กรดอะมิโน (Amino acids) คืออะไร? ทำไมจึงสำคัญสำหรับพืช?

กรดอะมิโน (Amino acids) คืออะไร? ทำไมจึงสำคัญสำหรับพืช?

กรดอะมิโน คือ สารประกอบอินทรีย์ซึ่งในหนึ่งโมเลกุลมีหมู่ทำหน้าที่ (Functional group) 2 แบบ คือ หมู่อะมิโน (Amino group) และหมู่คาร์บอกซิลิก (Carboxylic group) สิ่งมีชีวิตมีกรดอะมิโน 20 ชนิด ทำหน้าที่

เป็นหน่วยย่อยของโปรตีน แต่มีกว่า 250 ชนิด ทำหน้าที่อื่นๆในพืช เช่น ปกป้องพืชเมื่อมีความเครียดจากสภาพแวดล้อมที่มีชีวิตและไม่มีชีวิต (Biotic and abiotic stresses) ทำหน้าที่เป็นโมเลกุลสัญญาณ เก็บสำรองไนโตรเจน และเป็นสารคีเลตทำหน้าที่จับไอออนของโลหะ เช่น ไฟโตซิเดโรฟอร์ (Phytosiderophores) จับธาตุเหล็กในดินไว้ในรูปคีเลต เมื่อกรดอะมิโน 2 โมเลกุลมาเชื่อมกันด้วยพันธะเพ็บไทด์ (Peptide bond) ได้ไดเพ็บไทด์ (Dipeptide) หากมีการเชื่อมต่อของกรดอะมิโนหลายๆ โมเลกุลเป็นเส้น เรียกโมเลกุลใหม่นั้นว่าพอลีเพ็บไทด์ (Polypeptide)

การดูดกรดอะมิโนของเซลล์พืช

เซลล์รากและเซลล์ใบสามารถดูดโมเลกุลของกรดอะมิโนที่ละลายน้ำได้ โดยใช้โปรตีนพาหะที่เยื่อหุ้มเซลล์ พืชนำกรดอะมิโนที่ดูดได้ไปใช้ประโยชน์ 2 ทาง คือ

1. เป็นแหล่งของไนโตรเจน
2. ใช้ในการกระตุ้นเมแทบอลิซึมของเซลล์

แต่เนื่องจากความเข้มข้นของกรดอะมิโนที่ใช้ค่อนข้างต่ำ เมื่อเทียบกับความเข้มข้นของปุ๋ยไนโตรเจน ผลของกรดอะมิโนต่อการเจริญเติบโตของพืช จึงเป็นผลจากการกระตุ้นกิจกรรมของเซลล์ เช่น การเติมกรดอะมิโนในสารละลายธาตุอาหารสำหรับปลูกพืชเพียง 10-100 ไมโครโมล (กรดอะมิโนบริสุทธิ์)/ลิตร ในขณะที่สารละลายสำหรับปลูกพืชมีไนโตรเจนอยู่แล้ว 5,000 ไมโครโมล N/ลิตร การใส่จึงมุ่งหมายที่จะกระตุ้นให้พืชมีการดูดใช้ไนโตรเจนจากสารละลายธาตุอาหารได้ดีขึ้น

ผลของกรดอะมิโนต่อพืช

การใช้กรดอะมิโนช่วยพืช 3 ด้าน คือ

1. รากพืชดูดธาตุอาหารมากขึ้น จึงเพิ่มมวลชีวภาพ
2. พืชทนต่อความเครียดที่เกิดจากสิ่งแวดล้อมที่ไม่มีชีวิต (เช่น อุณหภูมิต่ำหรือสูงเกินไป และการขาดน้ำ) และสิ่งแวดล้อมที่มีชีวิต (เช่น โรค)
3. เพิ่มปริมาณสารต้านออกซิเดชัน (Antioxidant) ในใบบทบาทที่เด่นของกรดอะมิโนต่อการเจริญเติบโตของพืช คือ ช่วยเพิ่มการดูดธาตุอาหารและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ประโยชน์ธาตุอาหารที่ดูดได้ทั้งธาตุหลักและจุลธาตุ

กลไกของกรดอะมิโนที่มีผลต่อการดูดธาตุอาหารของพืช

การใช้กรดอะมิโนช่วยให้พืชดูดใช้ธาตุอาหารได้ดีขึ้น มาจาก 2 ด้าน คือ ผลต่อกระบวนการทางดินและผลต่อกระบวนการทางสรีระของพืชโดยตรงผลต่อกระบวนการทางดินมี 2 ประการ คือ

1. ส่งเสริมกิจกรรมของจุลินทรีย์ดินและกระบวนการแปรสภาพของธาตุอาหารจากรูปสารอินทรีย์ซึ่งพืชใช้ไม่ได้ มาเป็นรูปสารอนินทรีย์ ซึ่งเซลล์รากดูดไปใช้ง่ายหรือที่เรียกว่ามินเนอราลไลเซชัน (Mineralization)ของธาตุอาหารในดิน
2. เพิ่มการละลายจุลธาตุในดิน ให้อยู่ในรูปที่เป็นประโยชน์ต่อพืชมากขึ้น โดยทำให้อยู่ในรูปคีเลตและเปลี่ยนให้อยู่ในรูปรีดิวซ์

ส่วนผลต่อกระบวนการทางสรีระของพืชโดยตรง มี 3 ประการ คือ (1) มีการเปลี่ยนแปลงด้านลักษณะสัณฐานของราก (2) ช่วยให้จุลธาตุในพืชมีการเคลื่อนย้ายดีขึ้น และ (3) เพิ่มกิจกรรมของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการใช้ประโยชน์ของไนโตรเจนในพืช

ส่งเสริมกิจกรรมของจุลินทรีย์ดิน

การใส่กรดอะมิโนลงไปในดินช่วยให้กิจกรรมของจุลินทรีย์ในดินสูงขึ้น ซึ่งมีผล 2 ประการ คือ (1) เร่งการสลายตัวของเศษซากพืชให้เป็นฮิวมัส ซึ่งมีผลต่อสมบัติทางฟิสิกส์และเคมีของดิน และ (2) การสลายตัวของสารอินทรีย์ในดิน มีผลให้ธาตุอาหารที่เคยอยู่ในเศษซากพืช ถูกปลดปล่อยออกมาในรูปที่เป็นประโยชน์ต่อพืช

ทำปฏิกิริยาคีเลชันกับจุลธาตุพวกโลหะ

พืชที่ปลูกในดินซึ่งมีจุลธาตุที่เป็นประโยชน์ต่ำ จะขับสารที่มีกรดอะมิโนบางชนิดที่เรียกว่าไฟโตซิเดอโรฟอร์ออกมาจากเซลล์ราก เพื่อช่วยละลายและเพมิ่ ความเปน็ ประโยชน์ของจุลธาตุเหล่านั้น ซึ่งแสดงว่ากรดอะมิโนสามารถทำปฏิกิริยาคีเลชันกับไอออนของโลหะ เช่น เหล็ก สังกะสี แมงกานีสและทองแดงได้คีเลตอันเป็นรูปที่เซลล์พืชดูดไปใช้ประโยชน์ได้ง่ายทั้ง ทางรากและเซลล์ใบก็ดูดจุลธาตุรูปดังกล่าวไปใช้ได้ด้วย เนื่องจากเยื่อหุ้มเซลล์พืชมีโปรตีนพาหะสำหรับการดูดกรดอะมิโน เช่น โปรตีนพาหะที่ชื่อ lysine histidine transporter 1 (LHT1) amino acid permease 1 (AAP1) และ amino acid\permease 5 (AAP5) ด้วยเหตุนี้เองปุ๋ยจุลธาตุที่ใช้ในสารละลายปลูกพืชและใช้ทางใบ จึงมีส่วนผสมของกรดอะมิโน

ทำปฏิกิริยารีดักชันกับโลหะ

กรดอะมิโนบางชนิด เช่น ซีสเทอีนเป็นรีดักแทนต์ สามารถทำให้ไอออนของโลหะเปลี่ยนจากรูปออกซิไดส์เป็นรูปรีดิวซ์ได้ ดังนั้นการใส่ซีสเทอีนในสารละลายธาตุอาหารที่ปลูกข้าวโพด พบว่ารากข้าวโพดดูดทองแดงจากสารละลายปลูกพืชได้มากขึ้น เนื่องจากทองแดงรูปคิวปริก (Cu II) ถูกรีดิวซ์เป็นคิวปรัสไอออน (Cu I) ซึ่งรากพืชดูดไปใช้ประโยชน์ง่าย

มีผลต่อลักษณะสัณฐานของราก

การใส่กรดอะมิโนในสารละลายธาตุอาหารมีผลต่อลักษณะของรากพืช ดังนี้

1. การใส่ L-กลูตาเมต มีผลยับยั้งการเจริญเติบโตของรากปฐมภูมิ และช่วยกระตุ้นการแตกรากแขนง นอกจากนี้ยังส่งเสริมการเกิดขนรากบริเวณใกล้ปลายรากอีกด้วย ผลดังกล่าวเกิดขึ้นเมื่อใช้ L-กลูตาเมตเท่านั้น ไม่พบการตอบสนองเช่นนี้เมื่อใส่กรดอะมิโนอื่นๆ อีก 21 ชนิด ซึ่งรวมทั้ง D-กลูตาเมตด้วย
2. กรดอะมิโนทริปโตแฟน ก็กระตุ้นการเจริญเติบโตของราก เนื่องจากกรดอะมิโนชนิดชนิดนี้เป็นสารตั้งต้นสำหรับการสังเคราะห์ออกซิน

ช่วยให้จุลธาตุในพืชมีการเคลื่อนย้ายดีขึ้น

จุลธาตุที่เคลื่อนย้ายทางโฟลเอ็มมิได้เป็นไอออนอิสระ แต่เคลื่อนย้ายในรูปคีเลตซึ่งมีกรดอะมิโนบางชนิด เช่น กรดอะมิโนในนิโคเตียนามีน (Nicotianamine) ซึ่งพืชสังเคราะห์เอง ทำหน้าที่เป็นสารคีเลต เมื่อทดลองให้สารนี้แก่พืชก็พบว่ามีผลด้านการกระตุ้นกระบวนทางสรีระของพืชหลายอย่างผลการทดลองให้นิโคเตียนามีนแก่ข้าว ปรากฏว่าทำให้การเคลื่อนย้ายเหล็กและสังกะสีไปยังเมล็ดมากขึ้น ซึ่งเป็นการเพิ่มคุณภาพด้านโภชนาการของเมล็ดข้าว

เพิ่มกิจกรรมของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการใช้ประโยชน์ของไนโตรเจนในพืช

พืชที่ได้รับกรดอะมิโน มีกิจกรรมของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการใช้ประโยชน์ไนเทรต และเมแทบอลิซึมของคาร์บอนสูงขึ้น

ที่มา

ยงยุทธ โอสถสภา วารสารดินและปุ๋ย ปีที่ 36 เล่มที่ 1-4 พ.ศ. 2557