การทดสอบเนื้อเยื่อพืช

สามารถประเมิน ปริมาณสารอาหารในพืชได้โดยการทดสอบตัวอย่างเนื้อเยื่อจากพืชนั้น การทดสอบเหล่านี้มีความสำคัญในด้านการเกษตรเนื่องจากหากทราบสถานะสารอาหารของพืชแล้ว สามารถปรับปริมาณปุ๋ยให้เหมาะสมได้ไนโตรเจนเป็นสารอาหารที่จำกัดการเจริญเติบโตของพืชมากที่สุดและเป็นสารอาหารที่ได้รับการจัดการมากที่สุด

การทดสอบเนื้อเยื่อมักมีประโยชน์เสมอ เนื่องจากให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับสรีรวิทยาของพืช การทดสอบเนื้อเยื่อมีประโยชน์เป็นพิเศษในบางสถานการณ์

• เพื่อตรวจสอบปริมาณไนโตรเจนในดินตลอดฤดูปลูก โดยทั่วไปจะทำการ ทดสอบดินก่อนปลูกพืช
• ในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวด เช่น การปลูกพืช แบบไฮโดรโปนิกส์ในเรือนกระจก พืชต้องการสารอาหารอย่างต่อเนื่องผ่านทางน้ำที่ใช้ แม้แต่การขาดสารอาหารเพียงชั่วคราวก็สามารถลดผลผลิตได้ ผลการทดสอบดินไม่สามารถเปิดเผยการดูดซึมสารอาหารและการเคลื่อนที่ของสารอาหารที่แท้จริงได้ การทดสอบดินอาจไม่เพียงพอสำหรับการจัดการสถานะไนโตรเจนของพืช การทดสอบดินอาจเหมาะสมกว่าเมื่อปลูกพืชในปุ๋ยหมักและปุ๋ยคอกที่ค่อยๆ ปล่อยสารอาหาร
• เมื่อมีความเสี่ยงที่การใส่ปุ๋ยธาตุอาหารจะไปขัดขวางการดูดซึมหรือจำกัดการเคลื่อนที่ของธาตุอาหารอื่นๆ การใส่ปุ๋ยมากเกินไปอาจนำไปสู่สภาวะเป็นพิษได้ เช่น ในกรณีที่ใส่ปุ๋ยคอกไก่ซึ่งมีธาตุอาหารรอง เช่น ทองแดง ในปริมาณสูง
• เพื่อรับประกันว่าระดับไนโตรเจนในพืชจะไม่เกินขีดจำกัดที่กำหนด ความเข้มข้นสูงของไนเตรตมีผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์ เนื่องจากไนเตรตสามารถเปลี่ยนเป็นไนไตรต์ในระบบทางเดินอาหารของมนุษย์ได้ ไนไตรต์สามารถทำปฏิกิริยากับสารประกอบอื่นๆ ในลำไส้เพื่อก่อให้เกิดไนโตรซามีนซึ่งดูเหมือนจะเป็นสารก่อมะเร็งพืชอาจมีไนเตรตในปริมาณสูงเมื่อใส่ปุ๋ยมากเกินไป ซึ่งอาจเป็นปัญหาในพืชที่มีการดูดซับไนเตรตสูง เช่นผักโขมและผักกาดหอม

การทดสอบเนื้อเยื่อแบบดั้งเดิมเป็นการทดสอบแบบทำลายตัวอย่าง โดยตัวอย่างจะถูกส่งไปยังห้องปฏิบัติการเพื่อทำการวิเคราะห์ การทดสอบในห้องปฏิบัติการใดๆ (การทดสอบดินหรือเนื้อเยื่อ) ที่ดำเนินการโดยบริษัทเชิงพาณิชย์จะมีค่าใช้จ่ายสำหรับเกษตรกร การทดสอบในห้องปฏิบัติการใช้เวลาอย่างน้อยหนึ่งสัปดาห์ โดยปกติ 2 สัปดาห์ ต้องใช้เวลาในการทำให้ตัวอย่างแห้ง ส่งไปยังห้องปฏิบัติการ ทำการทดสอบในห้องปฏิบัติการ และส่งผลลัพธ์กลับไปยังเกษตรกร ซึ่งหมายความว่าเกษตรกรอาจไม่ได้รับผลลัพธ์จนกว่าจะเลยเวลาที่เหมาะสมในการดำเนินการ^{[ 1 ]} การทดสอบเนื้อเยื่อไนโตรเจนที่สามารถทำได้อย่างรวดเร็วในแปลงทำให้การทดสอบเนื้อเยื่อมีประโยชน์มากขึ้น^{[ 1 ]}

อีกปัญหาหนึ่งของการตรวจเนื้อเยื่อในห้องปฏิบัติการคือ ผลลัพธ์มักตีความได้ยาก

การทดสอบเนื้อเยื่อแบบไม่ทำลายมีข้อดีเหนือกว่าการทดสอบแบบทำลายแบบดั้งเดิม การทดสอบเนื้อเยื่อแบบไม่ทำลายสามารถทำได้ง่ายในภาคสนาม และให้ผลลัพธ์เร็วกว่าการทดสอบในห้องปฏิบัติการมาก^{[ 1 ]}

เพื่อประเมินปริมาณไนโตรเจนโดยไม่ทำลายตัวอย่าง เราสามารถประเมินปริมาณคลอโรฟิลล์ได้ ปริมาณไนโตรเจนมีความสัมพันธ์กับ ปริมาณ คลอโรฟิลล์เนื่องจากโมเลกุลของคลอโรฟิลล์ประกอบด้วยอะตอมไนโตรเจนสี่อะตอม

สามารถตรวจจับ ภาวะขาดไนโตรเจนได้ด้วยเครื่องวัดปริมาณคลอโรฟิลล์ เครื่องวัดเหล่านี้จะวัดปริมาณคลอโรฟิลล์โดยการส่องแสงผ่านใบไม้ที่เสียบอยู่ในช่อง และวัดปริมาณแสงที่ส่องผ่าน

เครื่องวัดคลอโรฟิลล์ใช้หน่วยวัดที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ในขณะที่ Minolta ใช้ "หน่วย SPAD" แต่Dualex (ผลิตโดย METOS® จาก Pessl Instruments GmbH) ใช้ μg/cm² และ ADC ใช้ดัชนีปริมาณคลอโรฟิลล์ ทั้งหมดนี้วัดสิ่งเดียวกันโดยพื้นฐาน และมีตารางแปลงหน่วยให้ใช้งานได้^{[ 2 ]}

แม้ว่าเครื่องมือวัดการดูดกลืนแสงแบบดั้งเดิมจะเป็นที่นิยมในหมู่นักวิทยาศาสตร์ด้านพืช และได้รับการพิสูจน์แล้วว่าใช้งานได้ดีกับพืชใบกว้าง แต่ก็มีข้อจำกัดอยู่บ้าง ข้อจำกัดของเครื่องวัดการดูดกลืนแสงมีดังนี้:

• ตัวอย่างจะต้องปิดช่องวัดอย่างสมบูรณ์ ช่องว่างใดๆ จะทำให้ได้ค่าที่ผิดพลาด
• ตัวอย่างที่วัดต้องบาง เพื่อไม่ให้แสงที่ใช้ในการวัดถูกดูดซับไปทั้งหมด
• พื้นผิวของชิ้นงานตัวอย่างต้องเรียบ
• ปรากฏการณ์ การเหนี่ยวนำ ของ Kautskyทำให้การวัดซ้ำในตำแหน่งเดียวกันมีข้อจำกัด
• ความคลาดเคลื่อนในการวัดอาจเกิดจากซี่โครงส่วนกลางและเส้นเลือด
• ความสัมพันธ์เชิงเส้นจำกัดอยู่ที่ต่ำกว่า 300 มก. ^{/ตร.ม. [ 3} ]

ดังนั้นจึงมีตัวอย่างที่ไม่เหมาะสมสำหรับเทคนิคการดูดซับ ได้แก่ ใบเล็ก พืช CAM ส่วนใหญ่ ใบสน ผลไม้ สาหร่ายบนหิน มอส ไลเคน และโครงสร้างพืช เช่น ลำต้นและก้านใบ สำหรับตัวอย่างเหล่านี้ จำเป็นต้องวัดปริมาณคลอโรฟิลล์โดยใช้การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ใน บทความทางวิทยาศาสตร์ของ Gitelson (1999) ระบุว่า "อัตราส่วนระหว่างการเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ที่ 735 นาโนเมตร และช่วงความยาวคลื่น 700 นาโนเมตร ถึง 710 นาโนเมตร F735/F700 พบว่ามีความสัมพันธ์เชิงเส้นกับปริมาณคลอโรฟิลล์ (ด้วยค่าสัมประสิทธิ์การกำหนด r2 มากกว่า 0.95) ดังนั้นอัตราส่วนนี้จึงสามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ที่แม่นยำของปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบพืชได้" ^{[ 3 ]}เครื่องวัดปริมาณคลอโรฟิลล์แบบอัตราส่วนการเรืองแสงใช้เทคนิคนี้ในการวัดตัวอย่างที่ยากต่อการวัดเหล่านี้

เครื่องวัดปริมาณคลอโรฟิลล์แบบอัตราส่วนฟลูออเรสเซนต์มีข้อดีดังต่อไปนี้:

• พวกเขาสามารถวัดตัวอย่างขนาดเล็กได้ เนื่องจากไม่จำเป็นต้องเติมวัสดุลงในช่องวัด
• สามารถ วัดค่าได้สูงถึง 675 มก./ตร.ม. ⁽ โดยใช้วิธีการดูดซับจะ ได้ค่าเพียง 300 มก./ ^ตร.ม. )
• พื้นผิวโค้ง เช่น ใบสนและก้านใบ สามารถวัดได้
• สามารถวัดตัวอย่างที่มีความหนา เช่น ผลไม้และต้นกระบองเพชรได้
• สามารถทำการวัดหลายครั้งในสถานที่เดียวกันได้ เนื่องจากไม่มีปรากฏการณ์เคาต์สกี (Kautsky effect)
• อ่านค่าได้แม่นยำยิ่งขึ้น เนื่องจากสามารถหลีกเลี่ยงเส้นใบและเส้นกลางใบได้

การวัดการเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ช่วยให้สามารถศึกษาด้านสรีรวิทยาเชิงนิเวศของพืช ได้ นักวิจัยด้านพืชใช้ เครื่องวัดการเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ เพื่อประเมินความเครียดของพืช

เครื่องวัดฟลูออเรสเซนซ์คลอโรฟิลล์ได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงของฟลูออเรสเซนซ์ของ ระบบ สังเคราะห์แสง IIหรือ PSII การเปลี่ยนแปลงของฟลูออเรสเซนซ์นี้สามารถใช้วัดระดับความเครียดของพืชได้ในสภาวะความเครียดของพืชส่วนใหญ่ โปรโตคอลที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ Fv/Fm ซึ่งเป็นโปรโตคอลที่ปรับให้เข้ากับความมืด Y(II) หรือ ΔF/Fm' ซึ่งเป็นการทดสอบที่ปรับให้เข้ากับแสงที่ใช้ในระหว่างการสังเคราะห์แสงในสภาวะคงที่ และโปรโตคอล OJIP ต่างๆ ที่ปรับให้เข้ากับความมืดซึ่งมีแนวคิดที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ยังสามารถใช้โปรโตคอลการลดฟลูออเรสเซนซ์ที่ยาวนานกว่าในการวัดความเครียดของพืชได้ แต่เนื่องจากต้องใช้เวลาในการวัดนานมาก จึงอาจทดสอบได้เฉพาะประชากรพืชขนาดเล็กเท่านั้น NPQ หรือการลดฟลูออเรสเซนซ์แบบไม่ใช้แสง เป็นพารามิเตอร์การลดฟลูออเรสเซนซ์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุด แต่ก็มีการใช้พารามิเตอร์และโปรโตคอลการลดฟลูออเรสเซนซ์อื่นๆ ด้วยเช่นกัน

โปรโตคอลการทดสอบอีกวิธีหนึ่งที่ใช้การเรืองแสงคือการทดสอบ OJIP วิธีนี้วิเคราะห์การเพิ่มขึ้นของการเรืองแสงที่ปล่อยออกมาจากใบที่ปรับตัวในที่มืดเมื่อได้รับแสง การเพิ่มขึ้นของการเรืองแสงในช่วงวินาทีแรกของการส่องสว่างเป็นไปตามเส้นโค้งที่มีจุดสูงสุดระดับกลาง เรียกว่าขั้นตอน O, J, I และ P นอกจากนี้ ขั้นตอน K จะปรากฏขึ้นในช่วงความเครียดบางประเภท เช่น การขาดไนโตรเจน งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าขั้นตอน K สามารถวัดความเครียดจากไนโตรเจนได้^{[ 4 ]}

• การทดสอบดิน
• ปุ๋ย
• ความอุดมสมบูรณ์ (ดิน)
• ภาวะขาดไนโตรเจน