นักวิจัยพบวิธีเพิ่มผลผลิตของพืช 40% ด้วยการแก้ไขปัญหาเรื่องการสังเคราะห์แสง

นักวิทยาศาสตร์ได้แก้ไขข้อบกพร่องตามธรรมชาติในการสังเคราะห์แสงของพืชด้วยการเปลี่ยนแปลงบางอย่างที่เกี่ยวเนื่องกับการสังเคราะห์แสง เป็นผลให้ผลผลิตพืชเพิ่มขึ้นถึง 40 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับการเติบโตตามปกติของพืช ด้วยเทคนิคนี้อาจช่วยเพิ่มกำลังผลิตการผลิตอาหารทั่วโลกได้อย่างมหาศาล

การสังเคราะห์แสง (Photosynthesis) ซึ่งเป็นกระบวนการที่พืชใช้พลังงานแสงอาทิตย์เปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำไปเป็นกลูโคสที่เป็นพลังงานทางเคมีซึ่งช่วยให้พืชเจริญเติบโตและสร้างผลผลิตนั้นมิได้เป็นกระบวนการที่มีประสิทธิภาพอย่างสมบูรณ์ ในการสังเคราะห์แสงพืชใช้เอนไซม์ที่เรียกว่า RuBisCO เป็นตัวจับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศ แต่มีข้อบกพร่องในกระบวนการเกิดขึ้นเมื่อ RuBisCO ไปจับเอาก๊าซออกซิเจนมาแทนซึ่งเกิดขึ้นราว 25% ของเวลาทั้งหมด ผลก็คือเกิดพิษขึ้นกับพืชเองซึ่งมันจะต้องกำจัดออกไปผ่านทางการหายใจแสง (Photorespiration)

“การหายใจแสงเป็นการต่อต้านการสังเคราะห์แสง” Paul South หัวหน้าทีมวิจัยอธิบาย “มันใช้พลังงานและทรัพยากรที่สำคัญของพืชซึ่งสามารถนำไปใช้ในการสังเคราะห์แสงเพื่อให้มันเติบโตและมีผลผลิตมากขึ้นได้”

ในพืชบางชนิดอย่างเช่น ถั่วเหลือง ข้าว และข้าวสาลี มีการประมาณการว่าการหายใจแสงได้ใช้พลังงานที่ควรจะใช้กับการสังเคราะห์แสงไปมากถึง 20 – 50% ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงพยายามอย่างหนักในการหาวิธีลดการใช้พลังงานของพืชที่หมดไปกับการหายใจแสง

โครงการวิจัยนานาชาติ Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE) ถูกตั้งขึ้นในปี 2012 ด้วยวัตถุประสงค์หลักเพื่อพัฒนาวิธีการเพิ่มผลผลิตของพืชโดยการใช้เทคนิคทางวิศวกรรมชีวภาพให้การสังเคราะห์แสงของพืชมีประสิทธิภาพมากขึ้น โครงการนี้ก่อตั้งขึ้นโดยมูลนิธิของบิล เกตส์เจ้าของบริษัทไมโครซอฟท์

กระบวนการการหายใจทางแสงตามปกติจะใช้เส้นทางที่ซับซ้อนผ่านหลายส่วนภายในเซลล์ของพืช นักวิจัยได้สร้างเส้นทางใหม่ที่สั้นและประหยัดพลังงานโดยการออกแบบทางวิศวกรรมชีวภาพที่เหมาะสม จากการทำการทดลองภาคสนามซ้ำๆตลอดสองปีที่ผ่านมาพวกเขาพบว่าพืชที่ผ่านการปรับปรุงทางวิศวกรรมชีวภาพมาแล้วนี้เจริญเติบโตได้เร็วว่า ต้นสูงใหญ่กว่า มีชีวมวลมากกว่าราว 40%

“เหมือนคลองปานามาซึ่งเป็นผลงานทางวิศวกรรมที่เพิ่มประสิทธิภาพการค้า เส้นทางลัดของหายใจทางแสงเหล่านี้เป็นผลงานทางวิศวกรรมในพืชที่เพิ่มประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงของพืชได้อย่างมาก” Stephen Long ผู้อำนวยการของ RIPE กล่าว

ทีมวิจัยได้ทำการทดสอบกับต้นยาสูบซึ่งเป็นพืชที่เหมาะสำหรับการทำวิจัยเพราะว่ามันสามารถทำการเปลี่ยนแปลงและทดสอบได้ง่ายกว่าพืชชนิดอื่น และตอนนี้ทีมวิจัยกำลังนำสิ่งที่ค้นพบไปทดลองปรับใช้เพื่อเพิ่มผลผลิตของถั่วเหลือง ถั่วฝักยาว มันฝรั่ง มะเขือเทศ และมะเขือยาว

อย่างไรก็ตามมันคงต้องใช้เวลาอีกมากกว่าสิบปีในการที่จะนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้กับพืชอาหารและได้รับการอนุมัติตามกฏระเบียบ แต่ทาง RIPE มีความมุ่งมั่นที่จะสร้างความมั่นใจว่าเกษตรกรรายย่อยโดยเฉพาะอย่างยิ่งในภูมิภาคแอฟริกาและเอเชียตะวันออกเฉียงใต้สามารถเข้าถึงความก้าวหน้าทั้งหมดของโครงการ

 

ข้อมูลและภาพจาก    illinois.edu, newatlas