บทความงานวิจัย

 

 

ศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าว ม. เกษตรศาสตร์ เป็นหน่วยงานที่มีบทบาทสำคัญทั้งในด้านการวิจัย, บริการตรวจวิเคราะห์, การส่งเสริมถ่ายทอดเทคโนโลยี และยังเป็นหน่วยบ่มเพาะนิสิต นักศึกษา ในระดับปริญญาโท, เอกและหลังปริญญาเอกที่ดีที่สุดแห่งหนึ่ง โครงสร้างของศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าวในปัจจุบัน ประกอบด้วยหน่วยงานที่ทำงานวิจัยพัฒนาและถ่ายทอดเทคโนโลยีทางด้านเทคโนโลยีชีวภาพและการปรับปรุงพันธุ์พืชคือ ศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าว สังกัด ม. เกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน และหน่วยปฏิบัติการค้นหาและใช้ประโยชน์ยีนข้าว ภายใต้การสนับสนุนของสำนักพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) กับอีกส่วนหนึ่งคือหน่วยงานที่ทำหน้าที่ให้บริการตรวจวิเคราะห์ ประกอบด้วยห้องปฏิบัติการดีเอ็นเอเทคโนโลยีสังกัด ม. เกษตรศาสตร์ และห้องปฏิบัติการวิเคราะห์เอกลักษณ์พันธุกรรมข้าวไทยเพื่อการส่งออก ซึ่งเป็นโครงการภายใต้ความร่วมมือของกรมการค้าต่างประเทศ กับมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

 

ผลงานเด่นของศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าว อาจแบ่งได้เป็น นวัตกรรมหลักๆ ประกอบด้วย นวัตกรรมการวิจัย,นวัตกรรมถ่ายทอดเทคโนโลยีและนวัตกรรมบริการ

 

นวัตกรรมการวิจัยและนวัตกรรมพันธุ์ข้าว       
ศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าวมุ่งเน้นทำงานวิจัยด้านการปรับปรุงพันธุ์ข้าว ซึ่งเป็นการนำเอาเทคโนโลยีด้านดีเอ็นมาประยุกต์ใช้ร่วมกับการผสมข้ามสายพันธุ์แบบดั้งเดิม ลักษณะที่สำคัญทางเศรษฐกิจของข้าวไม่ว่าจะเป็น คุณภาพหุงต้ม โภชนาการ ความต้านทานโรค-แมลง ความทนทานสภาพแวดล้อมที่จำกัด ต่างถูกควบคุมคุมด้วยยีน หรือกลุ่มยีนจำนวนมากน้อยแตกต่างกันไป เมื่อนักวิจัยสามารถพัฒนา DNA marker ที่จำเพาะกับยีนหรือ QTLเป้าหมายได้ ก็จะสามารถดำเนินการปรับปรุงพันธุ์โดยใช้ Marker-assisted selection (MAS) และ gene-pyramiding ได้ ประชากรข้าวที่ถูกสร้างขึ้นมาแต่ละประเภท จะถูกติดตามตรวจสอบว่าได้รับการถ่ายทอดยีน/QTL ที่ควบคุมลักษณะที่ศึกษาจากพันธุ์ให้ (donor) ด้วยดีเอ็นเครื่องหมายที่จำเพาะและแม่นยำสูง ช่วยย่นระยะเวลาการปรับปรุงพันธุ์ให้สั้นลง และลดงานในแปลงปลูกทดสอบลง เมื่อเปรียบเทียบกับการปรับปรุงพันธุ์แบบดั้งเดิมที่อาศัยการคัดเลือกจากลักษณะปรากฏเพียงอย่างเดียว         

 

ผลงานเด่นด้านการพัฒนาพันธุ์ข้าว อาจแบ่งออกเป็นสองเป้าหมายหลัก คือ พันธุ์ข้าวเพื่อความมั่นคงทางอาหาร กับพันธุ์ข้าวเพื่อสุขโภชนาการ
พันธุ์ข้าวเพื่อความมั่นคงทางอาหาร คือข้าวที่ต้านทานโรค-แมลงศัตรูข้าวที่สำคัญ รวมทั้งพันธุ์ทนทานสภาพแวดล้อมที่จำกัดพันธุ์ข้าวเหล่านี้จะสามารถให้ผลผลิตได้ แม้จะอยู่ภายใต้สภาพภัยพิบัติต่างๆ  ข้าวกลุ่มนี้มีทั้งที่เป็นพันธุ์ข้าวไวต่อช่วงแสง คุณภาพหุงต้มแบบข้าวขาวดอกมะลิ 105 หรือข้าวเหนียวกข 6 สำหรับพื้นที่นาน้ำฝน และกลุ่มข้าวหอมผลผลิตสูงไม่ไวต่อช่วงแสง สำหรับพื้นที่เขตนาชลประทาน ตัวอย่างพันธุ์ข้าวเด่น มีดังนี้ 

 

•   ปิ่นเกษตร1: ข้าวเจ้าหอม สีขาว เมล็ดเรียวยาว มีกลิ่นหอม ผลผลิตสูง ไม่ไวต่อช่วงแสง ข้าวสุกมีความนุ่มเหนียว
•   ปิ่นเกษตร3: ข้าวเจ้าสีขาวมีกลิ่นหอม ไม่ไวต่อช่วงแสง อมัยโลสสูง ผลผลิตสูงมากกว่า 1 ตันต่อไร่
•   หอมชลสิทธิ์: ข้าวนาชลประทาน ผลผลิตสูง มีกลิ่นหอม เมล็ดยาว นิ่มนวล แต่มีความแตกต่างจากขาวดอกมะลิ 105  อย่างชัดเจนที่อุณหภูมิแป้งสุก  สามารถทนอยู่ใต้น้ำได้อย่างน้อย 2 - 3 สัปดาห์ แล้วฟื้นตัวได้หลังน้ำลดได้
•   หอมมะลิ ๘๐: ข้าวขาวดอกมะลิ 105 ที่ได้รับการเพิ่มเติมลักษณะความทนน้ำท่วมฉับพลัน โดยคุณภาพหุงต้มไม่เปลี่ยนแปลง
•   หอมมะลิ+4: ข้าวเจ้าสีขาว มีกลิ่นหอม ไวต่อช่วงแสง คุณภาพหุงต้มเหมือนข้าวขาวดอกมะลิ 105 มีความทนโรคไหม้ ขอบใบแห้ง เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล และน้ำท่วมฉับพลัน
•   ข้าวเหนียวธัญสิริน: ข้าวเหนียว กข 6 ที่มีคุณสมบัติต้านทานต่อโรคไหม้ทุกชนิด ได้เป็นอย่างดี

 

ส่วนพันธุ์ข้าวเพื่อสุขโภชนาการ ข้าวพันธุ์ใหม่เหล่านี้ ได้รับการปรับปรุงพันธุ์ขึ้นมา โดยมีวัตถุประสงค์ ที่ไม่เพียงแต่ทานอร่อย แต่ยังช่วยป้องกันการขาดสารอาหาร ช่วยเสริมภูมิคุ้มกันโรคมะเร็งและช่วยลดอุบัติภัยของเบาหวาน โรคหัวใจ และความดันโลหิตสูง จัดว่าเป็นพันธุ์ข้าวที่ช่วยแก้ปัญหาสุขภาพของคนในยุคปัจจุบันได้ ตัวอย่างพันธุ์ข้าวเด่น ในกลุ่มนี้ คือ 

•   ไรซ์เบอร์รี่: ข้าวเจ้าสีม่วงเข้ม ข้าวกล้องนุ่มเหนียว อุดมไปด้วยสารต้านอนุมูลอิสระ เช่น เบต้าแคโรทีน วิตามินอี โพลีฟีนอล แอนโทไซยานิน ป้องกันเส้นเลือดอุดตัน สารสกัดจากรำข้าวพันธุ์นี้มีฤทธิ์ในการยับยั้งการเจริญเซลล์มะเร็งทดสอบ ได้แก่ เซลล์มะเร็งลำไส้ใหญ่, มะเร็งเต้านมและเม็ดเลือดขาว, ป้องกันการเสื่อมของตับ
•   สินเหล็ก: ข้าวเจ้าสีขาว มีกลิ่นหอม มีธาตุเหล็กที่เป็นประโยชน์สูง ดัชนีน้ำตาลของข้าวกล้องค่อนข้างต่ำ
•   ปิ่นเกษตร+4: ข้าวเจ้าสีขาว มีกลิ่นหอม ไม่ไวต่อช่วงแสง ผลผลิตสูงมากกว่า 1 ตันต่อไร่ ดัชนีน้ำตาลของข้าวขัดต่ำ ทนโรคไหม้ ขอบใบแห้ง เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล และน้ำท่วมฉับพลัน
•   ข้าวเหนียวหอมนวล: ข้าวเหนียวสีขาว เมล็ดยาว มีกลิ่นหอม ความเป็นประโยชน์ของธาตุเหล็กสูงทั้งในข้าวกล้องและข้าวขัด, มี Rapidly available glucose ระดับปานกลาง ซึ่งถือว่าต่ำกว่าข้าวเหนียวที่มีอยู่ในท้องตลาด
•   ข้าวกล่ำหอม: ข้าวเหนียวสีดำ เมล็ดยาว มีกลิ่นหอม ธาตุเหล็กสูง มีปริมาณสารต้านอนุมูลอิสระสูง

 

 

ภาพตัวอย่างพันธุ์ข้าวเพื่อสุขโภชนาการ ได้แก่ ไรซ์เบอร์รี่, สินเหล็ก, ปิ่นเกษตร+4 และข้าวเหนียวหอมนวล

 

 

 

เทคโนโลยีฐาน

ศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าวได้รับทุนสนับสนุนในการพัฒนาเทคโนโลยีระดับโลกที่สำคัญ สำหรับงานวิจัย ได้แก่

 

 

 

สถานีทดสอบข้าวภายใต้สภาพภัยพิบัติน้ำท่วม (Deep Flooding Submergence Pool Facility) ภาพด้านบน

ปัญหาสภาวะโลกร้อนในปัจจุบัน ทำให้การปลูกข้าวมีโอกาสประสพภัยจากสภาพภูมิอากาศไม่พึงประสงค์ เช่น น้ำท่วม เพื่อรับมือกับภัยพิบัตินี้ มก. โดย ศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าว และ กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี โดย สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ได้ร่วมกันจัดสร้างบ่อทดสอบข้าวในสภาพน้ำท่วมลึก โดยเป็นบ่อคอนกรีตขนาด 30 x 30 x 5 ลูกบาศก์เมตร มีปั่นจั่นสำหรับเคลื่อนย้ายกระถางข้าว ขึ้น-ลง จากบ่อน้ำลึก เพื่อใช้ในงานวิจัยและพัฒนาพันธุ์ข้าวให้มีความทนทานต่อสภาพน้ำท่วมขังเป็นเวลานานได้เป็นอย่างดี

 

 

ห้องปฏิบัติการด้านสรีระวิทยาและรูปลักษณ์ขั้นสูงพืชอย่างรวดเร็วและแม่นยำ (KU Plant Phenomics Center)

 

KU Plant Phenomics  Center

ความสำเร็จทางด้านเทคโนโลยีจีโนมิกส์ในทศวรรษที่ผ่านมา จำเป็นต้องเข้าคู่กับระบบศึกษารูปลักษณ์ของพืชที่รวดเร็วแม่นยำ สถาบันวิทยาการขั้นสูงแห่งมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ จึงได้ให้ทุนสนับสนุนในการติดตั้ง Plant Phenomics Systemที่ ศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าวเพื่อวิเคราะห์พัฒนาการและศักยภาพการผลิตพืชในสภาพแวดล้อมจำกัดขึ้น

 

Digital Seed bank

ข้าวพื้นเมืองไทยจำนวน 400 สายพันธุ์ พร้อมกับข้าวสายพันธุ์กลายจำนวน 263 สายพันธุ์ ที่มีฐานข้อมูลทางด้านลักษณะปรากฎ (phenotype) ที่น่าสนใจ ถูกเลือกมาถอดรหัสทั้งจีโนมโดยการประยุกต์ใช้ NGS ร่วมกับเทคนิคการถอดรหัสจีโนมแบบสะดวกและรวดเร็ว ddRAD sequencing (double-digested restriction-site associated DNA sequencing) ทำให้ค้นพบ SNP กว่า1,500 ตำแหน่งและสร้างแผนภูมิวิเคราะห์ genetic diversity พบว่าสามารถแยกสายพันธุ์ข้าวออกเป็นกลุ่มได้อย่างชัดเจนการถอดรหัสจีโนมข้าวที่หลากหลายเป็นการสร้างเส้นทางสู่การค้นหายีนควบคุมคุณภาพที่เป็นเอกลักษณ์ของพันธุ์และลักษณะที่ดีอื่นๆ ได้อย่างรวดเร็ว

 

การผลิตบุคลากรวิจัย
ตั้งแต่อดีตถึงปัจจุบัน ศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าว ได้ผลิตดุษฎีบัณฑิตไปแล้วถึง 22คน และมหาบัณฑิตอีก 31 คน ซึ่งในจำนวนนี้มีทั้งนักศึกษาไทยและต่างชาติ นอกจากนี้หน่วยงานยังได้มีบทบาทสำคัญในด้านการฝึกอบรมให้กับนักวิจัยจากประเทศเพื่อนบ้านภายใต้ โครงการวิจัยและพัฒนาพันธุ์ข้าวโดยใช้เทคโนโลยีชีวภาพภายใต้ความร่วมมือระหว่างสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ และประเทศลุ่มน้ำโขงประกอบด้วยประเทศ เมียนมาร์ ลาว และกัมพูชา

 

ผลงานตีพิมพ์
ทีมนักวิจัย จากศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าวและหน่วยปฏิบัติการค้นหาและใช้ประโยชน์ยีนข้าว ได้มีผลงานตีพิมพ์ระดับนานาชาติที่มี Impact Factor ตั้งแต่ 0.946-41.456 รวม 56 เรื่อง 

 

ทรัพย์สินทางปัญญา

สิทธิบัตร
สิทธิบัตรยีนความหอมของข้าวเรื่อง  Transgenic plants with reduced expression of Os2AP and elevated levels of2-acetyl-1-pyrrolineได้รับการรับรองแล้วใน 11 ประเทศ ได้แก่ สหรัฐอเมริกา, ออสเตรเลีย, ญี่ปุ่น, จีน, เวียดนาม, อินเดีย, ฝรั่งเศส, อังกฤษ, เนเธอร์แลนด์, เยอรมนี และ สวิสเซอร์แลนด์

 

พันธุ์พืชใหม่
ข้าวไรซ์เบอร์รี่ และข้าวสินเหล็กที่ปรับปรุงพันธ์โดยศูนย์วิทยาศาสตร์ข้าว ได้รับการขึ้นทะเบียนพันธุ์พืชใหม่ โดยสำนักคุ้มครองพันธุ์พืชเป็นที่เรียบร้อยแล้ว

 

เครื่องหมายการค้า
เครื่องหมายการค้าธัญโอสถ, Riceberry, Sinlek ได้รับการจดทะเบียน ณ กรมทรัพย์สินทางปัญญา กระทรวงพาณิชย์ เพื่อใช้รับรองคุณภาพข้าวอินทรีย์โภชนาการสูง ที่ผลิตและจำหน่ายโดยโรงสี ธัญโอสถ ว่าจะต้องได้รับการควบคุมการผลิตตั้งแต่ข้าวเปลือกจากแปลงเกษตรกรจนถึงข้าวถุงที่จะส่งถึงมือผู้บริโภค

 

  

ภาพเครื่องหมายการค้าที่ได้ทำการจดทะเบียน

 

นวัตกรรมถ่ายทอดเทคโนโลยี

การส่งเสริมการปลูกข้าวให้กับเกษตรกร โดยสร้างระบบการผลิตข้าวด้วยกระบวนการจัดการความรู้นำเทคโนโลยีที่เหมาะสมมาใช้โดยเน้นการพึ่งพาตนเองได้ในรูปแบบกิจการเพื่อสังคมที่มีการเสริมสร้างให้ชาวนาตระหนักถึงการลดต้นทุนการผลิตส่งเสริมการเพิ่มคุณภาพข้าวอินทรีย์มาตรฐานเพื่อพัฒนาศักยภาพข้าวไทยให้เป็นธัญโอสถสู่ครัวโลก

ปี 2552-2557 โครงการส่งเสริมการผลิตข้าวไรซ์เบอร์รี่โภชนาการสูงแบบอินทรีย์ครบวงจรจากเกษตรกรสู่ผู้บริโภค โดยความร่วมมือระหว่างมูลนิธิอาสาเพื่อนพึ่ง (ภา) ยามยาก และธกส.

ปี 2558 โครงการไรซ์เบอร์รี่อินทรีย์โดยความร่วมมือกับสำนักงานปลัดกระทรวงพาณิชย์ 

ภาพพื้นที่ ปลูกข้าวไรซเบอร์รี่ในโครงการไรซ์เบอร์รี่อินทรีย์ปี 2558     

                        

นอกจากนี้ยังมีการถ่ายทอดเทคโนโลยีการผลิตเมล็ดพันธุ์ข้าวชุมชน ร่วมกับ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) สำหรับพื้นที่เสี่ยงการระบาดของโรคไหม้ โดยใช้พันธุ์ข้าวเหนียวธัญสิริน หรือ กข6 ต้านทานโรคไหม้ ตั้งแต่ปี 2551-2558, การถ่ายทอดเทคโนโลยีการผลิตเมล็ดพันธุ์ ข้าวชุมชน ในพื้นที่เสี่ยงการระบาดของโรคไหม้ และขอบใบแห้ง (พันธุ์ กข6 ต้านทานโรคไหม้และโรคขอบใบแห้ง) ในปี 2555-2558และการการถ่ายทอดเทคโนโลยีการผลิตเมล็ดพันธุ์ชุมชน ในพื้นที่เสี่ยงน้ำท่วมและฝนแล้ง โดยใช้พันธุ์ IR57514 ทนน้ำท่วมและทนแล้งปี 2557-2558

 

 

 

นวัตกรรมบริการ
ห้องปฏิบัติการดีเอ็นเอเทคโนโลยี
ห้องปฏิบัติการดีเอ็นเอเทคโนโลยีให้บริการตรวจวิเคราะห์ โดยใช้เครื่องหมาย DNA มาเป็นเครื่องมือในการตรวจสอบและแก้ปัญหาต่างๆ ทางพันธุกรรมที่เกิดขึ้น อีกทั้งยังสามารถขจัดปมปัญหาทางกฎหมายได้อย่างถูกต้องและแม่นยำ งานบริการวิเคราะห์ที่สำคัญ ได้แก่

 

การตรวจสอบการปลอมปนพันธุ์ข้าวหอมมะลิไทย (SSR marker)
ตรวจสอบความบริสุทธิ์ข้าวหอมมะลิไทยเพื่อการส่งออก ตามมาตรฐานความบริสุทธิ์ไม่ต่ำกว่าร้อยละ 92  ที่กระทรวงพาณิชย์กำหนด โดยใช้ SSR ที่สามารถแยกข้าวหอมมะลิไทยออกจากข้าวพันธุ์อื่นๆ ในฐานข้อมูลได้ ตลอดระยะเวลา 12 ปี ทำการตรวจสอบการปลอมปนข้าวไปแล้วมากกว่า 50,000 ตัวอย่าง หรือเท่ากับ จำนวนปฏิกริยามากกว่า 8 ล้าน PCR

 

การตรวจสอบจีเอ็มโอ
รายงานผลได้ทั้งแบบ qualitative และ quantitative ที่ระดับความละเอียดในการตรวจสอบ 0.1% GMOs contamination

ห้องปฏิบัติการวิเคราะห์เอกลักษณ์พันธุกรรมข้าวไทยเพื่อการส่งออก

ห้องปฏิบัติการสำหรับตรวจสอบความบริสุทธิ์ของข้าวไทยเพื่อการส่งออกขึ้นและสืบทราบถึงข้าวหอมจากประเทศเพื่อนบ้านที่อาจเป็นคู่แข่งของข้าวหอมมะลิได้ โดยห้องปฏิบัติการดังกล่าว จะดำเนินการในลักษณะ “โครงการภายใต้ความร่วมมือของกรมการค้าต่างประเทศ กับ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์”ได้นำเอาเทคโนโลยีKASP SNPline Super high throughput มาใช้ในการตรวจสอบเอกลักษณ์ดีเอ็นเออย่างรวดเร็ว สามารถเพิ่มขีดความสามารถในการตรวจเอกลักษณ์ข้าวไทยและข้าวส่งออกของประเทศเพื่อนบ้าน ให้ใช้เวลาสั้นที่สุด, มีต้นทุนต่ำเท่ากับการใช้ multiplex SSR สามารถทำกับตัวอย่างได้จำนวนมากและมีความแม่นยำสูง และใช้ดีเอ็นเอปริมาณน้อย สามารถทำปฏิกริยา PCR ได้พร้อมกันครั้งละ 21,504 ปฏิกริยาในเวลา 1 ชั่วโมง

 

 

ภาพเครื่องมือในการตรวจสอบความบริสุทธิ์ของสายพันธุ์ข้าวโดยเอกลักษณ์ดีเอ็นเอด้วยเทคโนโลยี KASP SNPline Super High-throughput.