บทที่ 12 โครงสร้างและหน้าที่ของพืชดอก บทที่ 12 โครงสร้างและหน้าที่ของพืชดอก Biology (40244) Miss Lampoei Puangmalai

บทที่ 12 โครงสร้างและหน้าที่ของพืชดอก บทที่ 12 โครงสร้างและหน้าที่ของพืชดอก 12.1 โครงสร้างและหน้าที่ของราก 12.2 โครงสร้างและหน้าที่ของลำต้น 12.3 โครงสร้างและหน้าที่ของใบ 12.4 การคายน้ำของพืช 12.5 การลำเลียงน้ำของพืช 12.6 การลำเลียงธาตุอาหารของพืช 12.7 การลำเลียงสารอาหารของพืช

จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. สืบค้นข้อมูล และอธิบายลักษณะโครงสร้างและหน้าที่ของราก ลำต้น ใบ 2. สำรวจตรวจสอบ และอภิปรายลักษณะโครงสร้างของราก ลำต้น ใบ ที่สัมพันธ์กับหน้าที่ 3. สำรวจตรวจสอบโครงสร้างภายในตัดตามขวางของราก ลำต้น ใบ 4. สำรวจตรวจสอบตำแหน่งและจำนวนปากใบของพืชในท้องถิ่น 5. สืบค้นข้อมูล อภิปราย และสรุปการคายน้ำของพืช 6. สืบค้นข้อมูล อภิปราย และสรุปการลำเลียงน้ำ ธาตุอาหาร และสารอาหารของพืช 7. สำรวจตรวจสอบอัตราการคายน้ำของพืช 8. เขียนผังมโนทัศน์เรื่องโครงสร้างและหน้าที่ของพืชดอก

การคายน้ำของพืช (transpiration)

12.4 การคายน้ำของพืช 12.4.1 ปากใบและการคายน้ำของพืช 12.4 การคายน้ำของพืช 12.4.1 ปากใบและการคายน้ำของพืช 12.4.2 ปัจจัยที่มีผลต่อการคายน้ำ

12.4.1 ปากใบและการคายน้ำของพืช 12.4.1 ปากใบและการคายน้ำของพืช การคายน้ำของพืชมี 2 รูปแบบ คือ 1. การคายน้ำในรูปของไอน้ำ (transpriration) 2. การคายน้ำในรูปหยดน้ำ (guttation)

Transpriration พืชใช้น้ำในกระบวนการเมแทบอลิซึมเพียงเล็กน้อย ส่วนใหญ่พืชสูญเสียน้ำไปโดยการคายน้ำในรูปไอน้ำ (transpiration) ส่วนใหญ่การคายน้ำในรูปไอน้ำเกิดขึ้นที่ใบ โดยผ่านทางปากใบ (stoma) 90% และทางผิวใบ 10% เนื่องจากมีสาร cutin เคลือบ ป้องกันการสูญเสียน้ำ ทำให้ต้นไม้ไม่แห้งตาย

Transpiration http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/biology/greenplantsasorganisms/1watertransportrev2.shtml

Guttation การคายน้ำในรูปหยดน้ำ เรียกว่า กัตเตชัน (guttation) เป็นการคายน้ำที่มากเกินต้องการ ออกมาทางรูเปิดเล็ก ๆ ซึ่งเรียกว่า ไฮดาโทด (hydathode) บริเวณปลายใบหรือขอบใบที่เป็นรอยหยัก ตรงตำแหน่งของปลายท่อลำเลียง เกิดในสภาพที่อากาศมีความชื้นสูง อุณหภูมิต่ำ ลมสงบ

http://www.puc.edu/Faculty/Gilbert_Muth/art0078.jpg

Guttation http://www.botany.hawaii.edu/faculty/webb/BOT311/bot311-00/PlantWatMove/Transpiration.htm http://www2.warwick.ac.uk/fac/sci/whri/about/staff/athompson/

พืชสูญเสียน้ำโดยการระเหยทางใด ? ปากใบ (stoma) เลนทิเซล (lenticel) เป็นรอยแตกที่ผิวของลำต้น

Lenticel http://www.pssc.ttu.edu/pss1411cd/PLANTID/glossary/glossary.htm http://www.csdl.tamu.edu/FLORA/tfplab/vegchar.htm

การทำงานของเซลล์คุม (guard cell) ปากใบเปิดเมื่อเซลล์คุมเต่ง และปิดเมื่อเซลล์คุมสูญเสียความเต่ง เมื่อมีแสง ปริมาณโพแทสเซียมไอออนในเซลล์คุมเพิ่มขึ้น น้ำจากเซลล์ข้างเคียงจึงแพร่เข้าสู่เซลล์คุม ทำให้ปากใบเปิด ในทางตรงข้าม การลดปริมาณโพแทสเซียมไอออนในเซลล์คุม น้ำจะแพร่ออกจากเซลล์คุม ทำให้ปากใบปิด เราสามารถวัดการคายน้ำของพืชได้โดย เครื่องโฟโตมิเตอร์ (potometer)

Ions and stomatal function. http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookPLANTHORM.html

12.4.2 ปัจจัยที่มีผลต่อการคายน้ำ 12.4.2 ปัจจัยที่มีผลต่อการคายน้ำ อุณหภูมิ - อุณหภูมิสูง จะคายน้ำได้มากกว่าอุณหภูมิต่ำ ความชื้น - ความชื้นภายนอกต่ำหรือแห้งแล้ง จะคายน้ำมาก ความชื้นภายนอกสูง จะคายน้ำทางไฮดาโทดแทน ลม - ถ้ามีลมมาก จะทำให้ปากใบปิด เนื่องจากลมที่เคลื่อนที่ผ่านปากใบจะนำความชื้นไปด้วย สภาพน้ำในดิน - มีผลกับพืชมาก เมื่อน้ำในดินน้อยลง พืชจะสังเคราะห์กรดแอบไซซิก (abscisic acid) หรือ ABA ทำให้ปากใบปิด การคายน้ำจึงลดลง ความเข้มของแสง - เมื่อความเข้มของแสงเพิ่มมากขึ้น ปากใบจะเปิดมากขึ้น (เมื่อมีน้ำมากพอ)

วิธีการปรับโครงสร้างเพื่อรักษาน้ำของพืช มีรากแผ่ขยายเป็นบริเวณกว้าง หรือมีรากหยั่งลึกลงไปในดินเพื่อดูดน้ำ เช่น หญ้าแฝก มีลำต้นและใบอวบน้ำเพื่อสะสมน้ำ เพื่อสะสมน้ำ มีขนปกคลุมปากใบจำนวนมาก มี cutin ที่ผิวใบหนา ลดรูปใบให้มีขนาดเล็กลง หรือกลายเป็นหนาม เช่น กระบองเพชร เป็นต้น มีโครงสร้างช่วยลดการคายน้ำ เช่น ปากใบอยู่ต่ำกว่าระดับผิวใบ (sunken stomata) เช่น ต้นยี่โถ เป็นต้น

http://www. botany. hawaii http://www.botany.hawaii.edu/faculty/webb/BOT311/bot311-00/CellTissOrgan/GymPiNeedCloseLab400.jpg

การลำเลียงน้ำของพืช

12.5 การลำเลียงน้ำของพืช การลำเลียงน้ำของพืชโดย xylem ส่วนใหญ่เกิดที่ขนราก (root hair) มี 2 วิธี คือ 1. passive absorption เป็นการดูดน้ำในภาวะที่สารละลายในดินมีความเข้มข้นน้อยกว่าเซลล์ของราก ได้แก่ ออสโมซิส (osmosis) พบมากที่สุด เพราะปกติสารละลายในดินมีความเข้มข้นน้อยกว่าเซลล์ราก น้ำจึงออสโมซิสเข้าสู่รากตลอดเวลา อิมบิบิชัน (imbibition) เป็นการดูดซับน้ำของเซลลูโลสในผนังเซลล์ของพืช ซึ่งเกิดขึ้นไม่มากนัก 2. active absorption เป็นการดูดน้ำโดยใช้พลังงานจากเมแทบอลิซึมของเซลล์ จึงพบเฉพาะในเซลล์ที่ยังมีชีวิตอยู่เท่านั้น

12.5 การลำเลียงน้ำของพืช น้ำจะออสโมซิสเข้าสู่ root hair --- cortex --- endodermis --- pericycle --- xylem ตามลำดับ ด้วยการเคลื่อนที่ 2 แบบ คือ 1. อโพพลาส (apoplast) เป็นการเคลื่อนที่ของน้ำในดินสู่ root hair --- cortex --- endodermis โดยผ่านจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งหรือผ่านช่องว่างระหว่างเซลล์ 2. ซิมพลาส (symplast) เป็นการเคลื่อนที่ของน้ำในดินสู่ root hair --- cortex --- endodermis โดยผ่านมากับไซโทพลาสึม plasmodesma Casparian strip ที่ endodermis ทำหน้าที่ ป้องกันไม่ให้น้ำผ่านผนังเซลล์เข้าไปใน xylem น้ำจึงต้องผ่านทางไซโทพลาสึมเข้าไปใน xylem

The paths of water into the xylem of a root. http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookPLANTHORM.html

Details of the Casparian strip. http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookPLANTHORM.html

12.5 การลำเลียงน้ำของพืช น้ำจะลำเลียงขึ้นสู่ลำต้นและใบ โดยอาศัยกลไก 3 วิธี คือ 1. แรงดันราก (root pressure) เกิดจากรากดูดน้ำสะสมไว้ใน xylem มาก จนเกิดแรงดัน ทำให้น้ำเคลื่อนที่ขึ้นสู่ด้านบนได้ 2. คะปิลลารี แอกชัน (capillary action) เกิดจาก แรงแอดฮีชัน (adhesion) ซึ่งดึงดูดโมเลกุลของน้ำกับผนังด้านในหลอดแก้วขนาดเล็ก ๆ 3. แรงดึงจากการคายน้ำ (transpiration pull) การคายน้ำทำให้เกิดแรงดึงน้ำเป็นสายติดต่อกันใน xylem เนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำด้วยกันเอง ซึ่งเรียกว่า แรงโคฮีชัน (cohesion) กับแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำกับผนังด้านใน xylem ซึ่งเรียกว่า แรงแอดฮีชัน ดังกล่าวไปแล้ว

การลำเลียงธาตุอาหารของพืช

12.6 การลำเลียงธาตุอาหารของพืช 12.6 การลำเลียงธาตุอาหารของพืช การลำเลียงธาตุอาหาร หรือแร่ธาตุ เข้าสู่รากโดย xylem เช่นเดียวกับน้ำ เกิดได้ตลอดเวลา แม้ว่าความเข้มข้นของแร่ธาตุในดิน จะน้อยกว่าภายในเซลล์รากก็ตาม มีกลไกล ดังนี้ การแพร่ (diffusion) Ion exchange Action transport

12.6 การลำเลียงธาตุอาหารของพืช 12.6 การลำเลียงธาตุอาหารของพืช การแพร่ (diffusion) เกิดเมื่อความเข้มข้นของแร่ธาตุในดินมากกว่าในราก Ion exchange เป็นการแลกเปลี่ยนไอออนของไฮโดรเจนที่ผิวราก กับไอออนของแร่ธาตุต่าง ๆ ในดิน Action transport เป็นการดูดแร่ธาตุสะสมในรากโดยใช้พลังงาน ATP จึงพบในเซลล์ที่ยังมีชีวิตอยู่

ธาตุอาหารของพืช ธาตุอาหารในดิน แบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือ 1. ธาตุที่พืชต้องการมาก (macronutrients) มี 9 ธาตุ ได้แก่ C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, S 2. ธาตุที่พืชต้องการน้อย (micronutrients) มี 8 ธาตุ ได้แก่ Fe, Mn, B, Cu, Zn, Mo, Cl, Ni 3. ธาตุที่พืชไม่ต้องการ เช่น Na, Si, Al ฯลฯ

ธาตุอาหารของพืช นักวิทยาศาสตร์ใช้หลัก 3 ประการ ที่จัดว่าธาตุใดเป็นธาตุอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช คือ 1. ถ้าขาดธาตุนั้น พืชจะไม่สามารถดำรงชีพ ทำให้การเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ไม่ครบวงจร 2. ความต้องการชนิดขงธาตุอาหารในการเจริญเติบโตของพืชมีความจำเพาะจะใช้ธาตุอื่นทดแทนไม่ได้ 3. ธาตุนั้นจำเป็นต่อกระบวนการเมแทบอลิซึม และการเจริญเติบโตของพืชโดยตรง ไม่ใช่ธาตุที่แก้ไขความเหมาะสมของดิน หรือเสริมธาตุชนิดอื่นในการเจริญเติบโตของพืช

ธาตุอาหารของพืช แบ่งธาตุอาหารของพืชออกเป็น 3 กลุ่ม ตามหน้าที่ทางสรีรวิทยาและชีวเคมี ดังนี้ 1. เป็นองค์ประกอบของสารอินทรีย์ภายในพืช ได้แก่ เป็นองค์ประกอบของสารอินทรีย์หลัก ได้แก่ C, H, O, N เป็นองค์ประกอบของสารอินทรีย์ที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับเมแทบอลิซึม เช่น P ในสาร ATP และ Mg เป็นองค์ประกอบคลอโรฟิลล์ 2. กระตุ้นการทำงานของเอนไซม์ เช่น Fe, Cu, Zn, Mn, Cl 3. ควบคุมแรงดันออสโมติก เช่น K ช่วยรักษรความเต่งของเซลล์คุม

การปลูกพืชในสารละลาย (hydroponic culture) การปลูกพืชในสารละลาย (hydroponic culture) หรือระบบรากแช่ หมายถึง การปลูกโดยให้รากของพืชแช่อยู่ในสารละลายธาตุอาหารตลอดเวลา สำหรับพืชบก จะต้องมีระบบเติมอากาศลงไปในสารละลายเพื่อให้รากพืชได้รับ O2 อย่างสม่ำเสมอ การปลูกพืชโดยไม่ใช้ดินเริ่มต้นขึ้นจากการปลูกด้วยระบบนี้ ดังนั้น การปลูกพืชโดยไม่ใช้ดินระบบรากแช่จึงเป็นระบบปลูกที่เก่าแก่กว่าระบบอื่น แต่มิได้หมายความว่าเป็นระบบที่ล้าสมัย เนื่องจากมีการพัฒนาเทคโนโลยีในการปลูกอย่างต่อเนื่อง ในปี ค.ศ. 1929 Prof. William F. Gerricke แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ได้เป็นผู้พัฒนาระบบปลูกพืชแบบนี้ให้สามารถผลิตพืชเพื่อการค้า และเป็นผู้บัญญัติศัพท์ "hydroponics" ซึ่งใช้เรียกการปลูกพืชระบบนี้อย่างแพร่หลายในเวลาต่อมา การปลูกระบบรากแช่ยังใช้ชื่อเรียกอย่างอื่นอีก เช่น Water culture, nutrient culture (nutriculture), chemical culture (chemiculture) และ solution culture เป็นต้น (ความหมายเดิมของ hydroponics หมายถึงการปลูกพืชโดยไม่ใช้ดินทุกชนิด)

การปลูกพืชโดยไม่ใช้ดินระบบรากแช่ แบบ Deep flow technique (DFT) ชนิดเติมอากาศด้วยวิธีหมุนเวียนสารละลาย http://webhost.wu.ac.th/msomsak/Soilless/Chapter03/Hydroponics.htm

การปลูกพืชโดยไม่ใช้ดินระบบรากแช่ แบบ Deep flow technique (DFT) ชนิดเติมอากาศด้วยวิธีพ่นอากาศ http://webhost.wu.ac.th/msomsak/Soilless/Chapter03/Hydroponics.htm

hydroponic culture http://webhost.wu.ac.th/msomsak/Soilless/Chapter03/Hydroponics.htm

http://www.mie.utoronto.ca/labs/lcdlab/biopic/biofigures.htm

การลำเลียงสารอาหารของพืช

12.7 การลำเลียงสารอาหารของพืช 12.7 การลำเลียงสารอาหารของพืช 12.7.1 การเคลื่อนย้ายสารอาหารในพืช 12.7.2 กระบวนการลำเลียงสารอาหาร

12.7.1 การเคลื่อนย้ายสารอาหารในพืช พ.ศ. 2229 มัลพิจิ (Malpighi) ได้ควั่นเปลือกรอบลำต้น โดยให้รอยควั่นห่างกันประมาณ 2 cm เมื่อปล่อยให้พืชเจริญระยะหนึ่ง พบว่า เปลือกของต้นไม้เหนือรอยควั่นจะพองออก พ.ศ. 2471 เมสัน และมัสเคล (Mason และ Maskell) ได้ศึกษาการทดลองของมัลพิจิ แล้วมีความเห็นว่าการควั่นเปลือกไม้ไม่มีผลต่อการคายน้ำของพืช เนื่องจากไซเลมยังสามารถลำเลียงน้ำได้ ส่วนเปลือกต้นไม้ที่อยู่เหนือรอยควั่นพองออก เนื่องจากมีการสะสมของน้ำตาลที่ไม่สามารถลำเลียงผ่านมายังด้านล่างของลำต้นได้

การลำเลียงน้ำตาลของ phloem เพื่อไปสะสมที่ส่วนต่าง ๆ ของพืชได้ทั้งแนวขึ้น (upward translocation) และแนวลง (downward translocation) ซึ่งแตกต่างจาก xylem ที่มีการลำเลียงน้ำและธาตุอาหารจากรากไปสู่ยอดและใบ ในแนวขึ้น (upward translocation)

พ.ศ. 2496 ซิมเมอร์แมน (M.H. Zimmerman) นักชีววิทยาแห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ได้ค้นพบว่า เพลี้ยอ่อนสามารถใช้งวงแทงเข้าไปถึงโฟลเอ็มแล้วดูดของเหลวจากท่อโฟลเอ็มออกมากินจนเหลือแล้วปล่อยให้ของเหลวไหลออกทางก้นของเพลี้ยอ่อน  ขณะที่เพลี้ยอ่อนกำลังดูดของเหลวอยู่นั้นก็วางยาสลบเพลี้ยอ่อนแล้วตัดให้เหลือแต่ส่วนที่เป็นงวงติดอยู่ที่ต้นไม้ ของเหลวก็ยังคงไหลออกมาทางงวง เมื่อนำของเหลวนี้ไปวิเคราะห์พบว่า ส่วนใหญ่เป็นน้ำตาลซูโครส และสารอื่นๆ เช่น กรดอะมิโน ฮอร์โมน และธาตุอาหาร

12.7.2 กระบวนการลำเลียงสารอาหาร สมมติฐานของมึนช์ (Much’s pressure flow hypothesis) เชื่อว่า การลำเลียงอาหารใน phloem เกิดจาก ความแตกต่างของแรงดันเต่งภายในเซลล์ต้นทาง กับเซลล์ปลายทาง ทำให้อาหารไหลไปตามท่อได้

The transport system http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/img/bixylemphloem.gif

http://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lecturesf04am/model.gif

สรุป Phloem Xylem 1. เกิดในเซลล์ที่ยังมีชีวิต 1. เกิดในเซลล์ที่ตายแล้ว 2. มีทิศทางทั้งแนวขึ้นและแนวลง 2. มีทิศทางทั้งแนวขึ้นเท่านั้น 3. ค่อนข้างช้า 3. เร็วกว่าการลำเลียงอาหารมาก

References สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐานและเพิ่มเติม ชีววิทยา เล่ม 3. กระทรวงศึกษาธิการ. กรุงเทพฯ : 2547. 156 หน้า. http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookPLANTHORM.html http://nd-biology.tripod.com/mysite/nd_biology.html

Thank you Miss Lampoei Puangmalai Major of biology Department of science St. Louis College Chachoengsao