ผลด้านสรีระวิทยาของพืชที่มีต่อแร่ธาตุซิลิคอน

ในข้อนี้จะอธิบายความต้องการซิลิคอนของแต่ละพืช อาการที่พืชแสดงออกเมื่อขาดธาตุนี้แล้ว จึงกล่าวถึงผลของซิลิคอนต่อเมแทบอลิซึมของพืช

ความต้องการของพืชและอาการขาด
ซิลิคอนเป็นธาตุอาหารที่จำเป็นของไดอะตอมซึ่งเป็นพืชเซลล์เดียว และพืชที่ชอบซิลิคอน (silicophile species) เช่น ข้าวในนาน้ำขังและอ้อยซึ่งอยู่ในดินไร่ ก็ตอบสนองต่อซิลิคอนมาก ในข้อนี้จะกล่าวถึงความต้องการซิลิคอนของข้าว อ้อยและพืชอื่นๆ

1) ข้าวซึ่งขาดธาตุนี้ มีการเจริญในระยะการเติบโตไม่อาศัยเพศ (vegetative stage) ช้าและผลผลิตลดลงมาก ความผิดปรกติที่เห็นได้คือ ในเหี่ยวง่ายและเนื้อใบบางส่วนตาย แต่ข้าวที่มีอาการดังกล่าวยังมีชีวิตอยู่ได้ จึงถือว่าซิลิคอนช่วยเสริมการเจริญเติบโต นอกจากนี้การที่ต้นข้าวดำรงชีวิตได้แม้จะกำจัดซิลิคอนจากเครื่องปลูกทุกวิถีทางแล้ว ธาตุนี้จึงมิใช่ธาตุอาหารของข้าว อย่างไรก็ตามเพื่อการเจริญเติบโตที่ดีขึ้นข้าวต้องการซิลิคอนในช่วงการเติบโตไม่อาศัยเพศเพียงเล็กน้อย แต่ต้องการปริมาณมากขึ้นในช่วงเจริญพันธุ์ก่อนข้าวตั้งท้องซิลิคอนจะเคลื่อนย้ายไปสะสมในใบธง หากขาดแคลนในช่วงนี้ช่อดอกจะไม่สมบูรณ์ (Ma et al., 1989)

สำหรับข้าวซึ่งปลูกในสารละลายาตุอาหารที่ได้รับซิลิคอน 75 มก.Si/ลิตร จะมีการเจริญเติบโตสูงและสามารถสะสมธาตุนี้ในส่วนเหนือดิน 0.91 มก.Si/ก. น้ำหนักแห้ง (Gill et al.2007) การขาดซิลิคอนในระยะเจริญพันธุ์ มีผลให้การเจริญของดอกล่าช้า และเพิ่มจำนวนเมล็ดลีบ ทั้งนี้เนื่องจากเมล็ดที่กำลังพัฒนามีคาร์โบไฮเดรตน้อย การแบ่งเซลล์น้อยและการพัฒนาผนังเซลล์เกิดขึ้นช้า การเติมซิลิคอนในสารละลายธาตุอาหาร 15-50 มก.Si/ลิตร ช่วยให้การพัฒนาของข้าวในระยะเจริญพันธุ์ดีขึ้น (Inanaga et al., 2002) ส่วนการศึกษาผลของการใส่ปุ่ยซิลิคอนในนา แสดงว่าการใส่ 50-180 ก.Si/ตร.ม.. แม้จะไม่ช่วยให้การเจริญเติบโตและผลผลิตเมล็ดสูงขึ้น แต่ทำให้โครงสร้างทรงพุ่ม (canopy structure) ของต้นข้าวดีขึ้น กล่าวคือความเข้มข้นแสงสัมพัทธ์ (relative light intensity) ในทรงพุ่มส่วนบนสูงกว่าต้นข้าวที่ไม่ได้รับปุ๋ยซิลิคอน ทั้งในระยะแตกกอสูงสุด (maximum tiller number stage) และระยะข้าวตั้งท้อง (booting stage) (Ando et al., 2002)

ข้าวมีซิลิคอนในส่วนเหนือดิน 2-10% แต่โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 5-6 % การผลิตเมล็ดข้าว 1 ตัน รากข้าวต้องดูดซิลิคอนมาจากดิน 50-110 กก.หรือเฉลี่ย 80 กก.Si/ตันผลผลิต ซึ่งประมาณ 80 % ยังคงอยู่ในฟางเมื่อข้าวสุกแก่ สำหรับความเข้มข้นระดับวิกฤตขาดแคลน จากใบบนสุดซึ่งขยายขนาดเต็มที่แล้ว (Y leaf) ในช่วงแตกกอจนถึงระยะมีดอกอ่อนที่ข้อบนสุด (initiation of panicle primodia, IPP) สูงกว่า 5% Si ค่าดังกล่าวจากส่วนเหนือดินในช่วงเก็บเกี่ยวก็สูงกว่า 5% Si เช่นเดียวกัน แต่ระดับที่ถือว่าพอเหมาะคือ 5 – 10 % Si (Doberman and Fairhurst, 2000)

2) อ้อยเป็นอีกพืชหนึ่งที่ตอบสนองดีมาก เมื่อได้รับซิลิคอน กล่าวคือใบอ้อยปกติซึ่งปลูกในไร่ควรมี 1%Si (SiO2)แต่ถ้ามีน้อยเพียง 0.25 % Si ผลผลิตจะลดลงเหลือประมาณครึ่งหนึ่ง ใบที่รับแสงเต็มที่จะมีรอยต่างทั่วไป แต่อ้อยที่ปลูกในเรือนทดลองต้องการซิลิคอนเพียงเล็กน้อย ข้อมูลทั้งสองส่วนไม่อาจใช้พิสูจน์ว่าธาตุนี้จำเป็นสำหรับอ้อย (Anderson, 1991)

3) สำหรับพืช เช่น มะเขือเทศ แตงกวา ถั่วเหลือง และสตรอเบอรี ก็มีผู้รายงานว่าต้องการซิลิคอน หากขาดธาตุนี้จะแสดงอาการผิดปกติ เช่น ลดผลผลิต ใบที่แตกใหม่มีรูปทรงบิดเบี้ยวและเหี่ยวง่าย ละอองเรณูไม่งอกและไม่ติดผล อย่างไรก็ตามเมื่อมีการทดสอบซ้ำในแตงกวาซึ่งเป็นพืชที่ไม่สะสมซิลิคอน พบว่าอาการขาดธาตุนี้จะปรากฏเมื่อพืชได้รับ 1) ฟอสฟอรัสมากเกินไป และ 2) สังกะสีน้อยเกินไป หรือเมื่อพืชอยู่ในภาวะขาดสังกะสีและเป็นพิษจากฟอสฟอรัส จึงเชื่อว่าซิลิคอนช่วยแก้ไขสภาพดังกล่าว ขณะเดียวกันก็ช่วยให้สังกะสีในพืชมีบทบาททางสรีระมากกว่าเดิม (Marschner et al., 1990)

ผลของซิลิคอนต่อเมแทบลิซึม
สาเหตุสำคัญประการหนึ่งที่ทำให้การพิสูจน์บทบาทของซิลิคอนในแง่ธาตุอาหารพืชเป็นเรื่องที่ทำได้ยาก ก็คือ น้ำที่ได้ขจัดสิ่งเจือปนออกอย่างเต็มที่แล้วยังมีซิลิคอนถึง 20 นาโนโมลาร์ และพืชพวกสะสมซิลิคอนซึ่งปลูกในสารละลายธาตุอาหารที่ไม่เติมธาตุนี้ก็ยังมีในใบ 1-4 มิลลิกรัม SiO2 ต่อใบพืชแห้งหนึ่งกรัม อย่างไรก็ตามผลการศึกษาการเปลี่ยนแปลงด้านเมแทบอลิซึมเมื่อไม่ใส่ซิลิคอนในสารละลายปลูกพืชหรือการใส่กรดเยอมานิก (Germanic acid) ซึ่งเป็นสารยับยั้งเมแทบอลิซึมของซิลิคอนอย่างจำเพาะเจาะจงแสดงให้เห็นถึงผลของซิลิคอนด้านเมแทบอลิซึมบางประการดังตัวอย่างต่อไปนี้ (Marschner, 1995 ; Synder et al, 2007)

1) ซิลิคอนส่งเสริมการสังเคราะห์ ATP และ ADP เมื่อขาดธาตุนี้ ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ ATP และ ADP ลดลง
2) แอนไอออนของกรดโมโนซิลิซิก [Si(OH)3]- สามารถแทนที่ฟอสเฟตแอนไอออนบางส่วนในโมเลกุล DNA และ RNA การแทนที่ในสัดส่วนที่พอเหมาะ ช่วยให้โมเลกุล DNA และ RNA มีเสถียรภาพยิ่งขึ้น
3) ซิลิคอนช่วยเพิ่มการสังเคราะห์แสงโดยก. เพิ่มความข้มข้นของคลอโรฟิวด์ต่อพื้นที่ใบพืช ช่วยให้พืชทนต่อภาวะที่มีความเข้มแสงต่ำหรือความเข้มแสงสูง โดยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานแสงให้สูงขึ้นให้มีการเพิ่มปริมาณน้ำตาลในหัวชูการ์บีต ลำอ้อย และผลส้ม เมื่ออ้อยขาดซิลิคอน การสังเคราะห์น้ำตาลฟอสเฟตจากฟอสเฟตไออนอของใบมีอัตราลดลง

(แหล่งที่มา ยงยุทธ โอสถสภา. ธาตุอาหารพืช /ยงยุทธ โสถสภา. –พิมพ์ครั้งที่ 3. – กรุงเทพฯ : สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, 2552)

มนตรี บุญจรัส
ชมรมเกษตรปลอดสารพิษ www.thaigreenagro.com