ภาพรวมเกี่ยวกับบทบาทของซิลิคอนในพืช

เพื่อให้ท่านผู้ที่สนใจเกี่ยวกับซิลิคอน ซิลิกา หรือซิลิซิก แอซิดได้ทราบเกี่ยวกับบทบาทที่มีผลต่อพืชให้มากยิ่งขึ้นจึงได้นำบทความหรือเนื้อหาที่เกี่ยวข้องกับแร่ธาตุซิลิคอนมานำเสนออย่างต่อเนื่อง เพื่อจะได้นำไปใช้ในการพัฒนาปรับปรุงสร้างเทคนิคในอาชีพด้านเกษตรกรรมให้สามารถทำแบบปลอดสารพิษหรืออินทรีย์ได้โดยไม่ยุ่งยากลำบากจนเกินไป โดยอิงอาศัยซิลิคอนเข้าไปเสริมในการปรับปรุงบำรุงดิน ช่วยให้พืชมีผนังเซลล์ที่แข็งแรง ป้องกันต่อโรค แมลง เพลี้ย หนอน รา และไรได้ดียิ่งขึ้น เมื่อเกิดโรคแมลงศัตรูรบกวนก็สามารถที่จะดูแลป้องกันรักษาได้ง่าย โดยไม่ต้องหันกลับไปใช้สารเคมีกำจัดศัตรูพืชหรือสารพิษต่างๆ อีกต่อไป

ภาพรวมบทบาทของซิลิคอนในพืช

บทบาทเชิงเสริมประโยชน์ของซิลิคอนต่อพืช แบ่งเป็น 4 ส่วน คือ 1) องค์ประกอบในผนังเซลล์ 2) ผลด้านสรีระ 3 ) การบรรเทาความเครียดจากปัจจัยชีวนะ (biotic stress) และปัจจัยอชีวนะ (abiotic stress) ในขณะที่พืชอยู่สภาพความเครียด ผลเชิงเสริมประโยชน์ของซิลิคอนต่อพืช จะเห็นได้ชัดเจนว่าสภาพปรกติ และ 4) ผลต่อการเจริญเติบโตของพืช ซึ่งประกอบด้วยผลต่อการพัฒนาของราก การเจริญของผลและผลผลิตพืช ซึ่งสรุปได้ดังตารางที่ 19.4

องค์ประกอบในผนังเซลล์

กรดโมโนซิลิซิก ที่รากพืชดูดได้ จะเคลื่อนย้ายทางไซเล็มไปยังส่วนเหนือดิน ต่อจากนั้นก็สะสมในผนังเซลล์ของเนื้อเยื่อชั้นผิว มีลักษณะเป็นชั้นบางๆ เรียกว่าชั้นซิลิกา (silica layer) ประกอบด้วยซิลิคอน เซลลูโลส เพ็กทินและแคลเซียม (ภาพที่ 1) ทำให้ใบพืชมีความแข็งแรง

ตาราง ภาพรวมของบทบาทซิลิคอนต่อพืช

ที่มา : Epstein and Bloom (2005)

ภาพที่ 1 เนื้อเยื่อชั้นผิวของใบข้าวแสดงผิวเคลือบคิวทิน (cuticle) ชั้นซิลิก้า (silica layer) และผนังเซลล์

ที่มา : ปรับปรุงจาก Yoshida (1975)

เมื่อความเข้มข้นของกรดโมโนซิลิซิกในเซลล์เพิ่มขึ้น จะเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซซั่น ได้กรดพอลิซิลิซิก (polysilicic acid) พอลิเมอร์เป็นซิลิคอนเจล (silicon gel) ซึ่งต่อมาเป็นซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) ซึ่งต่อมาเป็นซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) อสัณฐาน หรือไบโอเจนิก โอพล (biogenic opal) ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชั่นของกรดโมโนซิลิซิกได้ (Si(OH)4]n และมีการเปลี่ยนแปลงต่อไปได้ SiO2 ดังสมการ
n[Si(OH)4]  n(SiO2) + 2n(H2O)
ประมาณ 90 % ของซิลิคอนที่รากพืชดูดได้ จะแปรสภาพเป็นโอพอลหรือโอพลไฟโทลิท [Phytoliths (plant stones) หมายถึง SiO2.nH2O ที่เป็นอนุภาคในพืช] นอกจากนี้ยังเกิดโครงสร้างที่ประกอบด้วยซิลิคอน-เซลลูโลส สำหรับองค์ประกอบของไฟโทลิทของข้าวโอ๊ต คn 82-86% เป็นซิลิกาอสัณฐานที่เหลือเป็นฐาตุต่างๆ ได้แก่ โซเดียม โพแทสเซียม แคลเซียมและเหล็ก
ซิลิคอนเพิ่มความแข็งแรงของผนังเซลล์เนื่องจากการเชื่อมโยงระหว่างธาตุนี้กับองค์ประกอบอื่นๆ ของผนังเซลล์ กล่าวคือ 1) มีชั้นของซิลิกาอสัณฐานร่วมกับเซลลูโลส (silicon – cellulose membrane) ซึ่งเชื่อมโยงกับเพ็กทินและแคลเซียมด้วย เนื้อเยื่อชั้นผิวของใบจึงมีชั้นของสารที่ปกป้องจำนวน 2 ชั้น (ภาพที่ 1) 2) ซิลิคอนอาจรวมตัวกับองค์ประกอบอของผนังเซลล์ได้สารประกอบเชิงซ้อนซึ่งทนต่อการสลายของเอนไซม์จากเชื้อโรค และ 3) ในผนังเซลล์ของเนื้อเยื่อชั้นผิวของใบข้าว ซิลิคอนเชื่อมโยงกับสารเชิงซ้อนลิกนิน-คาร์โบไฮเดรทด้วย (Synder et al., 2007)

บทบาทของซิลิคอนในผนังเซลล์มีความสำคัญเนื่องจาก ก. ซิลิคอนในผนังเซลล์อยู่ในรูปอนุพันธ์ของซิลิซิกเอสเทอร์ (R1-O-Si-O-R2) ทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมให้พอลิยูโรไนต์ (polyuronides) มีโครงสร้างที่เหมาะสม และ ข) ซิลิคอนมีอิทธิพลต่อเมแทบอลิซึมของพอลิฟินอลบในผนังเซลล์ กล่าวคือ กรดซิลิซิก มีคสมบัติคล้ายกรดบอริกในแง่มีคสัมพรรคภาพสูงต่อ O-diphenols เช่น กรดกาเฟอิกและเอสเทอร์ของกรดนี้ จึงทำปฏิกิริยาได้โมโน-ม ได- และพอลิเมอริกซิลิคอนคอมเพล็ก ซึ่งมีเสถียรภาพสูงและสภาพละลายได้ต่ำ ดังภาพที่ 2
ซิลิคอนมิใช่มีบาทเพียงแต่เป็นองค์ประกอบในผนังเซลล์และทำให้ผนังเซลล์มีสเถียรภาพสูงขึ้นเท่านั้น ยังช่วยลดความจำเป็นในการสังเคราะห์ลิกนินอีกด้วย การมีซิลิคอนเข้าเสริมในผนังเซลล์ทำให้ผนังแข็งแรงโดยใช้พลังงานต่ำกว่าการสังเคราะห์ลิกนิน หากต้องการลิกนินกับการใช้ซิลิคอนเพื่อการนี้คิดเป็นสีดส่วนได้ 20 : 1 ซึ่งแสดงว่าซิลิคอนช่วยเสริมความแข็งแรงให้เซลล์พืชด้วยกระบวนการที่ประหยัดพลังงานอย่างมาก (Raven, 1983)
ซิลิคอนช่วยให้ผนังเซลล์มีสภาพยืดหยุ่น (elasticity) ระหว่างที่เซลล์กำลังขยายขนาด ธาตุนี้ในผนังปฐมภูมิจับอยู่กับเพ็กทินและพอลิฟินอลในลักษณะเชื่อมไขว้ (crosslinks) ซึ่งช่วยให้ผนังเซลล์มีสภาพยึดหยุ่นจึงขยายขนาดเซลล์ได้ตามปรกติ สำหรับเส้นใยฝ้ายในช่วงที่มีการยืดยาวนั้นจะมีซิลิคอนมาก (0.5%Si โดยน้ำหนัก) แต่ธาตุนี้จะลดลงเมื่อมีการสะสมเซลลูโลสเพื่อสร้างผนังทุติยภูมิ ฝ้ายที่มีเส้นใยยาวจะยิ่งมีซิลิคอนสูง นอกจากซิลิคอนแล้วโบรอนก็มีบทบาทด้านความมั่นคงของโครงสร้างผนังปฐมภูมิ อย่างไรก็ตามสำหรับพืชแต่ละชนิด ธาตุทั้งสองอาจมีความสำคัญในเชิงเปรียบเทียบแตกต่างกันไป ทั้งนี้เนื่องจากพืชใบเลี้ยงเดี่ยวและใบเลี้ยงคู่มีองค์ประกอบของผนังเซลล์และความต้องการโบรอนต่างกัน ความสามารถในการดูดซิลิคอนและตอบสนองต่อการได้รับธาตุนี้ก็แตกต่างกันด้วย (Boylston et al., 1990)

(แหล่งที่มา ยงยุทธ โอสถสภา. ธาตุอาหารพืช /ยงยุทธ โสถสภา. –พิมพ์ครั้งที่ 3. – กรุงเทพฯ : สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, 2552)
มนตรี บุญจรัส
ชมรมเกษตรปลอดสารพิษ www.thaigreenagro.com