Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam hebben een nieuwe klasse van moleculen ontwikkeld die de temperatuur van planten kunnen verhogen. Toepassing van zulke 'moleculaire verwarmers' maakt het mogelijk om gewassen bij lagere omgevingstemperaturen te laten groeien. Dit kan het groeiseizoen verlengen, de beschikbaarheid van landbouwgrond vergroten en veredelingsprogramma's voor nieuwe gewasvariëteiten versnellen.
De moleculaire verwarmers zijn ontwikkeld door prof. dr. Wybren Jan Buma van de groep Moleculaire Fotonica (Van 't Hoff Instituut voor Moleculaire Wetenschappen) en dr. Teun Munnik van de groep Plantencelbiologie (Swammerdam Instituut voor Levenswetenschappen). Ze werkten samen met onderzoekers van de universiteiten van Warwick en Bristol.
In experimenten in het laboratorium en in kassen toonden ze aan dat het moleculaire verwarmingseffect inderdaad kan worden gebruikt om planten op te warmen en daarbij de temperatuur van de bladeren met meer dan een graad Celsius te verhogen. Verder stelden ze vast dat toepassing van deze moleculaire verwarmers tot een toename van de hoeveelheid biomassa kan leiden.
Veldproeven
Momenteel worden de moleculaire verwarmers verder bestudeerd in het Europese 'Boostcrop'-project, dat wordt gefinancierd met bijna 5 miljoen euro uit het EU-programma 'Future and Emerging Technologies'. Dit onderzoek omvat kleinschalige veldproeven en de beoordeling van veiligheidsaspecten.
Bij toepassing op grote schaal kunnen de moleculaire verwarmers bijdragen aan het verhogen van de gewasopbrengst wereldwijd. Als gewassen bij lagere omgevingstemperaturen kunnen groeien, zijn ze op grotere hoogte of breedtegraden te telen. Ook kan het groeiseizoen worden verlengd en zullen planten zich sneller ontwikkelen.
Patent
De onderzoekers verkregen onlangs patent op de moleculen en zijn nu op zoek naar partners om verdere toepassingen te ontwikkelen. Uit verkennende contacten met relevante partijen is al een grote interesse gebleken vanuit de gewasbescherming en -veredeling.
Voor grootschalige toepassing gaat het er nu om de moleculaire verwarmers te combineren met oppervlakte-actieve stoffen en bevochtigingsmiddelen, of combinaties daarvan. Dat zou de praktische toepassing op planten optimaliseren, bijvoorbeeld via sproeitechnieken. Daarnaast willen de onderzoekers bekijken of het mogelijk is de moleculaire verwarmers chemisch aan te passen, zodat ze beter hechten aan het oppervlak van planten.
Zonnecrème-achtige moleculen
De werking van de moleculaire verwarmers lijkt op de werking van moleculen in zonnebrandcrèmes. Ze absorberen UV-licht en zetten deze energie om in moleculaire trillingen. Zo wordt schadelijk licht effectief omgezet in onschadelijke warmte - zij het op zo'n kleine schaal dat zonaanbidders daar niets van merken.
Wybren Jan Buma ontwikkelde technieken om deze moleculen te bestuderen met geavanceerde laserspectroscopie en wilde de reikwijdte van zijn onderzoek graag vergroten. Samen met plantenbioloog Teun Munnik ontwikkelde hij het idee om het fenomeen van moleculaire verwarming te gebruiken voor het verwarmen van planten.
Toen bleek dat dit nog niet eerder in de literatuur was gerapporteerd, wisten ze dat ze iets op het spoor waren. Ze besloten zich te richten op moleculen die natuurlijk voorkomen: planten produceren zelf ook moleculen (zoals sinapoylmalaat) om zich te beschermen tegen UV-straling van de zon. Buma en Munnik bestudeerden verschillende varianten van dit soort moleculen om hun warmteopwekkende werking te optimaliseren.