ความเครียดของพืช (plant stress)

อ.ดร.อินทิรา ขูดแก้ว

โครงการจัดตั้งภาควิชาพฤกษศาสตร์

คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน

           เมื่อกล่าวถึงความเครียด (stress) ไม่เพียงแต่มนุษย์หรือสัตว์ที่มีระบบประสาทและระบบต่อมไร้ท่อเท่านั้นที่สามารถเกิดสภาวะเครียดได้ แต่พืชซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตที่ไม่มีระบบดังกล่าวสามารถเกิดสภาวะเครียดได้เช่นกัน ความเครียดของพืช คืออะไร และเกิดขึ้นได้อย่างไร และพืชมีการตอบสนองอย่างไร

          ความเครียดในความหมายที่เกี่ยวข้องกับพืช เป็นสภาวะความเครียดที่เกิดจากปัจจัยภายนอก ได้แก่ สภาวะแวดล้อมที่ไม่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโต ส่งผลให้พืชมีการเจริญเติบโตที่ผิดปกติไปจากเดิม โดยสภาวะแวดล้อมนั้นประกอบด้วยสิ่งที่ไม่มีชีวิต (abiotic) เช่น น้ำ อุณหภูมิ และสิ่งที่มีชีวิต (biotic) เช่น แมลงศัตรูพืช โดยทุกปัจจัยที่ก่อให้เกิดความเครียดในพืช ท้ายที่สุดจะชักนำให้เกิดอนุมูลอิสระในพืชเกิดเป็น oxidative stress ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญประการหนึ่งที่ทำให้เซลล์พืชเสียหาย และตายในที่สุด (ภาพที่ 1)

                  พืชมีการแสดงออกเพื่อตอบสนองต่อสภาวะเครียดต่างๆ ได้หลายประการ เช่น เมื่อพืชเกิดความเครียดจากความเค็ม (salinity stress) จะแสดงอาการใบเหลือง เกิดการตายของแผ่นใบ ส่งผลให้การสังเคราะห์ด้วยแสงลดลง และทำให้การเติบโตลดลง โดยเมื่อรับความเค็มรุนแรงขึ้น จะมีการแสดงอาการผิดปกติมากขึ้น (ภาพที่ 2) หรือเมื่อพืชได้รับสภาวะเครียดจากการขาดน้ำ พืชตอบสนองโดยเกิดอาการใบเหี่ยว ซึ่งพืชสามารถกลับมาเจริญเติบโตได้ตามปกติได้ หากความเครียดนั้นหายไป โดยความเครียดที่ได้รับนั้นต้องไม่รุนแรง และได้รับในระยะเวลาอันสั้น แต่หากความเครียดที่ได้รับนั้นรุนแรง และระยะเวลายาวนาน พืชจะไม่สามารถกลับมาเจริญเติบโตได้ตามปกติ แม้ความเครียดนั้นจะหายไป เช่น เมื่อพืชขาดน้ำ 2 วัน มีอาการใบเหี่ยว หากได้รับน้ำในวันที่ 3 อาการเหี่ยวจะหายไป แต่หากพืชขาดน้ำ 1 สัปดาห์ แม้จะได้รับน้ำเพียงใด อาการเหี่ยวก็ไม่หายไป เป็นต้น

          โดยทั่วไปความเครียดส่งผลต่อการเจริญเติบโตของพืช โดยมีผลกระทบต่อสารชีวโมเลกุลต่างๆ ในพืช เช่น ส่งผลต่อโครงสร้างและสมบัติของเยื่อหุ้มเซลล์ ทำให้สูญเสียสมบัติความเป็นเยื่อเลือกผ่าน ส่งผลให้โปรตีนเสื่อมสภาพ สาย DNA เกิดการแตกหัก เป็นต้น ซึ่งส่งผลกระทบต่อกระบวนการแมแทบอลิซึมต่างๆ ภายในเซลล์ ทำให้การเจริญเติบโตลดลง หรือหยุดชะงักลง จนอาจทำให้พืชตายในที่สุด

          การตอบสนองของพืชภายใต้สภาวะเครียด สามารถจำแนกพืชออกเป็นสองกลุ่ม ได้แก่ กลุ่มพืชที่ไม่สามารถปรับตัวได้เมื่อได้รับความเครียด (susceptibility) ซึ่งจะตายในที่สุด และกลุ่มพืชที่มีการปรับตัวเมื่อได้รับความเครียด (adaptation) จะสามารถมีชีวิตรอดได้ การปรับตัวของพืชเพื่อการอยู่รอด (survival) เมื่อได้รับสภาวะเครียด สามารถแบ่งเป็น 2 รูปแบบหลัก คือ การหลบหนี (escape) และการต้านทาน (resistant) (ภาพที่ 3)

          1. การหลบหนี เป็นการปรับตัวของพืชเพื่อไม่ให้เจอกับสภาวะเครียด เนื่องจากพืชไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ การหลบหนีของพืชจึงเป็นการปรับตัวด้านวัฏจักรชีวิต (life cycle) ไม่ให้พบเจอกับสภาวะเครียด เช่น พืชที่มีถิ่นอาศัยในทะเลทรายที่มีอากาศร้อนและแห้งแล้ง จะหลบหนีจากสภาวะเหล่านี้โดยการพักตัวในรูปของเมล็ดใต้พื้นดิน เพื่อรอฤดูฝน ซึ่งเป็นระยะเวลาสั้นๆ ในทะเลทราย เมื่อเข้าสู่ฤดูฝน เมล็ดที่พักตัวของพืชได้รับน้ำแล้วเกิดกระบวนการงอก เจริญเติบโต ออกดอก ติดเมล็ด ภายในระยะเวลาของช่วงฤดูฝนนั้น ซึ่งพบว่าพืชในทะเลทรายบางชนิดมีวัฏจักรชีวิตตั้งแต่การงอกจนถึงสร้างเมล็ดใช้เวลาเพียงไม่กี่สัปดาห์ เมื่อฤดูฝนผ่านไป พืชจะพักตัวในรูปของเมล็ด เพื่อรอฤดูฝนในปีต่อไป พืชกลุ่มนี้จึงเป็นพืชที่มีขนาดเล็ก เช่น Claytonia sp. หรือพืชบางชนิดมีการพักตัวในรูปของลำต้นใต้ดินสะสมอาหาร (storage stem) ในฤดูแล้ง และสามารถเจริญเป็นต้นพืชได้ใหม่เมื่อได้รับน้ำ

            2. การต้านทาน เป็นการปรับตัวของพืชให้ทนต่อความเครียด โดยสภาวะเครียดนั้นยังคงอยู่ แบ่งเป็น 2 ชนิด ได้แก่ 1) การหลบหลีก (avoidance) เป็นการปรับตัวของพืชทางด้านสัณฐานวิทยา เพื่อป้องกันสภาวะเครียดให้มีผลกับพืชน้อยที่สุด อาทิ พืชที่อยู่ในสภาวะแห้งแล้ง ต้องมีการปรับตัวเพื่อลดการสูญเสียน้ำ เช่น การลดรูปใบไปเป็นหนามของกระบองเพชร การเก็บสะสมน้ำไว้ในใบหรือลำต้นของกลุ่มพืชอวบน้ำ (ภาพที่ 4) 2) การอดทน (tolerant) เป็นการปรับตัวของพืชทางด้านสรีรวิทยา เพื่อป้องกันสภาวะเครียดให้มีผลกับพืชน้อยที่สุด อาทิ พืชที่อยู่ในสภาวะแห้งแล้ง นอกจากมีการปรับตัวทางด้านสัณฐานวิทยาแล้ว ยังมีการปรับตัวทางด้านสรีรวิทยาเพื่อให้ดำรงชีวิตได้ดีขึ้น เช่น พืชในวงศ์ Crassulaceae ซึ่งเป็นพืชกลุ่มที่อยู่ในถิ่นที่อยู่อาศัยแห้งแล้ง มีการปรับเปลี่ยนกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นแบบวิถี CAM (crassulacean acid metabolism) คือมีการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศในตอนกลางคืน เนื่องจากปากใบเปิดตอนกลางคืนเพื่อลดการคายน้ำ และมาเก็บไว้ใน vacuole ในรูปของ malic acid ในตอนกลางวันซึ่งปากใบปิด malic acid จะปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่วัฏจักร Calvin เพื่อสร้างน้ำตาลต่อไป หรือในพืชหลายชนิดเมื่อได้รับความเครียด จะมีการสร้างสารต้านอนุมูลอิสระ (antioxidant) เช่น ascorbic acid, glutathione เพิ่มมากขึ้น เนื่องจากความเครียดจะมีการชักนำให้มีการสร้างอนุมูลอิสระเพิ่มมากขึ้นในพืช

                 พืชที่มีการปรับตัว เมื่อมีสภาวะเครียด จะทำให้สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ อย่างไรก็ตามยังมีพืชอีกหลายชนิดที่ไม่สามารถปรับตัวให้มีชีวิตอยู่รอดได้ เมื่อได้รับสภาวะเครียด เรียกพืชกลุ่มนี้ว่า susceptible plant เช่น ถั่วเหลืองไม่สามารถมีชีวิตอยู่ได้ในสภาวะน้ำท่วม

                   ปัจจุบันงานวิจัยต่างๆ ได้หันมาศึกษาสรีรวิทยาความเครียดในพืชอย่างแพร่หลาย เพื่อนำองค์ความรู้ที่ได้มาประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์ในด้านต่างๆ โดยเฉพาะในด้านการเกษตร ได้แก่ การปรับปรุงพันธุ์พืชให้ต้านทานต่อสิ่งแวดล้อมต่างๆ ที่ส่งผลให้เกิดความเครียดในพืช เช่น ทางภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทยประสบปัญหาดินเค็มเป็นพื้นที่กว้าง การปรับปรุงพันธุ์พืชให้สามารถเจริญเติบโตได้ในสภาวะดินเค็ม จะสามารถสร้างรายได้ให้เกษตรกร รวมถึงการใช้ที่ดินอย่างคุ้มค่า

เอกสารอ้างอิง

1. Hopkins, W. G. Introduction to Plant Physiology. Third edition. John Wiley & Sons, Inc. New York. 2004.

2. Taiz, L. and E. Zeiger. Plant Physiology. Fifth edition. Sinauer Associates, Inc., Publishers, Massachusetts. 2002.

3. Nilsen, E. T. and D. M. Orcutt. The Physiology of Plant under Stress: Abiotic factors. John Wiley & Sons, Inc., New York. 1996.

4. Orcutt, D. M. and E. T. Nilsen. The Physiology of Plant under Stress: Soil and Biotic factors. John Wiley & Sons, Inc., New York. 2000.

 83,583 total views,  17 views today