1.3 บทบาทในเมแทบิลิซึม

ซิลิคอนเป็นธาตุอาหารที่จำเป็นของไดอะตอมซึ่งเป็นพืชเซลล์เดียวและพืชที่ชอบซิลิคอน(silicophile species) เช่น Equisetum arvense และพืชตระกูลหญ้าที่อาศัยในที่น้ำขัง ข้าวซึ่งขาดธาตุนี้มีการเจริญในช่วงวัฒนภาคต่ำและผลผลิตลดลงมาก ใบเหี่ยวง่ายและเนื้อใบบางส่วนตาย แต่ข้าวที่มีอาการดังกล่าวยังมีชีวิตอยู่ต่อไปได้ จึงถือว่าธาตุนี้ช่วยเสริมการเจริญเติบโต แต่ในเมื่อข้าวยังมีชีวิตต่อไปได้ซิลิคอนจึงมิใช่ธาตุอาหาร อย่างไรก็ตามข้าวต้องการธาตุนี้ในช่วงวัฒนะภาคเพียงเล็กน้อย แต่ต้องการปริมาณมากขึ้นในช่วงเจริญพันธุ์ก่อนข้าวตั้งท้องซิลิคอนจะเคลื่อนย้ายไปสะสมในใบธง หากขาดแคลนในช่วงนี้ช่อดอกข้าวจะไม่สมบูรณ์(Maet al., 1989)

อ้อยเป็นอีกพืชหนึ่งที่ตอบสนองดีมากเมื่อได้รับซิลิคอน กล่าวคือใบอ้อยปกติซึ่งปลูกในไร่ควรมี1%Si (2.1%SiO₂) แต่ถ้ามีน้อยเพียง 0.25 % Si ผลผลิตจะลดลงเหลือประมาณครึ่งหนึ่ง ใบซึ่งรับแสงเต็มที่จะพิสูจน์ว่าธาตุนี้จำเป็นสำหรับอ้อย (Anderson, 1991) สำหรับพืชอื่น เช่น มะเขือเทศ แตงกวา ถั่วเหลืองและสตรอเบอรี่ ก็มีผู้รายงานว่าต้องการซิลิคอน หากขาดธาตุนี้จะแสดงอาการผิดปกติ เช่น ลดผลผลิต ใบที่แตกใหม่มีรูปทรงบิดเบี้ยวและเหี่ยวง่าย ละอองเรณูไม่งอกและไม่ติดผล อย่างไรก็ตามเมื่อมีการทดสอบซ้ำในแตงกวาซึ่งเป็นพืชที่ไม่สะสมซิลิคอน พบว่าอาการขาดธาตุนี้จะปรากฏเมื่อพืชได้รับ 1) ฟอสฟอรัสมากเกินไป และ 2) สังกะสีน้อยเกินไป หรือเมื่อพืชอยู่ในภาวะขาดสังกะสีและเป็นพิษจากฟอสฟอรัส จึงเชื่อว่าซิลิคอนช่วยแก้ไขสภาพดังกล่าวขณะเดียวกันก็ช่วยให้สังกะสีในพืชมีบทบาททางสรีระมากกว่าเดิม (Marschner et al., 1990)

สาเหตุสำคัญประการหนึ่งที่ทำให้การพิสูจน์บทบาทของซิลิคอนในแง่ธาตุอาหารพืชเป็นเรื่องที่ทำได้ยาก ก็คือ น้ำที่ขจัดสิ่งเจือปนออกอย่างเต็มที่แล้วยังมีซิลิคอนถึง 20 นาโนโมลาร์ และพืชพวกสะสมซิลิคอนซึ่งปลูกในสารละลายธาตุอาหารที่ไม่เติมธาตุนี้ก็ยังมีในใบ 1-4 มิลลิกรัม SiO₂ ต่อใบพืชแห้งหนึ่งกรัม อย่างไรก็ตามผลการศึกษาการเปลี่ยนแปลงด้านเมแทบอลิซึมเมื่อไม่ใส่ซิลิคอน ในสารละลายปลูกพืชหรือการใส่กรดเยอมานิก (Germanic acid) ซึ่งเป็นสารยับยั้งเมแทบอลิซึมของซิลิคอนอย่างจำเพาะเจาะจง พบว่า

1) เมื่อขาดซิลิคอนปฏิกิริยาการสังเคราะห์ ATP, ADP และน้ำตาลฟอสเฟตุจากฟอสเฟตไอออนของใบอ้อยมีอัตราลดลง

2) สัดส่วนของลิกนินในผนังเซลล์ของรากข้าวสาลีต่ำลงส่วนสารฟีนอลลิกสูงขึ้นกว่าปกติบทืบาทของซิลิคอนในผนังเซลล์มีความสำคัญเนื่องจาก ก) ซิลิคอนในผนังเซลล์อยู่ในรูปอนุพันธ์ของซิลิซิกเอสเทอร์ (R¹-O-Si-O-R²) ทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมให้พอลิยูโรไนด์(Polyuronides) มีโครงสร้างที่เหมาะสมและ ข) ซิลิคอนมีอิทธิพลต่อเมแทบอลิซึมของพอลิฟินอลในผนังเซลล์ กล่าวคือ กรดซิลิสิค แอซิดคล้ายกรดบอริกในแง่มีสัมพรรคภาพสูงต่อ O-diphenols เช่นกรดแคฟเฟอิก และเอสเทอของกรดนี้ จึงทำปฏิกิริยาได้โมน-, ได- และพอลิเมอริกซิลิคอนคอมเพล็กซึ่งมีสเถียรภาพสูงและสภาพละลายน้ำต่ำ ดังภาพ ที่ 10.1

⁞

3) ซิลิคอนมิใช่มีบทบาทเพียงแต่เป็นองค์ประกอบในผนังเซลล์และทำให้ผนังเซลล์มีเสถียรภาพสูงขึ้นเท่านั้น ยังช่วยลดการสังเคราะห์ลิกนินอีกด้วย การมีซิลิคอนเข้าเสริมในผนังเซลล์ทำให้ผนังแข็งแรงโดยใช้พลังงานต่ำกว่าการสังเคราะห์ลิกนิน หากต้องการลิกนิน 1 กรัม ต้องอาศัยพลังงานจากกลูโคสถึง 2 กรัม และเมื่อเทียบความสิ้นเปลืองพลังงานสำหรับสร้างลิกนินกับการใช้ซิลิคอนเพื่อการนี้คิดเป็นสัดส่วนได้ 20 : 1 ซึ่งแสดงว่าซิลิคอนช่วยเสริมความแข็งแรงให้เซลล์พืชด้วยกระบวนการที่ประหยัดพลังงานอย่างมาก (Raven, 1983)

4) ซิลิคอนช่วยให้ผนังเซลล์มีสภาพยืดหยุ่น (elasticity) ระหว่างที่เซลล์กำลังขยายขนาด ธาตุนี้ในผนังปฐมภูมิจับอยู่กับเพกทิน และพอลิฟินอลในลักษณะเชื่อมไขว้ (crosslinks) ซึ่งช่วยให้ผนังมีสภาพยืดหยุ่นที่ดีจึงขยายขนาดเซลล์ได้ตามปกติ สำหรับเส้นใยฝ้ายในช่วงที่มีการยืดยาวนั้นจะมีซิลิคอนมาก (0.5%Si โดยน้ำหนัก) แต่ธาตุนี้จะลดลงเมื่อมีการสะสมเซลลูโลสเพื่อสร้างผนังทุติยภูมิ ฝ้ายที่มีเส้นใยยาวจะยิ่งมีซิลิคอนสูง นอกจากซิลิคอนแล้วโบรอนก็มีบทบาทด้านความมั่นคงของโครงสร้างผนังปฐมภูมิเนื่องจากพืชใบเลี้ยวเดี่ยวและใบเลี้ยงคู่มีองค์ประกอบของผนังเซลล์และความต้องการโบรอนต่างกัน ความสามารถในการดูดซิลิคอนและตอบสนองต่อการได้รับธาตุนี้ก็แตกต่างกันด้วย (Boylstom et al., 1990)

1.4 ผลด้านเสริมประโยชน์

ซิลิคอน มีผลด้านเสริมประโยชน์ต่อพืชหลายประการ เช่นช่วยให้ใบตั้งชัน (erectness)ลำต้นแข็งไม่ล้มง่าย ป้องกันการล่วงล้ำของเชื้อโรคเข้าไปในรากและใบ และป้องกันความเป็นพิษของแมงกานีสหรือเหล็กหรือทั้งสองธาตุ ดังรายละเอียดต่อไปนี้

1) ช่วยให้ใบตั้งชัน แปลงที่มีพืชค่อนข้างหนาแน่นหรือใช้ปุ๋ยไนโตรเจนอัตราสูงใบพืชส่วนปลายมีแนวโน้มที่จะโค้งลงจึงบังแสงกันเอง เมื่อพืชได้รับซิลิคอนเพียงพอก็เคลื่อนย้ายมาสะสมที่ผนังเซลล์ชั้นผิวนอกของใบ แผ่นใบก็จะแข็งและตั้งชันจึงรับแสงได้ดีขึ้น นอกจากนั้นบางพืช เช่น แตงกวายังมีปริมาณคลอโรฟิลล์สูงขึ้น และยืดอายุใบทำให้ใบร่วงหล่นช้าลง(Adatia and Besford, 1986)

2) ลดการล้ม ข้าวที่ได้รับปุ๋ยไนโตรเจนอัตราสูงมักมีลำต้นอ่อนและล้มง่าย ซิลิคอนช่วยให้ลำต้นข้าวแข็งแรงขึ้นและล้มน้อยลง (Idris et al., 1975)

3) ป้องกันการล่วงล้ำของเชื้อโรคเข้าไปในรากและใบ ความแข็งแรงของเซลล์ผิวนอกที่มีซิลิคอนสูงช่วยป้องกันมิให้เชื้อราสาเหตุโรคพืชบางชนิดล่วงล้ำเข้าไปในเซลล์ และแมลงก็กัดกินใบน้อยลง (Marschner, 1995)

4) ป้องกันความเป็นพิษของแมงกานีสหรือเหล็ก ภาพที่ 10.2 แสดงว่าเมื่อถั่วได้รับแมงกานีส 5.0 ไมโครโมลาร์ ซิลิคอนช่วยป้องกันมิให้เป็นพิษ แต่ถ้าได้รับแมงกานีสสูงขึ้น (10.0 ไมโครโมลาร์) ซิลิคอนลดความเป็นพิษของแมงกานีสลงได้บ้างส่วนบทบาทของซิลิคอนที่แท้จริงคือช่วยให้พืชทนต่อแมงกานีสได้ดีขึ้น เนื่องจากในสภาพดังกล่าวพืชยังดูดแมงกานีสได้มาก เพียงแต่ซิลิคอนช่วยให้แมงกานีสกระจายในใบอย่างทั่วถึงไม่สะสมบริเวณใดบริเวณหนึ่งมากเกินไป แต่ถ้าพืชไม่ได้รับซิลิคอนจะพบแมงกานีสสะสมอยู่ในใบบางบริเวณมากจนเป็นพิษและเกิดจุดสีน้ำตาล หรือเนโครซิส (necrosis) (Horst and Marschner, 1978)

ภาพที่ 10.2 ผลของแมงกานีสต่อน้ำหนักแห้งของถั่วเมือ่ไม่ใส่หรือใส่ซิลิคอน (1.55มก.Si/ลิตร) เส้นตั้งฉากบนกราฟแท่ง คือ ค่าความเบี่ยงเบนมาตรฐาน

ที่มา : ปรับปรุงจาก Horst and Marschner (1987)

ซิลิคอนช่วยให้ข้าวทนอยู่ได้แม้สารละลายที่ใช้ปลูกจะมีแมงกานีสและเหล็กสูงดังนี้คือ ก) ลดการสะสมเหล็กและแมงกานีสในส่วนเหนือดิน และ ข) เพิ่มอำนาจการออกซิไดส์ (Oxidising power) ของราก กล่าวคือ ซิลิคอนช่วยเพิ่มปริมาตรและความแข็งแรงของแอเรงคิมา(aerenchyma, คอร์เทกซ์ซึ่งมีช่องอากาศมาก) ทั้งในรากและส่วนเหนือดิน ออกซิเจนจึงเคลื่อนย้ายลงไปถึงรากสะดวกและออกซิไดส์แมงกานีสกับเหล็กมิให้เป็นอันตรายต่อราก

5) ซิลิคอนยังมีผลในด้านอื่นๆ อีก เช่น ช่วยปลดปล่อยฟอสเฟตที่ถูกตรึงในดินไร่ ลดการคายน้ำผ่านผิวเคลือบคิวทินของใบข้าว และช่วยให้เมล็ดข้าวสาลีงอกดีขึ้นเมื่อสารละลายที่ใช้เพาะเมล็ดมีโซเดียมคลอไรด์มากกว่าปกติ (Marschner, 1995)

ที่มา : ยงยุทธ โอสถสภา. 2543. ธาตุอาหารพืช. --กรุงเทพฯ : มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, 424 หน้า.

มนตรี  บุญจรัส

ชมรมเกษตรปลอดสารพิษ //www.thaigreenagro.com

Create Date : 10 เมษายน 2555
Last Update : 10 เมษายน 2555 7:11:55 น.		1 comments
Counter : 1942 Pageviews.
Share Tweet