การปลูกพืชโดยอาศัยเกษตรกรรมธรรมชาติ ที่มีแนวทางให้ธรรมชาติเกื้อกูลกัน เป็นการทำการเกษตรแบบยั่งยืนและปลอดภัยกับทั้งเกษตรกรและผู้บริโภค ดังเช่นการใช้เทคโนโลยีปุ๋ยชีวภาพไรโซเบียมในการปลูกพืชตระกลูถั่ว เพื่อให้ถั่วและแบคทีเรียอาศัยอยู่ด้วยกันแบบพึ่งพาต่อกัน (symbiosis) ซึ่งการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิตทั้งสองเริ่มต้นจาก แบคทีเรียไรโซเบียมสร้างสารในกลุ่ม Lipo-chitooligosaccharide เพื่อกระตุ้นให้รากถั่วโค้งงอมาโอบล้อมรอบแบคทีเรีย จากนั้นเชื้อจึงเข้าสู่เซลล์พืชและเพิ่มจำนวนมากขึ้น เกิดเป็นปมถั่วขนาดใหญ่ เพื่อทำหน้าที่ตรึงแก๊สไนโตรเจนในอากาศ มาสร้างแอมโมเนียมและสารอินทรีย์อื่นๆ ที่พืชสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ ส่วนพืชทำหน้าที่ส่งน้ำตาลและสารอินทรีย์ต่าง ๆ มาเป็นอาหารให้แก่ไรโซเบียมเช่นกัน ความความสัมพันธ์นี้ เป็นความมหัศจรรย์ของสิ่งมีชีวิต ที่มีความซับซ้อนและแม่นยำในระดับพันธุกรรมของทั้งพืชและแบคทีเรีย

คณะผู้วิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี ร่วมกับสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัย และนวัตกรรม (อว.) ได้ใช้เทคโนโลยีแสงซินโครตรอน ศึกษาความซับซ้อนและการเปลี่ยนแปลงไปของสารชีวโมเลกุลที่สร้างโดยแบคทีเรีย Bradyrhizobium sp. DOA9 ที่มีการกลายพันธุ์ของยีน rpoN พบว่า ยีนดังกล่าวส่งผลกระทบชัดเจนต่อความสามารถในการสร้างปมถั่ว และพบว่าการตรึงไนโตรเจนลดลง

 

ภาพปมถั่วที่มีแบคทีเรีย Bradyrhizobium sp. DOA9 

ผลวิเคราะห์ FTIR chemical mapping ของภาพตัดขวางปมถั่ว

จากการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคอินฟราเรดไมโครสเปคโทรสโคปี (SR-FTIR) ตรวจพบการเปลี่ยนแปลงของชนิด ขนาด และปริมาณของโพลิแซคคาไรด์บนผิวเซลล์ของแบคทีเรียไรโซเบียม และจากการวิเคราะห์สารประกอบธาตุเหล็กที่มีอยู่ในปมรากถั่วด้วยเทคนิคการดูดกลืนรังสีเอกซ์ (XAS) พบว่า ธาตุเหล็กที่เป็นองค์ประกอบของเอนไซม์ไนโตรจีเนส ที่ทำหน้าที่ตรึงไนโตรเจนนั้นหายไป โดยตรวจพบเพียงธาตุเหล็กที่เป็นองค์ประกอบของ เลกฮีโมโกลบิน (Leghemoglobin) ที่ทำหน้าที่จับออกซิเจนเท่านั้น ส่งผลให้ไม่สามารถตรึงไนโตรเจนในอากาศเพื่อเปลี่ยนเป็นปุ๋ยให้แก่ต้นถั่วได้

ปมรากถั่วของต้นถั่วโสนขน (สะ-โหน-ขน) 

งานวิจัยนี้ช่วยให้ทราบว่า ยีนดังกล่าวมีผลต่อการสร้างสารชีวโมเลกุลชนิดใดบ้าง และส่งผลต่อการสร้างปมถั่วอย่างไร จึงเป็นการค้นพบที่ช่วยไขความลับธรรมชาติ เพื่อประโยชน์ในการใช้คัดเลือกสายพันธุ์ไรโซเบียม และต่อยอดงานวิจัย เพื่อนำวิถีเกษตรกรรมธรรมชาติมาใช้อย่างยั่งยืนต่อไป

                                                            

ต้นและรากต้นถั่วโสนขน (สะ-โหน-ขน) ที่มีปมรากถั่ว

บทความโดย

- ศ.ดร.นันทกร บุญเกิด, ศ.ดร.หนึ่ง เตียอำรุง, รศ.ดร.พรรณลดา ติตตะบุตร
สาขาวิชาเทคโนโลยีชีวภาพ สำนักวิชาเทคโนโลยีการเกษตร มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี
- ดร.วราภรณ์ ตัณฑนุช
สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน)
- ดร.เจนจิรา วงษ์ดี, ดร.พงษ์เดช ภิรมย์อยู่, ดร.ผ่องพรรณ ทรงวัฒนา, ดร.ตีรณา กรีธาธร
สถาบันวิจัยและพัฒนา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี
- ดร.วรวิกัลยา เกียรติ์พงษ์ลาภ
บริษัท ไทยวา จำกัด
- Dr. Eric Giraud, Dr. Djamel Gully, Dr. Nico Nouwen
Plant Health Institute Montpellier, France

เรียบเรียงโดย ส่วนสื่อสารองค์กร

อ้างอิง

Wongdee J., Piromyou, P., Songwattana, P., Greetatorn, T., Boonkerd, N., Teaumroong, N., Giraud, E., Gully D., Nouwen N., Kiatponglarp W., Tanthanuch W., and Tittabutr P. (2023) Exploring the cellular surface polysaccharide and root nodule symbiosis characteristics of the rpoN mutants of Bradyrhizobium sp. DOA9 using synchrotron-based Fourier transform infrared microspectroscopy in conjunction with X-ray absorption spectroscopy. Microbiology Spectrum. 10.1128/spectrum.01947-23.