การวิจัยพัฒนาถ่านชีวภาพดัดแปลงด้วยจุลินทรีย์บำรุงเพื่อเป็นวัสดุปรับปรุงคุณภาพดินและส่งเสริมการเจริญของพืช

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาพัฒนาถ่านชีวภาพดัดแปลงเสริมด้วยจุลินทรีย์บำรุง (Microbe-assisted modified biochar) จากเศษวัสดุเหลือทิ้งจากนาข้าวเพื่อใช้ปรับปรุงดินและส่งเสริมการเจริญของพืช โดยในการศึกษาจะหาสภาวะที่เหมาะสมในการเผาถ่านชีวภาพ หาวิธีที่เหมาะสมสำหรับการตรึงเซลล์จุลินทรียไว้ในถ่านชีวภาพให้มีอัตราการอยู่รอดสูง และศึกษาประสิทธิภาพของถ่านชีวภาพดัดแปลงเสริมด้วยจุลินทรีย์บำรุงสำหรับการปรับปรุงคุณภาพของดินและส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช โดยทำการทดสอบอุณหภูมิในการเผาในระดับห้องปฏิบัติการ 3 ค่าคือ 300 องศาเซลเซียส 500 องศาเซลเซียส และ 700 องศาเซลเซียส และเลือกอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการเผาในเตาเผาระดับ pilot scale เพื่อผลิตถ่านชีวภาพ จากนั้นทำการศึกษาและเลือกวิธีการตรึงจุลินทรีย์สายพันธุ์ B.pumilus ไว้ในถ่านชีวภาพ โดยหาปริมาณเชื้อในถ่าน สัดส่วนการใช้งาน อุณหภูมิและระยะเวลาการเก็บรักษา อัตราการรอดชีวิต ก่อนจะนำไปทดสอบประสิทธิภาพการใช้งานในระดับโรงเรือนสำหรับการปลูกข้าวหอมมะลิสายพันธุ์ กข 105 ซึ่งจะเก็บตัวอย่างดินก่อนและหลังการปลูกเพื่อวิเคราะห์หาคุณภาพทางกายภาพ เคมีและชีวภาพ ตัวอย่างพืชจะทำการวัดความสูงของต้น ความยาวของราก น้ำหนักสดและแห้ง จำนวนใบ จำนวนต้นต่อกอ จำนวนรวงและเมล็ด และปริมาณคลอโรฟิลล์ นอกจากนั้นจะวิเคราะห์หาสาร Indole-3-Acetic Acid (IAA) ที่ผลิตได้จากเชื้อ B.pumilus และทดสอบการตอบสนองในระดับการแสดงออกของยีนพืชที่ได้รับถ่านชีวภาพดัดแปลง จากการศึกษาจะใช้อุณหภูมิในการเผาถ่านชีวภาพจากฟางข้าวที่อุณหภูมิ 500 oC โดยฟางข้าวจำนวน 2 kg. จะได้ผลผลิตเป็นถ่านชีวภาพเฉลี่ย 35-40% โดยถ่านชีวภาพที่ได้จะมีพื้นที่ผิว 45.1040 m?/g และมีปริมาณรูพรุน 0.015218 cm?/g สำหรับวิธีการเตรียมถ่านชีวภาพดัดแปลงเสริมจุลินทรีย์จะเลือกใช้วิธีการตรึงเชื้อจุลินทรีย์ด้วยหลักการแบบใช้แรงโน้มถ่วงโดยจะมีปริมาณเชื้อที่ถูกตรึงในถ่านเท่ากับ 2.77 x 108 cfu หรือ 8.44 log cfu /ml โดยอุณหภูมิที่มีความเป็นไปได้ที่จะใช้ในการเก็บรักษาเพื่อให้เชื้อมีการรอดชีวิตมากที่สุดคือที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส และอุณหภูมิห้อง (25-30 องศาเซลเซียส) ตามลำดับ ซึ่งสามารถเก็บเชื้อได้นานถึง 2 เดือน สำหรับถ่านชีวภาพดัดแปลงที่ตรึงเซลล์ด้วยหลักการ gravity จะมีจำนวนเชื้อที่รอดชีวิต เท่ากับ 7.80 ? 0.07 และ 7.71 ? 0.02 log cfu/g ที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส และอุณหภูมิห้อง ตามลำดับ เมื่อเก็บรักษาเป็นเวลา 8 สัปดาห์ ผลการทดสอบประสิทธิภาพของถ่านชีวภาพดัดแปลงในการปลูกข้าวพบว่าการเติมถ่านชีวภาพดัดแปลง 1% จะทำให้ข้าวเจริญเติบโตดีที่สุด โดยมีค่าความสูงของต้นเท่ากับ 92.80?10.64 เซนติเมตร ความยาวรากเท่ากับ 14.10?1.14 เซนติเมตร จำนวน9.4?1.14 ต้น/กอ จำนวนรวงเท่ากับ 7.8?1.30 รวง/กอ มีจำนวนเมล็ด 388?80 เมล็ด ในขณะที่ถ่านชีวภาพดัดแปลงสามารถปรับปรุงคุณภาพของดินให้ดีขึ้นโดยจะมีปริมาณอินทรียวัตถุในดิน ไนโตรเจนทั้งหมด ปริมาณฟอสฟอรัสที่เป็นประโยชน์และโพแทสเซียมในดินหลังการปลูกที่มีค่าสูงขึ้นและมีความหลากหลายของจุลินทรีย์ในดินที่มากขึ้น นอกจากนี้เชื้อจุลินทรีย์ที่ใช้ในการวิจัยนี้สามารถสร้าง Indole-3-Acetic Acid (IAA) ได้สูงถึง 153.7?1.55 ?g/ml นอกจากลักษณะทางสัณฐานวิทยาของพืชแล้ว การแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการตอบสนองแบบ induced systemic response (ISR) สามารถบ่งชี้ถึงการสร้างภูมิคุ้มกันและสุขภาพที่ดีของพืช ในการศึกษานี้ ผู้วิจัยใช้ยีน PR10b, Rab21, GH3-8 และ NPR1 ที่ตอบสนองและทำงานร่วมกับฮอร์โมนพืชที่หลากหลาย (ออกซิน กรดซาลิไซลิก กรดแอบไซซิก เป็นต้น) เป็นตัวชี้วัดการกระตุ้นภูมิคุ้มกันพืช โดยประเมินการแสดงออกของยีนด้วยเทคนิค real-time reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) ผลการทดสอบพบว่าถ่านชีวภาพและเชื้อแบคทีเรียบาซิลลัส ซึ่งจัดเป็นจุลินทรีย์ส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช (plant growth promoting rhizobacteria; PGPR) อย่างใดอย่างหนึ่งนั้น สามารถเหนี่ยวนำการแสดงออกของยีน ISR ได้ ที่น่าสนใจคือ การใช้ถ่านชีวภาพ (10 g/L) ร่วมกับเชื้อ PGPR (> 3.33 x 107 CFU/mL) สามารถเสริมฤทธิ์ในการกระตุ้น ISR ได้ การทดสอบผลกระทบของถ่านชีวภาพและเชื้อจุลินทรีย์ PGPR ในพืชเศรษฐกิจอื่น ๆ และผลกระทบต่อพืชรวมถึงสิ่งแวดล้อมในระยะยาว เป็นสิ่งที่น่าสนใจในการศึกษาต่อไป

คำสำคัญ