Ecophysiology and nutritional value of the African baobab (Adansonia digitata L)

Datum: 16 december 2013

Locatie: Universiteit Antwerpen - Campus Groenenborger - Lokaal V0.09 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen

Tijdstip: 16 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Wiskunde-Informatica

Promovendus: David Johngwoh Simbo

Promotor: Prof. dr. Roeland Samson

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging David Johngwoh Simbo - Departement Wiskunde-Informatica



Abstract

De Afrikaanse baobab (Adansonia digitata L.) is een boomsoort die veelzijdige gebruiken kent, die zijn bladeren verliest onder droogte en voorkomt in de semi-aride gebieden van Sub-Sahara Afrika. De vruchtpulp is erg gegeerd omwille van zijn hoog nutriëntengehalte, in het bijzonder vitamine C. Het is geweten dat, naast het lokale gebruik, de erkenning van de vruchtpulp als nieuw voedingsmiddel (novel food) op de Europese en Amerikaanse markt, de soort bedreigd wordt, waardoor domesticatie erg belangrijk wordt. Baobabbladeren worden vers of als groente gegeten of worden toegevoegd in poedervorm als dikkingsmiddel in soepen en sauzen. Omdat de baobab zijn bladeren verliest tijdens droogte, zijn verse bladeren enkel beschikbaar tijdens het regenseizoen, dat op de meeste plaatsen van korte duur is. Om verse bladeren beschikbaar te hebben het hele jaar door, worden baobabs opgekweekt als groente in moestuinen. De nutritionele waarde van baobabbladeren afkomstig uit moestuinen werd nog niet eerder beschreven. Van de baobabzaailingen die groeien in moestuinen worden de bladeren geplukt en gebruikt als voedsel. De effecten van bladverlies op de fysiologie van baobabzaailingen werd tot nog toe niet bestudeerd. Eén van de doelstellingen van dit doctoraatsonderzoek was om het micronutriëntengehalte van baobabvruchten te bestuderen om op die manier planten te kunnen identificeren die van de andere te onderscheiden zijn qua wenselijke eigenschappen, die dan kunnen gedomesticeerd worden voor vruchtproductie. De tweede doelstelling was om de groei van baobab in moestuinen te bestuderen, alsook hun nutritionele waarde. Het begrijpen van de fysiologische respons van baobabzaailingen op bladverlies en de mechanismen die verantwoordelijk zijn voor dergelijke respons was ook één van de doelstellingen van dit onderzoek.

Het micronutriëntengehalte van de baobab vruchtpulp werd onderzocht voor baobabs afkomstig van 10 herkomsten in Mali verspreid over alle agro-ecologische zones van het land. De voedingswaarde verschilde van herkomst tot herkomst. Het gemiddelde pulpgehalte bedroeg 2149 ± 1117 mg kg-1, 2406 ± 776 mg kg-1 and 25 ± 17 mg kg-1 voor vitamine C, calcium en ijzer, respectievelijk. Tussen het vitamine C gehalte van de pulp en de reflectantie in de groene en blauwe banden werd een significante positieve correlatie waargenomen, terwijl tussen neerslag en vitamine C, een negatieve correlatie werd vastgesteld. Bodemkarakteristieken beïnvloeden het ijzer en vitamine C gehalte van de pulp. De variatie in voedingswaarde laat toe plus bomen met een combinatie van wenselijke eigenschappen te selecteren voor domesticatie.

Om de bevinding, dat bodemkarakteristieken en omgeving de voedingswaarde van baobab beïnvloeden, te bevestigen, werd een common garden aangelegd in het veld in Senegal met baobabs afkomstig van drie herkomsten uit Senegal, één uit elk van de drie agro-ecologische zones van Senegal en twee herkomsten uit Ghana. Analyses van de micro- en macronutriëntsamenstelling van de bladeren uit de common garden, toonden aan dat er geen significante verschillen waren tussen herkomsten, wat eerdere resultaten bevestigen, dat bodemkarakteristieken de nutritionele eigenschappen van baobab beïnvloeden. Dezelfde studie toonde aan dat er een herkomstgerelateerde variatie is in groei met een significante positieve correlatie tussen de groei in het veld en de neerslag op de plaats van oorsprong. Een evaluatie van de effecten van bladverlies op de groei toonde aan dat één enkele gedeeltelijke bladpluk de groei niet beïnvloedde, terwijl herhaaldelijke en gedeeltelijke bladafnames de groei van de zaailingen reduceerde. Aangezien de micro- en macronutriëntensamenstelling van baobabbladeren gelijkaardig is voor de verschillende herkomsten, kunnen baobabkwekers deze planten selecteren die een hogere bladbiomassa produceren en verder telen in tuinen.

Baobab groeit in gebieden van de semi-aride savanne, die gekenmerkt worden door lage neerslaghoeveelheden. Droogte wordt beschouwd als één van de factoren die de regeneratie en opgroei van juvenielen in een baobabpopulatie, bedreigen. Informatie over hoe de soort reageert op droogte en hoe deze soort lange droogteperiodes overleeft in zijn omgeving is noodzakelijk om doeltreffend de soort te kunnen beheren. Metingen van gasuitwisseling en chlorofylfuorescentie werden uitgevoerd om de effecten van droogte op de soort te onderzoeken na een één maand durend droogtestressexperiment. Droogte induceerde veranderingen in de bladeren die niet werden waargenomen in de jonge stammetjes, wat aantoonde dat de jonge stam meer resistent is tegen droogte. De relatieve corticulaire re-fixatie van interne CO2 tijdens droogte, was 30% hoger in de jonge stam in vergelijking met de controle. Ondanks dat deze veranderingen klein waren, gezien de lengte van de droogteperiode, konden ze een significante bijdrage leveren. Daarom kan corticulaire fotosynthese een bijkomende methode zijn om koolstof te verkrijgen tijdens bladloze periodes.

Naar aanleiding van het feit dat er corticulaire fotosynthese optreedt in baobab, werd een experiment opgezet om de bijdrage van corticulaire fotosynthese in het verkrijgen van koolstof voor de plant tijdens bladloze periodes, na te gaan in planten met een groene en succulente stam. Een gedeelde eigenschap van stamsucculente planten is de aanwezigheid van een groene laag onder de schors die chlorofyl bevat en die in staat is om CO2 te refixeren dat geproduceerd wordt door stamrespiratie in de aanwezigheid van licht. Fotosynthese in de stam van planten met een groene stam is gekend voor zijn bijdrage in het verkrijgen van koolstof in het bijzonder tijdens bladloze periodes. De bijdrage van corticulaire fotosynthese in het verkrijgen van koolstof voor de plant is nochtans nog nooit rechtstreeks gemeten in stamsucculente soorten. De jonge stammetjes werden afgeschermd van het licht door ze te bedekken met aluminiumfolie wat resulteerde in een reductie in het chlorofylgehalte van de stammetjes in beide soorten. Afwezigheid van licht resulteerde in een significant lagere droge biomassaproductie van de knoppen en een aanrijking van 13C in de droge knoppen, wat aantoonde dat corticulaire fotosynthese bijdraagt in het verkrijgen van koolstof op plantniveau en dit in beide soorten. De biomassaproductie van de knoppen in planten onderworpen aan droogtestress was significant lager in vergelijking met de bewaterde planten, wat aantoonde dat droogtestress een negatieve impact heeft op de groei. Deze bevindingen bevestigen dat corticulaire fotosynthese in groene jonge stammen van stamsucculente planten bijdragen tot het verkrijgen van koolstof voor de hele plant.

Baobabzaailingen worden geteeld in moestuinen waar de bladeren worden geplukt voor voedsel. Hun fysiologische reactie op bladverlies werd tot nog toe niet bestudeerd. In een veldstudie, werd het effect van het herhaaldelijk en gedeeltelijk ontbladeren op de fysiologie van baobabzaailingen bestudeerd. De fotosynthese (A) en stomatale geleidbaarheid (gs) namen toe 24 uur na de eerste bladpluk in vergelijking met de niet-ontbladerde planten. Deze compenserende toename in A werd behouden tot één week na de eerste en tweede bladpluk maar duurde niet langer dan twee weken na beide bladafnames. De bodem-blad hydraulische geleidbaarheid (Kp) was ook significant hoger in ontbladerde zaailingen in vergelijking met de controle zaailingen één week na beide bladafnames, wat wees op een verbeterde water status van de ontbladerde planten. Er was een significante positieve correlatie tussen Kp and gs één week na beide bladafnames. Een sterke correlatie tussen gs and A duidde erop dat de toename in A kan gedreven worden door een toename in gs, wat resulteerde uit de toename in de volledige plant water status na gedeeltelijk bladverlies.

Baobab vruchtpulp en baobabbladeren vormen inderdaad een rijke bron van nutriënten die van belang kunnen zijn voor de voedselzekerheid in de semi-aride savanna van Afrika. De omgevingsfactoren van de plaats waar de baobabs groeien, beïnvloeden de biochemische samenstelling van de baobab plantendelen. Baobabzaailingen zijn resistent tegen droogte, in het bijzonder de jonge stam. Corticulaire fotosynthese in baobabstammetjes draagt bij tot het verkrijgen van koolstof voor de plant tijdens bladloze periodes. Zoals andere soorten, reageert baobab op gedeeltelijk bladverlies door een toename van fotosynthese om de veranderingen veroorzaakt door een vermindering in bladoppervlakte als gevolg van gedeeltelijk bladverlies, te compenseren.