คาดว่าหลายคนคงอาจเคยได้ยินเรื่องการเลี้ยงสัตว์เพื่อให้ผลผลิตที่ดี เช่น การเปิดเพลงให้แม่ไก่ฟัง หรือ เลี้ยงวัวด้วยเบียร์ กันมาบ้าง นอกจากการเพิ่มผลผลิตในมีปริมาณและคุณภาพที่ดีในสัตว์แล้ว ในพืชเองก็สามารถทำได้เช่นกัน แถมยังทำได้มากกว่าการรดน้ำ พรวนดิน ใส่ปุ๋ย หรือแกล้งต้นพืช อย่างที่เราเคยรู้ ๆ กันด้วย
ด้วยจำนวนประชากรโลกที่เพิ่มขึ้นทุกขณะ ทำให้การเพิ่มผลผลิตบรรเทาปัญหาความอดอยากเป็นสิ่งที่นักวิจัยด้านการเกษตรให้ความสำคัญมาโดยตลอด และไม่นานมานี้เองที่มีงานวิจัยน่าสนใจใหม่เกี่ยวกับการวงจรชีวิตและความเครียดของพืชที่ส่งผลต่อการเพิ่มผลผลิตในอนาคตได้
นาฬิกาพืช อาวุธเพื่อความอยู่รอด
งานวิจัยแรก คืองานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร PNAS ไปเมื่อวันที่ 6 กุมภาพันธ์ที่ผ่านมา ดร.ไมค์ เฮย์ดอน หัวหน้านักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเมลเบิร์น ออสเตรเลีย คือผู้นำในการวิจัยนั้น เขาชี้ว่า นาฬิกาชีวิตของพืช คือกุญแจสำคัญในการเพิ่มผลผลิต โดยมี ‘ซูเปอร์ออกไซด์ (superoxide)’ ซึ่งเป็นสัญญาณภายในของพืช ที่ทำงานในช่วงหัวค่ำหรือหลังดวงอาทิตย์ตก ทำหน้าที่ปรับกระบวนการเผาผลาญของพืช ประหยัดการเผาผลาญพลังงานลง
“การกำหนดเวลาของวัฏจักรการเผาผลาญในแต่ละวันให้ถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญมาก หากปรับเปลี่ยนผิดไปเพียงนิดก็จะเป็นอันตรายต่อการเติบโตและการอยู่รอดได้ เนื่องจากพืชไม่ได้นอนหลับเหมือนมนุษย์หรือสัตว์ในยามค่ำคืน และไม่สามารถเดินไปหาอาหารเหมือนกับที่มนุษย์เดินไปตู้เย็นในตอนกลางคืนได้ ดังนั้น พวกมันจึงต้องคาดคะเนความยาวของช่วงเวลากลางคืน เพื่อให้มีพลังงานเพียงพอที่จะอยู่รอดได้จนกว่าจะถึงเวลาที่ดวงอาทิตย์ขึ้น” ดร. เฮย์ดอนกล่าว
พฤติกรรมของพืชนี้จึงเสมือน ‘การตั้งนาฬิกาปลุก’ ดร. เฮย์ดอนและทีมงานพบว่า การสะสมของน้ำตาลที่เกิดจากการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นต่างกันไปในแต่ละช่วงเวลา ในตอนเช้าพืชจะได้รับข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับปริมาณน้ำตาลที่สร้างขึ้นและจะส่งสัญญาณไปยังสิ่งที่เรียกว่า ‘นาฬิกาหมุนเวียน (Circadian clock)’ เพื่อปรับอัตราการการเผาผลาญ
“ตอนนี้เราพบว่าสัญญาณแจ้งเตือนการเผาผลาญที่แตกต่างกัน หรือซูเปอร์ออกไซด์ จะทำหน้าที่ในตอนค่ำและเปลี่ยนการทำงานของยีนนาฬิกาวงจรในตอนเย็น นอกจากนี้ เรายังพบว่าสัญญาณนี้มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืชด้วย มันน่าจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับการทำงานของระบบเผาผลาญของพืชในยามที่ไร้แสงจากดวงอาทิตยืได้ด้วย” ดร. เฮย์ดอนอธิบาย
เฮย์ดอนเชื่อว่าความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับวิธีการทำงานของกระบวนการนี้จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของการเพาะปลูกพืชในพื้นที่ที่ไม่อำนวยต่อการเจริญเติบโตให้ดีขึ้น อาทิ การปลูกในฤดูที่ต่างกันสภาวะอากาศที่แตกต่าง หรือในสภาพแวดล้อมเทียม และในสวนแนวตั้ง
“ขณะที่เราพยายามผลิตอาหารให้มากขึ้น เพื่อรองรับความต้องการของประชากรที่เพิ่มขึ้นทั่วโลกในยามที่ต้องเผชิญกับปัญหาสภาพอากาศเปลี่ยนแปลง เราอาจจำเป็นต้องปลูกพืชในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน” เฮย์ดอนกล่าว
“การทำความเข้าใจว่าพืชปรับจังหวะการเผาผลาญให้เหมาะสมได้อย่างไร อาจเป็นประโยชน์ช่วยให้เราสามารถปรับแต่งนาฬิกาหมุนเวียนของพวกมันให้เข้ากับสภาวะเหล่านี้ ซึ่งจะนำไปสู่เพิ่มผลผลิตในอนาคตในที่สุด”
(อ่านต่อหน้า 2 คลิกด้านล่างเลย)
ความเครียด สาเหตุพืชไม่โต
นอกจากนาฬิกาชีวิตแล้ว ยังมีอีกหนึ่งงานวิจัยที่ศึกษาอีกปัจจัยหนึ่งที่จะส่งผลต่อการผลิตของพืชนั่นคือความเครียด
ที่น่าทึ่งคืองานวิจัยชิ้นนี้ ก็ตีพิมพ์ในช่วงเวลาไล่เลี่ยกัน แต่คราวนี้เป็นผลงานของ คณะนักวิจัยชาวอิสราเอลจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งอิสราเอล (Technion) โดยงานวิจัยนี้ไม่เพียงแต่ศึกษาหาข้อมูลใหม่เท่านั้น แต่ยังเป็นการพัฒนาเทคโนโลยีด้วย พวกเขาได้พัฒนาปัญญาประดิษฐ์ (AI) ที่สามารถตรวจสอบและทำนายความเครียดจากความร้อนและการขาดน้ำในพืชผลได้โดยอัตโนมัติ
Credit : mdpi.com
การตรวจจับความเครียดนี้สำคัญอย่างไร นักวิจัยได้ให้คำอธิบายว่า “การตรวจจับความเครียดจากการขาดน้ำช่วยให้เราสามารถรักษาพืชไว้ได้ทันเวลา ทั้งยังช่วยระบุโรคและทำนายปริมาณผลผลิตทั้งหมดด้วย ซึ่งข้อมูลเหล่านี้ล้วนสำคัญอย่างยิ่งสำหรับบรรดาผู้เพาะปลูกทั้งหลาย”
เทคโนโลยีที่ว่าคือ การใช้เทคนิคการเรียนรู้เชิงลึก (Deep Learning) ภาพถ่ายสี และการถ่ายภาพความร้อน ช่วยให้ นักวิจัยสามารถทำนายความเครียดและพัฒนาการส่วนใบของพืชได้ โดยเมื่อนำความแม่นยำของการทำนายที่ได้จากเทคโนโลยีดังกล่าวไปทดสอบกับหน่อกล้วย ก็พบว่ามีความแม่นยำสูงถึงกว่าร้อยละ 90 เลยทีเดียว
Credit : 500foods.com
เทคโนโลยีใหม่นี้ยังเอื้อต่อการนับใบและการแยกองค์ประกอบของใบ (Segmentation) ช่วยลดความยุ่งยากในการรวบรวมข้อมูลจากป้ายที่ติดไว้กับพืชพันธุ์ต่าง ๆ ในไร่สวนและเรือนกระจก
นอกจากนี้ เทคนิคการเรียนรู้เชิงลึก ยังทำให้คณะนักวิจัยยังได้ผลลัพธ์ในการตรวจจับต้นอะราบิดอฟซิส (Arabidopsis) และใบยาสูบ ที่ไม่เคยมีเทคโนโลยีไหนทำได้มาก่อนด้วย
ทั้งนี้ เพื่อพัฒนาระบบปัญญาประดิษฐ์ คณะนักวิจัยจึงพัฒนาฐานข้อมูลขนาดใหญ่ที่ใส่ภาพใบไม้เทียมต่าง ๆ เข้าไป แล้วนำเทคโนโลยีดังกล่าวไปทดสอบกับอะโวคาโด แตงกวา และข้าวโพดด้วย
เป็นที่น่าคิดว่า หากเกษตรกรในอนาคตนำเทคนิดเหล่านี้มาใช้ควบคู่กัน ไม่แน่ว่าเราอาจจะมีค่าครองชีพที่ต่ำลงยิ่งกว่าเดิม หรือมีผลผลิตทางเลือกหลากหลายให้บริโภคไม่อั้นก็ได้นะ
อ้างอิง
พิสูจน์อักษร : สุชยา เกษจำรัส