การใช้จุลินทรีย์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของพืชในการบำบัดการปนเปื้อน
โลหะหนักในสิ่งแวดล้อม

ปัญหาการปนเปื้อนโลหะหนักในดินและน้ำ เป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมที่สำคัญที่ทวีความรุนแรงขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งสาเหตุส่วนใหญ่มักมาจากการทำเหมืองแร่ หรือจากกากของเสียของโรงงานอุตสาหกรรม สำหรับในประเทศไทยที่ผ่านมาก็มีรายงานการปนเปื้อนโลหะหนักที่รุนแรงในหลายพื้นที่ เช่น การปนเปื้อนสารแคดเมียมในห้วยแม่ตาว จังหวัดตาก การปนเปื้อนสารตะกั่วในห้วยคลิตี้ จังหวัดกาญจนบุรี และการปนเปื้อนสารหนูในอำเภอร่อนพิบูลย์ จังหวัดนครศรีธรรมราช เป็นต้น แม้ว่าที่ผ่านมาเรามักใช้วิธีทางกายภาพและเคมีในการบำบัดการปนเปื้อนโลหะหนัก เช่น การกรอง การตกตะกอนทางเคมี การแยกกรองด้วยไฟฟ้า เป็นต้น (Dermont et al., 2008) แต่ในปัจจุบันการบำบัดด้วยวิธีทางชีวภาพกำลังได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากเป็นวิธีที่ปลอดภัย มีค่าใช้จ่ายต่ำ และไม่ก่อให้เกิดสารพิษตกค้างในพื้นที่บำบัด หนึ่งในนั้นก็คือวิธีการบำบัดด้วยพืช (phytoremediation) ซึ่งเป็นเทคนิคการนำพืชมาใช้ช่วยดูดโลหะหนักจากดินและน้ำที่ปนเปื้อนขึ้นไปสะสมไว้ที่ใบ ลำต้น หรือรากของพืช หลังจากนั้นจึงค่อยนำส่วนต่างๆ ของพืชไปเผาหรือฝังกลบต่อไป ดังนั้นพืชที่เหมาะสมในการนำมาใช้นั้นจึงควรเป็นพืชที่มีความทนทานต่อโลหะหนักและสามารถสะสมโลหะหนักได้ในปริมาณมาก (Raskin et al., 1997) และเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเทคนิคนี้ ให้ดียิ่งขึ้นจึงมีการนำสารเคมีบางชนิด เช่น EDTA (Ethylene diamine tatra-acitic acid) มาใช้ร่วมด้วย เนื่องจาก EDTA จะไปเปลี่ยนโลหะหนักให้อยู่ในรูปที่พืชสามารถดูดผ่านระบบรากได้ แต่ข้อเสียของ EDTA คือ สารนี้มีความเป็นพิษต่อทั้งพืชและจุลินทรีย์ที่มีประโยชน์ในดิน (Meers et al., 2008; Mühlbachová, 2009)

จากการศึกษาวิจัยในลำดับต่อมาได้ค้นพบว่าจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่บริเวณรากพืชบางชนิดมีคุณสมบัติทั้งช่วยเพิ่มอัตราการเจริญของพืชและช่วยเปลี่ยนโลหะหนักให้อยู่ในรูปที่พืชสามารถดูดซึมผ่านรากได้ ซึ่งคุณสมบัติทั้งสองนี้นอกจากจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเทคนิคการบำบัดด้วยพืช ในการบำบัดการปนเปื้อนโลหะหนักแล้ว สารต่างๆ ที่จุลินทรีย์สร้างขึ้นนี้ยังมีความเป็นพิษต่ำและถูกย่อยสลายตามธรรมชาติได้ง่ายด้วย (Glick, 2010; Ma et al., 2011; Wenzel, 2009) สำหรับสารที่จุลินทรีย์สร้างขึ้นที่พบว่าสามารถช่วยเพิ่มอัตราการเจริญของพืช ได้แก่ siderophore ซึ่งจะจับกับเหล็กในดินให้อยู่ในรูปที่พืชสามารถดูดซึมได้ indole-3-acetic acid (IAA) ซึ่งเป็นฮอร์โมนพืชประเภทออกซินชนิดหนึ่ง และ 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) deaminase ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ช่วยลดปริมาณ ethylene ในพืชโดยการเปลี่ยน ACC ซึ่งเป็นสารตั้งต้นในการสร้าง ethylene ให้กลายเป็น α-ketobutyrate และ ammonia (Glick et al., 2007; Hayat et al.; 2010; Lebeau et al., 2008) ส่วนสารที่จุลินทรีย์สร้างขึ้นที่ช่วยเปลี่ยนโลหะหนักให้อยู่ในรูปที่พืชสามารถดูดซึมผ่านรากได้นั้น ได้แก่ กรดอินทรีย์ชนิดต่างๆ เช่น กรดออกซาลิก กรดซิตริก กรดฟอร์มิก ซึ่งจะช่วยให้ดินมีความเป็นกรดมากขึ้นส่งผลให้โลหะหลักสามารถละลายน้ำได้มากขึ้น นอกจากนั้นทั้ง siderophore และกรดอินทรีย์เองยังมีคุณสมบัติเป็น chelator ของโลหะหนัก จะช่วยให้พืชสามารถดูดซึมโลหะหนักได้ดียิ่งขึ้นด้วย (Gadd, 2000; Rajkumar et al., 2010; Uroz et al., 2009) ดังนั้นการศึกษาวิจัยเกี่ยวกับกลไกการสร้างสารเหล่านี้ในจุลินทรีย์ รวมทั้งการคัดเลือกจุลินทรีย์ที่มีคุณสมบัติในการผลิตสารต่างๆ เหล่านี้ได้ดี จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเทคนิค phytoremediation ในการบำบัดการปนเปื้อนโลหะหนักในสิ่งแวดล้อมให้ดีมากยิ่งขึ้นต่อไป

เอกสารอ้างอิง

• Dermont G, Bergeron M, Mercier G, Richer-Lafl?che M. Soil washing for metal removal: A review of physical/chemical technologies and field applications. J Hazard Mater 2008; 152:1-31.
• Gadd GM. Bioremedial potential of microbial mechanisms of metal mobilization and immobilization. Curr Opin Biotechnol 2000; 11:271–9.
• Glick BR, Todorovic B, Czarny J, Cheng Z, Duan J, McConkey B. Promotion of plant growth by bacterial ACC deaminase. Crit Rev Plant Sci 2007; 26:227–42.
• Glick BR. Using soil bacteria to facilitate phytoremediation. Biotechnol Adv 2010; 28:367–74.
  Hayat R, Ali S, Amara U, Khalid R, Ahmed I. Soil beneficial bacteria and their role in plant growth promotion: a review. Ann Microbiol 2010; 60:579–98.
• Lebeau T, Braud A, Jézéquel K. Performance of bioaugmentation-assisted phytoextraction applied to metal contaminated soils: a review. Environ Pollut 2008; 153:497–522.
• Ma Y, Prasad MNV, Rajkumar M, Freitas H. Plant growth promoting rhizobacteria and endophytes accelerate phytoremediation of metalliferous soils. Biotechnol Adv 2011; 29:248–58.
• Mühlbachová G. Microbial biomass dynamics after addition of EDTA into heavy metal contaminated soils. Plant Soil Environ 2009; 55:544–50.
• Raskin I, Smith RD, Salt DE. Phytoremediation ofmetals: using plants to remove pollutants from the environment. Curr Opin Biotechnol 1997; 8:221–6.
• Rajkumar M, Ae N, Prasad MNV, Freitas H. Potential of siderophore-producing bacteria for improving heavy metal phytoextraction. Trends Biotechnol 2010; 28:142–9.
• Uroz S, Calvaruso C, Turpault MP, Frey-Klett P. Mineral weathering by bacteria: ecology, actors and mechanisms. Trends Microbiol 2009; 17:378–87.
• Wenzel WW. Rhizosphere processes and management in plant-assisted bioremediation (phytoremediation) of soils. Plant Soil 2009; 321:385–408.
• Meers E, Tack FM, Van Slycken S, Ruttens A, Du Laing G, Vangronsveld J, Verloo MG. Chemically assisted phytoextraction: a review of potential soil amendments for increasing plant uptake of heavy metals. Int J Phytoremediation. 2008; 10:390–414.