Is het meten van plantweerbaarheid mogelijk?

Is het meten van plantweerbaarheid mogelijk?
Luc Stevens, Theo van der Lee en Carolien Zijlstra, 9 december 2016
Is het meten van plantweerbaarheid mogelijk?
 Definities
 Wat is bekend uit onderzoek?
● Monitoring van plant-respons op elicitors
● Monitoring van gezondheidstatus van plant
● Monitoring van ziekten en plagen
 Wat is mogelijk in de praktijk?
 Wat wil de praktijk?
2
Definities
 Plantweerbaarheid
● Vermogen tot verdediging
● Capaciteit van een plant om te reageren op een
verstoring door schade te weerstaan en door snel
te herstellen
● Vermogen om minder vatbaar te zijn voor ziekten
en plagen
 Sensoren
● = instrumenten om te monitoren ...
● ≠ instrumenten om te voorspellen ...?
3
Sensors for plant resilience
 Sensors = instruments to monitor ...
 Sensors ≠ instruments to predict ...?
 Plant resilience: capacity of a plant to respond to a
perturbation by resisting damage and by fast recovering.
?
Plant
response
reporter
4
Is het meten van plantweerbaarheid mogelijk?
 Definities
 Wat is bekend uit onderzoek?
● Monitoring van plant-respons op elicitors
● Monitoring van gezondheidstatus van plant
● Monitoring van ziekten en plagen
 Wat is mogelijk in de praktijk?
 Wat wil de praktijk?
5
Induced plant resistance
R/FR
6
Systemic acquired resistance (SAR)
SA-biosynthese
(ICS1; chloroplast)
SA 
Virulente
infectie
Elicitor
Avirulente
primaire
infectie
Herkenning van
pathogeen
moleculen
NPR1
NPR3
SA
Mobiel
SAR-signaal
NPR4
Ac
Me
Genexpressie
plantweerbaarheid
PR1, PR2, etc.
…
chromatine
Priming
DNA
Epigenetische
regulatie
7
Sensing the SAR response
 Expression of PR-proteins
● Enzyme assays (~ in principle general applicable)
● PR-2: ß-1,3-glucanase, substrate laminarin
● PR-3: chitinase
● RNA-expression (sequence specific)
● PR-1
 Salicylic acid expression (Ric de Vos et al)
 Determination of damage caused by the pathogen
8
Uitgangspunt (werkhypothese)
9
10
Is het meten van plantweerbaarheid mogelijk?
 Definities
 Wat is bekend uit onderzoek?
● Monitoring van plant-respons op elicitors
● Monitoring van gezondheidstatus van plant
● Monitoring van ziekten en plagen
 Wat is mogelijk in de praktijk?
 Wat wil de praktijk?
11
Chlorophyl Fluorescentie als indicatie voor
stress in planten
s u n lig h t
flu o re s c e n c e
O2
4e
-
CO2
Chl
heat
Gezond
2 H 2O
4H
+
CO2
C H 2O
+ H 2O
Stress
Voorbeeld van vroegtijdig kunnen
detecteren van stress
Example of visually no
damage: detected
damage in real time
Colour table of
Fv/Fm
After a few hours
Voorbeeld van vroegtijdig kunnen
detecteren van stress
Colour table of
Fv/Fm
Test met Cyclamen planten op Botrytis
Gezond
Geïnfecteerd
Ziek
Zwaar ziek
Kleur
efficiëntie van
fotosynthese
Fv /
Fm 0.
8
0.
6
0.
4
0.
2
0
Kleur olifantsoren
Verminderde fotosynthese olifantsoren
Welke plant heeft een betere kwaliteit?
In rechter plant is stress zichtbaar
Droogtestress in klimop
Zichtbaar gemaakt in minder
dan 0.8 seconden!
Kwantificering van schade via beeldbewerking
No damage visual by eye
But one of them is damaged!!
Do you know which one?
The left one is damaged!
Fv/F
m
Fv /
Fm 0.
8
0.
6
0.
4
0.
2
0
Monitoring of abiotic stress
0h
24h of cold stress
48h cold stress
More than meets the eye (Septoria Leaf Blotch)
6.000.000 (pixels) x 65.536 (gray values per pixel) x 7 (image overlays pixel to pixel)
x time (non-destructive, remote sensing)
pre-symptomatic phase (early measurement)
Is het meten van plantweerbaarheid mogelijk?
 Definities
 Wat is bekend uit onderzoek?
● Monitoring van plant-respons op elicitors
● Monitoring van gezondheidstatus van plant
● Monitoring van ziekten en plagen
 Wat is mogelijk in de praktijk?
 Wat wil de praktijk?
27
Detection: macro- and micro scaleetection
and quantification:
 Imaging
 On-site: LAMP
 Real-time PCR
 Luminex
 Next Generation Sequencing
Monitoring diseases in a greenhouse is like
searching for a needle in a haystack
Sven Sachsalber searching for a needle in a haystack in Paris.
Monitoring op ziekten efficient in 2 stappen:
1. Macro-scale monitoring: het gehele gewas wordt
globaal gescand op ziekte indicatoren tot een plek
wordt geidentificeerd die speciale aandacht verdient
2. Micro-scale monitoring: (delen van de) geidentificeerde
planten worden nader bekeken met DNA of
serologische detectietoetsen
30
Producten voor macro schaal monitoring
 CF camera
 Multispectrale beeldsensor
 Thermocamera?
 Electronische neus?
31
32
33
Conclusies



Plantweerbaarheid is een moeilijk begrip

De twee staps monitoring in Gezonde Kas maakt het mogelijk
ziekten aan te tonen nog voor symptomen zichtbaar zijn

CF Camera maakt het mogelijk stress waar te nemen als dat
met het blote oog nog niet waarneembaar is

Stress zal onder bepaalde omstandigheden een kenmerk van
plantweerbaarheid kunnen zijn

Het is belangrijk te weten wat de wensen zijn van de praktijk
Meten van SAR respons is mogelijk
Voor het meten van plantweerbaarheid is meer inzicht nodig
om te weten wat je moet meten bij welke omstandigheden
Website www.gezondekas.eu
Thanks for your attention
Thanks for your attention
Thanks for your attention
Sensors for plant resilience?
 Huidmondjes dicht bij droogte>minder fotosynthese
 Epigenetische resistentie induceren door moederplant te
belagen (bijv met rupsen die plant opvreten.
Nakomelingen zijn resistent tegen die rupsen door
methylering DNA ofzo).
 Meer FR in het lichtspectrum verhoogt gevoeligheid voor
meeldauw, doordat genen betrokken bij SAR responsen
inactief raken.
37