การศึกษาศักยภาพการรับไนโตรเจนทางชีวภาพ กลุ่มแบคทีเรียตรึงไนโตรเจน ที่สำคัญ และปฏิกิริยาสัมพันธ์ระหว่างแบคทีเรียตรึงไนโตรเจนกับอ้อย ในอ้อยสายพันธุ์ไทย

บทคัดย่อ

ในการผลิตอ้อยพบว่าอ้อยมีการตอบสนองต่อไนโตรเจนในแต่ละพื้นที่แตกต่างกัน จนทำให้ไทยต้องมีต้นทุนในการนำเข้าปุ๋ยเคมีไนโตรเจนเพื่อการผลิตเป็นจำนวนมากในอนาคต จากรายงานการผลิตอ้อยในบราซิลหลังทำการวิจัยประมาณ 15 ปี พบว่ามีพันธุ์อ้อยสายพันธุ์บราซิลบางสายพันธุ์ที่สามารถรับไนโตรเจนจากการตรึงไนโตรเจนจากอากาศได้ ทั้งนี้เพราะความสัมพันธ์กันระหว่างสายพันธุ์อ้อยและชนิดจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในต้นอ้อย วัตถุประสงค์ของการทดลองนี้เพื่อให้ได้สายพันธุ์อ้อยที่มีศักยภาพในการรับไนโตรเจนจากการตรึงไนโตรเจนโดยแบคทีเรียตรึงไนโตรเจนที่อาศัยอยู่กับอ้อย ทำการศึกษาในอ้อยพันธุ์ไทยที่นิยมปลูก 5 สายพันธุ์ คือ ขอนแก่น 3 อู่ทอง 84-12 สอน.92-11 สอน.88-92 และสอน.95-84 เปรียบเทียบกับอ้อยสายพันธุ์บราซิล Sp70-1284 หญ้าเนเปียร์ปากช่อง อ้อยป่า TH99-132 (Saccharum spontaneum) และหญ้ากินนีสีม่วง โดยศึกษาการเจริญเติบโตในสภาพแปลงไม่มีการใส่ปุ๋ยเคมีไนโตรเจนเป็นเวลา 2 ปี (อ้อยปลูก และอ้อยตอ 1) ผลการทดลองพบว่า อ้อยสายพันธุ์ไทยมีการเจริญเติบโตค่อนข้างดีและใกล้เคียงกัน ส่วนหญ้าเนเปียร์ปากช่อง และอ้อยป่ามีการเจริญเติบโตดีที่สุด ส่วนการศึกษาการใช้ไนโตรเจนที่ตรึงจากอากาศแบบชีววิธี อ้อยพันธุ์ขอนแก่น 3 และพันธุ์อู่ทอง 84-12 สามารถใช้ไนโตรเจนที่ตรึงจากอากาศแบบชีววิธีได้ดีที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับอ้อยสายพันธุ์บราซิล การศึกษาลักษณะกลุ่มและปริมาณประชากรของแบคทีเรียตรึงไนโตรเจนในอ้อยพันธุ์ไทยโดยเทคนิค Real-Time PCR ทำการศึกษาในอ้อยพันธุ์ไทยที่นิยมปลูก 5 สายพันธุ์ คือ ขอนแก่น 3 อู่ทอง 84-12 สอน.92-11 สอน.88-92 สอน.95-84 อ้อยสายพันธุ์บราซิล (Sp70-1284) หญ้าเนเปียปากช่อง อ้อยป่าTH99-132 (S. spontaneum) และหญ้ากินนีสีม่วง โดยศึกษาการ Colonization ของแบคทีเรีย ผลการทดลองพบว่า มีการโคโลไนซ์ของแบคทีเรียอย่างน้อย 2 ชนิดในใบและลำต้นอ้อย พบ Gluconacetobacter diazotrophicus ในใบของอ้อยพันธุ์บราซิล พบ Azospirillum brasilense ในลำต้นอ้อยพันธุ์ขอนแก่น 3 สอน.92-11 สอน.88-92 สอน.95-84 พันธุ์บราซิล และอ้อยป่า และพบ Herbaspirillum seropedicae ในลำต้นอ้อยพันธุ์ขอนแก่น 3 สอน.92-11 สอน.88-92 สอน.95-84 พันธุ์บราซิล อ้อยป่าและหญ้ากินนีสีม่วง นอกจากนี้ยังพบ A. brasilense และ H. seropedicae ในบริเวณ rhizosphere ของอ้อยพันธุ์อู่ทอง 84-12 แต่ไม่พบในลำต้น จึงอาจสรุปได้ว่าลำต้นอ้อยสายพันธุ์อู่ทอง 84-12 ไม่เอื้อต่อการอยู่อาศัยของแบคทีเรียดังกล่าว แต่อาจมีระบบที่เอื้อต่อการอยู่อาศัยบริเวณรากและ rhizosphere ยีน SHR5-receptor-like kinase อยู่ในกลุ่ม Receptor protein kinases (RPKs) เป็นส่วนประกอบของระบบการส่งถ่ายสัญญาณระหว่างเซลล์ ทำให้เซลล์สามารถจดจำ เกิดการปฏิสัมพันธ์ และตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมภายนอกระหว่างเซลล์ มีหน้าที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมการเจริญเติบโต ระบบการต้านทานของพืช และการตอบสนองต่อฮอร์โมนที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโต ซึ่งในอ้อยการปฏิสัมพันธ์กันระหว่างพืชกับแบคทีเรีย endophytic ทำให้ยีน SHR5 เกิดการ down-regulated งานวิจัยนี้จึงได้ศึกษาการแสดงออกของยีน SHR5 ในอ้อยสายพันธุ์ไทยทั้งในสภาพโรงเรือนและสภาพแปลงปลูก ในสภาพโรงเรือนใช้อ้อยพันธุ์ขอนแก่น 3 พบว่า การแสดงออกของยีน SHR5 ในกรรมวิธีที่ 2 การเติมเชื้อ G. diazotrophicus มีค่ามากสุดเท่ากับ 1.82 และกรรมวิธีที่ 6 เติม G. diazotrophicus และ Azospirillum spp. มีการแสดงออกน้อยสุดเท่ากับ 0.31 ซึ่งต่ำกว่าชุดควบคุม แต่ทั้ง 8 กรรมวิธี ไม่มีการเปลี่ยนแปลงของการแสดงออกของยีน สำหรับการศึกษาในสภาพแปลงปลูกของอ้อย ได้แก่ พันธุ์ขอนแก่น 3 พันธุ์อู่ทอง 84-12 พันธุ์สอน.92-11 พันธุ์สอน.88-92 พันธุ์สอน.95-84 พันธุ์บราซิล Sp70-1284 พันธุ์ป่า Th99-132 (Saccharum Spontaneum) พันธุ์อู่ทองเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ ร่วมกับหญ้าเนเปียร์ และหญ้ากินนีสีม่วง โดยมีพันธุ์ขอนแก่น 3 เพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อเป็นชุดควบคุม พบว่า การแสดงออกของยีน SbSHR5 เกิดการ up-regulated ในอ้อยพันธุ์ สอน.88-92 และอ้อยพันธุ์สอน.95-84 เมื่ออายุ 2 เดือน และในอ้อยพันธุ์ สอน.95-84 เมื่ออายุ 4 เดือน และทุกกรรมวิธีในสภาพแปลงปลูกมีค่าการแสดงออกมากกว่าค่าควบคุม จากผลการทดลองทั้งหมดทำให้สามารถสรุปได้ว่าอ้อยพันธุ์ขอนแก่น 3 เป็นอ้อยสายพันธุ์ไทยที่มีความสามารถในการตรึงไนโตรเจนจากอากาศโดยชีววิธี โดย A. brasilense และ H. seropedicae ที่อาศัยอยู่ในลำต้นอ้อย

คำสำคัญ