ศักยภาพของไรโซแบคทีเรียที่คัดเลือกได้จากพื้นที่เหมืองแร่เก่า

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

  1

ความสามารถในการต้านทานสารหนูของแบคทีเรียต้านทานสารหนูอาร์เซไนต์ที่ระดับการเจือจางของเชื้อ 10 100 และ 1000 เท่า

23

(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

 4

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

เพชรดา

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

Leave a Reply