Wageningen, The Netherlands
July 5, 2019
A large proportion of crops, and hence valuable proteins, fats, fibres and other plant matter, are lost during the harvest. Luisa Trindade says this needs to change. “The world needs plants that can be used to the last molecule.”
“Crop plants as we know them are not developed to be fully used,” explains Luisa Trindade, professor holding a personal chair in Plant Breeding. “Take the stems of tomato plants, for example, which contain all kinds of useful building blocks. In theory, you could use the fibres in tomato stems as a raw material for jeans, but because of the way they are built into the plant it is not possible to extract them economically. Tomato plants are required to produce beautiful and tasty tomatoes, but the rest of the plant has never interested breeders.”
Miscanthus
Trindade wants to increase the value of crop residues. She thinks it is crucial to decide in advance exactly what you intend to do with valuable plant matter. She is currently focussing her research on fibre crops, including miscanthus. This grass serves as a raw material for all kinds of products. For example, cellulose from the plant is used to make paper and bioplastics, while the fibres are used as a lightweight filler in concrete. “We want to breed varieties that can be used for a range of applications,” says Trindade. “We also want these varieties to be robust, produce high yields in various environments and yield high quality materials.”
Identifying suitable gene combinations
Luisa Trindade’s research group has developed eight potential new breeds of miscanthus. These breeds all differ slightly genetically and have been planted in ten different locations in Europe. ‘It may be that one breed does very well in the Netherlands, while another performs better in Russia. Or one breed might prove to do well everywhere. That’s the breed we’re interested in. Thanks to new DNA techniques, we can detect useful genetic combinations very quickly and use them to continue the breeding programme. We want to improve the usefulness of the crops step by step, not only on agricultural land, but on marginal land too.’
Large-scale CO2 capture
Miscanthus has a number of interesting properties. The plant produces a lot of biomass, which is good for biodiversity, because animals like to use the crop as a place to shelter. Moreover, lots of biomass means that lots of CO2 is captured. Because miscanthus is a perennial plant, this CO2 is stored in the soil for longer, in the plant’s roots, which is good for soil quality. “The fact that it’s a perennial plant does mean that farmers will need to apply longer crop rotations. It also makes Miscanthus a good candidate for mixed cropping.”
An additional advantage is that the plant is almost completely comprised of a single type of matter and is therefore easier to modify. That is much more complex for a tomato plant, Trindade acknowledges: “As a breeder, my goal is for us to be able to use all of the plant. I predict that we will eventually breed tomato varieties with edible stems and leaves.”
At a time when the world population is growing explosively and the demand for food is increasing, Trindade believes we need to make the most out of biomass. This will require alternative crops, says the professor: “In some cases these will be new crops, in others variations of existing crops. But they will all be plants that we can use right down to the last fibre or molecule of protein.”
Read more in the dossiers:
Elephant grass - MiscanthusIt grows very fast, has the same energy value as coal, and it can be grown on the flight paths to Schiphol airport where it ensures that air traffic...
Food security - How do we feed almost 10 billion people in 2050?The world’s population is increasing quickly, and it is predicted to grow to almost 10 billion people in 2050. In about thirty years the earth...
WUR Circular & Biobased Economy Newsletter
This article appeared in the WUR Circular & Biobased Economy Newsletter.
Planten zonder afval
Bij de oogst gaat een groot deel van alle gewasplanten verloren - en daarmee ook kostbare eitwitten, vetten, vezels en andere hoogwaardige componenten. Dat moet anders, vindt Luisa Trindade. “De wereld heeft planten nodig die tot het laatste molecuul te gebruiken zijn.”
“De gewassen zoals we die kennen, zijn niet ontwikkeld om volledig gebruikt te worden”, legt Luisa Trindade, persoonlijk hoogleraar Plantenveredeling, uit: “Neem bijvoorbeeld stengels van tomatenplanten. Die bevatten allerlei interessante bouwstenen. In theorie kun je de vezels in deze stengels gebruiken als grondstof voor spijkerbroeken, maar door hoe ze nu in de plant zitten, zijn deze vezels er niet economisch rendabel uit te halen. De tomatenplant moet mooie, smaakvolle tomaten opbrengen en de rest van de plant hebben veredelaars nooit interessant gevonden.”
Miscanthus
Trindade wil de waarde van niet-gebruikte zijstromen van landbouwgewassen verbeteren. Volgens haar is het cruciaal om vooraf te bedenken waarvoor je waardevolle componenten in planten precies wilt gebruiken. Momenteel richt ze een groot deel van haar onderzoek op vezelgewassen, waaronder miscanthus. Deze grassoort dient als grondstof voor allerlei producten. Zo wordt de cellulose uit de plant gebruikt voor papier en bioplastics, terwijl de vezels als lichtgewicht vulstof worden verwerkt in beton. Trindade: “We willen via veredeling variëteiten ontwikkelen die gebruikt kunnen worden voor verschillende toepassingen. Daarnaast willen we dat deze variëteiten robuust zijn en dat ze in verschillende omgevingen hoge opbrengsten opleveren én van goede kwaliteit zijn.”
Gunstige genencombinaties opsporen
De onderzoeksgroep van Luisa Trindade heeft acht potentiële nieuwe rassen van miscanthus ontwikkeld. Deze nakomelingen, elk genetisch nét wat anders, zijn op tien verschillende locaties in Europa uitgezet. “Het kan zijn dat het ene gewas het heel goed in Nederland doet, terwijl een ander juist beter presteert in Rusland. Maar het kan ook zijn dat één ras het overal goed doet. En precies dát ras is interessant. Dankzij nieuwe DNA-technieken kunnen we gunstige genetische combinaties razendsnel opsporen en inzetten in het vervolg van het veredelingsprogramma. Op deze manier willen we gewassen stap voor stap steeds effectiever kunnen gebruiken, niet alleen op landbouwgrond, maar zeker ook op marginale gronden.”
Veel CO2 opgevangen
Miscanthus heeft daarbij een aantal interessante kenmerken. Zo produceert de plant veel biomassa. Dit is goed voor de biodiversiteit, omdat dieren de plant graag als schuilplaats gebruiken. Bovendien betekent veel biomassa dat er veel CO2 wordt opgevangen. Omdat miscanthus een meerjarige plant is, blijft dit CO2 via de wortels ook voor langere tijd in de bodem opgeslagen, wat goed is voor de bodemkwaliteit. Trindade: “Dat het een meerjarige plant is, betekent wel dat de landbouw het voor wat langere tijd als wisselgewas in rotatie moet nemen. Miscanthus past bijvoorbeeld heel goed in percelen met gemengde gewassen.”
Bijkomend voordeel is dat de plant vrijwel volledig uit hetzelfde plantenmateriaal bestaat en dus ook makkelijker is aan te passen. Bij, pakweg, een tomatenplant is de opgave complexer, erkent Trindade: “Als veredelaar is mijn doel dat we uiteindelijk alles van de plant kunnen gebruiken. Ik voorspel dat we uiteindelijk tomatenrassen gaan kweken waarvan we ook componenten in de stengels en de blaadjes kunnen gebruiken in voedsel.”
In de tijd dat de wereldbevolking explosief groeit en de vraag naar voedsel stijgt, is het volgens Trindade noodzakelijk om het maximale uit biomassa te halen. Dit vraagt om andere gewassen, aldus de hoogleraar: “Deels zullen dat nieuwe gewassen zijn, deels varianten van bestaande wassen. Maar het zullen allemaal planten moeten zijn die we tot de laatste vezel of het laatste eiwit kunnen gebruiken.”
Lees meer in de dossiers:
Olifantsgras - MiscanthusHet groeit als kool, heeft de energetische waarde van steenkool en kan verbouwd worden onder de aanvliegroutes van Schiphol, waardoor het vliegverkeer...
Voedselzekerheid - Hoe voeden we in 2050 bijna 10 miljard mensen?De wereldbevolking neemt sterkt toe en zal naar verwachting in 2050 bijna 10 miljard bedragen. In iets meer dan dertig jaar tijd komen er dus 2...
WUR Circulaire & Biobased Economy nieuwsbrief
Dit artikel verscheen in de WUR Circulaire & Biobased Economy nieuwsbrief.
Species
