Lang niet alle planten hebben onze hulp nodig om zich te beschermen tegen ongedierte. Sommige planten hebben namelijk een laagje minuscule haartjes op hun stengels of bladeren, die ervoor zorgen dat insecten niet kunnen landen. Soms, zoals bij vleesetende planten, zitten er ook nog plakkerige vloeistofbolletjes op deze haartjes waar de insecten aan blijven plakken. Maar omdat niet alle planten, en zeker niet alle gewassen, over zo’n natuurlijk afweermechanisme beschikken, zijn pesticiden vooralsnog onmisbaar. Het plakkerige afweermechanisme van planten biedt inspiratie om nieuwe pesticiden te ontwikkelen die duurzamer zijn dan de gangbare middelen.  

Druppels 

Het Natural Plant Defense Consortium bestaat uit samenwerkende onderzoeksgroepen van de universiteiten van Leiden, Wageningen en Groningen, en Aeres Hogeschool. Ook zijn er verschillende agrobedrijven bij betrokken. Al deze onderzoekers bundelen hun krachten in het ontwikkelen van twee soorten pesticiden, vertelt Ralph van Zwieten, promovendus in de designer polymeric materials-groep van Thomas Kodger aan de Wageningen Universiteit. ‘Ik maak een pesticide met olie, en mijn collega in Groningen werkt aan een water-gebaseerde pesticide. Maar het basisprincipe is hetzelfde, ze vormen net als bij de vleesetende plant plakkerige druppels.’ Het idee is dat de ongewenste insecten aan die plakkerige druppels blijven hangen, en zo onschadelijk worden gemaakt. Hierbij richten de onderzoekers zich vooral op tripsen; kleine vliegende insecten die wereldwijd veel schade aanrichten doordat ze gaten in plantencellen prikken en de inhoud opzuigen.  

Abinaya Arunachalam, promovendus in de polymeerchemie-groep van Marleen Kamperman aan de Rijksuniversiteit Groningen, probeert deze beestjes ook te vangen door het natuurlijke voorbeeld na te bootsen. ‘We hebben gekeken naar verschillende moleculen in de plakkerige bolletjes zoals die op planten voorkomen, en uitgezocht of we deze aan een biopolymeer kunnen binden om een goed pesticide te maken. We kunnen niet te veel details vrijgeven, maar het is gelukt om een geschikte combinatie te vinden. De plakkerigheid kunnen we bepalen door te spelen met de viscositeit en elasticiteit, eigenlijk hoe vloeibaar of vast het mengsel is. Dit kunnen we aanpassen door meer of minder waterstofbruggen en vanderwaals-interacties toe te voegen.’ Het mengsel los je vervolgens op in water en dan kun je het op de plant sprayen. Een deel van het water verdampt, en dan houd je plakkerige druppels over.

Het was even zoeken naar de juiste combinatie, maar inmiddels hebben ze een werkend systeem gevonden, aldus Arunachalam. ‘Ons pesticide wordt nu getest op chrysanten door de collega’s in Leiden en bij Aeres Hogeschool. Ze konden er goed mee sprayen, en het leek ook de tripsen te kunnen vangen.’ Tijdens de testen ontdekten de onderzoekers wel dat de omstandigheden behoorlijk invloed hebben op de werking van het pesticide. ‘Vooral de luchtvochtigheid is erg belangrijk. Als die laag is, droogt de druppel te veel uit en plakt hij niet meer.’ Een manier om deze uitdroging mogelijk te voorkomen is bewatering van de planten. ‘Als je de plant elke paar dagen besproeit met water, blijft de druppel waarschijnlijk plakkerig genoeg’, zegt Arunachalam. ‘Maar dit moeten we nog wel verder testen, want het is ook niet de bedoeling dat je het pesticide daardoor van de plant spoelt.’ 

‘Het is een heel simpel proces dat een heel plakkerig goedje oplevert’

Ralph van Zwieten  

Crosslinken 

Om de invloed van dergelijke omstandigheden te verminderen, pakken de onderzoekers in Wageningen het anders aan. ‘Wij baseren ons pesticide op olie’, zegt Van Zwieten. ‘De plakkerige bolletjes die je dan vormt zijn niet afhankelijk van luchtvochtigheid.’ Het idee komt van de verfindustrie, waar lijnzaadolie veel werd gebruikt omdat het na oxidatie een elastisch materiaal vormt. ‘We hebben allerlei moleculen aan de lijnzaadolie toegevoegd om deeltjes te maken die plakkerig zijn, en niet alleen elastisch. Maar uiteindelijk bleek rijstkiemolie veel beter te werken, dus daar werken we nu mee.’ In deze rijstkiemolie zitten onder meer allerlei C18-onverzadigde vetzuren zoals linolzuur die Van Zwieten laat oxideren, waardoor ze gaan crosslinken. ‘Het is een heel simpel proces dat een heel plakkerig goedje oplevert.’ Dat zorgt wel voor wat problemen bij het verspreiden van het materiaal. ‘Omdat de olie van zichzelf plakkerig is, wil die nog wel eens een grote klont vormen en dan is het niet meer te sprayen. Maar als je de deeltjes stabiel kan houden blijft het sproeibaar, en dan werkt het prima.’ 

‘We willen natuurlijk niet dat bijen vast komen te zitten’

Abinaya Arunachalam 

Ook dit pesticide wordt inmiddels getest in Leiden. ‘De eerste resultaten zijn veelbelovend, maar we zitten nog midden in de testen dus we moeten ook niet te vroeg juichen’, zegt Van Zwieten. De uitdaging zit ’m vooral in de stabiliteit. ‘Ik kan nu een product maken dat een week stabiel blijft, maar de boer wil niet elke week nieuw pesticide moeten kopen. Dus we doen nu stabiliteitsstudies, en we kijken of de compositie van de olie na de oxidatiereactie zo kunnen aanpassen dat het product langer stabiel blijft.’ 

Bijen 

Mochten beide pesticiden de tripsen goed weten te vangen, dan is het wel belangrijk dat de druppels geen schadelijke effecten hebben op andere insecten. Een van de vragen is daarom hoe bijvoorbeeld bijen op de bespoten planten reageren. ‘We willen natuurlijk niet dat bijen vast komen te zitten’, zegt Arunachalam. ‘Dus we moeten wel een goede balans van plakkerigheid vinden.’ En als dat allemaal is gelukt, moet de daadwerkelijke toepassing nog verder worden uitgewerkt. Arunachalam: ‘We kijken nu naar chrysanten, maar het zou mooi zijn als onze pesticiden breder toegepast worden.’ Maar dan moeten de pesticiden weer van de plant te spoelen zijn, want plakkerige aardbeien of mais gaan niemand eten. ‘Onze water-gebaseerde sprays kun je er met een wasbeurt gelukkig wel afspoelen, dus ik verwacht daar geen problemen.’ Bij olie is dat wat moeilijker, geeft Van Zwieten toe.‘Daarom kijken we naar een tweede materiaal dat de druppels weer losmaakt. En je kunt er ook voor kiezen om het pesticide alleen te gebruiken op de plant als de vrucht nog niet groeit, dan komt het alleen op de niet-eetbare delen.’ 

Gelukkig zitten er voor dit soort vraagstukken ook specialistische bedrijven zoals duurzame agro-producent Van Iperen in het consortium, die de onderzoekers een duwtje in de goede richting kunnen geven. Van Zwieten: ‘Ik denk dat we nog wel wat dingen moeten oplossen, maar ze zijn erg enthousiast om deze pesticiden op de markt te brengen.’ De opschaling moet in ieder geval geen probleem zijn, want beide methodes zijn relatief simpel. ‘Hier hebben we rekening mee gehouden in het ontwerp.’ Vanuit het consortium wordt er dan ook al voorzichtig gekeken naar de mogelijkheid om een startup te beginnen die de pesticiden naar de markt kan brengen. ‘Er zijn nog geen concrete plannen voor we meer testen hebben gedaan, maar we willen de mogelijkheden al wel onderzoeken.’ Beide onderzoekers zijn in ieder geval blij dat hun onderzoek waarschijnlijk echt iets gaat bijdragen aan een duurzamere wereld. ‘Ook al kunnen we niet alle chemische pesticiden vervangen, als we het gebruik van deze pesticiden ook maar een beetje kunnen terugdringen, is het al een enorme overwinning’, zegt Van Zwieten. ‘En daar doen we het voor.’