สารเคลือบป้องกันพืชแบบพ่น นวัตกรรมใหม่เสริมเกราะความมั่นคงทางอาหารโลก

ท่ามกลางสถานการณ์วิกฤตอาหารที่ทวีความรุนแรง องค์การสหประชาชาติระบุว่า ปัจจุบันโลกกำลังเผชิญภาวะขาดแคลนอาหารในอย่างน้อย 68 ประเทศ และมีประชากรกว่า 318 ล้านคน ที่ตกอยู่ในภาวะอดอยากอย่างรุนแรง ปัญหาดังกล่าวไม่ได้เกิดจากความยากจนหรือความขัดแย้งเพียงอย่างเดียว แต่ยังเชื่อมโยงกับ โรคพืช ภัยแล้ง และความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศ ที่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อผลผลิตทางการเกษตร

นักวิจัยในสหรัฐอเมริกากำลังพัฒนาเครื่องมือใหม่ที่อาจกลายเป็นความหวังสำคัญในการรับมือกับวิกฤตอาหารระดับโลก โดยนักวิทยาศาสตร์จาก วิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์จาคอบส์ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก (Jacobs School of Engineering, University of California San Diego) ได้คิดค้น สารเคลือบป้องกันพืชแบบพ่น ซึ่งทำหน้าที่เสมือน “เกราะป้องกัน” ช่วยให้พืชสามารถต้านทานเชื้อแบคทีเรียอันตราย และเพิ่มความอยู่รอดในสภาวะแห้งแล้งได้

โรคพืชภัยเงียบที่บ่อนทำลายความมั่นคงอาหารโลก

เช่นเดียวกับมนุษย์ พืชก็เผชิญกับโรคที่เกิดจากแบคทีเรียจำนวนมาก แม้แบคทีเรียบางชนิดจะมีประโยชน์ต่อระบบนิเวศและการเจริญเติบโตของพืช แต่สำหรับพืชผลทางการเกษตร แบคทีเรียก่อโรคถือเป็นภัยคุกคามโดยตรงต่อแหล่งอาหารของมนุษยชาติ โรคพืชที่เกิดจากแบคทีเรียที่สร้างความเสียหายอย่างมาก ได้แก่

1. โรคจุดด่าง ซึ่งสามารถอยู่รอดในฤดูหนาวและโจมตีพืชอย่างมะเขือเทศ

2. โรคแผลเน่า ที่ทำลายไม้ผล เช่น แอปเปิลและพีช

3. โรคใบไหม้ ที่ส่งผลให้พืชเศรษฐกิจจำนวนมาก เช่น แตงโม แตงกวา ฟักทอง พริก มะเขือเทศ มะเขือยาว และถั่ว เกิดอาการเน่าเสีย

สถานการณ์ยิ่งเลวร้ายลงเมื่อ การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ทำให้แบคทีเรียเหล่านี้สามารถแพร่กระจายเข้าสู่พื้นที่ที่เคยมีอุณหภูมิต่ำและไม่เอื้อต่อการระบาดมาก่อน ส่งผลให้ความเสี่ยงต่อการสูญเสียผลผลิตเพิ่มสูงขึ้นในหลายภูมิภาคของโลก

กลไกการทำงานของ “เกราะป้องกันแบบพ่น”

ทีมนักวิจัยจาก ภาควิชาวิศวกรรมเคมีและนาโนเทคโนโลยีตระกูลไอโซ (Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and Nano Engineering) และ ศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมวัสดุ (Materials Research Science and Engineering Center: MRSEC) มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก ได้ร่วมกันพัฒนา พอลิเมอร์สังเคราะห์ที่มีหมู่เคมีประจุบวก โดยปรับกระบวนการสังเคราะห์ให้สามารถทำงานในน้ำได้

ผลลัพธ์ คือ พอลิเมอร์ชนิดหนึ่งที่ยอมให้ก๊าซผ่านได้ เรียกว่า โพลีนอร์บอร์นีน (Polynorbornene) ซึ่งไม่เป็นอันตรายต่อพืช แต่สามารถทำให้เยื่อหุ้มเซลล์ของแบคทีเรียก่อโรคหลายชนิดอ่อนแอลง และลดความสามารถในการทำลายพืช

ลูอิส ปาโลมิโน (Lewis Palomino) ผู้ร่วมเขียนคนแรกของงานวิจัยและนักศึกษาปริญญาเอกด้านวิศวกรรมเคมีและนาโนเทคโนโลยี อธิบายว่า

“โดยทั่วไปแล้ว พอลิเมอร์มักถูกสังเคราะห์โดยใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ซึ่งเป็นพิษต่อพืช แต่สิ่งที่เราทำแตกต่างออกไปคือ การสร้างพอลิเมอร์ในสภาวะบัฟเฟอร์ในน้ำ ทำให้สามารถพัฒนาเป็นสเปรย์ที่เข้ากันได้กับพืช เราสามารถละลายพอลิเมอร์ในความเข้มข้นที่เหมาะสมในน้ำและฉีดพ่นได้ทันที”

พ่นเพียงบางส่วน แต่ปกป้องได้ทั้งต้น

หนึ่งในผลการทดลองที่สร้างความประหลาดใจให้กับนักวิจัยคือ ไม่จำเป็นต้องฉีดพ่นพอลิเมอร์ให้ทั่วทั้งต้นหรือทั้งใบ ก็สามารถสร้างการป้องกันได้ เปรียบเสมือนการสวมถุงมือเกราะที่ช่วยลดความจำเป็นในการใส่เสื้อเกราะทั้งชุด

แพทริค ออปเดนสไตเนน (Patrick Opendenstienen) ผู้เขียนหลักของงานวิจัย ระบุว่า

“เราสามารถพ่นแค่ส่วนเล็กๆ ของใบ และนั่นก็เพียงพอที่จะสร้างภูมิคุ้มกันต่อแบคทีเรียให้กับทั้งต้น นี่เป็นผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมมาก”

นักวิจัยตั้งสมมติฐานว่า การฉีดพ่นพอลิเมอร์อาจกระตุ้น การตอบสนองต่อความเครียดของพืช ทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยและชั่วคราวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในใบ ซึ่งไม่เป็นอันตราย แต่มีบทบาทในการกระตุ้นกลไกป้องกันอื่นๆ ของพืชในระดับชีวเคมี

เพิ่มความทนทานต่อภัยแล้ง ความหวังใหม่ของเกษตรกรรม

นอกจากการต้านทานแบคทีเรียแล้ว ผลการทดลองยังชี้ให้เห็นว่า พอลิเมอร์แบบพ่นนี้ช่วยเพิ่ม ความทนทานต่อความแห้งแล้ง อย่างมีนัยสำคัญ เมื่อเปรียบเทียบพืชที่ไม่ได้รับการรักษากับพืชที่ได้รับการฉีดพ่น หลังจากอดน้ำเป็นเวลา 4 วัน พืชที่ไม่ได้รับการเคลือบมีอาการเหี่ยวเฉาอย่างชัดเจน ขณะที่พืชที่ได้รับการรักษายังคงแข็งแรง

นักวิจัยเชื่อว่า พอลิเมอร์ดังกล่าวอาจช่วยลดการสูญเสียน้ำจากใบ เสมือนเป็น “ชุดกันหนาวสำหรับพืช” พร้อมทั้งช่วยปรับปรุงการตอบสนองต่อความเครียดในระดับโมเลกุล ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในยุคที่ภัยแล้งเกิดถี่และรุนแรงขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

ก้าวต่อไปสู่การใช้งานจริงในภาคสนาม

ในขั้นต่อไป แพทริค ออปเดนสไตเนน (Patrick Opendenstienen) และคณะนักวิจัยเตรียมพัฒนาพอลิเมอร์ให้มี ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ มากขึ้น พร้อมทั้งศึกษาความเป็นพิษที่อาจเกิดขึ้นในระยะยาว เพื่อให้มั่นใจว่าสามารถนำไปใช้ในภาคสนามได้อย่างปลอดภัย

“ความหวังของเรา คือ การนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้จริงเพื่อประโยชน์ของภาคการเกษตร” เขากล่าว “และนี่เป็นเพียงก้าวแรกเท่านั้น ยังมีศักยภาพอีกมากในการพัฒนาวิธีปกป้องพืช”