บทบาทของซิลิคอนต่อการบรรเทาความเครียดจากปัจจัยชีวนะ

ซิลิคอนมีบทบาทในการบรรเทาความเครียดจากปัจจัยชีวะ (biotic stress) และปัจจัยอชีวนะ (abiotic stress) ดังนี้

การบรรเทาความเครียดจากปัจจัยชีวนะ
ซิลิคอนช่วยป้องกันการล่วงล้ำของเชื้อโรคเข้าไปในรากและใบ ความแข็งแรงของเซลล์ในเนื้อเยื่อชั้นผิวที่มีซิลิคอนสูง ช่วยป้องกันมิให้เชื้อราสาเหตุโรคพืชบางชนิดล่วงล้ำเข้าไปในเซลล์ และแมลงกัดกินใบน้อยลง (Marschner, 1995)

ลดการทำลายของโรคพืช สาเหตุที่ซิลิคอนช่วยระงับ (Suppress) โรคพืชหลายชนิด (ดังตารางที่ 1) และช่วยให้พืชทนต่อศัตรูมี 2 ประการ คือ
1) การสะสมธาตุนี้ในผนังเซลล์ของเนื้อเยื่อชั้นผิว ทำให้ใบพืชแข็งแรง (ข้อ 5) จึงเป็นอุปสรรคในการเข้าทำลายของโรคและการกัดกินของแมลง เช่น สารประกอบเชิงซ้อนของซิลิคอนกับสารอินทรีย์ในใบข้าว มีความทนทานต่อการย่อยของเอนไซม์ จากเชื้อราสาเหตุโรคไหม้ของบข้าว (rice blast fungus, Magnaporthe grisea M.E. Barr) การเปรียบเทียบผลของโรคนี้ต่อข้าว 2 สายพันธุ์ คือ CO39 (ไวต่อโรค) และ C101LAC(Pi-1) (ทนโรค เนื่องจากมียีน Pi-1 ซึ่งเป็นยีนทนต่อดรคใบไหม้) แสดงว่าข้าวทั้งสองสายพันธุ์ 1) ที่ไม่ได้รับเชื้อโรคใบไหม้ การให้ซิลิคอนในสารละลายธาตุอาหาร ไม่มีผลต่อปริมาณลิกนินและกิจกรรมของเอนไซม์ในระบบป้องกันตัว 2) การปลูกเชื้อโรค (inoculation) และได้รับซิลิคอน ช่วยให้มีกิจกรรมของเอนไซม์เพอร์ออกซิเดส (peroxidase, POD) พอลิฟินอลออกซิเดส (Polyphenol oxidase, PPO) และ ฟินิลอาลานีน แอมโมเนีย- ไลแอส (phenylalanine ammonia-lyase, PAL) ในใบข้าวสูงขึ้นกิจกรรมของเอนไซม์เหล่านี้เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญ ด้านการตอบสนองต่อการรุกรานของเชื้อโรค เช่น PAL เป็นเอนไซมท์หลักที่บ่งบอกถึงอัตราการสังเคราะห์สารฟีโนลิก ในวิถีฟินิล โพรพานอยด์ (phenylpropsnoid pathway) ส่วน POD เกี่ยวข้องกับการ สังเคราะห์ลิกนิน 3) การให้ซิลิคอนช่วยเพิ่มการสะสมสมซิลิคอน (silicification) และลิกนินในใบของทั้งสองสายพันธุ์ โดยพบการสะสมซิลิคอนเพิ่มขึ้นบนผิวใบและในผนังเซลล์ใบ มิดเดิลลาเมลลา (middle lamella) ช่องระหว่างเซลล์ (intercellular spaces) รวมทั้งมีเม็ดซิลิคอน (silicon papilla) ที่ผนังเซลล์คุม ซึ่งแสดงว่าซิลิคอนเหนี่ยวนำให้ข้าวตอบสนองต่อโรคใบไหม้ 2 ประการควบคู่กัน คือ เพิ่มการสะสมซิลิคอนในผนังเซลล์ เป็นกำแพงปกป้องทางกายภาพ และเหนี่ยวนำระบบต่อต้าน (induced resistance) โรคใบไหม้ให้ทำงาน (Cai et al., 2008)

ตารางที่ 1 โรคและแมลงศัตรูพืช ที่ซิลิคอนช่วยบรรเทาความเสียหาย

ที่มา: Snydr et al. (2007)

2) ซิลิคอนทำหน้าที่เป็นสัญญาณที่เหนี่ยวนำให้พืชมีปฏิกิริยานการต่อต้านเชื้อโรค เช่น ซิลิคอนกระตุ้นให้พืชที่ติดโรค (infection) จากเชื้อรา เร่งกิจกรรมของเอนไซม์ chitinase, peroxidases และ polyphenoxidases กล้าถั่ว (Pisum sativum L.) ที่ได้รับโพแทสเซียมซิลิเกต มีกิจกรรมของเอนไซม์ chitinase และ β-1,3-glucanase ก่อนที่จะมีอาการใบไหม้อันเกิดจากเชื้อรา Mycosphaerella pinodes Berk. Et Blox สำหรับต้นที่ได้รับซิลิคอนจะมีกแผลน้อยกว่าต้นที่ไม่ได้รับปุ๋ยนี้ ในส่วนของสารที่พืชสังเคราะห์ขึ้นเพื่อต่อต้านเชื้อรา ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคพืช ได้แก่ flavonoids และ momilactone phytoalexins นอกจากนี้ซิลิคอนยังช่วยให้แตงกวา มีความต้านทานต่อโรคที่เกิดจากเชื้อรา Podosphaera xanthii โดยกระตุ้นกิจกรรมการต้านเชื้อรา (anifungal activity) ให้เกิดขึ้นภายในต้นพืช และสังเคราะห์สารไฟโทอะเล็กซิน (phytoalexin) ซึ่งมีชื่อว่า flavonol aglycone rhamnetin (Cai et al., 2008)
สำหรับผลของการใช้ปุ๋ยซิลิคอนชนิดต่างๆ ซึ่งช่วยความรุนแรงของโรคพืช ที่เกิดกับฟักทองมะเขือเทศ ถั่วเหลือง และอื่นๆ แสดงไว้ในตารางที่ 2
ลดการทำลายของแมลงศัตรูพืช ซิลิคอนช่วยลดการทำลายของแมลงศัตรูพืชหลายชนิด (ตารางที่ 1) ในข้อนี้จะกล่าวถึงบทบาทของซิลิคอนต่อข้าว
1) พันธุ์ข้าวที่ปริมาณซิลิกาสูงจะมีระดับความทนทานต่อหนอนกอ (มีปากแบกัดกิน) เพิ่มขึ้นและสามารถลดปริมาณการทำลายข้าวของหนอนกอได้ (Chaiwat and Khan, 1990)
2) ปริมาณซิลิกาในใบข้าวมีผลต่อความอยู่รอด (survival) และการเพิ่มประประชากรของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล (Brown planthopper) ซึ่งเป็นแมลงพวกมีปากแบบเจาะดูด กล่าวคือการเพิ่มความเข้มข้นของซิลิคอนในสารละลายธาตุอาหาร 0, 100, 200, 300 และ 400 มก.Si/ลิตร โดยใช้โซเดียมซิลิเกต (Na2SiO3.9H2O,9.86%Si) พบว่าแผ่นใบมีความเข้มข้นของซิลิคอนสูงกว่ากาบใบ สำหรับใบข้าวอายุ 45 วันของพันธุ์ IR22 ซึ่งอ่อนแอต่อเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล มีซิลิคอน 0.55, 18.20, 22.07, 20.48 และ 22.78% SiO2 ตามลำดับ ส่วนใบข้าว IR72 ซึ่งเป็นพันธุ์ที่ทนทาน มีซิลิคอน 0.51, 15.41, 21.55, 21.51 และ 22.84% SiO2 ตามลำดับ ไม่มีความแตกต่างระหว่างพันธุ์และความเข้มข้นของซิลิคอนในใบจะสูงสุดเมื่อมีธาตุนี้ในสารละลาย 100-200 มก.Si/ลิตร ผลการศึกษาความอยู่รอดของเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล ที่เลี้ยงบนต้นข้าวซึ่งได้รับซิลิคอนแสดงว่า 1) เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลที่เลี้ยงบนต้นข้าวอายุ 14 วัน มีความอยู่รอดปรกติ ยกเว้นพวกที่เลี้ยงบนกล้าของพันธุ์ต้านทาน (IR72) มีดัชนีการเจริญเติบโตของประชากรแมลงลดลง 2) เมื่อเลี้ยงแมลงบนต้นข้าวอายุ 45 วัน การเพิ่มซิลิคอนมีผลให้ความอยู่รอด ดัชนีการเจริญเติบโตของประชากรแมลง และการเจริญพันธุ์ลดลง และ 3) ซิลิกาในใบข้าวไม่เป็นอุปสรรคต่อการดูดกินอาหารของแมลง แต่มีผลเชิงลบต่อระบบสรีระของแมลงชนิดนี้
อาจกล่าวโดยสรุปได้ว่า 1) ต้นข้าวต้องมีอายุมากขึ้น และสะสมซิลิคอนในใบมากพอ จึงจะมีผลต่อความอยู่รอดของแมลง 2) บทบาทของซิลิคอนต่อความต้านทานเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล เป็นผลเชิงเสริมกับปัจจัยต้านทานลักษณะอื่นของข้าว 3) เนื่องจากแมลงชนิดนี้ดูดน้ำเลี้ยงจากกาบใบข้าว พันธุ์ต้านทานมีแนวโน้มที่จะสะสมซิลิกาในส่วนนี้มาก 4) เนื่องจากกรดโมโนซิลิซิกซึ่งะลลายง่ายในน้ำเลี้ยงของเซลล์มีผลต่อระบบสรีระของแมลงมากกว่ากรดพอลิซิลิซิกหรือรูปอื่นซึ่งละลายน้ำยาก ดังนั้นลักษณะหนึ่งของพันธุ์ข้าวที่ต้านทาน คือใบมีกรดโมโนซิลิซิกซึ่งละลายง่ายในน้ำเลี้ยงของเซลล์มาก และ 5) ซิลิคอนช่วยปรับสัณฐานลักษณะของใบข้าว ที่ไม่เอื้อสำหรับการอยู่รอดของแมลง กล่าวคือ ต้นข้าวที่ปลูกในสารละลายธาตุอาหารซึ่งมี 400 มก.Si/ลิตร มีใบตั้งตรง อันเป็นสภาพที่เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลถูกศัตรูธรรมชาติทำลายง่ายต่างจากต้นที่ไม่ได้รับซิลิคอน ซึ่งใบห้อยย้อย ทำให้แมลงซ่อนเร้นจากศัตรูธรรมชาติง่าย (พัชนี และคณะ 2544)
ตารางที่ 2 ผลของการใช้ปุ๋ยซิลิคอนต่อการลดความรุนแรงของโรคพืชบางชนิด

แหล่งที่มา: 1Nolla et al. (2006) ; 2Heine et al. (2007); 3Heckman et al. (2003); 4Brecht et al. (2007)
(แหล่งที่มา ยงยุทธ โอสถสภา. ธาตุอาหารพืช /ยงยุทธ โสถสภา. –พิมพ์ครั้งที่ 3. – กรุงเทพฯ : สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, 2552)

มนตรี บุญจรัส
ชมรมเกษตรปลอดสารพิษ www.thaigreenagro.com