แบคทีเรียที่คนเราต้องการมีมากเท่าใด

กระทู้สนทนา

.
Bacteria อาศัยอยู่ในพื้นดินในมือคนเรา
© ridofranz via Deposit Photos
.

.

ไม่มีใครรู้ว่า
คนเราจะต้องการแบคทีเรียเหล่านี้มากเท่าใด
หากไม่มี แบคทีเรีย Bacteria
ที่ตรึงไนโตรเจนได้
คนเราคงแย่แน่ในการปลูกพืชผักผลไม้
.

.

(แบคทีเรีย คือ จุลินทรีย์ที่เป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว
ที่เป็นเซลล์แบบโปรแคริโอต (prokariotic cell)
พบทั่วไปในธรรมชาติ ดิน น้ำ อากาศ
แบคทีเรียมีบทบาทสำคัญต่ออาหาร
และการผลิตอาหาร
เพราะแบคทีเรียเป็นสาเหตุสำคัญ
ที่ทำให้อาหารเน่าเสีย (microbial spoilage)
ทำให้เกิดโรคอาหารเป็นพิษ (food poisoning)
ที่เป็นอันตรายต่อผู้บริโภค
การถนอมอาหาร (food preservation)
ทุกวิธีเป็นเทคนิคที่ใช้เพื่อทำลาย
หรือควบคุมสภาวะแวดล้อม
เพื่อยับยั้งการเพิ่มจำนวนของแบคทีเรีย
ถึงแม้มีโทษกับอาหาร

แต่แบคทีเรียบางชนิด เช่น lactic acid bacteria
นำมาใช้ประโยชน์อย่างมากในการหมักอาหาร (fermentation)
และการบำบัดของเสีย
เช่น การกำจัดน้ำเสีย (waste water treatment)
© แบคทีเรีย / bacteria )
.

.

แบคทีเรียถูกประเมินต่ำเกินไป
ตั้งแต่การทำฟาร์มไปจนถึงการปรุงรสอาหาร
จุลินทรีย์เหล่านี้มีความสำคัญมากขนาดไหน
ที่คนเราส่วนใหญ่อาจจะไม่เคยรู้มาก่อน
มีเรื่องราวเกี่ยวกับการฟื้นฟูงานศิลปะ
บทบาทของ E. coli ในชีววิทยาและการแพทย์
และจุลินทรีย์ที่ผลิตน้ำส้มสายชู
.

.
Low-temperature electron micrograph
of a cluster of E. coli bacteria,
magnified 10,000 times. Each individual bacterium is oblong shaped
.

.

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดต้องการไนโตรเจน เพื่อความอยู่รอด
องค์ประกอบนี้สร้างโครงสร้างของโปรตีน
ที่ทำให้คนเรามีชีวิตอยู่ และ DNA ที่เป็นรหัสสำหรับพวกมัน
โชคดีที่พวกมันอยู่รอบ ๆ ตัวคนเราด้วย
ซึ่งคิดเป็น 78% ของชั้นบรรยากาศโลก
แต่ข้อสำคัญคือ สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่
ไม่สามารถใช้ไนโตรเจนที่พบในอากาศได้
.

.

โมเลกุลของก๊าซไนโตรเจน
ประกอบด้วยอะตอมของไนโตรเจน 2 อะตอม
ที่เชื่อมกันด้วยพันธะสาม ซึ่งเป็นพันธะเคมีที่แข็งแกร่งที่สุด
ต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการสลาย
และสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ไม่มีเครื่องมือที่จะแยกมันเอง
ดังนั้น ชีวิตส่วนใหญ่จึงขึ้นอยู่กับจุลินทรีย์กลุ่มหนึ่ง คือ
แบคทีเรียที่ตรึงไนโตรเจน
.

.

สิ่งที่เรียกว่า Diazotrophs
จะนำโมเลกุลของก๊าซไนโตรเจน และ มาตรึงไว้/แก้ไข
องค์ประกอบสำคัญที่ทำให้ก๊าซไนโตรเจน
กลายเป็น แอมโมเนีย NH3
ซึ่งสิ่งมีชีวิตอื่นๆ สามารถนำไปใช้ได้
เอ็นไซม์ที่เรียกว่า Nitrogenase
ช่วยให้พวกมันเกิดการเปลี่ยนแปลงนี้
แม้ว่ามันจะต้องใช้พลังงานจำนวนมาก
.

.

Diazotrophs บางชนิดกินอินทรียวัตถุในดิน
เพื่อเป็นพลังงานให้กับ Nitrogenase
เป็นการสร้างสหสัมพันธ์ร่วม
ที่เป็นประโยชน์ร่วมกันกับพืชบางชนิด
โรงงานเบื้องต้นแห่งนี้เป็นจุดที่
แบคทีเรียจะมาเกาะรวมกันบนรากของพวกมัน
ที่เสียสละคาร์บอนบางส่วนเพื่อป้อนจุลินทรีย์
และพวกมันก็ได้รับไนโตรเจนตอบแทน
ในปริมาณที่สม่ำเสมอจากแบคทีเรีย

ในทางกลับกัน หากปราศจาก
การกระทำตามธรรมชาติของ Diazotrophs
ไม่ว่าจะเป็นในดิน/ในความสัมพันธ์โดยตรง
พืชป่าจะไม่มีไนโตรเจนที่เพียงพอที่จะอยู่รอดได้
การพึ่งพานี้ส่งผลกระทบต่อห่วงโซ่อาหารทั้งหมด
โปรตีนที่พืชผลิตโดยใช้ไนโตรเจน
จะถูกใช้โดยสัตว์ที่กินพืช
ซึ่งจะให้โปรตีนนี้แก่สัตว์กินเนื้อ

ความต้องการผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร
ที่เพิ่มขึ้นมากของคนเราบนโลก
สารอาหารที่จำเป็นต่อการปลูกพืชทั้งหมด
จึงแซงหน้าอัตราที่แบคทีเรีย
ที่สามารถเพิ่มคุณค่าให้กับดินได้

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20
คนเราต้องการวิธีการตรึงไนโตรเจน
ที่ประดิษฐ์ขึ้นมาอย่างเร่งด่วนในรูปของปุ๋ย
.

.
Fritz Haber และ Carl Bosch
.

.

กระบวนการของ Haber-Bosch คือ ทางออก
นักเคมี Fritz Haber และ Carl Bosch
คิดค้นวิธีการรวมไนโตรเจนและก๊าซไฮโดรเจน
ที่ความดันและอุณหภูมิสูง สลายพันธะไนโตรเจน
และทำให้อะตอมที่เป็นอิสระ
หลอมรวมกันเป็นแอมโมเนียได้
กระบวนการผลิตของ Haber-Bosch
ผลิตแอมโมเนียประมาณ 160 ล้านเมตริกตัน/ปี
ส่วนใหญ่กลายเป็นปุ๋ย
เพราะ 50% ของแหล่งอาหารโลก
ขึ้นอยู่กับปุ๋ยที่มีแอมโมเนียเป็นส่วนประกอบ

นอกจากนี้ยังมีส่วนในการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
ที่ทั่วโลกมีระหว่าง 1-1.5 % ทุกปี
ซึ่งเป็นสาเหตุที่นักวิจัยบางคน
กำลังสำรวจวิธีที่จะกลับไปใช้
วิธีการตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพ
แทนที่จะพึ่งพาการผลิตปุ๋ยจำนวนมากต่อไป

ช่องทางหนึ่งที่เป็นไปได้คือ
การขยายพันธุ์แบคทีเรีย
ที่ทำให้จับคู่กับพืชได้หลากหลายชนิดมากขึ้น
แทนธรรมชาติแบบเดิมของพวกมัน
ที่เลือกคู่พืชน้อยชนิดมากแบบซ้ำ ๆ
แบบรักเดียวใจเดียว ไม่ยอมเหลียวแลพืชอื่น
.

.

Manish Raizada นักวิจัยด้านการเกษตร
University of Guelph ใน Canada ได้อธิบายว่า
" มีโอกาสที่จะทำให้ [แบคทีเรีย]
เข้ากันได้(จับคู่ร่วม) กับพืชมากขึ้น
เราจะเรียกสายพันธุ์เหล่านี้ว่า ชนชั้นสูง
และสายพันธุ์ชั้นยอดเหล่านี้ได้รับการเพาะพันธุ์
เพื่อการคัดเลือกและปรับปรุงพันธุ์แบบดั้งเดิม
ที่ไม่ใช่ GMOs (ด้วยการตัดต่อยีนส์)

จุลินทรีย์ยังสามารถดัดแปลง
เพื่อจำกัดไนโตรเจนคงที่มากขึ้น
สำหรับโฮสต์ Host ของพวกมัน
เพราะจากค่าพลังงานสูงมาก
แบคทีเรียตรึงไนโตรเจนจำนวนมาก
จะปิดการทำงานหากตรวจพบว่า
แอมโมเนียมีเพียงพอในดินแล้ว
.

.

นักวิจัยได้ตั้งเป้าหมายวงจรป้อนกลับเชิงลบนี้
เพื่อให้เครื่องจักรเซลลูลาร์
(พืช/แบคทีเรีย) ทำงานได้
แม้ในสภาวะที่พื้นที่อุดมด้วยแอมโมเนีย
ผ่านการดัดแปลงพันธุกรรม
ในขณะที่ Diazotroph-พืช Symbiosis
พบมากที่สุดในพืชตระกูลถั่ว เช่น ถั่วเหลือง

มีหลักฐานจำนวนมากขึ้นเรื่อย ๆ
ที่พบว่า แบคทีเรียเข้ากันได้กับ
พืชที่ไม่ใช่ตระกูลถั่วเช่น ข้าวโพด
ข้าวโพดพื้นเมืองหลากหลายชนิด
ที่ปลูกโดยชาว Sierra Mixe
ทางตอนใต้ของเม็กซิโก
.

.

รากอากาศ รากที่ลอยอยู่ในอากาศไม่ลงดิน
ซึ่งบรรจุอยู่ในถุงเมือก
ซึ่งมีแบคทีเรียและน้ำตาล
ตรึงไนโตรเจนเพื่อป้อนอาหารเหล่านั้น
นักวิจัยกำลังพยายามถ่ายทอดลักษณะนี้
ไปยังข้าวโพดธรรมดาที่โตเร็ว
โดยไม่สูญเสียผลผลิต

ในตระกูลเดียวกับข้าวโพด
แบคทีเรียที่ตรึงไนโตรเจน
ยังอาศัยอยู่ในลำต้นของอ้อย
และให้ไนโตรเจน 60-80% ที่พืชใช้
ด้วยเหตุนี้ อ้อยจึงเป็นแหล่งไบโอเอทานอล
ที่ยั่งยืนมากกว่าข้าวโพด
เพราะใช้ปุ๋ยน้อยกว่าในการปลูก "

ด้วยการปรับเปลี่ยนที่เป็นไปได้ทั้งหมดนี้
นักวิจัยกำลังทดลองโดยการเพิ่ม Diazotrophs
สายพันธุ์หนึ่งหรือหลายสายพันธุ์ลงในดิน
เพื่อเพิ่มปริมาณไนโตรเจนให้กับพืช
แต่การเพิ่มจุลินทรีย์ลงในส่วนผสมเพียงเล็กน้อย
ก็ช่วยส่งเสริมสุขภาพของพืชได้เพียงเล็กน้อย
หากดินไม่มีสารอาหารเพียงพอที่จะเลี้ยงแบคทีเรียเอง
.

.

Lise LeBlanc ผู้ก่อตั้ง LP Consulting
ใน Nova Scotia Canada
ซึ่งเชี่ยวชาญด้านการวิจัย
และเชื่อมโยงเกษตรกร
สู่ทางเลือกในการเปลี่ยนขยะ
ให้เป็นทรัพยากรอย่างยั่งยืน

ความจำเป็นที่จะต้องให้อาหารแบคทีเรีย
ที่ตรึงไนโตรเจนและจุลินทรีย์ในดิน
ทั้งยังต้องทำงานอย่างหนักในเรื่องอื่น ๆ ด้วย
เพื่อจัดหาวัสดุธาตุที่พืชต้องการในการเจริญเติบโต
เกษตรกรต้องจัดหาแหล่งคาร์บอนชีวมวล
ให้กับพันธมิตรจุลินทรีย์เพื่อให้พวกมันมีพลังงาน
และการใช้ของเสียจากอุตสาหกรรม
เป็นจุดเริ่มต้นที่ดี (แทนการทิ้งเปล่าสร้างมลพิษ)

LP Consulting ของ LeBlanc
ได้เชื่อมโยงเกษตรกรกับพันธมิตรอุตสาหกรรม
ที่ต้องการกำจัดของเสีย ที่อุดมด้วยชีวมวล
ได้ให้ข้อมูลโดยสังเขปว่า

" ทีมของเธอได้ทำงานกับขี้เถ้าไม้ ของแข็งชีวภาพ
และของเสียจากการทำกระดาษจนถึงปัจจุบัน
โดยทำงานร่วมกับเกษตรกร เพื่อให้แน่ใจว่า
พวกเขามีทรัพยากรเพื่อใช้ของเหลือใช้
ทำให้เกิดประโยชน์อย่างเหมาะสม

การทิ้งสารอาหารลงในแปลงนาเพียงอย่างเดียว
ไม่ได้ช่วยอะไรได้เลย (กว่าเป็นปุ๋ยก็ช้าเกินแกง)
หากเกษตรกรไม่รู้วิธีการแจกจ่าย
และบำรุงรักษาปุ๋ยรีไซเคิลอย่างเหมาะสม

แม้จะมีอาหารเพียงพอ
การใช้แบคทีเรีย (ช่วยผลิตปุ๋ย)
มีความน่าเชื่อถือน้อยกว่าการใช้ปุ๋ยเคมี

เพราะแบคทีเรียยังไวต่อการเปลี่ยนแปลง
ของค่า pH และอุณหภูมิ
ซึ่งแตกต่างกันมากในพื้นที่เดียวกัน

ดังนั้นผลลัพธ์มักไม่สอดคล้องกัน
ระยะทางที่สั้นเพียงหนึ่งเซนติเมตร
สามารถแยกเอกภพของดิน
ที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงได้

สารละลายแบคทีเรียมีประโยชน์มากกว่า
ในสภาพแวดล้อมที่ปุ๋ยเคมีถูกกำจัด
ออกจากแปลงนาได้ง่าย
ผ่านฝนตกหนักและโครงสร้างของดินที่อ่อนแอ

เรื่องแบบนี้มักเกิดขึ้นกับพื้นที่เพาะปลูก
ในเขตร้อนและกึ่งเขตร้อน ซึ่งฤดูฝนจะรุนแรง
และดินมีคุณภาพอ่อนและเป็นทราย
ซึ่งยึดธาตุอาหารไว้ได้ไม่ดีนัก

ในขณะที่ปุ๋ยเคมีถูกชะล้างออกไป
แบคทีเรียจะเกาะติดอยู่กับรากและลำต้น
ทำให้พวกมันไวต่อการชะล้างออกจากดินน้อยลง
แบคทีเรียที่แทรกตัวอยู่ในก้อนพืชตระกูลถั่วนั้น
พวกมันมีอยู่ในพืชอยู่แล้ว
และกำลังจะเข้าไปในพืชโดยตรง

มีความเป็นไปได้ว่าในเขตร้อนและกึ่งเขตร้อน
แบคทีเรียที่ตรึงไนโตรเจนได้
คือ หนทางที่เหมาะสมอย่างยิ่ง
เมื่อเทียบกับปุ๋ยเคมีไนโตรเจน

แต่ยังคงมีอุปสรรคที่ต้องเอาชนะ
ในการแทนที่ปุ๋ยที่ผลิตในอุตสาหกรรม
ให้ใช้แทนที่ด้วยจุลินทรีย์

แต่งานที่มีแนวโน้มกำลังดำเนินการ
เพื่อเชื่อมช่องว่างระหว่าง
ห้องปฏิบัติการชีววิทยาและภาคสนามจริง "
.

เรียบเรียง/ที่มา

https://bit.ly/43e5Hhf

แก้ไขข้อความเมื่อ