Abstract
planten produceren suiker en zuurstof in een proces dat fotosynthese wordt genoemd, door gebruik te maken van zonlicht, water en kooldioxide. Dit is een belangrijk proces op Aarde, omdat het kooldioxide uit de lucht verwijdert en voedsel voor ons levert. Fotosynthese gebeurt in kleine compartimenten binnen de plantencellen, de zogenaamde chloroplasten. In een tweestapsproces halen planten chemische energie uit zonlicht. De verzamelde energie wordt gebruikt in een tweede reactie om de suiker glucose te produceren. Glucose wordt gecombineerd met fructose, vruchtensuiker, om sucrose te creëren, onze bekende tafelsuiker. Suikerbieten doen er ~7 maanden over om te groeien en zorgen voor ~32% van de wereldtafelsuikerproductie. Als ze groeien, moeten ze worden beschermd tegen onkruid en ziekten. Zodra ze voldoende zijn gegroeid, kunnen de suikerbieten worden geoogst en verwerkt in een suikerfabriek om tafelsuiker te verkrijgen.
suiker wordt geproduceerd door planten
een dessert na de lunch of chocolade van onze grootouders doet ons glimlachen. Dit komt omdat onze hersenen een van de ingrediënten in dit zoete voedsel eisen. We hebben het over tafelsuiker, ook wel sucrose genoemd. Sucrose wordt gemaakt van twee eenvoudigere suikers: glucose en fructose. Maar waar komt glucose vandaan? In tegenstelling tot mensen en andere dieren, kunnen planten glucose produceren door middel van een proces dat bekend staat als fotosynthese. De groene delen van planten gebruiken zonlicht, water en het gas kooldioxide uit de lucht om glucose en zuurstof te produceren. Daarmee produceren de planten energie en zorgen ze ervoor dat we frisse, zuurstofrijke lucht kunnen inademen. Maar hoe profiteren planten zelf van fotosynthese en de productie van glucose? Glucose kan worden gebruikt als chemische bouwsteen en als energieleverancier. Planten gebruiken glucose om te leven en te groeien. Voor zowel planten als mensen is glucose de brandstof voor een machine.
planten produceren suiker in hun bladeren, maar deze bladeren smaken niet zoet. Dat komt omdat de suiker niet in de bladeren blijft. Planten gebruiken suiker om te groeien, en het kan ook worden vervoerd naar de wortels, zaden, stengels, of fruit voor opslag. We leerden al dat suiker kan bestaan als eenvoudige suikers, zoals glucose of fructose, of als een dubbele suiker, zoals sucrose. Maar er zijn ook suikers waarin duizenden suikermoleculen aan elkaar zijn gekoppeld om een enorme eenheid te vormen, zoals zetmeel. Al deze verschillende suikers zijn een soort voedingsstoffen die koolhydraten worden genoemd (Tabel 1).
- Tabel 1-Sommige vormen van koolhydraten in planten.
veel planten slaan hun suiker op in de vorm van zetmeel, zoals aardappelen. Anderen slaan suiker in de vorm van fructose of glucose op in hun vruchten, zoals appels en sinaasappels. Sommige planten slaan hoge concentraties sucrose op. Hoog-sucrose planten worden geteeld voor de tafel suiker die we gebruiken om onze heerlijke zoetigheden te maken. Wereldwijd zijn suikerbieten en suikerriet de belangrijkste gewassen die suiker produceren. Suikerriet heeft warme temperaturen (25-30°C) nodig om te groeien, dus dit gewas wordt geteeld in subtropische en tropische gebieden, zoals Brazilië en India. Tegenwoordig zijn suikerbieten het belangrijkste gewas voor suikerproductie in gematigde klimaten (15-25°C), vooral in West -, Midden-en Oost-Europa, evenals in de Verenigde Staten, China en Japan.
licht, kooldioxide en Water: de energiebronnen en zoetheid
voor fotosynthese zijn de groene delen van planten belangrijk. Bladeren zijn groen omdat ze structuren bevatten die chloroplasten worden genoemd, die een groen pigment hebben, chlorofyl genaamd (figuur 1). Fotosynthese heeft twee belangrijke stappen. In de eerste stap schijnt zonlicht op de bladeren en wordt de lichtenergie opgevangen door het chlorofyl in de chloroplasten. De verzamelde lichtenergie wordt omgezet in chemische energie en opgeslagen in energieopslagmoleculen. Zuurstof wordt ook geproduceerd tijdens dit proces, en wordt vrijgegeven door de planten . In de tweede stap van de fotosynthese, kooldioxide uit de lucht komt de bladeren door zeer kleine openingen. Met behulp van de eerder opgeslagen chemische energie zetten de chloroplasten kooldioxide om in glucose . Fructose wordt ook geproduceerd tijdens deze stap. Glucose wordt dan gecombineerd met fructose om sucrose te creëren.
- figuur 1-een vereenvoudigde illustratie van fotosynthese.In de chloroplasten in bladeren worden licht, water (H2O) en kooldioxide (CO2) omgezet in energie en suiker (glucose). Met behulp van water wordt zonlicht omgezet in energieopslagende moleculen in de plantencellen. De energie van deze moleculen wordt dan gebruikt om glucose te maken uit CO2.
Wat is een suikerbiet?
mensen hebben altijd stoffen gevonden om voedsel te zoeten. Maar in koele klimaten was suiker jarenlang een luxeproduct. In 1747 ontdekte de Duitse chemicus Andreas Sigismund Marggraf dat bieten dezelfde suiker produceren als suikerriet. Zijn student ontwikkelde een technisch proces om de suiker uit bieten te halen. De eerste suikerfabriek werd operationeel in 1802. Al snel werden er in heel Europa veel suikerfabrieken gebouwd.
de suikerbietplant (in het Latijn Beta vulgaris genoemd) heeft heldergroene bladeren in een rozetpatroon en een kegelvormige, witte, vlezige wortel (Figuur 2). De bietwortel is het opslagorgaan, met 75% water, ~20% suiker en structurele componenten die pulp worden genoemd.
- Figuur 2-volledig ontwikkelde suikerbietplant.
- het ondergrondse deel is het opslagorgaan, de tapwortel genaamd, dat harige wortels heeft om water en voedingsstoffen op te nemen. Het bovengrondse deel bestaat uit het blad, dat talrijke bladeren in een rozet-achtig patroon bevat.
de teelt van suikerbieten
de teelt van gewassen kan eenvoudig lijken, maar dit is niet het geval als je gewassen wilt verbouwen die groot genoeg zijn om veel mensen te voeden. Laten we eens kijken hoe suikerbieten worden geteeld (Figuur 3). Onze reis begint met het suikerbietenzaad. De zaden worden gezaaid zodra de grond is opgewarmd, normaal gesproken in maart/April. Eén suikerbietzaad ontwikkelt zich van nature tot veel planten. Tot in de jaren zeventig moesten de onnodige planten met de hand worden verwijderd, zodat de bieten niet te vol zaten, wat een inspannend en tijdrovend werk was. Vervolgens hadden kwekers een doorbraak en introduceerden ze zaden die slechts één zaailing produceren. Zaadkwekers die suikerbietzaden maken bedekken de zaden met pesticiden die zaailingen beschermen tegen ziekten en plagen. Het gecoate suikerbietzaad wordt de pil genoemd en de pillen hebben vaak verschillende kleuren, afhankelijk van de kweker (figuur 3A).
- Figuur 3-suikerbietenteelt.
- (A) in het voorjaar worden suikerbietzaden (hier aangeduid als pillen) achter elkaar ingezaaid. (B, C) jonge suikerbieten zaailingen ontstaan en groeien. D) wanneer negen of meer bladeren zijn ontvouwd, vormt zich een tapwortel en groeit ondergronds om de suiker op te slaan. Tijdens deze” groeiperiode ” moeten vooral schimmelparasieten worden gecontroleerd, die de fotosynthese kunnen remmen. E) in West-en Midden-Europa worden de bieten vanaf September geoogst. (F) bieten worden opgeslagen als een stapel genaamd een klem op het veld grens, totdat ze worden gebracht naar een fabriek voor suiker extractie. Langs de bodem ziet u de stappen van de suikerbietenteelt voor de suikerproductie en de tijdspanne, die echt belangrijk is om suikerbieten te beschermen tegen, onkruid, insecten en schimmelparasieten.
wanneer de zaden ontkiemen, ontstaan kleine wortels en twee zaadblaadjes, de zogenaamde cotyledons (figuur 3B). Vanaf dit moment moet de jonge suikerbietplant worden beschermd tegen onkruid, omdat onkruid wedijvert om zonlicht en voedingsstoffen in de bodem. Boeren kunnen het onkruid controleren met een schoffel of kunnen herbiciden gebruiken, dat zijn chemicaliën die het onkruid doden. Als de landbouwer het onkruid niet onder controle heeft, worden de kleine bieten ingehaald en kan de oogst met 80% worden verminderd . Bieten moeten niet alleen vechten tegen concurrerend onkruid. Ze worden ook aangevallen door insecten. Bieten-aanvallende insecten kunnen worden onderverdeeld in twee groepen: die die de plant direct beschadigen en die virusziekten overdragen. De groene perzikluis (Myzus persicae), bijvoorbeeld, kan een virus overbrengen dat een gele verkleuring van de suikerbietbladeren veroorzaakt, wat de fotosynthese remt en de suikerproductie vermindert.
bieten moeten worden beschermd tegen schimmelziekten
nadat de suikerbietplant negen of meer bladeren heeft ontwikkeld, de “bieten” of het ondergrondse opslagorgaan wordt gevormd. Sucrose geproduceerd in de bladeren wordt opgeslagen in de bieten. Hoe zonniger de zomer, hoe meer suiker kan worden geproduceerd via fotosynthese. Gedurende deze tijd moeten de bladeren worden beschermd tegen schimmelziekten, omdat alleen gezonde bladeren fotosynthese kunnen uitvoeren. De meest voorkomende en destructieve ziekte van suikerbietbladeren wordt veroorzaakt door een schimmel met de Latijnse naam Cercospora beticola. In het begin zijn alleen kleine ronde donkere vlekken met een roodachtige rand zichtbaar, maar de schimmel produceert een giftige stof die het bladweefsel vernietigt en uiteindelijk grote gebieden of zelfs hele bladeren doodt. De schimmel gebruikt het dode weefsel als voedingsbron . De ziekte kan worden verminderd door het verbouwen van suikerbieten slechts om de 3 jaar en het kweken van andere planten, zoals granen, in de jaren daartussen . Deze techniek wordt gewasrotatie genoemd. Boeren kunnen ook nieuwe Cercospora-tolerante suikerbietrassen gebruiken, die de ziekte beter kunnen verdragen . Als de schimmel de suikerbieten al ernstig heeft aangevallen, kunnen fungiciden, chemische stoffen die planten beschermen tegen schimmelinfestaties, op de planten worden gespoten. Onderzoekers onderzoeken nieuwe technologieën om het gebruik van fungiciden te verminderen. Door bijvoorbeeld speciale camera ‘ s en computersystemen te gebruiken, kunnen plantenziekten veel eerder worden voorspeld dan met het blote oog, en kunnen boeren fungiciden op een meer gerichte manier gebruiken . Dit is ook belangrijk om nuttige dieren te beschermen, die een habitat hebben in suikerbietvelden, zoals de peewit, andere vogels die op de grond broeden, hazen of konijnen en insecten zoals kevers, zoals de lieveheersbeestjes. De suikerbieten bloeien echter niet als ze voor de suikerproductie worden geteeld, waardoor suikerbietvelden niet aantrekkelijk zijn voor honing, wilde bijen of hommels.
het oogsten en extraheren van suiker
In het najaar, wanneer de planten klaar zijn met de teelt, begint de suikerbietoogst. De bladeren van de suikerbieten worden verwijderd en de bieten worden uit de grond gehaald door Bietenrooiers, waarvan vele zes rijen tegelijk kunnen oogsten (figuur 3E). De bladeren blijven op het veld als natuurlijke meststof. De suikerbieten worden verzameld in een stapel, een zogenaamde bietenklem (figuur 3F), waar ze wachten op verwerking. De suikerbieten worden geleidelijk geoogst en naar fabrieken getransporteerd zodat de fabrieken gedurende deze tijd continu suikerbieten kunnen ontvangen en verwerken. In de fabrieken wordt suiker gewonnen uit de bieten met behulp van water, kalk, warmte en kennis van de fysica. Gemiddeld zijn er zes tot zeven suikerbieten nodig om 1 kg suiker te produceren, wat een oppervlakte van ongeveer 1 m2 is.
tegenwoordig worden bijna alle componenten van de suikerbietplantages gebruikt binnen een duurzame, gesloten kringloop. Naast suiker zijn er nog andere producten die van suikerbieten worden gemaakt, zoals diervoeder, bio-ethanol en biogas.
Wat Hebben We Geleerd?
In dit artikel leerde u veel over suikerbieten: hoe ze groeien, hoe ze suiker produceren, de plagen en ziekten waarmee ze worden geconfronteerd, en hoe ze worden geoogst. De suikerbietenteelt is uiterst belangrijk omdat zij 32% van de wereldproductie van tafelsuiker voor haar rekening neemt en het enige gewas met een hoog sacharosegehalte is dat in gematigde gebieden kan worden verbouwd.
glossarium
fotosynthese: het proces dat groene planten gebruiken om energie in de vorm van suiker te produceren uit zonlicht, water en kooldioxide.
Chloroplast: Kleine structuren in bladeren die fotosynthese uitvoeren.
chlorofyl: pigmenten in chloroplasten die de lichtenergie van zonlicht absorberen.
bestrijdingsmiddelen: stoffen die worden gebruikt om gewassen te beschermen tegen onkruid, schimmelpathogenen en plagen.
pil: suikerbietzaad, bedekt met een laag van verschillende stoffen, voornamelijk om de zaailing te beschermen tegen ziekten en plagen.
Cotyledon: de eerste twee bladeren die na het zaaien uit het zaad komen.
Bietenklem: Stapel van verzamelde en gereinigde suikerbieten, zonder bladeren, normaal op het veld grens.
belangenconflict
de auteurs verklaren dat het onderzoek werd uitgevoerd zonder enige commerciële of financiële relatie die als een potentieel belangenconflict kon worden opgevat.
Dankbetuigingen
de auteurs danken Maximilian Müllender voor het zorgvuldig proeflezen van het manuscript en nuttige opmerkingen.
Eberhard, S., Finazzi, G., and Wollman, F.-A. 2008. De dynamiek van fotosynthese. Annu. Eerwaarde Genet. 42:463–515. doi: 10.1146 / annurev.genet.42.110807.091452
Cousens, R. 1985. Een eenvoudig model dat opbrengstverlies relateert aan onkruiddichtheid. Anne. Appl. Biol. 107:239–52. doi: 10.1111 / j. 1744-7348.1985.tb01567.x
Weiland, J., en Koch, G. 2004. Bladvlekkenziekte (Cercospora beticola Sacc.). Mol. Plant Pathol. 5:157–66. doi: 10.1111 / j. 1364-3703. 2004. 00218.x
Mahlein, A.-K., Kuska, M. T., Behmann, J., Polder, G., Walter, A. 2018. Hyperspectrale sensoren en beeldvormingstechnologieën in de fytopathologie: state of the art. Anne. Rev. Phytopathol. 56:535–58. doi: 10.1146 / annurev-phyto-080417-050100