การแลกเปลี่ยนแก๊ส การคายน้ำของพืช

การแลกเปล่ยี นแกส๊ และการคายนา้ ของพชื นายวชั รากร ศรรี นิ

การแลกเปล่ยี นแกส๊ ของพืช gas exchange in plants ในกระบวนการสังเคราะหด์ ว้ ยแสงของพืชเพอ่ื สรา้ งอาหาร พืชตอ้ งการ Co2 และนา้ เป็น สารตังต้นในการสรา้ งอาหาร โดยน้าได้จากการทีร่ ากดดู นา้ แลว้ ลา้ เลยี งมาทางไซเลม็ ส่วน Co2 นันไดจ้ ากกระบวนการแลกเปลีย่ นแก๊ส ผา่ นการแพร่ผา่ นเขา้ มาทางปากใบของพืช การแลกเปลี่ยนแก๊สของพชื จะเกิดในชัน mesophyll ของพืชนันก็ คือ ชัน spongy mesophyll เพราะในชันนีมีการเรียงตัวของเซลลก์ ันอย่างหลวม ๆ ท้าใหม้ ีพนื ผิวในการรับสัมผัส กับอากาศได้มากจึงแลกเปลีย่ นแกส๊ ได้มาก

การแลกเปลย่ี นแกส๊ ของพชื (ตอ่ ) การเปิดปดิ ปากใบของพืชมีบทบาทส้าคัญอยา่ งมากในการแลกเปลี่ยนแก๊สของพืช แต่อย่างไรก็ตามเมื่อพืชเกิดการเปิดปากใบเพื่อแลกเปลี่ยนแก๊ส ผลที่ตามมาก็คือพืชจะสูญเสียน้าออกสู่ บรรยากาศในรูปแบบไอน้าผ่านทางรูปากใบ เราเรียกกระบวนการนีว่า การคายน้าของพืช (Transpiration) การคายนา้ ของพืชนียังจะท้าให้เกิดแรงดงึ จากการคายน้า (Transpiration pull) *** การที่ปากใบพืชมีการเปิดปิดมีจุดประสงค์หลักเพื่อการแลกเปลี่ยนแก๊สไม่ใช่เพื่อการคายน้า แต่การคายน้า และการลา้ เลียงน้าที่เกิดจากแรงดึงเนือ่ งจากการคายน้าเปน็ เพียงผลตอ่ เนื่องที่เกดิ ตามขนึ มา

การแลกเปลยี่ นแกส๊ ของพชื (ตอ่ ) โครงสรา้ งทีเ่ กีย่ วของกับการแลกเปลี่ยนแก๊สของพืช 1. บรเิ วณท่ี spongy mesophyll ของใบ โดยผา่ นทางปากใบ (Stomata) ซง่ึ มีส่วนชว่ ยในการถ่ายเท ความร้อนไดเ้ ปน็ อยา่ งดี 2. บรเิ วณรอยแตกของผวิ ล้าต้น ก็คือ เลนตเิ ซล (Lenticel) แก็สสามารถแพรเ่ ขา้ มาทางนีได้ แต่ถือวา่ นอ้ ยมากถ้าเทียบกบั ปากใบ 3. บรเิ วณขนราก (Root hair) ซงึ่ เป็นสว่ นของเซลล์เอพิเดอร์มสิ ที่ยืน่ ออกมาสมั ผัสกบั น้าและอากาศ ภายในดนิ ดังนัน การทีด่ นิ รว่ นซุย การพรวนดนิ การใชป้ ุ๋ยอินทรียช์ ่วยท้าใหด้ นิ รว่ นซุยไมจ่ บั กนั แนน่ อากาศจะถ่ายเทไดด้ ี ทา้ ใหร้ ากพืชหายใจได้ดีด้วย จงึ ทา้ ใหต้ ้นพืชเจรญิ เตบิ โตไดด้ ี



การคายน้าของพชื (Transpiration) การคายนา้ หมายถึงการทีพ่ ืชสูญเสียนา้ ออก จากตน้ ในรูปของไอน้า แบง่ ได้ 3 ประเภท คือ การคายน้าทางปากใบ การคายนา้ ทางผวิ ใบ และการคายนา้ ทางเลนทิเซล (Lenticel) - 1. การคายนา้ ทางปากใบ (Stomatal transpiration) พบวา่ พืชสว่ นใหญ่จะสูญเสยี น้า ออกมาทางปากใบมากถงึ 90%

การคายน้าของพชื (Transpiration) (ตอ่ ) 1. การคายน้าผา่ นทางปากใบ - ปากใบพืชจ้าแนกตามชนิดของพืชทีเ่ จริญอยูใ่ นสิ่งแวดลอ้ มต่าง ๆ ได้เป็น 3 แบบ คือ 1. ปากใบแบบธรรมดา (typical stomata) เปน็ ปากใบของพืชทั่วไปโดยมีเซลล์คุมอย่ใู นระดับเดียวกับ เซลล์เอพิเดอรม์ สิ พืชที่ปากใบเป็นแบบนีเปน็ พวกเจริญอยูใ่ นที่ ๆ มีน้าอุดมสมบูรณ์พอสมควร (mesophyte)

การคายนา้ ของพืช (Transpiration) (ตอ่ ) 1. การคายนา้ ผา่ นทางปากใบ (ต่อ) 2. ปากใบแบบจม (sunken stomata) เป็นปากใบที่อยู่ลึกเข้าไปในเนือใบเซลล์คุมอยู่ลึกกว่าหรือต่้า กว่าชัน เซลล์เอพิเดอร์มิสพบในพืชที่อยู่ในที่แหง้ แล้ง (xerophyte) เช่น พืชทะเลทราย พวกกระบองเพชร พืช ป่าชายเลน (halophyte) เช่น โกงกาง แสม ลา้ พู เปน็ ตน้

การคายน้าของพืช (Transpiration) (ตอ่ ) 1. การคายนา้ ผา่ นทางปากใบ (ตอ่ ) 3.ปากใบแบบยกสูง (raised stomata) เป็นปากใบที่มีเซลล์คุมอยู่สูงกว่าระดับเอพิเดอรม์ ิสทั่วไป เพือ่ ชว่ ยใหน้ า้ ระเหยออกจากปากใบได้เรว็ ขนึ พบไดใ้ นพืชที่เจริญอยู่ในน้าที่ ที่มีน้ามากหรือชืนแฉะ (hydrophyte)

การคายน้าของพชื (Transpiration) (ตอ่ ) 1. การคายนา้ ผา่ นทางปากใบ (ต่อ) กลไกการเปดิ ปดิ ปากใบของพืช การปิดเปิดของปากใบขนึ อยู่กับความเตง่ ของเซลลค์ ุมโดย 1. ปากใบเปิดเมื่อเซลลค์ ุมเต่ง คือ มีน้าอยูภ่ ายในเซลล์คุม มาก

กลไกการเปดิ ปากใบของพืช เซลลค์ มุ เกดิ แรงดนั ภายในดนั ใหผ้ นงั เซลลด์ า้ น นอกซึ่งบางกวา่ โปง่ ออกและดงึ ผนงั เซลลด์ า้ น เมือ่ มแี สงสวา่ งจะเกดิ กระบวนการสงั เคราะหด์ ว้ ย ในใหโ้ คง้ ตาม แสงในเซลลค์ มุ ท้าให้ปรมิ าณแกส๊ Co2 ในเซลล์ คุมลดลง pH ของเซลลเ์ พมิ่ ขนึ เซลลค์ มุ มคี วามเขม้ ขน้ ของนา้ ตาลสงู กวา่ เซลล์ เอพเิ ดอรม์ สิ อนื่ ๆ นา้ จงึ ออสโมซสิ เขา้ ในเซลล์ กระตนุ้ ให้มกี ารนา้ โพแทสเซยี มไอออน (K+) เขา้ คุม สูเ่ ซลลโ์ ดยกระบวนการแอกทฟิ ทรานสปอรต์ เพิม่ ขนึ ทา้ ใหค้ ลอไรดไ์ อออน (Cl-) เคลอื่ นทตี่ าม K- เขา้ ไปในเซลลค์ มุ pH ที่เพม่ิ ขนึ จะกระตนุ้ ใหม้ กี ารสลายแปง้ ใหเ้ ปน็ น้าตาลมากขนึ และไดจ้ ากกระบวนการ สังเคราะหด์ ว้ ยแสงดว้ ย

กลไกการปดิ ปากใบของพชื แรงดนั ภายในเซลลค์ มุ ลดลง เซลลค์ มุ แฟบลง เป็นผลให้นา้ แพรอ่ อกจากเซลลค์ มุ เมือ่ ไมม่ แี สง แต่พชื จะยงั มกี ระบวนการหายใจซง่ึ ทา้ ใหป้ รมิ าณ Co2 ในเซลลค์ มุ เพมิ่ มากขนึ pH ลดลง น้าตาลนอ้ ยลดลงเนอื่ งจากไมม่ กี ารสรา้ งเพมิ่ แต่ ถูกนา้ ไปใชใ้ นกระบวนการหายใจและบางส่วนถกู เปลยี่ นไปเป็นแป้ง โพแทสเซียมไอออนเคลอื่ นออกจากเซลลค์ มุ ทา้ ให้คลอไรดไ์ อออนและไอออนทมี่ ปี ระจลุ บเคลอื่ นที่ ออกนอกเซลลค์ มุ ตามไปดว้ ย

การคายน้าของพชื (Transpiration) (ตอ่ ) 1. การคายนา้ ผา่ นทางปากใบ (ต่อ) ข้อควรจ้า การปรับตัวของพืชเพือ่ ลดการคายนา้ - ใบพืชใบเลียงเดี่ยวบางชนดิ เชน่ หญ้า ข้าวโพด ที่ ชันเอพเิ ดอร์มิสจะมีเซลลข์ นาดใหญ่และผนังเซลล์ บาง เรียกว่า บัลลฟิ อร์มเซลล์ (bulliform cell) ช่วย ทา้ ใหใ้ บมว้ นงอได้เมือ่ พืชขาดนา้ ชว่ ยลดการคายน้า ของพืชใหน้ ้อยลง - พืชบางชนดิ อาจมเี อพเิ ดอรม์ ิสหนามากกวา่ 1 ชัน ซงึ่ พบมากทางดา้ นหลังใบมากกว่าทางดา้ นทอ้ งใบ เรียกว่า มัลติเปิล เอพเิ ดอร์มิส (multiple epidermis) ซ่งึ พบในพชื ทีแ่ ห้งแล้งชว่ ยลดการของได้

การคายน้าของพืช (Transpiration) (ตอ่ ) - 2. การคายนา้ ทางผิวใบ (Cuticular transpiration) เป็นการคายน้าที่ก้าจัดไอนา้ ออกมาทางผิวใบที่มี cuticle ฉาบอยูข่ า้ งนอกสุดของ epidermis แต่เนือ่ งจาก cuticle ประกอบด้วยสาร cutin ซึง่ เป็นสารประกอบคล้ายขีผึง ไปนา้ จงึ แพร่ออกทางนีได้ยาก ดังนัน พืช จงึ คายน้าออกทางนีไดน้ อ้ ยและ ถ้าหากพืชใดมี cuticle หนามากน้ากย็ ิง่ ออกได้ยากมากขึน -ทัง stomatal และ cuticular transpiration ตา่ งก็เป็นการคายน้าทีก่ ้าจัดไอนา้ ออกมาจากใบ จงึ เรียกการ คายนา้ ทัง 2 ประเภทนีรวม ๆ กนั ว่า Foliar transpiration -การคายนา้ ออกจากใบดังกลา่ วนีจะเกิดที่ปากใบประมาณ 90 เปอร์เซน็ ต์และที่ cuticle ประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์

การคายน้าของพชื (Transpiration) (ตอ่ ) - 3. Lenticular transpiration - เปน็ การคายนา้ ทีก่ ้าจัดไอน้าออกมาทาง lenticel ซ่ึงเปน็ รอยแตกตามลา้ ตน้ และกง่ิ การคายนา้ ประเภทนี เกดิ ขึนน้อยมาก เพราะ lenticel มีในพืชเป็นสว่ นน้อยและเซลลข์ อง lenticel กเ็ ปน็ cork cell ด้วยไอนา้ จงึ ออกมาได้น้อย

การคายนา้ ของพชื (Transpiration) (ตอ่ ) - การคายน้าในรูปหยดนา้ ในขณะที่สิ่งแวดล้อมไม่เหมาะสมกับการคายน้าทางปากใบ เช่น เมื่ออากาศมีความชืนมาก พืชบางชนิดจะ ก้าจัดน้าออกมาในรูปของหยดน้า ทางรูเปิดเล็ก ๆ ตามปลายของเส้นใบ รูเหล่านีเรียกว่า ไฮดาโทด (hydathod) กระบวนการคายน้าของพืชในรูปของหยดน้าเช่นนีเรียกว่า กัตเตชัน (guttation) เนื่องจากพืชมี การดูดน้าอยู่ตลอดเวลา น้าจะเข้าไปอยู่ในรากเป็นจ้านวนมากขึนทุกที ท้าให้เกดิ แรงดันของเหลวใหไ้ หลขึนไป ตามท่อไซเลมในล้าดับและใบ และไหลออกมาทางรูเปิดของท่อเล็ก ๆ ที่อยู่ปลายของเส้น มองเหน็ เป็นหยดน้า เล็ก ๆ เกาะอยู่ตามขอบใบเราจะพบปรากฏการณ์นีในธรรมชาติได้อย่างชัดเจนในตอนเช้าที่อากาศมีความชืน มาก ๆ ซึง่ มักไมเ่ กดิ บ่อยนัก

ปจั จัยทผ่ี ลตอ่ การคายนา้ ของพชื 1.แสงสวา่ ง ถ้าความเข้มข้นของแสงสว่างมากจะช่วยให้การคายนา้ มีอัตราสูงขนึ 2.อณุ หภูมิ ถา้ อุณหภูมขิ องบรรยากาศสูง จะท้าใหใ้ บคายน้าได้มากและรวดเร็วขนึ ทังนีเพราะวา่ (1) เมื่ออณุ หภูมิสูง อณุ หภูมขิ องน้าในใบก็จะสูงขึน ทา้ ใหน้ ้าระเหยเปน็ ไอได้งา่ ยและเร็วขึน จึงระเหยออกไปจากใบได้มากและเรว็ ขึนดว้ ย แตถ่ า้ อุณหภูมิสูงมากเกดิ ไปปากใบก็จะปิดเพื่อ ลดการสูญเสียของน้า (2) เมือ่ อณุ หภูมติ า้่ อากาศภายนอกสามารถอมุ้ ไอนา้ เอาไวไ้ ด้มากขึน ปากใบเปิดได้ดีที่อุณหภูมิ 25 – 30 องศาเซลเซียส

ปัจจยั ทผ่ี ลตอ่ การคายนา้ ของพชื (ต่อ) 3.ความชืน ถ้าหากความชืนในบรรยากาศมนี อ้ ย คือ ความชืนในบรรยากาศแตกตา่ งกับความชืนใน ชอ่ งวา่ งท่อี ากาศในใบมาก จะทา้ ใหก้ ารคายน้าเกดิ ขนึ ไดม้ ากและรวดเร็ว แตถ่ า้ อากาศชืน ใบ จะคายนา้ ได้นอ้ ยและช้าลง ตามทฤษฎีถ้าความชืนอิ่มตัวใบไมค่ วรจะ คายนา้ เลย ซงึ่ ก็เปน็ ความ จริง กลา่ วคือ ใบจะไม่คายนา้ ออกมาเปน็ ไอน้า แต่มันคายมาเปน็ หยดน้าอยา่ งหนึ่งที่เรียกว่า Guttation นั่นเอง 4.ลม โดยที่ลมชว่ ยพัดพาไอนา้ ทีร่ ะเหยออกมาจากใบและอยูบ่ รเิ วณรอบ ๆ ใบให้พ้นไปจากผิว บริเวณนันจงึ มีไอน้าน้อยหรอื มีอากาศแหง้ เข้ามาแทนที่ กส็ ามารถรับไอน้าจากใบไดอ้ ีก

ปจั จยั ทผี่ ลตอ่ การคายนา้ ของพืช (ต่อ) 5. ความอุดมสมบูรณ์ของน้าในดิน ถ้าในดินมีน้ามากหรือดินแฉะ และสภาพอ่ืน ๆ ก็เหมาะสมกับการคายน้า น้า ในดินจะถูกดูดและล้าเลียงไปยังใบได้มากและตลอดเวลาก็จะท้าให้ใบคายน้าไดม้ าก แต่ถ้าน้าในดินน้อยหรือดินแห้ง แม้ว่าสภาพอ่ืน ๆ จะเหมาะสมกับการคายน้ามาก อย่างไรก็ตามการคายน้าก็ เกดิ ขนึ ไดน้ อ้ ย เพราะเมอ่ื ดินแห้งก็ไมม่ ีนา้ ทีจ่ ะลา้ เลียงขึนไปยังใบ ใบจงึ ขาดนา้ ที่จะระเหยออกไปได้ สภาพอื่น ๆ ที่เหมาะสมแก่การคายน้าที่กล่าวถังนัน ได้แก่ ความสามารถของรากในการดูดน้าจากดิน อณุ หภูมิของดิน ความเขม้ ขน้ ของสารละลายในดนิ เปน็ ตน้

ปัจจยั ทผ่ี ลตอ่ การคายนา้ ของพืช (ต่อ) 6.ความกดดันของบรรยากาศ ในที่ที่มีความกดดันของบรรยากาศต้่า อากาศจะบางลงและความแน่นน้อย เป็น โอกาสให้ไอน้าแพร่ออกไปจากใบได้ง่าย อัตราของการคายน้าก็สูง แต่ถ้าความดันของบรรยากาศสูง ใบก็จะ คายน้าได้นอ้ ยลง 7.ลักษณะและโครงสรา้ งของใบ



การแลกเปล่ยี นแกส๊ และการคายนา้ ของพชื นายวชั รากร ศรรี นิ