การตรวจสอบไอโอโนมของอ้อยที่ติดเชื้อโรคใบขาวอ้อย โดยการใช้ไมโครเอ็กซ์เรย์ฟลูออเรสเซนซ์ สเปกโทรสโกปี
คำสำคัญ:
อ้อย, โรคใบขาว, ไฟโตพลาสมา , ไอโอโนมิกส์ , ธาตุอาหารบทคัดย่อ
วัตถุประสงค์และที่มา : โรคใบขาวซึ่งเกิดจากเชื้อ sugarcane white leaf (SCWL) phytoplasma เป็นโรคที่ก่อให้เกิดความเสียหายอย่างรุนแรงต่อการผลิตอ้อยของประเทศไทย อ้อยที่ติดเชื้อ อาจแสดงอาการ หรือไม่แสดงอาการ ซึ่งอ้อยที่ไม่แสดงอาการอาจถูกใช้เป็นท่อนพันธุ์ ทำให้เกิดการแพร่กระจายของเชื้อ ในปัจจุบันข้อมูลผลกระทบของเชื้อ SCWL phytoplasma ต่ออ้อยติดเชื้อ ในระดับธาตุอาหาร โดยเฉพาะในระยะที่ไม่แสดงอาการมีน้อยมาก ทำให้การจัดการระบบปลูก และการให้ธาตุอาหารในพื้นที่ปลูกอ้อยที่เหมาะสมเป็นไปได้ยาก การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อตรวจสอบผลกระทบของ SCWL phytoplasma ต่อการกระจายธาตุอาหารในใบอ้อยและประเมินประโยชน์ของไมโครเอ็กซ์เรย์ฟลูออเรสเซนซ์ สเปกโทรสโกปี สำหรับการวิเคราะห์เปรียบเทียบธาตุอาหารในอ้อย
วิธีดำเนินการวิจัย : เก็บตัวอย่างใบจากต้นอ้อยสายพันธุ์ขอนแก่น 3 อายุ 10 เดือน ที่แสดงอาการโรคใบขาว จำนวน 15 ตัวอย่าง ซึ่งแบ่งตามความรุนแรงของอาการออกเป็น 3 ระดับ (ระดับละ 5 ต้น) และอ้อยที่ไม่แสดงอาการ จำนวน 10 ตัวอย่าง จากแหล่งปลูก อำเภอ เลาขวัญ จังหวัดกาญจนบุรี นำตัวอย่างมาตรวจหาเชื้อ sugarcane white leaf (SCWL) phytoplasma ด้วยเทคนิค polymerase chain reaction (PCR) และตรวจสอบสัดส่วนของธาตุในอ้อยที่ปลอดเชื้อไฟโตพลาสมา (ไม่แสดงอาการ และไม่พบเชื้อ) อ้อยที่พบเชื้อแต่ไม่แสดงอาการโรค อ้อยที่แสดงอาการโรคใบขาว โดยใช้ Micro X-ray fluorescence spectroscopy (μ-XRF) และใช้การวิเคราะห์ทางเคมีแบบ Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectscopy (ICP-OES) เป็นวิธีการเปรียบเทียบ วิเคราะห์ข้อมูลโดยใช้การวิเคราะห์ความแปรปรวนทางเดียว (one-way analysis of variance (ANOVA) การทดสอบเปรียบเทียบของวิธี Tukey’s และการวิเคราะห์ความสัมพันธ์โดยวิธี Pearson’s correlation
ผลการวิจัย : อ้อยที่แสดงอาการตรวจพบเชื้อ SCWL phytoplasma ทั้ง 15 ตัวอย่าง และอ้อยที่ไม่แสดงอาการตรวจพบเชื้อ 5 ตัวอย่าง เมื่อนำอ้อยที่พบเชื้อมาวิเคราะห์พบธาตุ 6 ชนิดตามลำดับปริมาณที่พบจากมาก-น้อย ได้แก่ โพแทสเซียม ซิลิคอน แคลเซียม ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส และ เหล็ก ตามลำดับ พบความสัมพันธ์อย่างมีนัยสำคัญระหว่างระดับความรุนแรงของอาการกับธาตุ 2 ธาตุ คือ ซิลิกอนและซัลเฟอร์ โดยการลดลงของซิลิกอน จะมีความสัมพันธ์ทางลบอย่างมีนัยสำคัญ (-0.824) กับความรุนแรงของอาการ ขณะที่การเพิ่มขึ้นของซัลเฟอร์จะมีความสัมพันธ์ทางบวกอย่างมีนัยสำคัญ (0.803) กับความรุนแรงของอาการ นอกจากนี้ ความสามารถในการคาดการณ์ของแบบจำลองที่สอบเทียบจากไมโครเอ็กซ์เรย์และ ICP-OES พบว่า Mean Absolute Percentage Error (MAPE) ของ ซิลิกอน โพแทสเซียม และ แคลเซียม มีค่าต่ำกว่า 20% (15.52%, 10.44% และ 9.69% ตามลำดับ) แสดงให้เห็นถึงวิธีของไมโครเอ็กซ์เรย์มีความสามารถในการตรวจวัดใกล้เคียงกับการวิเคราะห์ทางเคมีแบบ ICP-OES
สรุปผลการวิจัย : เชื้อ SCWL phytoplasma ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของธาตุอาหารในใบอ้อย โดยเฉพาะธาตุซิลิกอน และซัลเฟอร์ นอกจากนั้น ไมโครเอ็กซ์เรย์ เป็นเทคนิคที่มีประโยชน์ต่อการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของธาตุอาหาร เป็นวิธีการที่มีความน่าเชื่อถือรวดเร็วสำหรับการแสดงการเปลี่ยนแปลงเชิงปริมาณในระดับเซลล์ ทำให้เห็นผลกระทบของไฟโตพลาสมา SCWL ต่ออ้อยในช่วงการเปลี่ยนจากระยะที่ไม่มีอาการไปเป็นระยะที่แสดงอาการ ผลการศึกษาจะเป็นประโยชน์ต่อการจัดการพื้นปลูกอ้อย และการใช้ธาตุเสริมเพื่อลดความรุนแรงของอาการโรคใบขาว
References
Akhtar, N. I. S. H. A. R., Chandra, R., & Mazhar, Z. (2018). Silicon based defence mechanism in plants. Trends in Biosciences, 11, 32.
Amtmann, A., Troufflard, S., & Armengaud, P. (2008). The effect of potassium nutrition on pest and disease resistance in plants. Physiologia plantarum, 133(4), 682-691.
Awasthi, S., Chauhan, R., & Srivastava, S. (2022). The importance of beneficial and essential trace and ultratrace elements in plant nutrition, growth, and stress tolerance. In Plant nutrition and food security in the era of climate change (pp. 27-46). Academic Press.
Brouwer, S. M., Lindqvist‐Reis, P., Persson, D. P., Marttila, S., Grenville‐Briggs, L. J., & Andreasson, E. (2021). Visualising the ionome in resistant and susceptible plant–pathogen interactions. The Plant Journal, 108(3), 870-885.
Chowdhury, M. S. R., Rahman, M. A., Nahar, K., Dastogeer, K. M., Hamim, I., & Mohiuddin, K. M. (2022). Mineral nutrient content of infected plants and allied soils provide insight into wheat blast epidemics. Heliyon, 8(2), e08966.
Dayasena, Y.A.P.K., Panda, P., Thushari, A.N.W.S., & Rao, G.P. (2021). Geographical distribution and identification of phytoplasma strain associated with sugarcane white leaf disease in Sri Lanka. Sugar Tech, 23(6), 1351-1358.
Frazão, J. J., Prado, R. D. M., de Souza Júnior, J. P., & Rossatto, D. R. (2020). Silicon changes C: N: P stoichiometry of sugarcane and its consequences for photosynthesis, biomass partitioning and plant growth. Scientific Reports, 10(1), 12492.
Garcia, F. H. S., Domingues-Júnior, A. P., Lima Nogueira, M., de Paula, S., Ferreira, J., Lavres, J., Martins, S. J., Fernie, A. R., & Kluge, R. A. (2023). Impact of Leifsonia xyli subsp. xyli titer on nutritional status, and metabolism of sugar cane. Plant and Soil, 493(1), 341-354.
Goyal, K., Singh, N., Jindal, S., Kaur, R., Goyal, A., & Awasthi, R. (2022). Kjeldahl Method. Advanced Techniques of Analytical Chemistry: Volume 1, 1, 105-112.
Gulzar, N., Ali, S., Shah, M. A., & Kamili, A. N. (2021). Silicon supplementation improves early blight resistance in Lycopersicon esculentum Mill. by modulating the expression of defense-related genes and antioxidant enzymes. 3 Biotech, 11, 1-13.
Guerra, M. B. B., de Almeida, E., Carvalho, G. G., Souza, P. F., Nunes, L. C., Júnior, D. S., & Krug, F. J. (2014).Comparison of analytical performance of benchtop and handheld energy dispersive X-ray fluorescence systems for the direct analysis of plant materials. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 29(9), 1667-1674.
Handi, El, K., Hafidi, M., Habbadi, K., El Moujabber, M., Ouzine, M., Benbouazza, A., Sabri, M., & Achbani, E.H.(2021). Assessment of ionomic, phenolic and flavonoid compounds for a sustainable management of Xylella fastidiosa in Morocco. Sustainability, 13(14), 7818.
Kim, S. G., Kim, K. W., Park, E. W., & Choi, D. (2002). Silicon-induced cell wall fortification of rice leaves: a possible cellular mechanism of enhanced host resistance to blast. Phytopathology, 92(10), 1095-1103.
Kovács, S., Kutasy, E., & Csajbók, J. (2022). The multiple role of silicon nutrition in alleviating environmental stresses in sustainable crop production. Plants, 11(9), 1223.
Künstler, A., Gullner, G., Ádám, A. L., Kolozsváriné Nagy, J., & Király, L. (2020). The versatile roles of sulfur-containing biomolecules in plant defense A road to disease resistance. Plants, 9(12), 1705.
Kumar, A., Anju, T., Kumar, S., Chhapekar, S. S., Sreedharan, S., Singh, S., Choi, S. R., Ramchiary, N., & Lim, Y. P. (2021). Integrating omics and gene editing tools for rapid improvement of traditional food plants for diversified and sustainable food security. International Journal of Molecular Sciences, 22(15), 8093.
Lahner, B., Gong, J., Mahmoudian, M., Smith, E. L., Abid, K. B., Rogers, E. E., Guerinot, M. L. & Salt, D. E. (2003). Genomic scale profiling of nutrient and trace elements in Arabidopsis thaliana. Nature Biotechnology, 21(10), 1215-1221.
Martins, M. T. B., de Souza, W. R., da Cunha, B. A. D. B., Basso, M. F., de Oliveira, N. G., Vinecky, F., Martins, de Oliveira, P. A., Arenque-Musa, B. C., de Souza, A. P., & Buckeridge, M. S. (2016). Characterization of sugarcane (Saccharum spp.) leaf senescence: implications for biofuel production. Biotechnology for Biofuels, 9, 1-17.
McCormick, A. J., Cramer, M., & Watt, D. (2006). Sink strength regulates photosynthesis in sugarcane. New phytologist, 171(4), 759-770.
Mishra, N., Dwivedi, S.P., Tiwari, A.K., Prajapati, M.R., & Singh, J. (2022). Characterisation of phytoplasma associated with sugarcane white leaf disease in Uttar Pradesh, India. Archives of Phytopathology and Plant Protection, 55(1), 19-27.
Nicolas, O., Charles, M. T., Jenni, S., Toussaint, V., Parent, S. É., & Beaulieu, C. (2019). The ionomics of lettuce infected by Xanthomonas campestris pv. vitians. Frontiers in plant science, 10, 351.
Office of The Cane and Sugar Board. (2017).Retrieved from: https://www.ocsb.go.th/wp-content/uploads/2023/03/9342-2176.pdf.
Oliver, J. E., Sefick, S. A., Parker, J. K., Arnold, T., Cobine, P. A., & De La Fuente, L. (2014). Ionome changes in Xylella fastidiosa–infected Nicotiana tabacum correlate with virulence and discriminate between subspecies of bacterial isolates. Molecular plant-microbe interactions, 27(10), 1048-1058.
Porfido, C., Köpke, K., Allegretta, I., Bandte, M., von Bargen, S., Rybak, M., Falkenberg, G., Mimmo, T., Cesco, S., Büttner, C., & Terzano, R. (2023). Combining micro-and portable-XRF as a tool for fast identification of virus infections in plants: The case study of ASa-Virus in Fraxinus ornus L. Talanta, 262,124680.
Quan, M. V., Liem, N. V., Man, L. Q., Huy, N. Q., Le, X. V., Cuong, H. V., Nguyen, D. T., Thao, H. T. B., Hung, N. V., Huy, N. D., & Weintraub, P. G. (2020). A new phytoplasma strain associated with the sugarcane white leaf disease in Vietnam. Phytopathogenic Mollicutes, 10(1), 60-68.
Ramouthar, P. V., Caldwell, P. M., & Mcfarlane, S. A. (2015). Effect of silicon on the severity of brown rust of sugarcane in South Africa. European Journal of Plant Pathology, 145, 53-60.
Rodrigues, F. Á., McNally, D. J., Datnoff, L. E., Jones, J. B., Labbé, C., Benhamou, N., Menzies, J. G., & Bélanger, R. R.(2004). Silicon enhances the accumulation of diterpenoid phytoalexins in rice: a potential mechanism for blast resistance. Phytopathology, 94(2), 177-183.
Roddee, J., Kobori, Y., & Hanboonsong, Y. (2018). Multiplication and distribution of sugarcane white leaf phytoplasma transmitted by the leafhopper, Matsumuratettix hiroglyphicus (Matsumura) (Hemiptera: Cicadellidae), in infected sugarcane. Sugar Tech, 20(4), 445-453.
Saengmanee, P., Burns, P., Watcharachaiyakup, J., Lertsuchatavanich, U., & Chanprem, S. (2023). Specificity and sensitivity of sugarcane white leaf (SCWL) phytoplasma molecular detection. In The 2nd International Conference on Cane and Sugar 2023 Towards BCG Economy; Smart Farm to Bio Industry. (pp. 125). at Asawin Grand Convention Hotel Bangkok, Thailand.
Salt, D. E., Baxter, I., & Lahner, B. (2008). Ionomics and the study of the plant ionome. Annual Review of Plant Biology, 59, 709-733.
Sampaio, A., Pegos, V. R., Oshiro, E. E., & Balan, A. (2017). The periplasmic binding protein NrtT affects xantham gum production and pathogenesis in Xanthomonas citri. Federation of European Biochemical Societies, 7(10), 1499-1514.
Santos, A. D. F., Matos, R. A., Andrade, E. M., dos Santos, W. N., Magalhães, H. I., Costa, F. D. N., & Korn, M. D. G. A. 2017). Multielement determination of macro and micro contents in medicinal plants and phytomedicines from Brazil by ICP OES. Journal of the Brazilian Chemical Society, 28, 376-384.
Silalertruksa, T., & Gheewala, S. H. (2020). Competitive use of sugarcane for food, fuel, and biochemical through the environmental and economic factors. The International Journal of Life Cycle Assessment, 25, 1343-1355.
Tófoli de Araújo, F., Bolanos-Garcia, V.M., Pereira, C.T., Sanches, M., Oshiro, E.E., Ferreira, R.C., Chigardze, D.Y., Barbosa, J.A.G., de Souza Ferreira, L.C., Benedetti, C.E., & Blundell, T.L. (2013). Structural and physiological analyses of the alkanesulphonate-binding protein (SsuA) of the citrus pathogen Xanthomonas citri. PLoS One, 8(11), e80083.
Tran‐Nguyen, L., Blanche, K.R., Egan, B., & Gibb, K.S. (2000). Diversity of phytoplasmas in northern Australian sugarcane and other grasses. Plant Pathology, 49(6), 666-679.
Tripathi, R., Tewari, R., Singh, K. P., Keswani, C., Minkina, T., Srivastava, A. K., De Corato, U., & Sansinenea, E.(2022). Plant mineral nutrition and disease resistance: A significant linkage for sustainable crop protection. Frontiers in Plant Science, 3116.
Vogel-Mikuš, K., & Pongrac, P. (2022). Imaging of potassium and calcium distribution in plant tissues and cells to monitor stress response and programmed cell death programmed cell death (PCD). In Plant Proteases and Plant Cell Death: Methods and Protocols (pp. 233-246). New York, NY: Springer US.
Wang, M., Zheng, Q., Shen, Q., & Guo, S. (2013). The critical role of potassium in plant stress response. International journal of molecular sciences, 14(4), 7370-7390.
Wang, X.Y., Zhang, R.Y., Li, J., Li, Y.H., Shan, H.L., Li, W.F., & Huang, Y.K. (2022). The diversity, distributionand status of phytoplasma diseases in China. Frontiers in Sustainable Food Systems, 6, 943080.
Wang, L., Pan, T., Gao, X., An, J., Ning, C., Li, S., & Cai, K. (2022). Silica nanoparticles activate defense responses by reducing reactive oxygen species under Ralstonia solanacearum infection in tomato plants. NanoImpact, 28, 100418
Wei-min, D., Ke-qin, Z., Bin-wu, D. U. A. N., Cheng-xiao, S., Kang-le, Z., Run, C., & Jie-yun, Z. (2005). Rapid determination of silicon content in rice. Rice Science, 12(2), 145-147.
Wichakan, K. (2023). Market Analysis: Sugarcane products in Thailand. Available online: https://www.researchgate.net/publication/370056504 Accessed 17 Aprill 2024
Williams, J. S., Hall, S. A., Hawkesford, M. J., Beale, M. H., & Cooper, R. M. (2002). Elemental sulfur and thiol Accumulation in tomato and defense against a fungal vascular pathogen. Plant Physiology, 128(1), 150-159.
van der Zee, L., Corzo Remigio, A., Casey, L. W., Purwadi, I., Yamjabok, J., van der Ent, A., Kootstra, G., & Aarts, M. G.(2021). Quantification of spatial metal accumulation patterns in Noccaea caerulescens by X-ray fluorescence image processing for genetic studies. Plant Methods, 17, 1-16.
Yadeta, K. A., Elmore, J. M., Creer, A. Y., Feng, B., Franco, J. Y., Rufian, J. S., He, P., Phinney B., & Coaker, G. (2017). A cysteine-rich protein kinase associates with a membrane immune complex and the cysteine residues are required for cell death. Plant Physiology, 173(1), 771-787.
Yang, Y., Saand, M. A., Huang, L., Abdelaal, W. B., Zhang, J., Wu, Y., Li, J., Sirohi, M. H., & Wang, F. (2021). Applications of multi-omics technologies for crop improvement. Frontiers in Plant Science, 12, 563953.
Zhang, M. Y., Hong, D. K., Chen, Y. H., Gao, S. J., Fu, H. Y., Zheng, H. K., Fang, Y. & Wang, J. D. (2022). Synergistic effects of organosilicon and Cu (OH)2 in controlling sugarcane leaf scald disease. International Journal of Molecular Sciences, 23(21), 13532
Zhang, R. Y., Shan, H. L., Huang, Y. K., Wang, X. Y., Li, J., Li, W. F., Cang, X. Y., Yin, J., & Luo, Z. M. (2020). Survey of incidence and nested PCR detection of sugarcane white leaf in different varieties. Plant disease, 104(10), 2665-2668.
Zhang, R. Y., Wang, X. Y., Li, J., Shan, H. L., Li, Y. H., Huang, Y. K., & He, X. H. (2023). Complete genome sequence of “Candidatus Phytoplasma sacchari” obtained using a filter-based DNA enrichment method and Nanopore sequencing. Frontiers in Microbiology, 14, 1252709.
Downloads
เผยแพร่แล้ว
How to Cite
ฉบับ
บท
License
Copyright (c) 2024 คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Burapha Science Journal is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0) licence, unless otherwise stated. Please read our Policies page for more information
