การพัฒนาฐานข้อมูลจุลินทรีย์ในการจัดการนาข้าวอย่างยั่งยืน

บทคัดย่อ

นาข้าวที่สมบูรณ์นั้นอุดมไปด้วยความหลากหลายทางชีวภาพ การศึกษานี้มุ่งเน้นใช้ประโยชน์จากชุมชนจุลินทรีย์ในการย่อยสลายวัสดุลิกโนเซลลูโลสในฟางข้าวและตอซัง โดยผู้วิจัยใช้วิธีการศึกษาจุลินทรีย์ทั้งแบบที่อาศัยและไม่อาศัยการเลี้ยงเชื้อ ในการศึกษาความหลากหลายของประชากรจุลินทรีย์ทั้งในนาข้าวอินทรีย์และนาข้าวที่ใช้สารเคมีด้วยวิธีเมตาจีโนมิกส์นั้น ผู้วิจัยอาศัยยีน 16S rRNA V3-V4 และ internal transcribed spacer (ITS) ในการศึกษาประชากรแบคทีเรียและฟังไจตามลำดับ ในขณะที่ประชากรฟังไจมีการกระจายตัวค่อนข้างมากในแต่ละตัวอย่าง แม้สุ่มเก็บจากนาข้าวชนิดเดียวกัน ผู้วิจัยพบว่าประชากรแบคทีเรียในนาข้าวอินทรีย์มีความหลากหลายมากกว่าประชากรในแปลงที่ใช้สารเคมี โดยมี chao1 index และ Operational Taxonomic Unit (OTU) สูงกว่าแปลงที่ใช้สารเคมีอย่างมีนัยสำคัญ (p = 0.027) อย่างไรก็ดียังพบว่ามีแบคทีเรียที่สามารถใช้ประโยชน์ทางการเกษตรได้ อย่างเช่น Bacillus sp. อยู่ในนาข้าวทั้งแบบอินทรีย์และนาที่ใช้สารเคมี ข้อมูลเมตาจีโนมของนาข้าวได้มีการนำไปบรรจุในฐานข้อมูลระดับนานาชาติ National Center for Biotechnology Information (NCBI) ในการคัดแยกแบคทีเรียจากตัวอย่างดินรอบรากข้าวเพื่อการใช้ประโยชน์ สามารถคัดแยกแบคทีเรียได้ทั้งสิ้น 181 ไอโซเลต จากการตรวจสอบการย่อยสลายสารลิกโนเซลลูโลสเบื้องต้น พบแบคทีเรียที่มีความสามารถนี้ทั้งสิ้น 51 ไอโซเลต โดยมีค่า hydrolytic capacity (HC) ระหว่าง 1.07-10.00 โดยทุกไอโซเลตได้ถูกทำการจัดจำแนกชนิดของแบคทีเรียโดยวิธีการหาลำดับนิวคลีโอไทด์ของยีน 16S rRNA และเมื่อนำมาทดสอบค่ากิจกรรมการทำงานของเอนไซม์ทั้งสามชนิด ได้แก่ เซลลูเลส ไซลาเนส และลิกนินเพอร์ออกซิเดส พบว่าแบคทีเรียที่สามารถผลิตเอนไซม์เซลลูเลสส่วนใหญ่จัดอยู่ในสกุล Bacillus sp. คิดเป็นร้อยละ 82.4 เมื่อนำทุกไอโซเลตมาทดสอบความปลอดภัยโดยการทดสอบการย่อยเม็ดเลือดแดง พบไอโซเลตที่ไม่สามารถย่อยเม็ดเลือดแดง (gamma hemolysis) ได้จำนวน 23 ไอโซเลต หลังจากนั้นจึงนำมาทดสอบกิจกรรมการทำงานของเอนไซม์เซลลูเลส ไซลาเนส และลิกนินเพอร์ออกซิเดส พบว่าไอโซเลตที่ให้ค่ากิจกรรมการทำงานของเอนไซม์ดีที่สุดคือ B. subtilis RS18-2, B. amyloliquefaciens RS19-4 และ B. aryabhattai RS20-2 ตามลำดับ หลังจากนำแบคทีเรียที่คัดเลือกมาทำการทดสอบความสามารถในการย่อยสลายฟางข้าวในสภาวะจำลอง พบว่าแบคทีเรีย B. amyloliquefaciens RS19-4 และ B. aryabhattai RS20-2 ทั้งเชื้อเดี่ยวและเชื้อผสม สามารถย่อยสลายฟางข้าวได้ดีขึ้น โดยพิจารณาจากอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนที่แคบลงเมื่อเปรียบเทียบกับชุดควบคุมที่ไม่ได้ใส่แบคทีเรียผลิตเอนไซม์ จากองค์ความรู้และผลผลิตที่ได้จากงานวิจัยนี้ คาดว่าฐานข้อมูลแบบองค์รวมเกี่ยวกับชุมชนจุลินทรีย์ในนาข้าว และการพัฒนาเชื้อแบคทีเรียพร้อมใช้ที่สามารถย่อยสลายวัสดุเหลือทิ้งในนาข้าวที่ได้ในงานวิจัยนี้ จะทำให้สามารถใช้ประโยชน์ในการจัดการนาข้าวได้อย่างยั่งยืน

คำสำคัญ

ระดับความพร้อมของโครงการ