Zuiniger met CO2 bij gelijkblijvende of hogere productie? Sander Pot (Plant Dynamics BV) i.s.m.
Govert Trouwborst (Plant Lighting BV) Sander Hogewoning (Plant Lighting BV) Stefan Persoon (Inno Agro BV) Ary de Jong, Jeroen Sanders en collega’s (Demokwekerij Westland) CO2 bijeenkomst glasgroenten 5 november 2014
Inhoud Intro fotosynthese: het belang van CO2 Recent onderzoek “Meer rendement uit licht en CO2” en “Lelie”. Onderzoek luie bladeren Discussie
Fotosynthese
Twee deelreacties:
Lichtreactie: Lichtenergie wordt ingevangen en opgeslagen Donkerreactie: Energie wordt gebruikt en CO2 vastgelegd.
Lichtreactie
Donkerreactie
-2 -1
Netto fotosynthese ( mol CO2 m s )
Reactie van fotosynthese op CO2 25
CO 2-gehalte bij buitenlucht
CO2 respons lijkt op lichtrespons!
20
15 10 5 0
0
500 1000 1500 CO2 in blad (ppm)
2000
eerst enorme toename fotosynthese, daarna afvlakking
Licht- en donkerreactie PGA
Verhouding rood/groen belangrijk voor productiviteit Verhouding rood/groen is afhankelijk van:
CO2 concentratie in het blad, bepaald door CO2 concentratie rondom het blad en de huidmondjes-geleidbaarheid (Gs) Carboxylase/oxygenase verhouding Rubisco
Belang van huidmondjes Normaal huidmondje: CO2=400ppm
CO2=300ppm
Knijpend huidmondje: CO2=400ppm
CO2=100200ppm
Normaliter is de concentratie CO2 in de bladholtes iets lager dan in de buitenlucht, bij knijpende huidmondjes is dit echter fors lager!
Het meten van de fotosynthese response. Lichtbron+fluorescentie meetkop
CO2 en H2O analysator
Licht, CO2, temperatuur en vocht zijn instelbaar
Recent onderzoek “Meer rendement uit licht en CO2” Optimale licht- en CO2-dosering:
Verschilt per gewas (soms per cultivar / stadium)
Verschilt per seizoen
Zon-minnend, schaduw-minnend, of tussenin? CAM planten nemen ‘s nachts CO2 op (sommige potplanten)
Na lichte periode is de ‘machinekamer’ groter Zomermetingen zijn dus een soort referentiemetingen...
Verschilt per tijdstip van de dag
Het sluiten van huidmondjes belemmert CO2-opname
CO2-rendement Fotosynthese-respons op CO2 Kalanchoe, stadium 1
CO2-opname (µmol/m 2/s)
20
CO2 kas
Augustus % t.o.v. 400ppm
November
Februari
16 200
51%
52%
50%
augustus
400
100%
100%
100%
november
600
130%
139%
140%
700
137%
153%
162%
800
142%
147%
168%
900
144%
1000
143%
1100
143%
1200 1600
12
8 4
februari
0 0
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 CO2 kas (ppm)
Gs (mmol/m2/s)
0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00
Huidmondjes-respons op CO2 Kalanchoe, stadium 1
augustus november februari 0
176%
147%
178%
144%
135%
183%
144%
140%
185%
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 CO2 kas (ppm)
Effect van 700 ppm optimaal Huidmondjesopening reageert scherp op CO2 boven 700 ppm
Belang CO2 Bij minder licht toch dezelfde fotosynthese snelheid mogelijk bij verhoogd CO2 (geldt alleen wanneer CO2 ook limiterend is voor de fotosynthese)
Fotosynthese-respons op licht, Lelie, najaar 2012
8 CO2-opname µmol/m2/s
6
4 400 ppm
2
800 ppm 0
0
30
60
90
120
PAR (µmol/m2/s)
150
180
-2 -1
Netto fotosynthese ( mol CO2 m s )
Heeft veel CO2 ook nadelen? 25 CO 2-gehalte bij buitenlucht
20
lichtrespons!
15 10
5 0
CO2 respons lijkt op eerst enorme toename fotosynthese, daarna afvlakking
Hoog CO2 heeft ook nadelen: • rookgasverontreiniging • ‘luie bladeren’
0
500 1000 1500 CO2 in blad (ppm)
2000
‘FACE’: Free Air CO2 Enrichment
Tarwe, rijst, soja, mais, bomen…..kasgewassen????
Voorbeeld literatuur lange-termijn effect hoog CO2
Bron: Komatsu et al 2013
‘Luie’ bladeren
Luie bladeren
Sluitende huidmondjes (korte termijn) Minder huidmondjes (lange termijn)? Verminderde werking sleutelenzym Rubisco • • • •
Sleutelenzym RUBISCO: CO2-binder 25-50% van alle oplosbare eiwitten in bladeren=Rubisco Productie Rubisco op aarde geschat op 1000 kg/ seconde!! Wereldwijde zoektocht naar efficiënter Rubisco gaande
Zolang CO2 hoog is in de kas misschien geen probleem, maar als in het voorjaar de ramen open gaan….?
Opzet fundamenteel onderzoek paprika en tomaat
Proefopzet
Cabine 6
Cabine 5
Cabine 4
400 ppm CO2 continu RV continu hoog
1000 ppm ‘s ochtends ‘s middag 400 ppm RV continu hoog
1000 ppm CO2 continu RV continu hoog
1000 ppm CO2 continu en hoge RV ‘s middag 400 ppm en lage RV
1000 ppm CO2 continu RV continu hoog
400 ppm CO2 continu RV continu hoog
Cabine 1
Cabine 2
Cabine 3
Twee meetmomenten:
Korte acclimatietijd: (400 en 1000 ppm continu) • Rubisco-aanpassing? • Bladeren anatomisch gevormd bij plantenkweker dus zelfde bij alle behandelingen
Lange acclimatietijd: (alle behandelingen) • Rubisco-aanpassing? • Bladeren anatomisch gevormd bij verschillend CO2.
Foto 1. Meting van CO2-benutting met het LI-6400XT Portable Photosynthesis System. Links: Meting aan een paprikablad dat al aangelegd was bij de plantenkweker. Rechts: Meting aan een blad dat ontwikkeld is in de onderzoekscabine.
Tegelijkertijd meting van CO2-opname &verdamping en daaruit te berekenen de fotosynthese en huidmondjes-geleidbaarheid Meting tomaat en paprika in najaar 2013 en paprika nogmaals voorjaar 2014
Paprika, aanpassingen op korte termijn? Fotosynthese-respons op CO2
28 CO2-opname (µmol/m 2/s)
24 20 16
400 ppm
12 8
1000 ppm
4 0 0
200
400
600
800
1000 1200 1400
CO2 kas (ppm)
Korte termijn: al ontwikkelde bladeren blootgesteld aan hoog of laag CO2 Geen verschil in helling, dus geen verschil Rubisco-capaciteit
Rendement CO2 benutting bij paprika voorjaar: CO2 kas In ppm
400 ppm bladeren % t.o.v. 400ppm bij 400 ppm blad
1000 ppm bladeren % t.o.v. 400ppm bij 400 ppm blad
100
15%
17%
200
47%
48%
300
74%
76%
400
100%
100%
600
126%
133%
700
133%
140%
800
136%
144%
1000
139%
147%
1200
140%
146%
Vrij snel CO2-verzadiging (in tegenstelling tot najaarsmetingen waar huidmondjes slechts halfopen waren) Nb op de meetdagen liep in de namiddag ook de Gs omlaag!
Paprika: aanpassingen lange termijn van Rubisco?
Lange termijn = bladeren volledig ontwikkeld onder laag of hoog CO2
Fotosynthese-respons op CO2
CO2-opname (µmol/m2/s)
40 36 32 28 24 20 16 12 8 4 0
400 ppm 1000 ppm
0
200
400
600
800
1000 1200 1400
CO2 rondom blad (ppm)
Dus als de ramen open gaan produceren de ‘1000-ppm-bladeren’ minder. Fors verschil in helling curve (n=13)!
dus aanpassing in Rubisco-capaciteit capaciteit Rubisco 30% lager bij permanent hoog CO2
Rendement CO2-benutting paprika..... CO2 kas In ppm
400 ppm bladeren % t.o.v. 400ppm bij 400 ppm blad
1000 ppm bladeren % t.o.v. 400ppm bij 400 ppm blad
100
14%
8%
200
46%
32%
300
74%
53%
400
100%
73%
600
134%
106%
700
141%
118%
800
149%
127%
900
151%
134%
1000
153%
141%
1200
155%
151%
1400
155%
156%
400 ppm-bladeren in voorjaar: 22 tot 28% meer fotosynthese bij een zelfde CO2 niveau. In het najaar was het effect kleiner (±7%)
Najaarsmetingen tomaat: Geen ‘luie bladeren’ CO2 kas In ppm
Fotosynthese-respons op CO2
24 CO 2-opname (µmol/m 2/s)
20 16
12 8
400 ppm 1000 ppm
4 0 0
200
400
600
800 1000 1200 1400
CO2 kas (ppm)
400 ppm bladeren
1000 ppm bladeren
% t.o.v. 400ppm
% t.o.v. 400ppm
100
14%
21%
200
48%
54%
300
77%
79%
400
100%
100%
600
126%
125%
700
130%
129%
800
130%
130%
900
131%
130%
1000
133%
129%
Fotosynthese tomaat al bij laag CO2 verzadigd! Bij tomaat ‘luie bladeren’ ook minder relevant…
Samenvattend Korte termijn aanpassing:
Geen ‘luie bladeren’
Paprika al bij 700 ppm vrijwel CO2 verzadigd!
In de namiddag werd Gs beperkend! Oorzaak nog onbekend
Lange termijn:
Tomaat geen ‘luie bladeren’ (najaar) en al bij 600-700 ppm CO2-verzadigd
Paprika voorjaar 30% lagere Rubisco-capaciteit bij continu hoog CO2
najaar slechts 10% lagere Rubisco-capaciteit. Effect licht?
In wisselcabines ‘luiheid’ niet volledig voorkomen.
Komkommer:
Voorbeeld van CO2 response komkommer (november metingen aan praktijkgewas) 35 Fotosynthese (µmol)
30
25 20 15 10
5 0 0
300
600 900 CO2 kas (ppm)
1200
1500
Vanaf 900 ppm vrijwel CO2 verzadigd! (gemeten zonder lichtbeperking).
Geen uitspraak te doen over ‘luie’ bladeren, maar is bij komkommer waarschijnlijk ook minder relevant…
De ‘so what’ vraag…
Niveau CO2 verzadiging direct praktisch bruikbaar
Wie meer doseert dan de verzadigende waarden kan direct besparen.
Spectaculair effect ‘luie bladeren’ paprika gemeten. Wat kunnen we daarmee?
Voorkomt een matigere CO2 concentratie (bijv. 700 pm) ‘luie bladeren’?
Gaat een alternerende CO2 concentratie het optreden van ‘luie bladeren’ tegen? onderzoek ‘wisselcabines’ duidt erop dat dit ten dele kan.
Kunnen ‘luie bladeren’ weer actief worden? Zo ja, hoe snel gaat dat dan?
Dank voor uw aandacht!
Sander Hogewoning 06 14271525
Sander Pot 06 12885226
Stefan Persoon 06 47366020
[email protected] www.plantlighting.nl
[email protected] www.plant-dynamics.nl
[email protected]
