นักวิจัยจาก Hokkaido University พัฒนาฟิล์มโปร่งแสงแบบพิเศษที่ช่วยให้พืชผักสามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้ดีขึ้น โดยผลการทดสอบพบว่าพืชที่ได้รับแสงผ่านฟิล์มนี้มีลำต้นโตสูงกว่าปกติราว 1.2 เท่า และมีเนื้อไม้มากกว่าปกติ 1.4 เท่า

การวิจัยนี้มีที่มาจากการศึกษาเรื่องกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช โดยปกติแล้วพืชใช้ประโยชน์จากแสงสว่างใน 2 ย่านความถี่เป็นหลัก นั่นคือ คลื่นแสงสีแดง และคลื่นแสงสีน้ำเงิน (ส่วนคลื่นแสงสีเขียวนั้นแทบไม่ถูกดูดซับและจะถูกสะท้อนกลับออกมาโดยมาก สังเกตได้จากการเรามองเห็นใบไม้เป็นสีเขียว) ส่วนคลื่น UV ที่มาด้วยกันกับแสงอาทิตย์นั้นกลับไม่ได้ก่อประโยชน์ต่อพืชสักเท่าใดนัก

สิ่งที่ทีมวิจัยต้องการทำคือการสร้างวัสดุพิเศษที่สามารถเปลี่ยนคลื่นแสงในย่านความถี่ที่พืชยังไม่ได้ใช้ประโยชน์ให้กลายเป็นคลื่นแสงที่เป็นประโยชน์ต่อพืช และสิ่งที่พวกเขาสร้างขึ้นคือฟิล์มแบบพิเศษที่เรียกว่าเป็น "วัสดุเปลี่ยนความยาวคลื่น" (WCM: wavelength-converting material) ทำขึ้นมาจากฟิล์มพลาสติกใสเคลือบด้วยธาตุ europium (Eu)

แผ่นฟิล์ม WCM ที่สร้างขึ้นโดยการเคลือบธาตุ europium บนฟิล์มพลาสติก

แผ่นฟิล์ม WCM นั้นจะดูดซับคลื่น UV ที่พืชไม่ได้ใช้ประโยชน์ ซึ่งมีความยาวคลื่นราว 310-370 nm เอาไว้ และปล่อยคลื่นแสงสีแดงในช่วงความยาวคลื่นราว 620 nm อันเป็นคลื่นที่พืชใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสงออกมา เท่ากับว่าเปลี่ยนพลังงานที่ปกติสูญเสียไปโดยเปล่าให้กลายเป็นพลังงานที่พืชใช้ประโยชน์ได้นั่นเอง

(a) ภาพอธิบายการใช้งานฟิล์ม WCM และโครงสร้างทางโมเลกุลของแผ่นฟิล์ม, (b) ภาพเปรียบเทียบการส่องแสงสว่างปกติและแสง UV ผ่านแผ่นฟิล์ม WCM, (c) ภาพสเปกตรัมคลื่นแสงแสดงให้เห็นความถี่คลื่น UV ที่ฟิล์ม WCM ดูดซับ และความถี่คลื่นแสงสีแดงที่แผ่นฟิล์มปล่อยออก

ทีมวิจัยได้ทำการทดสอบโดยปลูกต้นสวิสชาร์ด โดยเปรียบเทียบกันระหว่างต้นที่รับแสงแดดตามธรรมชาติกับต้นที่รับแสงที่ส่องผ่านฟิล์ม WCM โดยพบว่าในช่วงฤดูร้อนที่เวลากลางวันยาวนานนั้น ไม่พบความแตกต่างเรื่องการเจริญเติบโตระหว่างต้นสวิสชาร์ดทั้ง 2 กลุ่มมากนัก แต่ในช่วงฤดูหนาวผักที่รับแสงที่ส่องผ่านฟิล์ม WCM สามารถโตมีขนาดสูงกว่าผักที่รับแสงตามปกติ 1.2 เท่า และมีมวลเนื้อของผักมากกว่าการปลูกแบบรับแสงตามปกติ 1.4 เท่า หลังการปลูก 63 วัน

(a) ภาพถ่ายต้นสวิสชาร์ดในแปลงทดสอบ, (b) กราฟแสดงการเปรียบเทียบเรื่องความสูงของผักที่ทดสอบ โดยเห็นเส้นกราฟสีน้ำเงินซึ่งเป็นข้อมูลช่วงฤดูหนาวแสดงความแตกต่างจากการใช้ฟิล์ม WCM อย่างชัดเจน, (c) กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างส่วนสูงของต้นสวิสชาร์ดและน้ำหนักผักสด, (d) กราฟเปรียบเทียบมวลเนื้อของผักแบบใช้ฟิล์ม WCM เทียบกับผักที่ปลูกตามปกติทั้งในฤดูร้อนและฤดูหนาว

ทีมวิจัยของ Hokkaido University ยังได้ทำการทดลองใช้แผ่นฟิล์ม WCM กับต้นสนญี่ปุ่น (Japanese larch) ซึ่งเป็นพืชที่นิยมเลี้ยงเป็นบอนไซชนิดหนึ่งด้วย ผลการทดสอบพบว่าในช่วงระยะเวลา 4 เดือนที่ใช้ฟิล์ม ต้นสนญี่ปุ่นมีการเจริญเติบโตที่รวดเร็วกว่าการปลูกตามปกติอย่างชัดเจน ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางลำต้นของการปลูกแบบใช้ฟิล์มนั้นมากกว่าลำต้นแบบปกติประมาณ 1.2 เท่า ในขณะที่มวลเนื้อของต้นสนญี่ปุ่นที่รับแสงผ่านฟิล์มก็มากกว่าต้นที่รับแสงตามปกติเป็น 1.4 เท่า

ทีมวิจัยได้บันทึกอัตราการเจริญเติบโตสัมพัทธ์ (RGR: Relative Growth Rate) ซึ่งเป็นค่าที่ได้จากสัดส่วนมวลเนื้อของพืชที่เพิ่มขึ้นมาใหม่ในแต่ละช่วงเวลาเปรียบเทียบกับมวลเนื้อที่มีอยู่เดิม และพบว่าค่า RGR ของการปลูกต้นสนญี่ปุ่นแบบใช้ฟิล์ม WCM นั้นจะสูงกว่าการปลูกแบบปกติในช่วง 3-4 เดือนแรกอย่างชัดเจน และจากการประเมินอัตราการเจริญเติบโตนี้ทีมวิจัยสรุปว่าการใช้แผ่นฟิล์ม WCM เพื่อปลูกต้นสนญี่ปุ่นจนมีขนาดใหญ่ได้ตามมาตรฐานของการเพาะเลี้ยงนั้นจะช่วยย่นเวลาให้เหลือเพียง 1 ปี จากที่โดยปกติต้องใช้เวลา 2 ปี

(a) ภาพถ่ายเปรียบเทียบต้นสนญี่ปุ่นหลังการเพาะเป็นเวลา 4 เดือน เปรียบเทียบกันระหว่างการเพาะเลี้ยงแบบรับแสงตามปกติและแบบใช้ฟิล์ม WCM, (b) กราฟเปรียบเทียบความสูงของต้นสนญี่ปุ่นทั้งแบบใช้ฟิล์มและไม่ใช่ฟิล์มในแต่ละเดือน, (c) ค่า RGR ของต้นสนญี่ปุ่นในแต่ละช่วงเวลาที่ทดลอง, (d) กราฟเปรียบเทียบมวลเนื้อของต้นสนที่เพาะปลูกแบบใช้ฟิล์มและไม่ใช้ฟิล์ม โดยแยกข้อมูลมวลเนื้อออกตามส่วนต่างๆ ของต้น ได้แก่ รากฝอย (สีดำ), รากแก้วและรากแขนง (สีน้ำตาล), ลำต้น (สีเขียวอ่อน) และใบ (สีเขียวเข้ม)

ทีมวิจัยหวังว่าเทคโนโลยีแผ่นฟิล์ม WCM นี้จะสามารถนำไปใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการเพาะปลูกได้ยิ่งขึ้นโดยเฉพาะในพื้นที่ซึ่งมีภูมิอากาศหนาวเย็น ซึ่งจะช่วยเพิ่มผลผลิตและแก้วิกฤติขาดแคลนอาหารในอนาคตได้

สามารถอ่านรายละเอียดของงานวิจัยพัฒนาแผ่นฟิล์ม WCM เพื่อเร่งการเจริญเติบโตของพืชได้ที่นี่

ที่มา - Hokkaido University ผ่าน InceptiveMind