Kieming en opslag van zaden

Zaden vormen het verspreidingsmechanisme voor een plant. Door hun vermogen om uit te drogen zijn zaden ideaal om op te slaan. De mens maakt van deze eigenschap gretig gebruik. Zaadkieming is de start van de groei van een nieuwe generatie, maar verloopt helaas niet altijd zonder problemen.

door

Wat is een zaad?

Een zaad bestaat uit een embryo met omhullende lagen weefsel, die kunnen bestaan uit endosperm, zaadhuid, en restanten van de vrucht. Deze omhullende lagen dienen ter bescherming; een harde zaadhuid beschermt tegen mechanische beschadiging. Ze kunnen ook dienen als reservevoedsel, denk aan een maïskorrel met enorme hoeveelheden zetmeel opgeslagen in het endosperm. Omhullende lagen kunnen ook dienen ter verspreiding. Een prachtig voorbeeld daarvan is kleefkruid dat met kleine weerhaakjes het verspreidingsgebied effectief vergroot door zich vast te haken aan passanten. Een ander verspreidingsmechanisme is pluis, dat gebruikt maakt van de wind om zaden over grote afstanden te transporteren. De vleugeltjes van een es zorgen ervoor dat het zaad om zijn as tolt en langer in de lucht blijft. De extra tijd die het krijgt om te vallen geeft het zaad voldoende afstand tot de moederplant, zodat de zaailing niet in haar schaduw hoeft te groeien. Van veel soorten drogen de zaden uit voor verspreiding. Dit is niet altijd noodzakelijk, maar vergemakkelijkt wel de verspreiding, en verbetert ook de bewaring en daarmee de overlevingskans van het zaad (Afb. 1).

Zaden zijn het product van meiose. Tijdens de meiose worden nieuwe combinaties van genen en allelen gemaakt, die leiden tot variatie in de volgende generatie. Denk daarbij aan broers en zussen, die nooit identiek zijn en vaak een combinatie van eigenschappen van beide ouders hebben. In het plantenrijk is het induceren van genetische variatie door meiose gekoppeld aan zaadverspreiding. Zaden vormen daarom een belangrijke schakel in de levenscyclus van de plant.

Afb. 1: Een net gekiemd zaad van tomaat, bekeken in bevroren staat met een Scanning Electronen Microscoop. Duidelijk zichtbaar is het worteltje dat door de omringende lagen van het zaad is gebroken. Foto: Adriaan van Aelst, Wageningen Universiteit.

Kieming

Kieming van zaden vormt de start van een nieuwe levensfase die uitmondt in een volwassen plant, en draagt in belangrijke mate bij aan de overlevingsstrategie van de soort. Kieming vindt plaats als de condities juist zijn, wanneer de plant optimaal kan groeien. Dit is het directe gevolg van ‘survival of the fittest’: wanneer zaden worden geproduceerd die zowel onder gunstige als ongunstige omstandigheden kiemen, zullen de laatste nadeel ondervinden. Veronderstel dat in het voorjaar alle omstandigheden gunstig zijn: voldoende (maar niet teveel) neerslag, voldoende licht en een temperatuur die hoog genoeg is. Door de optimale omstandigheden kiemen zaden en groeien uit tot gezonde zaailingen. Wanneer een van de condities ongunstig is, bijvoorbeeld een te lage temperatuur, zullen zaden die toch kiemen uitgroeien tot zaailingen die problemen hebben met de kou. Deze zaailingen gaan een gewisse dood tegemoet, en selecteren zichzelf weg uit de populatie. De zaden die overblijven zullen het vermogen om te wachten op betere tijden doorgeven aan de volgende generatie. Mits deze eigenschap natuurlijk genetisch bepaald is.

Problemen

Kieming is niet altijd probleemloos. Een zaad is simplistisch gezien een pakketje cellen met het vermogen om uit te groeien tot een zaailing. Maar dat vermogen is afhankelijk van bepaalde voorwaarden. Een van deze voorwaarden is uitdroogtolerantie. De meeste soorten kennen het vermogen van zaden om uit te drogen en zo ongunstige omstandigheden, zoals een droge periode, te overleven. Sommige soorten zijn echter uitdroogintolerant. Dit is een vreemd fenomeen, dat men van een zaad niet verwacht. Een mogelijke verklaring van het voorkomen van dit verschijnsel is dat in sommige ecosystemen de condities altijd constant zijn, bijv. in een tropisch regenwoud. Door de constante condities is het vermogen tot uitdroogtolerantie overbodig geworden, en kan men zich voorstellen dat deze eigenschap is weggeselecteerd.

Constante condities wil niet zeggen dat de condities ook optimaal zijn! Licht is een sterke beperking in de onderlaag van het tropisch regenwoud. Wanneer een zaad kiemt, zal de jonge plant moeite hebben om voldoende licht te zien en om te groeien. Echter, omdat de condities constant zijn (er is altijd weinig licht) heeft het geen zin om te wachten met kieming en produceert de plant zaden die meteen kiemen. Wachten kan alleen maar nadelige effecten hebben (predatie, veroudering).

Evolutionair leidt dit tot zaden die niet of beperkt uitdrogen.Er is immers geen functie meer voor uitdrogen, als de zaden toch meteen kiemen. Niet alle soorten volgen deze strategie. Er zijn in dit ecosysteem nog steeds soorten waarvan de zaden wel uitdrogen en wachten met kieming. Zo af en toe valt er een gat in de begroeiing, bijv. omdat er een oude dode boom omvalt. De soorten die de tweede strategie volgen maken gebruik van de overvloed aan licht door snel te kiemen en zo snel mogelijk te groeien om als eerste dat gat op te kunnen vullen. In een gematigd klimaat met wisseling in seizoenen, en zowel gunstige als ongunstige condities, vindt men óók zaden die niet uitdroogtolerant zijn. Over het algemeen komt dit verschijnsel voor bij soorten met grote zaden, zoals kastanje. Deze zaden kiemen na verspreiding, aan het eind van het groeiseizoen. Dit is voor de meeste van deze soorten het najaar, wanneer de weersomstandigheden natter zijn. Aan water is dus geen gebrek. De zaden groeien uit tot een zaailing, en investeren veel energie in het overleven van de ongunstige omstandigheden (koude, weinig licht, droogte door vorst). In het voorjaar, wanneer de condities beter worden, heeft de zaailing een voorsprong op andere soorten waarvan de zaden nog moeten kiemen.