กระบวนการใดท ม ผลต อการด ดและลำเล ยงน ำจากรากไปส ใบมากท ส ด

การคายน้ำของพืช หมายถึงกระบวนการที่พืชกำจัดน้ำออกมาในรูปของไอน้ำซึ่งจะเกิดขึ้นที่ปากใบมากสุด เซลคุม (Guard cell) เป็นเซลมีรูปร่างคล้ายเม็ดถั่ว จะมีเม็ดคลอ โรพลาสต์ ระหว่างเซลคุมจะมีช่องเล็ก ๆ คือปากใบ คิวทิน (Cutin) คือสารขี้ผึ้งที่ฉาบอยู่ผิวใบของพืช เลนทิเซล (lenticel) หมายถึงรอยแตกที่ผิวของลำต้นหรือกิ่ง ซึ่งพืชอาจสูญเสียน้ำทางเลนทิเซลได้ กัตเทชั่น (Guttation) คือกระบวนการคายน้ำของพืชในรูป ของหยดน้ำ ทางรูเล็ก ๆ คือ รูไฮดาโทด (hydathode) ความดันราก (Root pressure) คือแรงดันที่ดันของเหลวให้ ไหลขึ้นไปตามท่อของไซเลม แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำ เรียกว่า โคฮีชัน (Cohesion) แรงดึงดูดจากการสูญเสียของน้ำของพืช เรียกว่า ทรานสปีเรชัน พลู (transpiration pull)

การลำเลียงอาหารของพืช การ ลำเลียงอาหารของพืช ลำเลียงในโฟลเอม เกิดจากความ แตกต่างของความดันเต่งภายในเซล ระหว่างเซลเริ่มต้นและเซลปลายทาง น้ำจากเซลข้างเคียงและไซเลมจะแพร่เข้าสู่เซลของใบ ทำให้ เซลที่ใบมีความดันสูง จะดันสารละลาย อาหาร ไปตามโฟลเอม จนถึงเซลต่าง ๆ เมื่อได้รับอาหารแล้ว จะมีกระบวนการเปลี่ยน แปลงสารอาหารเป็นสารอื่น ๆ ที่ไม่ละลายน้ำ ทำให้เซลปลาย ทาง มีความดันออสโมซิสต่ำ ความดันเต่งต่ำ

โครงสร้างและหน้าที่ในการลำเลียงน้ำและอาหารของพืช

พืชมีเนื้อเยื่อไซเล็ม (xylem) ทำหน้าที่ในการลำเลียงน้ำและแร่ธาตุต่างๆ จากรากขึ้นสู่ลำต้น ใบ และส่วนต่างๆ ของพืชไซเล็มประกอบด้วยกลุ่มเซลล์ที่ตายแล้ว โพรโทพลาซึมของเซลล์สลายตัวไป จึงเกิดโพรงภายในเซลล์เพื่อจะทำหน้าที่หลักในการลำเลียงน้ำ ไซเล็มประกอบด้วย เทรคีด (tracheid) ซึ่งเป็นเซลล์ที่มีรูปร่างยาว ปลายค่อนข้างแหลม ที่ผนังเซลล์มีสารพวกลิกนิน และ เวสเซลเมมเบอร์ (vessel member หรือ vessel element) เป็นเซลล์มีรูปร่างค่อนข้างสั้นและใหญ่กว่าเทรคีด มีผนังหนาและมีสารพวกลิกนิน ปลายเซลล์เวสเซลเมมเบอร์จะมีช่องทะลุถึงกัน โดยเวสเซลเมมเบอร์หลายๆ เซลล์จะมาเรียงต่อกัน เรียกว่าเวสเซล (vessel)ทำให้มีลักษณะคล้ายท่อน้ำ นอกจากนี้ไซเล็มยังมีเซลล์กลุ่มอื่นๆ ได้แก่ ไฟเบอร์ (fiber) ซึ่งเป็นเซลล์ที่ตายแล้วเช่นกันและมีพาเรงคิมา (parenchyma) ซึ่งเป็นเซลล์ที่มีชีวิตทำหน้าที่ค้ำจุนให้ความแข็งแรงและช่วยในการลำเลียง

ภาพที่ 1 แสดงเทรคีดและเวสเซลเมมเบอร์

เนื้อเยื่อที่ทำหน้าที่ในการ ลำเลียงอาหาร ได้แก่ โฟลเอ็ม (phloem) ซึ่งประกอบด้วยเซลล์ที่มีชีวิตทำหน้าที่ลำเลียงอาหารจากใบไปสู่ส่วนต่างๆของ พืช ประกอบด้วยเซลล์ที่มีรูปร่างเป็นทรงกระบอกยาว เรียกว่า ซีฟทิวบ์เมมเบอร์ (sieve tube member) ซึ่งเมื่อเจริญเต็มที่นิวเคลียสจะสลายไป เหลือแต่ไซโทพลาซึมอยู่ชิดขอบเซลล์ ส่วนบริเวณกลางเซลล์เป็นแวคิวโอล บริเวณปลายทั้ง 2 ด้านของซีฟทิวบ์เมมเบอร์จะเป็นบริเวณที่มีรูพรุนจำนวนมากคล้ายแผ่นตะแกรง เรียกว่า ซีฟเพลต (sieve plate) ซีฟทิวบ์เมมเบอร์หลายๆเซลล์มาเรียงต่อกัน เรียกว่าซีฟทิวบ์ นอกจากนี้ยังมีเซลล์ที่อยู่ติดกับซีฟทิวบ์เมมเบอร์ เรียกว่า คอมพาเนียนเซลล์ (companion cell) เป็นเซลล์ที่มีรูปร่างยาว ผนังค่อนข้างเป็นเหลี่ยม ปลายแหลม ภายในเซลล์มีนิวเคลียสใหญ่ มีโพรโทพลาซึมเข้มข้น ทำหน้าที่คอยช่วยเหลือการทำงานของซีฟทิวบ์เมมเบอร์ นอกจากนี้ยังมีเซลล์พวกไฟเบอร์และพาเรงคิมาซึ่งช่วยเสริมความแข็งแรง และช่วยในการลำเลียงอาหาร

ก. ภาพตัดตามยาว ข. ภาพตัดตามขวางแสดงให้เห็นรูพรุนบริเวณผนังเซลล์ของซีฟทิวบ์เมมเบอร์

ภาพที่ 2 ซีฟทิวบ์เมมเบอร์และคอมพาเนียนเซลล์

การจัดเรียงตัวของไซเล็มและโฟล เอ็มในพืชใบเลี้ยงเดี่ยวและใบเลี้ยงคู่ จะแตกต่างกัน ดังภาพที่ 3 ในรากของพืชใบเลี้ยงคู่ ไซเล็มจะอยู่ตรงกลางเรียงเป็นแฉก (arch) คล้ายรูปดาว ส่วนโฟลเอ็มเรียงตัวอยู่ระหว่างแฉก จำนวนแฉกมีประมาณ 1 – 6 แฉก โดยมากมักมี 4 แฉก ส่วนรากของพืชใบเลี้ยงเดี่ยวมีจำนวนแฉกมากกว่า

ก. ใบเลี้ยงเดี่ยว ข. ใบเลี้ยงคู่

ภาพที่ 3 โครงสร้างของรากพืชตัดตามขวาง

ส่วนในลำต้น การจัดเรียงตัวของเนื้อเยื่อลำเลียงน้ำและอาหารในพืชใบเลี้ยงเดี่ยวจะกระจาย อยู่ทั่วไปในชั้นคอร์เทกซ์ ส่วนในลำต้นของพืชใบเลี้ยงคู่จะเรียงกันเป็นวง โดยไซเล็มอยู่ด้านในและ โฟลเอ็มอยู่ด้านนอก เรียงตัวในแนวรัศมีเดียวกัน โดยมีแคมเบียมคั่นอยู่ตรงกลาง ดังภาพที่ 4

ก. ใบเลี้ยงเดี่ยว ข. ใบเลี้ยงคู่

ภาพที่ 4 โครงสร้างของลำต้นพืชตัดตามขวาง

การดูดน้ำของพืช (water absorption) พืชดูดน้ำเข้าทางรากโดยขนราก (root hair) โมเลกุลของน้ำเข้าสู่เซลล์พืชในชั้นคอร์เทกซ์ได้ 2 ทาง คือ ทางอะโพพลาสต์ (apoplast) เป็นการที่โมเลกุลของน้ำเคลื่อนผ่านเข้าทางส่วนที่ไม่มีชีวิตของเซลล์รากคือ บริเวณผนังเซลล์และช่องระหว่างเซลล์ ส่วนอีกทางหนึ่งคือทางซิมพลาสต์(symplast) เป็นการที่โมเลกุลของน้ำเคลื่อนเข้าสู่ภายในเซลล์พืชจากเซลล์ขนรากผ่านเข้า ในเซลล์ของชั้นคอร์เทกซ์ โดยผ่านเข้าสู่โพรโทพลาสซึม แวคิวโอล ซึ่งน้ำเคลื่อนจากเซลล์หนึ่งไปสู่อีกเซลล์หนึ่งโดยผ่านทางพลาสโมเดสมาตา (plasmodesmata)

จะเห็นว่าเป็นการผ่านไปตามส่วนที่มีชีวิตของพืช การเคลื่อนไปของโมเลกุลน้ำเป็นการเคลื่อนที่ไปโดยการแพร่และออสโมซิสประกอบ กับคุณสมบัติของน้ำและการเคลื่อนของโมเลกุลน้ำจะเคลื่อนที่จากบริเวณที่มี ค่าวอเตอร์โพเทนเชียล (water potential) สูงไปยังบริเวณที่มีค่าวอเตอร์โพเทนเชียลต่ำ ซึ่งปกติดินที่มีน้ำอิ่มตัวจะมีค่าวอเตอร์โพเทนเชียลสูงกว่าวอเตอร์โพเท นเชียลภายในราก

จะเห็นว่าการเคลื่อนของโมเลกุลน้ำ รวมทั้งแร่ธาตุที่เข้าทางอะโพพลาสต์ จะเคลื่อนที่ผ่านได้อย่างต่อเนื่อง เนื่องจากมีแรงต้านทานน้อยกว่าทางซิมพลาสต์ ซึ่งอาจต้องใช้พลังงานร่วมด้วย จนในที่สุดโมเลกุลน้ำจะผ่านเข้าในเอนโดเดอร์มิส

การดูดแร่ธาตุของพืช

ภาพที่ 5 ภาพตัดตามขวางของราก เพื่อแสดงเส้นทางผ่านของน้ำ

แร่ธาตุที่ละลายอยู่ภายในดิน จะถูกดูดซึมเข้าสู่รากพร้อมกับน้ำ โดยแร่ธาตุอาจถูกพืชดูดซึมเข้าในผนังเซลล์หรือช่องระหว่างเซลล์ของขนราก หรือผนังเซลล์รากส่วนที่เป็นคอร์เทกซ์ แต่การที่แร่ธาตุเหล่านั้นจะเข้าสู่ภายในโพรโทพลาสซึมของเซลล์ได้จะต้องมี สารบางอย่างเป็นตัวรับเข้ามาเรียกว่า carrier คือสารพวก transporter protein ซึ่งในการรับเข้าสู่เซลล์และลำเลียงไปตามเซลล์ในชั้นคอร์เทกซ์นั้น จะต้องมีพลังงานมาช่วยในการลำเลียง เรียกว่าแอกทีฟทรานสปอร์ต (active transport) ลำเลียงจนผ่านเอนโดเดอร์มิสเข้าสู่ไซเล็มและโฟลเอ็ม ไซเล็มจะลำเลียงน้ำพร้อมทั้งแร่ธาตุส่วนใหญ่ขึ้นสู่ส่วนต่างๆ ของพืช แต่แร่ธาตุบางชนิดอาจถูกลำเลียงไปโดยโฟลเอ็ม

การลำเลียงน้ำและแร่ธาตุ เนื้อ เยื่อที่ทำหน้าที่ลำเลียงน้ำของพืช คือ ไซเล็ม ซึ่งประกอบด้วยส่วนสำคัญคือเวสเซล และเทรคีด ซึ่งเป็นเซลล์ที่ตายแล้ว การลำเลียงน้ำจะมีทิศทางการลำเลียงขึ้นสู่ยอดต้นไม้เท่านั้นไม่มีการลำเลียง ลง เป็นการลำเลียงน้ำปริมาณมากเป็น mass flow เกิดขึ้นได้ เนื่องจากสาเหตุหลายประการประกอบกัน ดังนี้ – คุณสมบัติของน้ำ โมเลกุลของน้ำจะเกาะกันแน่น เพราะแรง cohesive force ทำให้น้ำเป็นของเหลวที่เชื่อมต่อกันเป็นสาย ไม่มีการขาดจากกัน นอกจากนั้นโมเลกุลน้ำยังมีแรงยึดแน่นกับพื้นผิวทุกชนิด ยกเว้นไขมัน เรียกแรงนี้ว่า adhesive force – แรงแคพพิลลารี (capillary action) เป็นแรงดึงเกิดขึ้นระหว่างผิวผนังของเวสเซลหรือเทรคีดกับโมเลกุลของน้ำ เกิดแรงดึงโมเลกุลน้ำให้เคลื่อนขึ้นสู่ยอดต้นไม้ – แรงดันราก (root pressure) เกิดขึ้นขณะมีน้ำในดินมาก อัตราการดูดน้ำมากกว่าการคายน้ำ เมื่อมีการสะสมสารละลายในไซเล็มมาก ทำให้มีการเคลื่อนของโมเลกุลน้ำเข้าสู่ไซเล็มโดยการออสโมซิส ผนังของเอนโดเดอร์มิส จะกั้นการไหลออกของน้ำ ทำให้น้ำเคลื่อนขึ้นสู่เบื้องบนได้ ในพืชที่มีความสูง มากอาจไม่มีแรงดันราก ดังนั้น แรงดันราก จึงไม่ใช่แรงหลักในการลำเลียงน้ำและแร่ธาตุขึ้นสู่ยอดลำต้นของพืช – ทฤษฎีโคฮีชันเทนชัน (cohesion-tension theory) หรือทรานสไพเรชันพูล (transpiration pull) เป็นแรงดึงที่เกิดจากการคายน้ำออกจากปากใบของพืช เนื่องจาก โมเลกุลของน้ำในเซลล์ใบ ได้รับความร้อนจากแสงแดด จึงระเหยออกไปทางปากใบ แต่เนื่องจากโมเลกุลน้ำมีแรงยึดเหนี่ยวซึ่งกันและกัน คือแรง cohesive force และมีแรงยึดแน่นกับผนังเซลล์ของเวสเซลและเทรคีด (adhesive force) จึงทำให้เกิดแรงดึงอย่างแรง (tension) ดึงโมเลกุลของน้ำจากส่วนที่อยู่ต่ำลงไปให้ขึ้นแทน ประกอบกับเมื่อเซลล์ มีโซฟิลล์ในใบเสียน้ำไป ก็จะทำให้ความเข้มข้นภายในเซลล์เข้มข้นขึ้น จึงมีการออสโมซิสเกิดขึ้นอีกด้วย แรงต่างๆ ที่ประกอบกันนี้ ทำให้เกิดเป็นแรงมหาศาลที่จะดึงน้ำจำนวนมากให้ลำเลียงขึ้นสู่ยอดต้นไม้ และแรงดึงนี้ก็ยังดึงไปถึงโมเลกุลน้ำที่อยู่นอกรากให้เคลื่อนที่เข้าสู่ราก อีกด้วย

การลำเลียงอาหารของพืช (translocation) เนื้อ เยื่อโฟลเอ็ม จะทำหน้าที่ลำเลียงอาหารที่สร้างขึ้นที่ใบพืชโดยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ไปยังส่วนต่างๆ ของพืช การลำเลียงอาหารจะลำเลียงไปได้ทุกทิศทาง ทั้งขึ้นและลง เช่น ลำเลียงขึ้นสู่ยอดต้นไม้ที่ยังอ่อนหรือลำเลียงลงไปเก็บสะสมไว้ในรากที่อยู่ ใต้ดิน รวมทั้งลำเลียงไปสู่กิ่งข้างๆ ของ ลำต้น กลไกในการลำเลียงอาหารในพืชอาจเกิดได้ เช่น การเกิดการแพร่ของสารอาหารจากเซลล์หนึ่งไปสู่อีกเซลล์หนึ่ง หรือเกิดการไหลเวียนของไซโทพลาสซึม แต่ทั้งสองวิธีนี้ ทำให้การลำเลียงอาหารเป็นไปอย่างช้ามาก จึงมีการอธิบายวิธีการลำเลียง อาหารว่าเป็นการลำเลียงแบบที่มีการไหลของสารอาหารไปโดยมีแรงดัน (pressure flow) โดยกล่าวว่าการลำเลียงจะลำเลียงจากแหล่งที่สร้างอาหาร (source) ไปสู่แหล่งที่ใช้อาหาร (sink) เช่น ลำเลียงจากใบไปสู่ราก ซึ่งไม่สามารถสร้างอาหารเองได้ หรือไปสู่ยอดอ่อนหรือดอก ผล สารอาหารถูกลำเลียงไปในรูปของน้ำตาล ซึ่งส่วนใหญ่คือน้ำตาลซูโครส การที่โมเลกุลน้ำตาลจากเซลล์มีโซฟิลล์ของใบเข้าสู่เซลล์ซีฟทิวบ์ในโฟลเอ็ม ได้ก็โดยวิธีที่ต้องใช้พลังงานมาช่วย หลังจากนั้นน้ำตาลก็จะถูกลำเลียงในเนื้อเยื่อโฟลเอ็มแบบ pressure flow หรือ mass flow ซึ่งมีกระบวนการออสโมซิสเป็นสาเหตุสำคัญ เมื่อน้ำตาลถูกสร้าง ขึ้นในเซลล์ใบแล้วก็จะถูกลำเลียงเข้าสู่มัดเนื้อเยื่อลำเลียงภายในใบ มัดเนื้อเยื่อลำเลียงนี้ประกอบด้วยโฟลเอ็มและไซเล็มอยู่ด้วยกัน เมื่อน้ำตาลถูกลำเลียงเข้าสู่โฟลเอ็ม ทำให้ความเข้มข้นของน้ำตาลในซีฟทิวบ์สูงขึ้น จึงทำให้น้ำจากไซเล็มเคลื่อนเข้าสู่ซีฟทิวบ์หรือโฟลเอ็มโดยวิธีออสโมซิส ทำให้เกิดการผลักดันลำเลียงน้ำตาลจนไปสู่แหล่งที่ใช้ หลังจากนั้นน้ำตาลในโฟลเอ็มก็จะต่ำลง ทำให้น้ำเคลื่อนกลับเข้าสู่ไซเล็มโดยวิธีออสโมซิส และถูกลำเลียงกลับขึ้นไปใหม่ กระบวนการนี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากความเข้มข้นของน้ำตาลในโฟลเอ็มที่ปลายทาง มีต่ำกว่าต้นทาง และปริมาณน้ำที่มีการ ออสโมซิสจากไซเล็มเข้าสู่โฟลเอ็มนั้น จะลดลงเรื่อยๆ เมื่อเปรียบเทียบระหว่างต้นทางจนถึงปลายทาง

ที่มา : http://www.thaigoodview.com/node/78959

http://secondsci.ipst.ac.th/index.php?option=com_content&view=article&id=142:20110101&catid=19:2009-05-04-05-01-56&Itemid=34