Close

จุลินทรีย์ชีวภาพ เพิ่มธาตุอาหารพืช

จุลินทรีย์ชีวภาพ เพิ่มธาตุอาหารพืช เทคโนโลยีชีวภาพมีความหมายครอบคลุมไปถึงการศึกษาและนำความรู้ในสาขาชีววิทยา จุลชีววิทยา เคมี และพันธุศาสตร์ระดับโมเลกุล

ที่เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตต่างๆ เช่น จุลินทรีย์ พืช สัตว์ มาใช้ประโยชน์ เทคโนโลยีชีวภาพมีบทบาทสำคัญต่อการผลิตทางการเกษตรอย่างมาก ได้แก่ การผลิตปุ๋ยชีวภาพ (biofertilizer) สารกำจัดศัตรูพืชและสัตว์ชีวภาพ (biopesticide) จุลินทรีย์ย่อยสลายลิกนินและเซลลูโลส การผลิตชีวมวลและเชื้อเพลงชีวภาพ การดัดแปลงพันธุกรรมของพืช เป็นต้น ปัจจุบันมีนักวิทยาศาสตร์และเกษตรกรให้ความสนใจเกี่ยวกับการใช้จุลินทรีย์ในการปรับปรุงบำรุงดินเพื่อเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรมากขึ้น การใช้จุลินทรีย์จะช่วยพัฒนาทรัพยากรดินอย่างยั่งยืน
จุลินทรีย์มีบทบาทในกระบวนการแปรสภาพอินทรียวัตถุในดิน (soil organic matter) ให้กลายเป็นธาตุอาหาร จุลินทรีย์ในดินที่มีศักยภาพแบ่งออกได้เป็น 5 ประเภท คือ
1) จุลินทรีย์เพิ่มธาตุอาหารพืช
2) จุลินทรีย์ที่ช่วยให้ธาตุอาหารเป็นประโยชน์กับพืช
3) จุลินทรีย์ส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช
4) จุลินทรีย์เร่งปุ๋ยหมัก
5) จุลินทรีย์ย่อยสลายสารพิษในดิน
สำหรับ 3 ประเภทแรกเรียกรวมกันว่าปุ๋ยชีวภาพ ซึ่งประกอบด้วยจุลินทรีย์ที่คัดเลือกแล้วว่าเป็นสายพันธุ์ดีและมีปริมาณมาก เมื่อใส่ลงไปในดิน จุลินทรีย์จะเติบโตและสร้างกลุ่มรอบผิวรากหรือในรากพืช และช่วยส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช ดังนั้น นิยามของปุ๋ยชีวภาพ จึงเน้น 2 ประเด็นคือ
1) มีจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพในปริมาณมากพอ โดยระบุชื่อและสายพันธุ์จุลินทรีย์ได้
2) ใช้แล้วทำให้พืชได้รับธาตุอาหารเพิ่มขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ จากการที่มีจุลินทรีย์นั้นอยู่ในดินหรืออยู่ร่วมกับพืช

จุลินทรีย์เพิ่มธาตุอาหารพืช
จุลินทรีย์เพิ่มธาตุอาหารพืช ได้แก่ กลุ่มจุลินทรีย์แปรสภาพไนโตรเจน ซึ่งผลิตเอ็มไซม์โปรตีเอส ย่อยสลายอินทรีย์ไนโตรเจนที่สะสมอยู่ในดิน ให้อยู่ในรูปของไนโตรเจนที่พืชนำไปใช้ได้ จุลินทรีย์ที่มีบทบาทในการย่อยได้แก่ กลุ่มบาซิลัส (Bacillus) อาโธรแบคเตอร์ (Arthrobacter) สเตรปโตมัยสีท (Streptomyces) แอสเพอร์จิลลีส (Aspergillus) ไนโตรแบคเตอร์ (Nitrobactor) และไนโตรโซโมเนส (Nitrosomonas) นอกจากนี้จุลินทรีย์ในดินบางชนิดสามารถตรึงไนโตรเจนจากอากาศเปลี่ยนให้เป็นสารประกอบไนโตรเจนที่มีประโยชน์ต่อพืชได้ จุลินทรีย์กลุ่มนี้แบ่งย่อยได้เป็น 3 ประเภทตามลักษณะความสัมพันธ์กับพืช ได้แก่
1) แบคทีเรียตรึงไนโตรเจนที่อยู่ร่วมกับพืชแบบพึ่งพาอาศัยกัน (symbiosis N2-fixing bacteria) เช่น เชื้อไรโซเบียม (Rhizobium sp.) กับพืชตระกูลถั่ว
2) แบคทีเรียตรึงไนโตรเจนที่อาศัยอยู่ร่วมกับพืชแบบอิสระ (N2-fixing associated bacteria) เช่นอะโซสไปริลลัม (Azospirillum) พบในพืชตระกูลหญ้า อ้อย ข้าวฟ่าง และข้าวโพด
3) แบคทีเรียที่อาศัยอยู่อย่างอิสระในดินและบริเวณรากพืช (Free-living N2-fixing bacteria) เช่น อะโซโตแบคเตอร์ (Azotobacter) และไบเจอริงเคีย (Beijerinckia) นอกจากแบคทีเรียแล้วสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน หรือไซยาโนแบคทีเรีย (cyanobacteria) จัดเป็นกลุ่มจุลินทรีย์ชนิดหนึ่งที่สามารถสังเคราะห์แสงและตรึงไนโตรเจนจากอากาศได้ เจริญเติบโตได้ดีในพื้นที่น้ำขัง เช่น ในนาข้าว

จุลินทรีย์ที่ช่วยให้ธาตุอาหารเป็นประโยชน์กับพืช
จุลินทรีย์ที่ช่วยให้ธาตุอาหารเป็นประโยชน์กับพืชมี 2 กลุ่ม กลุ่มแรก คือ จุลินทรีย์แปรสภาพฟอสฟอรัส ที่สร้างกรดอินทรีย์หรือเอนไซม์แปรสภาพฟอสฟอรัสย่อยสารประกอบกลุ่มอินทรีย์ฟอสฟอรัสให้อยู่ในรูปที่พืชสามารถนำไปใช้ได้ นอกจากนี้ยังสามารถย่อยสารประกอบอนินทรีย์ฟอสฟอรัส เช่น หินฟอสเฟต หรือตะกอนของสารประกอบฟอสเฟต ซึ่งเกิดจากการใช้ปุ๋ยฟอสเฟตอย่างต่อเนื่องแต่ถูกตรึงไว้ในดิน การใส่จุลินทรีย์ละลายฟอสเฟตจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ปุ๋ยฟอสเฟตในดินได้จุลินทรีย์แปรสภาพฟอสฟอรัสได้แก่ เชื้อแบคทีเรียในกลุ่มบาซิลลัส (Bacillus sp) ซูโดโมแนส (Pseudomonas sp.) ไธโอบาซิลลัส (Thiobacillus sp.) และเชื้อราในกลุ่มแอสเพอร์จิลลัส (Aspergillus sp.) เพนนิซิลเลียม (Penicillium sp.)
จุลินทรีย์ช่วยเพิ่มศักยภาพในการดูดซึมธาตุอาหารพืช ได้แก่ เชื้อราไมคอร์ไรซา ซึ่งมีความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกันกับรากพืชชั้นสูง โดยเชื้อราจะได้รับอาหารจากพืช และพืชก็ได้รับประโยชน์จากราในการดูดน้ำและธาตุอาหารให้แก่พืช เชื้อราไมคอร์ไรซาที่พบโดยทั่วไปมี2 ชนิดคือ เอ็คโตไมคอร์ไรซา ซึ่งจะสร้างเส้นใยอัดตัวแน่นรอบรากพืชคล้ายเป็นเปลือกรากอีกชั้นหนึ่ง และเอ็นโดไมคอร์ไรซา เป็นเชื้อราที่สร้างเส้นใยแบบหลวมๆ รอบรากพืช และบางส่วนเจริญเข้าไปในรากและสร้างเป็นโครงสร้างแตกแขนง เรียกว่าอาร์บัสคูลและแบบกลมคล้ายรูปไข่เรียกว่าเวสิเคิล การใช้เชื้อราประเภทนี้นิยมใช้กับพืชยืนต้น เพื่อช่วยให้พืชดูดธาตุอาหารได้ง่ายขึ้น ช่วยให้ความชุ่มชื้น ช่วยควบคุมโรคพืช และลดความเป็นพิษของสารเคมีและโลหะหนักในดิน

จุลินทรีย์ส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช
จุลินทรีย์ส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช หรือ พีจีพีอาร์ (Plant Growth Promoting Rhizobacteria; PGPR) เป็นกลุ่มจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในดินรอบรากพืช (rhizosphere) และช่วยกระตุ้นการเจริญเติบโตของพืช โดยการสร้างสารกระตุ้นการเจริญของพืช เช่น ซิเดอร์โรฟอร์ (siderophore) ซึ่งมีสมบัติเพิ่มการนำธาตุเหล็กเข้าสู่เซลล์พืช โดยการแย่งจับธาตุเหล็กบริเวณรอบรากพืช ทำให้เชื้อราโรคพืชไม่สามารถนำธาตุเหล็กไปใช้ได้นอกจากนี้เชื้อจุลินทรีย์ยังสามารถสร้างฮอร์โมนพืช (phytohormones) เช่น ฮอร์โมนกลุ่มออกซิน (auxins) ซึ่งกระตุ้นการยืดตัวของเซลล์การแบ่งเซลล์และการเปลี่ยนสภาพของเซลล์ สร้างเอนไซม์ไคติเนส (chitinase) และลามินาริเนส (laminarinase) ย่อยเส้นใยเชื้อราโรคพืช สร้างสารปฏิชีวนะที่มีฤทธิ์ต้านเชื้อราสาเหตุโรคพืชได้เชื้อจุลินทรีย์ที่อยู่ในกลุ่มพีจีพีอาร์ ได้แก่ อะโซสไปริลลัม(Azospirillum sp.) สเตรปโตมัยสีท (Streptomyces sp.) บาซิลลัส(Bacillus sp.) ซูโดโมแนส (Pseudomonas sp.) และ ไตรโคเดอร์มา (Trichoderma sp.) เป็นต้น จุลินทรีย์พีจีพีอาร์ได้ถูกพัฒนาสำหรับใช้คลุกเมล็ดก่อนปลูก ผสมน้ำรดดิน ฉีดพ่นทางใบ และจุ่มรากกล้าก่อนย้ายปลูก

จุลินทรีย์เร่งปุ๋ยหมัก
ปุ๋ยหมัก (compost) คือปุ๋ยที่ได้จากการหมักซากพืชซากสัตว์ตลอดจนมูลสัตว์เพื่อให้อินทรียสารสลายตัวผุพังจากกิจกรรมของจุลินทรีย์ซึ่งใช้เวลานาน จึงมีการคัดเลือกจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพสูงประกอบด้วยเชื้อราแบคทีเรียและแอคติโนมัยสีท เพื่อเร่งกระบวนการย่อยสลายให้เกิดขึ้นได้เร็ว ในกระบวนการหมักจะมีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ 3 ระยะ แต่ละระยะก็จะมีจุลินทรีย์หลายชนิดเข้ามามีบทบาทในการย่อยอินทรียสาร ในระยะแรก กองปุ๋ยหมักจะมีอุณหภูมิปานกลาง เชื้อจุลินทรีย์ที่ชอบอุณหภูมิปานกลาง (mesophiles) เจริญก่อนและใช้น้ำตาลและสารอาหารที่ย่อยง่ายทำให้กองวัสดุมีอุณหภูมิสูงขึ้นอยู่ที่ประมาณ 40-45 องศาเซลเซียส และเพิ่มสูงขึ้นถึง 50-70 องศาเซลเซียส ในระยะต่อมา ซึ่งเชื้อจุลินทรีย์ที่ชอบอุณหภูมิสูง (thermophiles) จะมีการเจริญและย่อยสารที่สลายยาก และเมื่อผ่านระยะ อุณหภูมิสูงแล้ว จึงเข้าสู่ระยะอุณหภูมิปานกลางครั้งที่สองซึ่งแหล่งอาหารของจุลินทรีย์เหลืออยู่น้อยกิจกรรมของจุลินทรีย์ลดต่ำลงจนอุณหภูมิของกองปุ๋ยหมักใกล้เคียงกับอุณหภูมิของอากาศโดยรอบ ทำให้จุลินทรีย์ที่ชอบอุณหภูมิปานกลางโตได้อีกระยะหนึ่ง เมื่อปฏิกิริยาเสร็จสิ้นสมบูรณ์จะได้เป็นสารประกอบประเภทฮิวมัส มีสีดำหรือน้ำตาลดำ ประเภทเดียวกับฮิวมัสในดิน

จุลินทรีย์ย่อยสลายสารพิษในดิน
การใช้สารเคมีเพื่อควบคุมโรคแมลงและศัตรูพืชรวมทั้งวัชพืชในพื้นที่การเกษตร หากใช้ในปริมาณสูงและไม่ถูกวิธีจะก่อให้เกิดสารพิษตกค้างทั้งในผลผลิตทางการเกษตรตัวเกษตรกรผู้ใช้รวมไปถึงสิ่งแวดล้อม ในธรรมชาติจะมีจุลินทรีย์บางชนิดที่สามารถปรับตัวให้ทนต่อสารเคมีและสามารถใช้สารเคมีที่ตกค้างเพื่อเป็นแหล่งอาหารและพลังงาน ได้ตัวอย่างเช่น จุลินทรีย์ย่อยสลายอาทราซีน ซึ่งเป็นสารกำจัดวัชพืช ซึ่งมีทั้งเชื้อราและเชื้อแบคทีเรีย หนึ่งในจุลินทรีย์ที่ย่อยสลายสารอาทราซีนได้คือ Pseudomonas sp. Strain ADP ที่สามารถย่อยอาทราซีนให้เป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กับแอมโมเนีย ปัจจุบันมีการศึกษาจุลินทรีย์เหล่านี้ในรายละเอียดทั้งด้านพันธุกรรม และเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการย่อยสารพิษ เพื่อนำไปถ่ายโอนให้แก่พืช และใช้ในการบำบัดดินหรือแหล่งปนเปื้อนอาทราซีนต่อไป

เกษตรกรไทยใช้ปุ๋ยชีวภาพไรโซเบียมและเชื้อราไมคอร์ไรซา เพื่อช่วยเพิ่มธาตุอาหารในดิน และใช้จุลินทรีย์เร่งปุ๋ยหมักมาแล้วระยะหนึ่ง แต่ในปัจจุบันมีการค้นพบว่า ยังมีจุลินทรีย์ที่มีประโยชน์อีกหลายชนิด ที่สามารถพัฒนาและนำมาใช้ในการปรับปรุงบำรุงดิน เพื่อเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรและลดต้นทุนการผลิตบทบาทของจุลินทรีย์ในดินจึงเป็นสิ่งที่ไม่ควรมองข้ามในฐานะที่ประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรมระดับครัวของโลก ทำให้การเกษตรไทยมีบทบาทสำคัญเกี่ยวกับความมั่นคงทางด้านอาหารจึงจำเป็นต้องบำรุงรักษาทรัพยากรดินฟื้นฟูปรับปรุงบำรุงดินให้เหมาะสมกับพืชชนิดต่างๆเพิ่มศักยภาพด้านการเกษตรของไทย เพื่อให้สามารถผลิตอาหารได้ทั้งปีและได้ใช้ทรัพยากรดินอย่างยั่งยืน การใช้จุลินทรีย์ทางการเกษตรช่วยทำให้ดินมีความอุดมสมบูรณ์ต้นพืชหาอาหารได้ดีได้ผลผลิตทางการเกษตรที่มีคุณภาพดีมีความปลอดภัยต่อเกษตรกรและ
ผู้บริโภค เพื่อเตรียมต้อนรับการเปิดการค้าเสรีกับต่างประเทศและในเวทีโลก