การปรับปรุงพันธุ์ไม้ป่า กับการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ

เมื่อได้สัมผัสลมหนาว หอมกลิ่นไอกรุ่นๆ แรงบันดาลใจที่จะเขียนงานให้เป็นวิชาการ ผสมผสานกับการอยากจะให้ผู้อ่านได้รู้จักตัวตนที่แท้จริง ได้เข้าถึงงานที่ผู้เขียนได้ทำได้ปฏิบัติมา ซึ่งค่อนข้างจะนานพอควร เนื้อหาในฉบับนี้จึงหนักไปที่เรื่องของการปรับปรุงพันธุ์ต้นไม้…หรือไม้ป่า นั่นเอง…

การปรับปรุงพันธุ์ไม้ป่า (Forest tree improvement) ส่วนใหญ่แล้วจะเป็นการปรับปรุงพันธุ์เพื่อเพิ่มผลผลิต และคุณภาพไม้จากธรรมชาติ โดยควบคุมการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม ร่วมกับการจัดการป่าไม้ หรือวนวัฒนวิธี การปรับปรุงพันธุ์ไม้ป่าจะประกอบด้วยกิจกรรมหลักๆ ดังนี้

การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ
  1. การคัดเลือก (Selection) คือ การคัดเลือกแม่ไม้หรือต้นไม้ที่มีลักษณะที่ต้องการตามวัตถุประสงค์ของการปรับปรุงพันธุ์
  2. การผสมพันธุ์ (Breeding) คือ การคัดพันธุ์แม่ไม้ หรือต้นไม้ที่คัดเลือกไว้ โดยมีการกำหนดรูปแบบของการผสมพันธุ์ให้สอดคล้องกับวัตถุประสงค์ของการปรับปรุงพันธุ์
  3. การทดสอบทางพันธุกรรม (Testing) คือ การทดสอบทางพันธุกรรมของแม่ไม้หรือต้นไม้ที่คัดเลือกไว้ เพื่อยืนยันลักษณะการถ่ายทอดทางพันธุกรรมจากรุ่นพ่อ-แม่ ไปสู่รุ่นลูกในการปรับปรุงพันธุ์

และเมื่อได้พันธุกรรมที่ต้องการแล้ว จำเป็นแล้วล่ะที่จะต้องขยายเพิ่มจำนวนให้มีเยอะๆ เพื่อจะได้มีเพียงพอที่จะนำไปปลูกสร้างสวนป่า หรือปลูกเพื่อกิจการอื่นๆ

การผสมพันธุ์แบบดั้งเดิม

การขยายพันธุ์ไม้ป่าพันธุ์ดี ส่วนใหญ่จะเน้นไปที่การขยายพันธุ์โดยอาศัยเพศ (เมล็ด) ส่วนการขยายพันธุ์โดยไม่อาศัยเพศ เช่น การปักชำ การตอนกิ่ง การติดตา ก็เป็นวิธีการที่สะดวก ไม่ต้องลงทุนมาก แต่ต้องใช้ระยะเวลานานพอสมควรที่จะได้กิ่งพันธุ์ หรือต้นกล้าจำนวนมาก นอกจากนี้ ยังมีการขยายพันธุ์ที่ไม่ได้อาศัยเพศอีกวิธีการหนึ่งที่มีประโยชน์อย่างมากในการปรับปรุงพันธุ์ นั่นก็คือ การขยายพันธุ์ด้วยการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ

ละอองเรณู

การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ (tissue culture) เป็นการนำชิ้นส่วนของพืช เช่น ยอด ลำต้น ใบ ราก ดอก ผล หรือส่วนต่างๆ มาเพาะเลี้ยงบนอาหารสังเคราะห์ในสภาพปลอดเชื้อ (aseptic condition) วิธีการนี้จะช่วยแก้ปัญหาจำนวนกิ่งพันธุ์ที่ไม่เพียงพอ และกิ่งพันธุ์ที่ได้นี้จะมีลักษณะเหมือนเดิมทุกประการ หรือที่เรียกว่า clone

การแยกโปรโตพลาต์

เนื่องจากเป็นการขยายพันธุ์ที่ไม่เกี่ยวข้องกับเซลล์สืบพันธุ์ จึงมีข้อได้เปรียบมากกว่าการผลิตกล้าด้วยเมล็ด คือ มีศักยภาพในการนำลักษณะทางพันธุกรรมมาใช้ได้อย่างสูงสุด และมีศักยภาพในการผลิตกล้าที่มีความสม่ำเสมอ (uniformity)

ขั้นตอนการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ มีดังนี้

การนับจำนวนเซลล์
  1. การเตรียมอาหารเป็นการนำธาตุอาหารที่พืชต้องการใช้ในการเจริญเติบโต มาผสมกับวุ้น วิตามิน น้ำตาล และสารควบคุมการเจริญเติบโต หรือฮอร์โมนพืช แล้วนำไปทำให้ปลอดเชื้อด้วยหม้อนึ่งความดันไอน้ำ (Autoclave) ที่อุณหภูมิ 121 องศาเซลเซียส ความดัน 15 ปอนด์ ต่อตารางนิ้ว เป็นเวลา 15-20 นาที จากนั้นจึงนำไปเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชต่อไป
  2. การฟอกฆ่าเชื้อชิ้นส่วนเนื้อเยื่อเป็นวิธีการทำให้ชิ้นส่วนของพืชที่นำมาเลี้ยงในอาหารเลี้ยงปราศจากเชื้อจุลินทรีย์ต่างๆ ทำโดยใช้สารเคมี เช่น ไฮเตอร์ แอลกอฮอล์ หรืออื่นๆ
  3. การย้ายเนื้อเยื่อ (sub culture) เป็นการนำเอาชิ้นส่วนของพืชที่ฟอกฆ่าเชื้อ หรือการตัดชิ้นส่วนให้เป็นท่อนเล็กๆ แล้วเลี้ยงบนอาหารปลอดเชื้อ โดยใช้เครื่องมือและอุปกรณ์ที่ปลอดเชื้อ ได้แก่ ตู้ย้ายเนื้อเยื่อ (Larminar flow)
  4. การเลี้ยงเนื้อเยื่อ (culture) เป็นการนำเนื้อเยื่อไปเลี้ยงไว้บนชั้นที่มีแสงไฟเลียนแบบธรรมชาติ คือมีความเข้มแสงประมาณ 3,000 ลักซ์ ระยะเวลา 8-10 ชั่วโมง และอุณหภูมิในห้องเลี้ยงประมาณ 25 องศาเซลเซียส ซึ่งสภาพนี้พืชจะเจริญเติบโตได้ดีที่สุด
  5. การย้ายเนื้อเยื่อออกจากขวดหลังจากแยกต้นอ่อนออกจากกันแล้ว จึงนำไปเลี้ยงบนอาหารเลี้ยงใหม่ จนต้นอ่อนแข็งแรงดี มีรากที่สมบูรณ์ จากนั้นจึงค่อยนำต้นอ่อนออกปลูกเลี้ยงในสภาพธรรมชาติต่อไป ซึ่งในขั้นตอนนี้สำคัญที่สุดเพราะจะต้องให้แสง ความชื้น และอุณหภูมิที่เหมาะสมแก่พืช ให้พืชปรับสภาพ หรือปรับตัวให้ได้ก่อนจึงนำออกปลูกในแปลงเลี้ยง หรือโรงเรือน

อย่างไรก็ตาม ยังมีอีกหลายๆ วิธีการที่ใช้การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อเป็นส่วนหนึ่งในขั้นตอนการปรับปรุงพันธุ์ ไม่ว่าจะเป็นการใช้รังสี การถ่ายยีนที่ต้องการ เช่น ต้านทานโรค ต้านทานแมลง ทนแล้ง หรือทนเค็ม เป็นต้น ทั้งนี้ก็เพื่อได้ให้ต้นมีลักษณะตามที่ต้องการ

โปรโตพลาสต์ลูกผสม

การปรับปรุงพันธุ์ลูกผสมของพืชเศรษฐกิจหลายชนิด เช่น ข้าวโพด นิยมใช้พืชพันธุ์แท้ ตั้งแต่ 2 สายพันธุ์ขึ้นไป มาผสมกัน จากนั้นก็ปลูกพืชลูกผสมเพื่อให้ผสมตัวเองแล้วเก็บเมล็ด แล้วปลูกให้ผสมตัวเองซ้ำอีกหลายชั่วอายุ ซึ่งจะใช้เวลานานชั่ว แต่ถ้าเอาวิธีการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อโดยเอาเซลล์สืบพันธุ์มาเลี้ยง จะทำให้ได้เมล็ดพันธุ์ หรือต้นพันธุ์เร็วขึ้น ดังนั้น จึงนับว่าการเพาะเลี้ยงอับเรณู เซลล์สปอร์ หรือเซลล์ไข่ มีความสำคัญในการสร้างสายพันธุ์แท้

การเพาะเลี้ยงอับเรณู (anther culture) เป็นการเลี้ยงเซลล์ที่มีโครโมโซมชุดเดียวของเซลล์สืบพันธุ์ เช่น อับเรณู มาเลี้ยงในสภาพปลอดเชื้อให้เจริญเป็นต้นในสภาพปลอดเชื้อ แต่ต้นพืชที่ได้จะมีโครโมโซมครึ่งหนึ่งของปกติ (haploid plant) จะต้องนำมาสร้าง สายพันธุ์แท้ โดยใช้สารโคลชิซีน (colchicine) เพิ่มจำนวนชุดโครโมโซมเพื่อให้ได้พืชพันธุ์แท้ที่มีโครโมโซมเพิ่มขึ้นอีกเท่าตัวก่อน วิธีนี้จะช่วยย่นระยะเวลาให้สั้นลง แถมยังช่วยประหยัดต้นทุน และแรงงานได้มาก

การทำงานสภาพปลอดเชื้อ

การปรับปรุงพันธุ์พืชบางชนิดอาจทำโดยการผสมข้ามชนิดพืช แต่หลังการผสมหากไม่ติดเมล็ด หรือมีเมล็ดลีบ เราก็จำเป็นต้องช่วยชีวิตเอ็มบริโอให้โตเป็นต้นให้ได้ หรือที่เรียกว่า การกู้คัพภะ (embryo rescue)

การกู้คัพภะ (embryo rescue) คือ การนำเอ็มบริโอจากเมล็ดอ่อนที่ได้หลังจากการผสมเกสรมาเลี้ยงด้วยอาหารสังเคราะห์ในสภาพปลอดเชื้อ สาเหตุที่เอ็มบริโอไม่พัฒนา หรือโตต่อไปไม่ได้ สาเหตุเป็นเพราะความแตกต่างของสายพันธุ์ และชนิดพืชนั่นเอง

นอกจากวิธีการผสมพันธุ์ด้วยมือ (conventional breeding) แล้ว ยังมีการผสมพันธุ์ระดับเซลล์ ที่เรียกว่า เซลล์ฟิวชั่น (cell fusion) หรือโปรโตพลาสต์ฟิวชั่น (protoplast fusion) อีกด้วย

การสร้างลูกผสม ด้วยวิธีการรวมโปรโตพลาสต์
โปรโตพลาสต์ (protoplast) คือ เซลล์ที่ผ่านการย่อยเอาผนังเซลล์ออก เหลือเพียงเยื่อหุ้มเซลล์ เมื่อนำมารวมกันโดยใช้สารเคมี หรือกระแสไฟฟ้า จะสามารถเหนี่ยวนำให้มีการรวมกันเป็นโปรโตพลาสต์ลูกผสมได้ เมื่อนำโปรโตพลาสต์ลูกผสมไปเพาะเลี้ยงในอาหารที่เหมาะสม ก็สามารถชักนำเป็นพืชลูกผสมต้นใหม่ได้โดยไม่ต้องผ่านการผสมเกสร

หากจะให้เขียนเรื่องการปรับปรุงพันธุ์ก็สามารถเขียนได้มากเป็นสิบๆ หน้านะ หรืออาจได้มากเป็นเล่มหนาๆ แต่มันจะทำให้ผู้อ่านเบื่อหน่ายไปเสียก่อน พานจะเลิกติดตาม…คอลัมน์ ป่าเดียวกัน…ไปเสียก่อน

…..

เอกสารอ้างอิง

รังสฤษดิ์ กาวีต๊ะ. 2545. การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืช : หลักการและเทคนิค. พิมพ์ครั้งที่ 3. สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, กรุงเทพฯ. 219 น.

สมเกียรติ กลั่นกลิ่น ชูจิตร อนันตโชค ทรรศนีย์ พัฒนเสรี มโนชญ์ มาตรพลากร สมบูรณ์ บุญยืน คงศักดิ์ มีแก้ว พรเทพ เหมือนพงษ์. 2552. เทพทาโร (Cinnamomum porrectum (Roxb.) Kosterm.) แผนงานวิจัยและพัฒนาไม้หอมเพื่อเศรษฐกิจ สำนักวิจัยและพัฒนาการป่าไม้, กรมป่าไม้. 31 น.

บทความก่อนหน้านี้สารคดีเสียงจากแผ่นดิน#6 – EP.7 ตอน : ชุมชนตำบลหนองสาหร่าย น้อมนำเศรษฐกิจพอเพียง ช่วยชาวบ้านหลุดพ้นหนี้สิน
บทความถัดไปการขยายพันธุ์ “มะเดื่อฝรั่ง” (FIGS) แบบต่างๆ