MRG5080380_web1

จุลินทรีย์ปฏิปักษ์ช่วยแก้โรคในข้าว

ข้าวถือเป็นพืชเศรษฐกิจที่สำคัญอย่างมากของไทย ในแต่ละปีไทยส่งออกข้าวเป็นจำนวนกว่า 10 ล้านตัน (พ.ศ.2561) คิดเป็นมูลค่าหลายพันล้านบาท อย่างไรก็ตามปัญหาที่ยังพบในการปลูกข้าวก็คือโรคที่เกิดจากจุลินทรีย์ชนิดต่างๆ ทั้งแบคทีเรีย เชื้อราและไวรัส วิธีการหนึ่งในการควบคุมและกำจัดโรคในข้าวคือการใช้ระบบการควบคุมทางชีวภาพ (Biological control) โดยการใช้จุลินทรีย์ปฏิปักษ์กำจัดเชื้อสาเหตุโรค แต่จะใช้จุลินทรีย์ชนิดไหนเพื่อกำจัดโรคอะไรในข้าวได้บ้างนะ?

โรคที่พบในข้าวและการรักษา

โรคที่พบในข้าวมีอยู่หลายชนิดเช่น โรคไหม้ (Rice blast), โรคใบจุดสีน้ำตาล (Brown spot), โรคกาบใบแห้ง (Sheath blight), โรคถอดฝักดาบ (Bakanae), โรคขอบใบแห้ง (Bacterial leaf blight) เป็นต้น การควบคุมการเกิดโรคในข้าวสามารถทำได้โดยการใช้ชีววิธีควบคุมโรค (Biological control) โดยใช้จุลินทรีย์ปฏิปักษ์ที่มีความสามารถในการผลิตสารปฏิชีวนะ หรือสามารถเจริญเติบโต แย่งสารอาหารและยึดครองพื้นที่ส่วนต่างๆ ของพืชได้ดีกว่าเชื้อสาเหตุโรค ซึ่งจัดเป็นทางออกหนึ่งในการควบคุมการเกิดโรค รวมถึงช่วยลดการใช้สารเคมีหรือสารกำจัดศัตรูพืชได้อีกด้วย

จุลินทรีย์ในกลุ่มแอคติโนมัยสีท จัดเป็นจุลินทรีย์ปฏิปักษ์ที่มีความสามารถในการผลิตสารปฏิชีวนะที่สำคัญในสิ่งแวดล้อม จุลินทรีย์ชนิดนี้เป็นแบคทีเรียแกรมบวก* ที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติ โดยเฉพาะในดินและรอบรากพืช เป็นแบคทีเรียที่มีบทบาทสำคัญต่อการย่อยสลายซากพืช ซากสัตว์ ทำให้เกิดการหมุนเวียนของธาตุอาหารในสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ยังพบว่า แอคติโนมัยสีทบางชนิดสามารถผลิตสารที่ช่วยควบคุมการเจริญของจุลินทรีย์ก่อโรคในพืช ทำให้พืชเจริญได้ดีหรือทนต่อสภาวะที่แห้งแล้งได้ดี

*การย้อมแกรม (gram staining) เป็นเทคนิคที่ใช้แบ่งแบคทีเรียออกเป็น 2 กลุ่มคือ แบคทีเรียแกรมบวก (gram positive bacteria) และแบคทีเรียแกรมลบ (gram negative bacteria) โดยแบคทีเรียแกรมบวกและแกรมลบมีองค์ประกอบของโครงสร้างผนังเซลล์ที่แตกต่างกันอย่างมาก พบว่าชั้นของเพปทิโดไกลแคนในแบคทีเรียแกรมลบบางกว่าของแกรมบวกมาก (ประมาณ 1 ใน 10) นอกจากนี้ยังมีพันธะเพปไทด์ที่เชื่อมระหว่างเส้นเพปทิโดไกลแคนน้อยกว่า และไม่มีพันธะของ teichoic acid ที่เพิ่มความแข็งแรง ดังนั้นผนังเซลล์ของพวกแกรมลบจึงแข็งแรงน้อยกว่าแกรมบวกมาก [Ref. http://www.foodnetworksolution.com]

การคัดแยกเชื้อและจำแนกแอคติโนมัยสีท

ในการนำจุลินทรีย์ในกลุ่มแอคติโนมัยสีทมาใช้ควบคุมการเจริญของจุลินทรีย์ก่อโรคในข้าว จำเป็นต้องทำการคัดแยกเชื้อแอคติโนมัยสีทจากดินและหาสายพันธุ์แอคติโนมัยสีทที่มีความสามารถในการยับยั้งจุลินทรีย์ที่ก่อโรคในข้าว จากรายงานของดร. กรรณิการ์ ดวงมาลย์ และ รศ.ดร. อรินทิพย์ ธรรมชัยพิเนต ได้ทำการวิจัยโดยเก็บดินตัวอย่างจากแหล่งต่าง ๆ เช่น ดินนา ดินรอบรากพืช จำนวน 11 ตัวอย่าง (จาก สุพรรณบุรี เชียงใหม่ กรุงเทพ นนทบุรี และกาฬสินธ์ จำนวน 10 ตัวอย่าง และอีกหนึ่งตัวอย่างเป็นดินรอบรากพืชที่เก็บจากจังหวัดนครปฐม) มาทำการคัดแยกเชื้อเพื่อให้ได้แอคติโนมัยสีทเชื้อบริสุทธิ์ และเก็บรักษาไว้บนอาหารแข็งเอียงชนิด glucose yeast extract agar (GYE) ซึ่งจากการศึกษาพบว่าตัวอย่างดินทุกตัวอย่างที่นำมาคัดแยกเชื้อจะพบการเจริญของแอคติโนมัยสีท โดยพบสายพันธุ์แอคติโนมัยสีททั้งหมดจำนวน 210 สายพันธุ์ การจัดกลุ่มแอคติโนมัยสีทเบื้องต้น สามารถทำได้โดยการจำแนกตาม
1. การจัดกลุ่มตามลักษณะสีของเส้นใยและรงควัตถุที่สร้างขึ้น
2. การจัดกลุ่มตามองค์ประกอบของผนังเซลล์
3. การจัดกลุ่มตามลักษณะของผิวและการเรียงตัวของสปอร์ในสายพันธุ์ที่น่าสนใจ
หากพิจารณาตามลักษณะสีของสปอร์ สามารถจัดเป็นกลุ่มย่อยได้ทั้งหมดจำนวน 7 กลุ่ม โดยสปอร์สีเทาเป็นกลุ่มที่พบมากที่สุด จำนวน 130 ไอโซเลท ซึ่งคิดเป็นจำนวนถึง62% ส่วนกลุ่มที่รองลงมาได้แก่ กลุ่มสปอร์สีนํ้าตาล (25 ไอโซเลท) สีชมพู (22 ไอโซเลท) และสีอื่นๆ (33 ไอโซเลท) จากการศึกษาชนิด Diaminopimelic acid (DAP) ซึ่งเป็นองค์ประกอบในผนังเซลล์เพื่อการจัดจำแนกว่าเป็นแอคติโนมัยสีทที่คัดแยกได้เป็นกลุ่ม Streptomycetes หรือ Non-streptomycetes ด้วยวิธี Paper chromatography พบว่าพบว่ามีไอโซเลทที่มี LL-DAP เป็นองค์ประกอบจำนวน 163 ไอโซเลทและพบ Meso-DAP จำนวน 47 ไอโซเลท ซึ่งสรุปว่าไอโซเลทที่ศึกษาจัดอยู่ในกลุ่ม Streptomycetes จำนวน 163 ไอโซเลท (77.6%) และเป็น Non-streptomycetes จำนวน 47 ไอโซเลท (22.4%) และเมื่อระบุชนิดแอคติโนมัยสีทในกลุ่ม non-streptomycetes ด้วยการศึกษายีน 16S rRNA** พบว่านาข้าวมีความหลากหลายของแอคติโนมัยสีทที่ค่อนข้างสูง แสดงให้เห็นถึงความหลากหลายทางชีวภาพของแอคติโนมัยสีทในดินนาที่นำมาศึกษา

**ยีน 16S rRNA เป็นส่วนหนึ่งของ rRNA ที่พบใน Prokaryotic cell เช่น Bacteria ดังนั้นการหาลำดับเบสของชิ้นส่วนยีนตำแหน่ง 16S rRNA สามารถใช้จำแนกประเภทสายพันธุ์ของจุลินทรีย์

แอคติโนมัยสีทในการยับยั้งจุลินทรีย์โรคข้าว

การทดสอบแอคติโนมัยสีทในการยับยั้งจุลินทรีย์โรคข้าวสามารถทำได้ด้วยวิธี Overlay method และ Dual culture assay ในอาหารเลี้ยงเชื้อแข็ง ซึ่งจุลินทรีย์ก่อโรคข้าวที่นำมาศึกษามีทั้งหมด 4 ชนิด ได้แก่ Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Fusarium proliferatum, Helminthosporium oryzae และ Rhizoctonia solani ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคขอบใบแห้ง (Bacterial leaf blight) โรคถอดฝักดาบ (Bakanae) โรคใบจุดสีน้ำตาล (Brown Spot) และ โรคกาบใบแห้ง (Sheath blight) ตามลำดับ พบว่า จำนวน 141 ไอโซเลท สามารถยับยั้ง Xanthomonas oryzae pv. oryzae, จำนวน 122 ไอโซเลท สามารถยับยั้ง Fusarium proliferatum, จำนวน 88 ไอโซเลท สามารถยับยั้ง Helminthosporium oryzae, จำนวน 78 ไอโซเลท สามารถยับยั้ง Rhizoctonia solani, จำนวน 56 ไอโซเลท สามารถยับยั้งราทดสอบทั้งสามชนิด และจำนวน 41 ไอโซเลท สามารถยับยั้งจุลินทรีย์ที่ใช้ทดสอบได้ทุกชนิด

โดยไอโซเลท K9S11 (Streptomyces orinoci) เป็นสายพันธุ์ที่ยับยั้ง Xanthomonas oryzae pv. oryzae หรือโรคขอบใบแห้งได้ดีที่สุด แต่มีค่าการยับยั้งราทดสอบไม่สูงนัก ในขณะที่ไอโซเลท K8S3 (Streptomyces hygroscopicus subsp. Hygroscopicus), K8A8 (Streptomyces javensis) และ K10S1 (Streptomyces griseoverticillatus) สามารถยับยั้งทั้งราและแบคทีเรียทดสอบได้สูงทุกชนิด จึงนำแอคติโนมัยสีทไอโซเลท 3 ชนิดนี้ไปศึกษาประสิทธิภาพในการยับยั้งเชื้อทดสอบของสารสกัดจากแอคติโนมัยสีท โดยนำไอโซเลท K8S3, K8A8 และ K10S1 ไปปลูกสปอร์ในอาหารและเลี้ยงแบบบ่มเขย่าเป็นเวลา 4 วัน จากนั้นจึงนำมาใช้เป็นหัวเชื้อปลูกในอาหารเลี้ยงเชื้อ 3 ชนิดได้แก่ สูตร A-3M, สูตร A-11M และสูตร A-16M หลังจากทำการบ่มเขย่าที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 7 วัน จึงนำเซลล์และน้ำเลี้ยงเซลล์ที่ได้มาสกัดด้วยบิวทานอลในอัตราส่วน 1:1 เป็นเวลา 1 ชั่วโมง แล้วจึงนำมาปั่นเหวี่ยงและนำสารที่สกัดได้มาทำการะเหยแห้ง และละลายด้วย DMSO แล้วจึงนำสารที่ได้มาทดสอบการยับยั้งจุลินทรีย์ก่อโรคข้าว

จากผลการทดลองพบว่า การเลี้ยงไอโซเลท K8S3 ในอาหารสูตร A-3M ให้ค่าการยับยั้ง Rhizoctonia solani ได้ดีที่สุด ส่วนไอโซเลท K10S1 ในอาหาร A-16M สามารถยับยั้ง Helminthosporium oryzae ได้ดีที่สุด ในขณะที่ไอโซเลท K8S3 ในอาหาร A-16M สามารถยับยั้ง Fusarium proliferatum ได้ดีที่สุด และเมื่อพิจารณาค่าการยับยั้งของจุลินทรีย์ที่นำมาทดสอบทุกชนิดจะเห็นว่าไอโซเลท K8S3 ในอาหาร A-3M มีค่าการยับยั้งจุลินทรีย์ทดสอบได้ในระดับสูงเกือบทุกชนิด นอกจากนี้เมื่อนำสารสกัดที่ได้ไปผ่านความร้อนที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 15 นาที ยังคงมีค่าการยับยั้งจุลินทรีย์ทดสอบได้ดีและไม่ลดต่ำจากสารที่ไม่ผ่านความร้อนมากนัก แสดงให้เห็นว่าสารสกัดที่ได้มีความคงตัวค่อนข้างดี เมื่อนำสารสกัดที่ได้จากการเลี้ยงเชื้อในอาหารดังกล่าวข้างต้นมาวิเคราะห์ชนิดสารด้วยการฉีด HPLC (Agilent HP-1100 system) เทียบกับฐานข้อมูลชนิดสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ พบว่าสารที่เชื้อสร้างขึ้นโดยแอคติโนมัยสีทมีทั้ง Known และ Unknown compound เช่น ไอโซเลท K8S3 ในอาหารเลี้ยงเชื้อชนิด A-3M สามารถผลิตสารได้หลายชนิด และพบสารกลุ่ม Prenylindole ซึ่งเป็นสารที่มีคุณสมบัติในการยับยั้งเชื้อรา

นอกจากนี้เมื่อนำไอโซเลท K8S3, K11S1 และ K8A8 ไปเลี้ยงในอาหารเลี้ยงเชื้อเหลว ISP2 และนำน้ำเลี้ยงเชื้อที่ได้มาทดสอบผลที่มีต่อการงอกของเมล็ดข้าว โดยนำน้ำเลี้ยงเชื้อที่ได้มาเจือจางที่ความเข้มข้นต่างๆ ราดลงบนกระดาษทิชชูที่ผ่านการนึ่งฆ่าเชื้อ พบว่าไอโซเลท K8S3 ที่ความเจือจาง 1:10000 ทำให้ต้นข้าวสูงที่สุดอีกด้วย

จากที่กล่าวมาข้างต้น เห็นได้ว่าดินตัวอย่างทุกตัวอย่างที่ศึกษามีแอคติโนมัยสีทอยู่ในจำนวนค่อนข้างสูงทั้งยังมีความหลากหลายทางชีวภาพของแอคติโนมัยสีท โดยแอคติโนมัยสีทที่สามารถยับยั้งโรคในข้าวได้ดีควรจะคัดแยกมาจากแหล่งที่ปลูกข้าว และหากนำแอคติโนมัยสีทเหล่านี้ไปใช้ในการเกษตรอินทรีย์จะได้เป็นจุลินทรีย์ที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่จุลินทรีย์เคยอาศัยอยู่ ซึ่งสามารถสนับสนุนการเจริญของข้าวให้ดียิ่งขึ้น

อ้างอิงข้อมูลจาก

โครงการวิจัย “การคัดเลือกแอคติโนมัยสีทกลุ่มปฏิปักษ์ต่อจุลินทรีย์ก่อโรคในข้าว”

หัวหน้าโครงการ : กรรณิการ์ ดวงมาลย์
สนับสนุนโดย : สำนักงานคณะกรรมการส่งเสริมวิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (สกสว.)

เรียบเรียง บุษยา เกรย์
กราฟิก พิชญาภา นาคทับที

 

 

 

00:00
00:00
Empty Playlist