4. โครงการวิจัย “ฟิสิกส์นวัตกรรมด้วยลำไอออน / พลาสมาสำหรับการปรับปรุงพันธุ์พืช / แบคทีเรียเพื่อเพิ่มผลผลิตโคนม / โคเนื้อ”

 

โครงการวิจัยนี้ประกอบด้วย 3 โครงการย่อย คือ
                   4.1 การประยุกต์ Plasma Immersion Ion Implantation เพื่อเพิ่มคุณภาพอาหารหมัก (Application of Plasma Immersion Ion Implantation for High Quality of Maize Silage)
                   4.2 การประยุกต์ Plasma Immersion Ion Implantation เพื่อเพิ่มความสามารถในการละลายฟอสเฟตของแบคทีเรีย (Application of Plasma Immersion Ion Implantation for Phosphate Solubilizing Improvement in Bacteria)
                   4.3 การสร้างหมู่ฟังก์ชั่นของกราฟีนโดยใช้ Plasma Immersion Ion Implantation สำหรับตรวจวัดไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในเซลล์พืช (Functionalization of Graphene using Plasma Immersion Ion Implantation for H2O2 Sensing in Plant Cells)

 

        โดยโครงการย่อย 4.1 มุ่งหวังให้เกิดผลสัมฤทธิ์กับเกษตรกรโคเนื้อ / โคนมโดยตรงในระยะเวลาอันใกล้ ส่วนโครงการย่อย 4.2 และ 4.3 เป็นการวิจัยและพัฒนาเพื่อความยั่งยืนด้านแหล่งอาหารของโคในอนาคต
         อาหารหลักของโคเนื้อ / โคนมก็คือ “อาหารหยาบ” ที่มีเยื่อใยสูงแต่โปรตีนต่ำอย่างเช่นหญ้าหรือฟาง ก็ต้องเสริม “อาหารข้น” ที่เป็นแหล่งโปรตีนเช่นกากถั่วเหลืองหรือปลาป่นด้วย โดยเฉพาะในกรณีของลูกโคอ่อนและโคเล็ก อาหารข้นสำเร็จรูปนั้นมีจำหน่ายในท้องตลาดทั่วไป โดยเฉลี่ยแล้วใน 1 วันต้องเสียค่าอาหารข้นประมาณ 80-100 บาท ต่อโค 1 ตัว (สำหรับโคที่มีน้ำหนักประมาณ 600 กิโลกรัม) นั่นคือต้นทุนกว่าครึ่งของเกษตรกรจึงไปอยู่ที่ค่าอาหารของโค

 

        โครงการย่อย 4.1 จึงมีเป้าหมายที่จะช่วยลดต้นทุนและเพิ่มคุณภาพการผลิตของเกษตรกรในประเด็นของอาหารโคด้วยการใช้เทคนิคที่ได้คิดค้นพัฒนาขึ้นเองมาเป็นเวลาหลายปีคือ Plasma Immersion Ion Implantation หรือ PIII ที่ใช้ไอออนในพลาสมายิงใส่แบคทีเรีย ชักนำให้เกิดแบคทีเรียสายพันธุ์ใหม่ที่มีความสามารถสูงขึ้นในการผลิต lactic acid และ cellulolytic enzymes เช่น cellulase หรือ xylanase เพื่อนำไปใช้หมักวัสดุเหลือใช้จากการเกษตรเช่นซังข้าวโพด เปลือกข้าวโพด ฟางข้าว เปลือกทุเรียน เปลือกมันสำปะหลัง เปลือกกล้วย หรือฟักทองตกเกรดที่ขายไม่ได้ราคา เป็นต้น ซึ่งนอกจากจะทำให้วัตถุดิบเหล่านี้มีเส้นใยที่อ่อนนุ่มขึ้น ทำให้โคย่อยได้ง่ายขึ้น อีกทั้งยังมีกลิ่นที่ทำให้โคเจริญอาหารแล้ว lactic acid ยังมีผลช่วยเพิ่มปริมาณโปรตีนและไขมันในน้ำนมให้สูงขึ้นด้วย เมื่อรวมกับการเติมเชื้อยีสต์เพื่อเพิ่มโปรตีนให้ใกล้เคียงกับอาหารข้นยิ่งขึ้นแล้ว กระบวนการนี้ไม่แต่เพียงสามารถช่วยเกษตรกรลดต้นทุนค่าอาหารโคลงได้มากกว่า 30% ยังช่วยให้เนื้อและน้ำนมโคคงมีคุณภาพตามมาตรฐาน ทำให้เกษตรกรขายได้ราคา ในขณะเดียวกันก็เกิดมีผลพลอยได้เป็นการช่วยเพิ่มรายได้ให้เกษตรกรอีกกลุ่มจากการขายวัสดุเหลือใช้จากการเกษตร และช่วยบรรเทาปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวกับหมอกควันอันเกิดจากการเผาขยะเหลือใช้จากการเกษตรไปในตัว นอกจากนั้นยังแก้ปัญหาให้มีอาหารสำหรับเลี้ยงโคตลอดทั้งปี เพราะหากใช้วิธีการเดิมๆ ในช่วงหน้าแล้งอาหารหยาบเช่นหญ้าอาจเกิดการขาดแคลน

 

        โครงการย่อย 4.2 มีเป้าหมายที่การพัฒนาแบคทีเรียสายพันธุ์ใหม่ที่ช่วยให้รากของพืชสามารถดูดซึมธาตุฟอสฟอรัสในดินได้ดีขึ้นเพื่อประโยชน์ในการเจริญเติบโตของพืชที่ใช้ปุ๋ยเคมีน้อยลง
        ฟอสฟอรัส (phosphorus หรือ P) เป็นธาตุอาหารสำคัญของพืช พืชที่ได้รับธาตุนี้ไม่เพียงพอจะมีลำต้นแคระแกรนผิดปกติ รากจะชะงักการเจริญเติบโตและแพร่กระจายลงในดินช้ากว่าที่ควร พืชไม่ออกดอกและผล สารประกอบของฟอสฟอรัสมีอยู่แล้วในดิน แต่ส่วนใหญ่ละลายน้ำยาก ส่วนปุ๋ยฟอสเฟตที่ละลายน้ำได้เมื่อใส่ลงไปในดิน ประมาณ 80-90 % จะทำปฏิกิริยากับแร่ธาตุในดินกลายเป็นสารประกอบที่ละลายน้ำยาก พืชจึงนำไปใช้ได้น้อย ธาตุฟอสฟอรัสในดินที่จะเป็นประโยชน์ต่อพืชได้ต้องอยู่ในรูปของอนุมูล H2PO4-และ HPO4- ซึ่งละลายอยู่ในน้ำในดิน โครงการวิจัยนี้จะใช้เทคนิค PIII ช่วยยิงไอออนในพลาสมาใส่แบคทีเรีย ชนิด Phosphate-solubilizing bacteria (PSB) [1] ชักนำให้เกิดแบคทีเรีย PSB สายพันธุ์ใหม่ที่มีความสามารถสูงขึ้นในการเปลี่ยนฟอสฟอรัสในดินให้อยู่ในรูปของอนุมูลฟอสเฟตที่สามารถละลายน้ำที่รากของพืชสามารถดูดซึมได้ง่าย ซึ่งจะช่วยลดปริมาณการใช้ปุ๋ยเคมีที่เกษตรกรต้องให้กับพืชลงได้ อันป็นการช่วยลดค่าใช้จ่ายในการซื้อปุ๋ยเคมี และยังช่วยถนอมคุณภาพของดิน

 

         โครงการย่อย 4.3 มีเป้าหมายเพื่อพัฒนาตัวตรวจจับการเปลี่ยนแปลงไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์(H2O2) ในเซลล์พืชเพื่อเฝ้าระวังการเกิดโรคในพืช H2O2 เป็นสารประกอบที่ทำหน้าที่ทั้งส่งสัญญาณ (signaling) และควบคุมการทำงานของเซลล์ ในสภาพปกติ ปริมาณH2O2ในเซลล์พืชจะคงที่ แต่เมื่อถูกโจมตีโดยเชื้อก่อโรค (pathogen) ปริมาณ H2O2 จะเพิ่มขึ้นชั่วคราว ซึ่งสามารถทำให้เกิดความเสียหายต่อองค์ประกอบของเซลล์ ถึงขั้นทำให้เซลล์ตายได้ การตรวจจับ H2O2 ทำได้หลายวิธี [2] แต่มักมีความซับซ้อน ใช้เวลานาน และมีค่าใช้จ่ายสูง วิธีทาง electrochemistry จะมีความไวสูงกว่าและมีค่าใช้จ่ายต่ำกว่า [3] โครงการวิจัยนี้จะใช้วิธีการฝังไอออนของก๊าซไนโตรเจน อาร์กอน และ ฮีเลี่ยมในกราฟีน (graphene) ด้วยเทคนิค PIII เพื่อดัดแปรโครงสร้างของกราฟีนซึ่งปกติจะมีความไวต่อการเกิดปฏิกิริยาต่ำ การฝังไอออนจะช่วยสร้างหมู่ฟังก์ชันและข้อบกพร่อง (defects) ซึ่งจะเป็นบริเวณที่ไวต่อการเกิดปฏิกิริยา เมื่อนำไปใช้เป็นขั้วไฟฟ้าสำหรับตรวจจับแก๊ส แก๊สที่ถูกดูดซับ (adsorb) โดยหมู่ฟังก์ชันหรือข้อบกพร่องจะชักนำให้เกิดการส่งผ่านอิเล็กตรอนในโครงสร้างของกราฟีนลดลง จึงทำให้สภาพการนำไฟฟ้าเปลี่ยนไป ความไวในการวัด H2O2 จึงเพิ่มขึ้นมากจากการที่มีหมู่ฟังก์ชันและข้อบกพร่องเหล่านี้ โครงการย่อยนี้จะนำเทคโนโลยีที่ก้าวหน้ามาสู่วงการเกษตรกรรม และอุตสาหกรรมอาหารของประเทศในอนาคต

 



รูปที่ 4.1 ลักษณะของฟักทองที่หมักไว้นาน 5 วัน (ราที่เกิดขึ้นจะไม่ก่อโรคแก่โคขุน)

 



รูปที่ 4.2 โคนมของฟาร์มณัฐรัตน์ จ.เชียงรายที่เข้าร่วมในโครงการอาหารหมักนี้

 

 

รูปที่ 4.3 (ซ้าย) ลักษณะเนื้อโคขุนที่เลี้ยงด้วยอาหารหมัก ซึ่งมีคุณภาพระดับเกรด 3 (จากทั้งหมด 5 เกรด) เปรียบเทียบกับ
(ขวา) เนื้อวากิว (ราคากิโลกรัมละ 34,000 บาท) ที่เป็น benchmark ของโครงการวิจัยนี้

 

 

เอกสารอ้างอิง

[1] H. Rodriguez and R. Fraga, “Phosphate Solubilizing Bacteria and Their Role in Plant Growth Promotion”, Biotechnol. Adv. 17 (1999) 319-339.
[2] S. Hanaoka, J.-M. Lin and M.Yamada, “Chemiluminescent Flow Sensor for H2O2 Based on the Decomposition of H2O2 Catalyzed by Cobalt(II)-Ethanolamine Complex Immobilized on Resin”, Anal. Chim.Acta. 426 (2001) 57–64.
[3] J. Wang, “Electrochemical Biosensors : Towards Point-of-Care Cancer Diagnostics”, Biosensors and Bioelectronics 21 (2006) 1887-1892.

 

หัวหน้าโครงการ : ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.ชนกพร ไชยวงศ์1)

 

นักวิจัยสมทบ : รศ. ดร.สมบูรณ์ อนันตลาโภชัย2), ดร.กันตา แสงวิจิตร3), ดร.สุกัญญา สืบแสน4), ดร.นิรุต ผุสดี1)

 

หน่วยงานต้นสังกัด : 1) ภาควิชาฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, 2) ห้องปฏิบัติการชีววิทยาพืช ภาควิชาชีววิทยา มหาวิทยาลัยพะเยา, 3) ห้องปฏิบัติการเทคโนโลยีชีวภาพ ภาควิชาชีววิทยา มหาวิทยาลัยพะเยา, 4) ภาควิชาชีววิทยา มหาวิทยาลัยพะเยา

 

Back