ปุ๋ยชีวภาพ: PGPR

สาระน่ารู้เรื่องปุ๋ยชีวภาพ

ปุ๋ยชีวภาพกับ PGPR

 

กลไกเร่งการเจริญเติบโตของพืช PGPR

PGPR ช่วยพืชเจริญเติบโตได้ดีขึ้นด้วยกัน 3 วิธีคือ

 

1.การผลิตสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (plant growth regulators, PGRs) หมายถึงสารอินทรีย์เมื่อใช้ความเข้มข้นที่ต่ำมาก มีผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงกระบวนการทางสรีระของพืช มี 5 ชนิด คือ ออกซิน (auxins) จิบเบอเรลลิน (gibberrellins) ไซโตไคนิน (cytokinins) เอทิลีน (ethylene) และกรดแอบซิสิก (abscisic acid) สำหรับไรโซแบคทีเรียที่ผลิตสารเร่งการเจริญเติบโตของพืช จุลินทรีย์แต่ละชนิดผลิตสารเร่งการเจริญเติบโตของพืชได้ในปริมาณที่แตกต่างกัน เช่น ในบรรดา PGPR ที่มีการแยกเอกเทศ (isolation) มาจากรากพืชต่างๆ จำนวน 50 ไอโซเลต (isolate) พบว่าร้อยละ 86 58 และ 90 ผลิตออกซิน จิบเบอเลลิน และสารคล้ายไซโตไคนินตามลำดับ ส่วนอีกจำนวน 24 ไอโซเลต ผลิตสารเร่งการเจริญเติบโตของพืชได้ทั้งสิ้น โดยมีพิสัยของความเข้มข้นดังนี้ ออกซิน 10.5-39.0 ไมโครกรัม / ลูกบาศก์เซนติเมตร จิลเบอเรลลิน 1.21-13.3 ไมโครกรัม / ลูกบาศก์เซนติเมตร ไซโตไคนินเจริญเติบโตของพืช ในการสังเคราะห์ออกวินนั้นไรโซแบคทีเรียใช้กรดอะมิโนทริปโตเฟน (tryptophane) ในของเหลวขับจากราก (root exudate) เป็นสารตั้งต้น ดังนั้นปริมาณทริปโตเฟนที่รากพืชขับออกมาจึงสัมพันธ์กับปริมาณออกซินที่ PGPR สังเคราะห์ได้ สำหรับจุลินทรีย์ในดินรอบรากที่มิได้เป็นสาเหตุของโรคพืช อาจเป็นไรโซแบคทีเรียอันตราย (deteterious rhizobacteria, DRB) ต่อพืช เนื่องจากอาจไปยับยั้งการเจริญเติบโตของราก โดยผลิต IAA เข้มข้นสูง ผลิตสารซิเดโรฟอร์ออกมาดึงเหล็กและแย่งไป ผลิตเอทิลีนและกรดไซยานิก ตลาดจนสารที่เป็นพิษอื่นๆ สำหรับผลของ IAA ต่อการเจริญเติบโตของรากขึ้นอยู่กับความเข้มข้นที่ได้รับ เช่น PGPR ชื่อ Agrobacterium sp.  ผลิต IAA 48 ชั่วโมง ได้ความเข้มข้น 16.4 ไมโครลาร์ ซึ่งพอเหมาะสำหรับเร่งการเจริญเติบโตของราก แต่ DRB ชื่อ Micrococcus luteus ผลิตได้ 76.6 ไมโครลาร์ ในเวลาเท่ากัน ซึ่งมีปริมาณที่สูงเกินไปและมีผลยับยั้งการเจริญเติบโตของพืช

 

2.ช่วยละลายธาตุอาหารและช่วยให้พืชดุดซึมธาตุอาหารได้โดยง่าย เนื่องจากดินโดยทั่วไปมักจะมีปัญหาการขาดธาตุอาหารธาตุใดธาตุหนึ่ง เพราะธาตุเหล่านั้นอยู่ในรูปที่ไม่เป็นประโยชน์ ในกรณีที่ระดับความเป็นประโยชน์ของฟอสฟอรัสและเหล็กในดินต่ำ ไม่เพียงพอต่อความต้องการของพืช PGPR อาจช่วยแก้ไขปัญหาดังกล่าวได้บ่างส่วน เนื่องจาก PGPR มีกลไกที่ช่วยให้สารประกอบของธาตุทั้งสองในดินละลายและเป็นประโยชน์ต่อพืชมากขึ้น จึงส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช นอกจากนี้ไรโซเบียมบางสายพันธุ์ยังช่วยละลายสารประกอบฟอสเฟตในดินและช่วยให้ข้าวดูดฟอสฟอรัสเพิ่มขึ้น 13-23% สำหรับกลไก PGPR ใช้พิ่มควาเมป็นประโยชน์ของธาตุอาหารในดินมีดังนี้

 

– สารประกอบของฟอสฟอรัสในดินมีทั้งสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์ ซึ่งส่วนมากอยู่ในรูปทีไม่เป็นประโยชน์ต่อพืช แบคทีเรียที่ช่วยเร่งการเจริญเติบโตของพืช (plant growth promoting bacteria, PGPB) หลายชนิดมีกลไกการปลดปล่อยฟอสเฟตไอออนออกมาเป็นประโยชน์ต่อพืช โดยใช้เอนไซม์หลัก 2 ชนิด ในการย่อยสารอินทรีย์ฟอสเฟต คือ เอนไซม์ฟอสฟาเทสกรด (acid phosphatases) ซึ่งสามารถปลดพันธะฟอสโฟ – เอสเทอร์ (phosphor – ester bond) ในสารอินทรีย์และเอนไซม์ไฟเทส (phytases) ซึ่งช่วยปลดปล่อยฟอสเฟตไอออนจากกรดไฟทิก (phytic acid) ส่วนการละลายสารประกอบอนินทรีย์ฟอสเฟตในดินนั้น PGPR ใช้กรดอินทรีย์ เช่น กรดกลูโคนิก (gluconic acid, GA) ซึ่งสังเคราะห์โดยการออกซิไดส์กลูโคสโดยกรดโคนิก แล้วขับกรดดังกล่าวออกมาจากเซลล์ นอกจากนี้การขับกรดซิทริกและเพิ่มกรดคาร์บอนิกในดิน ดดยการละลายน้ำของคาร์บอนไดออกไซด์ที่ได้จากการหายใจ กรดเหล่านี้ช่วยเพิ่มสารละลายของไตรแคลเซียมฟอสเฟต ไฮดรอกซีอะพาไทต์ เหล็กฟอสเฟต (แร่สเตรนไจต์ ) และอะลูมิเนียมฟอสเฟต (แร่วาริสไซต์) ในดิน สำหับกรดอินทรีย์ที่จุลินทรีย์ผลิตได้นั้น นอกจากจะละลายสารประกอบฟอสเฟตแล้ว ยังเป็นสารคีเลตที่ทำปฏิกิริยากับไปออนของเหล็ก อะลูมิเนียม และแมงกานีสได้คีเลตของธาตุเหล่านั้น ป้องกันมิให้ไอออนดังกล่าวทำปฏิกิริยากับฟอสเหตไออนที่ละลายออกมา พืชจึงดูดใช้ฟอสเฟตไอออนได้ดี

 

– ผลิตอินทรียสารที่มีสัมพรรคภาพ (affinity) สูงต่อเหล็ก เรียกอินทรียสารนี้ว่า ซิเดโรฟอร์ (siderophores) ซึ่งทำปฏิกิริยาคีเลชันกับเฟอรัสไอออน ได้เหล็กคีเลตที่เป็นประโยชน์ต่อจุลินทรีย์และพืชสามารุดูดซึมไปใช้ประโยชน์ได้เช่นกัน จุลินทรีย์ที่สามารถผลิตซิเดโรฟอร์ ได้แก่ Bacillus, Rhizobium, Pseudomonas, Agrobacterium, Escherichia coil นอกจากนี้เชื้อราหลายชนิด ยังผลิตสารคีเลตชนิดต่างๆซึ่งทำปฏิกิริยากับเหล็กคีเลตได้หลายแบบ สำหรับ Rhizobium leguminosarum bv phaseoli นั้นเมื่อใช้คลุกเมล็ดอัลฟาลฟาแล้วปลูก แบคทีเรียนี้จะสังเคราะห์สารซิเดโรฟอร์แล้วขับออกมาช่วยจับกับเหล็กและทองแดงในเครื่องปลูก เป็นในรูปพืชใช้ประโยชน์ได้ง่าย รากของต้นกล้าอัลฟาลฟาจึงดูดเหล็กและทองแดงได้มากกว่า แล้วยังเคลื่อนย้ายธาตุทั้งสองไปยังส่วนเหนือดินได้มากกว่าการไม่ใช้แบคทีเรียชนิดนี้คลุกเมล็ดพืชก่อนปลูก

 

3. การควบคุมโรคพืชทางชีวภาพ เชื้อสาเหตุของโรคพืชที่มาจากดิน () มักทำความเสียหายให้แก่พืชมาก เกษตรกรจึงต้องใช้วิธีการควบคุมที่มีประสิทธิภาพจึงจะได้ผลดี ในด้านการควบคุมโดยใช้ชีววิธีนั้น มีรายงานว่า PGPR ช่วยให้พืชมีความต้านทานต่อโรคหลายชนิด โดย PGPR มีวิธีการควบคุมเชื้อโรคบางชนิด ดังนี้

 

– ผลิตเมแทบอไลต์ (metabolites) บางอย่างซึ่งมีผลในการควบคุมประชากรของเชื้อโรคในดินรอบผิวราก เมแทบอไลต์ที่สำคัญ ได้แก่ ซิเดโรฟอร์ซึ่งทำปฏิกิริยากับเหล็กในดิน ทำให้เชื้อโรคได้รับเหล็กเพื่อใช้ในการเจริญเติบโตน้อยลง

– ผลิตสารปฏิชีวนะ เช่น pyrolnitrin, phycocyanin, 2, -4 – diacetylphloroglucinol ซึ่งมีฤทธิ์ยับยั้งการเจริญของเชื้อโรคบางชนิด

– การแข่งขัน (competition) สำหรับการควบคุมทางชีววิธีตามแนวทางนี้ ได้แก่ แย่งพื้นที่ แย่งอาหารและก่อปรสิต (parasitism) ต่อเชื้อโรค เช่น การทำลายเชื้อราด้วยไลติกเอนไซม์ (lyticenzymes) ซึ่งได้แก่ chitinase และβ-1,3-glucanase  ซึ่งย่อยสลายผนังเซลล์ของเชื้อราสาเหตุของโรคพืชในบางส่วนของราก เช่น บริเวณจุดกำเนิดรากแขนงมักมีจุลินทรีย์ที่เป็นภัยต่อรากเข้ามาอาศัยเจริญเติบโต แต่ PGPR จะมีประสิทธิภาพสูงในการแข่งขันเพื่อแย่พื้นที่ นอกจากนั้นจุลินทรีย์บางชนิดยังสามารถย่อยสลายกรดฟิวซาริก (fusaric acid) ซึ่งเป็นสารพิษและเกิดขึ้นในพืชบริเวณที่ถูกเชื้อ Fusarium เข้าทำลาย จึงช่วยยับยั้งการเกิดโรคจากเชื้อฟาซาเรียม

 

การใช้ PGPR ในการเกษตร

การวิจัยด้าน PGPR เริ่มมีอย่างจริงจังในประเทศจีน และเรียกแบคทีเรียกลุ่มนี้ว่า “ แบคทีเรียเพิ่มผลผลิต “ (yield – increasing bacteria, YIB) และมีการวิจัยอย่างต่อเนื่องมาจนถึงปัจจุบัน สำหรับแบคทีเรียที่ใช้ในขณะนี้ ได้แก่ Bacillus cereus, Bacillus firmus, Bacillus licheniformis  และมีการพัฒนาชนิดอื่นๆขึ้นมาอีกด้วย แล้วนำมารวมกันเป็น PGPR ที่เหมาะสมเพื่อใช้คลุกเมล็ดก่อนปลูก จุ่มรากกล้าพืชก่อนย้ายกล้าหรือผสมน้ำรดลงไปในดิน สำหรับการใช้ที่ให้ผลดีที่สุดคือคลุกเมล็ด รองลงมาคือฉีดพ่นทางใบให้พืชในช่วงการเพาะกล้า และจุ่มรากกล้าก่อนย้ายปลูกตามลำดับ ผลการทดลองใช้ไรโซแบคทีเรียหลายชนิดกับพืชต่างๆ

 

– การใช้กับพืชไร่ พืชที่มีการวิจัยด้านการใช้ PGPR มากคือ ข้าวสาลี ข้าวและข้าวโพด สำหรับข้าวสาลีนั้น การคลุกเมล็ดก่อนปลูกด้วย Pseudomomas, Azotobacter  หรือ  Azospirillum  ช่วยให้การงอกของเมล็ดดีขึ้น เพิ่มผลผลิต น้ำหนักตอซัง การแตกหน่อ (tillering) ความเข้มข้นของไนโตรเจนในเมล็ดและปริมาณไนโตรเจนในส่วนเหนือดิน การทดลองในนาข้าวมีการรายงานว่า Pseudomomas, Azospirillum, Burkholderia และ Rhodobacter  ช่วยให้การเจริญเติบโตและผลผลิตเมล็ดสูงขึ้น ส่วนการใช้ Pseudomomas, Azotobacter และ Azospirillum คลุกเมล็ดข้าวโพดก่อนปลูก จะทำให้ได้ผลผลิตเมล็ดสูงขึ้นเช่นเดียวกัน

 

– การใช้กับพืชอื่นๆ ได้แก่ มันฝรั่ง มะเขือเทศ เรฟสีด () คาโนลา () ผักกาดหอมและข้าวบาร์เลย์ Azotobacter เหมาะกับการใช้ก่อนปลูกมันฝรั่ง Pseudomomas ช่วยเพิ่มน้ำหนักผลมะเขือเทศและเรฟสีด ส่งเสริมการเจริญของรากและส่วนเหนือดินของคาโนลาและผักกาดหอม

 

– การใช้ไรโซเบียมเป็น PGPR กับพืชที่มิใช่ถั่ว สำหรับบทบาทของไรโซเบียมและแบรดีไรโซเบียม ในการตรึงไนโตรเจนเมื่ออยู่ร่วมกับพืชตระกูลถั่วนั้น แต่ไรโซเบียมยังมีศักยภาพที่จะใช้เป็น PGPR กับพืชที่ไม่ใช่ตระกูลถั่วอีกด้วย เนื่องจากไรโซเบียมสามารถสร้างโคโลนีที่รากพืชดังกล่าว แล้วสังเคราะห์ฮอร์โมน ซิเดโรฟอร์และ HCN พืชซึ่งไรโซเบียมเจริญได้ดีที่ราก ได้แก่ หน่อไม้ฝรั่ง ข้าว ข้าวโอ๊ตและข้าวสาลี นอกจากนี้ไรโซเบียมและแบรดีไรโซเบียมยังเจริญได้ดีที่รากถั่วเหลือง ถั่วไต เรดโคลเวอร์ ข้าวโอ๊ต ข้าวสาลีและข้าวโพด เมื่อมีไรโซเบียมในดินรอบผิวรากก็จะสามารถกระตุ้นให้ปลายขนรากข้าวโพด ข้าว และข้าวโอ๊ตโค้งเช่นเดียวกับที่เกิดขนกับรากถั่ว ยิ่งกว่านั้นไรโซเบียมและแบรดีไรโซเบียมยังมีความสามารถอื่นๆ ที่ PGPR มี เช่น สั่งเคราะห์ฮอร์โมนและซิเดโรฟอร์ ละลายสารประกอบอนินทรีย์ฟอสเฟตและมีภาวสะปฏิปักษ์ต่อจุลินทรีย์ซึ่งหาสาเหตุของโรคพืช ตัวอย่างกิจกรรมแบบ PGPR ของไรโซเบียมและการตอบสนองของพืชมีดังนี้ ใช้ Bradyrhizobium japonicum กับข้าวบาร์เลย์ ทำให้ความยาวของรากเพิ่มขึ้น 12.9 % และน้ำหนักรากสดเพิ่มขึ้น 6.3 % เมื่อเทียบกับการไม่ใส่แบรดีไรโซเบียม  การใช้ Rhizobium leguminosarum bv. Phaseoil กับข้าวโพดและผักกาดหอม ช่วยละลายสารประกอบฟอสเฟต ผลิตซิเดโรฟอร์ IAA และ HCN ใช้ Rhizobium leguminosarum bv. Trifolii กับข้าว ทำให้น้ำหนักเมล็ดเพิ่มขึ้น 8-22 % และน้ำหนักฟางเพิ่มขึ้น 4-19 % การสะสม N,P และ K ในต้นเพิ่มขึ้น 10-28 % เมื่อเทียบกับการไม่ใส่ไรโซเบียม การใช้ Bradyrhizobium japonicum กับมะเขือเทศ ทำให้ความยาวรากทั้งหมดของกล้าเพิ่มขึ้น 37% เมื่อเทียบกับไม่ใส่แบรดีไรโซเบียม

 

– การใช้ไรโซเบียมร่วมกับ PGPR ในการปลูกถั่ว การใช้ไรโซเบียมร่วมกับ PGPR ในการปลูกถั่วช่วยเพิ่มจำนวนปมราก เนื่องจาก PGPR สามารถ สังเคราะห์ไฟโตอะเล็กซิน (phytoalexin) ซึ่งเป็นสารปฏิชีวนะที่มีฤทธิ์ในการควบคุมเชื้อโรค สังเคราะห์ซิเดโรฟอร์ซึ่งทำปฏิกิริยาคีเลชันกับไอออนของโลหะและเกิดโคโลนีที่รากจึงครองพื้นที่ในรากและกีดกันมิให้เชื้อโรคเข้ามา การเข้าสู่รากถั่ว (inflection) ของไรโซเบียม เริ่มต้นด้วยการสร้างท่อเส้นด้ายในขนราก ในขั้นนี้ PGPR เริ่มเข้ามามีบทบาทเสริม Azospirium lipoferum  หรือ Azospirium brasilense ที่ใส่พร้อมกับไรโซเบียมจะช่วยกระตุ้นการเกิดปมราก โดยส่งเสริมการแตกรากแขนงและเพิ่มปริมาณเซลล์ในเนื้อเยื่อชั้นผิว (epidermis) ที่จะพัฒนาขนราก รวมทั้งการแยกสาขาของจนราก (root hair branching) เพื่อเพิ่มช่องทางเข้าสู่รากถั่วของไรโซเบียมที่ทำให้จำนวนปมรากเพิ่มขึ้นมาก นอกจากนั้น Azospirillum brasilense ที่ใช้ร่วมกับไรโซเบียมยังช่วยเพิ่มกิจกรรมของเอนไซม์ไนโตรจีเนสอีกด้วยการตรึงไนโตรเจนจึงสูงขึ้น ผลของการใช้ไรโซเบียมร่วมกับ PGPR คือ เพิ่มจำนวนและน้ำหนักของปมราก ปริมาณเหล็กในปมรากที่กำลังพัฒนาและปมรากที่พัฒนาแล้ว กิจกรรมของเอนไซม์ไนโตรจีเนส ความยาว พื้นที่ผิวและน้ำหนักแห้งของราก ความสูงและน้ำหนักแห้งส่วนเหนือดิน ปริมาณไนโตรเจนและธาตุอื่นๆในส่วนเหนือดินและผลผลิตเมล็ด สำหรับไรโซเบียมนั้นมีหลายชนิดที่สามารถละลายสารประกอบฟอสเฟตในดินได้ดีและไรโซเบียมที่สร้างปมในถั่วลูกไก่ (chickpea) จัดว่ามีความสามารถในเรื่องนี้มากที่สุด ซึ่งได้แก่ Mesorhizobium mediterraneum และ Mesorhizobium cicero ข้อมูลที่กล่าวมานี้เป็นการวิจัยในเรือนเพาะปลูกพืชทดลองเป็นส่วนมาก จึงต้องมีการทดลองในภาคสนามกับดินต่างชนิด ภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน เพื่อให้แน่ใจว่าหากนำมาใช้ในไร่นาจะได้ผลดีคุ้มค่ากับการใช้งาน

 

ผลิตภัณฑ์ปุ๋ยชีวภาพ PGPR

กลุ่มงานวิจัยจุลินทรีย์ดิน กรมวิชาการเกษตรได้พัฒนาปุ๋ยชีวภาพพีจีพีอาร์ 1 (PGPR 1) สำหรับข้าวโพดและข้าวฟ่าง ซึ่งมีข้อมูลสำคัญดังนี้

1.องค์ประกอบ ปุ๋ยชีวภาพนี้มีแบคทีเรีย 3 สกุล คือ Azotobacter, Beijerrinckia และ Azospirillim

2. วิธีใช้ การใช้ปุ๋ยชีวภาพพีจีพีอาร์ 1,u 2 วิธีคือ คลุกเมล็ดข้าวโพดหรือเมล็ดข้าวฟ่าง อัตรา 500 กรัมต่อเมล็ดพันธุ์ 2-3 กิโลกรัม และ ใช้ปุ๋ยชีวภาพพีจีพีอาร์ 1 ปริมาณ 500 กรัมผสมน้ำ 20 ลิตรแล้วราดบนกองปุ๋ยหมัก 500 กิโลกรัม คลุกเคล้าให้เจ้ากันแล้วหมักไว้ 1-2 สัปดาห์ จึงนำไปใช้บำรุงดิน อัตรา 250-500 กิโลกรัม/ไร่

 

 เราได้รู้จักPGPRกันแล้ว ในบทความต่อไปเราจะมาพูดถึงปุ๋ยชีวภาพกับราไมคอร์ไรชากันค่ะ

 

สาระน่ารู้เรื่องปุ๋ยชีวภาพ