>> ถาม-ตอบ >>  ชีววิทยา   >>  การลำเลียงน้ำของพืช  
เรณู ถาวโรฤทธิ์
30 ต.ค. 2558 16:44:28
การลำเลียงน้ำของพืช

รู้ไหม? ทำไมพืชจึงสามารถดูดน้ำจากดินและลำเลียงขึ้นไปเลี้ยงส่วนยอดซึ่งสูงถึง 30 เมตรได้?

ตอบกระทู้
เรณู ถาวโรฤทธิ์
30 พ.ย. 2558 12:45:38

จากกระทู้ "รู้ไหม? ทำไมพืชจึงดูดน้ำจากดิน และลำเลียงขึ้นไปเลี้ยงส่วนยอดซึ่งสูงถึง 30 เมตรได้"

     แม้ว่าการดูดน้ำจากดิน และการลำเลียงน้ำจะมีกลไกต่อเนื่องกัน แต่จะขอแยกตอบเป็น 3 ขั้นตอน คือ

1.พืชดูดน้ำจากดินได้อย่างไร

2.พืชลำเลียงน้ำจากเซลล์ที่ผิวของรากเข้าไปยังเซลล์ท่อลำเลียงน้ำได้อย่างไร

3.พืชลำเลียงน้ำขึ้นไปเลี้ยงส่วนต่างๆจนถึงยอดซึ่งสูงถึง 30เมตรได้อย่างไร

โดยจะขอแยกตอบเป็น 3 สัปดาห์ และตอบสัปดาห์ละ 1 ขั้นตอนดังนี้

ขั้นตอนที่1.  พืชดูดน้ำจากดิน โดยน้ำในดินแพร่ไปตามผนังเซลล์ของเซลล์ที่ผิวซึ่งได้แก่ เซลล์ขนราก และเซลล์ผิว แล้วแพร่ต่อไปตามผนังเซลล์ของเซลล์อื่นๆที่อยู่ข้างใน ซึ่งเป็นการลำเลียงน้ำที่เรียกว่า Apoplasmic transport นอกจากนี้ น้ำที่แพร่ตามผนังเซลล์จะผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์ขนราก และเซลล์ผิวเข้าไปในโพรโทพลาสมของเซลล์ทั้งสองชนิดได้ ซึ่งเรียกการเข้าไปของน้ำแบบนี้ว่า Osmosis   เหตุผลเพราะผนังเซลล์เป็นเซลลูโลสซึ่งน้ำผ่านได้ และสารละลายในดินมักมีความเข้มข้นน้อยกว่าสารละลายในเซลล์ของรากซึ่งเต็มไปด้วยอิออนของสารต่างๆ หรือน้ำในดินมีมากกว่าน้ำในเซลล์ของราก ทำให้ water potential ของน้ำในดินสูงกว่า water potential ของน้ำในเซลล์ น้ำจึงเคลื่อนที่จากดินเข้าสู่เซลล์ได้

     โปรดรอคำตอบ ขั้นตอนที่2 ในสัปดาห์หน้า


เรณู ถาวโรฤทธิ์
30 ธ.ค. 2558 23:59:45

ก่อนตอบกระทู้เกี่ยวกับการลำเลียงน้ำต่อจากที่ตอบไปแล้วเมื่อ 30 พ.ย 2558 ในขั้นตอนที่ 1 คือพืชดูดน้ำจากดินได้อย่างไร ต้องขออภัยอย่างยิ่งที่ต้องขอแก้ไขคำผิดจาก Apoplasmic transport เป็น Apoplastic transport (หรือ Apoplast)

ขั้นตอนที่ 2 พืชลำเลียงน้ำจากเซลล์ที่ผิวของราก เข้าไปยังเซลล์ท่อลำเลียงน้ำได้อย่างไร

การลำเลียงน้ำในขั้นตอนที่ 2 นี้ เป็นการลำเลียงในแนวรัศมี (Lateral transport) การลำเลียงน้ำระหว่างเซลล์ในรากเกิดได้ 3 แบบคือ การลำเลียงน้ำแบบApoplastic transport (Apoplast) ซึ่งเป็นการลำเลียงน้ำไปตามผนังเซลล์ หรือช่องว่างระหว่างเซลล์. แบบ Symplastic transport (Symplast) ซึ่งเป็นการลำเลียงน้ำจากเซลล์หนึ่งสู่อีกเซลล์หนึ่งทาง Plasmodesmata เพราะโพรโทพลาสมของเซลล์จะเชื่อมต่อกันตลอด. และแบบTranscellular transport (Transmembrane) ซึ่งเป็นการลำเลียงน้ำผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ของสองเซลล์ที่อยู่ติดกันและน้ำจะถูกลำเลียงผ่านผนังเซลล์ด้วย ( รูปที่ 1 )

โมเลกุลน้ำที่ลำเลียงแบบ Apoplast จากเซลล์ที่ผิวคือ เซลล์ขนรากและเซลล์ผิว ไปยังเซลล์อื่นๆในชั้นคอร์เทกซ์จนถึงเอนโดเดอร์มิส ซึ่งเป็นคอร์เทกซ์ชั้นในสุด จะไม่สามารถลำเลียงแบบ Apoplast ได้อีก เพราะผนังเซลล์ของเอนโดเดอร์มิสมีซูเบอรินซึ่งเป็นสารกันน้ำสะสมเป็นแถบเล็กๆเรียก แถบแคสพาเรียน เกือบทุกด้าน ยกเว้นสองด้านที่ขนานกับผิวของราก น้ำจึงถูกลำเลียงแบบ Symplast ผ่านผนังเซลล์ด้านที่ไม่มีแถบแคสพาเรียนของเอนโดเดอร์มิส แล้วลำเลียงผ่านเซลล์ของเพริไซเคิลต่อไปตามปกติ จนเข้าไปยังเซลล์ของไซเล็ม โดยน้ำถูกลำเลียงผ่านผนังบริเวณที่บางของเซลล์ของไซเล็ม ซึ่งเป็นบริเวณที่เป็นผนังปฐมภูมิ ทำให้น้ำถูกลำเลียงเข้าไปในเซลล์ของไซเล็ม ซึ่งเป็นเซลล์ของท่อลำเลียงน้ำได้ ( รูปที่ 2 )

                                                  รูปที่ 1. ก. ส่วนประกอบของเซลล์

                                      ข. การลำเลียงน้ำในแนวรัศมี (Lateral transport) ทั้ง 3 แบบ

รูปที่ 2. การลำเลียงน้ำจากดินเข้าสู่เซลล์ราก และการลำเลียงน้ำระหว่างเซลล์จนถึงเซลล์ท่อลำเลียงน้ำ

                                                                 - แบบ Apoplast (เส้นสีดำ)

                                                                 - แบบ Symplast (เส้นสีน้ำเงิน)

                                                                 - แบบ Transmembrane (เส้นสีแดง)

เรณู ถาวโรฤทธิ์
29 ม.ค. 2559 15:25:56

ขั้นตอนที่3 พืชลำเลียงน้ำขึ้นไปเลี้ยงส่วนต่างๆจนถึงยอด ซึ่งสูงถึง 30 เมตรได้อย่างไร

น้ำในเซลล์ของท่อลำเลียงน้ำ (Vessel) จะถูกลำเลียงในแนวดิ่งขึ้นไปเลี้ยงส่วนต่างๆของพืช โดยอาศัยแรงดึงจากการคายน้ำ (Transpiration pull) เป็นหลัก ซึ่งการคายน้ำส่วนใหญ่เกิดที่ใบ และร่วมด้วยแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของน้ำด้วยกัน (Cohesion) และแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้ำกับผนังเซลล์ของ เซลล์ท่อน้ำ (Adhesion)

ถ้าพืชมีอัตราการคายน้ำสูง น้ำจะถูกดึงขึ้นไปในแนวดิ่งและลำเลียงจนถึงใบ แล้วระเหยออกสู่บรรยากาศได้อย่างรวดเร็ว

การเคลื่อนที่ของน้ำอธิบายได้ด้วย ปริมาณพลังงานอิสระต่อโมลของน้ำในระบบ หรือสารละลายซึ่งเรียกว่า Water potential ( y ) ดังนั้นค่า water potential จะมากหรือน้อยจึงขึ้นอยู่กับจำนวนโมเลกุลของน้ำในระบบหรือในสารละลาย นอกจากนี้ยังขึ้นกับความดันและอุณหภูมิด้วย ด้วยเหตุนี้ water potential ของน้ำบริสุทธิ์จึงมีค่าสูงสุด (ซึ่งกำหนดค่าเป็นศูนย์) ส่วน water potential ของสารละลายจะมีค่าต่ำกว่า(มีค่าเป็นลบ) สารละลายที่มีความเข้มข้นน้อยกว่าจะมีค่า water potential สูงกว่าของสารละลายที่มีความเข้มข้นมากกว่า

จากภาพที่ได้จากการทดลอง (จาก Campbell,1999.p.705.)

บรรยากาศโดยรอบพืชมีค่า water potential ต่ำมาก ซึ่งอาจมีค่า -10 ถึง -100 MPa ในขณะที่ช่องระหว่างเซลล์ของใบมีค่าประมาณ -7 MPa และที่ผนังเซลล์ของเซลล์ใบมีค่าประมาณ -1 MPa ซึ่งสูงกว่า ดังนั้นน้ำจึงระเหยออกจากช่องใต้ปากใบ (Substomatal cavity) ออกสู่บรรยากาศได้ ซึ่งทำให้ในช่องนี้มีค่า water potential ลดลง น้ำในเซลล์โดยรอบช่องซึ่งมี water potential สูงกว่าจึงแพร่เข้าสู่ช่องนี้ ซึ่งทำให้ water potential ของเซลล์โดยรอบช่องลดลง น้ำในเซลล์ที่อยู่ใกล้เคียงถัดไปก็จะแพร่เข้าไปแทนที่ เป็นเช่นนี้ต่อกันเป็นทอดๆจนถึงเซลล์ของไซเลม น้ำจะถูกดึงไปแทนที่เป็นทอดๆจากไซเลมของใบ ลำต้น และรากตามลำดับ จากภาพ water potential ของไซเลมที่ลำต้นและรากมีค่าประมาณ -0.8 MPa ซึ่งสูงกว่าที่เซลล์ของใบ น้ำจึงถูกดึงขึ้นไปอย่างต่อเนื่องเป็นสายไม่ขาดตอนแบบ Mass flow ทดแทนน้ำที่ระเหยไป เพราะมีแรง Cohesion และ Adhesion ร่วมด้วย เรียกแรงดึงนี้ว่า แรงดึงจากการคายน้ำ ซึ่งมีค่าค่อนข้างสูง พบว่าในพืชบางชนิดอาจมีค่าสูงถึง 80 MPa ซึ่งมากพอที่จะดึงน้ำขึ้นไปได้สูงเกิน 30 เมตร ( 1 bar = 0.1 Mpa = 1.0197 atmosphere )

และขออธิบายเพิ่มเติมจากภาพที่แสดงค่า water potential ของดินประมาณ -0.3 MPa ซึ่งสูงกว่าของเซลล์รากที่มีค่า water potential ของไซเลมประมาณ -0.8 MPa ทำให้ยืนยันคำอธิบายเรื่องพืชดูดน้ำจากดินได้อย่างไรในขั้นตอนที่ 1 ได้เป็นอย่างดี

                                                                                                              เรณู ถาวโรฤทธิ์

                                                                                                                29 ม.ค 59