Physiological Traits for Screening Drought Tolerance in Maize
ทัศนีย์ บุตรทอง สุริพัฒน์ ไทยเทศ ปริญญา การสมเจตน์ ศูนย์วิจัยพืชไร่นครสวรรค์
การปรับปรุงพันธุ์ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ทนทานแล้ง นอกจากการใช้ผลผลิตเป็นเกณฑ์หลักในการพิจารณาคัดเลือกพันธุ์ที่ทนทานแล้งแล้ว ลักษณะทางสรีรวิทยา (physiological trait) และลักษณะรอง (secondary traits) ยังเป็นดัชนีสำคัญที่ใช้ร่วมกัน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการคัดเลือก เนื่องจากลักษณะดังกล่าวสามารถแสดงการถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้สูง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการศึกษาลักษณะทางสรีรวิทยา (physiological trait) และหรือลักษณะรอง (secondary traits) ที่เกี่ยวข้องกับความทนทานแล้งในข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ เพื่อใช้เป็นข้อมูลอธิบายความทนทานแล้งของข้าวโพดเลี้ยงสัตว์
ศูนย์วิจัยพืชไร่นครสวรรค์ ศึกษา วิจัย และพัฒนาพันธุ์ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์เพื่อผลผลิตสูงและทนทานแล้ง ประเมินลักษณะผลผลิตและความทนทานแล้ง รวมทั้งศึกษาลักษณะทางสรีรวิทยาที่เกี่ยวข้องกับความทนทานแล้งของข้าวโพดเลี้ยงสัตว์สายพันธุ์แท้และลูกผสม ดำเนินการในฤดูแล้ง ภายใต้ 2 สภาพแวดล้อม ได้แก่
1) สภาพการให้น้ำสม่ำเสมอ (well watered) : โดยการให้น้ำชลประทานอย่างสม่ำเสมอสัปดาห์ละ 1 ครั้ง ครั้งละประมาณ 30 มิลลิเมตร ตั้งแต่ปลูกจนถึงระยะสุกแก่ทางสรีระ
2) สภาพการขาดน้ำในระยะออกไหมเป็นระยะเวลา 1 เดือน (water stress) : โดยการให้น้ำชลประทานอย่างสม่ำเสมอในระยะแรก สัปดาห์ละ 1 ครั้ง จนถึงระยะที่ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ พัฒนาใบที่ 9 หรือ ระยะก่อนออกไหม 2 สัปดาห์ จึงหยุดให้น้ำ จนเมื่อข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ออกไหมได้ 2 สัปดาห์ จึงให้น้ำต่อสัปดาห์ละ 1 ครั้ง จนถึงระยะสุกแก่ทางสรีระ (ก่อนหยุดให้น้ำ จำเป็นต้องมีการนับจำนวนใบทุกวัน โดยนับเฉพาะใบที่ปรากฏคอใบ (leaf collar) แล้วเท่านั้น
บันทึกข้อมูลลักษณะผลผลิต องค์ประกอบผลผลิต ลักษณะทางการเกษตรที่สำคัญ และลักษณะทางสรีรวิทยา (physiological trait) หรือลักษณะรอง (secondary traits) เช่น
1) ช่วงห่างระหว่างอายุวันออกไหมและวันออกดอกตัวผู้ (Anthesis silking interval, ASI) พิจารณาพันธุ์หรือสายพันธุ์ที่มีช่วงห่างระหว่างอายุวันออกไหมและวันออกดอกตัวผู้น้อย กล่าวคือ พันธุ์หรือสายพันธุ์ที่มีอายุวันออกดอกตัวผู้และไหมใกล้เคียงกัน ซึ่งไม่ควรเกิน 5 วัน
2) คะแนนการแก่ของใบ (leaf senescence) พิจารณาเปอร์เซ็นต์ใบตายต่อใบทั้งหมดโดยการให้คะแนน 1-10 หลังออกดอกตัวผู้ 20-30 วัน ในสภาพการขาดน้ำในระยะออกไหม เกณฑ์การให้คะแนน ดังนี้
1 = มีใบแห้ง 10% ของพื้นที่ใบทั้งต้น
2 = มีใบแห้ง 20% ของพื้นที่ใบทั้งต้น
3 = มีใบแห้ง 30%, ของพื้นที่ใบทั้งต้น
4 = มีใบแห้ง 40% ของพื้นที่ใบทั้งต้น
5 = มีใบแห้ง 50% ของพื้นที่ใบทั้งต้น
6 = มีใบแห้ง 60% ของพื้นที่ใบทั้งต้น
7 = มีใบแห้ง 70% ของพื้นที่ใบทั้งต้น
8 = มีใบแห้ง 80% ของพื้นที่ใบทั้งต้น
9 = มีใบแห้ง 90% ของพื้นที่ใบทั้งต้น
10 = มีใบแห้ง 100% ของพื้นที่ใบทั้งต้น
3) คะแนนการม้วนของใบ (leaf rolling) พิจารณาการม้วนของใบ โดยการให้คะแนน 1-5 หลังออกดอกตัวผู้ 20-30 วัน ในสภาพการขาดน้ำในระยะออกไหม เกณฑ์การให้คะแนน ดังนี้
1 = ใบปกติ
2 = ใบม้วนเล็กน้อย
3 = ใบม้วนคล้ายรูปตัววี
4 = ขอบใบม้วนถึงกลางใบ
5 = ใบห่อม้วนคล้ายใบหอม
การบันทึกข้อมูลในสภาพการให้น้ำสม่ำเสมอ (well watered) และสภาพการขาดน้ำในระยะออกไหมเป็นระยะเวลา 1 เดือน (water stress) ต้องเว้นแถวริม (guard row) เพราะต้นที่อยู่ด้านริมแปลงมักจะเจริญเติบโตได้ดีหรือด้อยกว่าต้นที่อยู่ภายในแปลง เนื่องจากความไม่สม่ำเสมอของการได้รับแสงแดด ความชื้น และแร่ธาตุอาหาร
นอกจากนี้ยังมีการศึกษาลักษณะทางสรีรวิทยา (physiological traits) โดยใช้เครื่องมือต่าง ๆ ได้แก่
1) SPAD 502 วัดค่าความเข้มสีเขียวของใบพืช (chlorophyll content) ซึ่งมีความสัมพันธ์กับปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบ มีหน่วยเป็น SPAD unit สุ่มวัดที่บริเวณกลางใบของใบเหนือฝักใบที่ 4-6 บันทึกข้อมูลครั้งแรกเมื่อระยะออกดอกตัวผู้ บันทึกทุกสัปดาห์จนถึง 5 สัปดาห์ หลังจากดอกตัวผู้บาน
2) Greenseeker hand held วัดค่า Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) บันทึกข้อมูลตั้งแต่ระยะการเจริญเติบโตทางลำต้น (vegetative stage) ทุกสัปดาห์ ตั้งแต่ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์เริ่มมี 3 ใบ จนถึงระยะสะสมน้ำหนักเมล็ด (Grain filling) ข้อควรระวังคือ การบันทึกข้อมูลขณะข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ต้นเล็ก ทรงพุ่มยังไม่คลุมดิน วัชพืช และสีของดิน (ความชื้น) มีผลต่อค่า NDVI index ดังนั้นควรกำจัดวัชพืชให้หมด หากมีการให้น้ำควรบันทึกข้อมูลในช่วงเวลาเดียวกัน (เช่น หลังจากให้น้ำ 3 วัน จึงทำการวัดค่า) เมื่อข้าวโพดเลี้ยงสัตว์โตเต็มที่ปัจจัยที่กล่าวมาจะไม่มีผลต่อค่า NDVI index
3) Leaf Porometer วัดค่าการปิดเปิดปากใบ (stomatal conductance) สุ่มวัดที่บริเวณกลางใบของใบเหนือฝักใบที่ 4-6 เลือกใบที่แสงแดดตั้งฉากกับด้านบนผิวใบ และใบควรได้รับแสงแดดอย่างเต็มที่อย่างน้อย 30 นาที ก่อนทำการวัด เริ่มทำการบันทึกครั้งแรกหลังจากงดให้น้ำครั้งสุดท้ายเป็นระยะเวลา 2 วัน และวัดซ้ำทุก 5-7 วัน จนกว่าจะมีการให้น้ำอีกครั้ง (วัดพร้อมกับการใช้เครื่องมือ Infrared Thermometer)
4) Infrared Thermometer วัดค่าอุณหภูมิของใบพืช (leaf temperature) สุ่มวัดที่บริเวณกลางใบของใบเหนือฝักใบที่ 4-6 (วัดพร้อมกับการใช้เครื่องมือ Leaf Porometer)
5) Li cor 6400 วัดค่าการสังเคราะห์แสงและการตอบสนองของแสงในรอบวัน (sun & sky) ทำการบันทึกข้อมูลทุกชั่วโมง เริ่มตั้งแต่ช่วงเวลา 6.00 น. เมื่อข้าวโพดเริ่มได้รับแสง จนถึงช่วงเวลา 18.00 น. ซึ่งเป็นช่วงที่มีความเข้มแสงน้อยสุด บันทึกข้อมูลในระยะออกดอกตัวผู้ ในสภาพการให้น้ำสม่ำเสมอ วัดหลังจากให้น้ำ 3 วัน และสภาพการขาดน้ำในระยะออกไหม วัดหลังจากหยุดการให้น้ำเป็นเวลา 2-3 สัปดาห์ โดยวัดที่บริเวณกลางใบของใบเหนือฝักใบที่ 4-6 ใบควรได้รับแสงแดดอย่างเต็มที่ ค่าที่สามารถวัดได้โดย Li cor 6400 ได้แก่
– ความเข้มของแสง (photosynthetically active radiation, PAR) เป็นส่วนที่เป็นประโยชน์ต่อการสังเคราะห์แสง หน่วยเป็น µmol m-2 s-1 เมื่อข้าวโพดเลี้ยงสัตว์เริ่มได้รับแสง ในช่วงเวลา 6.00 น. ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์จะเริ่มต้นการคายน้ำ กระบวนการสังเคราะห์แสงก็เริ่มขึ้นด้วย ความเข้มของแสงจะเพิ่มขึ้นตามช่วงเวลา จนสูงสุดเมื่อเวลา 11.00-13.00 น. ช่วงนี้เป็นช่วงที่ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์มีอัตราการคายน้ำสูงสุด หากข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ไม่สามารถดูดน้ำทันกับความต้องการ จะทำให้เกิดสภาวะเครียด และเริ่มแสดงอาการขาดน้ำ หลังจากนั้นความเข้มของแสงจะเริ่มลดลงในตอนบ่าย และลดลงจนน้อยที่สุดในเวลา 18.00 น.
– การสังเคราะห์แสง (photosynthetic rate) เป็นกระบวนการที่เปลี่ยนพลังงานแสงให้อยู่ในรูปของพลังงานเคมี เพื่อนำไปใช้ในกระบวนการสร้างสารสังเคราะห์ เช่น แป้งและน้ำตาลสำหรับการนำไปใช้ในการเพิ่มน้ำหนักของเมล็ด หน่วยเป็น µmol CO2 m-2 s-1 ซึ่งการสังเคราะห์แสง (photosynthetic rate) จะขึ้นอยู่กับความเข้มของแสง กล่าวคือ เมื่อความเข้มของแสงน้อย การสังเคราะห์แสงจะน้อย และเมื่อความเข้มของแสงมาก การสังเคราะห์แสงจะเพิ่มมากขึ้น ในสภาวะเครียดพันธุ์หรือสายพันธุ์ใดที่มีค่าการสังเคราะห์แสงสูง แสดงว่าพันธุ์หรือสายพันธุ์นั้นมีความทนทานแล้ง เนื่องจากยังคงมีการสังเคราะห์แสงแม้จะขาดน้ำ
– การปิดเปิดปากใบ (stomatal conductance) เป็นกลไกการตอบสนองของปากใบเพื่อชักนำให้เกิดการปิดหรือเปิดปากใบเมื่อข้าวโพดเลี้ยงสัตว์มีความเครียด หน่วยเป็น mol H2O m-2 s-1 พันธุ์หรือสายพันธุ์ใดที่มีค่าการปิดเปิดปากใบสูง แสดงว่าในสภาวะเครียดปากใบยังคงเปิดอยู่ เพื่อคายน้ำและลดความร้อนจากอุณหภูมิสะสมในใบ นอกจากนี้ยังมีการแลกเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำกับบรรยากาศ ทำให้ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ยังมีการสังเคราะห์แสง แม้จะอยู่ในสภาวะเครียด
– อุณหภูมิใบ (leaf temperature) หน่วยเป็น oC ในสภาพการให้น้ำสม่ำเสมอ ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์มีอุณหภูมิใบสะสมต่ำกว่าในสภาพการขาดน้ำในระยะออกไหม เนื่องจากข้าวโพดเลี้ยงสัตว์มีอัตราการคายน้ำสมดุลกับการดูดน้ำของข้าวโพด
– การคายน้ำ (transpiration rate) เป็นการแพร่ของน้ำจากปากใบ หน่วยเป็น mmol H2O m-2 s-1 ในสภาพการให้น้ำสม่ำเสมอข้าวโพดเลี้ยงสัตว์มีการคายน้ำมากกว่าในสภาพขาดน้ำในระยะออกไหม เนื่องจากในดินมีปริมาณน้ำเพียงพอให้ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์มีการคายน้ำตลอดทั้งวัน ทำให้ต้นข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ไม่แสดงอาการเหี่ยว ในสภาวะเครียดพันธุ์หรือสายพันธุ์ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ที่มีค่าการคายน้ำสูง แสดงว่าข้าวโพดเลี้ยงสัตว์พันธุ์หรือสายพันธุ์นั้นมีความสามารถในการดูดน้ำจากดิน เพื่อรักษาสมดุลของน้ำในใบข้าวโพดเลี้ยงสัตว์และปริมาณน้ำที่สูญเสียออกไป จึงไม่แสดงอาการเหี่ยว จัดเป็นพันธุ์ทนทานแล้ง
– แรงดึงระเหยน้ำของใบ (leaf vapor pressure deficit) เป็นค่าความต่างของแรงดันในอากาศกับในใบพืช ซึ่งสัมพันธ์กับอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศ หน่วยเป็น kPa ซึ่งพันธุ์หรือสายพันธุ์ที่มีค่าแรงดึงระเหยน้ำของใบสูงแสดงว่า น้ำในใบจะมีการระเหยออกไปมาก ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์จะแสดงอาการขาดน้ำ ในทางตรงกันข้าม หากพันธุ์หรือสายพันธุ์ที่มีค่าแรงดึงระเหยน้ำของใบต่ำไอน้ำในบรรยากาศจะเคลื่อนมารวมตัวกันที่ใบข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ ทำให้ใบมีความชื้น
การพิจารณาคัดเลือกพันธุ์หรือสายพันธุ์ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ที่ให้ผลผลิตสูงและมีความทนแล้ง ควรพิจารณาคัดเลือกพันธุ์หรือสายพันธุ์ในสภาพการขาดน้ำในระยะออกไหม แต่ยังคงให้มีลักษณะต่าง ๆ ในระดับที่สูงใกล้เคียงกับในสภาพการให้น้ำสม่ำเสมอ ซึ่งลักษณะเหล่านี้คือ จำนวนฝักต่อต้น น้ำหนัก 100 เมล็ด ความกว้างฝัก ความยาวฝัก การปิดเปิดปากใบ (stomatal conductance) ความเข้มสีเขียวของใบ (chlorophyll content) และค่า NDVI มาก นอกจากนี้การคัดเลือกสายพันธุ์หรือพันธุ์ที่มีอายุวันออกไหมและวันออกดอกตัวผู้ใกล้เคียงกัน ช่วงห่างระหว่างอายุวันออกไหมและวันออกดอกตัวผู้ (ASI) คะแนนการม้วนของใบ (leaf rolling) คะแนนการแก่ของใบ (leaf senescence) และอุณหภูมิใบที่มีค่าน้อยในระดับที่ใกล้เคียงกับในสภาพการให้น้ำสม่ำเสมอ จะทำให้มีโอกาสประสบความสำเร็จในการคัดเลือกสายพันธุ์ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ที่ให้ผลผลิตสูงและทนทานแล้งอีกด้วย ทั้งสามารถใช้เปอร์เซ็นต์การสูญเสียผลผลิตและดัชนีทนแล้งประกอบการพิจารณาคัดเลือกควบคู่ไปด้วย โดยสายพันธุ์หรือพันธุ์ที่มีเปอร์เซ็นต์การสูญเสียผลผลิตต่ำ มีความทนทานแล้งมากกว่าสายพันธุ์หรือพันธุ์ที่มีเปอร์เซ็นต์การสูญเสียผลผลิตสูง สายพันธุ์หรือพันธุ์ที่มีดัชนีทนแล้งมากกว่า 1 แสดงว่ามีความทนทานแล้ง ทางตรงกันข้าม ถ้าสายพันธุ์หรือพันธ์ที่มีดัชนีทนแล้งน้อยกว่า 1 แสดงว่า มีความทนทานแล้งน้อยกว่า หรืออ่อนแอต่อสภาวะแล้ง
นอกจากนี้ยังสามารถพิจารณาการสังเคราะห์แสงและการตอบสนองในรอบวันของข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ในสภาพขาดน้ำในระยะออกไหม ช่วงเวลา 11.00 น.-13.00 น. ซึ่งเป็นช่วงที่ความเข้มของแสงและอุณหภูมิสูงสุด ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์มักจะเกิดความเครียดเนื่องจากการขาดน้ำ และเริ่มแสดงอาการเหี่ยว ปากใบข้าวโพดจะเริ่มปิดเพื่อลดการสูญเสียน้ำ แต่ในช่วงเวลาดังกล่าวหากข้าวโพดเลี้ยงสัตว์พันธุ์หรือสายพันธุ์ใดยังคงมีค่าการปิดเปิดปากใบ การคายน้ำสูง แต่มีค่าแรงดึงระเหยของน้ำต่ำ จัดเป็นพันธุ์หรือสายพันธุ์ที่มีความทนแล้ง ซึ่งลักษณะทางสรีรวิทยาเหล่านี้มีอิทธิพลอย่างมากต่อกระบวนการสังเคราะห์แสงของข้าวโพด การสะสมน้ำหนักแห้งของเมล็ด และการสร้างผลผลิต