เนื้อหาเรื่องการแลกเปลี่ยนแก๊สในพืช

การแลกเปลี่ยนแกส๊ และ การคายนา้ ของพชื

การแลกเปล่ยี นแก๊สในพืช จากการศกึ ษาโครงสรา้ งภายในของใบพบว่า ในชนั มีโซฟลิ ลข์ องพืชประกอบด้วย พาลิเซดเซลล์และ สปันจีเซลล์ ชนั สปนั จเี ซลล์จะอยรู่ ะหว่างพาลเิ ซดเซลล์กบั เอพเิ ดอร์มิ สด้านลา่ ง โดยเรยี งตวั กนั อยู่หลวมๆ ท้าใหม้ ีช่องว่างระหวา่ งเซลล์เป็นจ้านวนมาก ใน ขณะเดียวกันพืนทผี่ วิ ของสปนั จีเซลลก์ ไ็ ด้สมั ผัสกบั อากาศภายใน ช่องว่างมากดว้ ย ทา้ ให้ เกิดผลดคี ือ 1. บริเวณสปันจีเซลลแ์ ละชอ่ งอากาศนีมกี ารแลกเปล่ียนแก๊สสงู มากเพราะมีพืนท่ีผิว มาก และชมุ่ ชืน ตลอดในเวลากลางวนั 2. มีการถา่ ยเทความร้อนไดเ้ ปน็ อย่างดี เพราะภายในช่องอากาศมีความชืนสัมพทั ธ์ เกอื บ 100% เม่ือไอน้า ระเหยออกไปกน็ า้ ความร้อนในรปู ของความรอ้ นแฝงของการเป็น ไอออกไปดว้ ย เป็นการลดอณุ หภมู ิ ของใบใหต้ า้่ ลง ผิวใบของพืชประกอบด้วยเอพเิ ดอรม์ สิ ด้านบน(upper epidermis) และเซลลเ์ อพิ เดอรม์ ิสด้านลา่ ง (lower epidermis) ซ่ึงปกตจิ ะมีสารคิวตนิ เคลอื บเอาไว้ เพอ่ื ป้องกนั การระเหยของนา้ ทางดา้ นบนของใบจะมีสารคิวทินเหนอื กวา่ ด้านล่าง จงึ ท้าใหผ้ วิ ด้านบนเปน็ มนั กว่าผวิ ดา้ นลา่ ง แก๊สออกซิเจนและแกส๊ คารบ์ อนไดออกไซดแ์ ละไอนา้ จะแพรอ่ อกจากใบไดท้ าง ปากใบ(stoma) โดย แก๊สจะแพรจ่ ากบริเวณที่มคี วามหนาแนน่ มากกว่าไปยงั บริเวณท่มี ี ความหนานแนน่ นอ้ ยกวา่ เชน่ ถา้ ใบมีความหนาแน่นของแกส๊ คาร์บอนไดออกไซด์สูง -แกส๊ คารบ์ อนไดออกไซด์จะแพรจ่ ากใบสู่บรรยากาศ -แก๊สออกซเิ จนในบรรยากาศจะแพรเ่ ข้าสใู่ บ

โครงสร้างที่ใชใ้ นการแลกเปลีย่ นแกส๊ 1.ปากใบ (stoma) Spongy mesophyll cell มกี ารเรียงตวั กันอย่างหลวมๆ ทา้ ให้มชี อ่ งวา่ งระหวา่ งเซลล์มาก จึงเกดิ การแลกเปลยี่ นแกส๊ ไดม้ าก โดยพืชแตล่ ะชนนิดมจี ้านวนปากใบทแ่ี ตกต่างกนั เพราะปัจจัยส้าคญั อยทู่ ปี่ รมิ าณน้าหรอื ความชืนในอากาศ โดย -พืชบกมักจะมีปากใบอยดู่ า้ นลา่ งเพ่อื ป้องกนั การละเหยของนา้ -พืชทีม่ ีใบอยปู่ ร่ิมน้าปากใบจะมเี ฉพาะผิวใบด้านบนเพราะผิวใบด้านล่างจมอยูใ่ นน้า -พืชในทะเลทรายปากใบอยู่จมลกึ เข้าไปในใบเพอ่ื ลดอัตราการคายน้า 2. เลนทิเซลล์ (Lenticel) ทผี่ ิวของลา้ ตน้ พชื บางชนิดเมอ่ื มอี ายมุ ากขนึ จะมรี อย แตกเป็นทางยาวหรอื แตกตามรอยขวาง

3. ขนราก (Root hair) มีการแลกเปล่ยี นแกส๊ ระหวา่ งอากาศทอ่ี ยู่ในชอ่ งวา่ ง ของเมด็ ดนิ กับเซลล์ของราก กลไกการเปิดปิดปากใบ การปิดเปิดของปากใบขนึ อย่กู ับความเต่งของเซลล์คุม โดยปากใบเปดิ เมอ่ื เซลลค์ ุม เต่ง คอื มนี ้าอยู่ภายในเซลลค์ มุ มากปากใบปิดเมอื่ เซลล์คมุ แฟบ คอื เม่อื มนี า้ อยู่ในเซลล์คุม น้อยการปดิ เปิดของปากใบมปี ัจจัยต่าง ๆ ท่เี กีย่ วข้องคอื แสง แกส๊ คารบ์ อนไดออกไซด์ และนา้ ภาพแสดงการเปิดปดิ ของปากใบ

ในเซลล์คมุ มคี ลอโรพลาสต์ ในขณะท่ีเซลล์เอพิเดอร์มิสอืน่ ๆ ไมม่ คี ลอโรพลาสต์ เมอ่ื มีแสงสวา่ งจะเกดิ กระบวนการสงั เคราะห์ดว้ ยแสงในเซลล์ คมุ ทา้ ให้ปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในเซลล์คุมลดลงpHของเซลล์เพ่ิมขึนจะ กระตนุ้ ใหม้ กี ารนา้ โพแทสเซียมไอออน(K+)เข้าสเู่ ซลล์โดยกระบวนการ แอกทฟิ ทรานสปอรต์ เพม่ิ ขึนทา้ ใหค้ ลอไรดไ์ อออน(Cl-)และไอออนทีม่ ีประจุลบ เคล่ือนทตี่ ามโพแทสเซียมอิออนเข้าไปในเซลลค์ มุ โดยกระบวนการพาสซฟี ทรานส ปอร์ต pHท่ีเพ่ิมขึนจะกระต้นุ ใหม้ ีการสลายแปง้ ใหเ้ ปน็ น้าตาลมากขนึ เม่ือรวมกับ น้าตาลท่ีได้จากกระบวนการสังเคราะห์ดว้ ยแสงของเซลลค์ ุมเองจงึ ท้าใหใ้ นเซลล์ คมุ มีความเขม้ ขน้ สูงกวา่ เซลลเ์ อพเิ ดอร์มิสอื่นๆ น้าจึงออสโมซิสเข้าในเซลล์คมุ ท้าให้ เซลลค์ มุ เกดิ แรงดนั ภายในดันให้ผนงั เซลลด์ ้านนอกซ่ึงบางกว่าโป่งออกและดงึ ผนังเซลล์ด้านในใหโ้ ค้งตามทา้ ให้ปากใบเปิด

ในทางกลบั กันในขณะทีไ่ มม่ ีแสงหรือตอนกลางคืนไมม่ ีกระบวนการ สังเคราะหด์ ้วยแสงมแี ต่กระบวนการหายใจซึ่งท้าให้ปริมาณแก๊คาร์บอนไดออกไซด์ ในเซลลค์ มุ เพ่ิมมากขึน pHลดลง นา้ ตาลน้อยลงเน่ืองจากไมม่ กี ารสรา้ งเพ่มิ แต่ถกู น้าไปใช้ในกระบวนการหายใจและบางสว่ นถูกเปลย่ี นไปเปน็ แป้ง โพแทสเซียม ไอออนเคลอ่ื นออกจากเซลล์คุมทา้ ใหค้ ลอไรด์ไอออนและไอออนทมี่ ีประจลุ บ เคล่ือนท่ีออกนอกเซลลค์ ุมตามไปด้วย เป็นผลใหน้ ้าแพร่ออกจากเซลล์คุม แรงดันภายในเซลลค์ มุ ลดลง เซลล์คุมแฟบลงทา้ ให้ปากใบปิด การคายนา้ ของพชื ในการสรา้ งอาหาร พืชตอ้ งการแก๊สคาร์บอนไดออกไซดแ์ ละน้า เปน็ สารตังตน้ ในกระบวนการสงั เคราะหด์ ว้ ยแสง รากพชื ดดู นา้ จากดนิ แลว้ ล้าเลยี งไปยังส่วนตา่ งๆทาง ไซเลม็ ส่วนแกส๊ คารบ์ อนไดออกไซด์ นันพชื จะได้จากกระบวนการแลกเปลย่ี นแก๊ส โดย แก๊สคารบ์ อนไดออกไซด์นนั พชื จะไดจ้ ากการแลกเปลีย่ นแก๊ส โดยแก๊คาร์บอนไดออกไซด์ ในบรรยากาศจะแพร่เข้าไปในพชื ทางรปู ากใบ

ดังนนั การคายนา้ ของพืช เกดิ ขึนเมื่อความชนื สัมพทั ธ์ในอากาศต้า่ กวา่ ภายใน ใบพืชโดยการคายน้าทา้ ให้เกิดแรงดงึ จากการคายน้าซ่งึ ชว่ ยในการล้าเลียงนา้ และธาตุ อาหารของพชื และช่วยในการรกั ษาอุณหภมู ิของใบพืช การคายนา้ ของพชื เป็นการกา้ จัดน้าออกจากเซลล์ในรูปของไอน้า โดยมีการคาย น้าผา่ นทางรูปต่างๆ ดงั นี 1. การคายนา้ ออกมาทางปากใบ 2. การคายนา้ น้าออกมาทางผิวใบ 3. การคายน้าทางเลนทิเซล 4. การคายนา้ ในรปู หยดน้า เช่น เมื่ออากาศมคี วามชนื มาก พชื บางชนดิ จะกา้ จัดน้า ออกมาในรูปของหยดน้า ทางรเู ปิดเล็กๆ ตามปลายของเสน้ ใบ รเู หล่านี เรียกวา่ ไฮดาโทด (hydathode) กระบวนการคายน้าของพชื ในรูปของหยดนา้ เช่นนีเรยี กวา่ กตั เตชนั (guttation) เนอ่ื งจากพืชมีการดดู น้าอยู่ตลอดเวลา น้าจะเข้าไปอยใู่ นรากเปน็ จา้ นวนมาก ทา้ ให้เกิดแรงดนั ของเหลวใหไ้ หลขนึ ไปตาม ท่อไซเลมในล้าดบั และใบ และไหลออกมาทางรเู ปดิ ของท่อเล็กๆ ทอ่ี ยปู่ ลายของเสน้ มองเหน็ เป็นหยดนา้ เล็ก ๆ เกาะอยูต่ ามขอบใบ

การคายนา้ ผ่านทางปากใบ ปากใบพืชจา้ แนกตามชนดิ ของพชื ท่ีเจรญิ อยู่ในส่งิ แวดล้อมตา่ งๆ ได้เปน็ 3 คือ 1.ปากใบแบบธรรมดา (typical stomata) เป็นปากใบของพืชทว่ั ไปโดยมเี ซลล์อยูใ่ นระดบั เดียวกบั เซลล์เอเดอรม์ สิ พชื ทปี่ ากเปน็ แบบนีเป็นพวกเจรญิ อยใู่ นที่ ๆ มนี า้ อุดมสมบรู ณ์ พอสมควร 2. ปากใบแบบจม (sunken stomata) เปน็ ปากใบทีอ่ ย่ลู ึกเขา้ ไปในเนือเซลลค์ ุมอยูล่ กึ กว่าหรอื ต่้ากวา่ ชนั เซลล์เอพเิ ดอรม์ ิสพบในพชื ท่ีอยู่ในทแี่ ห้งแล้ง(xerophyte) เช่น พชื ทะเลทราย พวกกระบองเพรช พชื ป่าชายเลน(halopyte) เชน่ โกงกาง แสม เปน็ ตน้

3.ปากใบแบบยกสงู (raised stomata) เปน็ ปากใบทีม่ เี ซลล์คุมสูงกว่าระดบั เอพเิ ดอรม์ สิ ทว่ั ไป เพือ่ ชว่ ยใหน้ ้าระเหยออกจากปากใบไดเ้ ร็วขนึ พบในพชื ท่ีเจริญอยใู่ นน้าที่ ทม่ี นี า้ มาก หรอื ชืนเเฉะ(hydropyte)

ปจั จยั ที่มผี ลต่อการคายน้าของพชื