นักวิทยาศาสตร์พัฒนา “ชุดเกราะพืช” ในรูปแบบของสเปรย์ ช่วยเคลือบผิวใบ ช่วยให้พืชรับมือทั้งการขาดน้ำและการติดเชื้อได้พร้อมกัน เพื่อเป็นทางเลือกในการดูแลพืชให้เกษตรกร

ความมั่นคงทางอาหารเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นได้หลายทาง และหนึ่งในนั้นคือการที่วัตถุดิบไม่สามารถเติบโตได้เพียงพอกับความต้องการของผู้บริโภค นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบนวัตกรรมสเปรย์พอลิเมอร์ที่ทำหน้าที่เป็น "ชุดเกราะล่องหน" ช่วยปกป้องพืชผลจากแบคทีเรียร้ายแรงและช่วยให้ยืนต้นรอดชีวิตในภาวะขาดน้ำอย่างรุนแรง ซึ่งถือเป็นกุญแจสำคัญที่จะช่วยให้เกษตรกรทั่วโลกรับมือกับสภาวะภูมิอากาศแปรปรวนได้อย่างยั่งยืน

นักวิจัยทดลองฉีดสเปรย์พอลิเมอร์ลงบนใบพืช

จุดเริ่มต้นของ “ชุดเกราะพืช” จากงานวิจัยวัสดุชีวภาพ

งานวิจัยนี้พัฒนาโดยทีมนักวิทยาศาสตร์จากคณะวิศวกรรมศาสตร์ เจคอบส์ (Jacobs School of Engineering) แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก (University of California San Diego) ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยเป็นความร่วมมือของนักวิจัยด้านวิศวกรรมเคมี วัสดุศาสตร์ และชีววิทยาพืช ในการพัฒนาสเปรย์พอลิเมอร์ “ชุดเกราะพืช”

ผลการศึกษาสะท้อนความก้าวหน้าของการใช้พอลิเมอร์ชีวภาพเป็นเกราะป้องกันพืช โดยมีแนวคิดหลักคือการสร้างสารเคลือบบางระดับไมโครเมตร ที่สามารถพ่นลงบนใบพืชได้โดยตรง โดยไม่รบกวนการสังเคราะห์แสงหรือการเจริญเติบโตตามธรรมชาติของพืช

ฟิล์มบางระดับไมโครเมตร ป้องกันแต่ไม่ปิดการหายใจของพืช

หัวใจสำคัญของเทคโนโลยีนี้คือการใช้พอลิเมอร์ชนิด "โพลีนอร์บอร์นีน" (Polynorbornene) ที่ผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยน้ำแทนการใช้สารละลายเคมีที่เป็นพิษ ทำให้สารเคลือบนี้มีความอ่อนโยนและไม่ทำลายเนื้อเยื่อพืชที่บอบบาง

เมื่อเกษตรกรฉีดพ่นสเปรย์ลงไป ประจุบวกในโมเลกุลของพอลิเมอร์จะทำหน้าที่เข้าจู่โจมและทำลายผนังเซลล์ของแบคทีเรียร้ายแรงโดยตรง โดยเฉพาะกลุ่มโรคพืชที่ระบาดหนักในเขตเมืองร้อน เช่น โรคใบจุดในมะเขือเทศ (Speck) โรคแคงเกอร์ในไม้ผล (Canker) และโรคเน่าในพืชตระกูลแตง (Blight) ซึ่งมักจะแพร่กระจายได้รวดเร็วขึ้นเมื่ออุณหภูมิโลกสูงขึ้น

Patrick Opdensteinen นักวิจัยฉีดแบคทีเรยลงบนใบพืช

ระบบภูมิคุ้มกันอัจฉริยะ กระตุ้นได้ทั่วทั้งต้น

ความน่าทึ่งของสเปรย์เกราะพืชนี้คือความสามารถในการสร้าง "ภูมิคุ้มกันเชิงระบบ" โดยที่เกษตรกรไม่จำเป็นต้องพ่นสเปรย์ให้ครอบคลุมพืชทุกตารางนิ้ว เพียงแค่ฉีดพ่นลงบนส่วนใดส่วนหนึ่งของใบพืช สารพอลิเมอร์จะกระตุ้นให้พืชเกิดการตอบสนองต่อความเครียดที่ปลอดภัย โดยมีการผลิตสารไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (Hydrogen peroxide) ในระดับที่พอเหมาะเพื่อส่งสัญญาณเตือนภัยไปยังส่วนอื่น ๆ ของต้นพืช

กลไกนี้จะช่วยให้ทั้งต้นมีภูมิคุ้มกันต่อโรคอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพสูง ช่วยลดการใช้สารเคมีในปริมาณมาก และประหยัดเวลาในการดูแลจัดการไร่นาได้อย่างมหาศาล

เกราะล่องหนช่วยรักษาความชื้นสู้ภัยแล้ง

นอกจากคุณสมบัติต้านเชื้อโรคแล้ว สเปรย์นี้ยังทำหน้าที่เป็น "ชุดรักษาความชื้น" ให้พืชได้อีกด้วย จากการทดสอบในสภาวะจำลองภัยแล้งพบว่า พืชที่ได้รับการฉีดพ่นสเปรย์สามารถทนต่อการขาดน้ำได้นานกว่าพืชทั่วไปอย่างเห็นได้ชัด โดยหลังจากขาดน้ำนานถึง 4 วัน พืชกลุ่มนี้ยังคงเขียวสดใสและมีสภาพสมบูรณ์ เนื่องจากโครงสร้างโมเลกุลของพอลิเมอร์ช่วยทำหน้าที่เป็นแผ่นฟิล์มบาง ๆ ที่ช่วยลดอัตราการระเหยของน้ำออกจากใบไม้ แต่ยังสามารถแลกเปลี่ยนก๊าซและสังเคราะห์แสงได้ตามปกติ ช่วยให้พืชทนความร้อนและภัยแล้งได้

การทดสอบประสิทธิภาพของสเปรย์พอลิเมอร์

การรับมือโลกร้อน และความยั่งยืนของการเกษตร

แม้การทดสอบเบื้องต้นในห้องปฏิบัติการจะให้ผลลัพธ์ที่น่าประทับใจ แต่ทีมวิจัยยังคงมุ่งมั่นพัฒนาต่อยอดในเรื่องของการย่อยสลายทางชีวภาพ (Biodegradability) เพื่อให้มั่นใจว่าชุดเกราะพืชจะไม่ทิ้งมลพิษหรือสารตกค้างสะสมในดินและสิ่งแวดล้อม การมีเทคโนโลยีที่ช่วยให้พืชแข็งแรงขึ้นทั้งต่อโรคและอากาศที่เลวร้าย จึงเป็นทางออกสำคัญที่ช่วยสร้างความมั่นใจว่าเราจะมีอาหารที่เพียงพอและปลอดภัยสำหรับอนาคต

บทสรุป

โดยสรุปแล้ว นวัตกรรมสเปรย์พอลิเมอร์ "ชุดเกราะพืช" อาจตอบโจทย์การเกษตรได้ทั้งการต้านเชื้อโรคและการสู้ภัยแล้งได้ในหนึ่งเดียว ด้วยคุณสมบัติที่ใช้งานง่าย ปลอดภัยต่อพืช และมีประสิทธิภาพในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันครอบคลุมทั้งต้น แม้จะยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยเพิ่มเติมด้านการย่อยสลายทางชีวภาพและการทดสอบในภาคสนามจริง แต่เทคโนโลยีนี้ถือเป็นจุดเริ่มต้นที่สำคัญในการเสริมสร้างความแข็งแกร่งให้กับแหล่งอาหารของมนุษย์ ท่ามกลางวิกฤตสภาพภูมิอากาศที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและรุนแรงในปัจจุบัน ซึ่งจะช่วยให้เกษตรกรสามารถก้าวข้ามขีดจำกัดเดิม ๆ สู่การผลิตที่มั่นคงและยั่งยืนได้

เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร

ที่มาข้อมูล: ucsd, newatlas, thebrighterside
ที่มาภาพ: ucsd

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

แค่พ่นก็รอด! สเปรย์พอลิเมอร์ "ชุดเกราะพืช" ช่วยพืชสู้ภัยแล้งและแบคทีเรีย