เทคโนโลยีชีวภาพกับการเพิ่มผลผลิตพืชน้ำมัน
 ศ.ดร.มรกต ตันติเจริญ
สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ
|
|
 เป้าหมายพลังงานชาติบรรลุ ถ้าเพิ่มปริมาณชีวมวล
ประเทศไทยให้ความสำคัญในการส่งเสริมการผลิต/การใช้เชื้อเพลิงชีวภาพโดยเฉพาะในภาคขนส่งซึ่งเป็นภาคที่มีการใช้พลังงานสูงสุด รัฐบาลมีเป้าหมายเพิ่มการใช้เอทานอลเป็น 2.4 ล้านลิตร/วัน และไบโอดีเซล 3.0 ล้านลิตร/วัน ภายในปี พ.ศ. 2554 แต่ปัจจุบัน (กค. 2551) การผลิตเอทานอลและไบโอดีเซลมีปริมาณเฉลี่ย 1 ล้านลิตร/วัน และ 1.44 ล้านลิตร/วัน เท่านั้น ทั้งนี้สาเหตุประการหนึ่งอาจเนื่องมาจากราคาวัตถุดิบปรับตัวเพิ่มขึ้น ปริมาณวัตถุดิบส่วนใหญ่ถูกป้อนเข้าสู่อุตสาหกรรมเดิมที่มีอยู่ เช่น อุตสาหกรรมน้ำตาลและแป้งมัน รวมทั้งผลผลิตต่อพื้นที่ของพืชพลังงานอยู่ในเกณฑ์ต่ำ ปัจจัยเหล่านี้ทำให้การส่งเสริมการผลิตและใช้พลังงานจากเอทานอลและไบโอดีเซลยังต่ำกว่าเป้าหมาย
|
|
ศักยภาพทางพันธุกรรม ขุมทรัพย์ที่รอการพัฒนา
 พืชพลังงานที่มีศักยภาพใช้ในการผลิตเอทานอล ประกอบด้วย อ้อย/กากน้ำตาล และมันสำปะหลัง สำหรับไบโอดีเซล คือ ปาล์มน้ำมัน
การเพิ่มปริมาณผลผลิตพืชพลังงานโดยการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตหรือการเพิ่มผลผลิตต่อพื้นที่เป็นสิ่งจำเป็น ดังเห็นได้จากกรณีบราซิลและออสเตรเลียมีผลผลิตอ้อยต่อพื้นที่สูงกว่าไทย ทำให้ต้นทุนการผลิตเอทานอลจากอ้อยของทั้งสองประเทศต่ำกว่าไทย และต้นทุนของบราซิลถือว่าต่ำที่สุดในโลก
อ้อย มันสำปะหลัง และปาล์มน้ำมันเป็นพืชที่มีศักยภาพทางพันธุกรรมที่จะให้ผลผลิตสูงสุดถึง 45 ตัน/ไร่ 13 ตัน/ไร่ และ 15 ตัน/ไร่ ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกับผลผลิตเฉลี่ยทั้งประเทศของอ้อย มันสำปะหลัง และปาล์มน้ำมันของไทยปัจจุบันมีค่า 11.8 ตัน/ไร่ 3.5 ตัน/ไร่ และ 2.8 ตัน/ไร่ ตามลำดับ
อย่างไรก็ดี เมื่อดูศักยภาพทางพันธุกรรมของพันธุ์อ้อย หรือมันสำปะหลังของไทยที่เป็นพันธุ์แนะนำ เมื่อปลูกภายใต้สภาวะแวดล้อมที่เหมาะสม พบว่า ให้ผลผลิตต่อพื้นที่สูงกว่าผลผลิตเฉลี่ยของประเทศ ตัวอย่างเช่น มันสำปะหลังพันธุ์ KU 50 ระยอง 9 และระยอง 7 สามารถให้ผลผลิตได้สูงถึง 6 ตันต่อไร่ ตามลำดับ เช่นเดียวกับผลการทดสอบอ้อยในพื้นที่ต่างๆ ของประเทศ (Multilocation test) ที่พบว่า มีอ้อยหลายสายพันธุ์ที่ให้ผลผลิตมากกว่า 20 ตันต่อไร่ จากศักยภาพพันธุกรรมของพันธุ์แนะนำของไทย แสดงให้เห็นว่า การเลือกใช้พันธุ์ที่เหมาะสม รวมถึงการใช้การจัดการเข้าช่วย เช่น การให้น้ำ และปุ๋ย สามารถเพิ่มผลผลิตเฉลี่ยต่อพื้นที่ของพืชพลังงานของไทย และในระยะยาวสามารถที่จะใช้เทคโนโลยีชีวภาพในการปรับปรุงพันธุ์พืชเพื่อให้ผลผลิตต่อพื้นที่ เข้าสู่ค่าสูงสุดทางทฤษฎีของพืชแต่ละชนิดได้
จากข้อมูลพื้นที่เพาะปลูกและศักยภาพของพันธุกรรมพืชพลังงานไทยแสดงให้เห็นว่า มีความเป็นไปได้มากที่ประเทศไทยจะเพิ่มผลผลิตต่อพื้นที่และมีปริมาณมากพอที่จะบรรลุเป้าหมายด้านพลังงานของประเทศโดยไม่จำเป็นต้องเพิ่มพื้นที่ปลูกในกรณีของอ้อยและมันสำปะหลัง แต่ยังมีความจำเป็นต้องเพิ่มพื้นที่ปลูกของปาล์มน้ำมันอยู่บ้าง
|
|
ทั่วโลกตื่นตัวลงทุนวิจัยด้านเทคโนโลยีชีวภาพด้านพืชพลังงาน
เทคโนโลยีชีวภาพได้รับการยอมรับจากนานาประเทศว่าเป็นเทคโนโลยีที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาประเทศ จากประสบการณ์ของการปรับปรุงพันธุ์พืชอาหารโลกเพื่อให้เพียงพอต่อความต้องการของมนุษย์ พบว่าในระยะเวลา 50 ปี (ปี พ.ศ.2493-2543) การปรับปรุงพันธุ์เพิ่มผลผลิตต่อพื้นที่ของพืชอาหารของโลกได้มากถึง 3 เท่าตัว
ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีชีวภาพช่วยย่นระยะเวลาในการปรับปรุงพันธุ์แบบดั้งเดิม จากมากกว่า 10 ปีเหลือเพียงครึ่งหนึ่ง โดยไม่ต้องรอให้ลักษณะที่ต้องการแสดงออกมาก่อน (เช่น ให้ต้นโต ติดเมล็ด) เพื่อเลือกต้นที่ต้องการ เนื่องจากสามารถตรวจว่ามียีนที่ควบคุมลักษณะดังกล่าวอยู่ในต้นอ่อนหรือไม่ ถ้าไม่ทราบตำแหน่งของยีนที่ต้องการอาจใช้ตำแหน่งยีนเครื่องหมายที่อยู่ใกล้กับยีนที่ต้องการมากที่สุด วิธีนี้เรียกว่า “Marker Assisted Selection” หรือ MAS
สำหรับกรณีพืชในกลุ่มประชากรเดียวกันหรือกลุ่มสปีชีส์ใกล้เคียงกันที่มีความหลากหลายต่ำ ไม่สามารถหาพันธุกรรมที่ต้องการในกลุ่มเดียวกันหรือใกล้เคียงกันได้ จำเป็นต้องหาพันธุกรรมที่ต้องการจากสิ่งมีชีวิตกลุ่มอื่น และเนื่องจากเป็นกลุ่มที่ต่างกันจึงไม่สามารถผสมพันธุ์และคัดเลือกได้ตามปกติ จึงใช้ “เทคโนโลยีพันธุวิศวกรรม” ซึ่งมีข้อได้เปรียบ คือ นำเฉพาะยีนที่ต้องการใส่เข้าไป ทำให้การปรับปรุงพันธุ์ค่อนข้างง่าย เร็ว และจำเพาะ แต่ข้อจำกัด คือต้องทำการค้นหายีน ทราบโครงสร้างและหน้าที่ของยีน โดยทั้งนี้ การใช้เทคโนโลยีจีโนมและหลังจีโนมศึกษาหน้าที่และกลไกการทำงานของเซลล์ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์และสิ่งแวดล้อม และการทำงานทั้งระบบ สามารถค้นหายีนและไขความลับสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างการศึกษาเปรียบเทียบการแสดงออกของยีนในสภาวะต่างๆ เช่น สภาวะปกติกับสภาวะที่ได้รับความเครียด ทำให้ทราบว่ามียีนอะไรบ้างที่ตอบสนองต่อสภาวะที่เปลี่ยนไป ซึ่งนอกจากทำให้เข้าใจกลไกการตอบสนองของพืชต่อสภาวะที่ไม่เหมาะสมแล้ว ยังนำไปสู่การค้นหายีนในพืชที่ศึกษา เพื่อนำไปใช้ในการตัดต่อพันธุกรรมและใช้ประโยชน์ในพืชอื่นๆ ต่อไป
|
|
 ทิศทางการวิจัยและพัฒนาพันธุวิศวกรรมเพื่อการผลิตพลังงานชีวภาพของโลก แบ่งได้เป็น 2 กลุ่ม กลุ่มแรก เน้นพัฒนาพืชดัดแปลงพันธุกรรมให้มีผลผลิตต่อพื้นที่เพิ่มขึ้นโดยพัฒนาพืชให้มีลักษณะต้านทานโรค/แมลงศัตรูพืช เช่น พัฒนาปาล์มต้านทานแมลง อ้อยต้านทานหนอนกอ และพัฒนามันสำปะหลังต้านทานไวรัส การพัฒนาพืชที่ทนทานต่อภาวะที่ไม่เหมาะสม เช่น อ้อยทนแล้ง การพัฒนาพืชให้มีประสิทธิภาพในการสังเคราะห์แสงสูง เพื่อให้มีการเติบโตเร็วและให้ผลผลิตสูง มีลักษณะที่เอื้อต่อการเก็บเกี่ยว เช่น ให้ผลผลิตพร้อมกัน หรือสุกแก่พร้อมกัน รวมทั้ง การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างภายในพืชให้เหมาะสมเป็นพลังงานทางเลือก เช่น เปลี่ยนแปลงโครงสร้างสารในพืชเพื่อให้หมักเป็นเอทานอลง่ายขึ้น ตัวอย่าง อ้อยมีปริมาณน้ำตาลสูง Duckweed ย่อยเซลลูโลสให้เป็นน้ำตาลในต้นพืชเอง เป็นต้น และการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างสารในพืชให้เป็นไบโอดีเซล
กลุ่มที่สอง เน้นพัฒนาการผลิตจุลินทรีย์ดัดแปลงพันธุกรรม การผลิตเอนไซม์เพื่อเปลี่ยนวัตถุดิบจากน้ำตาลและเซลลูโลสให้อยู่ในรูปน้ำตาลหมักง่าย เป็นวิธีการที่ทั่วโลกให้ความสนใจ อย่างไรก็ดี กระบวนการพัฒนาพันธุวิศวกรรมพืช ให้ความสำคัญอย่างมากต่อการประเมินความปลอดภัยทางชีวภาพด้านสิ่งแวดล้อมและอาหารก่อนที่จะมีการวางตลาดหรือส่งเสริมให้เกิดการใช้
ภาครัฐ และภาคเอกชนทั่วโลกให้ความสำคัญกับการลงทุนวิจัยเทคโนโลยีชีวภาพด้านเชื้อเพลิงชีวภาพ สหรัฐอเมริกา เช่น กระทรวงพลังงาน และกระทรวงเกษตรฯ สนับสนุนทุนวิจัยจีโนมมันสำปะหลัง สถาบัน J. Craig Venture ลงทุนวิจัยจีโนมละหุ่งซึ่งอยู่ในกลุ่มเดียวกับมันสำปะหลัง บราซิล ลงทุนเทคโนโลยีชีวภาพเพื่อพัฒนาสายพันธุ์อ้อยมายาวนานกว่า 20 ปี มีสายพันธุ์อ้อย 140 สายพันธุ์ ออสเตรเลีย ใช้ MAS พัฒนาพันธุ์อ้อยที่สะสมน้ำตาลได้เร็ว อ้อยจีเอ็มโอมีปริมาณซูโครสสูง เป็นต้น มาเลเซีย บริษัท Asiatic Centre for Genome Technology Sdn Bhd (ACGT) ของมาเลเซียร่วมมือกับบริษัทสหรัฐอเมริกา Synthetic Genomics (SGI) ประกาศความสำเร็จของการทำ first draft จีโนมปาล์มน้ำมัน เมื่อเดือนพฤษภาคม 2551
โดยทั้งนี้ ทิศทางการลงทุนดังกล่าวมีแนวโน้มของการทำวิจัยในลักษณะเป็นเครือข่ายระหว่างสถาบัน เช่น The Global Cassava Partnership (GCP-21) เป็นความร่วมมือระหว่าง 21 ประเทศ จากทวีปอเมริกา ยุโรป แอฟริกา และเอเชีย ภายใต้โครงการ the Global Cassava Development Strategy IFAD/FAO ต้องการยกระดับผลผลิตมันสำปะหลังของโลกด้วยการใช้เทคโนโลยีชีวภาพเป็นเครื่องมือสำคัญ
|
|
ก้าวกระโดดด้วยเทคโนโลยีชีวภาพ
 ประเทศไทยมีการใช้เทคโนโลยีดีเอ็นเอเป็นเครื่องมือในการปรับปรุงพันธุ์พืช ตัวอย่างความสำเร็จเช่น พันธุ์ข้าวขาวดอกมะลิ 105 ทนน้ำท่วมเฉียบพลัน ทนอยู่ใต้น้ำได้ 15-21 วัน โดยไม่ตาย ฟื้นตัวหลังน้ำท่วมได้ดี และให้ผลผลิตเฉลี่ยสูงกว่าพันธุ์เดิมในสภาพน้ำท่วม
ด้านการวิจัยและพัฒนาพืชดัดแปรพันธุกรรม มีหน่วยงานราชการและมหาวิทยาลัยต่างๆ วิจัยและพัฒนาพืช จีเอ็ม ได้แก่ มะละกอต้านทานโรคจุดวงแหวน พริกต้านทานโรคใบด่างประ สับปะรดต้านทานสารกำจัดวัชพืช มะเขือเทศต้านทานโรคใบหงิกเหลือง เป็นต้น
พืชบางชนิดมีการทดสอบภาคสนามไปแล้วส่วนหนึ่ง เช่น มะละกอต้านทานไวรัสจุดวงแหวน ก่อนที่คณะรัฐมนตรี (ครม.) มีมติให้กระทรวงเกษตรฯ ยุติการดำเนินการทดลองความปลอดภัยทางชีวภาพของพืชพันธุกรรมทุกชนิดในระดับไร่/นา เมื่อ 3 เมษายน 2544 ตามข้อเสนอสมัชชาคนจน และถึงแม้ว่า ครม. มีมติเห็นควรให้มีการทดสอบพืชดัดแปรพันธุกรรมในแปลงทดลองของทางราชการเมื่อ 25 ธันวาคม 2550 แต่จากความเข้มงวดและกฏเกณฑ์ต่างๆ ทำให้ยังไม่มีการนำเสนอโครงการเพื่อขออนุมัติทดสอบแต่อย่างใด
นอกเหนือจากพันธุ์ และสภาพแวดล้อมที่เป็นปัจจัยกำกับการเจริญเติบโตและให้ผลผลิตของพืชแล้ว ปฏิสัมพันธ์ของพันธุกรรมกับสิ่งแวดล้อมมีอิทธิพลต่อการเพิ่มผลผลิตพืชเช่นกัน ดังนั้น เกษตรกรจึงควรเลือกใช้พันธุ์ให้เหมาะสมกับแต่ละสภาพพื้นที่ปลูก และมีการจัดการสภาพแวดล้อมให้เหมาะสม ได้แก่ การให้น้ำและปุ๋ยในช่วงเวลาที่พืชต้องการ ตัวอย่าง กรณีอ้อย การให้น้ำที่เหมาะสมเพิ่มผลผลิตต่อพื้นที่ได้มากกว่า 20 ตัน/ไร่ กรณีมันสำปะหลัง ถ้าขาดน้ำใน 6 เดือนแรก ผลผลิตแป้งและคุณภาพแป้งด้อยลง แต่ถ้ามีการให้น้ำอย่างสม่ำเสมอพร้อมการบำรุงดินจะมีผลผลิตเฉลี่ยมากกว่า 6 ตัน/ไร่ และกรณีปาล์มน้ำมัน หากได้รับน้ำไม่เพียงพอจะยับยั้งการสร้างและการเจริญของดอกและเซลล์สืบพันธุ์ รวมทั้งเกิดการหลุดร่วงของดอก ทำให้ผลผลิตปาล์มน้ำมันลดลง
|
|
 การจัดการศัตรูพืชเป็นอีกปัจจัยที่สำคัญ โดยเฉพาะโรคใบขาวในอ้อย ที่ได้ทำความเสียหายเป็นพื้นที่กว่าล้านไร่ สาเหตุหลักเป็นการแพร่ระบาดผ่านท่อนพันธุ์ การควบคุมโรค คือ การผลิตขยายท่อนพันธุ์ปลอดโรคด้วยการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ การพัฒนาเทคนิคการผลิตอ้อยปลอดโรคใบขาวจากการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อเจริญ และตรวจสอบการปนเปื้อนของโรคในต้นพันธุ์ด้วยเทคนิคทางชีววิทยาโมเลกุล ทั้งนี้ ยังจำเป็นต้องดำเนินการควบคู่กับการจัดการในแปลงผลิตเพื่อเฝ้าระวังแมลงพาหะ
อย่างไรก็ดี วิธีการควบคุมโรคใบขาวที่มีประสิทธิภาพที่ดีที่สุดคือ การใช้พันธุ์ต้านทานโรค แต่เนื่องจากยังไม่มีอ้อยสายพันธุ์ใดที่ต้านทานโรคใบขาวได้ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีพันธุวิศวกรรมเพื่อนำพันธุ์อ้อยที่ให้ผลผลิตสูงมาปรับปรุงเพิ่มคุณสมบัติความต้านทานต่อโรคใบขาว
ดังนั้น กลยุทธ์ระยะสั้น คือ การส่งเสริมใช้พันธุ์ดีที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อม กลยุทธ์ระยะกลาง-ยาว คือการใช้เทคโนโลยีจีโนม เทคโนโลยีโมเลกุลเครื่องหมาย และพันธุวิศวกรรม เพื่อปรับปรุงพันธุ์ให้ทนต่อศัตรูพืช พันธุ์ที่ใช้ปุ๋ยและน้ำอย่างมีประสิทธิภาพ และพันธุ์ที่ให้คุณสมบัติพิเศษ เช่น ความหวานสูง แป้งเม็ดเล็กเพื่อให้ย่อยสลายได้ง่าย มีสัดส่วนกรดไขมันที่เหมาะสม กลยุทธ์ดังกล่าวมีส่วนสำคัญในการเพิ่มผลผลิตต่อพื้นที่ ให้เป็นไปตามเป้าหมายของกระทรวงพลังงาน และความต้องการของอุตสาหกรรมในอนาคต
|
|
เอกสารอ้างอิง
CIAT. 2008. Networking and On-going Research and Development Activities (Online). Available URLhttps://www.ciat.cgiar.org/biotechnology/cbn/networking.htm
CSIRO. 2008. CSIRO Plant Industry 2008. Sugar Research for a Profitable Industry (Online) Available URLhttps://www.csiro.au/files/files/plak.pdf
Ihemere et al. 2006. Genetic modification of cassava for enhanced starch production(Online). Plant Biotechnology Journal
Volume 4 Issue 4, Pages 453 – 465. Available URLhttps://www3.interscience.wiley.com/journal/118585497/abstract
J. Craig Venter Institute. 2008. Plant Genomic(Online). Available URLhttps://www.jcvi.org/cms/research/groups/plant-genomics
Stephen A.Goff and John M.Salmeron.2005. Back to the future of cerals. Scinetific American. August 2004,p 26-3
The Global Cassava Partnership (GCP-21) (Online) Available URLhttps://www.danforthcenter.org/GCP21/
ประเสริฐ ฉัตรวิชริวงษ์.2551.รายงานผลการศึกษาความเป็นไปได้ในการใช้เทคโนโลยีเพื่อเพิ่มผลผลิตอ้อย. เสนอต่อ ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ.
มรกต ตันติเจริญ และคณะ. 2551. การศึกษาความเป็นไปได้ในการเพิ่มผลผลิตอ้อย มันสำปะหลัง และปาล์มน้ำมันเพื่อผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ : การใช้เทคโนโลยีและการเพิ่มพื้นที่เพาะปลูก. เสนอต่อ สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย
|
|