การลำเลียงในพืช

แนวคิดสำคัญ

การลำเลียงในพืช หมายถึง การขนส่งหรือการนำสิ่งต่าง ๆ ได้แก่ แร่ธาตุ สารอาหาร และแก๊สผ่านเนื้อเยื่อลำเลียงไปยังเซลล์ในส่วนต่าง ๆ ของพืชโดยอาศัยกระบวนการแพร่ และการออสโมซิส

การแพร่ คือ กระบวนการที่สารเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความหนาแน่นของโมเลกุลของสารมาก ความเข้มข้นมาก ไปยังบริเวณที่มีความหนาแน่นของโมเลกุลของสารน้อยกว่า ความเข้มข้นน้อย

การออสโมซิส คือ กระบวนการแพร่ของน้ำผ่านเยื่อเลือกผ่านจากบริเวณที่มีปริมาณโมเลกุลของน้ำมาก สารละลายเจือจาง ไปสู่บริเวณที่มีปริมาณโมเลกุลของน้ำน้อยกว่า สารละลายเข้มข้น

การคายน้ำของพืชจะเกิดขึ้นเมื่อมีน้ำมากเกินความต้องการของพืช น้ำจะระเหยออกจากเนื้อเยื่อของใบทั้งปากใบในรูปแบบของไอน้ำ

ระบบลําเลียงในพืชประกอบด้วยเนื้อเยื่อลำเลียง 2 ชนิด ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างเพื่อทำหน้าที่ลำเลียงน้ำ แร่ธาตุ และอาหารโดยเฉพาะเนื้อเยื่อลำเลียงประกอบด้วยเซลล์ที่มีลักษณะเป็นหลอดเล็ก ๆ อยู่ภายในเป็นจำนวนมาก เซลล์เหล่านี้ทำหน้าที่นำของเหลวเครื่องขึ้นและลงไปในลำต้น ราก และทุกส่วนของพืช เนื้อเยื่อที่ทำหน้าที่ลำเลียงน้ำ-แร่ธาตุ เรียกว่า ไซเล็ม เนื้อเยื่อที่ทำหน้าที่ลำเลียงสารอาหาร เรียกว่า โพลเอ็ม

1. การแพร่ธรรมดา (Simple Diffusion) คือการเคลื่อนที่ของสาร โดยไม่อาศัยตัวพาหรือตัวช่วยขนส่ง (Carrier) ใดๆ เช่น การแพร่ของผงด่างทับทิมในน้ำ จนทำให้น้ำมีสีม่วงแดงทั่วทั้งภาชนะ การได้กลิ่นผงแป้ง หรือการได้กลิ่นน้ำหอม เป็นต้น

1. สถานะของสาร: สารที่มีสถานะเป็นก๊าซจะมีอนุภาคเป็นอิสระมากกว่า ส่งผลให้เกิดการแพร่ได้รวดเร็วยิ่งกว่าสารในสถานะของเหลวและของแข็ง

2. สถานะของตัวกลาง: ตัวกลางที่มีความหนืดสูงหรือมีอนุภาคอื่นเจือปน มักทำให้กระบวนการแพร่เกิดขึ้นได้ช้า ดังนั้น ตัวกลางที่มีสถานะเป็นก๊าซจึงมักมีแรงต้านทานต่ำที่สุด ส่งผลให้มีอัตราการแพร่สูงสุด

3. ขนาดอนุภาค: สารที่มีขนาดของอนุภาคเล็กมักเคลื่อนที่ได้ดี ส่งผลให้อัตราการแพร่เกิดขึ้นได้ง่ายและรวดเร็ว

4. อุณหภูมิ: ในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง อนุภาคของสารสามารถเคลื่อนที่ได้รวดเร็วขึ้น จากการได้รับพลังงานจลน์ที่สูงขึ้น

5. ความดัน: ความดันสูงส่งผลให้สารมีอัตราการแพร่เพิ่มสูงขึ้น

6. ความเข้มข้นของสาร: บริเวณที่มีความเข้มข้นของสารแตกต่างกันมาก การแพร่มักจะเกิดขึ้นได้ดี

7. ความสามารถในการละลายของสาร: สารที่สามารถละลายได้ดีจะส่งผลให้กระบวนการแพร่เกิดขึ้นได้รวดเร็วยิ่งขึ้น

การออสโมซิส (osmosis) คือ การแพร่ของน้ำผ่านเยื่อเลือกแผ่นบาง ๆ จากบริเวณที่มีปริมาณโมเลกุลของน้ำมาก สารละลายเจือจาง ไปสู่บริเวณที่มีปริมาณโมเลกุลของน้ำน้อยกว่า สารละลายเข้มข้น

เมื่อเซลล์พืชสูญเสียน้ำออกจากเซลล์ทำให้เซลล์ไม่แข็งแรงและไม่เต่ง ลำต้นและใบไม้อยู่ในสภาพเหี่ยวเฉา การใส่ปุ๋ยให้กับต้นไม้ในบริเวณที่มากเกินไปจะทำให้สารละลายในดินมีความเข้มข้นมากคือ มีปริมาณปุ๋ยมากแต่มีปริมาณโมเลกุลของน้ำในดินมีน้อย ในขณะที่สารละลายในเซลล์มีปริมาณโมเลกุลของน้ำมากกว่า จึงเกิดการออสโมซิสของน้ำออกจากเซลล์พืชสู่ดิน ทำให้เซลล์ของพืชสูญเสียน้ำและมีสภาพเหี่ยวเฉาได้

• ความเข้มข้นของสาร: เมื่อความเข้มข้นของสารแตกต่างกันมาก กระบวนการออสโมซิสจะเกิดขึ้นได้ดี

• อุณหภูมิ: เมื่อบริเวณดังกล่าวมีอุณหภูมิสูง กระบวนการออสโมซิสจะเกิดขึ้นได้ดี

• ขนาดของอนุภาค: อนุภาคที่มีขนาดเล็กส่งผลให้เกิดกระบวนการออสโมซิสได้ดี

• สมบัติของเยื่อกั้น: คุณสมบัติในการยอมให้สารเคลื่อนที่ผ่านของเนื้อเยื่อภายในเซลล์

สารละลายที่มีความเข้มข้นต่างกันส่งผลต่อเซลล์แตกต่างกันออกไป ดังนั้น สารละลายที่อยู่นอกเซลล์สามารถจำแนกออกเป็น 3 ประเภท ตามการเปลี่ยนแปลงของขนาดเซลล์ เมื่ออยู่ภายในสารละลายนั้นๆ

• สารละลายไฮโพทอนิก (Hypotonic Solution) คือสภาพของสารละลายภายนอกเซลล์ ซึ่งมีความเข้มข้นต่ำกว่าสารละลายภายในเซลล์ ทำให้น้ำที่อยู่ภายนอกเซลล์เกิดการเคลื่อนที่หรือออสโมซิสเข้ามาภายในเซลล์ ส่งผลให้เซลล์เต่งและแตกได้ โดยปรากฏการณ์นี้มีชื่อเรียกว่า “พลาสมอพไทซิส” (Plasmoptysis)

• สารละลายไฮเพอร์ทอนิก (Hypertonic Solution) คือสภาพของสารละลายภายนอกเซลล์ ซึ่งมีความเข้มข้นสูงกว่าสารละลายภายในเซลล์ ทำให้น้ำภายในเซลล์เกิดการเคลื่อนที่หรือออสโมซิสออกจากเซลล์ ส่งผลให้เซลล์มีขนาดเล็กลงหรือมีสภาพเหี่ยวลง โดยปรากฏการณ์นี้มีชื่อเรียกว่า “พลาสโมไลซิส” (Plasmolysis)

• สารละลายไอโซทอนิก (Isotonic Solution) คือสภาพของสารละลายภายนอกเซลล์ ซึ่งมีความเข้มข้นเท่ากับสารละลายภายในเซลล์ ทำให้การออสโมซิสของน้ำระหว่างภายในกับภายนอกเซลล์ไม่เกิดความแตกต่าง ส่งผลให้รูปร่างของเซลล์ไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆ

น้ำจากดินเข้าสู่ขนรากและแพร่ไปยังเซลล์ของเนื้อเยื่อลำเลียงน้ำ-แร่ธาตุในร่างกายได้โดยการออสโมซิส ส่วนแร่ธาตุที่ละลายในน้ำเข้าสู่ขนรากและเซลล์ของเนื้อเยื่อลำเลียงน้ำ-แร่ธาตุได้โดยการลำเลียงแบบแอกทีฟทรานสปอต เป็นการลำเลียงสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์จากบริเวณที่มีความเข้มข้นน้อยไปสู่ความเข้มข้นมาก การลำเลียงแบบนี้จะต้องใช้พลังงานและอาศัยโปรตีนที่แทรกอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่เป็นตัวลำเลียง นอกจากนี้ยังมีการดูดซึมน้ำและแร่ธาตุเข้าสู่รากพืชได้โดยวิธีอื่น

เราได้เรียนรู้กันมาแล้วว่า น้ำจากดินเข้าสู่รากได้โดยการออสโมซิสผ่านทางขนราก ส่วนแร่ธาตุในดินเข้าสู่รากได้โดยการแพร่ผ่านทางขนรากเช่นกัน และในรากมีกลุ่มเซลล์ที่เป็นเนื้อเยื่อทำหน้าที่ลำเลียงน้ำและแร่ธาตุโดยเฉพาะ เรียกว่า ไซเลม หรือ ท่อลำเลียงน้ำ-แร่ธาตุ

เมื่อน้ำและแร่ธาตุผ่านเข้าไปในขนรากแล้ว จะแพร่ต่อไปยังเซลล์ถัดไปเรื่อย ๆ จนถึงท่อลำเลียงน้ำและแร่ธาตุ ซึ่งอยู่ด้านในของรากและยาวต่อเนื่องกันไปจากรากไปสู่ลำต้น กิ่ง ก้าน และใบ จากนั้น น้ำและแร่ธาตุจะแพร่จากท่อลำเลียงน้ำและแร่ธาตุไปยังเซลล์อื่น ๆ ที่พืชต้องการต่อไป การลำเลียงน้ำและแร่ธาตุมีทิศทางตรงกันข้ามกับแรงโน้มถ่วงของโลก

พืชใบเลี้ยงคู่ เป็นพืชที่มีใบเลี้ยงในเมล็ด 2 ใบลักษณะของเส้นใบเป็นร่างแห มีรากแก้ว ลำต้นไม่มีข้อและปล้อง มีท่อลำเลียงน้ำ - แร่ธาตุและท่อลำเลียงอาหารเรียงเป็นระเบียบ เช่น ต้นมะม่วง ต้นมะขาม ต้นสัก ต้นยาง

พืชใบเลี้ยงเดี่ยว เป็นพืชที่มีใบเลี้ยงในเมล็ดเพียงใบเดียว ลักษณะของใบพืชมีเส้นใบขนานกัน ลำต้นมีข้อและปล้อง รากมีลักษณะเป็นฝอยไม่มีรากแก้ว ท่อลำเลียงน้ำ - แร่ธาตุและท่อลำเลียงอาหารกระจายอยู่ทั่วไปในลำต้น เช่น ข้าว ข้าวโพด หญ้า อ้อย มะพร้าว ตาล และปาล์ม

การคายน้ำของพืชที่บริเวณผิวใบของพืช จะมีลักษณะเป็นรูเล็ก ๆจำนวนมากแทรกอยู่ระหว่างเซลล์คุม 2 เซลล์ เซลล์นี้เรียกว่า เซลล์ปากใบ (Stomata) น้ำที่ผ่านออกทางปากใบของพืชจะมีลักษณะเป็น ไอน้ำ เรียกว่า กระบวนการคายน้ำของพืช (Transpiration) ซึ่งจะมีประโยชน์ช่วยในการลำเลียงน้ำ โดยทำให้เกิดแรงดึงน้ำจากส่วนล่างขึ้นสู่บนเป็นสายน้ำไหลติดต่อกันโดยตลอด การคายน้ำของพืชมีความชุ่มชื้น และช่วยลดอุณหภูมิภายในลำต้นและใบด้วย

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการคายน้ำ

ปัจจัยภายนอก หมายถึง ปัจจัยทางสิ่งแวดล้อมภายนอก ได้แก่

- อุณหภูมิ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิมีผลทำให้แรงดันไอในช่วงว่างระหว่างเซลล์สูงกว่าอากาศรอบๆผิวใบ ทำให้พืชมีอัตราการคายน้ำเพิ่มมากขึ้น

- แสงสว่าง แสงมีผลต่ออัตราการคายน้ำ โดยแสงสว่างมาก จะทำให้ปากใบเปิดกว้างมากขึ้น

- ลม ลมช่วยพัดพาไอน้ำที่ระเหยออกจากใบ และที่อยู่รอบๆใบ ให้พ้นจากผิวใบ เพื่อทำให้การแพร่ของไอน้ำออกจากใบมากขึ้น

- ความชื้นของอากาศ ปกติจะถือว่าบรรยากาศภายในใบพืชจะอิ่มตัวหรือเกือบจะอิ่มตัวด้วยไอน้ำ ดังนั้น อัตราการแพร่ของไอน้ำจากภายในใบออกสู่ภายนอกจึงขึ้นอยู่กับความชื้นของอากาศภายนอก ถ้าอากาศภายนอกมีความชื้นสูง อัตราการคายน้ำก็จะต่ำ ในทางตรงกันข้าม ถ้าอากาศภายนอกมีความชื้นต่ำ การคายน้ำก็จะเกิดมากขึ้น

- ความกดดันของบรรยากาศ ในที่ที่มีความกดดันของบรรยากาศต่ำอากาศจะเบาบางลง และมีความหนาแน่นน้อยทำให้ไอน้ำในใบแพร่ออกมาได้ง่ายกว่าขณะที่อากาศมีความกดดันของบรรยากาศสูง

ปัจจัยภายใน หมายถึง ปัจจัยอันเนื่องมาจากองค์ประกอบต่างๆของพืช ได้

- พื้นที่ใบ พื้นที่ใบยิ่งมาก การสูญเสียน้ำก็ยิ่งมาก

- การจัดเรียงตัวของใบ ถ้าพืชหันทิศทางอยู่ในมุมที่ตรงกันข้ามกับแสง อาทิตย์ เป็นมุมแคบจะเกิดการคายน้ำน้อยกว่าใบที่อยู่ เป็นมุมกว้าง

- ขนาดและรูปร่างของใบ ใบพืชที่มีขนาดใหญ่และกว้างจะมีการคายน้ำ มากกว่าใบเล็กแคบ

- โครงสร้างภายในใบ พืชในที่แห้งแล้งจะมีการปรับตัวให้มีปากใบลึก มีชั้นผิวใบ (cuticle) หนา ทำให้การคายน้ำเกิดขึ้นน้อยกว่าพืชในที่ชุ่มชื้น หรือพืชน้ำ

- อัตราส่วนของรากต่อลำต้น ถ้าพืชมีอัตราส่วนของรากต่อลำต้นมาก การคายน้ำก็เกิดขึ้นได้มาก เพราะอัตราการดูดซึมของรากจะมีมาก

ความสำคัญของการคายน้ำ

กระบวนการคายน้ำเป็นกระบวนการสูญเสียน้ำที่พืชดูดขึ้นมาจากราก โดยน้ำ ที่พืชดูดขึ้นมานั้นจะถูกนำไปใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เพียง 1-2 % เท่านั้น นอกนั้นจะระเหยออกทางปากใบ ดังนั้นจึงมีการศึกษากันว่า กระบวนการคายน้ำที่เกิดขึ้นนี้มีประโยชน์อย่างไร ซึ่งผลจากการศึกษาในปัจจุบันนี้เชื่อกันว่า การคายน้ำมีประโยชน์ต่อพืช โดยตรง เช่น ช่วยลดอุณหภูมิใบ ช่วยควบคุมการดูดและลำเลียงเกลือแร่ เป็นต้น นอกจากนี้ยังอาจเป็นโทษกับพืชมากกว่าด้วย เพราะทำให้พืชสูญเสียน้ำโดยเปล่าประโยชน์ และถ้าพืชเสียน้ำไปมากๆ โดยเฉพาะพืชที่อยู่ในที่แห้งแล้ง พืชจะปิดปากใบเพื่อ ลดการสูญเสียน้ำซึ่งมีผลทำให้การสังเคราะห์ด้วยแสงหยุดชะงักลง การเจริญเติบโตของพืช ก็จะถูกกระทบกระเทือน และถ้าพืชเกิดการขาดน้ำอย่างรุนแรง พืชจะเหี่ยวเฉาและตายในที่สุด

ประโยชน์ของการคายน้ำ

- ช่วยลดความร้อนของใบ เพราะเมื่อใบคายน้ำ ต้องการความร้อน แฝงที่จะทำให้น้ำกลายเป็นไอน้ำ จึงดึงความร้อนจากใบไป ใบจึงมีอุณหภูมิต่ำลง

- ช่วยในการดูดน้ำและเกลือแร่ การคายน้ำเป็นต้นเหตุทำให้เกิด แรงดึงจากการคายน้ำ (Transpiration pull) แรงดึงนี้สามารถดึงน้ำและเกลือแร่จากดินเข้าสู่รากได้ดีมาก

- ช่วยในกาารลำเลียงน้ำในต้นพืช

- ช่วยกำจัดน้ำที่เกินความต้องการของพืช

สารอาหารที่พืชสร้างขึ้น คือ น้ำตาลกลูโคสที่อยู่ในรูปของสารละลายจะถูกลำเลียงจากใบไปสู่ส่วน ต่าง ๆ ของพืชผ่านทางท่อโฟลเอ็ม ซึ่งการลำเลียงจากเซลล์ของใบไปสู่เซลล์ข้างเคียงต่อ ๆ กันไปโดยกระบวนการแพร่ และแอคทีฟทรานสปอร์ต การลำเลียงอาหารเป็นการเคลื่อนที่จากด้านบนของต้นพืชลงสู่ด้านล่างไปเลี้ยงส่วนของลำต้นและราก แต่ก็มีบางส่วนที่มีการลำเลียงไปในทิศทางขึ้นด้านบนเหมือนกัน เช่น การลำเลียงไปเลี้ยงดอกและผล เป็นต้น

เนื่องจากบริเวณรอบลำต้นนี้จะมีอาหารไหลลงมาเสมอ ดังนั้น ถ้าเราตัดท่อลำเลียงอาหารของพืชโดยลอกเปลือกนอกของต้นไม้ออกจนรอบลำต้น ในไม่ช้าจะพบว่าบริเวณเหนือรอยที่ลอกเปลือกออกจะมีขนาดใหญ่กว่าด้านล่าง ทั้งนี้เป็นเพราะอาหารที่ถูกลำเลียงลงมาจากใบไม่สามารถผ่านต่อลงไปได้ จึงสะสมอยู่บริเวณปลายสุดของท่อลำเลียงอาหาร การทำเช่นนี้จะทำให้พืชเจริญเติบโตช้าเพราะรากขาดอาหาร