ศักยภาพของไรโซแบคทีเรียที่คัดเลือกได้จากพื้นที่เหมืองแร่เก่า

  โลหะหนักเป็นธาตุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ซึ่งหากพบในปริมาณสูง ย่อมเป็นพิษต่อมนุษย์ สัตว์ พืช หรือสิ่งมีชีวิตเล็กๆจำพวกจุลินทรีย์ในดินได้  โลหะหนักเป็นมลพิษทางสิ่งแวดล้อมที่มีโอกาสปนเปื้อนได้ในหลายพื้นที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่เกษตรกรรม ที่เคยเป็นพื้นที่เหมืองเเร่เก่ามาก่อน นับเป็นพื้นที่ที่ควรให้ความสำคัญ เนื่องจากใช้ปลูกพืชเพื่อการบริโภค ซึ่งอาจทำให้เกิดการตกค้างของโลหะหนักในผลผลิต และผลของการปนเปื้อนโลหะหนักในดินไม่เพียงส่งผลต่อระบบนิเวศของสิ่งมีชีวิตต่างๆ แต่ยังมีผลต่อกระบวนการต่างๆ ของจุลินทรีย์ในดิน ทั้งนี้ในระยะยาวโลหะหนักสามารถส่งผลต่อปริมาณและโครงสร้างประชากรของจุลินทรีย์ดิน ลดกิจกรรมและความหลากหลายของจุลินทรีย์ดินด้วย  

ความสามารถในการต้านทานสารหนูของแบคทีเรียต้านทานสารหนูอาร์เซไนต์ที่ระดับการเจือจางของเชื้อ 10 100 และ 1000 เท่า

(A)                                              (B)

                       กิจกรรมการส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชของแบคทีเรียต้านทานสารหนู

                          (A) ตรึงไนโตรเจน (B) การสร้างฮอร์โมน IAA

    แนวทางในการลดการปนเปื้อนของโลหะหนักในดินทำได้หลายวิธี เช่น การใช้วิธีทางเคมีและกายภาพ และวิธีบำบัดโดยใช้พืชและจุลินทรีย์ ซึ่งวิธีหลังนี้เป็นวิธีที่กำลังได้รับการส่งเสริมในปัจจุบัน เนื่องจากเชื่อว่าการใช้จุลินทรีย์ที่มีประโยชน์เหล่านี้จะเป็นการพัฒนาทรัพยากรดิน และช่วยลดปัญหาทางด้านสิ่งแวดล้อมที่ยั่งยืน จุลินทรีย์ที่อยู่บริเวณรอบรากพืชที่เรียกว่า ไรโซแบคทีเรีย มักเป็นจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์ต่อพืชในหลายๆ ด้าน ทั้งทางตรงและทางอ้อม ผลทางตรงคือ การกระตุ้นการเจริญเติบโตของพืช ซึ่งกลไกในการส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชมีหลายประการ เช่น สร้างธาตุอาหารไนโตรเจน ช่วยละลายธาตุอาหารฟอสฟอรัส โพแทสเซียม สร้างฮอร์โมนพืช สร้างซิเดอร์โรฟอร์ ส่วนผลทางอ้อมคือ สามารถใช้ควบคุมเชื้อสาเหตุโรคพืช และทำให้เกิดการชักนำให้พืชต้านทานโรค ซึ่งแบคทีเรียเหล่านี้เรียกว่า แบคทีเรียส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช (Plant growth-promoting rhizobacteria หรือ PGPR )

  การศึกษาแบคทีเรียส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช (PGPR) พวกไรโซแบคทีเรียจากดินหรือพืช ส่วนใหญ่เป็นการศึกษาในแง่การส่งเสริมหรือเพิ่มผลผลิตให้กับพืชทั่วไป เน้นเรื่องการสร้างไนโตรเจนและสร้างฮอร์โมนพืชที่ช่วยในการงอกของเมล็ด การเจริญของราก ซึ่งมีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช แต่การศึกษาเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างพืชและจุลินทรีย์บริเวณรากพืช ที่สามารถแปลงรูปโลหะหนักและผลิตสารส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชเพื่อนำมาใช้ประโยชน์ในการบำบัดดินทางชีวภาพยังมีอยู่น้อย  

   ด้วยเหตุนี้  ดร.เพชรดา ปินใจ อาจารย์ประจำภาควิชาปฐพีวิทยา คณะเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ จึงสนใจศึกษาแบคทีเรียเหล่านี้โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อนำไปใช้ประโยชน์กับการเพิ่มประสิทธิภาพในการบำบัดดินทางชีวภาพสำหรับพื้นที่ปนเปื้อนโลหะหนัก โดยได้ทำการแยกและคัดเลือกไรโซแบคทีเรียจากพื้นดินที่ปนเปื้อนโลหะหนักในพื้นที่เหมืองแร่เก่าซึ่งได้มีการปรับเปลี่ยนมาเป็นพื้นที่เกษตรกรรม ศึกษาความสามารถในการต้านทานโลหะหนัก ความสามารถในการส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช เพื่อคัดเลือกแบคทีเรียที่มีประสิทธิภาพสูงในการต้านทานโลหะหนักและส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช มาใช้ประโยชน์ในการบำบัดดินในพื้นที่เกษตรกรรมที่มีการปนเปื้อนโลหะหนัก

 จากการเก็บตัวอย่างดินบริเวณรอบรากพืชในพื้นที่เกษตรกรรมและพืชพรรณธรรมชาติ ซึ่งเป็นพื้นที่เหมืองแร่เก่าที่มีรายงานการปนเปื้อนของโลหะหนักในระดับเกินมาตรฐานจำนวน 6 เหมืองในจังหวัดชลบุรี กาญจนบุรี  และราชบุรี  โดยสุ่มเก็บตัวอย่างแบบกระจายทั่วพื้นที่ ระดับความลึกประมาณ 20 เซนติเมตรจากผิวดิน นำมาวิเคราะห์สมบัติดินทางกายภาพและเคมี  พบว่าดินในบริเวณเหมืองแร่เก่า มีลักษณะของดินที่เป็นเนื้อหยาบมากกว่า 80% และมีสัดส่วนของดินเนื้อละเอียดน้อยมาก เนื่องจากเกษตรกรมีการนำพื้นที่เหมืองแร่ร้างไปทำการเกษตร เมื่อประเมินศักยภาพของดินในการปลูกพืชโดยประเมินจากค่าวิเคราะห์ดิน 5 ดัชนี คือค่าความจุแลกเปลี่ยนไอออนบวก (CEC), ร้อยละความอิ่มตัวด้วยด่าง (BS), ปริมาณอินทรียวัตถุ (OM) ปริมาณฟอสฟอรัสที่เป็นประโยชน์ (avail. P) และโพแทสเซียมที่เป็นประโยชน์ (avail. K) พบว่า ดินส่วนใหญ่มีความอุดมสมบูรณ์ในระดับปานกลาง ทั้งนี้อาจเป็นผลมาจากการใส่ปุ๋ยเคมีและอินทรีย์ของเกษตรกร ซึ่งเมื่อพิจารณาสมบัติทางกายภาพแล้ว ดินมีการระบายน้ำดีเกินไปและไม่อุ้มน้ำ เนื้อดินหยาบ ความเหมาะสมใช้ในการปลูกพืชจึงน้อย หรือต้องเลือกชนิดพืชในการปลูก

dendrogram แสดงความหลากหลายของแบคทีเรียต้านทานของสารหนู โดยการวิเคราะห์ UPGMA simple matching binary coefficient  

   สำหรับการวิเคราะห์ปริมาณโลหะหนักต่างๆ จากดินบริเวณเหมืองแร่เก่า พบการปนเปื้อนโลหะหนักหลายชนิด คือ Zn Mn Cu Pb Cd Cr Ni และ As และแทบไม่มีการปนเปื้อนของ Hg และ cd เลย อย่างไรก็ตามแม้จะพบการปนเปื้อนของโลหะหนักต่างๆ ในดินซึ่งได้เปลี่ยนแปลงเป็นพื้นที่การเกษตรเป็นส่วนใหญ่แล้วในปัจจุบัน แต่ระดับการปนเปื้อนยังอยู่ในเกณฑ์ที่ไม่เกินมาตรฐานกำหนด แต่พบการปนเปื้อนของสารหนูที่เกินมามาตรฐานในพื้นเหมืองแร่เก่า 3 แห่ง การศึกษานี้จึงเน้นในการคัดแยกไรโซแบคทีเรียที่มีความสามารถในการต้านทานสารหนู ซึ่งจากการศึกษาสามารถคัดแยกแบคทีเรียที่มีความสามารถในการต้านทานสารหนูได้ 76 ไอโซเลต และจากการวิเคราะห์ข้อมูลของการต้านทานสารหนูในรูปอาร์เซไนต์และอาร์เซเนต พบว่าแบคทีเรียจะสามารถต้านทานสารหนูได้ลดลงตามความเข้มข้นของสารหนูที่เพิ่มขึ้นและความเข้มข้นของเชื้อที่ลดลง  อย่างไรก็ตามแบคทีเรียที่คัดแยกได้สามารถต้านทานสารหนูในรูปอาร์เซไนต์และอาร์เซเนต ได้มากที่สุดเท่ากับ 15 mM 20 mM ตามลำดับ ซึ่งเมื่อทำการจัดกลุ่มโดยใช้ข้อมูลความสามารถในการต้านทานสารหนูในรูปอาร์เซไนต์และอาร์เซเนต ทำให้สามารถคัดเลือกแบคทีเรียตัวแทนที่มีความสามารถในการต้านทานสารหนูได้ในระดับสูง จำนวน 38 ไอโซเลต ซึ่งแบคทีเรียตัวแทนทั้งหมดมีความสามารถในการส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช 4 กิจกรรม จาก 5 กิจกรรมที่ทดสอบ คือ การตรึงไนโตรเจน การผลิตฮอร์โมนพืชออกซิน  การผลิตเอนไซม์เอซีซี  ดี อะมีเนส (1-amino-cyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) deaminase)  และการผลิตซิเดอร์โรฟอร์ (siderophore) โดยไม่พบกิจกรรมการละลายฟอสเฟต อย่างไรก็ตามสามารถคัดเลือกตัวแทนแบคทีเรียที่มีความสามารถต้านทานสารหนูในระดับสูงสุดและมีกิจกรรมการส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชที่น่าสนใจได้  จำนาน 5 ไอโซเลต ซึ่งสามารถระบุชนิดของแบคแบคทีเรียได้เป็น  Acinetobacter baumannii, Bacillus magaterium, Bacillus sp., Acinetobacter baumannii  และ Bacillus magaterium ตามลำดับ โดยแบคทีเรียทั้ง 5 ไอโซเลตที่คัดเลือกได้นี้ น่าจะมีศักยภาพในการนำไปใช้ประโยชน์ในพื้นที่การเกษตรที่มีการปนเปื้อนสารหนูได้ รวมทั้งนำไปใช้กับพื้นที่ที่มีการปนเปื้อนอื่นๆ ทั้งในเขตอุตสาหกรรมและเหมืองแร่อื่นๆ ด้วย

	ที่มาข้อมูล : โครงการวิจัยทุนอุดหนุนวิจัย มก. หัวหน้าโครงการ : ดร.เพชรดา ปินใจ ภาควิชาปฐพีวิทยา คณะเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์   เรียบเรียง : ฝ่ายเผยแพร่งานวิจัย สถาบันวิจัยและพัฒนาแห่ง มก. โทร. 02 561 1474 e-mail : rdiwan@ku.ac.th
ดร.เพชรดา ปินใจ