Commerciële gewassen zoals druiven, perziken, bessen en bloembollen gaan in de winter in rust, in wezen door de seizoenskou heen slapen voordat ze weer groeien, bloeit en bloeit weer in de warmere maanden.

Een kritieke zorg voor commerciële boeren is een goede en gesynchroniseerde boomgroei. Het probleem in milde winterklimaten is dat planten niet genoeg koeling krijgen, en de hervatting van de groei wordt verspreid waarbij sommige knoppen zelfs niet groeien. Wanneer boomgaarden met slapende bomen ongeveer tegelijkertijd beginnen te groeien, dit maakt het verzorgen van bomen en oogsten over het algemeen gemakkelijker en goedkoper, maar de groei van bomen en de timing ervan worden bepaald door de onvoorspelbare listen van het winterweer.

Nu heeft een groep wetenschappers van de Jazan Universiteit van Saoedi-Arabië een effectieve nieuwe manier ontdekt om de kiemrust van druiven en andere vruchtdragende planten te beheersen. door hightech plasma's te gebruiken om ze uit hun winterslaap te wekken.

Het werk kan helpen om de teelt van fruitgewassen en sierplanten die in gematigde klimaten voorkomen, uit te breiden naar delen van de wereld waar de winters milder zijn, inclusief het zuiden van de Verenigde Staten, Mexico, Brazilië, Zuid Azie, Zuidoost-Azië en het Midden-Oosten. Het kan ook de problemen verminderen die worden veroorzaakt door stijgende temperaturen als gevolg van de opwarming van de aarde in bepaalde delen van de wereld.

Het werk werd gedaan door een team van wetenschappers bestaande uit Habib Khemira, een tuinder; Zaka-ul-Islam Mujahid, een plasmafysicus; en Taieb Tounekti, een plantenfysioloog. "Kunstmatige methoden om de kiemrust vrij te maken, zullen naar verwachting in de nabije toekomst belangrijker worden vanwege de opwarming van de aarde, " zei Mujahid, die het werk volgende week zal presenteren op de American Physical Society 71e jaarlijkse Gaseous Electronics Conference en 60e jaarlijkse bijeenkomst van de APS Division of Plasma Physics, die plaatsvindt van 5 tot 9 november in het Oregon Convention Center in Portland.

Hoewel de methode in het laboratorium werkte, het moet nog in de praktijk worden getest en commercieel haalbaar en economisch levensvatbaar blijken te zijn om de voedselproductie op industriële schaal ten goede te komen.

Slapen, Misschien naar Bud

Terwijl de koude winter zijn weg kruipt naar de eenzame boomgaarden, gewassen voelen de langere nachten en frissere dagen aan en passen zich aan door inactief te worden. Vanaf het najaar, ze laten hun bladeren vallen, vertragen hun metabolische activiteit en komen in een "slaperige" toestand waarin ze de koude maanden zullen volhouden.

Planten worden verlost uit hun Jack Frost-sluimer door de koude winter zelf. Ze voelen de kou, houd de koude dagen bij in het holst van de winter, en als er genoeg van die koude dagen zijn, de planten reageren door hun metabolische processen te verhogen, wat leidt tot knopbreuk en scheutgroei wanneer de warmere lentedagen aanbreken.

Maar wanneer planten in milde wintergebieden worden gekweekt of het klimaat warmer wordt, ze krijgen misschien niet genoeg koeling om hun toppen op tijd vrij te geven. Soms met grillige weerpatronen, je zult bloemen vinden, fruit en slapende knoppen allemaal tegelijkertijd aan dezelfde boom. Over een hele boomgaard, dit kan asynchrone gewasrijping veroorzaken - een ongewenst resultaat voor boeren omdat het operaties zoals ongediertebestrijding bemoeilijkt en de arbeidskosten verhoogt en de opbrengst verlaagt.

Een van de uitdagingen voor moderne landbouw is het vinden van manieren om het maximale aantal knoppen op planten te duwen om te groeien, en tegelijkertijd bloem en vrucht dragen. Dit zou neerkomen op een groter bladoppervlak om het groeiende fruit te voeden, en tot een groter gewas dat tegelijkertijd kan worden geplukt.

Een nieuwe oplossing die begon met een informele discussie

Het Saoedi-Arabische team heeft een nieuwe manier gevonden om de planten uit hun rustperiode te halen door ze te onderwerpen aan plasma's, die speciaal zijn, heet, geïoniseerde gassen die soms de vierde toestand van materie worden genoemd - naast vaste stoffen, vloeistoffen en gewone gassen. Je vindt plasma's in blikseminslagen, stellaire kernen, hemelse aurora's en ouderwetse neonreclames.

Wetenschappers gebruiken plasma's voor alles, van het aandrijven van fusietestreactoren tot het steriliseren van medische implantaten. Het team gebruikte ze specifiek om slapende wijnstokken te behandelen.

Ze ontdekten dat blootstelling aan plasma oxidatieve stress veroorzaakt in de plant, precies dezelfde signalen die worden opgewekt door de kou in de cellen van slapende planten waarop de knoppen reageren door te ontwaken. Door druivenknoppen te behandelen met de plasma's, de onderzoekers ontdekten dat ze de kiemrust van de plant konden vrijmaken - en veel sneller dan het weer en veiliger dan bestaande kunstmatige methoden, die afhankelijk zijn van het besproeien van de gewassen met chemicaliën.

Mujahid zei dat het werk begon met een informele discussie die hij had met zijn collega Khemira, een senior onderzoeker aan het Centrum voor Milieuonderzoek en Studies van Jazan University. Khemira beschreef zijn werk over oxidatieve stress in druivenknoppen, en ze ontdekten dat niemand ooit had geprobeerd plasma's te gebruiken om oxidatieve stress te veroorzaken en ze uit hun rustperiode te bevrijden. Al snel testten ze de aanpak, en het werkte. Taieb analyseerde de monsters en ontdekte dat de plasmabehandeling inderdaad een oxidatieve stress veroorzaakte die vergelijkbaar is met wat wordt bereikt door natuurlijke kou en waterstofcyanamide.

"Sommige resultaten van ons eerste succesvolle experiment waren fenomenaal, en we konden niet geloven dat het waar was, "Zei Mujahid. Zelfs een paar minuten plasmabehandeling van toppen die nooit koud weer hebben gezien, stelden de planten in staat om vergelijkbare, zo niet beter, knopbreuk als controleplanten die optimale koude omstandigheden ervoeren (60 dagen blootstelling aan temperaturen van ongeveer 5 graden Celsius).

Ze testten de aanpak op verschillende druivenrassen uit verschillende gebieden en ontdekten dat het op alle soorten betrouwbaar werkte. Gewoonlijk verhelpen telers het probleem van gebrek aan koeling door bomen te besproeien met chemicaliën zoals waterstofcyanamide. Het probleem is dat waterstofcyaanamide of andere chemicaliën alleen effectief zijn als de plant een aanzienlijk deel van zijn koelbehoefte van natuurlijke kou haalt. Daarnaast, waterstofcyanamide is ook giftig voor de mens, dieren in het wild en de planten zelf. Daarom, de chemische stof is in verschillende landen verboden, zei Khemira.

Of de nieuwe, groenere aanpak met plasma's om slapende knoppen te behandelen, hangt af van een aantal dingen, inclusief of het zowel in het veld als in het laboratorium effectief zou werken. Het moet worden getest op andere gewassen dan druiven, en de kosten van de apparatuur moeten ook worden verantwoord.

"Er is nog veel werk aan het testen van de effectiviteit en haalbaarheid, "Zei Mujahid. "We zijn bezig met het uitzoeken van de juiste parameters om het naar het veld te brengen, maar het zou binnen een paar jaar in gebruik kunnen zijn."

Khemira zei dat als de praktische aspecten worden uitgewerkt en de nieuwe aanpak inderdaad commercieel levensvatbaar blijkt, dit een revolutie teweeg zou brengen in de manier waarop we veel gewassen verbouwen. De onderzoekers hebben patent aangevraagd op de methode en het toedieningssysteem.