Wageningen University & Research (WUR) heeft vroege detectie van ziekten en plagen via elektrische biosignalen onderzocht. Hiervoor zijn de biosensoren van Vivent gebruikt. Alja van der Schuren, Plant Physiology Scientist bij Vivent Biosignals, en Kirsten Leiss, Senior Researcher Plant Health bij WUR, gaan in de vierde editie van Horticoop-magazine Blad in gesprek over het onderzoeksproces, de veelbelovende resultaten en de mogelijkheden die deze nieuwe methode de teler biedt.
Kirsten Leiss, Senior Researcher Plant Health bij WUR (links) en Alja van der Schuren, Plant Physiology Scientist bij Vivent Biosignals (rechts)
Alja: "Planten gebruiken verschillende interne communicatiemechanismen. Zo kan een plant aangeven dat de wortels worden aangevallen of dat de klimaatomstandigheden veranderen, zodat de rest van de plant zicht daarop kan voorbereiden. Eén van die communicatiemechanismen is het elektrische biosignaal. Bij Vivent hebben we een methode ontwikkeld om dat signaal te lezen. We hebben een aantal algoritmen gemaakt om kleine stukjes informatie uit het elektrische signaal af te lezen. Deze informatie geeft aan of een plant is aangevallen door een ziekte. Vervolgens hebben we samen met Kirsten stukjes van het signaal onderzocht die een aanval door een virus, insect of schimmel laten zien."
Kirsten: "Dat klopt! In samenwerking met de Club van 100 hebben wij elektrofysiologische sensoren getoetst. Daarmee zijn we de eersten die biosensoren hebben onderzocht voor detectie van stress die wordt veroorzaakt door invliegende plagen of schimmels. Deze vorm van stress wordt ook wel biotische stress genoemd. Planten reageren heel specifiek op insecten en schimmels. De vraag is: hoe kunnen we deze reactie vroegtijdig herkennen?"
In afgesloten kooien wordt getest met trips op tomatenplanten
Alja: "Dat kan door de elektrische signalen te meten. Hiervoor heb je een controlegroep nodig, bestaande uit planten die vrij zijn van alle plagen en ziekten. Daarnaast is er een groep toetsplanten, dat zijn planten die geïnfecteerd zijn. Van beide groepen planten meten we de elektrische biosignalen, en die vergelijken we met elkaar. Het blijkt alleen niet altijd makkelijk om ervoor te zorgen dat planten geïnfesteerd worden. Af en toe doen de insecten hun werk niet, en raken planten niet geïnfesteerd. Dat blijft natuurlijk in handen van de natuur."
Kirsten: "We hebben inderdaad gemerkt dat er heel veel experimenten nodig zijn om een solide dataset op te bouwen. Het is en blijft onderzoek, en om goed te kunnen vergelijken moet er een duidelijk verschil zijn tussen de controleplanten en de toetsplanten. Er zal altijd een aantal datatsets niet bruikbaar zijn, dus het is essentieel om veel te experimenteren."
Alja doet onderzoek naar elektrische biosignalen
Alja: "Uit de data die we uiteindelijk hebben verzameld, hebben we het signaal van de toetsplanten vergeleken met die van de controleplanten. We hebben de signalen bij beide groepen ook vergeleken met signalen in de periodes daarvoor, zodat we zeker weten dat we de plant in de juiste fase bestuderen. Vervolgens zoekt de computer naar verschillen tussen de signalen. Daarbij kijken we in totaal naar ongeveer 700 kenmerken van het signaal, zoals de hoogte van het signaal of hoe vaak het signaal beweegt. De kenmerken waarbij de signalen tussen de twee groepen planten heel verschillend zijn, vormen de basis van het model dat we ontwikkelen."
Kirsten: "Voor het onderzoek hebben we twee modelplanten gekozen. Voor de sierteelt werkten we met gerbera's, en voor de vruchtgroenten hebben we tomatenplanten gebruikt. Omdat we willen weten of onze modellen op verschillende organismen werken, hebben we een virus, schimmel, en een insect op deze twee plantensoorten losgelaten. We zijn begonnen met het virus. Helaas konden we de planten niet genoeg infecteren, en lieten de planten te weinig symptomen zien om een model mee te kunnen bouwen. Bij de schimmel, de meeldauw, deed zich een ander probleem voor. De controlegroep bleek namelijk ook geïnfecteerd te zijn."
Bij de test met meeldauw op tomatenplanten bleek zowel de toets- als de controlegroep geïnfecteerd te zijn.
Alja: "Dat was jammer! De controleplanten moeten ook echt als controle dienen. Zodra daar een infectie zichtbaar is, is die data niet meer te gebruiken. Anders gaat het model misschien de vroege signalen van meeldauw zien als controle en dat willen we voorkomen."
Kirsten: "De resultaten van de insecten waren het meest veelbelovend. Hiervoor hebben we trips gebruikt: kleine insecten die de cellen van bladeren leegzuigen waardoor er lucht in komt. Daardoor krijgt het blad een soort zilveren glans. Die cosmetische schade is een probleem, maar ook het virus dat de trips verspreiden waardoor de hele plant verzwakt wordt. De symptomen daarvan zijn pas na 5-6 dagen zichtbaar, maar met de elektrische biosignalen konden we de infectie al na 2-3 dagen opsporen."
Alja: "Dat gaat de teler enorm helpen. Idealiter wil je een ziekte detecteren voordat het op de plant zichtbaar is en het zich kan verspreiden, zodat de teler tijdig kan ingrijpen. We testen allerlei tactieken met verschillende partijen in de keten, en dat ziet er veelbelovend uit! Voor het onderzoek met de WUR hebben we biosensoren gebruikt die met een kabel verbonden zijn met de plant. Dat is voor een experiment prima, maar in de praktijk is een apparaat zonder kabels wenselijk. Daarom hebben we recent een mini-biosensor ontwikkeld die op batterijen werkt. Deze kun je gemakkelijker op verschillende plekken in de kas plaatsen."
Kirsten: "Vervolgens moet de informatie uit de plant zo snel mogelijk bij de teler terechtkomen zodat die snel kan ingrijpen. Klopt het dat jullie daar ook al iets voor aan het ontwikkelen zijn?"
Alja: "We zijn inderdaad een live dashboard aan het testen bij de eerste telers. Op het moment dat de sensoren een plaag identificeren, krijgt de teler een pushbericht op zijn telefoon of computer. De signalen komen door met slechts een paar minuten vertraging, dus dat is bijna live data uit de kas! Met deze ontwikkeling gaan we over op plantgericht telen. We stellen de plant meer centraal in de besluitvorming van de teelt. Waar de generatie die nu langzamerhand met pensioen gaat vaak op ervaring vertrouwde, zal de nieuwe generatie telers meer met nieuwe technologieën werken."
Kirsten: "Vanuit een onderzoekersperspectief begrijp ik dit volkomen. Ik wil de plant van binnenuit kunnen lezen en de taal van de plant begrijpen. Dat is een uitdaging, maar heeft ook veel potentie. De elektrofysiologische sensor van Vivent meet niet alleen biotische stress, maar ook abiotische stress, ofwel stress die veroorzaakt wordt door het klimaat. Die combinatie is uniek en biedt veel mogelijkheden voor nieuwe onderzoeken! Ik ben dan ook heel blij dat de Club van 100 dit onderzoek mogelijk heeft gemaakt."
Alja: "Ik hoop dat we in de toekomst dit onderzoek met de Club van 100 en de WUR kunnen voortzetten om uiteindelijk steeds slimmer te kunnen telen!"
De Club van 100 De Club van 100 is een samenwerking van verschillende toeleveranciers en handelsbedrijven in de glastuinbouw, waaronder Horticoop. Samen met de WUR ontwikkelen leden van de Club kennis voor telers wereldwijd, om bij te dragen aan een duurzame, toekomstbestendige glastuinbouw.
Voor meer informatie:
Carl Rentes
Vivent
carl.rentes@vivent.ch
www.vivent-biosignals.com
WUR
www.wur.nl