Project R-3578

Impact van herbiciden op het metabolisme van Brassica napus L. als voeder- en energiegewas met betrekking tot kwaliteit en potentieel gebruik in fytoremediatie (Onderzoek)

De steeds toenemende vraag naar voedsel, water en energie van onze huidige maatschappij, stelt ons voor belangrijke vraagstukken. Met het oog op voedselzekerheid, spelen pesticiden een onontbeerlijke rol in de agronomische sector. Maar het gebruik ervan gaat tegelijk ook gepaard met een blootstelling aan potentieel gevaarlijke stoffen en dus rijzen tegelijk ook vragen omtrent milieuverontreiniging en voedselveiligheid op. Herbiciden, die het grootste deel van de pesticiden afzetmarkt vertegenwoordigen (48.5%), bestaan uit actieve bestanddelen die behoren tot de hydrofobe organische polluenten. Het zijn gechloreerde aromatische structuren die op lange termijn schade aan mens en milieu kunnen veroorzaken door bio-accumulatie. De actieve bestanddelen inhiberen plant-specifieke processen met als primaire targets fotosynthese, biosynthese van celwand, lipiden en aminozuren. De selectiviteit van het actieve bestanddeel is daarom zeer belangrijk om onkruidbestrijding te garanderen zonder gewasopbrengst en kwaliteit negatief te beïnvloeden. Een sleutelrol in de tolerantie van een gewas tegen een herbicide is het metabolisme van een plant dat instaat voor de detoxificatie van deze stoffen. Detoxificatie gebeurt in de eerste fase met behulp van cytochroom P450 enzymen en peroxidasen die instaan voor de omzetting naar meer polaire moleculen. Deze worden vervolgens geconjugeerd met glutathion (GSH) met behulp van glutathion-S-transferasen (GST). Hierna worden de metabolieten tenslotte naar de vacuole of de apoplast getransporteerd. In dit onderzoeksvoorstel wordt de focus gelegd op koolzaad (Brassica napus L.), een belangrijk landbouwgewas dat enerzijds voor olieproductie geteeld wordt en anderzijds als potentiële bron voor biobrandstof gebruikt kan worden en dus als voedselgewas, respectievelijk fytoremediatiegewas kan fungeren. Het eerste luik van dit onderzoeksproject omvat een in situ veld en een mesocosm experiment waarbij de fytotoxiciteit van het selectieve herbicide metazachloor en herbicideresiduen van mesotrione en terbuthylazine bestuderen in het gewas B. napus. Hierbij worden zowel morfologische (zoals o.a. biomassa, zaadopbrengst), biochemische eindpuntparameters (lipidenperoxidatie, pigmentanalyse en nutriëntenprofielen) alsook biochemische parameters gelinkt aan de cellulaire redoxbalans (enzymactiviteiten van antioxidatieve enzymen, NAD(P)H producerende en metabolietbepalingen (GSH, Vit C, Vit E, NADPH)) gemeten. In het tweede luik zullen de onderliggende mechanismen van tolerantie, i.e. het metabolisme dat bestaat uit detoxificatie en de redoxbalans, op het gewas B. napus en het verwante modelorganisme Arabidopsis thaliana bestudeerd worden. Hierbij worden bovenop de cellulaire redoxbalans (verhouding pro- en antioxidanten), ook GST enzymen op transcriptie en eiwitniveau gemeten. Inzicht in de verdedigingsmechanismen en de identificatie van sleutelcomponenten in de processen die zorgen voor een goede verdediging tegen herbicide verontreiniging kan bijdragen tot de ontwikkeling van meer selectieve en dus milieuvriendelijke herbiciden, zodanig dat de biomassaproductie en de kwaliteit van landbouwgewassen gevrijwaard blijft. De verworven kennis kan geïmplementeerd worden bij de ontwikkeling van een duurzaam landbouwbeheer, waarbij bijzondere aandacht wordt besteed aan de kwaliteit en bewaarbaarheid van het gewas en zijn producten. Deze kennis kan ook worden toegepast in de keuze van variëteiten gericht op zijn eindtoepassing; hetzij voedsel/veevoeder, hetzij fytoremediatie met energie als eindproduct. Fytoremediatie is een goedkoop, milieuvriendelijk en veilig bodemsaneringsalternatief dat bijdraagt aan de ontwikkeling van nieuwe strategieën om opbrengsten en kwaliteit van de landbouwsector in een veranderende omgeving te vrijwaren.

01 januari 2012 - 31 december 2015