การผลิตไมโครอิเล็กโทรดเพื่อศึกษาสัญญาณไฟฟ้าในพืชในสภาวะขาดน้ำ

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พุฒิเมธ กิจจารุวรรณกุล, รชต รัตนกิจ

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

พิมพ์ศิริ ด่านพิษณุพันธุ์, มิญช์ เมธีสุวกุล

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนกำเนิดวิทย์

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2564

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

แอคชั่นโพเทนเชียล (APs) เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับการตอบสนองอย่างรวดเร็ว ในพืชแอคชั่นโพเทนเชียลเกิดจากการแลกเปลี่ยนไอออนระหว่างโฟลเอมกับเซลล์ข้างเคียง เพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าต่างๆ เช่น การรดน้ำ การได้รับแสง การปฏิสนธิของพืชดอก และการขาดน้ำ ในสภาวะขาดน้ำ แอคชั่นโพเทนเชียลเกี่ยวข้องกับการลดการสูญเสียน้ำ เช่น การปิดของปากใบ และการเพิ่มอัตราการการดูดน้ำ จากการศึกษางานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับแอคชั่นโพเทนเชียลในพืช พบว่า พืชที่เติบโตในสภาวะที่ขาดน้ำเป็นประจำ จะมีความเคยชินต่อการขาดน้ำมากกว่าพืชที่เติบโตในสภาวะที่มีน้ำปกติ พืชในสภาวะขาดน้ำจะพัฒนาโฟลเอมให้ทนทานขึ้น เมื่อนำไปปลูกในสภาวะขาดน้ำ พืชที่เคยชินกับสภาวะขาดน้ำจะมีแอคชั่นโพเทนเชียลที่ต่ำกว่าพืชปกติ หรือมีความทนทานต่อการขาดน้ำมากกว่า การวัดแอคชั่นโพเทนเชียลในพืชจึงมีประโยชน์ในการศึกษาการตอบสนองของพืชต่อสภาวะขาดน้ำ และสิ่งเร้าต่างๆ ไมโครอิเล็กโทรดเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดแอคชั่นโพเทนเชียลของเซลล์ได้ โดยไมโครอิเล็กโทรดประกอบไปด้วยแก้วที่มีปลายขนาดเล็กที่สามารถแทรกเข้าไปในเซลล์ได้ โดยภายในบรรจุสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์ และลวดซิลเวอร์เคลือบซิลเวอร์คลอไรด์ ซึ่งต่อกับมัลติมิเตอร์ เพื่อวัดแอคชั่นโพเทนเชียล และข้อมูลจะถูกบันทึกในซอฟท์แวร์บันทึกข้อมูล อย่างไรก็ตามไมโครอิเล็กโทรดมีราคาสูง การผลิตไมโครอิเล็กโทรดจึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการศึกษาเกี่ยวกับแอคชั่นโพเทนเชียลในพืช ดังนั้นผู้พัฒนาจึงสนใจศึกษาวิธีการผลิตไมโครอิเล็กโทรดโดยใช้ต้นทุนต่ำ โดยสร้างเครื่องยืดแก้วเพื่อยืดแก้วที่มีปลายขนาดเล็ก ต่อวงจรในการขยายสัญญาณ และตรวจวัดการตอบสนองของไมโครอิเล็กโทรดในการวัดโพเทนเชียล

จากการทดลองพบว่าเครื่องยืดแก้วด้วยวิธีถ่วงน้ำหนักในโปรโตไทป์ 3 สามารถยืดแก้วได้ปลายขนาด 70 ไมโครเมตร ซึ่งสามารถนำไปใช้วัดแอคชั่นโพเทนเชียลในเซลล์มีที่ขนาดใหญ่ได้ การต่อวงจรเพื่อขยายความต่างศักย์สามารถขยายความต่างศักย์ได้ตามหลักการของวงจรแบ่งแรงดัน ด้วยกำลังขยาย 8.2 เท่า ซึ่งสามารถขยายโพเทนเชียลที่จากความแตกต่างของความเข้มข้นของสารละลายได้ การตรวจวัดการตอบสนองของไมโครอิเล็กโทรดเป็นไปตาม Nernst equation โดยโพเทนเชียลที่วัดได้แปรผันตรงกับค่าติดลบของความเข้มข้นของสารละลาย โดยไมโครอิเล็กโทรดที่ผลิตสามารถใช้วัดการเปลี่ยนแปลงของโพเทนเชียลได้ ช่วยลดต้นทุนในการวิจัยสรีวิทยาไฟฟ้าในพืช เนื่องจากสามารถทำซ้ำได้ และอาจพัฒนาต่อยอดเป็นอุปกรณ์ในการศึกษาการตอบสนองของพืชต่อสภาวะขาดน้ำ และสิ่งเร้าต่างๆ ได้