COLUMBUS, Ohio – Het lijkt erop dat het stijgende kooldioxide-niveau in de atmosfeer een positieve kant heeft. Planten groeien sneller.
Bij veel plantensoorten is kwantiteit echter geen kwaliteit. De meeste planten groeien sneller, maar ze bevatten gemiddeld meer zetmeel, minder eiwit en minder belangrijke vitamines, aldus James Metzger, professor en voorzitter van de afdeling Tuinbouw en Gewaswetenschappen van het College of Food, Agricultural, and Environmental Sciences (CFAES) van de Ohio State University.
Deze verandering vindt plaats omdat het huidige niveau van kooldioxide in de atmosfeer 400 delen per miljoen is, bijna het dubbele van wat het was in het midden van de 18e eeuw, het begin van de industriële revolutie. En het blijft stijgen, aangewakkerd door de verbranding van brandstoffen.
Bij de opname van kooldioxide en licht vormt een plant eerst suikers en zetmeel, en vervolgens andere voedingsstoffen zoals eiwitten, vetten en antioxidanten. Hoewel kooldioxide noodzakelijk is voor planten om te leven, kan te veel kooldioxide de hoeveelheid waardevolle voedingsstoffen die de plant produceert, waaronder ijzer, zink en vitamine C, verminderen.
“Het verlies van voedingsstoffen, met name eiwitten, is ernstig,” zei Metzger. “Dat is niet bevorderlijk voor het streven van mensen om evenwichtiger te eten en hun voeding te verbeteren.”
Dierlijk vlees en zuivelproducten zijn een belangrijke bron van eiwitten voor de mens. Dus als dieren niet voldoende eiwitten uit planten halen, heeft dat gevolgen voor wat zij als voedsel kunnen produceren.
Wat er gebeurt is dat een hoger kooldioxidegehalte in de atmosfeer de hoeveelheid fotorespiratie vermindert die bij planten optreedt. Tijdens de fotorespiratie nemen planten zuurstof op uit de omgeving, laten kooldioxide vrijkomen en produceren afvalproducten, waaronder glycolzuur, dat een plant niet kan gebruiken. Om het glycolzuur om te zetten in een product dat de plant wel kan gebruiken, moet de plant meer aan fotosynthese doen, het proces waarbij planten zonlicht, water en kooldioxide gebruiken om glucose te maken, een suikervorm die planten nodig hebben om te overleven.
Een lage mate van fotorespiratie, veroorzaakt door de hogere hoeveelheden kooldioxide, wordt in verband gebracht met een laag stressniveau bij planten, wat ironisch genoeg geen goede zaak is. Dat komt omdat gestresste planten reageren door de productie van antioxidanten zoals vitamine C en E, evenals hogere eiwitniveaus. Dus als het kooldioxidegehalte in de atmosfeer stijgt, is er minder fotorespiratie en dus minder stress voor planten. En de verminderde stress betekent meer groei, maar tegen een prijs, een afname van de voedingskwaliteit van de planten.
“Dit is waargenomen bij veel verschillende plantensoorten,” zei Metzger.
Als de plant niet genoeg antioxidanten produceert, is dat niet alleen minder gezond voor mensen die de plant later eten, maar ook voor het vermogen van de plant om ziektes af te weren, zei Metzger. Planten kunnen kwetsbaarder worden voor ziekten en insecten. Met minder voedingsstoffen in de planten, moeten de insecten er meer van verslinden om dezelfde voedingswaarde te krijgen.
Niet alle planten reageren op dezelfde manier op de stijgende kooldioxide niveaus. Sommige gewassen, waaronder maïs en suikerriet, dalen niet in voedingswaarde bij een hoger kooldioxidegehalte. Dat komt omdat hun fotosyntheseproces verschilt van dat van de meeste andere planten.
De temperatuur is ook een factor. Afhankelijk van de temperatuur kunnen planten op verschillende manieren reageren op hoge kooldioxideniveaus. De stijgende kooldioxideniveaus die meer fotosynthese op gang brengen, kunnen de groei belemmeren van sommige planten die worden geteeld bij temperaturen onder 59 graden Fahrenheit, zoals wintertarwe, zei Katrina Cornish, Ohio Research Scholar en Endowed Chair in Bio-based Emergent Materials bij CFAES.
Planten die in warme weersomstandigheden worden geteeld, kunnen ook worden belemmerd door verhoogde kooldioxide. Bij warme temperaturen blijven veel planten koel door de poriën aan de onderkant van hun bladeren wijd open te zetten. Maar in een atmosfeer met een hoog kooldioxidegehalte gaan de poriën niet zo wijd open, zodat de planten niet in staat zijn zichzelf koel te houden, aldus Cornish. Dit kan ertoe leiden “dat de planten knapperige beestjes worden en sterven, terwijl ze in orde waren bij lagere kooldioxideniveaus,” zei ze.
“Planten hebben tijd nodig om zich aan te passen aan de stijging van het kooldioxideniveau. En de stijging gaat zo snel, dat planten niet de kans krijgen om zich aan te passen.”
Op korte termijn kan de extra fotosynthese als gevolg van het hogere kooldioxidegehalte leiden tot een kleine toename van het aantal bladeren, stengels en scheuten dat door een gewas wordt geproduceerd, maar niet noodzakelijkerwijs van het deel van het gewas dat kan worden geoogst. En op de lange termijn zal het meer kwaad dan goed doen voor planten, zei Cornish.
“Er zal een omslagpunt komen, en dat omslagpunt is voor elk gewas anders,” zei Cornish.
Er is al aangetoond dat rijstplanten die bij verhoogde kooldioxide worden geteeld, meer helmknoppen produceren, waaronder de stengels en bladeren van de plant vallen, maar minder en kleinere korrels.
Eén manier om te voorkomen dat de hogere kooldioxide-niveaus de groei en opbrengst van planten aantasten, is door middel van kruising van planten en genmanipulatie, aldus Metzger. Beide kunnen leiden tot de creatie van plantenvariëteiten waarvan de groei en de hoeveelheid voedingsstoffen minder worden beïnvloed door de hogere hoeveelheden kooldioxide in het milieu.
Er is meer onderzoek nodig om erachter te komen hoe een plant antioxidanten produceert, zei Metzger.
“Ik denk dat het belangrijk is dat we ons inspannen om echt te begrijpen hoe die biochemische routes worden gecontroleerd en hoe we ze kunnen manipuleren zonder schadelijke effecten op de plant.”