ศาสตร์ด้านการปรับปรุงพันธุ์ ......พ ระศ กด ศร น เวศน และคณะ ศาสตร ด านการปร

พระศกด ศรนเวศน และคณะ ศาสตรดานการปรบปรงพนธพชและความสำาคญตอมนษยชาต

พระศกด ศรนเวศน และ ศาสตรดานการปรบปรงพนธพชและความสำาคญตอมนษยชาต

วารสารสถาบนวทยาศาสตรและเทคโนโลยชนสง ปท 1 ฉบบท 1 มนาคม 2558 หนาท 46-6446

ศาสตรดานการปรบปรงพนธพชและความสำาคญตอมนษยชาต

พระศกด ศรนเวศน1* พชรนทร ตญญะ1 ประกจ สมทา1

1 ภาควชาพชไรนา คณะเกษตร กำาแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกำาแพงแสน

จ.นครปฐม 73140, *Email: [email protected]

บทคดยอ

มนษยชาตดำารงชวตอยไดดวยปจจยส ไดแก อาหาร เครองนงหม ทอยอาศย และยารกษาโรค ซงไดมาจากพชทง

ทางตรงและทางออม นอกจากน พชยงเปนวตถดบทใชผลตพลงงานในรปแบบตางๆ ทมศกยภาพทจะทดแทนพลงงานจาก

ฟอสซลโดยอตสาหกรรมทเกยวเนองกบปจจยสและพลงงานตองใชพนธพชทเฉพาะเจาะจง การปรบปรงพนธพชจงเปน

ศาสตรทสรางจดเรมตนของการผลตพชทนำาไปสผลตภณฑและอตสาหกรรมตอเนองทหลากหลาย นกปรบปรงพนธพชจงเปน

นกประดษฐพนธพชใหมทตองมความรกวางขวาง เพอมองหาศาสตรใหมๆ ทอาจนำามาใชสนบสนนการปรบปรงพนธพชใหม

ประสทธภาพยงขน เอกลกษณของศาสตรดานการปรบปรงพนธพชนทำาใหนกศกษาในสาขาเกษตรศาสตรมความสนใจทจะ

ศกษากนมาก ประกอบกบภาคเอกชน (บรษทเมลดพนธพช) และภาครฐททำาหนาทดานการวจยการเกษตรกมความตองการ

นกปรบปรงพนธพชจำานวนมากเพอสรางพนธพชใหมใหบรษทและหนวยงานอนเปนงานหนงในไมกสาขาดานเกษตรศาสตรท

เปนรปธรรมและจบตองไดอยางแทจรง

คำาสำาคญ: การปรบปรงพนธพช ปจจยส อตสาหกรรมเกษตร มนษยชาต

ABSTRACT

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 breeding is 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 look for 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. They are expected to develop new plant cultivars, which are among a few touchable objects done by agricultural scientists.

Keywords: Plant Breeding, The Four Necessities, Agro-industry, Humankind


วารสารสถาบนวทยาศาสตรและเทคโนโลยชนสง ปท 1 ฉบบท 1 มนาคม 2558 หนาท 46-64 47

1. ทมาและความสำาคญ

1.1 ประชากรและอาหาร

มนษยเรมทำาการเพาะปลกพชเมอประมาณ 10,000 ปทผานมาในบรเวณตะวนตกของทวปเอเชย หลงจากนนอกเพยงสองถงสามรอยป บรเวณอนๆ ของโลกกมการเพาะปลกพชเกดขนอยางตอเนองควบคไปกบการเพมขนของประชากรปจจบนนโลกมจำานวนประชากรประมาณ 7,200 ลานคน และคาดวาจะเพมเปน 8,100 ลานคนในอก 12 ป และเพมขนถง 9,600 ลานคน ภายในป พ.ศ.2593 [1] การเพมขนของจำานวนประชากรโลกเปนปญหาและความทาทายทยงใหญของนกวทยาศาสตรเกษตรทจะตองเพมการผลตอาหารใหเพยงพอกบความตองการของประชากร รวมทงลดการขาดแคลนอาหารในบางพนทของโลกทประสบอยในปจจบนนกวชาการคาดการณวาในป พ.ศ.2573 ความตองการผลผลตทางการเกษตรจะเพมขนอกประมาณรอยละ50 ของความตองการในปจจบน [2] ในครงศตวรรษทผานมามนษยสามารถผลตอาหารเพมใหเพยงพอกบความตองการไดแม วาจำานวนประชากรจะเพมขนมาก อยางไรกตามประชากรโลกบางสวนกยงไมสามารถเขาถงแหลงอาหารไดอยางเพยงพอทงในดานปรมาณและคณภาพ

ประชากรโลกประมาณ 2,000 ลานคนยงอยในสภาพทพโภชนาการ การปฏวตการเกษตร (Agr icultureRevolution) ในศตวรรษท 19 และการปฏวตเขยว (GreenRevolution) ในศตวรรษท 20 ทำาใหเราสามารถเพมการผลตอาหารไดอยางเพยงพอ โดยเฉพาะอยางยงการปฏวต

เขยวซงเปนผลจากงานวจยดานวทยาศาสตรเกษตรชวยเพมผลผลตพชและทำาใหเกดอตสาหกรรมเกษตรอนๆ ตามมาดวย เชน อตสาหกรรมแปรรปอาหารอตสาหกรรมอาหารสตวและการเลยงสตว เปนตน การปฏวตเขยวทำาใหเกษตรกรท วโลกประสบความสำาเรจในการผลตพช โดยการใชเทคโนโลยการปรบปรงพนธพช การผลตและกระจายเมลดพนธสเกษตรกร การชลประทาน เครองจกรกลการเกษตร ปยเคม และสารเคมปองกนกำาจดศตรพช ทำาใหมการขยายพนทปลกและการเพมผลผลตตอหนวยพนทเปนอยางมากอยางไรกตาม การปฏวตเขยวกสงผลเสยตอการเกษตรดวยเชนกน เพราะการใชปยเคมและสารเคมปองกนกำาจดศตรพชอยางตอเนองทำาใหพนทปลกบางสวนเสอมสภาพ และทำาลายระบบนเวศและสภาพแวดลอม การชลประทานกมผลทำาใหพนทการเกษตรมดนเคมเพมมากขนเนองจากเกลอทละลายอยในดนชนลางเคลอนทมาอยบนผวดนทงยงทำาใหธาตฟอสฟอรสทจะนำามาใชผลตปยเคมในอนาคตมปรมาณลดนอยลงดวย ดงนนในปจจบนและอนาคตการเพมผลผลตพชโดยการเพมพนทปลกจงไมนาจะเปนไปไดหรอทำาไดนอยลง อกทงการเปลยนแปลงสภาพแวดลอมทเรมตนตงแตชวงตนศตวรรษท 19 กเรมสงผลรนแรงขนเรอยๆในปจจบนและจะรนแรงยงขนในอนาคต ทำาใหพนททเหมาะสมกบการปลกพชมนอยลง อนเนองจากสภาพฝนแลง อากาศหนาวเยนอณหภมสงนำาทวม และดนเคมรวมทงการระบาดของโรคและแมลงตางๆ ทเพมขน การเพมการผลตพชในอนาคตจงจำาเปนตองเพมผลผลตตอหนวยพนท ใหมากขน โดยใชเทคโนโลยตางๆ ทางการเกษตรรวมกบศาสตรอนๆ

รปท1: ความตองการเพมผลผลตขาวใหทนกบความตองการของผบรโภค ในป ค.ศ. 2035 (www.thegsr.org)




พนธพชคอหนงในปจจยทสำาคญทสดในการเพมผลผลตทางการเกษตร พนธพชใหมโดยเฉพาะอยางยงพนธขาว ขาวสาล และขาวโพด ทใหผลผลตสง ตนเตยและตานทานการหกลม ตานทานตอโรคและแมลง เชน พนธขาวIR8 หรอทเรยกกนวา “ขาวมหศจรรย (miracle rice)” ทพฒนาขนในชวงการปฏวตเขยวนนทำาใหผลผลตของพชเหลานเพมขนอยางไมเคยมมากอน ความจำาเปนในการเพมผลผลตขาวเพอใหเพยงพอตอการเพมขนของประชากรโลกในแตละป แสดงไวในรปท 1

1.2 พนธพชและธรกจเมลดพนธ

พชเปนแหลงของอาหารทสำาคญทสดของมนษย การผลตพชจงมความสำาคญอยางยง การผลตพชตงแตชวงการปฏวตเขยวจนถงปจจบนไดกอใหเกดธรกจตางๆ ทเกยวของมากมาย ตงแตตนจนถงปลายหวงโซการผลต ในธรกจการเกษตรตางๆ นนธรกจเมลดพนธพชถอไดวาเปนธรกจทสำาคญทสดของหวงโซการผลตพช และอาจมมลคาทาง

เศรษฐกจทสงทสดอกดวย โดยตลาดธรกจเมลดพนธใน

ประเทศตางๆ ของโลกรวมกนมมลคาประมาณ 45 พนลาน

เหรยญสหรฐ [3] สวนมลคาตลาดธรกจเมลดพนธระหวาง

ประเทศมมลคาประมาณ 19 พนลานเหรยญสหรฐ [3] และ

เนองจากพนธพชและเมลดพนธเปนปจจยการผลตขนตนท

กำาหนดผลผลตและกำาไรจากการผลตพชทเกษตรกรจะไดรบ

พนธพชทดและเมลดพนธทมคณภาพมาตรฐานจงเปนความ

ตองการ เบ อ งตนของการผลตพช แม ว าการซ อขาย

แลกเปลยนเมลดพนธพชไดกำาเนดขนพรอมๆ กบการปลก

พชเพอการคา แตธรกจเมลดพนธพชเรมมบทบาทในการ

พฒนาพนธพชอยางจรงจงในชวงหลงการปฏวตเขยว หรอ

ในชวงประมาณ 40-50 ปทผานมา โดยพนธพชทไดรบการ

พฒนาปรบปรงโดยบรษทเมลดพนธสวนใหญเปนลกผสมชวท

1 (F1 hybrid) โดยเฉพาะอยางยงเมลดพนธพชผสมขามตน

(cross-pollinating crop) ไดแก ขาวโพด ทานตะวน มะเขอ

เทศ แตงโม รวมทงผกและไมดอกอกหลายชนด

ประเทศไทยเปนผผลตและสงออกเมลดพนธพชทสำาคญของทวปเอเชย ปรมาณการใชเมลดพนธในประเทศมมลคาประมาณ 1,000 ลานเหรยญสหรฐ ในดานการสงออกเมลดพนธพช ประเทศไทยอยในอนดบ 3 ของทวปเอเชย เปนรองเพยงประเทศจนและญปนเทานน และเปนอนดบ 12ของโลก โดยในป 2555 ประเทศไทยสงออกเมลดพนธปรมาณ 18,383 ตน รวมมลคาประมาณ 130.1 ลานเหรยญสหรฐ ดงรปท 2 และนำาเขาเมลดพนธปรมาณ 6,056 ตน

รวมมลคาประมาณ 28.6 ลานเหรยญสหรฐ [4a, b] ดงนนประเทศไทยจงไดรบผลกำาไรจากการผลตและจำาหนายเมลดพนธ ตลาดสงออกเมลดพนธทสำาคญของไทยไดแก เวยดนาม ปากสถาน ศรลงกา อนโดนเซย และกมพชา ธรกจเมลดพนธของไทยมเกษตรกรทเกยวของกบการผลตเมลดพนธจำานวนประมาณ 40,000 ครวเรอน แตละครวเรอนมรายได16,000-480,000 บาทตอเดอนตอพนท 1 ไร ซงสรางรายไดใหกบเกษตรกรเปนอยางด รฐบาลจงมนโยบายสงเสรม

รปท 2: ปรมาณและมลคาของเมลดทนำาเขาและสงออกของประเทศไทย ระหวางป ค.ศ. 2008-2012



อตสาหกรรมเมลดพนธเพอการสงออก โดยมนโยบาย “Seed Hub” สำาหรบสงเสรมและอำานวยความสะดวกในการสงออกเมลดพนธ และจดตง “Seed Cluster” สำาหรบสนบสนนการวจยและพฒนาพนธพช และเทคโนโลยการผลตเมลดพนธโดยมกรมวชาการเกษตรและศนยพนธวศวกรรมและเทคโนโลยชวภาพแหงชาตเปนผรบผดชอบนโยบายดงกลาวซงรฐบาลคาดหวงวา Seed Hubและ Seed Clusterจะทำาใหไทยเปนศนยกลางการผลตและสงออกเมลดพนธพชของทวปเอเชยในอนาคต

ประเทศไทยซงเปนประเทศผสงออกสนคาเกษตรในลำาดบตน ๆ ของโลก เปนแหลงความแปรปรวน (Center ofdiversity)ของพชเศรษฐกจทสำาคญหลายชนด เชน ขาว กลวย พชตระกลออย กลวยไม พชวงศขง มะมวง สมโอ มะขาม ขนน ลำาไย ฯลฯ นกปรบปรงพนธพชของไทยในอดต

ซงสวนใหญเปนเกษตรกรผปลกพชเหลานนไดพฒนาพนธพชหลายชนดจนเปนเอกลกษณหนงเดยวในโลก เชน ขาวพนธขาวดอกมะล 105 สงขหยด ลมผว มะขามหวานพนธหมนจง สชมพ อนทผาลม มะมวงพนธนำาดอกไม เขยวเสวย ทเรยนพนธหมอนทอง ลำาไยพนธกะโหลก กลวยไมหวายพนธปอมปาดว ฯลฯ พชบางชนดแมจะไมไดมถนกำาเนดอยในประเทศไทย แตการทนกปรบปรงพนธพชของไทยมความสามารถสงทำาใหมการพฒนาพนธพชใหมๆ ให เกษตรกรผลต จนประเทศไทยเปนผผลตหรอผสงออกรายใหญของโลก เชน ออย ยางพารา มนสำาปะหลง ขาวโพดถวเขยว ผกตางๆ ฯลฯตวอยางพนธพชทไดรบการปรบปรงโดยหนวยงานราชการโดยเฉพาะมหาวทยาลยเกษตรศาสตร แสดงไวในรปท 3 และ4

รปท 3: ตวอยางพนธพชไรทปรบปรงโดยมหาวทยาลยเกษตรศาสตร ก. ขาวพนธ เจาหอมนล ข. ขาวพนธ ไรซเบอรร ค. ขาวโพดหวานพนธ อนทร 2 ง. มนสำาปะหลงพนธ เกษตรศาสตร 50 จ. มนสำาปะหลงพนธ หวยบง 60 ฉ. มนสำาปะหลงพนธ หวยบง 80 ช. คำาฝอยไรหนามพนธ พานทอง ซ. ถวเขยวพนธกำาแพงแสน 1 ฌ. ถวเขยวพนธกำาแพงแสน 2




1.3 นกปรบปรงพนธพชกบการเกษตร

ดงทไดกลาวมาแลวในตอนตนวาการเพมการผลตพชใหเพยงพอกบความตองการของประชากรโลกทเพมขนในอนาคตจำาเปนจะตองเพมผลผลตตอหนวยพนทใหมากขนโดยใชเทคโนโลยตางๆ ทางการเกษตร เรมจากใชพนธพชทใหผลผลตสง ทนทานตอสภาพแวดลอม โรคและแมลง เปนปจจยหลกในการเพมผลผลต โดยหนาทในการพฒนาพนธ

พชใหมๆ สำาหรบอนาคตกเปนหนาทของนกปรบปรงพนธ

พช (plant breeder) ในอดตทผานมา การปรบปรงพนธพช

ททำาใหผลผลตพชเพมขนอยางมากจนเกดการปฏวตเขยว

ไดแก การปรบปรงพนธขาวสาลและขาว ทมลกษณะตนเตย

ตานทานการหกลมใหผลผลตสง สกแกเรว และตอบสนอง

ตอปจจยการผลต และการพฒนาพนธ ลกผสม (hybrid

varieties) ในขาวโพดและขาว ททำาใหผลผลตเพมสงขน

รปท 4: ตวอยางพนธผกและไมผลทปรบปรงโดยมหาวทยาลยเกษตรศาสตร ก. ขมนชนพนธแดงสยาม ข. ถวพพนธ TVRC 070 ค. มะเขอเทศเชอรรพนธ CH 154 ง. พรกพนธ TVRC 758 จ. พรกหยวกพนธ TVRC 651 ฉ. พรกพนธ PT 4225 ช. แอปเปลเมลอนพนธ Green first ซ. ฝรงพนธหวานพรณ ฌ. หมอนพนธกำาแพงแสน 42 ญ. พชหรอทอพนธทรอปคบวต ฎ. มะกอกฝรงพนธมนกำาแพงแสน



อยางมาก ตวอยางเชน การพฒนาขาวพนธ IR8 หรอทเรยกกนโดยทวไปวา “ขาวมหศจรรย (miracle rice)” ในชวงทศวรรษ 1960 ซงทำาใหเกดการขยายพนทปลกขาวในทวปเอเชยอยางมโหฬาร อกตวอยางหนง ไดแก การใชเทคโนโลยใหมๆ ในการพฒนาพนธขาวโพดลกผสม (รปท 5) ซงเหนไดชดวาเทคโนโลยท เกดขนใหมทำาใหนกปรบปรงพนธพชสามารถสรางพนธขาวโพดทใหผลผลตสงขนกวาพนธเดมซงเปนพนธผสมเปด (open-pollinated varieties) อยางตอเนอง ตงแตเทคโนโลยการผลตลกผสมค (double-cross hybrid) ลกผสมเดยว (single-cross hybrid) และเทคโนโลยชวภาพ (biotechnology และ genetically modified organism, gmo) โดยการใชเทคโนโลยชวภาพใหการตอบสนองสงสด อยางไรกตามเนองจากสภาพแวดลอม โรคและแมลงศตรพชมการเปลยนแปลงหรอมววฒนาการอยตลอดเวลา ทำาใหพนธพชทใหผลผลตสงและตานทานโรคและแมลงในปจจบน อาจใหผลผลตตำาลงและออนแอตอ

สภาพแวดลอมและศตรพชไดในอนาคต เชน ในป 2553 นกวทยาศาสตรของ International Rice Research Institute พบวา ผลผลตของขาวพนธ IR8 ในปจจบนลดลงรอยละ 15 เมอเทยบกบผลผลตทเคยไดรบในชวงทศวรรษ1960 เนองจากไมสามารถปรบตวเขากบสภาพแวดลอมในปจจบนได [5] ดงนน นกปรบปรงพนธพชจงตองทำางานตลอดเวลาเพอใหมพนธพชใหมๆ ทผลผลตสงเทาเดมหรอสงกวาเดม มความตานทานโรคและแมลง หรอใหมลกษณะทเปลยนไปตามความตองการของผบรโภค โดยใชเทคโนโลยใหมๆ ทมการเปลยนแปลงอยเสมอ เชน การใชเทคโนโลยพนธวศวกรรมในการพฒนาพนธพชตดตอพนธกรรม (genetically modified plant; GMP) ซงทำาใหไดผลผลตทสงขน หรอมคณคาทางโภชนาการมากขน การปรบปรงพนธพชจงมสวนสำาคญอยางยงตอความมนคงทางอาหารของมนษย

รปท 5: การเพมผลผลตตอหนวยพนท (กก./เฮกแตร และ บเชลตอเอเคอร)ของขาวโพดในสหรฐอเมรการะหวางป ค.ศ. 1985-2000 แยกตามเทคโนโลยทใชปรบปรงพนธ (www.biofortified.org) *ผลผลตขาวโพดแสดงเปนหนวย คอ กก./เฮกตาร และบเชลตอเอเคอร (ตวเอยง) กราฟแสดง regression ของ ผลผลตบนเทคโนโลยพนธผสมเปด ลกผสมค ลกผสมเดยว และเทคโนโลยชวภาพ (รวม gmo)

รปท 6: เทคโนโลยชวภาพเปนเครองมอทสำาคญสำาหรบนกปรบปรงพนธพชยคใหม




นกปรบปรงพนธพชคอใคร? ในอดต ความหมายของนกปรบปรงพนธพชจำากดอยเพยงแคนกวทยาศาสตรททำาหนาทสรางพชพนธใหมหรอพฒนาเชอพนธกรรมใหดขน แตในปจจบนคำาจำากดความของนกปรบปรงพนธพชครอบคลมถงนกวทยาศาสตรทมสวนรวมในการพฒนาพนธพชโดยผานการวจยดานการปรบปรงพนธ [6] ซงเปนแขนงหนงของวทยาศาสตร การปรบปรงพนธพชเรมตนหลงการคนพบกฎของเมนเดล (Mendel’s Laws) หลงจากนนการปรบปรงพนธพชกมววฒนาการโดยการซมซบวทยาศาสตรแขนงอนๆเชน ววฒนาการพช (crop evolution) พนธศาสตรประชากรและพนธศาสตรปรมาณ (population and quantitative

genetics) พนธศาสตรสถต (statistical genetics) อณชววทยา (molecular biology) และจโนมกส (genomics)ซงทำาใหนกปรบปรงพนธพชสามารถเพมประสทธภาพในการใชประโยชนเชอพนธกรรมพชไดอยางมาก โดยประมาณรอยละ 50 ของผลผลตพชทเพมขนในแตละชวงเวลานนเปนผลมาจากการปรบปรงพนธ [7] เนองจากการปรบปรงพนธพชเปนวทยาศาสตรประยกตและเกยวของกบวทยาการและศลปะหลายแขนง (applied and multi-disciplinary science) ดงนน ความรทนกปรบปรงพนธพชตองศกษาจงมความหลากหลาย ไดแก พนธศาสตร (ทงพนธศาสตรพนฐาน และอณพนธศาสตร) พฤกษศาสตรสถตและการวางแผนการ

รปท 7: ตวอยางพนธดของปาลมนำามน (ก) สบดำา (ข) นกปรบปรงพนธพชยงสามารถสรางพชชนดใหมๆ โดยการผสมขาม ชนด ดงตวอยางในรปท ค ถง ซ เปนสบดำาประดบ 6 พนธทเกดจากการผสมขามชนดโดยมหาวทยาลยเกษตรศาสตร



ทดลอง สรรวทยาพช กฏวทยา โรคพชวทยา ปฐพวทยา เทคโนโลยชวภาพ ชวเคม และคอมพวเตอร โดยจะตองมความรความเขาใจในดานพนธศาสตร สถตและการวางแผนการทดลองเปนอยางด นอกจากนนกปรบปรงพนธพชจะตองมความสามารถในการบรหารและจดการเพอดำาเนนโครงการปรบปรงพนธใหประสบความสำาเรจผลลพธทสำาคญของการปรบปรงพนธพช คอ พชพนธ ใหมทดกวาเดม โดยทวไปการพฒนาพนธพชใหมหนงพนธ ใชระยะเวลา8-15 ป หรอมากกวา (ในกรณพชยนตน) ขนอยกบชนดของพชนกปรบปรงพนธพชจงตองใชความอดทนเปนอยางมากทจะพฒนาพนธพชใหประสบความสำาเรจ แตถาไดพนธพชทดเปนทตองการของเกษตรกรและตลาดแลว นกปรบปรงพนธพชกจะมรายได (กรณทำางานในบรษท) หรอมชอเสยง (ในกรณทำางานภาคราชการ) คมคาแกเวลาและความวรยะอตสาหะททมเทลงไป

นกวทยาศาสตรประมาณการวาจะตองเพมผลผลตตอหนวยพนทของธญพชใหไดถงรอยละ 80 ของผลผลตปจจบนเพอใหไดผลผลตเพยงพอกบความตองการของจำานวนประชากรในป 2593 [8] พนธพชใหมทพฒนาขนนอกจากจะตองใหผลผลตสงขนกวาเดมแลวยงควรใชปจจยการผลตนอยกวาเดม ซงอาจเรยกไดวาเปน “smart crops” [8] โดยนกปรบปรงพนธพชจะตองเพมความกาวหนาในการปรบปรงพนธในแตละปใหไดเทากบรอยละ 2.5 ของอตราปจจบน [9] ซงเปนสงททาทายความสามารถของนกปรบปรงพนธพชเปนอยางยง ดงนน จงอาจกลาวไดวาศตวรรษท 21 นเปนศตวรรษของการปรบปรงพนธพชและนกปรบปรงพนธจะมบทบาทอยางยงในดานความมนคงทางอาหารของมนษยอยางไรกตามผลการสำารวจในป 2545 กลบพบวาการสรางนกปรบปรงพนธพชในระดบปรญญาเอกมแนวโนมลดลง โดยประเทศสหรฐอเมรกาซงเปนแหลงผลตบณฑตดานปรบปรงพนธพชรายใหญทสดของโลกมผสำาเรจการศกษาดานการปรบปรงพนธพชในระดบปรญญาเอกทงสาขาพชไรและพชสวนรวมกนประมาณเพยงปละ 60 คน [10] ทำาใหเกดความกงวลวาจำานวนของนกปรบปรงพนธพชอาจจะไมเพยงพอตอความตองการของอตสาหกรรมการปรบปรงพนธและเมลดพนธ อนจะสงผลตอเนองไปยงการผลตอาหารใหเพยงพอตอจำานวนประชากรโลก ซงแนวโนมดงกลาวกเกดขนทประเทศไทยเชนเดยวกน ดงนนสถาบนการศกษาดานการเกษตรของโลกและของประเทศไทยจะตองเพมการผลตบณฑตดานการปรบปรงพนธพชใหมปรมาณเพมขนกวาในปจจบน และตองมการพฒนาหลกสตรการเรยนการสอนดานการปรบปรงพนธ

พชใหมความทนสมยและสอดคลองกบความตองการทงของภาครฐและเอกชนทเกยวของกบการพฒนาพนธพชและการวจยดานการปรบปรงพนธพช ยงกวานนความตองการพลงงานในอนาคตหลงแหลงนำามนดบหมดไปจากโลกแลว จะทำาใหมลคาของพชพลงงาน เชนปาลมนำามน และสบดำา (รปท 7 ก และ ข) มคาสงยงขน จนมนกเศรษฐศาสตรระดบโลกบางทานทำานายวา พชพลงงานจะมมลคาสงกวาพชอาหารในเวลาไมเกน 100 ปขางหนา ยงกวานนนกปรบปรงพนธพชยงสามารถสรางพชชนดใหมๆ ทปกตแลวไมสามารถเกดขนไดในธรรมชาต ใหใชประโยชนไดหลากหลายยงขน เชน การสรางสบดำาประดบจากการผสมพนธขามชนดระหวาง Jatropha curcas กบ J.integerrima (รปท 7 ค-ซ) ซงสรางความสดใส และสนคาใหม ๆ ใหกบโลก ตวอยางเหลานตอกยำาความสำาคญของนกปรบปรงพนธพชมากยงขนไปอก

2. หลกการปรบปรงพนธพช 2.1 การเตรยมการกอนการปรบปรงพนธพช (Pre- plantbreeding)

Pre-plantbreeding เปนการศกษาวจยและดำาเนนกจกรรม ทเกยวของกบการคนหาลกษณะหรอยนตางๆ ทเปนประโยชนตอการปรบปรงพนธพชในเชอพนธกรรมพช (plant genetic resources หรอ germplasm) ซงอาจเปนแหลงพนธกรรมทยงไมสามารถนำามาใชประโยชนไดโดยตรง เชน พชพนธปา หรออาจเปนพชคนละชนด (species) กบพชทตองการจะปรบปรงพนธรวมถงการถายทอดลกษณะเหลานนไปสพชทตองการจะปรบปรงพนธเพอทนกปรบปรงพนธพชจะไดนำาไปใชประโยชนในการพฒนาพนธใหมตอไปได ซงกจกรรมตางๆ ทเกยวของกบ pre-breeding นนประกอบดวยการอนรกษเชอพนธกรรมการศกษาระบบการสบพนธของพช การศกษาการถายทอดทางพนธกรรมของลกษณะทสนใจและเทคนคทเกยวของกบอณพนธศาสตร

2.1.1 การอนรกษเชอพนธกรรมพช (Plant genetic resources หรอ germplasm)

เชอพนธกรรมพชเปนแหลงของความแปรปรวนทางพนธกรรม (genetic variation) หรอความหลากหลายทางพนธกรรม (genetic diversity) คอแหลงของยนตางๆ ทเปนประโยชนตอการปรบปรงพนธพช ซงนกปรบปรงพนธพชจะนำามาใชในการคดเลอกหรอพฒนาประชากรเพอสรางพนธใหม [11] กลาววาเชอพนธกรรมพชเปรยบเสมอนเลอดทหลอเลยงการปรบปรงพนธพช ถาหากปราศจากเชอพนธกรรมพชแลว การปรบปรงพนธพชกไมสามารถทำาได




ความหลากหลายทางพนธกรรมมประโยชนในการปองกนความเปราะบางทางพนธกรรม (genetic vulnerability) อนเนองมาจากพนธพชมพนธกรรมทเหมอนกน (genetic un i f o rm i t y ) หร อคล า ยคล ง ก นมาก ( gene t i chomogeneity) ซงทำาใหเสยงตอการออนแอตอโรค แมลง หรอสภาพแวดลอมทไมเหมาะสมเชอพนธกรรมพชอาจแบงออกไดเปน 6 ชนดทสำาคญ คอ (1) พนธพชทถกคดเลอกและ

ปรบตวในสภาพแวดลอมตางๆ ซงเปนเชอพนธกรรมทมผลผ ลต ส งและปรบต ว ได ด ( advanced หร อ e l i t e germplasm) (รปท 8) (2) พนธพชทไดรบการพฒนาและปรบปรงโดยการผสมพนธ ( improved germplasm)(3) พนธพชพนเมอง (landraces) (4) พนธพชตางถน (exotic plants หรอ plant introductions) (5) พชพนธปาหรอพนธวชพช (wild or weedy relatives) และ (6) พชทม

รปท 8: พนธพชทเกษตรกรปลกอยทวไปถอเปนแหลงพนธกรรมทสำาคญของนกปรบปรงพนธพชเพอใชปรบปรงพนธใหดขน ก. มะเขอเทศ ข. มะระ ค. หอมแบง ฅ และ ฆ ถวเขยว ง. กะหลำา จ. แปลงขาวโพด ฉ. แปลงนาขาว



พนธกรรมเฉพาะ (genetic stocks) ตวอยางทสำาคญของการใชประโยชนเชอพนธกรรมพชในการปรบปรงพนธ คอ ในประเทศเยอรมน ในชวงป 1973 ถงป 1990 เชอพนธกรรมพชทเกบไวในธนาคารเชอพนธกรรม Gaterslebenไดถกนำามาใชพฒนาและปรบปรงพนธจนไดพชพนธใหมถง 56 พนธ ทงธญพช พชตระกลถว และผก [12]

เชอพนธกรรมพชทำาใหเกดความกาวหนาในการปรบปรงพนธเพอตอบสนองความตองการของมนษยไมวาจะเปนอาหารมนษยและสตว เสนใย (เครองนงหม) พลงงาน และยารกษาโรค แตเนองจากเชอพนธกรรมพชเปนสงทลดจำานวนลง หมดไป หรอสญหายได อนเนองมาจากกจกรรมของมนษยและปจจยทางสภาพแวดลอม จงจำาเปนตองมการอนรกษเกบรกษาเชอพนธกรรมเพอการใชประโยชนทยงยนซงสามารถทำาได 2 วธ คอ

1) การอนรกษเกบรกษาในสภาพแวดลอมธรรมชาตหรอ ในแหลงกำาเนด (in situ conservation) วธนเปนการ

อนรกษเกบรกษาความแปรปรวนของเชอพนธกรรมใน ถนอาศยตามธรรมชาต เปนวธทเหมาะสำาหรบอนรกษ พชพนธปา ทำาไดโดยใชมาตรการทางกฎหมายในการ ปกปองนเวศสถานของเชอพนธกรรม ตวอยางไดแก เขตรกษาพนธพชและสตวและอทยานแหงชาต ขอด ของการอนรกษโดยวธน คอ เชอพนธกรรมพชจะม ววฒนาการไดอยางตอเนองตามธรรมชาต

2) การอนรกษเกบรกษานอกสภาพแวดลอมธรรมชาต หรอนอกแหลงกำาเนด (ex situ conservation) วธน เปนการนำาสวนขยายพนธ เชน เมลดของเชอพนธกรรม มาเกบไวในธนาคารเชอพนธกรรมซงมการควบคม อณหภม ความชน และสภาพแวดลอมอนๆ ใหสามารถ คงความมชวตไวไดเปนระยะเวลานาน หรอเปนการนำา เชอพนธกรรมมาปลกดแลรกษาในแปลงอนรกษ หรอ สวนพฤกษศาสตร ขอดของวธการน คอ สามารถเกบ รวบรวมเชอพนธกรรมพชไดหลายชนดและหลาย ตวอยาง และงายตอการจดการและนำาไปใชประโยชน แตมขอเสย คอ เชอพนธกรรมมความเสยงตอการ สญเสยความหลากหลายทางพนธกรรม (genetic erosion) เนองจากววฒนาการของพชถกหยดชะงกไว

นอกจากการการอนรกษเชอพนธกรรมพชแลว ยงจำาเปนตองมการสำารวจและเกบรวบรวมเชอพนธกรรมพช (germplasm collection) เพอปองกนการสญหายของเชอ

พนธกรรม โดยเฉพาะอยางยงพชพนธปาและพนธพนเมอง การสำารวจและเกบรวบรวมเชอพนธกรรมพชนนสวนใหญดำ า เน นการ โดย ผ เช ย วชาญด านพ ช ซ ง อ าจ เป นน กพฤกษศาสตรหรอนกปรบปรงพนธพช รวมกบคนในพนททมความรและคนเคยกบพชทตองการจะเกบสำารวจและวฒนธรรมของพนทนนๆ สวนของพชทเกบรวบรวมมกจะเปนเมลด แตกอาจมสวนอนๆ ทใชขยายพนธได เชน หว เหงา หนอ ทอนพนธ หรอสวนอนๆ อาทเชน ละอองเกสร วตถประสงคของเชอพนธกรรมพชทสะสมรวบรวมไว อาจแบงออกไดเปน 4 กลม คอ

l Base collection เปนเชอพนธกรรมพชทถกเกบรกษา ไวในระบบการเกบรกษาระยะยาว (อาจเกบไดนาน หลายทศวรรษ) โดยไมนำามาใชในการวจยหรอปรบปรง

พนธ base collection ควรมความหลากหลายทาง พนธกรรมมากทสด โดยเกบรกษาในสภาพความชนตำา (~5%) และอณหภมตำากวาจดเยอกแขง (-10 ถง -18 องศาเซลเซยส) หรอ อาจเปนการเกบรกษาแบบ cryogenic (-150 ถง -196 องศาเซลเซยส)

l Backup collection เปนเชอพนธกรรมพชสำารอง (duplicate collection) ทถกเกบรกษาไวในกรณท base collection ถกทำาลายเสยหายจากภยพบต

l Active collection เปนเชอพนธกรรมพชเดยวกนกบ base collection แตมไวสำาหรบแจกจายใหกบนกวจย หรอนกปรบปรงพนธพช สภาวะการเกบรกษาของ active collection คอมความชนประมาณ 8% และ อณหภมประมาณ 0-5 องศาเซลเซยส ซงเชอพนธกรรม จะยงคงความมชวต (viability) ไดประมาณ 8-10 ป เชอพนธกรรมในกลมนจะตองมการเพมปรมาณโดย การขยายพนธอยเสมอเพอใหเพยงพอกบการแจกจาย เพอนำาไปใชประโยชน

l Working collection หรอ breeder’s collection เปนเชอพนธกรรมท ไดรบการปรบปรง และมการ ปรบตวทด (โดยการผสมพนธและการคดเลอก) ซง ร ว ม ถ ง เ ช อ พ น ธ ก ร ร ม ท ป ร บ ป ร ง โ ด ย เ ท ค น ค พนธวศวกรรม เปนกลมเชอพนธกรรมทใชสำาหรบการผสม พนธเพอปรบปรงพนธตอไป ธนาคารเชอพนธกรรมพชระดบชาตและนานาชาตทนกปรบปรงพนธสามารถขอหรอซอเชอพนธกรรมเพอนำามาศกษา/พฒนาตอไดแสดงไวในตารางท 1




ตารางท 1: ธนาคารเชอพนธกรรมพชแหงชาตและนานาชาตทสำคญ

TT Chang Genetic Resources Center, International Rice Research Institute

Philippines Rice http://www.irgcis.irri.org:81/grc/irgcishome.html

Genetic Resources and Seed Unit, AVRDC-The World Vegetable Center

Taiwan, Republic of China

Vegetables, mungbean and soybean,

http://203.64.245.173/index.asp

CIAT Genebank, International Center for Tropical Agriculture

Colombia Bean, cassava, tropical forages (legumes and grasses)

http://isa.ciat.cgiar.org/urg/main.do?language=en

IITA Genebank, International Institute of Tropical Agriculture

Nigeria Cassava, cowpea, Bambara groundnut, yam bean, forage legumes

http://genebank.iita.org

Wellhausen-Anderson Plant Genetic Resources Center, International Maize and Wheat Improvement Center

Mexico Maize, wheat and barley http://www.cimmyt.org/en/germplasm-bank

Genebank, International Potato Center

Peru Potato, sweet potato, and neglected root and tuber crops

http://cipotato.org/genebank/

Forage Genebank, International Livestock Research Institure

Ethiopia Forage legumes and grasses http://www.ilri.org/node/1750

WARDA Genebank, Africa Rice Center Tanzania Rice (Oryza glaberrima and wild rice)

http://www.africarice.org/wagis/default.asp

Genebank, International Crop Research Institute for the Semi-Arid Tropics

India Sorghum, pearl millet, chickpea, pigeonpea, groundnut and other millets

http://www.icrisat.org/gene-bank-home.htm

Genebank, International Center for Agricultural Research in the Dry Areas

Syria Barley, wheat, lentil, chickpea, faba bean, vetch and grass pea

http://www.icarda.org/research-sub/biodiversity-and-its-utilization

Australian Collections of Plant Genetic Resources

Australia Agronomic and horticultural crops, forages, woody tree

http://www2.dpi.qld.gov.au/extra/asp/AusPGRIS/

National Genetic Resources Program, United States Department of Agriculture

USA Agronomic and horticultural crops, forages, trees and herbs

http://www.ars-grin.gov/npgs/index.html

Genebank, National Institute of Agrobiological Sciences

Japan Agronomic and horticultural crops

http://www.gene.affrc.go.jp/index_en.php

IPK Genebank, The Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research

Germany Agronomic and horticultural crops

http://www.ipk-gatersleben.de/Internet

ชอธนาคารเชอพนธกรรม และหนวยงาน ประเทศทตง ชนดของพชทใหบรการ รายละเอยดl

l

l

l

l

l

l

l

l

l

l

l

l



2.1.2 การศกษาระบบการสบพนธของพช (Plant reproductive systems)

แมวาพชทมนษยปลกจะมอยหลายชนด (species)แตสามารถแบงตามระบบการสบพนธไดเปน 4 กลม คอ พชผสมตวเอง (self-pollinated crops) พชผสมขามตน (cross-pollinated crops) พชททงผสมตวเองและผสมขามตน (often cross-pollinated crops) และพชทขยายพนธโดยไมอาศยเพศ (asexual reproductive crops) ระบบการผสมพนธทแตกตางกนทำาใหโครงสรางทางพนธกรรมของประชากรพชแตละชนดมความแตกตางกน เชน ขาว มะเขอเทศ และถวหลายชนดซงเปนพชผสมตวเองทำาใหยนเกอบทกตำาแหนงอยในสภาพโฮโมไซกส (homozygous) ซงเกษตรกรสามารถใชปล กต อ ได โดยพนธ กรรมมการเปลยนแปลงนอยมาก สวนขาวโพดซงเปนพชผสมขามตน ย น ห ล า ย ตำ า แ ห น ง อ ย ใ น ส ภ า พ เ ฮ ท เ ท อ โ ร ไ ซ ก ส(heterozygous) ถาจะสกดสายพนธแทเพอนำาไปทำาเปนลกผสม ตองมการควบคมการผสมเกสรทงเพศผและเพศเมยนกปรบปรงพนธยงตองทราบระบบและกลไกการสบพนธของพชทกำาลงปรบปรงพนธ เพอทจะชวยการผสมพนธ (artificial hybridization) ตามหลกการปรบปรงพนธพชไดสำาเรจ และใชวธการปรบปรงพนธใหเหมาะสมกบโครงสรางทางพนธกรรม และชนดของพนธทจะผลต

2.1.3 การศกษาระบบการสบพนธของพช (Plant reproductive systems)

การถายทอดลกษณะในพชแบงออกไดเปน 2 แบบทสำาคญ คอ การถายทอดลกษณะเชงคณภาพ (qualitative inher itance) และการถายทอดลกษณะเชงปรมาณ (quantitative inheritance) ซงการถายทอดลกษณะเชงคณภาพเปนการถายทอดลกษณะทสามารถแบงเปนกลมไดอยางชดเจน (qualitative trait) ถกควบคมดวยยนทมอทธพลมาก เรยกวา ยนหลก (major gene) เพยง 1-2 ตำ าแหน ง โดยอาจ มอทธพลของยนท ม อ ทธพลนอย(minor gene หรอ modifier) รวมดวยหรอไมกได และการแสดงออกของลกษณะมอทธพลของสภาพแวดลอมเขามาเกยวของนอย สวนการถายทอดลกษณะเชงปรมาณไมสามารถแบงเปนกลมลกษณะไดอยางชดเจน (quantitative trait) ควบคมดวย minor gene หลายตำาแหนง (อาจถง 10 หรอมากกวา) หรอดวย major gene หลายตำาแหนง รวมกบ minor gene อกหลายตำาแหนง ซงอาจเรยกลกษณะเหลานวา polygenic trait หรอ multigenic trait กได ลกษณะเชงปรมาณสวนใหญเกยวของกบผลผลตของพช โดยมอทธพลของสภาพแวดลอมเข ามามอทธพลรวมคอนขางมาก

ตำาแหนงบนโครโมโซมของยนทควบคมลกษณะเชงปรมาณเรยกวา quantitative trait locus (QTL) เนองจากลกษณะเหลานถกควบคมดวยยนหลายตำาแหนงทำาใหการปรบปรงพนธทำาไดยากอยางไรกตามกอนดำาเนนการปรบปรงพนธในลกษณะใดลกษณะหนง นกปรบปรงพนธจะตองทราบรปแบบของถายทอดลกษณะเสยกอน เพอทจะไดวางแผนการปรบปรงพนธในลกษณะนนไดอยางมประสทธภาพ

การศกษาการถายทอดลกษณะเชงคณภาพ นยมศกษาอตราการกระจายตวของลกษณะในประชากรชวรนท 2 (Filial 2; F2) ทเกดจากการผสมพนธระหวางพอแมพนธทมลกษณะทสนใจแตกตางกน เพอหาจำานวนและชนดยน (ยนขม; dominant หรอยนดอย; recessive) และปฏกรยาระหวางยนทควบคม ซงอาจแบงออกไดเปน 7 แบบ คอ complementary action, modifying action, inhibiting action, masking action, duplicate action, additiveaction และ pleiotropy

สวนการศกษาลกษณะเชงปรมาณนยมศกษาในประชากรชนดตางๆ ทพฒนาขนจากแผนการผสมพนธ (mating design) แลวนำาไปปลกในแผนการทดลอง (experimental design) เกบขอมลโดยชง ตวงหรอวดลกษณะทศกษา เพอนำาไปวเคราะหหาคาทางสถต ไดแก ชวง(range), คาเฉลย (mean), คาความแปรปรวน (variance), คาเบยงเบนมาตรฐาน (standard deviation) และคาสมประสทธความแปรปรวน (coefficient of variation) จากนนสามารถนำาคาเฉลยและคาความแปรปรวนไปประเมนปฏกรยาของยน ซงแบงออกเปน 3 แบบใหญ ๆ คอ additive effect, dominance effect และ epistatic effect รวมทงนำาไปประเมนคาอตราพนธกรรม (heritability) ซงเปนสดสวนของความแปรปรวนทางพนธกรรมทสามารถถายทอดไปยงชวลกหรอหลานได อตราพนธกรรมจงทำาใหนกปรบปรงพนธพชทราบไดวา ลกษณะทกำาลงจะคดเลอกเพอปรบปรงพนธนน ถกควบคมดวยพนธกรรมมากนอยเทาไรเมอเทยบกบสวนทเปนความแปรปรวนทงหมด และควรใชวธการปรบปรงพนธพชแบบใด จงจะมความกาวหนาในการพฒนาลกษณะนนเรวทสด หรอมากทสด

2.1.4 เทคนคทเกยวของกบอณพนธศาสตร อณพนธศาสตรเปนแขนงหนงของพนธศาสตร เปนการศกษาเกยวกบพนธศาสตรและกลไกทางพนธกรรมในระดบโมเลกล ไดแก ดเอนเอและอารเอนเอเปนกจกรรมทสวนใหญเกยวของกบ pre-plantbreeding เชนกน การประยกตใชอณพนธศาสตรเพอการปรบปรงพนธพชเรมขนหลงป ค.ศ.1980 โดยมการใชเครองหมายดเอนเอ (DNAmarker) ในการสรางแผนทพนธกรรม (genetic map) และ




คนหาเพอวางตำาแหนงของยน (gene หรอ QTL mapping) ทควบคมลกษณะผลผลต ความตานทานโรคและแมลงแลวนำาเครองหมายดเอนเอทเชอมโยงกบยนเหลานนมาชวยคดเลอก (marker-assisted selection; MAS) แทนการคด เลอกดวยลกษณะทพชแสดงออก (phenotypic selection) โดยตรง รวมถงการใชเทคโนโลยการโคลนยน(gene cloning) การถายยน (gene transformation) และพนธวศวกรรม (genetic engineering) มาใชในการสรางพชgenetically modified plant (GMP) ซงพช GMP กมสวนทำาใหผลผลตพชเพมขนดงตวอยางในขาวโพด (รปท 2) กลาวเฉพาะในสวนของ QTL mapping นนทำาใหนกปรบปรงพนธพชคนหายนสาเหตทควบคมลกษณะทตองการจะปรบปรงพนธได ตวอยางเชน การคนพบการกลายพนธของยน betaine aldehyde dehydrogenase 2 ททำาใหเกดความหอมในขาวหอม [13] สวนการคดเลอกพนธโดยใชMAS นนสามารถลดระยะเวลาและคาใชจายในการพฒนาพนธ และเพมความแมนยำาในการคดเลอก ตวอยางหนงของความสำาเรจในการใช MAS ไดแก การพฒนาพนธขาวใหทนทานตอสภาวะนำาทวม [14] การนำาเทคโนโลยดานอณพ น ธ ศ าสตร ม า ใช ใ นกา รพฒนาพ น ธ พ ชน น เร ย ก ว า molecular breeding ซงมแนวโนมวาจะเพมความสำาคญและความแมนยำามากยงขนในอนาคต เชน การใชเทคนคgenomic selection ในการคดเลอกเปนตน

2.2 การปรบปรงพนธพช (Plant breeding)

กระบวนการปรบปร งพนธพชต งแตอดตจนถงป จ จ บ น ใ ช ว ธ ก า ร ป ร บ ป ร ง พ น ธ แ บ บ ม า ต ร ฐ า น (conventional breeding) คอผสมพนธระหวางตนพอแมดวยมอ (hand pollination) เพอรวมลกษณะทดของพอแมไวในรนลกตามเปาหมาย ซงถานกปรบปรงพนธพชมหลายวตถประสงค จะทำาใหยนหรอลกษณะทตองการสญหายไปในระหวางการคดเลอกในชวตางๆได นกปรบปรงพนธพชจงประยกตใชเทคโนโลยชวภาพ (biotechnology) รวมกบการปรบปรงพนธแบบมาตรฐาน โดยการพฒนาเครองหมายโมเลกลเพอชวยคดเลอกในขนตอนตางๆ ตงแตเรมคดเลอกพอแมไปจนถงการตรวจสอบสายพนธทไดรบการปรบปรงแลว วายงมยนทตองการอยในพนธใหมหรอไม รวมทงชวยลดระยะเวลาในขนตอนการคดเลอกพนธใหสนลง โดยเฉพาะในการปรบปร งพนธ พ ชแบบผสมกลบ (backcross breeding) นกปรบปรงพนธสามารถตรวจสอบในทกชวของการผสมกลบวาไดยนจากพอแมพนธทตองการจรงหรอไม

รวมทงสามารถตรวจหาตำาแหนงของเครองหมายโมเลกลทสมพนธกบลกษณะทตองการปรบปรงอกดวย ชวยใหนกปรบปรงพนธพชสามารถรนระยะเวลาทใชการปรบปรงพนธไ ด อย า งมาก แต กว าท จ ะ ได เ คร อ งหมาย โม เลก ลทเ ฉ พ า ะ เ จ า ะ จ ง น น น ก ป ร บ ป ร ง พ น ธ พ ช ห ร อ น กเทคโนโลยชวภาพจะตองใชเวลาในการพฒนาเปนอยางมากดงกลาวไวในหวขอ 2.1 (pre-plantbreeding) แตกนบวาคมคาตอการลงทน นอกจากน นกปรบปรงพนธพชยงสามารถใชวธกลายพนธ (mutation breeding) เหนยวนำาใหเกดการเปลยนแปลงของเบสทสายดเอนเอ หรอทำาใหเกดการเปลยนแปลงในระดบโครโมโซม โดยการอาบรงสหรอสารเคม เชน รงสแกมมา รงสนวตรอน หรอสารเคม ethyl methane sulfonateวธนนยมใชกบพชทมฐานพนธกรรมแคบ เชน พชผสมตวเอง หรอพนทมความหลากหลายทางพนธกรรมตำา

หลงจากท นกปรบปรงพนธ คดเลอกสายพนธพชจำานวนหนงทนาพอใจแลว จะตองมการทดสอบเพอคดเลอกเอาสายพนธทดท สดในกลมไวทดสอบในแปลงเกษตรกรตอไป

3. ศาสตรทเกยวของกบการปรบปรงพนธพช

เนองจากนกปรบปรงพนธพชตองคดเลอกสายพนธจำานวนมากทมลกษณะหลากหลาย เชน ลกษณะทางพชไร ผลผลต ขนาดเมลด การหกลม ความหวาน ลกษณะทางเคม (โปรตน นำามน กรดอะมโน กรดไขมน สารพษ ฯลฯ) โรคและแมลงศตร สภาพแวดลอมทมปญหา (ดนเคม ดนเปรยว สภาพแลง นำาทวมขง ฯลฯ) จงตองทำางานเชอมโยงกบศาสตรหลายสาขา ทำาใหนกปรบปรงพนธพชจะตองมความรทเกยวของมากพอทจะสอสารกบนกวชาการในศาสตรอนๆ ไดอกดวย โดยศาสตรทนกปรบปรงพนธพชควรจะตองศกษามดงน

พนธศาสตร เปนวชาทเปนพนฐานของการปรบปรงพนธพช เนองจากทำาใหทราบถงจำานวนและขนาดของโครโมโซมพชทจะปรบปรง รวมทงการถายทอดลกษณะทจะปรบปรงวามยนควบคมประมาณกค อยบนโครโมโซมใดบางสามารถท จะ ใช ว ธ MAS ช วย ไดหร อ ไม ( ร ปท 9 ) สภาพแวดลอมมผลตอการแสดงออกของลกษณะมากหรอนอย และลกษณะมความเกยวโยงกนอยางไร เชน เปนยนทอยบนโครโมโซมเดยวกน หรอยนเดยวทควบคมมากกวาหนงลกษณะ (มปฏกรยาแบบ pleiotropism)



สถต เปนศาสตรทใชประเมนหรอเปรยบเทยบสายพนธทคดเลอกเอาไว เพอตดสนวาจะคดเลอกสายพนธใดในชวตอๆไป ทสำาคญคอ สถตเปนวชาทใชรวมกบพนธศาสตรในการประเมนพารามเตอรตางๆ ทจำาเปนสำาหรบการปรบปรงพนธพช เชน ปฏกรยาการทำางานของยน (gene act ion) แบบตางๆ [15] อตราพนธกรรรม (her i tabil ity) รวมท งการหาตำาแหนงของกลมยนทควบคมลกษณะเชงปรมาณ (quantitative trait loci, QTL) เปนตน

สรรวทยาพช กระบวนการทเกดขนในพช ตงแตการงอก การเจรญเตบโตในระยะตางๆ จนถงการตดผลและสกแก เกยวของกบการหายใจ การสงเคราะหดวยแสง และการสงเคราะหสารชวเคมตางๆ ทพชตองการ ลวนเกยวของกบวชาสรรวทยาของพช นกปรบปรงพนธพชจงควรมความเขาใจในวชาสรรวทยาของพชตามสมควร

ชวเคม เปนศาสตรทเกยวของกบกระบวนการสรางผลตภณฑตางๆ ทเปนเอกลกษณของแตละพช เชน ปาลมนำามน มเอกลกษณอยทปรมาณและองคประกอบของนำามน ขาว มองคประกอบทงทเปนโปรตนและคณสมบตหงตมตางๆ ออย มคณสมบตทความหวานในลำาตน ฯลฯ การสงเคราะหสารอาหารตางๆ รวมทงสารทมสรรพคณทางยา ตองศกษาโดยใชเครองมอดานชวเคมและสรรวทยาของพชรวมกน (รป

รปท 9: เครองหมายโมเลกล (molecular marker) สามารถแสดงความหลากหลายทางพนธกรรม (genetic diversity) ของ พชทอาจมความคลายคลงในลกษณะปรากฏ (phenotype) ไดอยางชดเจน

ท 10) ยงกวานน ชวเคมยงทำาใหนกปรบปรงพนธพชเขาใจถง

การทำางานของยน และการพฒนาเครองหมายโมเลกลเพอใช

ในการปรบปรงพนธพชอกดวย

กฏวทยาและโรคพช เปนวชาสำาคญทนกปรบปรง

พนธพชตองทำาความเขาใจ เพอจะปรบปรงพนธ พชให

ตานทานโรคและแมลง เพราะโรคและแมลงมวงจรชวตทม

ววฒนาการสมพนธกบพช โดยใชพชเปนแหลงอาหารหรอท

พกอาศย เพอควบคมศตรพชใหไดผล นกปรบปรงพนธพชจง

ตองเรยนรถงวงจรชวตของโรคและแมลง การจดการพช

อาศย รวมทงการดแลและปองกนกำาจดศตรพช ทงโดยวธกล

สารเคม สารชวภาพ หรอการเขตกรรม ซงอาจตองใชหลายๆ

วธผสมผสานกน (integrated management)

การผลตพช เปนวชาทเกยวของกบการปลกและดแล

รกษาพชทกำาลงปรบปรง ตงแตเตรยมวสดปลก (เมลดพนธ

ทอนพนธ ตนกลา) การเตรยมดนระยะปลกทเหมาะสมกบ

พชนน และการดแลรกษา ตลอดจนวธการเกบเกยวสง

โรงงานหรอนวด/กะเทาะ เพอเกบรกษาผลตภณฑไวกอนการ

จำาหนายวชาทเกยวของกบการผลตพชยงใชเปนแนวทางใน

การบนทกขอมลจากการทดลองใหสอดคลองกบวงจรชวต

ของพชอกดวย




ปฐพวทยา เนองจากพชแตละชนดและแตละพนธตองปลกในดนทมความเหมาะสมแตกตางกนไป ถาพชทไดมลกษณะทดทงหมด แตไมตอบสนองตอพนทปลก กจะทำาใหผลผลตพชนนลดลง แตถาสภาพพนทมดนทเหมาะสม จะทำาใหงายตอการจดการและเพมผลผลตพช ในขณะเดยวกน นกปรบปรงพนธพชเองกสามารถปรบปรงใหพชบางพนธ สามารถใหผลผลตในดนทมปญหา เชน ดนเคม ดนกรด ดน

ดาง และดนระบายนำาไมด นอกจากนนนกปรบปรงพนธพชยงสามารถพฒนาพนธพชทอาศยรวมกบจลนทรยดนบางชนด เชน ไรโซเบยมหรอไมคอรไรซา ทอยกบพชแบบพงพาอาศยซงกนและกน (symbiosis) ใหใชประโยชนไนโตรเจนจากอากาศหรอฟอสฟอรสในดนไดอยางมประสทธภาพ เปนการลดการใชปยเคมอกดวย

รปท10: ตวอยางเครองมอดานชวเคมทสนบสนนการปรบปรงพนธพช ก. ชดโครมาโตรกราฟ ข. กลองจลทรรศนอเลคตรอน ค. อปกรณวเคราะหนำามน ฅ. และ ฆ. ชดอเลกโตรโฟรซส*รป ก มาจากเวปไซด http://clgc.rdi.ku.ac.th/index.php/clgc-services/s-chromatography รป ข มาจากเวปไซด http://clgc.rdi.ku.ac.th/index.php/clgc-services/s-microscope



วศวกรรมเกษตร เปนวชาการทมความสำาคญเพมขนเรอยๆ เนองจากระบบตลาดตองการผลผลตทมความสมำาเสมอในปรมาณมากๆ แตคาแรงงานในการเขตกรรมกลบสงขนโดยตลอด ทำาใหตองมการพฒนาเครองจกรกลการเกษตรท เหมาะสมกบการผลตพชแตละชนด เชน เครองมอเตรยมดนและยกรอง เครองปลก เครองดำากลา เครองพรวนวชพช เครองเกบเกยว ฯลฯ ซงบางครงทำาใหนกปรบปรงพนธพชตองพฒนาพนธใหเหมาะกบเครองจกรกล

รปท 11: ตวอยางเครองแยกผลปาลมนำามนออกจากทะลาย (ซาย) และเครองกะเทาะเมลดปาลมนำามน (ขวา) จดอนสทธบตร โดยมหาวทยาลยเกษตรศาสตร

การเกษตร เชน เชอรทหลดรวงงายเมอใชเครองเขยา ขาวทมตนสงพอเหมาะหรอออยทไมหกลมเพอใหเกบเกยวไดงาย ถวเหลองทตดฝกลางในตำาแหนงทสงพอเหมาะ เพอทเครองเกบเกยวจะไดตดตนทมฝกไดท งหมด โดยไมมการสญเสย บางครงเครองจกรกลการเกษตรกชวยใหนกปรบปรงพนธพชทำางานไดงายและรวดเรวขน ตวอยางเชนเครองแยกผลปาลมนำามนออกจากทะลาย และเครองแยกเมลดออกจากผล(รปท 11)

4. อนาคตของการปรบปรงพนธพช

จากการทวชาปรบปรงพนธพชมความเกยวของกบวทยาศาสตรดานตางๆ ดงกลาวมาขางตน ทำาใหศาสตรของการปรบปรงพนธพชจดเปนศาสตรท “เกดใหม” ตลอดเวลา ยกตวอยางเชน เมอกำาเนดวชาพนธศาสตรในป 1900 การปรบปรงพนธพชกเปนวทยาศาสตรมากขน เมอ Fisher ใชหลกการ analysis of variance ทางสถตอธบายความแปรปรวน ในล กษณะ เช งปร ม าณ (quan t i t a t i ve characters) ในป 1918 [15] กทำาใหนกปรบปรงพชสามารถแบงแยกปฏกรยาของยนแบบตางๆ ไดแก additive, dominance และ epistasis รวมทงขยายผลไปถงทฤษฎการคดเลอกเพอปรบปรงพนธพชแบบตางๆ โดยสามารถประเมนความกาวหนาทเกดขนจากการคดเลอกแตละวธไดอกดวยเมอเครองคอมพวเตอรมความสามารถสงขน นกปรบปรงพน ธพชก ได ใช software แบบตางๆ ในการจำาลอง (simulation) ประชากร หรอประเมนพารามเตอรทางพนธกรรมดวยวธการตางๆ เชน best linear unbiased predictor ฯลฯ รวมทงการพฒนา software เพอสบคน genetic stock ทโครงการเกบรกษาไว หรอใชคดเลอกพอแมทมความสมพนธทางพนธกรรม (genetic relationship) ในระดบตางๆ ไดตามวตถประสงคของการปรบปรงพนธพช

ความกาวหนาดานอณชววทยาทำาใหมการประยกตเทคนคดานเครองหมายโมเลกล เพอใชในการจำาแนกพนธพชหรอชวยในการคดเลอก การคนพบเทคนค near-infrared ทำาใหการวเคราะหองคประกอบทางเคม เชน โปรตนและนำามนของประชากรขนาดใหญ ทำาไดอยางรวดเรว สามารถกำาหนดวตถประสงคของการปรบปรงพนธพชไดอยางกวางขวางและลกซงยงขน ความเขาใจดานความตานทานตอโรคและแมลงทเพมขนกทำาใหนกปรบปรงพนธพชม “ของใหม” มาศกษาอยตลอดเวลาท งในแงของการทำาความเขาใจในความหลากหลายของเชอโรคหรอแมลง กบการรวมยน (genepyramiding) ทควบคมความตานทานเชอทหลากหลาย การใชภาพถาย (imaging technology) ชวยใหนกปรบปรงพนธพชสามารถบนทกขอมลลกษณะ (phenotyping) ไดอยางตอเนองตงแตเรมงอกจนถงเกบเกยว ทำาใหการปรบปรงพนธพชบางชนดทเหมาะสมกบการบนทกขอมลตอเนอง กาวไปสการ “เกดใหม” จนอาจกลาวไดวา วชาปรบปรงพนธพชจะไมมวนหายไปจากโลก แตกลบจะมความสำาคญยงขน และ “เกดใหม” ตามวชาการอน ๆ ทนำามาประยกตไดตลอดเวลา

เนองจากพชเปนวตถดบของปจจยส ไดแก อาหารเครองนงหม ทอยอาศยและยารกษาโรค ยงกวานน พชยงเปนวตถดบในการผลตพลงงาน ซงจะมความตองการเพมขน




ตามจำานวนประชากรของโลกทสงขนอยางตอเนอง การปลกพชแบบเชงเดยวและเลอกปลกเฉพาะบางพนธทำาใหพชถกทำาลายจากศตรพชไดงายเกดการสญเสยความหลากหลายทางพนธกรรม การใชพนทดนในการผลตพชเปนพลงงานทำาใหตองแกงแยงพนทดนและทรพยากรนำากบพชอาหาร นอกจากน พชบางอยางยงสามารถใชเปนทงพชอาหารและพชพลงงาน เชน ปาลมนำามน ถวเหลอง คาโนลา ออย มนสำาปะหลง ฯลฯ ซงทำาใหตองเพมผลผลตตอหนวยพนทใหมากยงขน ยงกวานน เชอเพลงทใชในพาหนะเพอการคมนาคมขนสงบางอยาง ยงไมสามารถใชพลงงานทางเลอกอนทดแทนได เชน นำามนเครองบน ซงตองใชนำามนทกลนจากนำามนดบ หรอพฒนาจากนำามนพชเทานน ยงทำาใหเหนความสำาคญของนำามนพชในการใชเปนวตถดบเพอผลตเปน

นำามนเชอเพลง เพอผลตพลงงานและเพอการขนสงมากยงขนไปอก การปรบปรงพนธพชจงตองมบทบาทมากยงขนทจะชวยใหมนษยทอาศยอยบนโลกไดมแหลงของปจจยสและพลงงานอยางเพยงพอ ดงนน นกปรบปรงพนธพชทดจงตองเขาใจทงความหลากหลายในประชากรพชทงหมด (นอกเหนอจากประชากรทกำาลงปรบปรง) การตอบสนองของพชแตละสายพนธหรอแตละตน จนถงระดบเซลลและดเอนเอ ยงนกปรบปรงพนธพชสามารถศกษาหาความรและลงมอทำาดวยตนเองไดมากเทาไร กยงมความรความชำานาญกวางขวางและลกซงมากขนเทานน ซงนกปรบปรงพนธพชทม ความสามารถจะเปนท ต อ งการ เปนอย า งมากของบรษทเอกชนททำาธรกจดานปรบปรงพนธและขยายพนธพชในประเทศไทย (รปท 12)

รปท 12: สวนหนงของโลโกบรษทเมลดพนธพชในประเทศไทย ทมนกปรบปรงพนธพชและผชวยเปนจำานวนมาก และตองการเพมขนทกป ตามการขยายตวของการผลตพช

เอกสารอางอง[1] United Nations. (2013). World population prospects: The 2012 revision. New York: United Nations.[2] Bruinsma, J. (2003). World Agriculture: Towards 2015/2030: An FAO Perspective. London: Earthscan.[3] International Seed Foundation (ISF). (2013). Retrieved December, 19, 2013, from www. worldseed.org/isf/seed_statistics.html.

[4] a: สำานกควบคมพชและวสดทางการเกษตร. (2556a). ปรมาณและมลคาการนำาเขาฯรายเมลดพนธป 2555. Retrieved December, 19, 2013, from http://www.doa.go.th/ard/FileUpload/พนธพช/ สถต/ปรมาณและมลคาการนำาเขาฯรายเมลดพนธ% 202555.pdf, b: สำานกควบคมพชและวสดทางการ เกษตร. (2556). ปรมาณและมลคาการสงออกฯ ราย เมลดพนธป 2555. Retrieved December, 19, 2013, from http://www.doa.go.th/ard/ FileUpload/พนธพช/สถต/ปรมาณและมลคาการ สงออกฯรายเมลดพนธ%202555.pdf



[5] Peng, S.B., Huang, J. L., Cassman, K.G., Laza, R. C., Visperas, R.M., and Khush, G.S. (2010). The importance of maintenance breeding: A case study of the first miracle rice variety-IR8. Field crops research, 119, 342-347.[6] Ransom, C., Drake, C., Ando, K., and Olmstead, J. (2006).Report of breakout group 1: What kind of training do plant breeders need, and how can we most effectively provide that 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

and Breeding. MA :Blackwell Publishing.[12] Hammer, K. (1991). Die nutzung des materials d e r G a t e r s l e b e n e r g e n b a n k f ü r d i e res istenzzüchtung-eineübers icht . Vortr Pflanzenzüchtg, 19, 197-206.[13] Vanavichit, A., Yoshihashi, T., Wanchana, S., 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.

[14] Ismail, A.M., U.S. Singh, S. Singh and M.H. Dar. (2013). The contribution of submergence- tolerant (Sub1) rice varieties to food security in flood-prone rainfed lowland areas in Asia. Field-

Crops Research, 152, 83-93.[15] Fisher, R.A.(1918). The correlation between realtives on the supposition of Mendelian inheritance. Transactions of the Royal Society of Edinburgh, 12, 399-433.

PeerasakSrinives, Professor Department of Agronomy, Kasetsart University, KamphaengSaen, NakhonPathom 73140 Thailand. His main research area is on breeding, genetics, and genomics of legumes and oilcrops.Presently he is a NSTDA Chair Professor conducting research ongenetics and breeding of jatropha for oil and feed.




Patcharin Tanya, Assistant ProfessorDepartment of Agronomy, Kasetsart University, Kamphaeng Saen, NakhonPathom 73140 ThailandHer main research area is on breeding, genetics, and genomics of legumes and oil crops. More recently, she is interested in genetics and breeding of oil palm and jatropha.

P rak i t Somta , Ass i s tant P rofessor Department of Agronomy, Kasetsart University, Kamphaeng Saen, Nakhon Pathom 73140 Thailand His main research area is on genetics and breeding(conventional and molecular) of mungbean, soybean and other crops in the genus Vigna.

Documents

ศาสตร์ด้านการปรับปรุงพันธุ์ ......พ ระศ กด ศร น เวศน และคณะ ศาสตร ด านการปร