บทความงานวิจัย

พันธุ์ข้าวที่พร้อมรับมือสภาพภูมิอากาศ

ที่ทรงคุณค่าทางโภชนาการสูง

การปรับปรุงพันธุ์แบบแม่นยำได้กำเนิดข้าวพันธุ์ใหม่ที่พร้อมรับมือกับสภาวะโลกร้อนและการขาดแคลนสารอาหารเพื่อสุขภาพภาระสองด้านทั้งการสะสมสารอาหารเพื่อสุขภาพและต่อสู้กับโรคแมลง เพื่อให้เกิดสภาพแวดล้อมที่ปลอดจากสารเคมีเป็นพิษ

ประชากรโลกคาดว่าจะเพิ่มทวีคูณเป็นเกือบ 1 หมื่นล้านคน ในปี 2593 เราไม่เพียงแค่ต้องการอาหารให้พลังงานมากขึ้น แต่ยังต้องการอาหารที่มีโภชนาการสูงเพื่อป้อนประชากรในอีก 30 ปี ข้างหน้า ในโลกที่ข้าวเป็นพืชอาหารหลัก การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศจะทำให้การผลิตอาหารใน อนาคตมีความท้าทายมากขึ้น สภาพอากาศ อุณหภูมิและฝนตกที่ไม่สม่ำเสมอ ไม่เพียงกระทบแค่ผลผลิตการปลูกข้าวเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงการระบาดของโรคและแมลงและการสะสมโภชนาการในข้าวประกอบด้วย สถานการณ์ที่มีจำนวนผู้ป่วยโรคไม่ติดต่อเรื้อรัง NCDs (non-communicable diseases) เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนกลายเป็นภัยคุกคามระดับโลกยุคปัจจุบัน และอนาคต สาเหตุอาจเกิดจากการบริโภคอาหารที่เป็นคาร์โบไฮเดรตเชิงเดี่ยวในประชากรวัยรุ่นและผู้สูงอายุ มากเกินไป

เพื่อลดปัญหาการปรับปรุงพันธุ์ข้าวเพื่อนาคตต้องตอบโจทย์พร้อมกัน ทั้ง เพิ่มศักยภาพผลผลิต ความต้านทานต่อโรค แมลง และคุณภาพทางโภชนาการ ประเทศไทยเป็นหนึ่งในผู้ส่งออกข้าวรายใหญ่ของโลกที่ให้ความสำคัญกับ ข้าวคุณภาพดีเป็นพิเศษ(Premium rice) หากสายพันธุ์ใหม่ ๆ เหล่านี้ได้รับการยอมรับจากผู้บริโภค และเกษตรกร ประเทศไทยจะมีบทบาทสำคัญในการขับเคลื่อนห่วงโซความต้องการอาหารที่มีคุณค่าทางโภชนาการสูงจากครัวไทยสู่ครัวโลกยุคใหม่

ข้าวเพื่อสุขภาพดี
Rice for well-being

การบริโภคอาหารที่ให้พลังงานสูงเกินกว่าการใช้พลังงานในแต่ละวันเป็นสาเหตุหลักของโรคอ้วน และ NCDs ข้าวเพื่อสุขภาพที่ดีนั้น หมายรวมถึง คุณสมบัติของแป้ง เส้นใยอาหาร พรีไบโอติก สารต้านอนุมูลอิสระ สารอาหารหลักและสารอาหารรอง ที่สามารถลดความเสี่ยงของการเกิดโรค NCDs ตามคำจำกัดความนี้ ข้าวกล้องจึงเป็นข้าวเพื่อสุขภาพดี ข้าวกล้องที่อุดมด้วยไวตามิน ธาตุอาหาร โปรตีน และเส้นใยอาหาร ช่วยให้อิ่มนาน ทำให้ผู้บริโภค สามารถได้รับปริมาณแคลอรี่อย่างเหมาะสม ช่วยควบคุมระดับน้ำตาลในเลือดของมื้ออาหารให้สม่ำเสมอ ส่งผลให้ดัชนีน้ำตาลในเลือดต่ำ (GI) และลดความเสี่ยงต่อโรคอ้วนและโรคเบาหวานประเภท 2 และโรคหัวใจขาดเลือด นอกจากนี้ยังให้สารอาหารที่จำเป็น เพื่อเสริมสร้างประชากรจุลชีพ (microbiota) ในระบบทางเดินอาหารของคุณที่ช่วยในการเสริมสร้างระบบภูมิคุ้มกันจากโรคติดเชื้อและไม่ติดเชื้อ เช่น ท้องร่วง อาการลำไส้แปรปรวน (IBS), โรคลำไส้แปรปรวน (IBD) และมะเร็งลำไส้ใหญ่เป็นต้น การปรับปรุงพันธุ์เพื่อให้ได้ข้าวกล้องที่น่ารับประทานนั้นจึงเป็นเป้าหมายหลักการปรับปรุงข้าวเพื่อคุณภาพชีวิตที่ดี

ข้าวที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
Eco-friendly rice

ข้าวตามธรรมชาติเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม แต่การปลูกข้าวเป็นอุตสาหกรรมในปัจจุบันเป็นสาเหตุให้สิ่งแวดล้อมเสื่อมลง ข้าวเพื่อสุขภาพที่ดีต้องได้รับการปลูกฝังแนวทางการปฏิบัติที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เช่น ปลอดสารเคมี ลดการปลดปล่อยคาร์บอน ใช้น้ำน้อย อย่างไรก็ตามปัจจัยการผลิต เช่น ยาฆ่าแมลง ปุ๋ย และสารกำจัดศัตรูพืช ยังมีสารเคมีที่เป็นพิษและสารตกค้างของโลหะหนัก เช่น สารหนู (As) ในเมล็ดข้าว ดังนั้นข้าวเพื่อสุขภาพที่ดีจะต้องมีความต้านทานต่อโรคและแมลงศัตรูพืชหลากหลาย เราได้พัฒนาแพลตฟอร์มการปรับปรุงพันธุ์เพื่อรวมยีนทั้งหมด (QTLs) อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อควบคุมความต้านทาน/ ความทนทานต่อน้ำท่วมฉับพลัน 2 สัปดาห์ (Flooding; F) และความต้านทานต่อโรคใบไหม้ (Blast; B) โรคไหม้คอรวง (Bacterial blight; B) และเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล (Brown planthopper; B) ขณะนี้ข้าวของไทย 9 สายพันธุ์ได้รับการปรับปรุงทนต่อน้ำท่วม โรคและแมลง (FBBB) ช่วยให้เกษตรกรสามารถปลูกข้าวปลอดสารพิษและผลิตภัณฑ์อาหารที่ปลอดภัย ผลงานที่โดดเด่นที่สุด คือ การปรับปรุงพันธุ์ใหม่ที่เรียกว่า ข้าวหอมมะลิ+4 ซึ่งสามารถทนต่อความเครียด ต่อโรค และแมลง พร้อมกับคุณภาพเมล็ดที่เหมือนกับข้าวหอมมะลิ1 และข้าวปิ่นเกษตร+4 ที่นอกจากจะทนโรค-แมลง น้ำท่วมฉับพลันแล้ว แต่ยังคงให้พลังงานที่มีดัชนีน้ำตาลต่ำอีกด้วย

การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศส่งผลกระทบต่อการเพาะปลูกข้าวอย่างมากของเอเชีย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง 70% ของข้าวไทย เป็นพื้นที่นาน้ำฝนที่ใหญ่ที่สุดในโลก คลื่นความร้อนสูงและการขาดน้ำในช่วงฤดูปลูกข้าว ส่งผลกระทบต่อการติดเมล็ดและคุณภาพของเมล็ด เนื่องจากการผสมเกสร ข้าวได้รับผลกระทบจากความเครียดที่เกิดจากความร้อนและการขาดน้ำ จึงได้มีการปรับปรุงพันธุ์ข้าวไทยที่เป็นที่นิยมและให้ผลผลิตสูงที่เรียกว่า พิษณุโลก 2 มีการปรับปรุงการติดเมล็ดและคุณภาพของเมล็ดพันธุ์ ในอุณหภูมิสูงกว่า 40 องศาเซลเซียส

ข้าวมีประสิทธิภาพการใช้น้ำต่ำมาก เนื่องจากมีการคายน้ำเพื่อลดอุณหภูมิ และการสังเคราะห์แสงที่มีประสิทธิภาพต่ำจากการทำงานร่วมกับทีมวิจัยที่นำโดย ศาสตราจารย์ Julie Gray มหาวิทยาลัยเชฟฟิลด์ ประเทศอังกฤษ เราได้ค้นพบข้าวกลายพันธุ์ที่มีความหนาแน่นปากใบต่ำ (Low Density; LD) สามารถปรับปรุงพันธุ์ข้าวที่มีการใช้น้ำน้อย (water-use efficiency; WUE) และรักษาลักษณะ high biomass ภายใต้สภาวะขาดน้ำเป็นเวลานาน ข้าวปิ่นเกษตร (Pinkaset+5) และพันธุ์ใหม่อยู่ในขั้นตอนสุดท้ายของการปรับปรุงพันธุ์ให้มีความหนาแน่นปากใบต่ำ(LD) มีดัชนีน้ำตาลต่ำ (Low GI) มีสารต้านอนุมูลอิสระ ทนน้ำท่วม ทนโรคแมลง (FBBB) และให้ผลผลิตสูง

จากไรซ์เบอร์รี่สู่ข้าวสรรพสี
From Riceberry to Rainbow Rice

ข้าวกล้องเมล็ดสีเข้มเป็นแหล่งสารต้านอนุมูลอิสระ เช่น แอน- โธไซยานิน, ฟลาโวนอยด์, แคโรทีนอยด์ และกรดฟีนอลิก การปรับปรุงพันธุ์ข้าวสีใหม่ เพื่อคุณภาพการหุงต้มที่ดีและความต้านทานต่อความเครียดจากโรคและแมลง จึงเป็นกิจกรรมหลักอีกอันหนึ่งของการปรับปรุงพันธุ์ข้าวของศูนย์ความเป็นลิศ ฯ ข้าวไรซ์เบอรี่เป็นข้าวสีม่วงเข้มที่ปรับปรุงขึ้นมาใหม่จากการผสมข้าม ระหว่าง ข้าวขาวดอกมะลิ 105 ที่มีชื่อเสียงระดับโลก กับ ข้าวเจ้าหอมนิล ที่มีเมล็ดสีม่วงเข้ม จนเกิดเป็น Riceberry ที่เป็นที่รู้จักในหมู่ผู้บริโภคด้วยรูปลักษณ์ที่โดดเด่นทางคุณค่าทางอาหารสูง มีข้าวกล้องที่นุ่มนวลและกลิ่นหอมที่เป็นเอกลักษณ์ ข้าวไรซ์เบอร์รี่เป็นพันธุ์ข้าวที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ในการศึกษาวิจัยด้านโภชนาการ และ โครงการพัฒนาสังคมในประเทศไทย2-6 ดังนั้นข้าวไรซ์เบอร์รี่จึงเป็นพันธุ์ข้าวที่ประสบความสำเร็จสูงสุดและทรงคุณค่าที่แท้จริงของข้าวเพื่อคุณภาพชีวิตที่ดี9

ในอนาคตอีก 50 ปี ข้างหน้า การบริโภคเมล็ดข้าวอย่างเดียว อาจทำให้ อาหารไม่เพียงพอ การใช้ใบข้าวเป็นอาหารน่าจะเป็นการเสริมอาหารที่ทรงคุณค่าอีกทางหนึ่ง ข้าวที่มีใบเป็นสีมีประโยชน์ทางโภชนาการที่มากยิ่งขึ้น ใบข้าวมีความสามารถการดูดซึมแร่ธาตุและจุลธาตุอาหารได้มากกว่าเมล็ด 10 ถึง 50 เท่า เนื่องจากในใบปราศจาก Phytate ซึ่งเป็นสารยึดเกาะที่สำคัญที่พบในข้าวและธัญพืช นอกจากนี้ใบข้าวยังมีปริมาณโปรตีนคุณภาพสูงและกรดอะมิโนที่คล้ายกับผักสีเขียว เราประสบความสำเร็จในการพัฒนาพันธุ์ข้าวที่ไม่ใช่ GMO มีรูปแบบของแอนโทไซยานินที่ซับซ้อนกับรูปแบบคลอโรฟิลล์บนใบข้าว คือ ข้าวสรรพสี (Rainbow rice) ผลลัพธ์ที่ได้ คือ ต้นข้าวใบที่มีสีสันหลากหลายตั้งแต่แดง ชมพู ม่วง ส้ม เหลือง และเขียว มีลายคล้ายรุ้ง ใบข้าวสรรพสี จึงเป็นแหล่งที่อุดมไปด้วยสารต้านอนุมูลอิสระ เส้นใยอาหาร จุลธาตุ และกรดอะมิโน ดังนั้นนวัตกรรมการผลิตอาหารจากใบข้าวจะช่วยเพิ่มความมั่นคงด้านอาหารของโลกได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวมถึงคุณภาพชีวิตของเกษตรกรผู้ปลูกข้าวที่ยากจนและด้อยโอกาสสามารถสร้างรายได้ด้วยการปลูกข้าวสรรพสี

ข้าวดัชนีน้ำตาลต่ำ
Low glycemic index rice

ข้าวนุ่มเป็นที่นิยมและแข่งขันสูงในตลาดโลก โดยเฉพาะในภูมิภาคเอเชีย การบริโภคข้าวขัดสีพื้นนุ่มในปริมาณมาก เป็นสาเหตุเริ่มต้นของการเกิดโรคอ้วนและเบาหวาน แบบที่ 2 ได้ง่าย การปรับปรุงพันธุ์ข้าวเพื่อลดสาเหตุของโรคเบาหวาน จึงเป็นอีกหนึ่งกิจกรรมหลักของศูนย์ความเป็นเลิศฯ คุณสมบัติที่สำคัญของข้าวเพื่อลดความเสี่ยงของการเกิดโรค NCDs คือ ค่าดัชนีน้ำตาล การวัดค่าดัชนีน้ำตาล จำเป็นต้องใช้ ความเที่ยงตรงทางวิทยาศาสตร์สุขภาพ โดยใช้ผู้บริโภคที่มีสุขภาพดี และไม่เคยมีประวัติการใช้ยาลดน้ำตาล ความอ้วน และความดัน บริโภคข้าวในปริมาณคาร์โบไฮเดรตที่เหมาะสมเท่ากัน พร้อมกับข้าวที่ถูกออกแบบมาแบบพอเหมาะ จากนั้นติดตามการเพิ่มขึ้นของน้ำตาล(glucose) หลังมื้ออาหารในเวลา 120 นาที เป็นอย่างต่ำ เปรียบเทียบกับปริมาณน้ำตาลในเลือดหลังอดอาหาร(fasting glucose) และค่าปริมาณน้ำตาลจากการบริโภคน้ำตาลกลูโคสบริสุทธิ์ที่มีปริมาณคาร์โบไฮเดรตเท่ากัน การลดค่าดัชนีน้ําตาลในข้าวพื้นนุ่ม อาจทำได้โดยการบริโภคข้าวกล้องพื้นนุ่ม ที่มีปริมาณใยอาหาร และสารโพลีฟีนอลสูง เช่น สายพันธุ์ข้าวสินเหล็กและข้าวไรซ์เบอรี่ เป็นข้าวกล้องพื้นนุ่มที่มีดัชนีน้ำตาลปานกลาง-ต่ำ การพัฒนาพันธุ์ข้าวขัดขาวพื้นนุ่มให้มีดัชนีน้ำตาลต่ำยังไม่สามารถทำได้สำเร็จในโลกนี้ การพัฒนาข้าวขัดให้มีค่าดัชนีน้ำตาลต่ำที่ประสบความสำเร็จในเวลานี้ เป็นข้าวพื้นแข็งทั้งสิ้น เช่น ข้าว Basmati (ประเทศอินเดีย) ข้าว Doongara (ประเทศออสเตรเลีย) และข้าวปิ่นเกษตร+4 (ศูนย์ความเป็น เลิศ ฯ) การปรับปรุงข้าวพื้นนุ่มให้มีค่าดัชนีน้ำตาลต่ำ เกิดจากปัจจัยที่ซับซ้อน ทางพันธุกรรม และเทคนิคการแปรรูปที่ช่วยลดอัตราการย่อยสลายแป้งเป็นน้ำตาลลง ดังนั้น ศูนย์ความเป็นเลิศ ฯ จึงมุ่งเน้น การปรับปรุงพันธุ์ข้าวกล้องที่มีความนุ่มนวลหอม และทรงคุณค่า ของโภชนาการรอบด้าน เพื่อแก้ปัญหาโรค NCDs ในปัจจุบัน และอนาคต

ข้าวพื้นนุ่มได้รับปรุงใหม่ 5 สายพันธุ์ การพัฒนาไม่เพียงแต่เพิ่มลักษณะต้านโรคและแมลง แต่ยังช่วยเสริมลักษณะโภชนาการ ได้แก่ ธาตุอาหารรอง (Zn และ Fe) และเส้นใยอาหาร อย่างไรก็ตามเพื่อลดค่าดัชนีน้ำตาลของข้าวพื้นนุ่มที่มีค่าดัชนีน้ำตาลสูง ขั้นตอนแรก คือ การเพิ่มปริมาณเส้นใยอาหารในเมล็ดให้สูงขึ้น จึงพัฒนาเป็นข้าวพันธุ์ใหม่ “ข้าวสินเหล็ก” (Sinlex) ที่เป็นข้าวกล้องหอมนุ่ม มีค่าดัชนีน้ำตาลต่ำทำเป็นข้าวพร้อมทาน การปรับปรุงข้าวขาวดัชนีน้ำตาลต่ำ (GI 52-55) ทำได้โดยการลดการย่อยแป้งของร่างกาย กล่าว คือ เพิ่มแป้งทนการย่อยและเส้นใยอาหาร จึงพัฒนาเป็นข้าวสายพันธุ์ใหม่ “ปิ่นเกษตร+4” (Pinkaset+4) และตอนนี้ ปิ่นเกษตร+5 (Pinkaset+5) การพัฒนาผลิตภัณฑ์จากพันธุ์ข้าว GI ต่ำที่พัฒนาขึ้นใหม่เหล่านี้จะสามารถใช้เพื่อลดความเสี่ยงของโรคอ้วนและโรคเบาหวานประเภท 2 ในผู้บริโภคที่ชอบรับประทานข้าวขาว