Pocket K nr. 14: Weefselkweektechnologie

net zoals elke persoon anders en uniek is, zo is elke plant. Sommige hebben eigenschappen zoals betere kleur, opbrengst, of ongediertebestendigheid. Jarenlang hebben wetenschappers gezocht naar methoden om ze in staat te stellen exacte kopieën te maken van deze superieure individuen.

planten reproduceren zich gewoonlijk door zaadvorming door seksuele voortplanting. Dat wil zeggen, eicellen in de bloemen worden bevrucht door stuifmeel van de meeldraden van de planten. Elk van deze seksuele cellen bevat genetisch materiaal in de vorm van DNA. Tijdens de seksuele voortplanting wordt DNA van beide ouders op nieuwe en onvoorspelbare manieren gecombineerd, waardoor unieke planten ontstaan.

deze onvoorspelbaarheid is een probleem voor kwekers, aangezien het enkele jaren van zorgvuldig kaswerk kan duren om een plant met gewenste eigenschappen te kweken. Velen van ons denken dat alle planten groeien uit zaden. Onderzoekers hebben nu echter verschillende methoden ontwikkeld om exacte kopieën van planten zonder zaden te kweken. En ze doen dit nu door middel van een methode genaamd “weefselkweek”.

Wat is weefselkweek?

weefselkweek (TC) is de teelt van plantaardige cellen, weefsels of organen op speciaal geformuleerde voedingsstoffen. Onder de juiste omstandigheden kan een hele plant worden geregenereerd uit een enkele cel. Plantenweefselkweek is een techniek die al meer dan 30 jaar bestaat. Weefselkweek wordt gezien als een belangrijke technologie voor ontwikkelingslanden voor de productie van ziektevrij, hoogwaardig plantmateriaal en de snelle productie van veel uniforme planten.

micropropagatie, een vorm van weefselkweek, verhoogt de hoeveelheid plantmateriaal om de verspreiding en grootschalige beplanting te vergemakkelijken. Op deze manier kunnen in korte tijd duizenden exemplaren van een plant worden geproduceerd. Micropropagated planten worden waargenomen om sneller te vestigen, krachtiger groeien en zijn groter, hebben een kortere en meer uniforme productiecyclus, en produceren hogere opbrengsten dan conventionele propagules.Plantenweefselkweek is een eenvoudige techniek en veel ontwikkelingslanden hebben het al onder de knie. De toepassing ervan vereist alleen een steriele werkplek, kinderkamer, en green house, en opgeleide mankracht. Helaas, weefselcultuur is arbeidsintensief, tijdrovend, en kan kostbaar zijn. Planten belangrijk voor ontwikkelingslanden die zijn gegroeid in weefselcultuur zijn oliepalm, weegbree, den, banaan, datum, aubergine, jojoba, ananas, rubberboom, cassave, yam, zoete aardappel en tomaat. Deze toepassing is de meest gebruikte vorm van traditionele biotechnologie in Afrika.

gebruik van TC-Technologie in Azië

• weefselkweek is verfijnd om tegemoet te komen aan de behoeften van orchideeënsoorten en hybriden waarvan bekend is dat ze goed groeien in Zuidoost-Azië. Afgaande op de ervaring van Thailand, Singapore en Maleisië is de handel in sierbloemen en snijbloemen een aanzienlijke bron van deviezen en extra inkomsten voor kleine telers.
• in Thailand wordt weefselkweek gebruikt om langzaam groeiende en milieugevoelige orchideeën te reproduceren. Thailand is de leider in weefselcultuur in Zuidoost-Azië en produceert 50 miljoen plantlets per jaar. De meeste van deze orchideeën, die hebben geholpen het land uitgegroeid tot de grootste exporteur van hele en gesneden orchideeën in de wereld.
• Micropagatie door middel van scheutkweektechniek is ontwikkeld voor de massale vermeerdering van bananen. In de Filippijnen, wordt dit gebruikt als een controle benadering van virale ziekten in banaan zoals: banana bunchy Top virus (BBTV) en banana bract mozaïek virus (BBrMV), die algemeen worden verspreid via propagatieve materialen.

voordelen van TC-Technologie voor kleinschalige bananenproducenten in Kenia (bron: ISAAA)

in Kenia is banaan, net als in vele delen van de tropische en subtropische ontwikkelingslanden, een zeer belangrijk voedselgewas. In de afgelopen 20 jaar was er echter een snelle daling van de bananenproductie als gevolg van wijdverbreide bodemaantasting en de aantasting van bananenboomgaarden met plagen en ziekten. Deze problemen werden nog verergerd door de gangbare praktijk om nieuwe bananenplanten te kweken met behulp van besmette uitlopers. De situatie vormde een bedreiging voor de voedselzekerheid, de werkgelegenheid en de inkomens in de bananenproducerende gebieden. Weefselkweektechnologie werd beschouwd als een geschikte optie om voldoende kwaliteit en kwantiteit van dergelijke materialen te leveren.

bij goed beheer en veldhygiëne zijn de opbrengstverliezen als gevolg van plagen en ziekten op het bedrijf aanzienlijk verminderd. Weefselcultuurtechnologie heeft het mogelijk gemaakt voor boeren om toegang te hebben tot de volgende:

• grote hoeveelheden superieure schone aanplantmaterialen die vroeg rijpen (12-16 maanden in vergelijking met de conventionele banaan van 2-3 jaar)
• Grotere bosgewichten (30-45 kg in vergelijking met de 10-15 kg uit conventioneel materiaal)
• hogere jaarlijkse opbrengst per eenheid grond (40-60 ton per hectare in vergelijking met 15-20 ton eerder gerealiseerd met conventioneel materiaal

. Het bood ook de mogelijkheid om de bananenteelt om te vormen van een louter bestaansniveau tot een commerciële onderneming. Een bemoedigende conclusie uit een kosten-batenanalyse van het project is dat de tc-bananenteelt als onderneming meer lonend is dan de traditionele bananenteelt. Het project is ook vooral ten goede gekomen aan vrouwen die het gewas verzorgen, waardoor de genderkloof is verkleind.

voordelen van TC-Technologie voor rijstboeren in West-Afrika (bron: WARDA)

jarenlang droomden wetenschappers ervan om de robuustheid van de Afrikaanse rijstsoort (Oryza glaberrima) te combineren met de productiviteit van de Aziatische soort (Oryza sativa). Maar die twee zijn zo verschillend. Pogingen om ze te kruisen mislukten omdat de resulterende Nakomelingen allemaal steriel waren. In de jaren 1990, rijstkwekers van de West Africa Rice Development Association (WARDA) wendde zich tot biotechnologie in een poging om de onvruchtbaarheid problemen te overwinnen. De sleutel tot de inspanning waren genenbanken die zaden van 1.500 Afrikaanse rijst bevatten — die met uitsterven werden bedreigd omdat boeren ze al hebben verlaten voor Aziatische variëteiten met een hogere opbrengst.

vooruitgang in landbouwonderzoek hielp wetenschappers Kruis Deze twee soorten. Na kruisbestuiving van de twee soorten werden embryo ‘ s verwijderd en gekweekt op kunstmatige media met behulp van een proces dat bekend staat als “embryo-redding.”Omdat de resulterende planten vaak bijna steriel zijn, werden ze waar mogelijk opnieuw gekruist met de sativa-ouder (bekend als back-crossing). Zodra de vruchtbaarheid van het nageslacht werd verbeterd (vaak na verschillende cycli van back-crossing), werd de helmknoopkweek gebruikt om de gencomplement van de mannelijke geslachtscellen (helmknoppen) te verdubbelen en zo echte fokplanten te produceren.

de eerste van de nieuwe rijstsoorten genaamd “New Rice for Africa” (of NERICA) werd in 1994 getest en sindsdien zijn er veel nieuwe lijnen gegenereerd. Sommige van de nieuwe planten combineerden de oogsteigenschappen van de sativa-ouder met lokale aanpassingseigenschappen van glaberrima.

Nerica ‘ s hebben in het algemeen de volgende kenmerken:

• brede en hangende bladeren die onkruid in de vroege groei smoren
• pluimen of korrelkoppen die langer zijn met “gevorkte” takken, en tot 400 korrels bevatten
• meer frezen met sterke stengels om de zware korrelkoppen
• te ondersteunen en stevig vast te houden.5 ton per hectare bij lage inputs — en 5 ton of meer met slechts een minimale toename in de meststof gebruik (bedragen ongeveer 25% tot 250% toename in de productie)
• rijpt 30 tot 50 dagen eerder dan de huidige rassen, waardoor boeren te groeien van extra gewassen groenten of peulvruchten
• groter is dan de meeste rijst variëteiten en is bestand tegen plagen en verdraagt droogte beter
• groeit goed op de onvruchtbare en zure gronden—die bestaat uit 70% van het West-afrikaanse land rijst oppervlakte
• 2% meer body-building eiwit dan hun Afrikaanse of Aziatische ouders

door hun succes werden NERICAs snel door de boeren overgenomen. In 2000 werd geschat dat de nieuwe rices ongeveer 8.000 ha besloeg in Guinee, waarvan 5000 ha werd verbouwd door 20.000 boeren onder toezicht van het National extension agency. In 2002 voorspelde WARDA dat 330.000 ha zou worden geplant naar NERICAs – wat voldoende is om te voldoen aan de eigen zaadbehoeften van het land met overschot voor de export naar buurlanden.

verklarende woordenlijst

helmstok: voornaamste mannelijke voortplantingsstructuur, waarin stuifmeel wordt gevormd en opgeslagen.

apicale meristem : de uiteinden van wortels of stammen waaruit nieuwe cellen worden gevormd.

DNA: een molecuul dat wordt aangetroffen in cellen van organismen waar genetische informatie wordt opgeslagen.

Embryo-redding: een opeenvolging van weefselkweektechnieken die worden gebruikt om een bevrucht onrijp embryo als gevolg van een interspecifieke kruising in staat te stellen de groei en ontwikkeling voort te zetten, totdat het kan worden geregenereerd tot een volwassen plant.Meeldraden: mannelijke bloemdelen die stuifmeel, helmknoppen en filamenten bevatten.

1. DANIDA.2002. Beoordeling van de mogelijkheden en beperkingen voor de ontwikkeling en het gebruik van plantenbiotechnologie in verband met plantenveredeling en plantaardige productie in ontwikkelingslanden. Werkdocument. Ministerie van Buitenlandse Zaken, Denemarken.
2. DeVries, J. en Toenniessen, G. 2001. De oogst veiligstellen: Biotechnologie, kweek – en zaadsystemen voor Afrikaanse gewassen. De Rockefeller Foundation, New York. VERENIGDE.FAO 2002 Crop Biotechnology: a working paper for administrators and policy makers in sub-Saharan Africa. Kitch, L., Koch, M., en Sithole-Nang, I.
3. International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications (ISAAA). http://www.isaaa.org
4. Philippine Recommendations, 1994.
5. Ruff, Anne Marie. “Het zaad van de revolutie zaaien.”15 februari 2001. (http://www.undp.org.vn/mlist/envirovlc/022001/post50.htm)
6. Wambugu, F. en Kiome, R. 2001. De voordelen van biotechnologie voor kleinschalige bananentelers in Kenia. ISAAA Briefs nr. 22. ISAAA: Ithaca, NY.
7. West Africa Rice Development Association (WARDA)) http://www.warda.cgiar.org

* November 2006