Planten hebben zonlicht nodig om, in combinatie met CO2 en water, suikers aan te maken en energie op te slaan. Maar bij een teveel aan zonlicht wordt de extra energie gebruikt om zuurstof om te zetten in zuurstofradicalen, die onder meer schadelijk zijn voor het proces van fotosynthese.
„Bij een teveel aan zonlicht kan er van alles misgaan in een plant”, zegt Herbert van Amerongen, hoogleraar biofysica aan de Wageningen Universiteit & Research, en niet betrokken bij het nu gepubliceerde onderzoek. Planten beschermen zich tegen een teveel aan zonlicht door een systeem aan te schakelen dat „het overschot aan inkomende energie niet omzet in elektronen, maar afvoert in de vorm van warmte”, zegt Van Amerongen, die onderzoek doet aan dit systeem.
Nadeel van dit beschermingssysteem is dat het weliswaar al binnen seconden tot minuten aanschakelt als er te veel zonlicht is, maar dat het veel trager weer uitschakelt als die overvloed voorbij is. In de tijd dat het systeem nog actief is, draait de fotosynthese niet op maximale capaciteit.
„Ons idee was dat een plant sneller kan groeien als het beschermingssysteem sneller wordt uitgeschakeld”, licht Steven Long toe. Hij coördineerde de studie, en is hoogleraar gewaswetenschappen aan de universiteit van Illinois. Long bewees het principe eerder met genetisch gemanipuleerde tabaksplanten waarbij het beschermingssysteem op drie onderdelen (twee enzymen, en een deel van het fotosynthese-apparaat) was veranderd. Het bovengrondse deel van de tabaksplanten nam daardoor 14 tot 21 procent in gewicht toe. De resultaten zijn in 2016 in Science gepubliceerd.
Maar daaropvolgende experimenten met genetisch gemanipuleerde zandraket lieten géén gewichtstoename zien. De onderzoekers testten daarop of ze, via dezelfde ingreep, de opbrengst van een belangrijk landbouwgewas wellicht konden verbeteren. Ze kozen voor soja.
Uit hun proeven blijkt dat in 2020 de oogst aan sojabonen, gemeten in gewicht, gemiddeld 24,5 procent toenam. Ze testten vijf verschillende sojavariëteiten, waarvan eentje een 33 procent hogere opbrengst gaf.
Maar in 2021 viel de oogst lager uit, en was hij vergelijkbaar met die van de niet-gemanipuleerde soja-variëteiten. De onderzoekers telden weliswaar gemiddeld 13 procent meer peulen aan de gemanipuleerde sojaplanten, maar het gewicht aan bonen lag niet hoger. Ze verklaren dat door een heftige storm net toen de sojaplanten bonen begonnen te maken (de peulen waren toen al aangelegd). Als gevolg daarvan werden de onderste bladeren meer bedekt door de bovenste bladeren, en bevonden ze zich bijna permanent in de schaduw. Ze hadden dus geen voordeel van de genetische manipulatie. Daarnaast was de bewolking volgens de onderzoekers in 2021 minder afwisselend dan in 2020, en daarmee ook de wisselingen tussen zon en schaduw.
Een toename van de oogst met bijna een kwart vindt Van Amerongen „behoorlijk veel”. Hij zegt dat hij er door was verrast. Ook omdat de experimenten met tabak en zandraket zulke verschillende uitkomsten lieten zien. „Tabak is een makkelijke plant. Veel mensen geloofden niet dat het in soja zou lukken.” Volgens Van Amerongen is het mooi dat de onderzoekers nu hebben laten zien dat de ingreep ook werkt in een belangrijk landbouwgewas. „Maar we weten nog steeds niet hóé het werkt.”
Het onderzoek van Long kreeg geld van onder andere de Bill & Melinda Gates Foundation. Long: „De voorwaarde is dat elke technologie die we ontwikkelen, ook deze, rechtenvrij beschikbaar moet zijn voor boeren in arme landen.”
