ไรโซเบียม

ไรโซเบียม (Rhizobium) เป็นจีนัสของแบคทีเรียที่อยู่ในปมรากของพืชตระกูลถั่ว มีรูปร่างไม่แน่นอน เปลี่ยนแปลงตลอดวงชีวิต แหล่งพลังงานของไรโซเบียมได้แก่ มอลโตส ซูโครส กลูโคสและแมนนิทอลแต่ไม่สามารถใช้เซลลูโลส แป้งและเพกตินเป็นแหล่งพลังงานได้  เมื่อมีคาร์บอนมากเกินไป ไรโซเบียมจะสะสมอาหารในรูป poly-3-hydroxybutyrate (PHB) เพื่อนำไปใช้ในช่วงมืด ภาวะอดอยากหรือสภาวะที่ปมรากเริ่มชรา ใช้ออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอน ถ้าอยู่ในปมรากจะได้ไนโตรเจนจากอากาศ ถ้าอยู่ในอาหารเลี้ยงเชื้อต้องเติมไนโตรเจนลงในอาหารด้วย แบ่งตามการเจริญในอาหารเลี้ยงเชื้อเป็น 2 กลุ่มคือ พวกเจริญเร็ว เกิดโคโลนีภายใน 3-5 วัน กับพวกเจริญช้า เกิดโคโลนีภายใน 5-10 วัน

**การจัดจำแนก**
ไรโซเบียมแบ่งได้เป็น 3 กลุ่มคือ - Rhizobium เป็นกลุ่มที่เจริญเร็ว เกิดปมกับถั่วอัลฟัลฟา ถั่วลันเตา และพืชตระกูลถั่วอื่น - Bradyrhizobium เป็นกลุ่มที่เจริญช้า เกิดปมกับถั่วเหลือง ถั่วพร้า และถั่วในเขตร้อนอื่น เป็นประชากรกลุ่มใหญ่ของไรโซเบียมในประเทศไทย ประมาณ 99% - Azorhizobiumเป็นกลุ่มที่เกิดปมกับลำต้นพืชตระกูลถั่ว และตรึงไนโตรเจนเมื่ออยู่เป็นอิสระได้ 
ปมรากของถั่วเหลือง
การจัดจำแนกไรโซเบียมในปัจจุบันมี 5 วิธี ได้แก่ - การจัดจำแนกโดย Fred (1932) และ Breed (1975) จัดให้อยู่ในดิวิชัน Protophyta คลาส Schizomycetes อันดับ Eubacteriales วงศ์ Rhizobiaceae สกุล Rhizobium- การจัดจำแนกตามพืชตระกูลถั่วที่ทำให้เกิดปม ใช้หลักความสามารถที่ทำให้พืชตระกูลถั่วเกิดปมได้เป็นเกณฑ์  วิธีนีเจแนกไรโซเบียมได้หลายชนิด และแบ่งถั่วเป็นกลุ่มได้ 20 กลุ่ม แต่มีความสัมพันธ์ชัดเจนเพียง 6 กลุ่ม นอกจากนั้นยังมีความไม่แน่นอนที่ไรโซเบียมบางสายพันธุ์ทำให้ถั่วต่างกลุ่มเกิดปมได้ อย่างไรก็ตาม ชื่อสปีชีส์ของไรโซเบียมในปัจจุบันกำหนดโดยวิธีนี้- การจัดจำแนกตามความสามารถในการผลิตกรดหรือด่าง ซึ่งแบ่งได้เป็น 2 ชนิดคือ ชนิดที่ผลิตกรด กับชนิดที่ผลิตด่างในอาหาร นิยมใช้เป็นวิธีที่ทดสอบข้อมูลเบื้องต้นของไรโซเบียม- การจัดจำแนกโดยใช้ข้อมูลจากดีเอ็นเอ- การจัดจำแนกโดยนำลักษณะหรือสมบัติต่างๆ มาเปรียบเทียบแล้วหาร้อยละความคล้ายคลึง

**วงชีวิต**
วงชีวิตของไรโซเบียมมีขั้นตอนดังนี้ - เซลล์รูปกลม ไม่เคลื่อนที่ พบในสารละลายดินที่มีฤทธิ์เป็นกลาง- เซลล์มีขนาดโตขึ้น รูปกลม พบในสภาพแวดล้อมที่มีฟอสเฟตหรือคาร์โบไฮเดรตบางชนิด- เซลล์ขยายเป็นรูปวงรี มีแฟลกเจลลา เคลื่อนที่ได้เร็ว- เซลล์ขยายตัวมากขึ้นจนเป็นท่อนยาวเล็ก เคลื่อนที่ช้าลง- เซลล์เป็นท่อนยาว สร้างท่อเส้นด้ายและเข้าสู่พืช- เซลล์ในปมรากอยู่ในรูปของแบคทีรอยด์ พร้อมที่จะแบ่งตัวมาเป็นเซลล์รูปกลมอีกครั้ง

**การเข้าสู่พืชตระกูลถั่ว**

**การเกิดปมที่ราก**
เริ่มจากพืชตระกูลถั่วส่งสัญญาณทางเคมี เป็นสารกลุ่มฟลาโวนอยด์ หรือไอโซฟลาโวนอยด์ สารนี้จะไปกระตุ้นการทำงานของ nod gene ในไรโซเบียม เมื่อยีนนี้ทำงานจะกระตุ้นให้ไรโซเบียมสร้างและปล่อยสารที่กระตุ้นให้รากพืชโค้งงอและเกิดการแบ่งตัวของเนื้อเยื่อเจริญจนเป็นปม พร้อมกันนั้น ผนังเซลล์ของพืชจะออ่อนตัวลงและยอมให้ไรโซเบียมเข้าสู่เซลล์ได้ ถั่วบางชนิดที่ไม่มีรากขนอ่อน เช่นถั่วลิสง ไรโซเบียมจะเข้าทางรอยแตกที่รากแขนงแทงออกมา

**การเกิดปมที่ลำต้น**
พืชที่เกิดปมกับไรโซเบียมที่ลำต้นมีน้อย ที่ได้รับความสนใจเป็นพิเศษคือโสนแอฟริกันเพราะมีตำแหน่งการเกิดปมบนลำต้นที่ทราบล่วงหน้าได้ และเกิดขึ้นอย่างอิสระ ไม่ขึ้นกับไรโซเบียม ไรโซเบียมจะเข้าสู่ลำต้นทางรอยแตกหรือรอยแยกบนปุ่มกลม 

**ลักษณะของปมรากถั่ว**
ปมที่มีประสิทธิภาพในการตรึงไนโตรเจนต้องมีรูปร่างถูกต้องตามลักษณะของถั่ว ขนาดโตพอสมควร ผิวเรียบ ไม่ขรุขระ ควรจับเป็นกลุ่มบริเวณรากแก้ว มีสีแดงหรือสีชมพูของ legheamoglobin มีจำนวนปมมากพอสมควร 
โครงสร้างของปมรากพืชตระกูลถั่วมี 4 ชั้น ดังนี้- ชั้นนอกสุดเป็นเนื้อเยื่อพาเรงไคมา บางครั้งจะมีแทนนินด้วย- ชั้นเนื้อเยื่อเจริญ อยู่ด้านนอกถัดจากชั้นแรกเข้ามา ในถั่วบางชนิดเห็นชัด แต่บางชนิดไม่เห็นเลย- เนื้อเยื่อลำเลียง เกิดขึ้นหลังจากเกิดปมแล้ว โดยเจริญมาจากเนื้อเยื่อลำเลียงของรากพืช- ส่วนที่มีแบคทีรอยด์อยู่ เป็นบริเวณที่แยกจากเนื้อเยื่อลำเลียงอย่างชัดเจน มีแบคทีรอยด์จำนวนมาก มักมีสีแดงของ legheamoglobin

**ปัจจัยที่มีผลต่อการเจริญ**
 อุณหภูมิ อุณหภูมิที่ทำให้เกิดปมได้ดีที่สุดคือ 20 -30 องศาเซลเซียส ถ้าสูงหรือต่ำกว่านี้การเกิดปมจะลดลง ซึ่งอุณหภูมินี้เกี่ยวข้องกับการทำงานของเอนไซม์ไนโตรจีเนสด้วย- pH การตรึงไนโตรเจนที่เกิดในพืชตระกูลถั่วและไรโซเบียม เกิดที่ pH 5-8- แสง
** อิทธิพลของแสงจากการสังเคราะห์ด้วยแสง จะส่งผลต่อปริมาณคาร์โบไฮเดรตที่ส่งมายังราก ถ้าอัตราส่วนระหว่างคาร์บอนต่อไนโตรเจนไม่เหมาะสม การตรึงไนโตรเจนจะหยุด
** อิทธิพลของแสงสีแดง แสงสีแดงมีอิทธิพลต่อการแบ่งเซลล์ในรากพืชให้เกิดเป็นปมขึ้น- น้ำ ถ้าน้ำในดินต่ำมากจนน้ำหนักปมลดลงต่ำกว่า 80% ของน้ำหนักที่อุ้มน้ำเต็มที่ การตรึงไนโตรเจนจะหยุด ปมรากจะหลุดออก ถ้าน้ำท่วม การตรึงไนโตรเจนในรากจะต่ำมาก ถ้าน้ำขังนานเกินไป ปมจะเน่าไป- อิทธิพลของธาตุต่างๆ 
** ไนโตรเจน ไนโตรเจนต่ำจะกระตุ้นให้เกิดปมได้ดี ถ้าสูงเกินไปจะขัดขวางการเข้าสู่ปมของไรโซเบียม
** ฟอสฟอรัสและโพแทสเซียม ส่งผลต่อการเจริญของต้นถั่วมากกว่า
** แคลเซียม ช่วยให้ไรโซเบียมเพิ่มจำนวนก่อนเข้าสู่ปมราก การเข้าสู่รากพืชต้องการแคลเซียมสูง
** แมกนีเซียม มีความจำเป็นต่อการทำงานของ ATP และส่งผลต่อการเจริญของต้นถั่ว
** กำมะถัน เป็นองค์ประกอบของเอนไซม์ไนโตรจีเนส ถ้าไม่พอ การตรึงไนโตรเจนถูกจำกัด
** แมงกานีส สังกะสี ทองแดง อะลูมิเนียม ถ้ามีมากเกินไปจะทำให้เกิดปมได้น้อยลง
** โมลิบดินัม เป็นองค์ประกอบของเอนไซม์ไนโตรจีเนส ถ้าไม่พอ การตรึงไนโตรเจนถูกจำกัด
** โคบอลต์ เป็นองค์ประกอบของวิตามินบีสิบสอง เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ legheamoglobin
** โบรอน จำเป็นต่อการตรึงไนโตรเจนแต่ยังไม่ทราบกลไก
** แคดเมียม ถ้ามีมากเกินไปเป็นพิษต่อเอนไซม์ไนโตรจีเนส
** เหล็ก เป็นองค์ประกอบของไนโตรจีเนสและโปรตีนอื่นๆ เช่น legheamoglobin ไรโซเบียมจะสร้าง siderophore เพื่อช่วยในการนำเหล็กมาใช้ภายในเซลล์ การขาดเหล็กทำให้การพัฒนาของปมถูกจำกัด นอกจากนั้น เหล็กยังมีบทบาทสำคัญในการตรึงไนโตรเจนโดยเป็นโคแฟคเตอร์ในการสร้าง โปรตีนควบคุมการตรึงไนโตรเจน (NiFA) ที่ทำงานได้ - อิทธิพลของก๊าซ
** ก๊าซไนโตรเจน ต้องมีในระดับที่เพียงพอ และขึ้นกับความสามารถในการแพร่เข้าสู่ปม
** ก๊าซไฮโดรเจน เป็นตัวให้อิเล็กตรอนแก่การตรึงไนโตรเจน และป้องกันอันตรายของออกซิเจนต่อไนโตรจีเนส ถ้ามีออกซิเจนมากไป
** แก๊สออกซิเจน ต้องมีปริมาณต่ำจึงจะเกิดการตรึงไนโตรเจนได้ดี ถ้ามากไปจะยับยั้งการทำงานของไนโตรจีเนส น้อยเกินไปไม่เพียงพอต่อการหายใจของไรโซเบียม legheamoglobin จะรวมกับออกซิเจนได้เป็น oxygenated legheamoglobin ซึ่งจะเป็นตัวรับอิเล็กตรอนในการหายใจของไรโซเบียมในปม
** ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ จับกับไนโตรจีเนสได้ดี จึงเป็นคู่แข่งขันกับก๊าซไนโตรเจน และยังแข่งขันกับแก๊สออกซิเจนในการจับกับ legheamoglobin ได้ด้วย ทำให้ความสามารถในการควบคุมปริมาณออกซิเจนของ legheamoglobin ลดลง
** ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ลดอัตราการหายใจของแบคทีรอยด์ในปมรวมทั้งไรโซเบียมในดิน
** ก๊าซอะเซทิลีน แข่งขันกับก๊าซไนโตรเจนในการจับกับไนโตรจีเนส
** ก๊าซเอทิลีน ทำให้การเกิดปมหยุดชะงัก- จุลินทรีย์ในดิน จุลินทรีย์บางชนิดสร้างสารปฏิชีวนะทำให้ไรโซเบียมหยุดการเจริญเติบโต จุลินทรีย์บางชนิด เช่น Bdellouibrio ทำลายเซลล์ของไรโซเบียมโดยตรง จุลินทรีย์บางชนิดสร้างสารที่เป็นประโยชน์ต่อไรโซเบียม เช่น Cytophaga ซึ่งย่อยสลายเซลลูโลสให้เป็นอาหารของไรโซเบียม- อินทรียวัตถุ ถ้ามีมากจะทำให้ไรโซเบียมมีชีวิตอยู่ในดินได้นานโดยไม่ต้องอาศัยพืชตระกูลถั่ว แต่สารอินทรีย์ที่เป็นพิษต่อไรโซเบียม เช่น กรดฟีโนลิก จะทำให้การเจริญของไรโซเบียมหยุดชะงักและเกิดการกลายพันธุ์ได้- บริเวณไรโซสเฟียร์ของพืช  สารอินทรีย์ที่ปล่อยออกมาจากรากพืชชนิดอื่นมีประโยชน์ต่อไรโซเบียมเช่นกัน เช่น สารที่ปล่อยออกมาจากรากพืชของพืชวงศ์ Polygonaceae Malvaceae Graminae แต่พืชบางชนิด เช่น ทานตะวัน จะปล่อยสารที่เป็นพิษต่อไรโซเบียม - ฤดูกาลและการใช้พื้นที่ พื้นที่ป่าที่ไม่ถูกรบกวนมีไรโซเบียมน้อยกว่าพื้นที่ทำการเกษตร ประชากรของไรโซเบียมในดินในฤดูหนาวจะต่ำกว่าฤดูฝนและฤดูแล้ง - สารปราบศัตรูพืช ทำให้การเจริญของไรโซเบียมหยุดะงักหรือเกิดการกลายพันธุ์ โดยเฉพาะสารกำจัดวัชพืช 

**การใช้ประโยชน์**
 การใช้เป็นปุ๋ยพืชสด โดยนำไปคลุกกับพืชตระกูลถั่วก่อนปลูกเป็นปุ๋ยพืชสด - การเพิ่มประสิทธิภาพของไรโซเบียมโดยการปรับปรุงพันธุ์หรือใช้ร่วมกับแบคทีเรียชนิดอื่น เช่น แบคทีเรียที่ผลิตยาปฏิชีวนะเพื่อเพิ่มการยึดครองพื้นที่และการเกิดปม หรือการการถ่ายฝากยีน nif จากไรโซเบียมไปยังพืช- การตัดต่อยีนที่ย่อยสลายสารพิษเข้าสู่ไรโซเบียม เพื่อให้ไรโซเบียมนั้นย่อยสลายสารพิษได้ด้วย เช่น การเพิ่มยีนที่ย่อยสลาย ไตรคลอโรเอทิลีน เข้าสู่ไรโซเบียมทำให้ไรโซเบียมนั้นย่อยสลายสารพิษได้

**อ้างอิง**

**แหล่งข้อมูลอื่น**
  Current research on Rhizobium leguminosarum at the Norwich Research Park
หมวดหมู่:สกุลแบคทีเรีย