ประยุกต์ใช้เทคโนโลยีตรึงเซลล์เพื่อผลิตดินคุณภาพ

ปัจจุบันผู้บริโภคใส่ใจในเรื่องสุขภาพ โดยเฉพาะมีความต้องการพืชผักปลอดภัยไร้สารพิษมากขึ้น ทำให้เกษตรกรต้องปรับเปลี่ยนระบบการเพาะปลูก โดยหันมาทำการเกษตรแบบชีววิถีและการปลูกพืชแบบเกษตรอินทรีย์ ลดการใช้ปุ๋ยเคมี และสารเคมีปราบศัตรูพืช  ซึ่งไม่เพียงแต่จะก่อให้เกิดผลดีต่อสิ่งแวดล้อม ระบบนิเวศ ยังสามารถช่วยยกระดับคุณภาพชีวิต ความเป็นอยู่ และสุขภาพของผู้บริโภค และตัวเกษตรกรเองอีกด้วย

ในการเพาะปลูกแบบเกษตรอินทรีย์นั้น การใช้ปุ๋ยชีวภาพบำรุงดินจัดเป็นหัวใจสำคัญในการเพาะปลูกเพื่อให้ได้ผลผลิตที่ดีและมีคุณภาพ ทั้งนี้องค์ประกอบของปุ๋ยชีวภาพจะมีการผสมของเศษพืชผัก หรือมูลสัตว์ต่างๆ โดยมีจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์  เป็นหัวใจหลักที่เป็นตัวย่อยสลายและหมุนเวียนแร่ธาตุอาหารต่างๆให้กับพืช ในปัจจุบันการผลิตปุ๋ยชีวภาพหรือดินชีวภาพทางการเกษตร จึงมักมีการเติมจุลินทรีย์สายพันธุ์ที่มีคุณสมบัติส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชลงไปด้วย เพื่อเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของปุ๋ยหรือดินภายใต้ชื่อทางการค้านั้นๆ  จุลินทรีย์ที่เติมลงไปส่วนใหญ่ มักเป็นแบคทีเรียที่รู้จักกันในนาม กลุ่มแบคทีเรียที่มีประโยชน์ต่อการเจริญเติบโตของพืช (Plant Growth Promoting Bacteria : PGPB) ซึ่งจะประกอบด้วยแบคทีเรียหลากหลายสกุล  เป็นแบคทีเรียที่มีความสามารถส่งเสริมการเจริญของพืชได้ทั้งทางตรงและทางอ้อม เช่น  ช่วยสร้างฮอร์โมนพืชชนิดต่างๆ ช่วยในการตรึงไนโตรเจน  ช่วยย่อยสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์และเปลี่ยนให้เป็นแอมโมเนีย เพื่อเพิ่มและทดแทนแหล่งไนโตรเจนในดินที่มักมีอยู่อย่างจำกัด ซึ่งพืชจะสามารถดูดซับและนำไปใช้ได้โดยตรง  อีกทั้งยังพบว่าแบคทีเรียกลุ่มนี้หลายสกุล มีความสามารถสร้างสารไซเดอโรฟอร์ ที่สามารถจับกับธาตุเหล็กในดินและส่งต่อให้กับพืชได้  การเติมแบคทีเรียกลุ่ม PGPB ลงในดิน จึงเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพในการส่งเสริมการเจริญของพืชได้เป็นอย่างดี

อย่างไรก็ตามดินชีวภาพและปุ๋ยชีวภาพที่มีจำหน่ายอยู่ในปัจจุบัน หลายๆ ยี่ห้อยังมีคุณภาพไม่ได้มาตรฐาน เนื่องจากมักเป็นการผลิตระดับครัวเรือนหรือระดับชุมชน ซึ่งอาจจะยังขาดความรู้ในกระบวนการผลิตที่ถูกต้อง   และปัจจุบันก็ยังขาดการติดตามและประเมินคุณภาพของจุลินทรีย์ในดินหลังการเพาะปลูก จากการค้นหาข้อมูลจากการวิจัยส่วนใหญ่ก็ยังขาดการศึกษาในส่วนนี้ การวิจัยส่วนใหญ่มักเป็นการปลูกเชื้อแบคทีเรียที่มีประโยชน์นี้ลงในดินโดยตรง   จึงทำให้แบคทีเรียปรับตัวเข้ากับสภาวะแวดล้อมไม่ได้ ไม่สามารถเจริญและเพิ่มจำนวนแข่งขันกับจุลินทรีย์อื่นๆทีมีอยู่เดิมในดินได้ นอกจากนั้น ในดินยังมีโปรโตซัว และไวรัสแบคทีเรีย ที่คอยกินและก่อโรคให้กับแบคทีเรียที่เติมลงไป

ด้วยเหตุที่ความต้องการวัสดุปลูกหรือดินชีวภาพและปุ๋ยชีวภาพที่มีคุณภาพยังมีอยู่อีกมาก ผศ.ดร.พงศ์ระวี นิ่มน้อย อาจารย์ประจำจากสายวิชาวิทยาศาสตร์ คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน และ รศ.ดร. นีลวรรณ พงศ์ศิลป์ จากภาควิชาจุลชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยศิลปากร จึงได้ร่วมกันทำการศึกษาวิจัยเพื่อคัดเลือกแบคทีเรียที่มีประสิทธิภาพสูงในการส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช โดยเฉพาะเน้นแบคทีเรียที่มีความสามารถในการสร้างฮอร์โมนพืชชนิดที่ผลิตกรดอินโดลแอซิติก (IAA)  และเป็นกลุ่มจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพสูงในการย่อยสลายวัสดุเหลือใช้จากการเกษตร และอุตสาหกรรมแปรรูปผลผลิตทางการเกษตรเพื่อผลิตปุ๋ยหมักในเวลารวดเร็วและมีคุณภาพสูง รวมทั้งมีคุณสมบัติในการตรึงไนโตรเจนสูง สามารถย่อยสลายอินทรียวัตถุและเปลี่ยนสภาพเป็นแอมโมเนียอย่างมีประสิทธิภาพ  เพื่อนำมาใช้ปรับปรุงดินสำหรับการเพาะปลูก รวมทั้งทดลองใช้แบคทีเรียที่คัดเลือก มาทำการตรึงเซลล์ในวัสดุปลูกชนิดต่างๆ ศึกษาเปรียบเทียบศักยภาพวัสดุปลูกชนิดต่างๆ ได้แก่ เอการ์  อัลจิเนต และเพอร์ไรท์ ในการใช้เป็นวัสดุตรึงเซลล์ หรือวัสดุดูดซับเซลล์เพื่อเพิ่มความสามารถของแบคทีเรียในการอยู่รอดและเพิ่มความสามารถในการเพิ่มจำนวนในดิน  ใช้เทคนิคทางอณูชีววิทยามาตรวจสอบความสามารถ ประสิทธิภาพ และความคงตัวของแบคทีเรียที่คัดเลือกในระหว่างการเพาะปลูก เพื่อเป็นข้อมูลในการปรับปรุงการผลิต  นอกจากนั้นยังใช้เทคนิค ERIC-PCR และ RAPD มาทำการศึกษารูปแบบลายพิมพ์DNA ของแบคทีเรียในดินเพื่อการทำฐานข้อมูลการระบุชนิดแบคทีเรียได้อย่างรวดเร็ว

ผลการทดลองได้แยกและคัดเลือกเชื้อ Ensifer spp. สายพันธุ์ LP2/20, NK2/9 และเชื้อ Bacillus sp. สายพันธุ์ NK2/17 เป็นแบคทีเรียทีมีศักยภาพสูง นำมาทดสอบการรอดชีวิตในวัสดุตรึงเซลล์ชนิดต่าง ๆ โดยบ่มเชื้อที่ผ่านการตรึงเซลล์เป็นระยะเวลา 15 วัน ที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส จากการทดลองพบว่าหลังจากบ่มเป็นระยะเวลา 15 วันเชื้อ Ensifer spp. สายพันธุ์ LP2/20 ที่ตรึงเซลล์ในเอการ์จะมีจำนวนแบคทีเรียที่รอดชีวิตมากที่สุด เมื่อเทียบกับวัสดุตรึงเซลล์อีก 2 ชนิด คือ อัลจิเนต และเพอร์ไรท์ ทำการศึกษาการมีชีวิตรอดและประสิทธิภาพของแบคทีเรียตรึงเซลล์ในการผสมดินและทำการปลูกผักคะน้า ผลการทดลองปลูกเชื้อที่ผ่านการตรึงเซลล์ในดินปลูกผักคะน้า เป็นระยะเวลา 15 วัน และทำการตรวจติดตามความคงตัวและกิจกรรมของเชื้อที่คัดเลือกในดิน พบว่า การใช้เอการ์กับอัลจิเนตเป็นวัสดุตรึงเซลล์สามารถช่วยรักษาและยืดอายุการมีชีวิตรอดของแบคทีเรียในดินได้ โดยส่งผลให้เชื้อเพิ่มจำนวนได้มากขึ้นดีกว่าการใช้เพอร์ไรท์เป็นวัสดุตรึงเซลล์ และยังพบว่าหลังจากปลูกเชื้อที่ตรึงเซลล์ด้วยเอการ์และอัลจิเนตลงในดินไปเป็นระยะเวลา 15 วันแล้ว เชื้อปลูกยังมีการแสดงออกซึ่งกิจกรรมของเชื้อในดินได้ ขณะที่การใช้เพอร์ไรท์และการปลูกเชื้อแบบเหลวที่ไม่ได้ผ่านการตรึงเซลล์จะไม่พบกิจกรรมของเชื้อในดิน นอกจากนั้นจากการประเมินผลกระทบของเชื้อปลูกต่อประชากรแบคทีเรียในดินระหว่างการปลูกแล้ว พบว่าเชื้อปลูกส่งผลกระทบต่อประชากรแบคทีเรียดินเพียงเล็กน้อย

ผลการวิจัยครั้งนี้ ทำให้ได้เชื้อแบคทีเรียที่มีประสิทธิภาพสูงในการส่งเสริมการเจริญของพืช ได้สูตรและวิธีการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการตรึงเซลล์ รวมทั้งได้วิธีการใช้วัสดุตรึงเซลล์ที่เหมาะสมเพื่อส่งเสริมการรอดชีวิตและยืดระยะการเจริญของเชื้อในดินปลูกได้ดี เพื่อนำไปใช้เป็นข้อมูลในการถ่ายทอดเทคโนโลยีการผลิตสู่ชุมชน สามารถนำสูตรและกระบวนการตรึงเซลล์ที่ได้ไปพัฒนาต่อยอดการผลิตดินชีวภาพหรือปุ๋ยชีวภาพที่มีคุณภาพสำหรับการปลูกพืชด้วยการใช้เทคโนโลยีการตรึงเซลล์จุลินทรีย์ในเชิงพาณิชย์ต่อไป

ขอขอบคุณที่ท่านเข้ามาอ่านบทความวิจัยนี้ และขอความกรุณาสละเวลาตอบแบบสอบถามการให้บริการข้อมูล เพื่อการปรับปรุงต่อไปด้วย จะขอบคุณยิ่ง  

คลิกที่นี่เพื่อตอบแบบสอบถาม—> https://goo.gl/forms/hcBXc1080pJmdUmF3

ที่มาข้อมูล   :    โครงการวิจัยทุนอุดหนุนวิจัย มก. หัวหน้าโครงการ : ผศ.ดร.พงศ์ระวี นิ่มน้อย สายวิชาวิทยาศาสตร์ คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน เรียบเรียง/สื่อเผยแพร่ :   วันเพ็ญ นภาทิวาอำนวย ฝ่ายเผยแพร่งานวิจัย สถาบันวิจัยและพัฒนาแห่ง มก. โทร. 02 561 1474 e-mail : rdiwan@ku.ac.th