เอกสาร เรื่อง การปรับปรุงพันธุ์พืช

พีระศกั ดิ์ ศรนี เิ วศน์ และคณะ ศาสตร์ดา้ นการปรบั ปรงุ พนั ธพุ์ ชื และความส�ำ คัญต่อมนษุ ยชาติศาสตรด์ า้ นการปรับปรงุ พันธ์พุ ืชและความส�ำ คญั ต่อมนุษยชาติ พรี ะศักด์ิ ศรนี ิเวศน1์ * พชั รนิ ทร์ ตญั ญะ1 ประกจิ สมทา่ 11 ภาควชิ าพืชไร่นา คณะเกษตร กำ�แพงแสน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตก�ำ แพงแสน จ.นครปฐม 73140, *Email: [email protected]บทคดั ย่อ มนุษยชาติดำ�รงชีวิตอยู่ได้ด้วยปัจจัยส่ี ได้แก่ อาหาร เครื่องนุ่งห่ม ที่อยู่อาศัย และยารักษาโรค ซ่ึงได้มาจากพืชท้ังทางตรงและทางอ้อม นอกจากน้ี พืชยังเป็นวัตถุดิบท่ีใช้ผลิตพลังงานในรูปแบบต่างๆ ท่ีมีศักยภาพท่ีจะทดแทนพลังงานจากฟอสซิลโดยอุตสาหกรรมที่เก่ียวเนื่องกับปัจจัยสี่และพลังงานต้องใช้พันธ์ุพืชท่ีเฉพาะเจาะจง การปรับปรุงพันธ์ุพืชจึงเป็นศาสตร์ท่ีสร้างจุดเร่ิมต้นของการผลิตพืชที่นำ�ไปสู่ผลิตภัณฑ์และอุตสาหกรรมต่อเน่ืองท่ีหลากหลาย นักปรับปรุงพันธ์ุพืชจึงเป็นนักประดิษฐ์พันธ์ุพืชใหม่ท่ีต้องมีความรู้กว้างขวาง เพ่ือมองหาศาสตร์ใหม่ๆ ท่ีอาจนำ�มาใช้สนับสนุนการปรับปรุงพันธ์ุพืชให้มีประสิทธิภาพยิ่งข้ึน เอกลักษณ์ของศาสตร์ด้านการปรับปรุงพันธ์ุพืชนี้ทำ�ให้นักศึกษาในสาขาเกษตรศาสตร์มีความสนใจที่จะศึกษากันมาก ประกอบกับภาคเอกชน (บริษัทเมล็ดพันธุ์พืช) และภาครัฐท่ีทำ�หน้าท่ีด้านการวิจัยการเกษตรก็มีความต้องการนักปรับปรุงพันธุ์พืชจำ�นวนมากเพื่อสร้างพันธุ์พืชใหม่ให้บริษัทและหน่วยงานอันเป็นงานหนึ่งในไม่กี่สาขาด้านเกษตรศาสตร์ท่ีเป็นรปู ธรรมและจบั ตอ้ งไดอ้ ยา่ งแทจ้ รงิค�ำ ส�ำ คญั : การปรบั ปรุงพันธ์พุ ชื ปจั จยั สี่ อตุ สาหกรรมเกษตร มนุษยชาติABSTRACT Humankind has been thriving on the four necessities, viz. food, clothing, shelter and medicine whichare derived principally from plants. Besides, plants are raw materials for various forms of energy that canpotentially substitute fossil fuels. These industries require specific varieties of plants. Thus plant breedingis regarded as the science that initiates plant production to diversify produce and related industry. A plantbreeder is considered an inventor of new plant cultivars who must have broad knowledge enough to lookfor new science that may be applicable to more efficiency plant breeding. Identity in plant breeding scienceprompts the interest of students in agriculture to study in plant breeding. Plant breeders are in high demandfrom the private sector (seed companies) and government sector responsible for agricultural research. Theyare expected to develop new plant cultivars, which are among a few touchable objects done by agriculturalscientists.Keywords: Plant Breeding, The Four Necessities, Agro-industry, Humankind46 วารสารสถาบันวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยีชนั้ สงู ปที ี่ 1 ฉบับที่ 1 มนี าคม 2558 หน้าท่ี 46-64

พรี ะศกั ดิ์ ศรนี ิเวศน์ และคณะ ศาสตรด์ า้ นการปรบั ปรุงพันธุ์พชื และความสำ�คญั ต่อมนุษยชาติ1. ที่มาและความสำ�คัญ เขียวซึ่งเป็นผลจากงานวิจัยด้านวิทยาศาสตร์เกษตรช่วยเพิ่ม ผลผลิตพืชและทำ�ให้เกิดอุตสาหกรรมเกษตรอ่ืนๆ ตามมา 1.1 ประชากรและอาหาร ด้วย เช่น อุตสาหกรรมแปรรูปอาหารอุตสาหกรรมอาหาร มนุษย์เร่ิมทำ�การเพาะปลูกพืชเม่ือประมาณ 10,000 สัตวแ์ ละการเล้ียงสัตว์ เป็นต้น การปฏิวัติเขยี วท�ำ ให้เกษตรกรปีที่ผ่านมาในบริเวณตะวันตกของทวีปเอเชีย หลังจากนั้นอีก ทั่วโลกประสบความสำ�เร็จในการผลิตพืช โดยการใช้เพียงสองถึงสามร้อยปี บริเวณอื่นๆ ของโลกก็มีการเพาะปลูก เทคโนโลยีการปรับปรุงพันธุ์พืช การผลิตและกระจายเมล็ดพืชเกิดขึ้นอย่างต่อเน่ืองควบคู่ไปกับการเพ่ิมขึ้นของประชากร พันธ์ุสู่เกษตรกร การชลประทาน เคร่ืองจักรกลการเกษตรปัจจุบันนี้โลกมีจำ�นวนประชากรประมาณ 7,200 ล้านคน ปุ๋ยเคมี และสารเคมีป้องกันกำ�จัดศัตรูพืช ทำ�ให้มีการขยายและคาดว่าจะเพ่ิมเป็น 8,100 ล้านคนในอีก 12 ปี และ พ้ืนท่ีปลูกและการเพิ่มผลผลิตต่อหน่วยพ้ืนท่ีเป็นอย่างมากเพ่ิมข้ึนถึง 9,600 ล้านคน ภายในปี พ.ศ.2593 [1] การ อย่างไรก็ตาม การปฏิวัติเขียวก็ส่งผลเสียต่อการเกษตรด้วยเพ่ิมข้ึนของจำ�นวนประชากรโลกเป็นปัญหาและความท้าทาย เช่นกัน เพราะการใช้ปุ๋ยเคมีและสารเคมีป้องกันกำ�จัดศัตรูพืชท่ียิ่งใหญ่ของนักวิทยาศาสตร์เกษตรท่ีจะต้องเพ่ิมการผลิต อย่างต่อเนื่องทำ�ให้พ้ืนที่ปลูกบางส่วนเส่ือมสภาพ และอาหารให้เพียงพอกับความต้องการของประชากร รวมทั้งลด ทำ�ลายระบบนิเวศและสภาพแวดล้อม การชลประทานก็มีผลการขาดแคลนอาหารในบางพ้ืนท่ีของโลกท่ีประสบอยู่ใน ทำ�ให้พื้นที่การเกษตรมีดินเค็มเพ่ิมมากขึ้นเนื่องจากเกลือที่ปัจจุบันนักวิชาการคาดการณ์ว่าในปี พ.ศ.2573 ความ ละลายอยู่ในดินช้ันล่างเคล่ือนที่มาอยู่บนผิวดินทั้งยังทำ�ให้ต้องการผลผลิตทางการเกษตรจะเพิ่มขึ้นอีกประมาณร้อยละ ธาตุฟอสฟอรัสท่ีจะนำ�มาใช้ผลิตปุ๋ยเคมีในอนาคตมีปริมาณ50 ของความตอ้ งการในปัจจบุ นั [2] ในคร่ึงศตวรรษท่ีผา่ นมา ลดน้อยลงด้วย ดังนั้นในปัจจุบันและอนาคตการเพิ่มผลผลิตมนุษย์สามารถผลิตอาหารเพิ่มให้เพียงพอกับความต้องการได้ พืชโดยการเพ่ิมพื้นที่ปลูกจึงไม่น่าจะเป็นไปได้หรือทำ�ได้แม้ว่าจำ�นวนประชากรจะเพิ่มข้ึนมาก อย่างไรก็ตาม น้อยลง อีกทั้งการเปล่ียนแปลงสภาพแวดล้อมที่เริ่มต้นต้ังแต่ประชากรโลกบางส่วนก็ยังไม่สามารถเข้าถึงแหล่งอาหารได้ ช่วงต้นศตวรรษท่ี 19 ก็เริ่มส่งผลรุนแรงขึ้นเร่ือยๆในปัจจุบันอย่างเพยี งพอทั้งในด้านปรมิ าณและคุณภาพ และจะรุนแรงย่ิงขึ้นในอนาคต ทำ�ให้พ้ืนที่ท่ีเหมาะสมกับการ ประชากรโลกประมาณ 2,000 ล้านคนยังอยู่ในสภาพ ปลกู พืชมนี ้อยลง อนั เน่ืองจากสภาพฝนแล้ง อากาศหนาวเยน็ทุพโภชนาการ การปฏิวัติการเกษตร (Agriculture อุณหภูมิสูงนํ้าท่วม และดินเค็มรวมทั้งการระบาดของโรคRevolution) ในศตวรรษที่ 19 และการปฏิวัติเขียว (Green และแมลงต่างๆ ท่ีเพ่ิมข้ึน การเพ่ิมการผลิตพืชในอนาคตจึงRevolution) ในศตวรรษที่ 20 ทำ�ให้เราสามารถเพ่ิมการ จำ�เป็นต้องเพิ่มผลผลิตต่อหน่วยพื้นที่ให้มากขึ้น โดยใช้ผลิตอาหารได้อย่างเพียงพอ โดยเฉพาะอย่างย่ิงการปฏิวัติ เทคโนโลยีตา่ งๆ ทางการเกษตรรว่ มกบั ศาสตร์อนื่ ๆรปู ที่1: ความต้องการเพมิ่ ผลผลิตขา้ วให้ทนั กับความตอ้ งการของผ้บู ริโภค ในปี ค.ศ. 2035 (www.thegsr.org)วารสารสถาบันวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยีช้นั สูง ปีที่ 1 ฉบบั ท่ี 1 มีนาคม 2558 หนา้ ที่ 46-64 47

พรี ะศกั ด์ิ ศรนี ิเวศน์ และคณะ ศาสตรด์ า้ นการปรับปรงุ พันธพ์ุ ชื และความส�ำ คัญตอ่ มนษุ ยชาติ พันธ์ุพืชคือหน่ึงในปัจจัยที่สำ�คัญที่สุดในการเพิ่ม เศรษฐกิจที่สูงท่ีสุดอีกด้วย โดยตลาดธุรกิจเมล็ดพันธุ์ในผลผลิตทางการเกษตร พันธ์ุพืชใหม่โดยเฉพาะอย่างยิ่งพันธุ์ ประเทศต่างๆ ของโลกรวมกันมีมูลค่าประมาณ 45 พันล้านข้าว ข้าวสาลี และข้าวโพด ท่ีให้ผลผลิตสูง ต้นเตี้ยและ เหรียญสหรัฐ [3] ส่วนมูลค่าตลาดธุรกิจเมล็ดพันธ์ุระหว่างต้านทานการหักล้ม ต้านทานต่อโรคและแมลง เช่น พันธุ์ข้าว ประเทศมีมูลค่าประมาณ 19 พันล้านเหรียญสหรัฐ [3] และIR8 หรือที่เรียกกันว่า “ข้าวมหัศจรรย์ (miracle rice)” ท่ี เน่ืองจากพันธ์ุพืชและเมล็ดพันธ์ุเป็นปัจจัยการผลิตขั้นต้นที่พัฒนาขึ้นในช่วงการปฏิวัติเขียวนั้นทำ�ให้ผลผลิตของพืช กำ�หนดผลผลิตและกำ�ไรจากการผลิตพืชท่ีเกษตรกรจะได้รับเหล่าน้ีเพ่ิมข้ึนอย่างไม่เคยมีมาก่อน ความจำ�เป็นในการเพ่ิม พันธุ์พืชท่ีดีและเมล็ดพันธุ์ท่ีมีคุณภาพมาตรฐานจึงเป็นความผลผลิตข้าวเพื่อให้เพียงพอต่อการเพิ่มข้ึนของประชากรโลก ต้องการเบื้องต้นของการผลิตพืช แม้ว่าการซ้ือขายในแตล่ ะปี แสดงไวใ้ นรูปที่ 1 แลกเปลี่ยนเมล็ดพันธุ์พืชได้กำ�เนิดขึ้นพร้อมๆ กับการปลูก 1.2 พันธ์พุ ชื และธรุ กจิ เมลด็ พนั ธุ์ พืชเพ่ือการค้า แต่ธุรกิจเมล็ดพันธ์ุพืชเริ่มมีบทบาทในการ พืชเป็นแหล่งของอาหารท่ีสำ�คัญที่สุดของมนุษย์ การ พัฒนาพันธุ์พืชอย่างจริงจังในช่วงหลังการปฏิวัติเขียว หรือผลิตพืชจึงมีความสำ�คัญอย่างยิ่ง การผลิตพืชต้ังแต่ช่วงการ ในช่วงประมาณ 40-50 ปีท่ีผ่านมา โดยพันธ์ุพืชที่ได้รับการปฏิวัติเขียวจนถึงปัจจุบันได้ก่อให้เกิดธุรกิจต่างๆ ท่ีเกี่ยวข้อง พัฒนาปรับปรุงโดยบริษัทเมล็ดพันธุ์ส่วนใหญ่เป็นลูกผสมชั่วที่มากมาย ต้ังแต่ต้นจนถึงปลายห่วงโซ่การผลิต ในธุรกิจ 1 (F1 hybrid) โดยเฉพาะอย่างย่ิงเมล็ดพันธุ์พืชผสมข้ามต้นการเกษตรต่างๆ นั้นธุรกิจเมล็ดพันธุ์พืชถือได้ว่าเป็นธุรกิจท่ี (cross-pollinating crop) ไดแ้ ก่ ข้าวโพด ทานตะวัน มะเขอืสำ�คัญที่สุดของห่วงโซ่การผลิตพืช และอาจมีมูลค่าทาง เทศ แตงโม รวมทั้งผกั และไม้ดอกอกี หลายชนิด รูปท่ี 2: ปรมิ าณและมลู คา่ ของเมล็ดทนี่ �ำ เขา้ และส่งออกของประเทศไทย ระหวา่ งปี ค.ศ. 2008-2012 ประเทศไทยเป็นผู้ผลิตและส่งออกเมล็ดพันธุ์พืชที่ รวมมูลค่าประมาณ 28.6 ล้านเหรียญสหรัฐ [4a, b] ดังน้ันสำ�คัญของทวีปเอเชีย ปริมาณการใช้เมล็ดพันธ์ุในประเทศมี ประเทศไทยจึงได้รับผลกำ�ไรจากการผลิตและจำ�หน่ายเมล็ดมูลค่าประมาณ 1,000 ล้านเหรียญสหรัฐ ในด้านการส่งออก พันธุ์ ตลาดส่งออกเมล็ดพันธ์ุที่สำ�คัญของไทยได้แก่ เวียดนามเมล็ดพันธุ์พืช ประเทศไทยอยู่ในอันดับ 3 ของทวีปเอเชีย ปากสี ถาน ศรีลงั กา อินโดนีเซยี และกมั พชู า ธรุ กจิ เมลด็ พนั ธ์ุเป็นรองเพียงประเทศจีนและญี่ปุ่นเท่าน้ัน และเป็นอันดับ 12 ของไทยมีเกษตรกรท่ีเก่ียวข้องกับการผลิตเมล็ดพันธุ์จำ�นวนของโลก โดยในปี 2555 ประเทศไทยส่งออกเมล็ดพันธุ์ ประมาณ 40,000 ครัวเรือน แต่ละครัวเรือนมีรายได้ปริมาณ 18,383 ตนั รวมมูลคา่ ประมาณ 130.1 ล้านเหรียญ 16,000-480,000 บาทต่อเดือนต่อพื้นท่ี 1 ไร่ ซึ่งสร้างสหรัฐ ดังรูปท่ี 2 และนำ�เข้าเมล็ดพันธุ์ปริมาณ 6,056 ตัน รายได้ให้กับเกษตรกรเป็นอย่างดี รัฐบาลจึงมีนโยบายส่งเสริม48 วารสารสถาบันวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยชี ้นั สงู ปที ี่ 1 ฉบบั ที่ 1 มนี าคม 2558 หนา้ ที่ 46-64

พีระศกั ดิ์ ศรีนเิ วศน์ และคณะ ศาสตร์ดา้ นการปรบั ปรงุ พันธุ์พืชและความสำ�คัญต่อมนษุ ยชาติอตุ สาหกรรมเมลด็ พันธ์ุเพ่อื การสง่ ออก โดยมนี โยบาย “Seed ซ่ึงส่วนใหญ่เป็นเกษตรกรผู้ปลูกพืชเหล่าน้ันได้พัฒนาพันธุ์พืชHub” สำ�หรับส่งเสริมและอำ�นวยความสะดวกในการส่งออก หลายชนิดจนเป็นเอกลักษณ์หน่ึงเดียวในโลก เช่น ข้าวพันธุ์เมล็ดพันธ์ุ และจัดต้ัง “Seed Cluster” สำ�หรับสนับสนุน ขาวดอกมะลิ 105 สงั ขห์ ยด ลืมผัว มะขามหวานพันธหุ์ ม่นื จงการวิจัยและพัฒนาพันธ์ุพืช และเทคโนโลยีการผลิตเมล็ด สีชมพู อินทผาลัม มะม่วงพันธ์ุน้ําดอกไม้ เขียวเสวย ทุเรียนพันธุ์โดยมีกรมวิชาการเกษตรและศูนย์พันธุวิศวกรรมและ พันธุ์หมอนทอง ลำ�ไยพันธุ์กะโหลก กล้วยไม้หวายพันธุ์เทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติเป็นผู้รับผิดชอบนโยบายดังกล่าว ปอมปาดวั ฯลฯ พชื บางชนดิ แมจ้ ะไมไ่ ดม้ ถี น่ิ ก�ำ เนดิ อยใู่ นประเทศซึ่งรัฐบาลคาดหวังว่า Seed Hubและ Seed Clusterจะทำ� ไทย แต่การท่ีนักปรับปรุงพันธุ์พืชของไทยมีความสามารถสูงให้ไทยเป็นศูนย์กลางการผลิตและส่งออกเมล็ดพันธ์ุพืชของ ทำ�ให้มีการพัฒนาพันธ์ุพืชใหม่ๆ ให้เกษตรกรผลิต จนทวปี เอเชียในอนาคต ประเทศไทยเป็นผู้ผลิตหรือผู้ส่งออกรายใหญ่ของโลก เช่น ประเทศไทยซึ่งเป็นประเทศผู้ส่งออกสินค้าเกษตรใน ออ้ ย ยางพารา มนั สำ�ปะหลัง ขา้ วโพดถัว่ เขียว ผักตา่ งๆ ฯลฯล�ำ ดับตน้ ๆ ของโลก เป็นแหลง่ ความแปรปรวน (Center of ตัวอย่างพันธุ์พืชที่ได้รับการปรับปรุงโดยหน่วยงานราชการdiversity)ของพืชเศรษฐกิจที่สำ�คัญหลายชนิด เช่น ข้าว โดยเฉพาะมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ แสดงไว้ในรปู ที่ 3 และกล้วย พืชตระกูลอ้อย กล้วยไม้ พืชวงศ์ขิง มะม่วง ส้มโอ 4มะขาม ขนนุ ลำ�ไย ฯลฯ นกั ปรับปรงุ พนั ธพ์ุ ชื ของไทยในอดตี รูปที่ 3: ตวั อย่างพันธพุ์ ืชไร่ท่ปี รับปรุงโดยมหาวทิ ยาลยั เกษตรศาสตร์ ก. ข้าวพนั ธ์ุ เจ้าหอมนลิ ข. ข้าวพันธ์ุ ไรซเ์ บอร์ร่ ี ค. ขา้ วโพดหวานพนั ธุ์ อนิ ทรี 2 ง. มันส�ำ ปะหลังพันธุ์ เกษตรศาสตร์ 50 จ. มันส�ำ ปะหลังพันธุ์ หว้ ยบง 60 ฉ. มันส�ำ ปะหลงั พนั ธุ์ หว้ ยบง 80 ช. คำ�ฝอยไรห้ นามพนั ธ์ุ พานทอง ซ. ถ่ัวเขียวพนั ธก์ุ ำ�แพงแสน 1 ฌ. ถวั่ เขียวพันธุก์ �ำ แพงแสน 2วารสารสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยชี ้ันสูง ปีท่ี 1 ฉบบั ที่ 1 มีนาคม 2558 หน้าที่ 46-64 49

พีระศกั ดิ์ ศรีนเิ วศน์ และคณะ ศาสตร์ด้านการปรบั ปรงุ พนั ธพ์ุ ืชและความส�ำ คญั ตอ่ มนุษยชาติรปู ท่ี 4: ตัวอย่างพนั ธผ์ุ ักและไม้ผลท่ีปรบั ปรุงโดยมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ค. มะเขอื เทศเชอรรพี่ นั ธุ์ CH 154 ก. ขมน้ิ ชันพนั ธ์แุ ดงสยาม ข. ถ่ัวพพู ันธุ์ TVRC 070 ง. พริกพันธ์ุ TVRC 758 จ. พริกหยวกพนั ธุ์ TVRC 651 ฉ. พริกพนั ธ์ุ PT 4225 ช. แอปเป้ลิ เมล่อนพันธุ์ Green first ซ. ฝรัง่ พนั ธุห์ วานพิรณุ ฌ. หมอ่ นพนั ธ์ุกำ�แพงแสน 42 ญ. พชี้ หรอื ทอ้ พันธทุ์ รอปิคบวิ้ ตี ้ ฎ. มะกอกฝร่ังพนั ธมุ์ ันก�ำ แพงแสน 1.3 นักปรับปรงุ พันธ์ุพืชกบั การเกษตร พืชใหม่ๆ สำ�หรับอนาคตก็เป็นหน้าท่ีของนักปรับปรุงพันธุ์ พืช (plant breeder) ในอดตี ท่ีผ่านมา การปรบั ปรุงพันธพ์ุ ืช ดังท่ีได้กล่าวมาแล้วในตอนต้นว่าการเพ่ิมการผลิตพืช ที่ทำ�ให้ผลผลิตพืชเพ่ิมข้ึนอย่างมากจนเกิดการปฏิวัติเขียวให้เพียงพอกับความต้องการของประชากรโลกท่ีเพ่ิมขึ้นในอนาคตจำ�เป็นจะต้องเพิ่มผลผลิตต่อหน่วยพ้ืนท่ีให้มากข้ึน ได้แก่ การปรับปรุงพันธ์ุข้าวสาลีและข้าว ท่ีมีลักษณะต้นเต้ียโดยใช้เทคโนโลยีต่างๆ ทางการเกษตร เริ่มจากใช้พันธุ์พืชที่ ต้านทานการหักล้มให้ผลผลิตสูง สุกแก่เร็ว และตอบสนองให้ผลผลิตสูง ทนทานต่อสภาพแวดล้อม โรคและแมลง เป็น ต่อปัจจัยการผลิต และการพัฒนาพันธุ์ลูกผสม (hybridปัจจัยหลักในการเพิ่มผลผลิต โดยหน้าที่ในการพัฒนาพันธุ์ varieties) ในข้าวโพดและข้าว ที่ทำ�ให้ผลผลิตเพิ่มสูงขึ้น50 วารสารสถาบนั วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีชนั้ สงู ปีที่ 1 ฉบบั ที่ 1 มนี าคม 2558 หนา้ ท่ี 46-64

พีระศกั ด์ิ ศรนี เิ วศน์ และคณะ ศาสตร์ดา้ นการปรับปรุงพนั ธุ์พืชและความส�ำ คัญต่อมนุษยชาติอย่างมาก ตัวอย่างเช่น การพัฒนาข้าวพันธุ์ IR8 หรือที่เรียก สภาพแวดล้อมและศัตรูพืชได้ในอนาคต เช่น ในปี 2553กันโดยท่ัวไปว่า “ข้าวมหัศจรรย์ (miracle rice)” ในช่วง นักวิทยาศาสตร์ของ International Rice Researchทศวรรษ 1960 ซึ่งทำ�ให้เกิดการขยายพื้นที่ปลูกข้าวในทวีป Institute พบว่า ผลผลิตของข้าวพันธ์ุ IR8 ในปัจจุบันลดลงเอเชียอย่างมโหฬาร อีกตัวอย่างหน่ึง ได้แก่ การใช้เทคโนโลยี ร้อยละ 15 เม่ือเทียบกับผลผลิตที่เคยได้รับในช่วงทศวรรษใหม่ๆ ในการพัฒนาพันธุ์ข้าวโพดลูกผสม (รูปที่ 5) ซ่ึงเห็นได้ 1960 เน่ืองจากไม่สามารถปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมในชัดว่าเทคโนโลยีท่ีเกิดขึ้นใหม่ทำ�ให้นักปรับปรุงพันธุ์พืช ปัจจุบันได้ [5] ดังนั้น นักปรับปรุงพันธุ์พืชจึงต้องทำ�งานสามารถสร้างพันธุ์ข้าวโพดที่ให้ผลผลิตสูงขึ้นกว่าพันธ์ุเดิมซ่ึง ตลอดเวลาเพื่อให้มีพันธ์ุพืชใหม่ๆ ที่ผลผลิตสูงเท่าเดิมหรือสูงเป็นพันธุ์ผสมเปิด (open-pollinated varieties) อย่าง กว่าเดิม มีความต้านทานโรคและแมลง หรือให้มีลักษณะที่ต่อเน่ือง ต้ังแต่เทคโนโลยีการผลิตลูกผสมคู่ (double-cross เปลี่ยนไปตามความต้องการของผู้บริโภค โดยใช้เทคโนโลยีhybrid) ลูกผสมเด่ียว (single-cross hybrid) และ ใหม่ๆ ที่มีการเปล่ียนแปลงอยู่เสมอ เช่น การใช้เทคโนโลยีเทคโนโลยีชีวภาพ (biotechnology และ genetically พันธุวิศวกรรมในการพัฒนาพันธ์ุพืชตัดต่อพันธุกรรมmodified organism, gmo) โดยการใชเ้ ทคโนโลยชี ีวภาพให้ (genetically modified plant; GMP) ซึ่งท�ำ ให้ได้ผลผลิตท่ีการตอบสนองสูงสุด อย่างไรก็ตามเนื่องจากสภาพแวดล้อม สูงข้ึน หรือมีคุณค่าทางโภชนาการมากข้ึน การปรับปรุงพันธ์ุโรคและแมลงศัตรูพืชมีการเปล่ียนแปลงหรือมีวิวัฒนาการ พืชจึงมีส่วนสำ�คัญอย่างย่ิงต่อความมั่นคงทางอาหารของอยู่ตลอดเวลา ทำ�ให้พันธุ์พืชท่ีให้ผลผลิตสูงและต้านทานโรค มนษุ ย์และแมลงในปัจจุบัน อาจให้ผลผลิตต่ําลงและอ่อนแอต่อ รปู ที่ 5: การเพ่ิมผลผลิตต่อหน่วยพื้นท่ี (กก./เฮกแตร์ และ บุเชลต่อเอเคอร์)ของข้าวโพดในสหรัฐอเมริการะหว่างปี ค.ศ. 1985-2000 แยกตามเทคโนโลยที ีใ่ ชป้ รบั ปรงุ พันธ์ุ (www.biofortified.org) *ผลผลิตข้าวโพดแสดงเป็นหน่วย คือ กก./เฮกตาร์ และบุเชลต่อเอเคอร์ (ตัวเอียง) กราฟแสดง regression ของ ผลผลติ บนเทคโนโลยีพนั ธุผ์ สมเปดิ ลูกผสมคู่ ลูกผสมเด่ยี ว และเทคโนโลยีชีวภาพ (รวม gmo) รูปที่ 6: เทคโนโลยชี วี ภาพเปน็ เครื่องมือท่ีสำ�คญั ส�ำ หรับนกั ปรับปรุงพันธุ์พืชยคุ ใหม่ 51วารสารสถาบันวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยชี นั้ สูง ปีที่ 1 ฉบับที่ 1 มีนาคม 2558 หน้าท่ี 46-64

พรี ะศักดิ์ ศรนี เิ วศน์ และคณะ ศาสตรด์ า้ นการปรับปรุงพนั ธุ์พชื และความส�ำ คัญตอ่ มนษุ ยชาติ นักปรับปรุงพันธ์ุพืชคือใคร? ในอดีต ความหมายของ genetics) พันธุศาสตร์สถิติ (statistical genetics) อณูนักปรับปรุงพันธ์ุพืชจำ�กัดอยู่เพียงแค่นักวิทยาศาสตร์ท่ีทำ� ชีววิทยา (molecular biology) และจีโนมิกส์ (genomics)หน้าท่ีสร้างพืชพันธุ์ใหม่หรือพัฒนาเชื้อพันธุกรรมให้ดีขึ้น แต่ ซึ่งทำ�ให้นักปรับปรุงพันธ์ุพืชสามารถเพ่ิมประสิทธิภาพในการในปัจจุบันคำ�จำ�กัดความของนักปรับปรุงพันธ์ุพืชครอบคลุม ใช้ประโยชน์เช้ือพันธุกรรมพืชได้อย่างมาก โดยประมาณถึงนักวิทยาศาสตร์ท่ีมีส่วนร่วมในการพัฒนาพันธุ์พืชโดยผ่าน รอ้ ยละ 50 ของผลผลติ พชื ทเ่ี พม่ิ ขน้ึ ในแตล่ ะชว่ งเวลานน้ั เปน็ ผลการวิจัยด้านการปรับปรุงพันธุ์ [6] ซึ่งเป็นแขนงหนึ่งของ มาจากการปรับปรุงพันธุ์ [7] เนื่องจากการปรับปรุงพันธ์ุพืชวิทยาศาสตร์ การปรับปรุงพันธุ์พืชเร่ิมต้นหลังการค้นพบกฎ เป็นวิทยาศาสตร์ประยุกต์และเกี่ยวข้องกับวิทยาการและของเมนเดล (Mendel’s Laws) หลังจากน้ันการปรับปรุง ศิลปะหลายแขนง (applied and multi-disciplinaryพันธุ์พืชก็มีวิวัฒนาการโดยการซึมซับวิทยาศาสตร์แขนงอ่ืนๆ science) ดังนั้น ความรู้ที่นักปรับปรุงพันธุ์พืชต้องศึกษาจึงมีเชน่ ววิ ัฒนาการพืช (crop evolution) พนั ธุศาสตรป์ ระชากร ความหลากหลาย ได้แก่ พันธุศาสตร์ (ทั้งพันธุศาสตร์พื้นฐานและพันธุศาสตร์ปริมาณ (population and quantitative และอณูพันธุศาสตร์) พฤกษศาสตร์สถิติและการวางแผนการรูปท่ี 7: ตัวอย่างพันธ์ุดีของปาล์มน้ํามัน (ก) สบู่ดำ� (ข) นักปรับปรุงพันธ์ุพืชยังสามารถสร้างพืชชนิดใหม่ๆ โดยการผสมข้าม ชนิด ดงั ตัวอยา่ งในรปู ท่ี ค ถึง ซ เป็นสบดู่ ำ�ประดับ 6 พันธุท์ ีเ่ กดิ จากการผสมข้ามชนิดโดยมหาวิทยาลยั เกษตรศาสตร์52 วารสารสถาบนั วทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยีชนั้ สูง ปีที่ 1 ฉบับที่ 1 มีนาคม 2558 หน้าที่ 46-64

พรี ะศกั ดิ์ ศรนี ิเวศน์ และคณะ ศาสตร์ดา้ นการปรบั ปรุงพันธพุ์ ืชและความส�ำ คัญต่อมนษุ ยชาติทดลอง สรีรวิทยาพืช กีฏวิทยา โรคพืชวิทยา ปฐพีวิทยา พืชให้มีความทันสมัยและสอดคล้องกับความต้องการทั้งของเทคโนโลยีชีวภาพ ชีวเคมี และคอมพิวเตอร์ โดยจะต้องมี ภาครัฐและเอกชนที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาพันธ์ุพืชและการความรู้ความเข้าใจในด้านพันธุศาสตร์ สถิติและการวาง วิจัยด้านการปรับปรุงพันธุ์พืช ยิ่งกว่านั้นความต้องการแผนการทดลองเป็นอย่างดี นอกจากนี้นักปรับปรุงพันธุ์พืช พลังงานในอนาคตหลังแหล่งนํ้ามันดิบหมดไปจากโลกแล้วจะต้องมีความสามารถในการบริหารและจัดการเพ่ือดำ�เนิน จะทำ�ให้มูลค่าของพืชพลังงาน เช่นปาล์มนํ้ามัน และสบู่ดำ�โครงการปรับปรุงพันธุ์ให้ประสบความสำ�เร็จผลลัพธ์ที่สำ�คัญ (รูปที่ 7 ก และ ข) มคี ่าสูงยิ่งข้ึน จนมีนกั เศรษฐศาสตรร์ ะดับของการปรับปรุงพันธุ์พืช คือ พืชพันธุ์ใหม่ท่ีดีกว่าเดิม โลกบางท่านทำ�นายว่า พืชพลังงานจะมีมูลค่าสูงกว่าพืชโดยทั่วไปการพัฒนาพันธ์ุพืชใหม่หนึ่งพันธ์ุใช้ระยะเวลา อาหารในเวลาไม่เกิน 100 ปีข้างหน้า ย่ิงกว่านั้นนักปรับปรุง8-15 ปี หรอื มากกวา่ (ในกรณพี ืชยนื ต้น) ขึ้นอยู่กับชนิดของพชื พันธุ์พืชยังสามารถสร้างพืชชนิดใหม่ๆ ท่ีปกติแล้วไม่สามารถนักปรับปรุงพันธุ์พืชจึงต้องใช้ความอดทนเป็นอย่างมากที่จะ เกิดขึ้นได้ในธรรมชาติ ให้ใช้ประโยชน์ได้หลากหลายยิ่งข้ึนพัฒนาพันธ์ุพืชให้ประสบความสำ�เร็จ แต่ถ้าได้พันธ์ุพืชที่ดีเป็น เช่น การสร้างสบู่ดำ�ประดับจากการผสมพันธ์ุข้ามชนิดท่ีต้องการของเกษตรกรและตลาดแล้ว นักปรับปรุงพันธุ์พืชก็ ระหวา่ ง Jatropha curcas กับ J.integerrima (รปู ท่ี 7 ค-จะมีรายได้ (กรณีทำ�งานในบริษัท) หรือมีช่ือเสียง (ในกรณี ซ) ซ่ึงสร้างความสดใส และสินค้าใหม่ ๆ ให้กับโลก ตัวอย่างทำ�งานภาคราชการ) คุ้มค่าแก่เวลาและความวิริยะอุตสาหะที่ เหล่าน้ีตอกยํ้าความสำ�คัญของนักปรับปรุงพันธ์ุพืชมากท่มุ เทลงไป ย่ิงขนึ้ ไปอกี นักวิทยาศาสตร์ประมาณการว่าจะต้องเพิ่มผลผลิต 2. หลกั การปรับปรงุ พนั ธุพ์ ืชต่อหน่วยพื้นที่ของธัญพืชให้ได้ถึงร้อยละ 80 ของผลผลิต 2.1 การเตรียมการก่อนการปรับปรุงพันธุ์พืช (Pre-ปัจจุบันเพื่อให้ได้ผลผลิตเพียงพอกับความต้องการของ plantbreeding)จำ�นวนประชากรในปี 2593 [8] พันธ์ุพืชใหม่ที่พัฒนาข้ึน Pre-plantbreeding เป็นการศึกษาวิจัยและดำ�เนินนอกจากจะต้องให้ผลผลิตสูงขึ้นกว่าเดิมแล้วยังควรใช้ปัจจัย กิจกรรม ท่ีเกี่ยวข้องกับการค้นหาลักษณะหรือยีนต่างๆ ที่การผลิตน้อยกวา่ เดิม ซ่งึ อาจเรียกไดว้ า่ เปน็ “smart crops” เป็นประโยชน์ต่อการปรับปรุงพันธุ์พืชในเช้ือพันธุกรรมพืช[8] โดยนักปรับปรุงพันธุ์พืชจะต้องเพ่ิมความก้าวหน้าในการ (plant genetic resources หรือ germplasm) ซง่ึ อาจเป็นปรับปรุงพันธ์ุในแต่ละปีให้ได้เท่ากับร้อยละ 2.5 ของอัตรา แหล่งพันธุกรรมท่ียังไม่สามารถนำ�มาใช้ประโยชน์ได้โดยตรงปจั จบุ ัน [9] ซ่ึงเป็นสิง่ ทท่ี ้าทายความสามารถของนักปรับปรุง เช่น พืชพันธุ์ป่า หรืออาจเป็นพืชคนละชนิด (species) กับพันธ์ุพืชเป็นอย่างย่ิง ดังนั้น จึงอาจกล่าวได้ว่าศตวรรษที่ 21 พืชท่ีต้องการจะปรับปรุงพันธุ์รวมถึงการถ่ายทอดลักษณะน้ีเป็นศตวรรษของการปรับปรุงพันธ์ุพืชและนักปรับปรุงพันธ์ุ เหล่าน้ันไปสู่พืชที่ต้องการจะปรับปรุงพันธุ์เพื่อที่นักปรับปรุงจะมีบทบาทอย่างยิ่งในด้านความม่ันคงทางอาหารของมนุษย์ พันธุ์พืชจะได้นำ�ไปใช้ประโยชน์ในการพัฒนาพันธุ์ใหม่ต่อไปอย่างไรก็ตามผลการสำ�รวจในปี 2545 กลับพบว่าการสร้าง ได้ ซ่ึงกิจกรรมต่างๆ ที่เก่ียวข้องกับ pre-breeding นั้นนักปรับปรุงพันธ์ุพืชในระดับปริญญาเอกมีแนวโน้มลดลง โดย ประกอบด้วยการอนุรักษ์เชื้อพันธุกรรมการศึกษาระบบการประเทศสหรัฐอเมริกาซึ่งเป็นแหล่งผลิตบัณฑิตด้านปรับปรุง สืบพันธุ์ของพืช การศึกษาการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของพันธุ์พืชรายใหญ่ท่ีสุดของโลกมีผู้สำ�เร็จการศึกษาด้านการ ลักษณะที่สนใจและเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับอณูพันธุศาสตร์ปรับปรุงพันธ์ุพืชในระดับปริญญาเอกท้ังสาขาพืชไร่และพืชสวนรวมกันประมาณเพียงปีละ 60 คน [10] ทำ�ให้เกิดความ 2.1.1 การอนรุ กั ษเ์ ชอ้ื พนั ธกุ รรมพชื (Plant geneticกังวลว่าจำ�นวนของนักปรับปรุงพันธ์ุพืชอาจจะไม่เพียงพอต่อ resources หรือ germplasm)ความต้องการของอุตสาหกรรมการปรับปรุงพันธ์ุและเมล็ดพันธุ์ อันจะส่งผลต่อเน่ืองไปยังการผลิตอาหารให้เพียงพอต่อ เช้ือพันธุกรรมพืชเป็นแหล่งของความแปรปรวนทางจำ�นวนประชากรโลก ซ่ึงแนวโน้มดังกล่าวก็เกิดข้ึนท่ีประเทศ พันธุกรรม (genetic variation) หรือความหลากหลายทาง พันธกุ รรม (genetic diversity) คอื แหล่งของยีนตา่ งๆ ท่ีเปน็ ประโยชน์ต่อการปรับปรุงพันธ์ุพืช ซ่ึงนักปรับปรุงพันธ์ุพืชจะไทยเช่นเดียวกัน ดังน้ันสถาบันการศึกษาด้านการเกษตรของ นำ�มาใช้ในการคัดเลือกหรือพัฒนาประชากรเพื่อสร้างพันธุ์โลกและของประเทศไทยจะต้องเพิ่มการผลิตบัณฑิตด้านการ ใหม่ [11] กล่าวว่าเชื้อพันธุกรรมพืชเปรียบเสมือนเลือดที่ปรับปรุงพันธุ์พืชให้มีปริมาณเพ่ิมขึ้นกว่าในปัจจุบัน และต้อง หล่อเล้ียงการปรับปรุงพันธุ์พืช ถ้าหากปราศจากเช้ือมีการพัฒนาหลักสูตรการเรียนการสอนด้านการปรับปรุงพันธ์ุ พนั ธุกรรมพชื แลว้ การปรับปรงุ พันธพุ์ ืชก็ไมส่ ามารถท�ำ ได้วารสารสถาบันวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยชี ั้นสงู ปีท่ี 1 ฉบับท่ี 1 มนี าคม 2558 หนา้ ที่ 46-64 53

พรี ะศักด์ิ ศรีนเิ วศน์ และคณะ ศาสตร์ด้านการปรบั ปรุงพนั ธพ์ุ ชื และความสำ�คัญตอ่ มนษุ ยชาติรปู ท่ี 8: พันธุพ์ ืชทเ่ี กษตรกรปลกู อยู่ท่ัวไปถอื เปน็ แหลง่ พันธกุ รรมทส่ี ำ�คัญของนกั ปรบั ปรุงพนั ธพุ์ ชื เพ่อื ใช้ปรบั ปรุงพนั ธุ์ให้ดขี ้นึ ก. มะเขอื เทศ ข. มะระ ค. หอมแบง่ ฅ และ ฆ ถ่วั เขยี ว ง. กะหลํา่ จ. แปลงข้าวโพด ฉ. แปลงนาข้าว ความหลากหลายทางพันธุกรรมมีประโยชน์ในการป้องกัน ปรับตัวในสภาพแวดล้อมต่างๆ ซึ่งเป็นเชื้อพันธุกรรมที่มีผลความเปราะบางทางพนั ธุกรรม (genetic vulnerability) อัน ผลิตสูงและปรับตัวได้ดี (advanced หรือ eliteเนื่องมาจากพันธุ์พืชมีพันธุกรรมท่ีเหมือนกัน (genetic germplasm) (รูปท่ี 8) (2) พันธ์ุพืชที่ได้รับการพัฒนาและuniformity) หรือคล้ายคลึงกันมาก (genetic ปรับปรุงโดยการผสมพันธ์ุ (improved germplasm)homogeneity) ซึ่งทำ�ให้เสี่ยงต่อการอ่อนแอต่อโรค แมลง (3) พนั ธพ์ุ ชื พน้ื เมอื ง (landraces) (4) พนั ธพ์ุ ชื ตา่ งถน่ิ (exoticหรือสภาพแวดล้อมท่ีไม่เหมาะสมเช้ือพันธุกรรมพืชอาจแบ่ง plants หรือ plant introductions) (5) พชื พนั ธป์ุ า่ หรือพันธุ์ออกไดเ้ ป็น 6 ชนดิ ทส่ี ำ�คัญ คอื (1) พนั ธพ์ุ ชื ทถ่ี กู คดั เลอื กและ วัชพืช (wild or weedy relatives) และ (6) พืชที่มี54 วารสารสถาบนั วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยชี ้ันสูง ปีท่ี 1 ฉบับที่ 1 มนี าคม 2558 หนา้ ที่ 46-64

พรี ะศักดิ์ ศรีนเิ วศน์ และคณะ ศาสตร์ดา้ นการปรับปรุงพนั ธพุ์ ชื และความสำ�คญั ต่อมนุษยชาติพนั ธกุ รรมเฉพาะ (genetic stocks) ตวั อยา่ งทสี่ ำ�คญั ของการ พันธุกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งพืชพันธ์ุป่าและพันธุ์พ้ืนเมืองใช้ประโยชน์เชื้อพันธุกรรมพืชในการปรับปรุงพันธ์ุ คือ ใน การสำ�รวจและเก็บรวบรวมเช้ือพันธุกรรมพืชน้ันส่วนใหญ่ประเทศเยอรมนี ในช่วงปี 1973 ถึงปี 1990 เชื้อพันธุกรรม ดำ�เนินการโดยผู้เชี่ยวชาญด้านพืช ซึ่งอาจเป็นนักพืชท่ีเก็บไว้ในธนาคารเช้ือพันธุกรรม Gaterslebenได้ถูกนำ� พฤกษศาสตร์หรือนักปรับปรุงพันธ์ุพืช ร่วมกับคนในพ้ืนที่ท่ีมีมาใช้พัฒนาและปรับปรุงพันธุ์จนได้พืชพันธุ์ใหม่ถึง 56 พันธุ์ ความรู้และคุ้นเคยกับพืชท่ีต้องการจะเก็บสำ�รวจและทง้ั ธัญพืช พืชตระกูลถว่ั และผกั [12] วัฒนธรรมของพ้ืนที่น้ันๆ ส่วนของพืชท่ีเก็บรวบรวมมักจะ เชื้อพันธุกรรมพืชทำ�ให้เกิดความก้าวหน้าในการ เป็นเมล็ด แต่ก็อาจมีส่วนอ่ืนๆ ที่ใช้ขยายพันธุ์ได้ เช่น หัวปรับปรุงพันธ์ุเพื่อตอบสนองความต้องการของมนุษย์ไม่ว่าจะ เหง้า หน่อ ท่อนพันธุ์ หรือส่วนอ่ืนๆ อาทิเช่น ละอองเกสรเป็นอาหารมนุษย์และสัตว์ เส้นใย (เครื่องนุ่งห่ม) พลังงาน วัตถุประสงค์ของเช้ือพันธุกรรมพืชท่ีสะสมรวบรวมไว้ อาจและยารักษาโรค แต่เนื่องจากเชื้อพันธุกรรมพืชเป็นส่ิงที่ลด แบ่งออกไดเ้ ปน็ 4 กลมุ่ คือจ�ำ นวนลง หมดไป หรอื สญู หายได้ อนั เนอื่ งมาจากกจิ กรรมของ l Base collection เป็นเชื้อพันธุกรรมพืชที่ถูกเก็บรักษามนุษย์และปัจจัยทางสภาพแวดล้อม จึงจำ�เป็นต้องมีการ ไว้ในระบบการเก็บรักษาระยะยาว (อาจเก็บได้นานอนุรักษ์เก็บรักษาเช้ือพันธุกรรมเพื่อการใช้ประโยชน์ท่ียั่งยืน หลายทศวรรษ) โดยไม่นำ�มาใช้ในการวิจัยหรือปรับปรุงซ่งึ สามารถทำ�ได้ 2 วิธี คือ 1) การอนุรักษ์เก็บรักษาในสภาพแวดล้อมธรรมชาติหรือ พันธ์ุ base collection ควรมีความหลากหลายทาง ในแหล่งกำ�เนิด (in situ conservation) วิธีน้ีเป็นการ พันธุกรรมมากที่สุด โดยเก็บรักษาในสภาพความช้ืนตํ่า (~5%) และอุณหภูมิตํ่ากว่าจุดเยือกแข็ง (-10 ถึง -18 อนุรักษ์เก็บรักษาความแปรปรวนของเชื้อพันธุกรรมใน องศาเซลเซียส) หรือ อาจเป็นการเก็บรักษาแบบ ถ่ินอาศัยตามธรรมชาติ เป็นวิธีท่ีเหมาะสำ�หรับอนุรักษ์ cryogenic (-150 ถึง -196 องศาเซลเซียส) พืชพันธุ์ป่า ทำ�ได้โดยใช้มาตรการทางกฎหมายในการ l Backup collection เป็นเชื้อพันธุกรรมพืชสำ�รอง ปกป้องนิเวศสถานของเชื้อพันธุกรรม ตัวอย่างได้แก่ (duplicate collection) ท่ีถูกเก็บรักษาไว้ในกรณีที่ เขตรักษาพันธุ์พืชและสัตว์และอุทยานแห่งชาติ ข้อดี base collection ถูกทำ�ลายเสยี หายจากภยั พบิ ตั ิ ของการอนุรักษ์โดยวิธีนี้ คือ เชื้อพันธุกรรมพืชจะมี l Active collection เป็นเช้ือพันธุกรรมพืชเดียวกันกับ ววิ ัฒนาการไดอ้ ย่างต่อเนื่องตามธรรมชาติ base collection แต่มีไว้สำ�หรับแจกจ่ายให้กับนักวิจัย 2) การอนุรักษ์เก็บรักษานอกสภาพแวดล้อมธรรมชาติ หรือนักปรับปรุงพันธ์ุพืช สภาวะการเก็บรักษาของ หรือนอกแหล่งกำ�เนิด (ex situ conservation) วิธีน้ี active collection คือมีความช้ืนประมาณ 8% และ เป็นการนำ�ส่วนขยายพันธุ์ เช่น เมล็ดของเช้ือพันธุกรรม อณุ หภมู ิประมาณ 0-5 องศาเซลเซยี ส ซ่ึงเชอื้ พนั ธกุ รรม มาเก็บไว้ในธนาคารเชื้อพันธุกรรมซึ่งมีการควบคุม จะยังคงความมีชีวิต (viability) ได้ประมาณ 8-10 ปี อุณหภมู ิ ความชื้น และสภาพแวดล้อมอน่ื ๆ ให้สามารถ เชื้อพันธุกรรมในกลุ่มนี้จะต้องมีการเพิ่มปริมาณโดย คงความมีชีวิตไว้ได้เป็นระยะเวลานาน หรือเป็นการนำ� การขยายพันธุ์อยู่เสมอเพื่อให้เพียงพอกับการแจกจ่าย เช้ือพันธุกรรมมาปลูกดูแลรักษาในแปลงอนุรักษ์ หรือ เพอ่ื น�ำ ไปใชป้ ระโยชน์ สวนพฤกษศาสตร์ ข้อดีของวิธีการนี้ คือ สามารถเก็บ l Working collection หรือ breeder’s collection รวบรวมเชื้อพันธุกรรมพืชได้หลายชนิดและหลาย เป็นเช้ือพันธุกรรมท่ีได้รับการปรับปรุง และมีการ ตัวอย่าง และง่ายต่อการจัดการและนำ�ไปใช้ประโยชน์ ปรับตัวที่ดี (โดยการผสมพันธ์ุและการคัดเลือก) ซึ่ง แต่มีข้อเสีย คือ เชื้อพันธุกรรมมีความเสี่ยงต่อการ ร ว ม ถึ ง เช้ื อ พั น ธุ ก ร ร ม ท่ี ป รั บ ป รุ ง โ ด ย เ ท ค นิ ค สูญเสียความหลากหลายทางพันธุกรรม (genetic พนั ธวุ ศิ วกรรม เปน็ กลมุ่ เชอ้ื พนั ธกุ รรมทใ่ี ชส้ �ำ หรบั การผสม erosion) เนอื่ งจากวิวัฒนาการของพืชถูกหยดุ ชะงักไว้ พันธ์เุ พ่ือปรับปรงุ พันธ์ตุ อ่ ไป นอกจากการการอนุรักษ์เช้ือพันธุกรรมพืชแล้ว ยัง ธนาคารเชอื้ พนั ธกุ รรมพชื ระดบั ชาตแิ ละนานาชาตทิ น่ี กัจำ�เป็นต้องมีการสำ�รวจและเก็บรวบรวมเช้ือพันธุกรรมพืช ปรบั ปรงุ พนั ธสุ์ ามารถขอหรอื ซอื้ เชอื้ พนั ธกุ รรมเพอ่ื น�ำ มาศกึ ษา/(germplasm collection) เพ่ือป้องกันการสูญหายของเช้ือ พฒั นาต่อไดแ้ สดงไว้ในตารางที่ 1วารสารสถาบันวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยีชน้ั สงู ปีที่ 1 ฉบับที่ 1 มีนาคม 2558 หน้าท่ี 46-64 55

พีระศักดิ์ ศรีนเิ วศน์ และคณะ ศาสตร์ด้านการปรบั ปรงุ พนั ธพุ์ ชื และความส�ำ คญั ตอ่ มนุษยชาติตารางที่ 1: ธนาคารเชือ้ พนั ธุกรรมพชื แหง ชาติและนานาชาติท่สี ำคัญ ชื่อธนาคารเชอ้ื พนั ธุกรรม และหนว ยงาน ประเทศทต่ี งั้ ชนิดของพืชที่ใหบ รกิ าร รายละเอยี ดl TT Chang Genetic Resources Center, Philippines Rice http://www.irgcis.irri.org:81/grc/ir gcishome.html International Rice Research Institute Taiwan, Vegetables, mungbean and http://203.64.245.173/index.aspl Genetic Resources and Seed Unit, Republic of soybean, China AVRDC-The World Vegetable Center Colombia Bean, cassava, tropical forages http://isa.ciat.cgiar.org/urg/main. (legumes and grasses) do?language=enl CIAT Genebank, International Center Nigeria Cassava, cowpea, Bambara http://genebank.iita.org for Tropical Agriculture groundnut, yam bean, forage legumes http://www.cimmyt.org/en/germl IITA Genebank, International Institute Maize, wheat and barley plasm-bank of Tropical Agriculturel Wellhausen-Anderson Plant Genetic Mexico Potato, sweet potato, and http://cipotato.org/genebank/ Resources Center, International Maize neglected root and tuber crops http://www.ilri.org/node/1750 and Wheat Improvement Center Peru Forage legumes and grasses Ethiopial Genebank, International Potato Tanzania Rice (Oryza glaberrima and wild http://www.africarice.org/wagis/d Center rice) efault.asp Sorghum, pearl millet, chickpea, http://www.icrisat.org/gene-l Forage Genebank, International pigeonpea, groundnut and other bank-home.htm Livestock Research Institure millets WARDA Genebank, Africa Rice Center Barley, wheat, lentil, chickpea, http://www.icarda.org/research- faba bean, vetch and grass pea sub/biodiversity-and-its-l Genebank, International Crop India utilization Research Institute for the Semi-Arid Syria Agronomic and horticultural http://www2.dpi.qld.gov.au/extr Tropics crops, forages, woody tree a/asp/AusPGRIS/ Agronomic and horticultural http://www.ars-l Genebank, International Center for crops, forages, trees and herbs grin.gov/npgs/index.html Agricultural Research in the Dry Areasl Australian Collections of Plant Australia Agronomic and horticultural http://www.gene.affrc.go.jp/inde Genetic Resources USA crops x_en.php Agronomic and horticultural http://www.ipk-l National Genetic Resources Program, Japan crops gatersleben.de/Internet United States Department of Germany Agriculturel Genebank, National Institute of Agrobiological Sciencesl IPK Genebank, The Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research56 วารสารสถาบันวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยีช้ันสูง ปีท่ี 1 ฉบบั ที่ 1 มนี าคม 2558 หน้าท่ี 46-64

พีระศักดิ์ ศรนี ิเวศน์ และคณะ ศาสตร์ดา้ นการปรบั ปรุงพนั ธพุ์ ชื และความสำ�คญั ต่อมนุษยชาติ 2.1.2 การศึกษาระบบการสืบพันธ์ุของพืช (Plant ตำ�แหน่งบนโครโมโซมของยีนท่ีควบคุมลักษณะเชิงปริมาณ reproductive systems) เรยี กว่า quantitative trait locus (QTL) เนื่องจากลกั ษณะ เหล่านี้ถูกควบคุมด้วยยีนหลายตำ�แหน่งทำ�ให้การปรับปรุง แม้ว่าพืชที่มนุษย์ปลูกจะมีอยู่หลายชนิด (species) พันธ์ุทำ�ได้ยากอย่างไรก็ตามก่อนดำ�เนินการปรับปรุงพันธุ์ในแต่สามารถแบ่งตามระบบการสืบพนั ธุไ์ ดเ้ ปน็ 4 กลุ่ม คือ พืช ลักษณะใดลักษณะหนึ่ง นักปรับปรุงพันธ์ุจะต้องทราบผสมตัวเอง (self-pollinated crops) พืชผสมข้ามต้น รูปแบบของถ่ายทอดลักษณะเสียก่อน เพื่อที่จะได้วาง(cross-pollinated crops) พืชท่ีท้ังผสมตัวเองและผสมข้าม แผนการปรับปรงุ พันธ์ใุ นลกั ษณะน้ันไดอ้ ยา่ งมปี ระสิทธภิ าพต้น (often cross-pollinated crops) และพืชท่ีขยายพันธุ์ การศึกษาการถ่ายทอดลักษณะเชิงคุณภาพ นิยมโดยไม่อาศยั เพศ (asexual reproductive crops) ระบบการ ศึกษาอัตราการกระจายตัวของลักษณะในประชากรชั่วรุ่นท่ีผสมพันธุ์ที่แตกต่างกันทำ�ให้โครงสร้างทางพันธุกรรมของ 2 (Filial 2; F2) ที่เกิดจากการผสมพันธ์รุ ะหว่างพ่อแม่พนั ธทุ์ ี่ประชากรพืชแต่ละชนิดมีความแตกต่างกัน เช่น ข้าว มะเขือ มีลักษณะท่ีสนใจแตกต่างกัน เพ่ือหาจำ�นวนและชนิดยีน (ยีนเทศ และถ่ัวหลายชนิดซึ่งเป็นพืชผสมตัวเองทำ�ให้ยีนเกือบ ข่ม; dominant หรือยีนด้อย; recessive) และปฏิกิริยาทุกตำ�แหน่งอยู่ในสภาพโฮโมไซกัส (homozygous) ซ่ึง ระหว่างยีนท่ีควบคุม ซ่ึงอาจแบ่งออกได้เป็น 7 แบบ คือเ ก ษ ต ร ก ร ส า ม า ร ถ ใ ช้ ป ลู ก ต่ อ ไ ด้ โ ด ย พั น ธุ ก ร ร ม มี ก า ร complementary action, modifying action, inhibitingเปลี่ยนแปลงน้อยมาก ส่วนข้าวโพดซึ่งเป็นพืชผสมข้ามต้น action, masking action, duplicate action, additiveยี น ห ล า ย ตำ � แ ห น่ ง อ ยู่ ใ น ส ภ า พ เ ฮ ท เ ท อ โ ร ไ ซ กั ส action และ pleiotropy(heterozygous) ถ้าจะสกัดสายพันธุ์แท้เพ่ือนำ�ไปทำ�เป็น ส่วนการศึกษาลักษณะเชิงปริมาณนิยมศึกษาในลูกผสม ต้องมีการควบคุมการผสมเกสรท้ังเพศผู้และเพศเมีย ประชากรชนิดต่างๆ ที่พัฒนาขึ้นจากแผนการผสมพันธุ์นักปรับปรุงพันธ์ุยังต้องทราบระบบและกลไกการสืบพันธุ์ (mating design) แล้วนำ�ไปปลูกในแผนการทดลองของพืชที่กำ�ลังปรับปรุงพันธุ์ เพ่ือที่จะช่วยการผสมพันธุ์ (experimental design) เก็บข้อมูลโดยชั่ง ตวงหรือวัด(artificial hybridization) ตามหลักการปรับปรุงพันธ์ุพืชได้ ลักษณะที่ศกึ ษา เพ่อื น�ำ ไปวิเคราะหห์ าค่าทางสถิติ ไดแ้ ก่ ชว่ งสำ�เร็จ และใช้วิธีการปรับปรุงพันธ์ุให้เหมาะสมกับโครงสร้าง (range), ค่าเฉลี่ย (mean), ค่าความแปรปรวน (variance),ทางพันธกุ รรม และชนิดของพันธท์ุ จ่ี ะผลติ ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน (standard deviation) และค่า 2.1.3 การศึกษาระบบการสืบพันธุ์ของพืช (Plant สัมประสิทธ์ิความแปรปรวน (coefficient of variation) reproductive systems) จากนั้นสามารถนำ�ค่าเฉล่ียและค่าความแปรปรวนไปประเมิน ปฏกิ ริ ยิ าของยีน ซง่ึ แบง่ ออกเปน็ 3 แบบใหญ่ ๆ คอื additive การถ่ายทอดลักษณะในพืชแบ่งออกได้เป็น 2 แบบท่ี effect, dominance effect และ epistatic effect รวมท้งัสำ�คัญ คือ การถ่ายทอดลักษณะเชิงคุณภาพ (qualitative นำ�ไปประเมินค่าอัตราพันธุกรรม (heritability) ซึ่งเป็นinheritance) และการถ่ายทอดลักษณะเชิงปริมาณ สัดส่วนของความแปรปรวนทางพันธุกรรมท่ีสามารถถ่ายทอด(quantitative inheritance) ซึ่งการถ่ายทอดลักษณะเชิง ไปยังชั่วลูกหรือหลานได้ อัตราพันธุกรรมจึงทำ�ให้นักปรับปรุงคุณภาพเป็นการถ่ายทอดลักษณะท่ีสามารถแบ่งเป็นกลุ่มได้ พันธุ์พืชทราบได้ว่า ลักษณะที่กำ�ลังจะคัดเลือกเพื่อปรับปรุงอย่างชัดเจน (qualitative trait) ถูกควบคุมด้วยยีนที่มี พันธุ์นั้น ถูกควบคุมด้วยพันธุกรรมมากน้อยเท่าไรเม่ือเทียบอิทธิพลมาก เรียกว่า ยีนหลัก (major gene) เพียง 1-2 กับส่วนท่ีเป็นความแปรปรวนทั้งหมด และควรใช้วิธีการตำ�แหน่ง โดยอาจมีอิทธิพลของยีนที่มีอิทธิพลน้อย ปรับปรุงพันธุ์พืชแบบใด จึงจะมีความก้าวหน้าในการพัฒนา(minor gene หรือ modifier) รว่ มด้วยหรอื ไม่กไ็ ด้ และการ ลักษณะนน้ั เรว็ ท่สี ดุ หรือมากทส่ี ุดแสดงออกของลักษณะมีอิทธิพลของสภาพแวดล้อมเข้ามาเกี่ยวข้องน้อย ส่วนการถ่ายทอดลักษณะเชิงปริมาณไม่ 2.1.4 เทคนิคที่เกย่ี วขอ้ งกบั อณพู นั ธุศาสตร์สามารถแบ่งเป็นกลุ่มลักษณะได้อย่างชัดเจน (quantitative อณูพันธุศาสตร์เป็นแขนงหน่ึงของพันธุศาสตร์ เป็นtrait) ควบคมุ ดว้ ย minor gene หลายต�ำ แหนง่ (อาจถึง 10 การศึกษาเก่ียวกับพันธุศาสตร์และกลไกทางพันธุกรรมในหรอื มากกวา่ ) หรอื ด้วย major gene หลายตำ�แหนง่ ร่วมกบั ระดับโมเลกุล ได้แก่ ดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอเป็นกิจกรรมท่ีminor gene อีกหลายตำ�แหน่ง ซึ่งอาจเรียกลักษณะเหล่านี้ ส่วนใหญ่เก่ียวข้องกับ pre-plantbreeding เช่นกัน การว่า polygenic trait หรอื multigenic trait ก็ได้ ลักษณะเชิง ประยุกต์ใช้อณูพันธุศาสตร์เพื่อการปรับปรุงพันธุ์พืชเร่ิมปริมาณส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับผลผลิตของพืช โดยมีอิทธิพล ข้ึนหลังปี ค.ศ.1980 โดยมีการใช้เคร่ืองหมายดีเอ็นเอ (DNAของสภาพแวดล้อมเข้ามามีอิทธิพลร่วมค่อนข้างมาก marker) ในการสร้างแผนที่พันธุกรรม (genetic map) และวารสารสถาบนั วิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยชี ั้นสงู ปีที่ 1 ฉบับท่ี 1 มีนาคม 2558 หนา้ ที่ 46-64 57

พรี ะศักด์ิ ศรนี ิเวศน์ และคณะ ศาสตรด์ ้านการปรับปรุงพนั ธุพ์ ืชและความสำ�คัญต่อมนุษยชาติค้นหาเพ่ือวางตำ�แหน่งของยีน (gene หรือ QTL mapping) รวมทั้งสามารถตรวจหาตำ�แหน่งของเครื่องหมายโมเลกุลที่ที่ควบคุมลักษณะผลผลิต ความต้านทานโรคและแมลงแล้ว สัมพันธ์กับลักษณะท่ีต้องการปรับปรุงอีกด้วย ช่วยให้นักนำ�เครื่องหมายดีเอ็นเอที่เชื่อมโยงกับยีนเหล่านั้นมาช่วย ปรับปรุงพันธุ์พืชสามารถร่นระยะเวลาที่ใช้การปรับปรุงพันธุ์คัดเลือก (marker-assisted selection; MAS) แทนการ ได้อย่างมาก แต่กว่าท่ีจะได้เคร่ืองหมายโมเลกุลท่ีคัดเลือกด้วยลักษณะที่พืชแสดงออก (phenotypic เ ฉ พ า ะ เ จ า ะ จ ง นั้ น นั ก ป รั บ ป รุ ง พั น ธุ์ พื ช ห รื อ นั กselection) โดยตรง รวมถึงการใช้เทคโนโลยีการโคลนยีน เทคโนโลยีชีวภาพจะต้องใช้เวลาในการพัฒนาเป็นอย่างมาก(gene cloning) การถ่ายยีน (gene transformation) และ ดังกล่าวไว้ในหัวข้อ 2.1 (pre-plantbreeding) แต่ก็นับว่าพนั ธวุ ิศวกรรม (genetic engineering) มาใช้ในการสร้างพืช คุ้มค่าต่อการลงทุน นอกจากน้ี นักปรับปรุงพันธุ์พืชยังgenetically modified plant (GMP) ซ่งึ พชื GMP กม็ ีสว่ น สามารถใช้วิธีกลายพันธุ์ (mutation breeding) เหน่ยี วนำ�ให้ทำ�ให้ผลผลิตพืชเพิ่มข้ึนดังตัวอย่างในข้าวโพด (รูปที่ 2) เกิดการเปลี่ยนแปลงของเบสท่ีสายดีเอ็นเอ หรือทำ�ให้เกิดกล่าวเฉพาะในส่วนของ QTL mapping น้ันทำ�ให้นัก การเปล่ียนแปลงในระดับโครโมโซม โดยการอาบรังสีหรือปรับปรุงพันธุ์พืชค้นหายีนสาเหตุที่ควบคุมลักษณะท่ีต้องการ สารเคมี เช่น รังสีแกมมา รังสีนิวตรอน หรือสารเคมี ethylจะปรับปรุงพันธุ์ได้ ตัวอย่างเช่น การค้นพบการกลายพันธ์ุ methane sulfonateวิธีนี้นิยมใช้กับพืชที่มีฐานพันธุกรรมของยนี betaine aldehyde dehydrogenase 2 ท่ีทำ�ใหเ้ กิด แคบ เช่น พืชผสมตัวเอง หรือพ้ืนที่มีความหลากหลายทางความหอมในข้าวหอม [13] ส่วนการคัดเลือกพันธ์ุโดยใช้ พนั ธุกรรมตํา่MAS น้ันสามารถลดระยะเวลาและค่าใช้จ่ายในการพัฒนาพันธ์ุ และเพ่ิมความแม่นยำ�ในการคัดเลือก ตัวอย่างหนึ่งของ หลังจากที่นักปรับปรุงพันธุ์คัดเลือกสายพันธ์ุพืชความสำ�เร็จในการใช้ MAS ได้แก่ การพัฒนาพันธุ์ข้าวให้ จำ�นวนหน่ึงท่ีน่าพอใจแล้ว จะต้องมีการทดสอบเพื่อคัดเลือกทนทานต่อสภาวะนํ้าท่วม [14] การนำ�เทคโนโลยีด้านอณู เอาสายพันธ์ุที่ดีท่ีสุดในกลุ่มไว้ทดสอบในแปลงเกษตรกรพั น ธุ ศ า ส ต ร์ ม า ใ ช้ ใ น ก า ร พั ฒ น า พั น ธุ์ พื ช นั้ น เ รี ย ก ว่ า ต่อไปmolecular breeding ซ่ึงมีแนวโน้มว่าจะเพิ่มความสำ�คัญ 3. ศาสตรท์ เี่ กย่ี วขอ้ งกบั การปรับปรงุ พนั ธพ์ุ ืชและความแม่นยำ�มากย่ิงข้ึนในอนาคต เช่น การใช้เทคนิคgenomic selection ในการคดั เลอื กเปน็ ต้น เน่ืองจากนักปรับปรุงพันธุ์พืชต้องคัดเลือกสายพันธุ์ จำ�นวนมากท่ีมีลักษณะหลากหลาย เช่น ลักษณะทางพืชไร่ 2.2 การปรบั ปรงุ พันธ์พุ ืช (Plant breeding) ผลผลติ ขนาดเมล็ด การหกั ล้ม ความหวาน ลกั ษณะทางเคมี (โปรตีน นํ้ามัน กรดอะมิโน กรดไขมัน สารพิษ ฯลฯ) โรค กระบวนการปรับปรุงพันธุ์พืชตั้งแต่อดีตจนถึง และแมลงศัตรู สภาพแวดล้อมท่ีมีปัญหา (ดินเค็ม ดินเปร้ียวปั จ จุ บั น ใช้ วิ ธี ก า ร ป รั บ ป รุ ง พั น ธุ์ แ บ บ ม า ต ร ฐ า น สภาพแลง้ นํา้ ท่วมขงั ฯลฯ) จึงต้องท�ำ งานเชื่อมโยงกับศาสตร์(conventional breeding) คือผสมพันธ์ุระหว่างต้นพ่อแม่ หลายสาขา ทำ�ให้นักปรับปรุงพันธ์ุพืชจะต้องมีความรู้ท่ีด้วยมือ (hand pollination) เพื่อรวมลักษณะที่ดีของพ่อแม่ เกี่ยวข้องมากพอที่จะส่ือสารกับนักวิชาการในศาสตร์อื่นๆ ได้ไว้ในรุ่นลูกตามเป้าหมาย ซ่ึงถ้านักปรับปรุงพันธ์ุพืชมีหลาย อีกด้วย โดยศาสตร์ท่ีนักปรับปรุงพันธ์ุพืชควรจะต้องศึกษามีวัตถุประสงค์ จะทำ�ให้ยีนหรือลักษณะที่ต้องการสูญหายไปใน ดงั นี้ระหว่างการคัดเลือกในช่ัวต่างๆได้ นักปรับปรุงพันธ์ุพืชจึงประยุกต์ใช้เทคโนโลยีชีวภาพ (biotechnology) ร่วมกับการ พันธุศาสตร์ เป็นวิชาที่เป็นพ้ืนฐานของการปรับปรุงปรับปรุงพันธ์ุแบบมาตรฐาน โดยการพัฒนาเครื่องหมาย พันธุ์พืช เนื่องจากทำ�ให้ทราบถึงจำ�นวนและขนาดของโมเลกุลเพ่ือช่วยคัดเลือกในขั้นตอนต่างๆ ต้ังแต่เร่ิมคัดเลือก โครโมโซมพืชที่จะปรับปรุง รวมทั้งการถ่ายทอดลักษณะท่ีจะพ่อแม่ไปจนถึงการตรวจสอบสายพันธ์ุที่ได้รับการปรับปรุง ปรับปรุงว่ามียีนควบคุมประมาณกี่คู่ อยู่บนโครโมโซมใดบ้างแล้ว ว่ายังมียีนที่ต้องการอยู่ในพันธ์ุใหม่หรือไม่ รวมท้ังช่วย สามารถที่จะใช้วิธี MAS ช่วยได้หรือไม่ (รูปที่ 9)ลดระยะเวลาในข้ันตอนการคัดเลือกพันธ์ุให้ส้ันลง โดยเฉพาะ สภาพแวดล้อมมีผลต่อการแสดงออกของลักษณะมากหรือในการปรับปรุงพันธ์ุพืชแบบผสมกลับ (backcross น้อย และลักษณะมีความเก่ียวโยงกันอย่างไร เช่น เป็นยีนที่breeding) นักปรับปรุงพันธุ์สามารถตรวจสอบในทุกชั่วของ อยู่บนโครโมโซมเดียวกัน หรือยีนเดียวที่ควบคุมมากกว่าหนึ่งการผสมกลับว่าได้ยีนจากพ่อแม่พันธ์ุท่ีต้องการจริงหรือไม่ ลกั ษณะ (มปี ฏิกิริยาแบบ pleiotropism)58 วารสารสถาบนั วิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยชี ั้นสงู ปที ี่ 1 ฉบบั ท่ี 1 มีนาคม 2558 หนา้ ท่ี 46-64

พีระศกั ดิ์ ศรีนเิ วศน์ และคณะ ศาสตร์ดา้ นการปรับปรุงพันธุพ์ ชื และความส�ำ คญั ต่อมนุษยชาติรปู ที่ 9: เครือ่ งหมายโมเลกลุ (molecular marker) สามารถแสดงความหลากหลายทางพนั ธุกรรม (genetic diversity) ของ พชื ท่ีอาจมคี วามคลา้ ยคลึงในลักษณะปรากฏ (phenotype) ได้อย่างชัดเจน สถิติ เป็นศาสตร์ท่ีใช้ประเมินหรือเปรียบเทียบสาย ที่ 10) ยิ่งกวา่ นนั้ ชีวเคมียังทำ�ให้นักปรับปรงุ พนั ธุ์พืชเข้าใจถงึพันธุ์ที่คัดเลือกเอาไว้ เพ่ือตัดสินว่าจะคัดเลือกสายพันธุ์ใดใน การทำ�งานของยีน และการพัฒนาเคร่ืองหมายโมเลกุลเพื่อใช้ชั่วต่อๆไป ท่ีสำ�คัญคือ สถิติเป็นวิชาท่ีใช้ร่วมกับพันธุศาสตร์ ในการปรับปรุงพนั ธพ์ุ ืชอีกด้วยในการประเมินพารามิเตอร์ต่างๆ ท่ีจำ�เป็นสำ�หรับการปรับปรุงพันธุ์พืช เช่น ปฏิกิริยาการทำ�งานของยีน (gene กีฏวิทยาและโรคพืช เป็นวิชาสำ�คัญที่นักปรับปรุงaction) แบบต่างๆ [15] อัตราพันธุกรรรม (herit พันธ์ุพืชต้องทำ�ความเข้าใจ เพื่อจะปรับปรุงพันธ์ุพืชให้ability) รวมท้ังการหาตำ�แหน่งของกลุ่มยีนที่ควบคุม ต้านทานโรคและแมลง เพราะโรคและแมลงมีวงจรชีวิตที่มีลกั ษณะเชิงปรมิ าณ (quantitative trait loci, QTL) เป็นตน้ วิวัฒนาการสัมพันธ์กับพืช โดยใช้พืชเป็นแหล่งอาหารหรือที่ สรีรวิทยาพืช กระบวนการท่ีเกิดขึ้นในพืช ต้ังแต่การ พักอาศัย เพื่อควบคุมศัตรูพืชให้ได้ผล นักปรับปรุงพันธ์ุพืชจึงงอก การเจริญเติบโตในระยะต่างๆ จนถึงการติดผลและสุก ต้องเรียนรู้ถึงวงจรชีวิตของโรคและแมลง การจัดการพืชแก่ เก่ียวข้องกับการหายใจ การสังเคราะห์ด้วยแสง และการ อาศัย รวมทั้งการดูแลและป้องกันกำ�จัดศัตรูพืช ทั้งโดยวิธีกลสังเคราะห์สารชีวเคมีต่างๆ ที่พืชต้องการ ล้วนเกี่ยวข้องกับ สารเคมี สารชวี ภาพ หรอื การเขตกรรม ซ่ึงอาจตอ้ งใชห้ ลายๆวิชาสรีรวิทยาของพืช นักปรับปรุงพันธ์ุพืชจึงควรมีความ วธิ ีผสมผสานกนั (integrated management)เขา้ ใจในวิชาสรรี วทิ ยาของพชื ตามสมควร การผลิตพืช เป็นวิชาท่ีเกี่ยวข้องกับการปลูกและดูแล รักษาพืชท่ีกำ�ลังปรับปรุง ต้ังแต่เตรียมวัสดุปลูก (เมล็ดพันธุ์ ชีวเคมี เป็นศาสตร์ที่เก่ียวข้องกับกระบวนการสร้าง ท่อนพันธุ์ ต้นกล้า) การเตรียมดินระยะปลูกท่ีเหมาะสมกับผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่เป็นเอกลักษณ์ของแต่ละพืช เช่น ปาล์ม พืชนั้น และการดูแลรักษา ตลอดจนวิธีการเก็บเก่ียวส่งนํ้ามัน มีเอกลักษณ์อยู่ที่ปริมาณและองค์ประกอบของนํ้ามันข้าว มีองค์ประกอบทั้งที่เป็นโปรตีนและคุณสมบัติหุงต้มต่างๆ โรงงานหรือนวด/กะเทาะ เพื่อเก็บรักษาผลิตภัณฑ์ไว้ก่อนการอ้อย มีคุณสมบัติท่ีความหวานในลำ�ต้น ฯลฯ การสังเคราะห์ จำ�หน่ายวิชาที่เก่ียวข้องกับการผลิตพืชยังใช้เป็นแนวทางในสารอาหารต่างๆ รวมท้ังสารที่มีสรรพคุณทางยา ต้องศึกษา การบันทึกข้อมูลจากการทดลองให้สอดคล้องกับวงจรชีวิตโดยใช้เคร่ืองมือด้านชีวเคมีและสรีรวิทยาของพืชร่วมกัน (รูป ของพืชอีกด้วย วารสารสถาบนั วทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยีชั้นสงู ปที ี่ 1 ฉบับที่ 1 มีนาคม 2558 หน้าท่ี 46-64 59

พรี ะศักด์ิ ศรนี เิ วศน์ และคณะ ศาสตรด์ ้านการปรบั ปรงุ พันธพุ์ ชื และความสำ�คญั ต่อมนุษยชาติ ปฐพีวิทยา เนื่องจากพืชแต่ละชนิดและแต่ละพันธ์ุ ด่าง และดินระบายน้ําไม่ดี นอกจากนั้นนักปรับปรุงพันธุ์พืชต้องปลูกในดินที่มีความเหมาะสมแตกต่างกันไป ถ้าพืชท่ีได้มี ยังสามารถพัฒนาพันธุ์พืชที่อาศัยร่วมกับจุลินทรีย์ดินบางลักษณะท่ีดีทั้งหมด แต่ไม่ตอบสนองต่อพื้นที่ปลูก ก็จะทำ�ให้ ชนิด เช่น ไรโซเบียมหรือไมคอร์ไรซา ที่อยู่กับพืชแบบพ่ึงพาผลผลิตพืชนั้นลดลง แต่ถ้าสภาพพื้นท่ีมีดินท่ีเหมาะสม จะทำ� อาศัยซึ่งกันและกัน (symbiosis) ให้ใช้ประโยชน์ไนโตรเจนให้ง่ายต่อการจัดการและเพ่ิมผลผลิตพืช ในขณะเดียวกัน นัก จากอากาศหรือฟอสฟอรัสในดินได้อย่างมีประสิทธิภาพ เป็นปรับปรุงพันธุ์พืชเองก็สามารถปรับปรุงให้พืชบางพันธ์ุ การลดการใช้ปุย๋ เคมีอีกด้วยสามารถให้ผลผลิตในดินที่มีปัญหา เช่น ดินเค็ม ดินกรด ดินรปู ท1่ี 0: ตัวอยา่ งเคร่ืองมือด้านชีวเคมที สี่ นับสนุนการปรับปรุงพันธ์ุพืช ก. ชดุ โครมาโตรกราฟ ี ข. กลอ้ งจุลทรรศน์อเิ ลค็ ตรอน ค. อปุ กรณ์วเิ คราะหน์ �ำ้ มัน ฅ. และ ฆ. ชุดอิเล็กโตรโฟรซี ิส*รูป ก มาจากเวปไซด์ http://clgc.rdi.ku.ac.th/index.php/clgc-services/s-chromatographyรูป ข มาจากเวปไซด์ http://clgc.rdi.ku.ac.th/index.php/clgc-services/s-microscope60 วารสารสถาบนั วิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยชี ้นั สงู ปที ่ี 1 ฉบบั ท่ี 1 มนี าคม 2558 หนา้ ที่ 46-64

พรี ะศักดิ์ ศรีนเิ วศน์ และคณะ ศาสตรด์ ้านการปรับปรงุ พันธ์ุพชื และความส�ำ คัญต่อมนษุ ยชาติ วิศวกรรมเกษตร เป็นวิชาการที่มีความสำ�คัญเพิ่มข้ึน การเกษตร เช่น เชอร่ีทีห่ ลดุ ร่วงง่ายเมอ่ื ใช้เครื่องเขย่า ข้าวที่มีเร่ือยๆ เน่ืองจากระบบตลาดต้องการผลผลิตที่มีความ ต้นสูงพอเหมาะหรืออ้อยท่ีไม่หักล้มเพ่ือให้เก็บเก่ียวได้ง่าย ถั่วสมํ่าเสมอในปริมาณมากๆ แต่ค่าแรงงานในการเขตกรรม เหลืองท่ีติดฝักล่างในตำ�แหน่งท่ีสูงพอเหมาะ เพื่อที่เครื่องเก็บกลับสูงข้ึนโดยตลอด ทำ�ให้ต้องมีการพัฒนาเครื่องจักรกล เก่ียวจะได้ตัดต้นที่มีฝักได้ทั้งหมด โดยไม่มีการสูญเสียการเกษตรท่ีเหมาะสมกับการผลิตพืชแต่ละชนิด เช่น บางคร้ังเครื่องจักรกลการเกษตรก็ช่วยให้นักปรับปรุงพันธุ์พืชเครื่องมือเตรียมดินและยกร่อง เคร่ืองปลูก เคร่ืองดำ�กล้า ทำ�งานได้ง่ายและรวดเร็วขึ้น ตัวอย่างเช่นเคร่ืองแยกผลเครื่องพรวนวัชพืช เครื่องเก็บเก่ียว ฯลฯ ซ่ึงบางคร้ังทำ�ให้นัก ปาล์มน้ํามันออกจากทะลาย และเครื่องแยกเมล็ดออกจากผลปรับปรุงพันธ์ุพืชต้องพัฒนาพันธ์ุให้เหมาะกับเคร่ืองจักรกล (รปู ที่ 11)รูปท่ี 11: ตัวอยา่ งเครื่องแยกผลปาล์มนํ้ามันออกจากทะลาย (ซา้ ย) และเคร่ืองกะเทาะเมลด็ ปาล์มน้าํ มัน (ขวา) จดอนุสิทธิบตั ร โดยมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์4. อนาคตของการปรับปรงุ พันธุ์พืช ความก้าวหน้าด้านอณูชีววิทยาทำ�ให้มีการประยุกต์เทคนิค ด้านเคร่ืองหมายโมเลกุล เพ่ือใช้ในการจำ�แนกพันธุ์พืชหรือ จากการท่ีวิชาปรับปรุงพันธุ์พืชมีความเกี่ยวข้องกับ ช่วยในการคัดเลือก การค้นพบเทคนิค near-infrared ทำ�ให้วิทยาศาสตร์ด้านต่างๆ ดังกล่าวมาข้างต้น ทำ�ให้ศาสตร์ของ การวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี เช่น โปรตีนและนํ้ามันการปรับปรุงพันธุ์พืชจัดเป็นศาสตร์ที่ “เกิดใหม่” ตลอดเวลา ของประชากรขนาดใหญ่ ทำ�ได้อย่างรวดเร็ว สามารถกำ�หนดยกตัวอย่างเช่น เมื่อกำ�เนิดวิชาพันธุศาสตร์ในปี 1900 การ วัตถุประสงค์ของการปรับปรุงพันธ์ุพืชได้อย่างกว้างขวางและปรับปรุงพันธุ์พืชก็เป็นวิทยาศาสตร์มากขึ้น เมื่อ Fisher ใช้ ลึกซ้ึงย่ิงข้ึน ความเข้าใจด้านความต้านทานต่อโรคและแมลงหลักการ analysis of variance ทางสถิติอธิบายความ ที่เพิ่มข้ึนก็ทำ�ให้นักปรับปรุงพันธุ์พืชมี “ของใหม่” มาศึกษาแปรปรวนในลักษณะเชิงปริมาณ (quantitative อยู่ตลอดเวลาท้ังในแง่ของการทำ�ความเข้าใจในความcharacters) ในปี 1918 [15] กท็ �ำ ใหน้ ักปรบั ปรงุ พชื สามารถ หลากหลายของเชื้อโรคหรือแมลง กับการรวมยีน (geneแบ่งแยกปฏิกิริยาของยีนแบบต่างๆ ได้แก่ additive, pyramiding) ท่ีควบคุมความต้านทานเช้ือท่ีหลากหลาย การdominance และ epistasis รวมทั้งขยายผลไปถงึ ทฤษฎีการ ใช้ภาพถ่าย (imaging technology) ชว่ ยใหน้ กั ปรบั ปรงุ พันธ์ุคัดเลือกเพื่อปรับปรุงพันธ์ุพืชแบบต่างๆ โดยสามารถประเมิน พืชสามารถบันทึกข้อมูลลักษณะ (phenotyping) ได้อย่างความก้าวหน้าที่เกิดข้ึนจากการคัดเลือกแต่ละวิธีได้อีกด้วย ต่อเน่ืองตั้งแต่เริ่มงอกจนถึงเก็บเก่ียว ทำ�ให้การปรับปรุงพันธ์ุเมื่อเคร่ืองคอมพิวเตอร์มีความสามารถสูงข้ึน นักปรับปรุง พืชบางชนิดที่เหมาะสมกับการบันทึกข้อมูลต่อเน่ือง ก้าวไปสู่พันธ์ุพืชก็ได้ใช้ software แบบต่างๆ ในการจำ�ลอง การ “เกิดใหม่” จนอาจกล่าวได้ว่า วิชาปรับปรุงพันธ์ุพืชจะ(simulation) ประชากร หรือประเมินพารามิเตอร์ทาง ไม่มีวันหายไปจากโลก แต่กลับจะมีความสำ�คัญยิ่งข้ึน และพันธุกรรมด้วยวิธีการต่างๆ เช่น best linear unbiased “เกดิ ใหม่” ตามวชิ าการอ่ืน ๆ ที่น�ำ มาประยุกตไ์ ดต้ ลอดเวลาpredictor ฯลฯ รวมทั้งการพัฒนา software เพ่ือสืบค้นgenetic stock ที่โครงการเก็บรักษาไว้ หรือใช้คัดเลือกพ่อ เนื่องจากพืชเป็นวัตถุดิบของปัจจัยส่ี ได้แก่ อาหารแม่ท่ีมีความสัมพันธ์ทางพันธุกรรม (genetic relationship) เครื่องนุ่งห่ม ท่ีอยู่อาศัยและยารักษาโรค ยิ่งกว่าน้ัน พืชยังในระดับต่างๆ ได้ตามวัตถุประสงค์ของการปรับปรุงพันธุ์พืช เป็นวัตถุดิบในการผลิตพลังงาน ซ่ึงจะมีความต้องการเพ่ิมข้ึนวารสารสถาบันวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยชี ้นั สูง ปีที่ 1 ฉบับที่ 1 มีนาคม 2558 หนา้ ที่ 46-64 61

พรี ะศกั ด์ิ ศรนี เิ วศน์ และคณะ ศาสตรด์ า้ นการปรับปรุงพันธพ์ุ ชื และความสำ�คญั ต่อมนุษยชาติตามจำ�นวนประชากรของโลกท่ีสูงข้ึนอย่างต่อเน่ือง การปลูก นํ้ามันเชื้อเพลิง เพื่อผลิตพลังงานและเพ่ือการขนส่งมากพืชแบบเชิงเดี่ยวและเลือกปลูกเฉพาะบางพันธ์ุทำ�ให้พืชถูก ย่ิงขึ้นไปอีก การปรับปรุงพันธ์ุพืชจึงต้องมีบทบาทมากยิ่งขึ้นทำ�ลายจากศัตรูพืชได้ง่ายเกิดการสูญเสียความหลากหลาย ท่ีจะช่วยให้มนุษย์ท่ีอาศัยอยู่บนโลกได้มีแหล่งของปัจจัยสี่ทางพันธุกรรม การใช้พื้นท่ีดินในการผลิตพืชเป็นพลังงานทำ� และพลังงานอย่างเพียงพอ ดังน้ัน นักปรับปรุงพันธุ์พืชท่ีดีจึงให้ต้องแก่งแย่งพื้นท่ีดินและทรัพยากรน้ํากับพืชอาหาร ต้องเข้าใจท้ังความหลากหลายในประชากรพืชท้ังหมดนอกจากนี้ พืชบางอย่างยังสามารถใช้เป็นท้ังพืชอาหารและ (นอกเหนือจากประชากรท่ีกำ�ลังปรับปรุง) การตอบสนองของพืชพลังงาน เช่น ปาล์มนํ้ามัน ถั่วเหลือง คาโนล่า อ้อย มัน พืชแต่ละสายพันธ์ุหรือแต่ละต้น จนถึงระดับเซลล์และดีเอ็นสำ�ปะหลัง ฯลฯ ซ่ึงทำ�ให้ต้องเพิ่มผลผลิตต่อหน่วยพ้ืนท่ีให้ เอ ยิ่งนักปรับปรุงพันธุ์พืชสามารถศึกษาหาความรู้และลงมือมากยิ่งขึ้น ย่ิงกว่าน้ัน เช้ือเพลิงท่ีใช้ในพาหนะเพื่อการ ทำ�ด้วยตนเองได้มากเท่าไร ก็ย่ิงมีความรู้ความชำ�นาญคมนาคมขนส่งบางอย่าง ยังไม่สามารถใช้พลังงานทางเลือก กว้างขวางและลึกซ้ึงมากข้ึนเท่าน้ัน ซ่ึงนักปรับปรุงพันธุ์พืชที่อ่ืนทดแทนได้ เช่น น้ํามันเครื่องบิน ซ่ึงต้องใช้นํ้ามันท่ีกล่ัน มีความสามารถจะเป็นท่ีต้องการเป็นอย่างมากของจากน้ํามันดิบ หรือพัฒนาจากนํ้ามันพืชเท่านั้น ย่ิงทำ�ให้เห็น บริษทั เอกชนท่ที �ำ ธรุ กิจดา้ นปรับปรงุ พนั ธุแ์ ละขยายพันธุ์พืชในความสำ�คัญของนํ้ามันพืชในการใช้เป็นวัตถุดิบเพื่อผลิตเป็น ประเทศไทย (รปู ท่ี 12)รูปที่ 12: สว่ นหน่งึ ของโลโก้บริษทั เมล็ดพันธ์ุพืชในประเทศไทย ทม่ี ีนักปรบั ปรุงพันธุ์พชื และผูช้ ว่ ยเป็นจำ�นวนมาก และต้องการเพมิ่ ขน้ึ ทกุ ปี ตามการขยายตัวของการผลิตพืชเอกสารอา้ งองิ [4] a: สำ�นักควบคุมพืชและวัสดุทางการเกษตร. (2556a).[1] United Nations. (2013). World population ปริมาณและมูลค่าการนำ�เข้าฯรายเมล็ดพันธุ์ปี 2555. prospects: The 2012 revision. New York: United Retrieved December, 19, 2013, from Nations. http://www.doa.go.th/ard/FileUpload/พันธ์ุพืช/[2] Bruinsma, J. (2003). World Agriculture: Towards สถิติ/ปริมาณและมูลค่าการนำ�เข้าฯรายเมล็ดพันธุ์% 2015/2030: An FAO Perspective. London: 202555.pdf, b: สำ�นักควบคุมพืชและวัสดุทางการ Earthscan. เกษตร. (2556). ปริมาณและมูลค่าการส่งออกฯ ราย[3] International Seed Foundation (ISF). (2013). เมล็ดพันธป์ุ ี 2555. Retrieved December, 19, 2013, Retrieved December, 19, 2013, from www. from http://www.doa.go.th/ard/ worldseed.org/isf/seed_statistics.html. FileUpload/พันธุ์พืช/สถิติ/ปริมาณและมูลค่าการ ส่งออกฯรายเมล็ดพันธ%์ุ 202555.pdf62 วารสารสถาบันวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยีชั้นสูง ปที ี่ 1 ฉบบั ท่ี 1 มีนาคม 2558 หนา้ ท่ี 46-64

พีระศกั ดิ์ ศรีนเิ วศน์ และคณะ ศาสตรด์ ้านการปรบั ปรุงพนั ธุพ์ ชื และความส�ำ คญั ตอ่ มนุษยชาติ[5] Peng, S.B., Huang, J. L., Cassman, K.G., Laza, R. [14] Ismail, A.M., U.S. Singh, S. Singh and M.H. Dar. C., Visperas, R.M., and Khush, G.S. (2010). The (2013). The contribution of submergence- importance of maintenance breeding: A case tolerant (Sub1) rice varieties to food security in study of the first miracle rice variety-IR8. Field flood-prone rainfed lowland areas in Asia. Field- crops research, 119, 342-347. Crops Research, 152, 83-93.[6] Ransom, C., Drake, C., Ando, K., and Olmstead, [15] Fisher, R.A.(1918). The correlation between J. (2006).Report of breakout group 1: What realtives on the supposition of Mendelian kind of training do plant breeders need, and inheritance. Transactions of the Royal how can we most effectively provide that Society of Edinburgh, 12, 399-433. training?. HortScience, 41, 53-54.[7] Fehr, W.R. (1984). Genetic contributions to yield gains of five major crop plants.Crop Science Society of America Special Publication Number 7. Madison: American Society of Agronomy and Crop Science Society of America.[8] Stamp, P., andVisser,R., (2012). The twenty- first century, the century of plant breeding. Euphytica, 186, 585-591.[9] Fischer, R.A. and Edmeades, G.O. (2010). Breeding and cereal yield progress. Crop Science. 50, 85-98.[10] Goodman, M.M. (2002). New sources of germplasm: Lines, transgenes, and breeders. Memoria Congresso Nacional de Fitogenetica. Mexico: Antonio Narro Agrarian Autonomous University. [11] Acquaah, G. (2007). Principles of Plant Genetics PeerasakSrinives, Professor Department and Breeding. MA :Blackwell Publishing. of Agronomy, Kasetsart University, Kamphaeng[12] Hammer, K. (1991). Die nutzung des materials Saen, NakhonPathom 73140 Thailand. His main der Gaterslebenergenbankfür die research area is on breeding, genetics, and resistenzzüchtung-eineübersicht. Vortr genomics of legumes and oilcrops.Presently he is Pflanzenzüchtg, 19, 197-206. a NSTDA Chair Professor conducting research on[13] Vanavichit, A., Yoshihashi, T., Wanchana, S., genetics and breeding of jatropha for oil and feed. Areekit, S., Saengsraku, D., Kamolsukyunyong, W.,Lanceras, J., Toojinda,T., andTragoonrung, S. (2005). Positional cloning of Os2AP, the aromatic gene controlling the biosynthetic switch of 2-acetyl-1-pyrroline and gamma aminobutyric acid (GABA) in rice. The 5th International Rice Genetic Symposium, Manila, the Phillipines.วารสารสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยชี ้ันสงู ปที ่ี 1 ฉบบั ท่ี 1 มีนาคม 2558 หน้าที่ 46-64 63

พรี ะศักด์ิ ศรีนิเวศน์ และคณะ ศาสตรด์ ้านการปรบั ปรุงพนั ธุพ์ ืชและความสำ�คัญต่อมนษุ ยชาติ Patcharin Tanya, Assistant ProfessorDepartment of Agronomy, Kasetsart University,Kamphaeng Saen, NakhonPathom 73140 ThailandHer main research area is on breeding, genetics, andgenomics of legumes and oil crops. More recently,she is interested in genetics and breeding of oilpalm and jatropha. Prakit Somta, Assistant ProfessorDepartment of Agronomy, Kasetsart University,Kamphaeng Saen, Nakhon Pathom 73140 ThailandHis main research area is on genetics and breeding(conventional and molecular) of mungbean,soybean and other crops in the genus Vigna.64 วารสารสถาบันวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยีชนั้ สูง ปที ี่ 1 ฉบบั ท่ี 1 มนี าคม 2558 หนา้ ท่ี 46-64