 en 2 werden opgesteld zoals beschreven wordt in deel 1:
literatuurstudie subsectie 4.3.1.1. Hierbij werd gecorrigeerd voor eventueel het optreden van
fotoinhibitie door de waarden die lager lagen dan de vorige meetwaarden te verwijderen. Uit
gemeten waarden werd via Sigmaplot versie 13 (Systat Software Inc.) de best passende curve
berekend via non-lineaire regressie volgens volgende vergelijking:
Waarbij :
Pn
Rd
Pmax
α
PAR
fotosynthese snelheid in µmol CO2 m-2 s-1
donkerrespiratie in µmol CO2 m-2 s-1
maximale fotosynthese snelheid in µmol CO2 m-2 s-1
fotosynthetische efficiëntie in µmol CO2 µmol-1 PAR
lichtintensiteit in µmol PAR m-2 s-1
(naar: Avola et al., 2008)
39
Figuur 18 Voorbeeld van opstellen lichtresponscurve in Sigmaplot.
Hierbij werd gewerkt volgens de methode van de kleinste kwadraten om de best passende
vergelijking te vinden. Figuur 18 geeft een voorbeeld weer van meetwaarden uit proef 1 met
bijbehorende regressievergelijking.
4. Chlorofylmetingen
4.1. CCI metingen
Bij elke meting werd ook het chlorofyl gehalte bepaald. De chlorofylinhoud wordt beïnvloed
door de voedingstoestand van het gewas, de mate van stress dat het gewas ondervindt en de
heersende lichtintensiteit. Vooral om deze laatste reden werd het chlorofyl gehalte gemeten
van elk blad, voor elke fotosynthetische meting. Het chlorofyl gehalte werd gemeten op een
niet destructieve manier met behulp van een CCM-200 meter, (Opti-sciences, Hudson, VSA)
(Figuur 19). Dit draagbaar toestel meet de optische terugkaatsing bij 931 en 653 nm. Het
meetoppervlak beslaat 71 mm² en werd geplaatst op dezelfde plaats als de meetkop van LI6400XT (Figuur 17, aangegeven in het rood). Uit de hoeveelheid geabsorbeerd licht van deze
golflengten berekent het toestel de Chlorophyll Content Index (CCI) met een resolutie van 0,1
CCI. De meetduur bedraagt minder dan 3 seconden (Opti-Sciences, Inc., 2005; Apogee
Instruments, 2013).
40
Figuur 19 Meetmethode chlorofylmetingen met CMM-200.
4.2. Chemische bepaling
Voor de chemische pigmentbepaling werd de methode van Arnon (1949) en Lichtenthaler
(1987) gebruikt. Eerst wordt het vers bladmateriaal fijngemalen met vloeibare stikstof.
Vervolgens neemt men hiervan 40 mg als staal. Hiervan wordt het bladchlorofyl gemeten na
een aceton-extractie van 80%. Na 24u kan de hoeveelheid chlorofyl bepaald worden. De
hoeveelheid chlorofyl a en b en de carotenoïden worden bepaald aan de hand van een
spectrofotometer bij golflengten van 470; 646,8 en 663,2 nm.
5. Bladmorfologie
Naast de gasuitwisselingscapaciteit en chlorofylgehalte werd ook de morfologie van het blad
geregistreerd. Bij elke meting werden de dimensies van het blad opgemeten. Dit gebeurde met
een eenvoudige meetlat, met een nauwkeurigheid van 1mm. De maten die telkens werden
genomen zijn weergegeven op Figuur 17 in het blauw. Op basis van deze maten kon bepaald
worden wanneer de bladeren hun volle expansie bereikten.
41
6. Statistische verwerking
De statistische verwerking werd uitgevoerd met de programma’s Sigmaplot versie 13 (Systat
Software Inc.) en SPSS versie 21 (IBM Business Analytics). Met behulp van Sigmaplot
werden de fotosynthetische responscurves opgesteld, SPSS diende om de bekomen
fotosynthetische parameters te analyseren in functie van de leeftijd, het bladnummer, het
plantstadium en de chlorofylinhoud van het blad.
6.1. Fotosynthese responscurves
De regressiecurven werden opgesteld in Sigmaplot. Hiervoor werd gebruik gemaakt van een
exponentiële, stijgende vergelijking tot een maximum:
Deze parameters komen overeen met de parameters uit de lichtresponscurve
y = fotosynthese snelheid (Pn)
y0 = donkerrespiratie (Rd)
a = maximale fotosynthese snelheid (Pmax)
b * a = efficiëntie van de fotosynthese (α)
x = photosynthetic active radiation (PAR)
Deze vergelijking werd toegepast op alle meetwaarden om de best passende fit te vinden. Het
schatten van de parameters gebeurde via de methode van de kleinste kwadraten of de least
square of errors method.
6.2. Statistische testen
De statistische verwerking gebeurde met SPSS 21. Voor alle testen werd er gewerkt met een
significantieniveau van 95%. Eerst werd een Shapiro-Wilk (SW) test uitgevoerd om
normaliteit te testen. Waren de data met 95% zekerheid normaal verdeeld dan werd de
gelijkheid van varianties nagegaan met een Levene test. Voldeed de data aan beide
voorwaarden dan werd er een ANOVA test uitgevoerd met als Post-Hoc test de Tukey test.
Werd er niet aan de voorwaarden voldaan dan werd in plaats van een ANOVA test een
Kruskal Wallis (KW) test uitgevoerd met als Post-Hoc een serie van Mann-Whitney U testen.
42
DEEL 3: RESULTATEN EN DISCUSSIE
1. Vergelijken fotosynthetische functionele parameters in
functie van de bladleeftijd en bladrang
Voor het eerste deel van de proef wordt de chlorofylinhoud en de 3 fotosynthetische
parameters (donkerrespiratie (Rd), maximale fotosynthesesnelheid (Pmax) en de
fotosynthetische efficiëntie (α)) vergeleken in functie van de bladleeftijd en -nummer. Hierbij
worden de data opgedeeld in 5 verschillende bladnummers en 7 verschillende
leeftijdscategorieën (Tabel 6).
Tabel 6 Overzicht van de leeftijdscategorieën.
Leeftijdscategorie
3 dagen
10 dagen
18 dagen
25 dagen
32 dagen
39 dagen
46 dagen
Leeftijd (in dagen)
2-5
9-12
17-20
23-27
31-34
38-40
45-47
Week
1
2
3
4
5
6
7
1.1. Donkerrespiratie (Rd)
Figuur 20 geeft de gemiddelde donkerrespiratie en de standaardafwijking weer voor
bladnummers 1, 2, 3 en 5 in functie van de leeftijdscategorie. Het gaat hier om de
donkerrespiratie bekeken vanuit een fotosynthetisch standpunt, waardoor de waarden negatief
zijn. Om de duidelijkheid te bewaren wordt er verder gesproken over de absolute waarde van
deze fotosynthetische parameter. Op basis van de grafieken kan gezegd worden dat ongeacht
het bladnummer de donkerrespiratie afneemt in functie van de bladleeftijd tot een stabiele
waarde van ± 1-1.3 µmol CO2 m-2 s-1 bereikt wordt.
Tabel 7 geeft de significantieniveaus weer van de uitgevoerde testen. Uit de Shapiro Wilk test
(SW) blijkt dat voor blad 1, 2 en 5 er aan de voorwaarden voor parametrische testen wordt
voldaan. Voor bladnummer 3 voldoet de Levene test niet, maar aangezien de macht van een
ANOVA veel groter is dan deze van een niet parametrische test en aangezien de KW test ook
een significant verschil aantoonde (p = 0,015), wordt er gekozen om een ANOVA uit te
voeren. Voor alle bladnummers blijkt dat er een significante daling is van Rd in functie van de
bladleeftijd. Dit is weergegeven als verschillende letters in Figuur 20.
Tabel 7 ANOVA tabel en bijbehorende analyse van de normaliteit (Shapiro Wilk toets) en homogeniteit
van de variantie (Levene test) voor Rd in functie van de bladleeftijd.
Bladnr. Shapiro Wilk toets per leeftijdscategorie
3 d.
10 d.
18 d.
25 d.
32 d.
0,912
0,718
0,283
0,960
0,945
1
0,341
0,923
0,140
0,220
0,635
2
0,447
0,161
0,830
0,751
0,174
3
0,520
0,519
0,096
0,925
5
39 d.
0,185
0,512
0,331
-
46 d.
0,264
0,266
-
Levene
test
0,452
0,147
0,008
0,168
ANOVA
0,00
0,00
0,00
0,00
43
Figuur 20 Gemiddelde en standaardafwijking donkerrespiratie (Rd) in functie van de bladleeftijd voor
bladnummers 1, 2, 3 en 5. Verschillende letters duiden op een significant verschil tussen de
leeftijdscategorieën voor ieder bladnummer apart – test van Tukey (p = 0,05). Daarnaast zijn de passende
exponentiële regressiecurven weergegeven en de bijbehorende parameters van deze curven.
Rd volgt het verwachtte verloop. Verwacht werd dat bij het ontluiken van het blad Rd hoog is,
wegens een hoge metabolische activiteit (Taiz & Zeiger, 2006). Rd neemt af totdat het blad
zijn volledige expansie bereikt heeft. Bij verdere ouderdom en senescentie zal Rd opnieuw
toenemen, zoals werd aangetoond bij roos (Pasian & Lieth, 1989). Dit verband in functie van
de bladleeftijd komt ook in deze proef bij aardbei duidelijk naar voren. Uit de morfologische
metingen blijkt dat de bladeren hun volledige expansie bereiken bij een leeftijd tussen de 17
en de 26 dagen. Dit komt overeen met het moment waarop de donkerrespiratie een plateau
bereikt, namelijk tussen de 18 en 25 dagen. Bladnummer 5 stagneert nog niet op dat moment.
Het kan dat de latere bladnummers langer blijven doorgroeien. Verder onderzoek is nodig om
te bekijken of er inderdaad een verband is tussen het bladnummer en het moment waarop het
blad stopt met groeien.
44
Figuur 20 geeft een regressiecurve weer van het verloop van Rd. Aan de hand van de
parameters van de curve kunnen de bladnummers vergeleken worden. Er wordt gekozen voor
een exponentiële functie: y = y0 + a (1 – e-bx) met y gelijk aan Rd en x gelijk aan de
bladleeftijd. Dit gaf een goede fit (R2 tussen 0.9255 en 0.9950) wat aantoont dat de data
inderdaad een exponentieel verloop volgt. Parameters die uit de regressiecurven volgen zijn
de mate waarin Rd toeneemt in functie van de tijd (a*b) en het saturatieniveau (y0+a).
De toename van Rd verloopt het snelst bij bladnummer 2, bij de andere bladnummers is het
tempo iets trager maar vergelijkbaar. Een verklaring hiervoor kan zijn dat de donkerrespiratie
van bladnummer 2 bij het ontluiken veel lager ligt dan bij de andere bladeren. Mogelijks werd
dit veroorzaakt door de iets jongere leeftijd van de bladeren bij de start van het meten van de
tweede bladeren in vergelijking met de andere. Daarnaast lijkt het saturatieniveau af te nemen
met het bladnummer. Bij blad 1 en 2 bedragen deze waarden respectievelijk 1,28 en 1,32
µmol CO2 m-2 s-1. Bij blad 3 en 5 zijn deze waarden lager, namelijk 1,16 en 0,95 µmol CO2 m2 -1
s . Dit betekent dat de later afgesplitste bladeren een lagere donkerrespiratie hebben
wanneer ze matuur zijn in vergelijking met de bladnummers 1 en 2.
Om voorgaande trends te staven wordt Rd per bladnummer vergeleken per leeftijdscategorie.
Uit voorgaande testen (Tabel 7) blijkt dat de data voor elk bladnummer normaal verdeeld zijn.
Uit de ANOVA analyse blijkt dat er een significant verschil is voor Rd voor een bladleeftijd
van 3 dagen (p = 0,001), 10 dagen (p = 0,021) en 18 dagen (p = 0,001) (Figuur 21).
0
B
AB
B
A
-1
-1
-2
-2
-3
-3
AB
AB
B
-2
-1
Rd (µmol CO2 m s )
A
-4
-4
2D Graph 3
2D Graph 4
3 dagen
10 dagen
1
2
3
5
1
2
3
5
A
AB
B
B
A
A
A
A
-1
-1
-2
-2
-3
-3
-2
-1
Rd (µmol CO2 m s )
-5
-4
-4
18 dagen
25 dagen
-5
1
2
3
Bladnummer
5
1
2
3
5
Bladnummer
Figuur 21 Gemiddelde en standaardafwijking R d in functie van het bladnummer per leeftijdscategorie.
Hierbij zijn a en b significant verschillend – Toets van Tukey (p = 0,05).
45
Hieruit kan niet eenduidig besloten worden dat Rd tijdens de groei van het blad (die
plaatsvindt tot een leeftijd van 25 dagen) lager zou liggen bij bladnummers 1 en 2 in
vergelijking met bladnummers 3 en 5. Wel verschilt bladnummer 1 tot een leeftijd van 18
dagen significant van bladnummer 5. Hieruit volgt dus wel dat Rd tijdens de jeugdgroei
significant hoger ligt bij het vijfde blad in vergelijking met het eerste blad. Bladnummers 2 en
3 liggen intermediair. Er is dus wel een zekere stijgende trend aanwezig in Rd waarde in
functie van het bladnummer, maar deze trend is niet altijd significant.
De tweede trend, dat de donkerrespiratie een hoger plateau of saturatieniveau zou hebben bij
bladnummers 1 en 2 wordt eveneens niet bevestigd, aangezien er geen significante verschillen
meer te vinden zijn vanaf een bladleeftijd van 25 dagen.
1.2. Maximale fotosynthese snelheid (Pmax)
Figuur 22 geeft het gemiddelde en de standaardafwijking van Pmax weer voor bladnummers 1,
2, 3 en 5 in functie van de leeftijdscategorie. Tabel 8 geeft de significantieniveaus weer van
de verschillende uitgevoerde testen. Hieruit blijkt dat er voor blad 2 en 5 aan de voorwaarden
voor parametrische testen wordt voldaan. Voor blad 1 en 3 moet er worden overgegaan op
niet-parametrische testen. Bij blad 2, 3 en 5 blijkt dat er geen significant verschil is tussen de
gemiddelden voor Pmax voor de verschillende leeftijdscategorieën. Voor bladnummer 1 bleek
er wel een significant verschil te bestaan (Figuur 22).
Tabel 8 ANOVA tabel en bijbehorende analyse van de normaliteit (Shapiro Wilk toets) en homogeniteit
van de variantie (Levene test) voor Pmax in functie van de bladleeftijd. Waar er niet aan de voorwaarden
voor ANOVA wordt voldaan wordt een Kruskal Wallis toets (KW) uitgevoerd.
Bladnr.
1
2
3
5
SW per leeftijdscategorie
3 d.
10 d. 18 d. 25 d. 32 d. 39 d. 46 d.
0,166 0,151 0,502 0,980 0,059 0,134 0,447
0,752 0,999 0,302 0,156 0,497 0,837 0,816
0,029 0,350 0,385 0,332 0,688 0,770 0,094 0,475 0,668 0,820 -
Levene
ANOVA
0,011
0,402
0,359
0,215
0,515
KW
0,022
0,381
De relatie tussen Pmax en bladouderdom toont een dalende trend aan voor de verschillende
bladeren (Figuur 22). Deze trend werd niet bij een vergelijkbaar onderzoek bij roos en
komkommer aangetoond. Hier werd een lage waarde voor Pmax bij jonge bladeren
vastgesteld, die toenam naarmate het blad ouder wordt en zijn uiteindelijke grootte bereikt.
Daarna bleef Pmax constant tot het blad senescent werd (Pasian & Lieth, 1989; Pettersen et al.,
2010). Bij aardbei was bij bladnummer 1 en 2 wel te zien dat Pmax eerst licht toeneemt, maar
dit is alleen significant voor bladnummer 1. Enkel het eerste blad vertoont dus het verwachte
verloop.
46
Figuur 22 Gemiddelde en standaardafwijking van de maximale fotosynthese (P max) in functie van de
bladleeftijd voor bladnummers 1, 2, 3 en 5. Verschillende letters duiden op een significant verschil tussen
de leeftijdscategorieën voor ieder bladnummer apart – test van Tukey (p = 0,05). Daarnaast zijn de
passende exponentiële regressiecurven weergegeven en de bijbehorende parameters van deze curven.
Figuur 22 toont ook een lineaire regressie per blad om de bladnummers te vergelijken. De
negatieve richtingscoëfficiënt van de regressierechten is een maat voor de sterkte van de
afname. Daarnaast is de richtingscoëfficiënt bij blad 2 het laagst in absolute waarde, wat
inhoudt dat Pmax het traagste afneemt. Vanaf blad 3 lijkt de richtingscoëfficiënt toe te nemen
in absolute waarde. Deze is namelijk meer negatief voor 3 dan voor 2 en meer negatief voor 5
dan voor 3. Dit kan betekenen dat Pmax sneller afneemt bij een later afgesplitst blad dan bij een
eerder afgesplitst blad. Daarnaast geeft de waarde voor y0 een indicatie van Pmax bij het
ontluiken van het blad. Blad 1 vertoont de hoogste a-waarde terwijl dit bij bladnummer 3 het
laagste ligt. Vanaf bladnummer 5 ligt Pmax bij ontluiken weer hoger.
Om de trends verder te onderzoeken werd een statistische analyse uitgevoerd. Uit voorgaande
testen bleek dat niet alle data voor Pmax normaal verdeeld was per leeftijdscategorie (Tabel 8).
47
Hierdoor wordt er overgegaan op niet parametrische testen. Uit de Kruskal Wallis test bleek
dat er een significant verschil in Pmax is tussen de bladeren voor een leeftijd van 18 (p = 0,017)
en 25 dagen (p = 0,024). Voor de andere leeftijdscategorieën is er geen significant verschil in
Pmax tussen de verschillende bladnummers (p-waarden respectievelijk 0,856; 0,657; 0,017;
0,024; 0,390; 0,375; 0,398) (Figuur 23).
20
A
A
A
A
15
15
10
10
5
5
A
A
A
-2
-1
Pmax (µmol CO2 m s )
A
3 dagen
10 dagen
1
2
3
5
1
2
3
5
A
A
B
AB
A
B
B
B
15
15
10
10
5
5
-2
-1
Pmax (µmol CO2 m s )
0
25 dagen
18 dagen
0
1
2
3
Bladnummer
5
1
2
3
5
Bladnummer
Figuur 23 Gemiddelde en standaardafwijking P max in functie van het bladnummer per leeftijdscategorie.
Hierbij zijn a en b significant verschillend – Toets van Tukey (p = 0,05).
De trend die hier naar voor komt wijkt af van een analoge studie bij komkommer. Pettersen et
al. (2010) stelden bij komkommer immers vast dat Pmax toeneemt per bladnummer, tot een
optimum bereikt wordt en Pmax weer daalt per volgend ontwikkeld blad. Bij aardbei is echter
geen significant verschil tot een leeftijd van 18 dagen. Vanaf 18 dagen vertoont het eerste
blad een significant hogere Pmax waarde dan de later afgesplitste bladeren.. Dit verschil is
verdwenen na een bladleeftijd van 32 dagen.
Algemeen verloopt Pmax in functie van bladnummer en bladleeftijd verschillend van wat bij
roos en komkommer werd vastgesteld. Zowel het verloop in functie van de leeftijd van het
blad als het verschil tussen de bladnummers is afwijkend van wat in de literatuur
teruggevonden wordt. Deze afwijkende resultaten in Pmax kunnen mogelijk verklaard worden
door het kasklimaat. De totale dagelijkse hoeveelheid PAR licht en de gemiddelde
dagtemperatuur dalen namelijk in de loop van de proef (Figuur 24). Dit houdt in dat de
bladeren niet opgroeien in dezelfde omstandigheden. Het 5e blad bijvoorbeeld ontlook rond
15/11, het eerste blad rond 5/10. Op het moment dat het 5e blad ontstond ontving de plant dus
48
minder licht. Hierdoor is het mogelijk dat de plant zich aan de korter wordende dagen en de
lagere lichtintensiteiten heeft aangepast door bladeren te produceren die daar beter gebruik
van kunnen maken. Dit is een strategie die ook toegepast wordt door planten die opgroeien bij
hoge lichtintensiteiten en vervolgens blootgesteld worden aan lage lichtintensiteiten (Taiz &
Zeiger, 2006).
-2
Som lichtintensiteit per dag (µmol PAR m )
1,8e+7
1,6e+7
1,4e+7
1,2e+7
1,0e+7
8,0e+6
6,0e+6
4,0e+6
2,0e+6
0,0
06-10-14
20-10-14
03-11-14
17-11-14
01-12-14
15-12-14
06-10-14
20-10-14
03-11-14
17-11-14
01-12-14
15-12-14
Gemiddelde dagtemperatur (°C)
25
20
15
10
5
0
Figuur 24 (Boven) Dagelijkse lichtsom afkomstig van zonlicht en assimilatiebelichting, uitgedrukt in de
totale hoeveelheid PAR per vierkante meter in de serre per dag. (Onder) Gemiddelde dagtemperatuur.
1.3. Fotosynthetische efficiëntie (α)
Figuur 25 geeft de gemiddelde fotosynthetische efficiëntie (α) en de standaardafwijking weer
in functie van de bladleeftijd voor de bladnummers 1, 2, 3 en 5. Verschillende letters staan
voor een significant verschil. Algemeen vertoont de efficiëntie een stijgend verloop tot een
bladleeftijd van 18 dagen, waarna deze constant blijft. Bij een leeftijd van 39 dagen daalt de
efficiëntie opnieuw. Deze trends zijn echter niet significant, behalve voor bladnummer 3.
49
Tabel 9 geeft de significantieniveaus weer van de verschillende testen. Hieruit α niet
significant verschilt voor blad 1, 2 en 5 in functie van de leeftijd. Voor blad 3 is er wel een
significant verschil (Figuur 25).
Tabel 9 ANOVA tabel en bijbehorende analyse van de normaliteit (Shapiro Wilk toets) en homogeniteit
van de variantie (Levene test) voor α in functie van de bladleeftijd. Waar er niet aan de voorwaarden voor
ANOVA wordt voldaan wordt een Kruskal Wallis toets (KW) uitgevoerd.
Bladnr.
1
2
3
5
SW per leeftijdscategorie
3 d.
10 d. 18 d. 25 d.
0,913 0,402 0,212 0,260
0,257 0,520 0,036 0,413
0,730 0,453 0,811 0,211
0,980 0,761 0,839 0,968
-1
(µmol CO2 µmol Par)
0,14
A
A
A
A
A
A
A
KW
0,085
0,434
0,520
0,405
A
0,032
0,829
A
A
A
A
0,10
0,08
0,06
0,04
0,00
0,14
-1
A
ANOVA
0,12
Bladnummer 1
y0 : 0,0639
a : 0,0004
R² : 0,4323
0,02
(µmol CO2 µmol Par)
A
Levene
32 d. 39 d. 46 d.
0,474 0,015 0,930
0,672 0,773 0,996
0,117 0,302 -
3
AB
10
AB
18
AB
25
A
32
A
39
AB
46
B
Bladnummer 2
y0 : 0,0585
a : 0,0003
R² : 0,3070
3
A
10
A
18
A
X Data
0,12
25
A
32
39
46
X Data
0,10
0,08
0,06
0,04
Bladnummer 5
y0 : 0,0678
a : -0,0001
R² : 0,1778
Bladnummer 3
y0 : 0,0668
a : -0,00046
R² : 0,0211
0,02
0,00
3
10
18
25
32
39
46
3
10
18
25
32
39
Leeftijd (dagen)
Leeftijd (dagen)
Figuur 25 Gemiddelde en standaardafwijking van α in functie van de bladleeftijd voor bladnummers 1, 2,
3 en 5. Verschillende letters duiden op een significant verschil tussen de leeftijdscategorieën voor ieder
bladnummer apart – test van Tukey (p = 0,05). Daarnaast zijn de passende exponentiële regressiecurven
weergegeven en de bijbehorende parameters van deze curven.
Over de invloed van de leeftijd op de efficiëntie van de fotosynthese was geen eenduidig
antwoord te vinden. De efficiëntie van de fotosynthese vertoonde bij rozen geen specifieke
50
trend bij het ouder worden van het blad (Pasian & Lieth, 1989). Constable & Rawson (1980)
vonden echter bij katoenbladeren dat de efficiëntie toenam tot een bladleeftijd van 15 dagen
om dan constant te blijven van dag 15 tot 40. Dit is de trend die waar te nemen is bij blad 3.
Bij blad 3 neemt α significant toe tot een leeftijd van 18 dagen, om na dag 39 te dalen.
Aangezien het echter alleen een significante trend is voor het derde blad kan niet worden
aangenomen dat alle bladeren dit verloop kennen. Verder onderzoek is nodig om te bekijken
of α in alle bladeren het verloop van blad 3 volgt of dat het om toeval gaat.
Uit voorgaande testen (Tabel 9) blijkt dat niet alle data voor α voor elk bladnummer normaal
verdeeld zijn. Hierdoor wordt er overgegaan op niet parametrische testen. Uit de Kruskal
Wallis test blijkt dat er op geen enkele leeftijd een significant verschil in α is tussen de
bladnummers. De p-waarden bedragen: 0,633; 0,907; 0,537; 0,546; 0,397; 0,654; 0,212.
Figuur 25 geeft het verband weer tussen de bladleeftijd en de fotosynthetische efficiëntie. Uit
de regressierechten blijkt dat α niet erg verschilt bij het ontluiken. De richtingscoëfficiënt
geeft aan dat de efficiëntie licht daalt in functie van de leeftijd bij blad 3 en 5 maar niet bij
blad 1 en 2. Verwacht wordt dat blad 1 een hogere efficiëntie vertoont omdat het meer
overschaduwd wordt door de andere bladeren en dus meer de karakteristieken van een
schaduwblad aanneemt (Givnisch, 1988). Dit werd echter niet waargenomen aangezien het
verschil in α tussen blad 1 en de volgende bladeren niet significant is. Er moet wel opgemerkt
worden dat α het sterkst stijgt in functie van de bladleeftijd voor blad 1.
1.4. Chlorofylgehalte
Uit Figuur 26 blijkt dat de evolutie van het chlorofylgehalte hetzelfde verloop vertoont voor
alle bladnummers. Het chlorofylgehalte stijgt lineair naarmate het blad ouder wordt, daarna
neemt het gehalte snel weer af (Figuur 26). Wat opvalt is dat deze afname nog niet optreedt
bij een leeftijd van 50 dagen bij het eerste blad maar al bij een leeftijd van 32 dagen voor het
vijfde blad. Bij blad 2 en 3 start de daling bij een leeftijd van 46 dagen.
Deze trend wordt bevestigd door de statistische verwerking (Tabel 10). In Figuur 26 zijn de
significante verschillen in chlorofylgehalte tussen de verschillende leeftijdscategorieën en
bladnummers weergegeven waarbij verschillende letters staan voor significante verschillen.
Tabel 10 ANOVA tabel en bijbehorende analyse van de normaliteit (Shapiro Wilk toets) en homogeniteit
van de variantie (Levene test) voor CCI in functie van de bladleeftijd. Waar er niet aan de voorwaarden
voor ANOVA wordt voldaan wordt een Kruskal Wallis toets (KW) uitgevoerd.
Bladnr.
1
2
3
5
SW per leeftijdscategorie
3 d.
10 d. 18 d. 25 d.
0,372 0,251 0,467 0,423
0,829 0,531 0,537 0,003
0,628 0,047 0,314 0,507
0,698 0,606 0,556 0,621
32 d. 39 d. 46 d.
0,662 0,616 0,658
0,893 0,327 0,203
0,986 0,950 -
Levene
ANOVA
0,142
0,00
KW
0,009
0,002
0,793
0,00
51
60
Chlorofyl Content Index (CCI)
C
C
B
AB
AB
AB
A
D
C
B
B
A
A
50
40
30
20
Bladnummer 1
y0 : 15,02
a : 0,70
R² 0,933
10
Bladnummer 2
y0 : 9,73
a : 0,61
R² : 0,987
60
0
Chlorofyl Content Index (CCI)
EE
3
10
18
25
D CC
BB
32
A
39
A
46
3
C
C
10
BC
BC
18
BB
25
A
32
39
46
50
40
30
20
Bladnummer 5
y0 = 7,81
a = 0,92
R² = 0,978
Bladnummer 3
y0 =6,65
a = 0,77
R² = 0,989
10
0
3
10
18
25
32
Leeftijd (dagen)
39
46
3
10
18
25
32
39
Leeftijd (dagen)
Figuur 26 Gemiddelde en standaardafwijking van het chlorofylgehalte in functie van de bladleeftijd voor
bladnummers 1, 2, 3 en 5. Verschillende letters duiden op een significant verschil tussen de
leeftijdscategorieën voor ieder bladnummer apart – test van Tukey (p = 0,05). Daarnaast zijn de passende
exponentiële regressiecurven weergegeven en de bijbehorende parameters van deze curven.
De afname in chlorofylconcentratie bij hogere bladouderdom kan verklaard worden door het
senescent worden van het blad. De foutenmarge van de chlorofylconcentratie is echter veel
groter naarmate het blad ouder wordt, aangezien het blad niet over het gehele bladoppervlak
even snel senescent wordt (Jurick et al., 1979). Deze vergrote foutenmarge werd
teruggevonden bij een bladleeftijd van 46 dagen bij blad 2 en 3. Bij het senescent worden van
het blad wordt er stikstof onttrokken uit de oudere bladeren (Ho, 1992). Hierdoor is het
mogelijk dat het chlorofyl a en b gehalte daalt omdat de plant deze onttrekt uit de bladeren.
Chlorofyl bevat immers stikstof en dit kan geremobiliseerd en opgeslagen worden in het
wortelstelsel of gebruikt voor de ontwikkeling van de jonge bladeren (Figuur 6) (Ho, 1992).
Figuur 26 geeft ook de trendlijn weer van CCI in functie van de bladleeftijd. Er wordt
gekozen om de lineaire trendlijn weer te geven tot het moment waarop CCI weer afnam.
Hiermee kan de mate waarin CCI stijgt in functie van de tijd (a) en het chlorofylgehalte bij
52
ontluiken (y0) geëvalueerd worden. Uit deze parameters blijkt dat het chlorofylgehalte van
blad 5 het snelst toeneemt maar ook eerder afneemt. Blad 1 heeft bij ontluiken de hoogste CCI
waarde en behoudt deze het langst naarmate het blad ouder wordt. Bladnummers 2 en 3
hebben een lagere CCI index bij ontluiken, de toename is minder sterk en de afname treedt
minder snel op dan bij blad 5.
Om de trends verder te onderzoeken werd een statistische analyse uitgevoerd. Uit voorgaande
testen (Tabel 10) blijkt dat niet alle data voor CCI normaal verdeeld is per leeftijdscategorie.
Hierdoor wordt er overgegaan op niet parametrische testen. Uit de Kruskal Wallis test blijkt
dat er een significant verschil is in CCI tussen de bladeren voor een bladleeftijd van 3 dagen
(p = 0,019), 18 dagen (p = 0,017) en 25 dagen (p = 0,012) (Figuur 27).
De statistische analyse bevestigt dat het chlorofylgehalte van blad 1 het hoogst is bij
ontluiken, en dat de CCI index bij blad 2 en 3 lager ligt bij het ontluiken (Figuur 27). De
andere trend, dat het CCI gehalte van blad 2 lager zou liggen dan bij de andere bladeren wordt
niet bevestigd. Opvallend is dat blad 1 hogere CCI waarden behoudt voor de verschillende
bladouderdommen. Blad 1 wordt nochtans het eerst en het meest overschaduwd, waardoor het
eerst senescent zou worden. Senescentie treedt namelijk het eerst op bij oudere bladeren die
overschaduwd worden door de nieuwere bladeren (Taiz & Zeiger, 2006).
Een andere trend, dat bladnummer 5 het snelst senescent wordt en dus het snelst een daling
vertoont in CCI concentratie valt wel binnen de verwachtingen. Jurick et al. (1979) vonden
dat bladeren van Fragaria vesca die ontwikkelden bij hoge lichtintensiteiten sneller hun
maximale fotosynthetische capaciteit bereiken maar deze ook minder lang aanhouden en
sneller afsterven. Blad 5 ontwikkelt zich simultaan met de bloeiwijze, waardoor er na blad 5
geen bladeren meer worden aangelegd voor een geruime periode. Blad 5 wordt dus langer dan
de andere bladeren niet overschaduwd, waardoor het meer PAR licht ontvangt dan de vorige
bladnummers. Hierdoor is het mogelijk dat de verhoogde lichtintensiteiten die blad 5 ontvangt
in vergelijking met de andere bladnummers er voor zorgt dat dit blad sneller veroudert. Een
andere mogelijkheid is dat het blad, dat bij ontwikkeling ook nog een sink is, in competitie
treedt met de bloeiwijze. De bloeiwijze is echter een sterkere sink, waardoor het blad minder
assimilaten toebedeeld krijgt bij zijn ontwikkeling in vergelijking met de bladnummers die
ontstonden toen er nog geen bloeiwijze werd gevormd (Ho, 1992). Verder onderzoek kan
uitwijzen welk van deze hypothesen de meest aannemelijke is.
53
40
CCI
30
A
AB
B
AB
A
A
A
A
20
10
3 dagen
10 dagen
0
1
2
3
5
1
2
3
5
A
BC
C
AB
A
B
B
AB
2
3
5
40
CCI
30
20
10
18 dagen
25 dagen
0
1
2
3
Bladnummer
5
1
Bladnummer
Figuur 27 Gemiddelde en standaardafwijking CCI in functie van het bladnummer per leeftijdscategorie
Hierbij zijn a en b significant verschillend – Toets van Tukey (p = 0,05).
Om verbanden tussen het chlorofylgehalte en de functionele parameters van de fotosynthese
te kunnen leggen werd de correlatiecoëfficiënt van Pearson berekend. Hieruit bleek dat de
correlatie tussen CCI en Pmax tegen de verwachtingen in negatief is en niet erg groot (ρ = 0,122). Verwacht werd dat de variatie in Pmax goed te verklaren zou zijn aan de hand van de
CCI waarden, aangezien een hogere CCI waarde wijst op meer fotosynthetisch actieve
pigmenten, waardoor er meer licht kan gecapteerd worden en de fotosynthese snelheid hoger
verloopt (Taiz & Zeiger, 2006).
Maar het chlorofylgehalte wordt ook beïnvloed door de karakteristieken van het blad. Zo
bevat een schaduwblad meer chlorofyl dan een lichtblad (Atwell et al., 1999) Hierdoor kan
besloten worden dat blad 1, welke een hoog chlorofylgehalte heeft meer de karakteristieken
van een schaduwblad aanneemt. Ook bij de andere bladeren kan het aanvankelijke stijgen van
het chlorofylgehalte wijzen op het omvormen van het blad naar een schaduwblad. Dit wordt
mogelijks veroorzaakt door de lagere lichtintensiteiten in de kas naarmate het experiment
loopt, zoals te zien is op Figuur 24.
54
2. Vergelijken fotosynthetische functionele parameters in
functie van het plantstadium
Om de functionele parameters (Rd, Pmax en ) te vergelijken tussen generatieve en vegetatieve
planten wordt de data van blad 5 uit proef 1 vergeleken met de data van blad 5 en 6 van de
planten waar de bloeiwijze werd verwijderd.
2.1. Donkerrespiratie (Rd)
Figuur 28 geeft het gemiddelde en de standaard afwijking weer van Rd in functie van de
leeftijd van het blad. Algemeen is er voor beiden in absolute waarde een degressief dalende
trend waar te nemen. Tabel 11 geeft de resultaten van de statistische testen weer. Hieruit blijkt
dat er op geen enkel moment een significant verschil is in Rd tussen de planten met bloeiwijze
en deze zonder bloeiwijze.
Tabel 11 Analyse van de normaliteit (Shapiro Wilk toets) van R d in functie van de sink-load. Waar er niet
aan de voorwaarden voor een t-test wordt voldaan wordt een Mann-Whitney U toets uitgevoerd.
Bladleeftijd
Shapiro Wilk test
zonder bloeiwijze
0,031
0,038
0,765
0,518
4 dagen
11 dagen
18 dagen
25 dagen
Shapiro Wilk test met
bloeiwijze
0,519
0,096
0,935
T-test
Mann-Whitney
U
0,064
0,149
0,436
0,445
0
-2
-1
Rd (in µmol CO2 m s )
-1
-2
-3
-4
zonder bloeiwijze
met bloeiwijze
-5
4
11
18
25
Leeftijd (in dagen)
Figuur 28 Gemiddelde en standaardafwijking van Rd met en zonder bloeiwijze in functie van bladleeftijd.
Algemeen kan besloten worden dat er geen significant verschil in donkerrespiratie waar te
nemen is tussen bloeiende planten en planten met een verwijderde bloeiwijze.
2.2. Maximale fotosynthese snelheid (Pmax)
Figuur 29 geeft de gemiddelden met standaardafwijking weer van de maximale fotosynthese
voor planten met bloeiwijze en planten waar de bloeiwijze werd verwijderd. Tabel 12 geeft
55
weer dat alle data normaal verdeeld waren. Uit de t-testen die hieruit volgden bleek dat er
enkel een significant verschil in Pmax waar te nemen is op een leeftijd van 18 dagen.
Tabel 12 Analyse van de normaliteit (Shapiro Wilk toets) van P max in functie van de sink-load.
bladleeftijd
Shapiro Wilk test
zonder bloeiwijze
0,550
0,916
0,263
0,925
4 dagen
11 dagen
18 dagen
25 dagen
Shapiro Wilk test
met bloeiwijze
0,475
0,668
0,820
T-test
0,881
0,058
0,002
0,341
15
-2
-1
Pmax (µmol PAR m s )
20
10
5
zonder bloeiwijze
met bloeiwijze
0
4
11
18
25
leeftijd (in dagen)
Figuur 29 Gemiddelde en standaardafwijking P max met en zonder bloeiwijze in functie van de bladleeftijd.
Dit wijst op een effect enkele dagen na het verwijderen van de bloeiwijzen. 18 dagen na het
verwijderen van de bloeistengel wordt er een significant hogere waarde voor Pmax
waargenomen bij de planten zonder bloeiwijzen. In de literatuur vindt men echter dat de
maximale fotosynthese hoger ligt bij planten waar de bloeiwijze niet wordt verwijderd. Bij
aardbeien werd vastgesteld dat Pmax bij planten met vruchten tot 40% hoger kan liggen dan bij
planten zonder vruchten (Van Elsacker et al., 1989).
In deze proef bleek echter het omgekeerde, Pmax was telkens hoger bij de vegetatieve planten
tegenover de generatieve planten, zij het niet op elk tijdstip significant. Dit kan te wijten zijn
aan het lange dag regime en de temperatuur waarbij de planten zich bevonden. Temperaturen
hoger dan 18°C en lange dag regimes van meer dan 16 uur maakt de vorming van uitlopers
mogelijk. Stolonen zijn echter minder sterke sinks dan bloemen waardoor de stoloonvorming
bij planten die een bloeiwijze bezitten wordt tegengehouden ondanks de stolooninducerende
omstandigheden in de kas. Bij planten zonder bloeiwijze kunnen de stolonen zich echter
prima ontwikkelen aangezien er geen competitie plaatsvindt met de bloeiwijze (Serçe &
Hancock, 2005). De sink-beperking die ontstond bij de planten waar de bloeiwijze werd
verwijderd wordt opgevangen door het vormen van stolonen.
56
Bij het verwijderen van sinks daalt immers de mate waarin er suikers worden onttrokken aan
het floëem. Hierdoor neemt de turgordruk niet voldoende af aan de sink zijde, waardoor de
suikers accumuleren in de bladeren. Dit accumuleren veroorzaakt een negatieve feedback
waardoor de fotosynthese snelheid vertraagt (Taiz & Zeiger, 2006). Door het vormen van
stolonen creëert de plant zonder bloeiwijze echter nieuwe sinks wat de sink-beperking opheft
die ontstond door het verwijderen van de bloemstengel. Hierdoor wordt mogelijks de daling
in fotosynthese snelheid die normaal gesproken zou optreden niet waargenomen.
In een volgend onderzoek kunnen de bladeren langer opgevolgd worden. Zo zullen de
bloemen zich verder ontwikkelen tot vruchten. Vruchten zijn immers sterkere sinks met een
hogere prioriteit in het aantrekken van assimilaten (Ho, 1992). Hierdoor is het verschil in
sink-load tussen de beide objecten veel groter waardoor er mogelijks andere en sterkere trends
waar te nemen zijn. Ook het verwijderen van stolonen kan andere trends naar voor brengen.
2.3. Fotosynthetische efficiëntie (α)
Figuur 30 geeft de gemiddelden en standaardafwijking weer van de fotosynthetische
efficiëntie in functie van de bladleeftijd voor de planten met bloeiwijze en zonder bloeiwijze.
Tabel 13 geeft de uitkomst van de statistische testen weer. Hieruit blijkt dat er op geen enkel
moment er een significant verschil in fotosynthetische efficiëntie waar te nemen is tussen de
planten met en deze zonder bloeiwijze.
Tabel 13 Analyse van de normaliteit (Shapiro Wilk toets) van α in functie van de sink-load. Waar er niet
aan de voorwaarden voor een t-test wordt voldaan wordt een Mann-Whitney U toets uitgevoerd.
bladleeftijd
4 dagen
11 dagen
18 dagen
25 dagen
SW zonder
bloeiwijze
0,188
0,913
0,558
0,337
SW met
bloeiwijze
0,761
0,839
0,986
T-test
Mann-Whitney
U
0,355
0,421
0,246
0,585
Figuur 30 Gemiddelde en standaardafwijking α met en zonder bloeiwijze in functie van de bladleeftijd.
57
3. Vergelijken maximale fotosynthese snelheid (Pmax) in
functie van het substraat
3.1. Verloop Pmax in functie van de tijd
Voor deze proef werd er voor gekozen om te meten bij een lichtintensiteit van 1000 µmol
PAR m-2 s-1 aangezien dit de lichtintensiteit was waar maximale fotosynthese werd
waargenomen bij proef 1. Figuur 31 geeft het verloop weer van Pmax in functie van de
bladleeftijd van 5 dagen tot 54 dagen voor verschillende substraten. Hieruit blijkt dat voor elk
object de fotosynthese snelheid een dalend verloop kent in functie van de leeftijd. Ook lijkt
deze daling niet bij elk substraat even sterk. Bij de behandeling zonder bemesting maar met
enkel kalkgift (0K en 3K) bereikt Pmax het snelst een minimale waarde.
Pmax (µmol CO2 m-2 s-1)
25
20
15
10
5
C
3M
3KM
0
Pmax (µmol CO2 m-2 s-1)
2/2 9/2 16/2 23/2 2/3 9/3 16/3 23/3 2/2 9/2 16/2 23/2 2/3 9/3 16/3 23/3 2/2 9/2 16/2 23/2 2/3 9/3 16/3 23/3
X Data
20
15
10
5
3K
0M
0KM
0
2/2 9/2 16/2 23/2 2/3 9/3 16/3 23/3 2/2 9/2 16/2 23/2 2/3 9/3 16/3 23/3 2/2 9/2 16/2 23/2 2/3 9/3 16/3 23/3
meettijdstippen (dagen)
Pmax (µmol CO2 m-2 s-1)
20
meettijdstippen (dagen)
15
10
5
0K
0
2/2 9/2 16/2 23/2 2/3 9/3 16/3 23/3
meetijdstippen (dagen)
Figuur 31 Verloop gemiddelden en standaardafwijking P max in functie van de tijd voor elke behandeling.
Hierbij staat 0 voor een object zonder biochar, 3 voor een object met 3% biochar, K voor een object met
kalk, M voor een object met meststoffen en C voor een object met chitine.
58
Wat opvalt is het verschil met proef 1. In de eerste proef (3.1) (Figuur 22) kwam duidelijk
naar voren dat Pmax van het derde blad meteen daalde na ontluiken. Dit werd bevestigd door
de negatieve richtingscoëfficiënt van de trendlijn. Dit is echter niet het geval in deze proef,
hier wordt eerst een lichte stijging waargenomen bij alle 3 e bladeren van alle objecten
alvorens de daling wordt ingezet. Dergelijke trend was wel zichtbaar bij het eerste en tweede
blad bij de planten van proef 1. Pmax stijgt tot een bladleeftijd van gemiddeld 14 tot 19 dagen,
waarna ze terug afneemt om na ongeveer 40 tot 45 dagen te stagneren.
Verwacht wordt dat Pmax stijgt tot de expansie van het blad voltooid is (Pettersen et al., 2010).
Uit de lengtemetingen van het blad blijkt dat de afmetingen van de bladeren niet meer
toenemen na de meting van 4 maart bij een bladleeftijd tussen de 33 en 38 dagen. De stijging
in Pmax stopt echter eerder, namelijk op 13 februari, bij een leeftijd tussen de 14 en 19 dagen.
Dit kan het gevolg zijn van de beschaduwing van de bladeren.
De gemeten bladeren bevinden zich immers eerder onderaan in het gewas waardoor deze
bladeren mogelijks de karakteristieken van een schaduwbladeren vertonen, waaronder een
lagere Pmax (Hancock, 1999). De aanwezige bladeren kunnen zich aanpassen aan de
verminderde lichthoeveelheid wanneer ze overschaduwd worden door de bovenliggende
bladeren. Het vermogen om zich aan te passen daalt echter wanneer het blad zijn uiteindelijke
grootte bereikt heeft (Jurick et al., 1979). Het is dus mogelijk dat de gemeten bladeren
evolueerden naar schaduwblad tijdens de metingen. Tot 4 maart (leeftijd 33 en 38 dagen)
hadden de bladeren immers nog niet hun uiteindelijke grootte bereikt waardoor ze zich nog
konden aanpassen aan de verminderde lichtinval. Hierdoor konden ze efficiënter gebruik
maakten van de lagere lichtintensiteit die ze ontvingen. Dit verklaart ook waarom P max
stagneert na een leeftijd tussen de 40 en 45 dagen, de bladeren zijn op dit moment volledig
aangepast aan de schaduwrijke omstandigheden onder in het gewas en bezitten niet meer de
capaciteit om zich verder aan te passen omdat ze hun uiteindelijke grootte hebbe bereikt. Het
zijn vanaf dit moment schaduwbladeren die typisch voor dit soort blad een lagere Pmax
vertonen. Verder onderzoek is nodig om te bekijken of de gemeten bladeren ook andere
eigenschappen van schaduwbladeren vertonen zoals een lager lichtcompensatiepunt, een lager
lichtverzadigingspunt (Harbut et al., 2013), een hoger chlorofylgehalte en een dunnere
mesofiellaag (Attwel et al., 1999).
Een andere mogelijkheid is dat het blad senescent wordt. In teeltsystemen kan senescentie
namelijk vervroegd optreden bij de onderste bladeren door een gebrek aan licht (Pettersen et
al., 2010). Verder onderzoek kan uitwijzen of de gemeten bladeren inderdaad sneller afsterven
dan deze bovenin het gewas.
3.2. Effect substraat op Pmax
In Tabel 14 zijn de resultaten van de normaliteittest en de Levene’s test weergegeven per
behandeling per meetdatum. Hieruit blijkt dat er niet altijd aan de voorwaarden voor ANOVA
wordt voldaan. De afwijkingen zijn echter beperkt en omdat de macht van een ANOVA test
veel groter is dan deze van een Kruskal Wallis test wordt er toch geopteerd om een ANOVA
uit te voeren.
59
Tabel 14 ANOVA tabel met overzicht p-waarden normaliteittest: Shapiro Wilk toets en p-waarden
Levene test in functie van het substraat en het meettijdstip.
OK
05/02
09/02
13/02
25/02
27/02
04/03
09/03
11/03
16/03
18/03
20/03
0,528
0,512
0,708
0,147
0,366
0,712
0,884
0,103
0,394
0,110
0,991
OKM
0,912
0,699
0,171
0,717
0,318
0,597
0,392
0,929
0,532
0,674
0,084
OM
3K
0,316
0,214
0,337
0,526
0,104
0,403
0,379
0,854
0,583
0,790
0,937
0,657
0,307
0,609
0,419
0,132
0,840
0,785
0,142
0,022
0,278
0,022
3KM
0,823
0,780
0,801
0,932
0,275
0,721
0,555
0,958
0,711
0,083
0,980
3M
0,086
0,420
0,990
0,148
0,414
0,615
0,424
0,841
0,621
0,153
0,469
C
0,759
0,773
0,958
0,964
0,192
0,425
0,222
0,577
0,158
0,561
0,570
Levene
ANOVA
0,332
0,163
0,021
0,186
0,044
0,107
0,114
0,403
0,148
0,049
0,642
0,007
0,000
0,175
0,204
0,007
0,026
0,008
0,012
0,017
0,004
0,009
Hieruit blijkt dat er een significant verschil is voor alle meettijdstippen behalve 13/02 en
25/02. De significante verschillen worden weergegeven in Figuur 32. Verschillende letters
staan voor een significant verschil waarbij A staat voor de hoogste waarden, B voor de lagere
waarden enz.
Het substraat met chitine (C) behoort op elk meettijdstip tot de hoogste groep van Pmax
waarden (A). Een behandeling met chitine heeft dus een positieve invloed op de fotosynthese
snelheid waardoor planten met chitine aanrijking meer assimilaten kunnen vergaren bij
dezelfde lichtintensiteiten dan planten die op andere substraten staan. Verder onderzoek kan
uitwijzen of deze invloed stand houdt in andere substraatmengsels met chitine aanrijking, of
onder andere omgevingsomstandigheden en wat precies aan de basis ligt van deze verhoging.
Tussen de behandelingen met biochar (3) en zonder biochar (0) is dergelijke trend niet
consequent aanwezig. Zo is bij het substraat met kalk en meststoffen (KM) op 2 tijdstippen
Pmax hoger bij de behandeling met biochar (3KM) en op 2 andere tijdstippen scoort deze
zonder biochar (0KM) beter. Ook bij de behandeling met enkel meststoffen (M) is Pmax
eenmaal hoger bij de behandeling zonder biochar (0M) en eenmaal hoger bij de behandeling
met biochar (3M). Op de meeste meettijdstippen scoorden beide behandelingen even goed.
Hieruit kan besloten worden dat biochar geen duidelijk effect heeft op Pmax indien de planten
werden behandeld met een substraat van biochar, kalk en meststoffen (3KM) of van biochar
en meststoffen (3M).
Bij het substraat met enkel kalk (K) is echter te zien dat op 3 verschillende tijdstippen de
behandeling zonder biochar (0K) het beste scoort. Dit is niet wat verwacht werd, aangezien
biochar de stikstofinhoud van de plant zou verhogen wat de fotosynthese positief zou
beïnvloeden. Dit is echter afhankelijk van de samenstelling van het substraat waar biochar aan
werd toegevoegd (Xu et al., 2015). Verder onderzoek is nodig om te bekijken of kalk enig
remmend effect heeft op de werking van biochar.
60
Hoewel significante verschillen beperkt zijn lijkt het substraat met kalk en meststoffen (3KM
en 0KM) op verschillende tijdstippen beter te scoren dan de andere (met uitzondering van de
behandeling met chitine). Het substraat met enkel kalk (3K en 0K) lijkt op verschillende
tijdstippen beduidend slechter te scoren dan de andere. Het substraat met enkel meststoffen
(3M en 0M) ligt intermediair. Deze trend ligt in de lijn van de verwachtingen, aangezien het
toevoegen van kalk en meststoffen een positief effect heeft op de plantengroei en dus op de
fotosynthese snelheid, terwijl enkel het toevoegen van kalk de pH van het substraat te hoog
kan maken wat de plantengroei remt door bepaalde tekorten (Debersaques, 2014).
25
Pmax (µmol CO2 m-2 s-1)
05/02
09/02
13/02
20
15
10
A
5
B
B
B
B
B
B
A
B
C
A
B
B
C
C
A
B
C
A
A
A
A
A
A
A
A
B
C
0
Pmax (µmol CO2 m-2 s-1)
0K 0KM 0M
20
3K 3KM 3M
C
25/02
3K 3KM 3M
C
27/02
0K 0KM 0M
3K 3KM 3M
C
A
B
A
B
A
3K 3KM 3M
C
A
B
A
04/03
15
10
5
A
A
A
A
A
A
A
0
0K 0KM 0M
Pmax (µmol CO2 m-2 s-1)
0K 0KM 0M
20
3K 3KM 3M
C
09/03
A
B
A
B
A
B
0K 0KM 0M
A
B
A
3K 3KM 3M
A
C
11/03
A
B
A
B
A
B
0K 0KM 0M
B
16/03
15
10
5
0
B
A
B
B
Pmax (µmol CO2 m-2 s-1)
0K 0KM 0M
20
A
B
A
3K 3KM 3M
C
B
B
B
18/03
A
B
A
B
0K 0KM 0M
A
B
A
3K 3KM 3M
C
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
0K 0KM 0M
A
B
B
3K 3KM 3M
C
20/03
15
10
5
0
B
B
B
0K 0KM 0M
B
A
B
A
B
3K 3KM 3M
B
C
B
B
0K 0KM 0M
B
B
3K 3KM 3M
C
Figuur 32 Gemiddelde en standaardafwijking P max per meettijdstip en per substraat. Verschillende letters
staan voor significante verschillen met b de laagste en a de hoogste waarden (Test van Tukey, p = 0,05).
61
3.3. Effect substraat op chlorofylinhoud en verband met Pmax
Om bepaalde verschillen in Pmax tussen de substraten te kunnen verklaren werd een
chlorofylbepaling uitgevoerd. De hoeveelheid lichtpigmenten die een blad bevat heeft een
invloed op fotosynthese snelheid. Deze vangen immers fotonen op om over te brengen naar
het reactiecentrum. Hoe meer pigmenten een blad bevat, hoe meer fotonen er naar het
reactiecentrum gebracht worden en dus hoe meer energie er wordt vastgelegd en hoe hoger de
fotosynthese snelheid (Taiz & Zeiger, 2006). Algemeen kunnen we beschouwen dat de
hoeveelheid chlorofyl en carotenoïden een goede maatstaf zijn voor Pmax.
De correlatiecoëfficiënt van Pearson gaat na in welke mate dit verband geldt. Hieruit blijkt dat
er een zeer grote correlatie is tussen Pmax en de CCI waarden (ρ = 0,879). Er is een vrij goede
correlatie tussen Pmax en het chlorofyl a gehalte (ρ = 0,527) en tussen Pmax en het gehalte aan
carotenoïden (ρ = 0,443). Er is echter slechts een kleine correlatie met de hoeveelheid
chlorofyl b (ρ = 0,193).
Het chlorofylgehalte wordt geëvalueerd aan de hand van de CCI waarde op 20/03 en
chemische analyse, waarbij de bladeren verwijderd werden op 23/03.
Tabel 15 ANOVA tabel met overzicht p-waarden normaliteittest: Shapiro Wilk toets en p-waarden
Levene’s test in functie van het substraat. Indien er niet aan de voorwaarden voor een ANOVA wordt
voldaan wordt er een Kruskal Wallis test uitgevoerd.
Shapiro Wilk test
Levene
Kruskal
ANOVA
3K
Methode
test
Wallis
0K
0KM 0M
3K
3M
C
CCI
Chemisch:
chlorofyl a
Chemisch:
Chlorofyl b
Chemisch:
Carotenoïden
0,878
0,458
0,289
M
0,604 0,116
0,006
0,884
0,050
0,133
0,918
0,057
0,225
0,002
0,044
0,649
0,008
0,479
0,172
0,004
0,158
0,410
0,006
0,986
0,124
0,738
0,107
0,420
0,054
0,031
0,413
0,604
0,442
0,001
De CCI bepaling is voor alle objecten normaal verdeeld. De ANOVA wijst uit dat er een
significant verschil is in CCI tussen de behandelingen. Uit de Tukey-test blijkt dat er geen
significant verschil is in CCI tussen alle behandelingen buiten deze met Chitine, deze
verschilt significant van alle andere objecten (p = 0,499). Uit de Shapiro Wilk test van de
chemische chlorofyl bepaling blijkt dat niet alle data normaal verdeeld zijn. Er wordt een
Kruskal Wallis test uitgevoerd. Deze geeft aan dat er een significant verschil is in chlorofyl a
gehalte tussen de behandelingen (p = 0,002) en tussen de hoeveelheid carotenoïden (p =
0,031) er is echter geen significant verschil in chlorofyl b gehalte (p = 0,401). Figuur 33 geeft
de significante verschillen weer tussen de substraten.
62
chlorofyl
70
60
50
chlorofyl A (µg gFW -1)
Chlrofyl Content Index (CCI)
Chlorofyl A
60
50
40
30
20
A
B
10
B
B
B
B
B
3M
0K
3K
20
A
A
A
B
C
A
B
B
C
B
C
0
C
0KM 3KM 0M
C
50
0KM 3KM 0M
3M
0K
3K
A
16
Chlorofyl B
-1
40
30
20
A
A
A
Carotenoïden
14
Carotenoïden (µg gFW )
Chlorofyl B (µg gFW -1)
30
10
0
10
40
A
A
A
A
12
10
8
6
4
2
A
B
A
C
0
A
B
C
A
B
C
C
C
A
B
C
3M
0K
3K
0
C
0KM 3KM 0M
3M
0K
3K
C
0KM 3KM 0M
Figuur 33 CCI, Chlorofyl a, Chlorofyl b en Carotenoïden gehalte in functie van het substraat.
Verschillende letters staan voor significante verschillen, bepaald door Tukey test (links boven) of Mann
Whitney U testen (p = 0,05).
Bij het vergelijken van beide meetmethoden (CCI en chemisch) blijkt dat ongeveer dezelfde
trends naar boven komen. Er is geen significant verschil tussen de behandelingen in het
gehalte chlorofyl b. Daarom wordt enkel chlorofyl a vergeleken. Hieruit blijkt dat de
behandeling met chitine (C) bij beide meetmethodes tot de groep behoort met de hoogste
chlorofylinhoud. Volgens de chemische bepaling is er echter geen significant verschil met
0KM, 3KM en 0K. Dit is opmerkelijk, aangezien volgens de CCI metingen 0K geen hogere
chlorofylinhoud vertoont en aangezien visueel werd waargenomen dat de bladeren van deze
behandeling een eerder bleke kleur vertoonden. Mogelijks gaat het hier dan ook om een
meetfout tijdens de chemische chlorofylbepaling. De precieze oorzaak van de meetfout is niet
gekend. Het is mogelijk dat er een fout gebeurde bij het verdunnen met aceton. Daarnaast zijn
fouten in het vullen van de multiwell plaat mogelijk. Ook kan het zijn dat er een grotere
hoeveelheid bladweefsel in het staal aanwezig was. Dat de chlorofylinhoud van de
behandeling met kalk afwijkt valt dus te verklaren door een persoonlijk meetfout. De hogere
waarde van 0KM lijkt wel aannemelijk. Er kan verondersteld worden dat de hogere Pmax
waarden van de bladeren bij het object behandeld met chitine en deze met kalk en meststoffen
te verklaren zijn door de hogere chlorofylinhoud van de bladeren.
63
Wat ook opvalt is dat de behandelingen met biochar geen hoger carotenoïd of
chlorofylgehalte vertonen. Dit was echter wel wat verwacht werd, aangezien het toevoegen
van biochar de hoeveelheid stikstof in het blad doet toenemen volgens Xu et al. (2015).
Volgens datzelfde onderzoek was de mate van dit stikstofverhogend effect afhankelijk van het
substraat waar biochar werd aan toegevoegd. Verder onderzoek kan uitwijzen met welke
substraten biochar een positieve of negatieve interactie vertoont.
3.4. Evolutie chlorofylinhoud (CCI metingen) in functie van de tijd
In Tabel 16 zijn de resultaten van de normaliteittest en de Levene’s test weergegeven per
behandeling per meetdatum. Hieruit blijkt dat er niet altijd parametrische testen mogen
uitgevoerd worden. Er is een significant verschil in chlorofylgehalte tussen de substraten op
25/02, 27/02, 09/03, 11/03, 16/03 en 18/03. Significante verschillen zijn aangegeven als
verschillende letters op Figuur 34.
Tabel 16 ANOVA tabel met overzicht p-waarden normaliteittest: Shapiro Wilk toets en p-waarden
Levene’s test. Indien er niet aan de voorwaarden voor een ANOVA wordt voldaan wordt er een Kruskal
Wallis test uitgevoerd.
05/02
09/02
13/02
25/02
27/02
04/03
09/03
11/03
16/03
18/03
20/03
OK
OKM
OM
3K
3KM
3M
C
0,683
0,184
0,405
0,892
0,694
0,220
0,833
0,800
0,339
0,383
0,190
0,014
0,286
0,124
0,491
0,477
0,878
0,575
0,064
0,935
0,849
0,740
0,333
0,517
0,127
0,093
0,458
0,395
0,253
0,659
0,567
0,439
0,948
0,616
0,000
0,148
0,289
0,623
0,830
0,808
0,981
0,549
0,550
0,559
0,535
0,508
0,604
0,043
0,858
0,036
0,038
0,174
0,387
0,652
0,015
0,205
0,116
0,398
0,000
0,522
0,062
0,237
0,262
0,348
0,645
0,850
0,413
0,935
0,274
0,917
0,178
0,726
0,407
1,000
0,334
0,519
0,938
Levene ANOVA
0,062
0,046
0,328
0,145
0,044
0,016
0,071
0,061
0,023
0,442
KW
0,164
0,122
0,042
0,062
0,001
0,000
0,045
0,040
0,080
Hieruit blijkt dat het verschil in chlorofylinhoud door het substraat niet meteen zichtbaar is.
Bij de meting op 25 februari wordt het eerst een significant verschil opgemerkt. Vanaf deze
meting blijft er een significant verschil bestaan met uitzondering van de meettijdstippen 4 en
20 maart. Uit de testen blijkt dat het substraat met chitine (C) steeds bij de categorie met de
hoogste chlorofylinhoud behoort, maar dat er niet altijd een significant verschil is met de
andere substraten. Het toevoegen van biochar (3) heeft geen significant effect op de
chlorofylinhoud, aangezien er niet consequent een hogere chlorofylindex teruggevonden
wordt bij de behandelingen met biochar. De behandeling met enkel kalk behoort zoals
verwacht steeds tot de categorie met de laagste chlorofylinhoud. Deze vaststellingen komen
overeen met de verschillen in Pmax die gevonden worden in Figuur 32, waardoor inderdaad de
correlatie tussen Pmax en CCI sterk is.
64
09/02
CCI (chlorofyl content index)
05/02
13/02
60
40
20
A
A
A
A
A
3K 3KM 3M
C
A
A
A
A
A
A
A
A
3K 3KM 3M
C
A
A
A
A
A
A
A
A
0
CCI (chlorofyl content index)
0K 0KM 0M
60
0K 0KM 0M
27/02
25/02
0K 0KM 0M
3K 3KM 3M
C
A
A
A
3K 3KM 3M
C
04/03
40
20
A
B
A
B
A
B
B
A
B
A
B
A
C
A
B
C
A
B
B
A
A
A
A
B
C
0
CCI (chlorofyl content index)
0K 0KM 0M
60
3K 3KM 3M
C
0K 0KM 0M
3K 3KM 3M
C
11/03
09/03
0K 0KM 0M
16/03
40
20
B
C
A
B
C
A
B
C
A
3K 3KM 3M
C
A
B
C
A
B
C
A
B
B
B
B
B
A
B
C
B
C
B
C
B
C
B
B
0
CCI (chlorofyl content index)
0K 0KM 0M
60
0K 0KM 0M
3K 3KM 3M
C
A
A
A
3K 3KM 3M
C
0K 0KM 0M
3K 3KM 3M
C
20/03
18/03
40
20
C
B
C
B
C
B
C
B
A
A
C
0K 0KM 0M
A
A
A
B
0
0K 0KM 0M
3K 3KM 3M
Figuur 34 Gemiddelde en standaardafwijking CCI per meettijdstip en per substraat. Verschillende letters
staan voor significante verschillen met C de laagste waarden en A de hoogste, bepaald door de MannWhitney U test of Tukey test (p = 0,05).
65
ALGEMEEN BESLUIT
België is één van de wereldspelers in de teelt van aardbeien. Aardbeien zijn dan ook een
belangrijk exportproduct voor België. De doorteelt is een actueel substraatteeltsysteem voor
de teelt van aardbeien onder glas waarbij verschillende teelttechnische ingrepen en
klimaatsturingen mogelijk zijn. De mate waarin deze ingrepen effect hebben op fotosynthese,
en daarmee op de productie, is echter minder gekend. Om een beter inzicht te krijgen in de
fotosynthese van aardbei en de factoren die er invloed hebben, werden de functionele
fotosynthetische parameters opgevolgd, namelijk de donkerrespiratie (Rd), de maximale
fotosynthese snelheid (Pmax) en de fotosynthetische efficiëntie (α). Aan de hand van deze
parameters kon het verband bekeken worden tussen de fotosynthese en de bladouderdom, het
bladnummer, de sink-load en het substraat.
In de eerste proef werden de planten opgevolgd gedurende hun vegetatieve ontwikkeling
tijdens het najaar. Hieruit volgde dat de donkerrespiratie het verwachte verloop vertoonde,
namelijk een daling tijdens de expansie van het blad om een plateau te bereiken wanneer de
uiteindelijke bladgrootte bereikt was. Over het verloop van de efficiëntie van de fotosynthese
werd geen consensus terug gevonden in de literatuur. In deze proef bleek dat de efficiëntie
geen specifieke trend vertoonde in functie van de bladleeftijd, met uitzondering van het 3e
afgesplitste blad. Verder onderzoek kan aantonen of het om toeval gaat. Het verloop van de
maximale fotosynthese snelheid vertoonde een ander verloop dan verwacht werd. Bij roos en
komkommer werd gevonden dat Pmax toeneemt in functie van de bladouderdom tijdens de
expansie van het blad, daarna bereikt Pmax een plateau wanneer het blad zijn uiteindelijke
grootte bereikt, om weer te dalen naarmate bladouderdom toeneemt. In deze proef werd echter
meteen vanaf het ontluiken van het blad een dalende trend waargenomen. De omstandigheden
in de kas lagen hier aan de basis. Door de afnemende lichtintensiteiten in de kas naarmate het
seizoen vorderde, groeiden de bladeren niet op bij dezelfde lichtintensiteiten. Hierdoor daalde
de maximale fotosynthese snelheid van de bladeren, dit is een typisch kenmerk van een blad
dat opgroeit bij lage lichtintensiteiten. Bladeren nemen in die situatie namelijk meer de
karakteristieken aan van een schaduwblad aan. Verder onderzoek kan aantonen of de bladeren
ook de andere karakteristieken van een schaduwblad aannemen.
In dit opzicht zijn de resultaten van de derde proef interessant. In deze proef ontwikkelde het
meetblad zich eerst in volle zon maar werd nadien overschaduwd door nieuw gevormde
bladeren tijdens zijn periode van uitgroei. Hierdoor kregen de meetbladeren te maken met een
dalende lichtintensiteit in de loop van hun ontwikkeling. Dit zorgde mogelijk voor een
aanpassing in de karakteristieken van de meetbladeren zodat ze meer de eigenschappen van
een schaduwblad aannamen. Deze aanpassing vertaalde zich in het waargenomen verloop van
maximale fotosynthese snelheid in functie van de bladouderdom. Dit verloop ging als volgt:
in de periode waarin de bladeren nog niet overschaduwd werden nam de maximale
fotosynthese snelheid toe. Vervolgens nam deze parameter af naarmate er meer bladeren
boven het meetblad uitgroeiden. Tot slot stagneerde de maximale fotosynthese snelheid vanaf
het moment dat het meetblad zijn uiteindelijke grootte bereikte en zo zijn vermogen om zich
66
aan te passen aan een veranderende lichtintensiteit verloor. Deze evolutie naar schaduwblad
werd dus zowel waargenomen in de eerste proef als in de derde proef. De oorzaak was echter
niet dezelfde, in de eerste proef werd de evolutie naar schaduwblad veroorzaakt door het
seizoen, waar in het verloop van het najaar steeds lagere lichtintensiteiten de bladeren
bereikten, terwijl in de tweede proef de oorzaak moet gezocht worden bij het uitgroeien van
bovenliggende bladeren boven het meetblad.
In een volgend experiment werden bladeren opgevolgd bij planten met en zonder bloeiwijze.
Uit de analyse van de 3 functionele fotosynthetische parameters bleek dat er geen significant
verschil optrad voor de donkerrespiratie en de fotosynthetische efficiëntie. De maximale
fotosynthese werd echter wel significant beïnvloed. Algemeen ligt de fotosynthese snelheid
hoger bij planten met meer sinks zoals jonge bladeren, vruchten, bloeiwijzen of stolonen dan
bij planten waar de sinks verwijderd werden. Bij planten waar sinks verwijderd worden, treedt
immers sink beperking op. Dit verschijnsel ontstaat wanneer er te weinig vraag is naar
assimilaten aan de sink zijde, waardoor de assimilaten opstapelen in de bladeren. Dit
veroorzaakt een negatieve feedback op de fotosynthese. In de proef was de maximale
fotosynthese snelheid lager bij de planten met bloeiwijzen tegen over de planten zonder
bloeiwijzen. Bij planten zonder bloeiwijze ontwikkelden stolonen door het lange dag regime
en dit waren blijkbaar sterkere sinks dan de bloeiwijzen.
Tot slot werd er een derde experiment opgesteld om het effect van het substraat op de
fotosynthese na te gaan. Voornamelijk het toevoegen van het biopolymeer chitine, afkomstig
van schaaldieren, bleek een positief effect te hebben op de fotosynthese. Bladeren van planten
die op een substraat aangevuld met chitine opgroeiden hadden een grotere chlorofylinhoud en
een hogere maximale fotosynthese snelheid. Hierdoor kan er veronderstelt worden dat het
toevoegen van chitine ervoor zorgt dat de planten meer assimilaten kunnen vergaren bij
dezelfde lichtintensiteiten dan planten die in de andere substraten in deze proef wortelden.
Verder onderzoek is nodig aangezien er nog geen duidelijk werkingsprincipe is gevonden
waarom chitine een invloed heeft op de maximale fotosynthese snelheid en het
chlorofylgehalte en of deze invloed ook terug te vinden is in andere klimaatomstandigheden.
Het verwachte positieve effect van het pyrolyse product biochar op de fotosynthese snelheid
werd niet teruggevonden. Verwacht werd dat het toevoegen van biochar de hoeveelheid
stikstof en daarmee het gehalte aan chlorofyl in het blad zou verhogen. Er werd echter geen
grotere chlorofylinhoud teruggevonden. In de literatuur is terug te vinden dat dit kan door een
wisselwerking van biochar met de andere componenten van het substraat. Voornamelijk het
toevoegen van kalk leek het effect van biochar tegen te gaan, verder onderzoek kan uitwijzen
wat hier aan de basis ligt.
67
REFERENTIES
Aiken W.J., Hanan J.J., (1975) Photosynthesis in the Rose: Effect of Light Intensity, Water
Potential and Leaf Age. Journal of the American Society for Horticultural Science 100(5) (pp.
551 - 553)
Allégrow, (2013) Aardbeien. Accessed on 11/11/2014 link:
http://www.allegrow.be/nl/aardbeien-168.htm
Apogee Instruments, (2013) Chlorophyll Content Meter. Apogee Instruments Inc., Utah, VSA
Appeltans P., (2013) Production areas worldwide. International Strawberry Congress –
Antwerp accessed on 11/11/2014 link:
http://hoogstraten.eu/presentations/wednesday/2_ProductionAreasWorldwide_PhilippeAppelt
ans.pdf
Attwel B.J., Kriedmann P.E., Turnbull C.G.N., (1999) Light and CO2 effects on leaf
photosynthesis. In Attwel, Kriedmann, Turnbull Plants in Action: adaptation in nature,
performance in cultivation (pp. 664) South Yarra, Victoria: Macmillan Education Australia
Avola G., Cavallaro V., Patanè C., Riggi E., (2008) Gas exchange and photosynthetic water
use efficiency in response to light, CO2 concentration and temperature in Vicia faba. Journal
of Plant Physiology Vol. 165, issue 8 (pp. 796 - 804)
Baker J.J.W., Allen G.E., (1979) A course in Biology. Addison-Wesley Publishing Company,
Inc., Massachusetts
Bazzaz F. A., Ackerly D.D., Reekie E.G., (2000) Reproductive Allocation in Plants. In Fenner
M., Seeds: The Ecology of Regeneration in Plant Communities (pp. 1 - 30). CAB
International
Beer S. (1986) The fixation of inorganic carbon in plant cells. In Enoch H.Z., Kimball B.A.,
eds. Carbon Dioxide enrichment of greenhouse crops. Volume II physiology, yield and
economics. CRC Press, Inc. Boca Raton, Florida
Ben-Ami Bravdo, (1986) Effect of CO2 enrichment on photosynthesis of C3 plants. In Enoch
H.Z., Kimball B.A., eds. Carbon Dioxide enrichment of greenhouse crops. Volume II
physiology, yield and economics (pp. 13 – 27) CRC Press, Inc. Boca Raton, Florida
Bernaerts E., Demuynck E., Platteau J.,Tacquenier B., Van Broekhoven E., (2007)
Rentabiliteitsrapport Land- en tuinbouw 2005. Beleidsdomein landbouw en visserij, afdeling
monitoring en studie, Brussel
68
Cretolu M.S., Korthals G.W., Visser J.H.M., van Elsas J.D. (2013) Chitin Amendment
Increases Soil Suppressiveness toward Plant Pathogensand Modulates the Actinobacterial and
Oxalobacteraceal Communities in an Experimental Agricultural Field. Applied and
Environmental Microbiology 79:17 (pp. 5291 - 5301)
Chatterjee M., Bermudez-Lozano C.L., Clancy M.A., Davis T.M., Folta K.M., (2011) A
Strawberry KNOX Gene Regulates Leaf, Flower and Meristem Architecture. PLoS ONE 6:9
(pp. 13)
Constable G.A., Rawson H.M., (1980) Effect of leaf position, expansion and age on
photosynthesis, transpiration and water use efficiency of cotton. Australian Journal of Plant
Physiology 7 (pp. 89 – 100)
Debersaques F., (2014) Nutriëntenbeheer. Cursus gedoceerd aan de Universiteit Gent in het
kader van de masteropleiding: Master of Science in de Biowetenschappen land- en
tuinbouwkunde.
De Swaef T., (2007) Plantgebaseerde irrigigatiecontrole: bepaling en gebruik van een
kritische stamwaterpotentiaal. Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen,Universiteit Gent.
Demchak K., Harper J.K., Kime L.F, Lantz W., (2010) Strawberry production. Penn State
Extension, college of Agricultural Sciences
Dijkstra J., (1990) De Teelt Van Aardbeien Onder Glas. Informatie en kennis centrum Akkeren Tuinbouw Afd. Fruitteelt en Proefstation voor de Fruitteelt
Engelen J., (2013) Strawberry Sales Strategies in Belgium. International Strawberry
Congress – Antwerp accessed on 11/11/2014 link:
http://hoogstraten.eu/presentations/wednesday/11_PresentationBelgium_JanEngelen.pdf
FAOSTAT, (2013) Production, crops. FAO, accessed on 02/11/2014 link:
http://faostat.fao.org/site/567/DesktopDefault.aspx?PageID=567#ancor
Givnish T.J., (1988) Adaptation to Sun and Shade: A Whole-plant Perspective. Australion
Journal for Plant Physiology 15 (pp. 63 - 92).
Gossauer A., Engel N. (1995) Chlorophyll catabolism - structures, mechanisms, conversions.
Journal of Photochemistry and Photobiology Biology 32 (pp. 141 – 151)
Hancock J.F., (1999) Strawberries. In Crop Production Science in Horticulture Nr 11. CAB
international (pp. 1 - 237)
69
Harbut R.M., Sullivan J.A., Proctor J.T.A, Swartz H.J., (2012) Net Carbon Exchange Rate of
Fragaria Species, Synthetic Octoploids, and Derived Germplasm. Journal of the American
Society for Horticultural Science 137(3) (pp. 202 – 209)
Ho L. C., (1992) Fruit growth and sink strength. In: Marshall C,. Grace J, eds. Fruit and Seed
Production. Cambridge University Press (pp. 101 - 124)
Hoogstraten, (2014) De aardbeienteelt in Hoogstraten (België). Proefcentrum Hoogstraten
ITIS, (2014) Integrated Taxonomic Information System on-line database, accessed on
06/11/2014 link:
http://www.itis.gov/servlet/SingleRpt/SingleRpt?search_topic=TSN&search_value=24630
Janick J., Paull R.E., (2008) The Encyclopedia of Fruit & Nuts, CABI
Jiao J., Tsujita J., en Grodzinksi B., (1989) Influence of temperature on net CO2 exchange in
roses. Canadian Journal of Plant Science nr 71 (pp. 235 - 240)
Jurik T.W., Chabot J. F. Chabot B. F., (1979) Ontogeny of Photosynthetic Performance in
Fragaria virginiana under Changing Light Regimes. Plant Physiology 63 (pp. 542 – 547)
Kimball B.A. (1986a) CO2 stimulation of growth and yield under environmental restraints. In
Enoch H.Z., Kimball B.A., eds. Carbon Dioxide enrichment of greenhouse crops. Volume II
physiology, yield and economics. CRC Press, Inc. Boca Raton, Florida (pp. 53 – 67)
Kimball B.A. (1986b) Influence of Elevated CO2 on Crop Yield. In Enoch H.Z., Kimball
B.A., eds. Carbon Dioxide enrichment of greenhouse crops. Volume II physiology, yield and
economics. CRC Press, Inc. Boca Raton, Florida bldz. (105 – 117)
Lehmann J., Joseph S. (2009) Biochar for environmental management: an introduction. In:
Lehmann J, Joseph S., eds. Biochar for environmental management, science and technology.
Earthscan, London
Lewis P. (2012) The Terrestrial Carbon Cycle In Lewis GEOGG124 Terrestrial Carbon:
modeling and monitoring. geogg124 1.0 documentation (pp.27 - 33)
LI-COR (2013) LI-6400XT system, photosynthesis, Fluorescence, Respiration. LI-COR Inc,
Nebraska, USA
Loveless, A.R., (1983) Principles of plant biology for the tropics. Longman Group ltd,
Harlow, UK.
Marcelis L.F.M., (1996) Sinks strength as a determinant of dry matter partitioning in the
whole plant. Journal of experimental botany 47 (pp. 1281 - 1291)
70
Marshall C. & Watson M.A., (1992) Ecological and physiological aspects of reproductive
allocation. Society for experimental biology, seminar series 47 (pp. 173 - 202)
Maertens E., Bernaerts E., Oeyen A., Tacquenier B., (2013) Economische resultaten van de
Vlaamse land- en tuinbouw 2011-2012, Departement Landbouw en Visserij, Brussel.
Opti-Sciences, Inc., (2005) CCM-200 plus Chlorophyll Content Meter. Opti-Sciences, Inc.,
Hudson, VSA
Pasian C.C., Lieth J.H., (1989) Analysis of the Response of Net Photosynthesis of Rose
Leaves of Varying Ages to Photosynthetically Active Radiation and Temperature. Journal of
the American Society for Horticultural Science 114(4) (pp.581 - 586)
Pettersen R.I., Torre S., Gislerød H.R., (2010) Effects of leaf aging and light duration on
photosynthetic characteristics in a cucumber canopy. Scientia Horticulturae 125 (pp.82 - 87)
Platteau J. & Van Bogaert T. (reds.) (2009) Land- en tuinbouw in Vlaanderen 2009.
Landbouwindicatoren in zakformaat, Departement Landbouw en Visserij, Brussel
Poling E.B., (2012) Strawberry Plant Structure and Growth Habit. Cornell University
Department of Horticulture
POVLT, (2004) Is aardbeiplantgoed een nieuwe mogelijkheid voor onze bedrijven?
Provinciaal Onderzoeks- en Voorlichtingcentrum voor Land- en Tuinbouw tweemaandelijkse
nieuwsbrief jaargang 1 nr. 3
Prashanth H.K.V., Tharanathan R.N., (2007) Chitin/chitiosan: modifications and their
unlimited application potential - an overview. Trends in Food Scence & Technology 18
(pp.117 - 131)
Qian T., Dieleman J.A., Elings A., Marcelis L.F.M. (2012) Leaf photosynthetic and
morphological responses to elevated CO2 concentration and altered fruit number in the semi
closed greenhouse. Scientia Horticulturae 145 (pp1 - 9)
Redactie GFActueel, (2005) Zomerteelt aardbeien moet teler passen. GFActueel accessed on
12/11/2014 link: http://www.gfactueel.nl/Home/Achtergrond/2005/7/Zomerteelt-aardbeienmoet-teler-passen-GFA121428W/
REO, (2013) Aardbeien. Accessed on 06/11/2014 link:
http://www.reo.be/ndl/producten/product.asp?prod=aardbeien
Rieger M., (2006) Introduction to Fruit Crops. The Haxorth Press, Inc. (pp. 383 – 394)
71
Robertson H., (2000) Fragaria (strawberries). Accessed on 06/11/2014 link:
http://www.biodiversityexplorer.org/plants/rosaceae/fragaria.htm
Serçe S., Hancock J.F. (2005) The temperature and photoperiod regulation fo flowering and
runnering in the strawberries, Fragaria chiloensis, F. virginiana, and F. x ananassa. Scientia
Horticulturae 103 (pp. 167 - 177)
Sønsteby A., Heide O.M. (2007) Long-day control of flowering and everbearing Strawberries.
Journal of Horticultural Science & Biotechnology 82 (6) (pp. 875 - 884)
Taiz L., Zeiger E., (2006) Plant Physiology, Fourth Edition. Sinauer Asociates, Inc. (pp. 700)
Tharanathan R.N., Kittur F.S., (2003) Chitin — The Undisputed Biomolecule of Great
Potential, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 43:1 (pp.61 - 87)
The Plant List, (2013). Version 1.1. accessed on 06/11/2014 link:
http://www.theplantlist.org/tpl1.1/record/rjp-38077
Urban, L., (1993) influence de la nébulisation fine sur les relations hydrique et la production
de plants de Rosa hybrida cv. Sonia cultivés en hors-sol, sous serre. Thèse présentée à
l’Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand
Urban L., (1997) Introduction à la production sous serre. La gestion du climat, Tome1.
Technique & documentation, Paris, France (pp. 1 - 306).
Van Delm T., (2010) Belichting bij doordragers geeft productieverhoging. Proeftuinnieuws 4
(pp. 10 - 12)
Van Delm T., Melis P., Stoffels K. (2011). LEDs bevestigen als stuurlicht bij aardbei.
Proeftuinnieuws 19 (pp. 32 - 35)
Van Delm T., Vanderbruggen R., Melis P., Stoffels K., (2012) Vier weken vroeger met Ledassimilatiebelichting en temperatuursverhoging. Proeftuinnieuws 13 (pp. 27 - 29)
Van Elsacker P., Impens I., Liesse H., (1989) Fotosyntheseresponsoppervlak van aardbei in
functie van licht, CO2 en temperatuur. Revue de l’Agriculture – landbouwtijdschrift Vol. 42
nr. 4
Veiling Hoogstraten, (2013) Statistisch jaaroverzicht 2011-2013. Veiling Hoogstraten cvba
accessed on 11/11/2014 link:
https://www.veilinghoogstraten.be/documents_upload/Jaarstatistiek2011-2013.pdf
Vilt, (2010) Belgie vierde exportland wereldwijd voor aardbeien. Vlaams infocentrum landen tuinbouw.
72
Vermeulen, P. en Van de Beek, H., (1992) Modèle de décision pour le dosage du CO2 dans
les serres horticoles, choix d’investissements et méthodes de dosage. PTG, Naaldwijk, rapport
14. (pp. 31)
Whitecloud S., (2014) Teacher training: measuring photosynthesis and respiration in real time
with an IRGA. Dartmouth GK-12 program, a partnership with the U.S. National Science
Foundation
Xu C., Hosseini-Bai S., Hao Y., Rachaputi R., Wang H., Xu Z., Wallace H., (2015) Effect of
biochar amendment on yield and photosynthesis of peanot on two types of soils.
Environmental Science and Pollution Research 22 (pp. 6112 - 6125)
Xu H., Gauthier L., Desjardins Y., Gosselin A., (1997) Photosynthesis in leaves, fruits, stem
and petioles of greenhouse-grown tomato plants. Photosynthetica 33(1) (pp. 123 - 133)
Yang H., Huang X., Thompson J.R., (2015) Biochar: pros must outweigh cons. Nature 518
(pp. 483)
Zipmec, (2011) Strawberries-history, production, trade accessed on 12/11/2014 link:
http://www.zipmec.com/en/strawberries-history-production-trade-guide-fruit.html
73