คลื่นความร้อนคุกคามผลผลิตบาร์เลย์ แต่มีวิธีแก้ไข

อุณหภูมิโลกที่สูงขึ้นส่งผลกระทบอย่างมากต่อปริมาณและคุณภาพของพืชผล และบาร์เลย์ก็ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้เช่นกัน พืชธัญพืชชนิดนี้ ซึ่งสำคัญต่อการเลี้ยงสัตว์และการผลิตเบียร์ พบว่าการเจริญเติบโตถูกรบกวนโดยความร้อนที่รุนแรง คลื่นความร้อนทำให้เยื่อหุ้มเซลล์เสียหาย โปรตีนถูกทำลาย และเพิ่มการผลิตสปีชีส์ออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาได้ ซึ่งเป็นอันตรายต่อเซลล์ การรบกวนเหล่านี้ขัดขวางกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงและการสืบพันธุ์ของพืช ทำให้ผลผลิตลดลงอย่างมาก

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ มีการศึกษากลไกทางสรีรวิทยาและโมเลกุล ตามแนวทางสรีรวิทยา การปรับเวลาหวังเมล็ดพืชให้เหมาะสมช่วยให้บาร์เลย์หลีกเลี่ยงช่วงเวลาที่มีความร้อนรุนแรงระหว่างระยะสำคัญ เช่น ช่วงออกดอกและเติมเมล็ด การให้น้ำที่เหมาะสมและการจัดการปุ๋ยอย่างเคร่งครัดยังช่วยให้พืชทนทานมากขึ้นโดยรักษาระดับน้ำและสารอาหารให้เพียงพอ การปลูกเชื้อราและแบคทีเรียที่เป็นประโยชน์ยังเสริมความทนทานของบาร์เลย์โดยกระตุ้นการเจริญเติบโตและปรับปรุงระบบป้องกันจากความเครียด

จุลินทรีย์ เช่น สายพันธุ์บางชนิดของแบคทีเรีย Bacillus ผลิตฮอร์โมนพืชและตรึงไนโตรเจน ซึ่งช่วยให้ดูดซึมสารอาหารได้ดีขึ้น พวกมันยังช่วยลดสปีชีส์ออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาได้ ซึ่งเป็นสาเหตุของความไม่สมดุลของไอออนในพืชที่ประสบกับความเครียดจากความร้อน

ในด้านโมเลกุล มีความก้าวหน้าอย่างมีนัยสำคัญ ยีนที่ต้านทานความร้อน ซึ่งพบในพืชต้นแบบอย่าง Arabidopsis ได้ถูกนำเข้าสู่บาร์เลย์ ตัวอย่างเช่น ยีน HvGST4 ที่มาจากบาร์เลย์ป่า ได้ถูกแสดงออกมากขึ้นใน Arabidopsis ทำให้มันทนทานไม่เพียงแต่ความร้อน แต่ยังรวมถึงความแห้ง ความเค็ม และความเย็น ยีนนี้กระตุ้นการผลิตกลูตาไธโอน ซึ่งเป็นสารต้านอนุมูลอิสระตามธรรมชาติที่ปกป้องเซลล์ ยีนอีกตัวหนึ่ง คือ TaHsfA6b ที่มาจากข้าวสาลี ได้ถูกผสมเข้ากับบาร์เลย์โดยการแก้ไขพันธุกรรม ทำให้บาร์เลย์สามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นได้โดยไม่เสียคุณสมบัติปกติ

นักวิจัยยังค้นพบบริเวณพันธุกรรมที่เรียกว่า QTL ซึ่งเกี่ยวข้องกับความทนทานต่อความร้อน บริเวณเหล่านี้สามแห่งถูกเชื่อมโยงกับความต้านทานต่อความเครียดจากความร้อนในบาร์เลย์ 120 สายพันธุ์ ขณะที่อีกสิบแห่งมีอิทธิพลต่อทั้งความต้านทานและคุณภาพของเมล็ด ความค้นพบเหล่านี้ช่วยให้สามารถคัดเลือกสายพันธุ์ที่แข็งแรงมากขึ้นโดยใช้เทคนิคการคัดเลือกโดยยีน ซึ่งวิเคราะห์ดีเอ็นเอเพื่อทำนายประสิทธิภาพของพืช

การแก้ไขพันธุกรรมด้วย CRISPR ซึ่งเป็นวิธีการปรับแต่งดีเอ็นเออย่างแม่นยำ ยังเปิดโอกาสที่น่าสนใจ อนุญาตให้เป้าหมายไปยังยีนเฉพาะเจาะจงเพื่อปรับปรุงความต้านทานของบาร์เลย์โดยไม่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ที่ไม่พึงประสงค์ สายพันธุ์ที่ถูกปรับแต่งแล้วจะผลิตโปรตีนช็อกจากความร้อนมากขึ้น ซึ่งปกป้องเซลล์ในสภาวะเครียด

สุดท้าย เทคนิคการเกษตร เช่น priming ความร้อน ซึ่งเป็นการสัมผัสต้นกล้ากับความร้อนปานกลางเป็นระยะสั้น ๆ ช่วยเตรียมบาร์เลย์ให้ทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นในภายหลัง เทคนิคนี้กระตุ้นกลไกการป้องกัน เช่น การผลิตเอนไซม์ต้านอนุมูลอิสระและโปรตีนป้องกัน ซึ่งลดความเสียหายของเซลล์

ความก้าวหน้าเหล่านี้ รวมกับการจัดการพืชผลอย่างเหมาะสม อาจช่วยรักษาหรือปรับปรุงผลผลิตบาร์เลย์ได้แม้จะมีภาวะโลกร้อน การสูญเสียปัจจุบัน ซึ่งอาจสูงถึง 50% ในบางพื้นที่เมื่อเกิดคลื่นความร้อน อาจลดลงได้ ทำให้มีอุปทานที่มั่นคงสำหรับอุตสาหกรรมที่พึ่งพาบาร์เลย์

คลื่นความร้อนคุกคามผลผลิตบาร์เลย์ แต่มีวิธีแก้ไข

อุณหภูมิโลกที่สูงขึ้นส่งผลกระทบอย่างมากต่อปริมาณและคุณภาพของพืชผล และบาร์เลย์ก็ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้เช่นกัน พืชธัญพืชชนิดนี้ ซึ่งสำคัญต่อการเลี้ยงสัตว์และการผลิตเบียร์ พบว่าการเจริญเติบโตถูกรบกวนโดยความร้อนที่รุนแรง คลื่นความร้อนทำให้เยื่อหุ้มเซลล์เสียหาย โปรตีนถูกทำลาย และเพิ่มการผลิตสปีชีส์ออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาได้ ซึ่งเป็นอันตรายต่อเซลล์ การรบกวนเหล่านี้ขัดขวางกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงและการสืบพันธุ์ของพืช ทำให้ผลผลิตลดลงอย่างมาก

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ มีการศึกษากลไกทางสรีรวิทยาและโมเลกุล ตามแนวทางสรีรวิทยา การปรับเวลาหวังเมล็ดพืชให้เหมาะสมช่วยให้บาร์เลย์หลีกเลี่ยงช่วงเวลาที่มีความร้อนรุนแรงระหว่างระยะสำคัญ เช่น ช่วงออกดอกและเติมเมล็ด การให้น้ำที่เหมาะสมและการจัดการปุ๋ยอย่างเคร่งครัดยังช่วยให้พืชทนทานมากขึ้นโดยรักษาระดับน้ำและสารอาหารให้เพียงพอ การปลูกเชื้อราและแบคทีเรียที่เป็นประโยชน์ยังเสริมความทนทานของบาร์เลย์โดยกระตุ้นการเจริญเติบโตและปรับปรุงระบบป้องกันจากความเครียด

จุลินทรีย์ เช่น สายพันธุ์บางชนิดของแบคทีเรีย Bacillus ผลิตฮอร์โมนพืชและตรึงไนโตรเจน ซึ่งช่วยให้ดูดซึมสารอาหารได้ดีขึ้น พวกมันยังช่วยลดสปีชีส์ออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาได้ ซึ่งเป็นสาเหตุของความไม่สมดุลของไอออนในพืชที่ประสบกับความเครียดจากความร้อน

ในด้านโมเลกุล มีความก้าวหน้าอย่างมีนัยสำคัญ ยีนที่ต้านทานความร้อน ซึ่งพบในพืชต้นแบบอย่าง Arabidopsis ได้ถูกนำเข้าสู่บาร์เลย์ ตัวอย่างเช่น ยีน HvGST4 ที่มาจากบาร์เลย์ป่า ได้ถูกแสดงออกมากขึ้นใน Arabidopsis ทำให้มันทนทานไม่เพียงแต่ความร้อน แต่ยังรวมถึงความแห้ง ความเค็ม และความเย็น ยีนนี้กระตุ้นการผลิตกลูตาไธโอน ซึ่งเป็นสารต้านอนุมูลอิสระตามธรรมชาติที่ปกป้องเซลล์ ยีนอีกตัวหนึ่ง คือ TaHsfA6b ที่มาจากข้าวสาลี ได้ถูกผสมเข้ากับบาร์เลย์โดยการแก้ไขพันธุกรรม ทำให้บาร์เลย์สามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นได้โดยไม่เสียคุณสมบัติปกติ

นักวิจัยยังค้นพบบริเวณพันธุกรรมที่เรียกว่า QTL ซึ่งเกี่ยวข้องกับความทนทานต่อความร้อน บริเวณเหล่านี้สามแห่งถูกเชื่อมโยงกับความต้านทานต่อความเครียดจากความร้อนในบาร์เลย์ 120 สายพันธุ์ ขณะที่อีกสิบแห่งมีอิทธิพลต่อทั้งความต้านทานและคุณภาพของเมล็ด ความค้นพบเหล่านี้ช่วยให้สามารถคัดเลือกสายพันธุ์ที่แข็งแรงมากขึ้นโดยใช้เทคนิคการคัดเลือกโดยยีน ซึ่งวิเคราะห์ดีเอ็นเอเพื่อทำนายประสิทธิภาพของพืช

การแก้ไขพันธุกรรมด้วย CRISPR ซึ่งเป็นวิธีการปรับแต่งดีเอ็นเออย่างแม่นยำ ยังเปิดโอกาสที่น่าสนใจ อนุญาตให้เป้าหมายไปยังยีนเฉพาะเจาะจงเพื่อปรับปรุงความต้านทานของบาร์เลย์โดยไม่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ที่ไม่พึงประสงค์ สายพันธุ์ที่ถูกปรับแต่งแล้วจะผลิตโปรตีนช็อกจากความร้อนมากขึ้น ซึ่งปกป้องเซลล์ในสภาวะเครียด

สุดท้าย เทคนิคการเกษตร เช่น priming ความร้อน ซึ่งเป็นการสัมผัสต้นกล้ากับความร้อนปานกลางเป็นระยะสั้น ๆ ช่วยเตรียมบาร์เลย์ให้ทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นในภายหลัง เทคนิคนี้กระตุ้นกลไกการป้องกัน เช่น การผลิตเอนไซม์ต้านอนุมูลอิสระและโปรตีนป้องกัน ซึ่งลดความเสียหายของเซลล์

ความก้าวหน้าเหล่านี้ รวมกับการจัดการพืชผลอย่างเหมาะสม อาจช่วยรักษาหรือปรับปรุงผลผลิตบาร์เลย์ได้แม้จะมีภาวะโลกร้อน การสูญเสียปัจจุบัน ซึ่งอาจสูงถึง 50% ในบางพื้นที่เมื่อเกิดคลื่นความร้อน อาจลดลงได้ ทำให้มีอุปทานที่มั่นคงสำหรับอุตสาหกรรมที่พึ่งพาบาร์เลย์

Mentions des sources

Publication citée

DOI : https://doi.org/10.1007/s44372-026-00718-6

Titre : Evaluation of molecular and physiological mechanisms underpinning heat stress tolerance in barley (Hordeum vulgare L.): an approach towards heat resilient barley production

Revue : Discover Plants

Éditeur : Springer Science and Business Media LLC

Auteurs : Ali Hasnain; Muhammad Naveed Anjum; Zahid Mehmood; Adeel Mustafa; Muhammad Umer Farooq Awan