การพัฒนาแบคทีเรียเพื่อลดค่าใช้จ่ายของเกษตรกร ด้านอาหารของโคและปุ๋ยของพืช
16 ตุลาคม 2560
ตลอดช่วงเวลา 11 เดือนแรกจากทั้งหมด 36 เดือน โครงการย่อยที่ 1 และ 2 ของโครงการวิจัย “ฟิสิกส์นวัตกรรมด้วยลำไอออน / พลาสมาสำหรับการปรับปรุงพันธุ์พืช / แบคทีเรียเพื่อเพิ่มผลผลิตโคนม / โคเนื้อ (Research Project on Innovative Physics Using Ion/Plasma for Modified Forage Plants / Bacteria to Enhance Dairy and Beef Cattle Productivity)” ภายใต้โปรแกรมวิจัย “นวัตกรรมทางฟิสิกส์เพื่อการเพิ่มมูลค่าผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร (Research Program in Innovative Physics for Enhancing Value of Agricultural Products)” มีความคืบหน้าไปเป็นลำดับสอดคล้องกับแผนการดำเนินงานที่ได้วางไว้ ซึ่งสรุปได้ดังต่อไปนี้
โครงการย่อยที่ 1: การประยุกต์ Plasma Immersion Ion Implantation เพื่อเพิ่มคุณภาพอาหารหมัก (Application of Plasma Immersion Ion Implantation for High Quality of Maize Silage)
โครงการวิจัยนี้ มีเป้าหมายต้องการช่วยให้เกษตรกรโคเนื้อ / โคนมไทยเข้มแข็งและมีรายได้ดีขึ้น โดยการลดค่าใช้จ่ายอาหารเลี้ยงโค ด้วยการใช้เทคนิค Plasma Immersion Ion Implantation หรือ PIII ยิงไอออนในพลาสมาใส่แบคทีเรีย ชักนำให้เกิดแบคทีเรียสายพันธุ์ใหม่ที่มีความสามารถสูงขึ้นในการผลิต lactic acid และ cellulolytic enzymes เช่น cellulase หรือ xylanase เพื่อนำไปใช้หมักวัสดุเหลือใช้จากการเกษตรตามที่หาได้ในท้องถิ่น ซึ่งมีราคาถูกเช่นซังข้าวโพด เปลือกข้าวโพด ฟางข้าว เปลือกทุเรียน เปลือกมันสำปะหลัง เปลือกกล้วย หรือฟักทองตกเกรดที่ขายไม่ได้ราคา เป็นต้น ซึ่งนอกจากจะทำให้วัตถุดิบเหล่านี้มีเส้นใยที่อ่อนนุ่มขึ้น ทำให้โคย่อยได้ง่ายขึ้น อีกทั้งยังมีกลิ่นที่ทำให้โคเจริญอาหารแล้ว lactic acid ยังมีผลช่วยเพิ่มคุณภาพน้ำนมโดยการเพิ่มปริมาณโปรตีนและไขมันในน้ำนมให้สูงขึ้นด้วย ตามแนวทางเช่นนี้จะสามารถช่วยเกษตรกรลดต้นทุนค่าอาหารโคลงได้มากกว่า 30%
รูปที่ 1 โคขาวลำพูน
ในลำดับแรกได้ใช้สูตรอาหารหมักที่คิดค้นขึ้นไปทดลองเลี้ยงโคขาวลำพูน จำนวน 3 ตัว โดยสูตรอาหารหมักที่ใช้ในกรณีนี้คือ
1) ฟักทอง 70 กิโลกรัม 2) กากน้ำตาล 1 กิโลกรัม 3) ลูกแป้ง 0.1 กิโลกรัม
4. น้ำเปล่า 100 ลิตร 5) เชื้อ lactic acid bacteria 7.5 ลิตร
หมักประมาณ 7 วัน ในถังพลาสติกที่มีปริมาตร 150 ลิตร โดย lactic acid bacteria (Enterococcus hirae) ที่ใช้ได้มาจากถั่วเน่า ส่วนการที่สูตรอาหารหมักนี้เลือกใช้ฟักทองก็เพราะเป็นวัตถุดิบที่หาง่ายในท้องถิ่นขณะนั้น ซึ่งนำมาใช้แต่พวกฟักทองตกเกรดจึงมีราคาถูกมาก รูปที่ 2 แสดงพัฒนาการตามเวลาของอาหารหมักสูตรนี้
รูปที่ 2 แสดงพัฒนาการของอาหารหมัก โดยแถวบนเป็นแบบที่ไม่ใส่ lactic acid bacteria (ข้อ 1-4) และแถวล่างเป็นแบบที่ใส่ lactic acid bacteria (ข้อ 1-5)
เมื่อจะนำไปใช้เลี้ยงโคจะผสมอาหารหมักวันที่ 7 กับรำข้าวหรือฝุ่นข้าวโพดเสียก่อน ทั้งนี้แล้วแต่ความสะดวกในการหาวัสดุและราคาต้นทุน โคขาวลำพูนจะได้รับอาหารวันละ 2 มื้อ ในช่วงเช้าได้รับอาหารธรรมชาติ เช่น หญ้า ส่วนช่วงเย็นจะได้รับอาหารหมักผสมรำข้าว โดยโคกลุ่มนี้จะกินอาหารประมาณ 20-25 กิโลกรัม / ตัว / วัน หลังเลี้ยงติดต่อกันเป็นเวลา 30 วัน จึงทำการวัดคุณภาพน้ำนม ตารางด้านล่างนี้คือข้อมูลของเดือน มิถุนายน พ.ศ. 2560
จากการเปรียบเทียบคุณภาพน้ำนมของโคขาวลำพูนใน 2 กรณีดังกล่าว พบว่าโคขาวลำพูนที่เลี้ยงด้วยอาหารหมักที่มีการผสม lactic acid bacteria ให้น้ำนมที่มีปริมาณไขมัน และโปรตีนสูงกว่าอย่างเห็นได้ชัด และจัดได้ว่าเป็นน้ำนมโคที่มีคุณภาพได้มาตรฐาน เพราะมีปริมาณไขมันใกล้เคียงกับค่า 3.35 % และมีปริมาณโปรตีนสูงกว่า 3.0 % ซึ่งเป็นค่ามาตรฐานขั้นต่ำของน้ำนมโคดิบคุณภาพดีตามมาตรฐานสินค้าเกษตรของกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ อีกประการหนึ่งการทดลองนี้ชี้ให้เห็นว่าอาหารหมักนี้ไม่ได้เป็นพิษต่อโค
ในลำดับต่อมาคือในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2560 ได้ขยายสเกลไปทดลองกับโคนมที่ พีพีโอ ฟาร์ม อ.เซกา จ. บึงกาฬ (รูปที่ 3)
รูปที่ 3 พีพีโอ ฟาร์ม เป็นฟาร์มขนาดใหญ่ มีโคนมพันธุ์โฮลสไตน์ และ บราวน์ สวิส ประมาณ 1,000 ตัว มีน้ำหนักเฉลี่ยประมาณ 500 – 600 กิโลกรัม / ตัว โดยเฉลี่ยโคหนึ่งตัวจะกินอาหารปริมาณ 40-50 กิโลกรัม / วัน จำนวนโคของฟาร์มนี้มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นทุกปี
อาหารปกติที่ฟาร์มแห่งนี้ใช้ในการเลี้ยงโคนมคือต้นข้าวโพดตัดละเอียดที่นำมาเกลี่ยเป็นชั้นๆในบ่อหมักขนาด 10 X 30 ตารางเมตร ลึก 6 เมตร ซึ่งถ้าต้องการผสม lactic acid bacteria ด้วย ก็จะใช้ lactic acid bacteria ผงผสมน้ำ ฉีดพ่นระหว่างแต่ละชั้น เมื่อเต็มบ่อจะคลุมไว้ด้วยผ้าพลาสติกเพื่อหมักไว้ไม่ต่ำกว่า 1 อาทิตย์ ทั้งนี้ก่อนนำไปให้โคกินจะมีการคลุกเคล้ากับอาหารเสริมอีกด้วย โดยจะเอาไปเลี้ยงโคทีละบ่อ เมื่อบ่อไหนว่างลง ก็ตัดต้นข้าวโพดมาเติมใหม่ ดังนั้นจะเห็นได้ว่าค่าใช้จ่ายด้านอาหารโคในกรณีนี้จะสูง เพราะต้องมีค่าใช้จ่ายเกี่ยวกับค่าเช่าที่ปลูกข้าวโพด 1,000 ไร่ ค่าเช่ารถตัดต้นข้าวโพด ค่า lactic acid bacteria ผง (ราคา 2,000 บาท / กิโลกรัม) ค่าอาหารเสริม เช่น กากถั่วเหลือง มันเส้น วิตามิน เป็นต้น แต่ก็ทำให้น้ำนมโคดิบจากฟาร์มแห่งนี้มีคุณภาพและปริมาณสูง น้ำนมดิบขายได้ราคา ตลอดเวลาที่ผ่านมา
รูปที่ 4 ขั้นตอนการทำอาหารเลี้ยงโคนมของ พีพีโอ ฟาร์ม
ในการทดลองที่พีพีโอ ฟาร์มได้แบ่งโคออกเป็น 3 กลุ่มคือ
- กลุ่มโคกินต้นข้าวโพดตัดละเอียดที่ไม่ได้มีการพ่น lactic acid bacteria ระหว่างชั้น ทั้งมื้อเช้าและเย็น
- กลุ่มโคกินต้นข้าวโพดตัดละเอียดที่พ่นด้วย lactic acid bacteria ระหว่างชั้น ทั้งมื้อเช้าและเย็น
- กลุ่มโคนมกินอาหารหมักของโครงการฯ ในมื้อเย็น โดยให้กินต่อจากการที่โคกินอาหารแบบที่ 1 ไปแล้วส่วนหนึ่ง ในกรณีนี้วัตถุดิบของอาหารหมักจะเปลี่ยนจากฟักทองตกเกรดไปเป็นมันเส้น เพราะหาได้ง่ายกว่าในท้องที่นั้น
หลังให้โคแต่ละกลุ่มกินอาหารทั้ง 3 แบบติดต่อกันเป็นเวลา 30 วัน ได้นำน้ำนมไปตรวจสอบ ผลการทดลองพบว่า คุณภาพน้ำนม และปริมาณน้ำนม ไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ โดยรวมถึงโคในกลุ่มที่ 1 ที่ดูเหมือนว่าจะไม่ได้รับ lactic acid bacteria ใดๆ แต่เมื่อดูที่อาหารเสริมซึ่งทางฟาร์มซื้อมาจากบริษัทผู้ผลิต ได้พบว่านอกจากจะประกอบด้วยวิตามินต่างๆเป็นหลักแล้ว ยังมี lactic acid bacteria ผสมอยู่ด้วย ดังนั้นแท้จริงแล้วโคกลุ่มที่ 1 ก็ได้รับอาหารที่มี lactic acid bacteria เช่นกัน อย่างไรก็ตามการทดลองนี้ก็ได้ชี้ให้เห็นว่าถึงแม้โคกลุ่มที่ 3 จะกินอาหารหมักด้วยเศษวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร ก็ให้น้ำนมดิบที่มีคุณภาพและปริมาณไม่แตกต่างจากอาหารปกติของทางฟาร์ม แต่สิ่งที่แตกต่างกันก็คือค่าใช้จ่ายในด้านอาหารโคจะลดลงมาก โดยที่คุณภาพและปริมาณน้ำนมไม่ได้ลดลง
ในลำดับต่อไปจะนำวิธีการนี้ไปขยายผลกับโคของเกษตรกรที่ อ. ดอกคำใต้ จ. พะเยา และจะพัฒนาประสิทธิภาพของ lactic acid bacteria ให้สูงขึ้นโดยใช้เทคนิค PIII
โครงการย่อยที่ 2: การประยุกต์ Plasma Immersion Ion Implantation เพื่อเพิ่มความสามารถในการละลายฟอสเฟตของแบคทีเรีย (Application of Plasma Immersion Ion Implantation for Phosphate Solubilizing Improvement in Bacteria)
โครงการวิจัยนี้มีเป้าหมายที่การพัฒนาแบคทีเรียสายพันธุ์ใหม่เพื่อช่วยให้รากของพืชสามารถดูดซึมธาตุฟอสฟอรัสในดินได้ดีขึ้น ซึ่งจะทำให้พืชมีการเจริญเติบโตที่สมบูรณ์ และให้ผลิตผลที่ดีทั้งปริมาณและคุณภาพ โดยพึ่งพาปุ๋ยเคมีน้อยลง อันเป็นการช่วยลดค่าใช้จ่ายของเกษตรกร และยังช่วยถนอมคุณภาพของดิน
กลยุทธ์หลักของโครงการวิจัยนี้ก็คือการใช้เทคนิค Plasma Immersion Ion Implantation (PIII) ยิงไอออนในพลาสมาใส่แบคทีเรีย ชนิด Phosphate-solubilizing bacteria (PSB) เพื่อชักนำให้เกิดแบคทีเรีย PSB สายพันธุ์ใหม่ที่มีความสามารถสูงขึ้นในการเปลี่ยนสารประกอบฟอสฟอรัสในดินที่ปกติไม่อยู่ในสภาพที่ละลายน้ำได้ ให้อยู่ในรูปของอนุมูลฟอสเฟตที่สามารถละลายน้ำที่รากของพืชสามารถดูดซึมได้ง่ายขึ้น
ในช่วงเวลาที่ผ่านมาได้ทำการคัดเลือกแบคทีเรีย PSB จากแหล่งต้นตอต่างๆ จนในที่สุดได้พบแบคทีเรีย 3 ชนิดที่มีคุณสมบัติน่าสนใจ ซึ่งมีแหล่งที่มาจาก 3 แหล่งคือ ดิน ลำไส้ของไส้เดือนดิน และ น้ำหมักไส้เดือน แบคทีเรียทั้ง 3 ชนิดที่สามารถละลายฟอสเฟตได้ดี ดังแสดงในรูปที่ 5
รูปที่ 5 แบคทีเรีย PSB ทั้ง 3 ชนิดคือ (ก) Bacillus subtilis strain PS832 (ข) Bacillus subtilis strain B11 และ (ค) Klebsiella pneumoniae strain 26 ซึ่งสามารถละลายฟอสเฟตได้ในปริมาณที่สูง คือ 246.6, 290 และ 303.6 มิลลิกรัม/ลิตร ตามลำดับ
ในลำดับต่อไปจะพัฒนาประสิทธิภาพในการละลายฟอสเฟตของแบคทีเรียเหล่านี้ให้สูงขึ้นโดยการใช้เทคนิค PIII
รายงานโดย
รองศาสตราจารย์ ดร. สมบูรณ์ อนันตลาโภชัย
หน่วยเทคโนโลยีชีวภาพ ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยพะเยา จ. พะเยา - 56000
E-mail: soanu.1@gmail.com