ความสัมพันธ์ของน้ำและพืช

งานนำเสนอเรื่อง: "ความสัมพันธ์ของน้ำและพืช"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 ความสัมพันธ์ของน้ำและพืช
บทที่ ๒ ความสัมพันธ์ของน้ำและพืช

2 น้ำมีบทบาทสำคัญในการดำรงชีวิตของพืช  เนื่องจากเป็นโมเลกุลที่มีมากที่สุดภายในต้นพืช  การเกิดปฏิกิริยาต่าง ๆ ต้องอาศัยน้ำทั้งสิ้น  เพราะน้ำทำหน้าที่เป็นตัวกลาง นอกจากนี้การดูดอาหารในดิน การเคลื่อนที่ของอาหารภายในต้นก็อาศัยน้ำเป็นตัวนำ ความเต่งของเซลล์ยังทำให้พืชต่างๆ สามารถตั้งตัวอยู่ได้เนื่องจากน้ำทำให้เซลล์เต่งและน้ำยังเป็นตัวควบคุมอุณหภูมิให้คงที่  เนื่องจากน้ำสามารถรับความร้อนต่อหน่วยได้สูง

3 สรุปบทบาทของน้ำ 1.เป็นส่วนประกอบภายในต้นพืชถึง เปอร์เซ็นต์ และเป็นส่วนประกอบของเมล็ดแห้งและสปอร์ประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ 2.น้ำสามารถควบคุมอุณหภูมิให้คงที่เนื่องจากความสามารถรับความร้อน (heat capacity)สูง ความสามารถรับความร้อนที่ทำให้เป็นไอ (heat of vaporization) สูง และมีความสามารถในการนำความร้อนสูง (thermal conductivity) 3. น้ำเป็นตัวทำละลายสำหรับสารต่าง ๆ เพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยากันได้ 4. น้ำเป็นตัวพยุงให้พืชตั้งตัวอยู่ได้ 5.น้ำเป็นแหล่งของก๊าซออกซิเจนและไฮโดรเจน ซึ่งก๊าซออกซิเจนก็ถูกนำไปใช้ในการหายใจ และก๊าซไฮโดรเจนก็ถูกนำไปใช้ในการสังเคราะห์แสง 6. น้ำเป็นแหล่งที่ใช้ในการผลิต ATP จากกระบวนการสังเคราะห์แสง

4 คุณสมบัติทางฟิสิกส์ของน้ำ
1. ไฮโดรเจน บอนด์ (Hydrogen bond) โมเลกุลของน้ำประกอบด้วยออกซิเจนหนึ่งอะตอมและไฮโดรเจนสองอะตอม ความห่างระหว่างอะตอมของออกซิเจนและไฮโดรเจนทั้งสอง ํA และมุม H-O-H ประมาณ 105 ํ  ออกซิเจนมีประจุลบ ส่วนไฮโดรเจนมีประจุบวก  ซึ่งประจุลบและประจุบวกของแต่ละโมเลกุลของน้ำจะดึงดูดซึ่งกันและกัน ทำให้เกิด hydrogen bond แรงดึงดูดนี้มีแรงมาก การแยกโมเลกุลของน้ำออกจากกันให้น้ำกลายเป็นไอจึงต้องใช้พลังงานสูง พลังงานนี้เรียกว่า Heat of vaporization ซึ่งเป็นพลังงานที่มากที่สุดในกลุ่มของเหลวทั้งหมด 2. แรงตึงผิว (surface tension) น้ำมีคุณสมบัติที่มีแรงตึงผิวสูง แรงตึงผิว หมายถึงแรงที่กระจายไปทั่วผิวหน้าของน้ำ อาจจะอธิบายถึงแรงตึงผิวว่าเป็นปริมาณของพลังงานที่ต้องใช้ในการขยายพื้นผิวหน้าต่อหน่วย

5 3. Capillary rise แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลต่อโมเลกุลของน้ำขึ้นอยู่กับไฮโดรเจนบอนด์ แรงดึงดูดนี้เรียกว่า cohesion และแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำต่อผิวของผนังหลอดเล็กเรียกว่า adhesion  การเกิด capillary rise นี้จะเกิดขึ้นในหลอดเล็ก เช่น ท่อน้ำ (xylem) และท่ออาหาร (phloem) Capillary rise มีความสำคัญและมีส่วนทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของน้ำในท่อน้ำ 4. Tensile strength   หมายถึง แรงต่อหน่วยพื้นที่ของน้ำในหลอดหรือท่อน้ำที่สามารถอยู่ได้โดยไม่ขาดตอน 5. การเป็นประจุไฟฟ้าของน้ำ (electrical properties)

6 พลังงานที่สามารถทำงานได้ (The Gibbs Free Energy)
G = E - T  S G คือ Gibbs Free Energy E คือ Internal Energy S คือ Entropy T คือ อุณหภูมิ องศาเซลเซียส

7 พลังงานที่ทำงานได้ต่อโมลของน้ำ (Water Potential)
พลังงานที่สามารถทำงานได้ของน้ำ  หมายถึง Gibbs free energy ต่อโมเลกุลของน้ำหรือเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า  water potential ใช้ชื่อย่อว่า  ไซ (psi) หรือใช้อักษรย่อ  น้ำจะไหลจากที่ๆ มีค่าพลังงานต่อโมลสูงไปยังที่ที่มีค่าพลังงานต่อโมลต่ำ ถ้าหากมีความแตกต่างของพลังงานที่สามารถทำงานได้ของน้ำมาก  การไหลของน้ำจะมีมากจนกระทั่งเกิดการสมดุลน้ำจึงจะหยุดไหล

8 การเคลื่อนที่ของน้ำ 1. Bulk Flow เป็นการเคลื่อนที่ของของไหล ทำให้พลังงานลดลง  โดยที่เอนโทรปีเพิ่มขึ้น   2. Diffusion  การแพร่จะเกิดขึ้นเมื่อมีความแตกต่างของ chemical potential ระหว่าง 2  ส่วนของระบบหนึ่ง สารที่มีความเข้มข้นมากในส่วนหนึ่ง  ตามปกติจะมี chemical potential  สูงกว่าอีกส่วนหนึ่ง    และจะแพร่ไปยังส่วนที่มีความเข้มข้นของสารนั้นต่ำกว่า   ยิ่งมี   chemical potential แตกต่างกันมากการแพร่จะยิ่งเกิดเร็วขึ้น น้ำสามารถเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยวิธีนี้ด้วย 3. การไหลซึมของน้ำผ่านเยื่อหุ้ม หรือ Osmosis  เป็นการไหลของน้ำ เมื่อมีสารละลายชนิดหนึ่งซึ่งถูกแยกจากน้ำโดยเยื่อหุ้มซึ่งมีคุณสมบัติเป็น Semi-permeable membrane โมเลกุลของน้ำจะไหลผ่านเยื่อหุ้มเข้าไปในสารละลาย ทั้งนี้เพราะมีความต่างกันของพลังงานที่ทำงานได้ต่อโมลของน้ำ () ซึ่งการแสดงการเกิด Osmosis สามารถทำได้โดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่า ออสโมมิเตอร์ (Osmometer)

9 การคายน้ำ (Transpiration)
การคายน้ำ คือ การสูญเสียน้ำของพืชในรูปของไอน้ำ  โดยน้ำจะระเหยจากต้นพืชได้ทางปากใบ (Stomata) เป็นส่วนใหญ่   ซึ่งพืชจะมีกลไกในการควบคุมการปิดเปิดของปากใบ  และความแตกต่างของพลังงานที่สามารถทำงานได้ของน้ำภายในต้นพืช  และอากาศ การคายน้ำมีประโยชน์ต่อพืชหลายประการ คือ 1. นำแร่ธาตุจากดินขึ้นไปยังต้นพืช  เพราะการคายน้ำทำให้รากพืชดูดน้ำจากดิน 2. ลดอุณหภูมิของใบในเวลากลางวัน

10 ปัจจัยสภาพแวดล้อมที่มีผลต่อการคายน้ำของพืช
1. แสง 2. ความชื้นในอากาศ 3. อุณหภูมิ 4. ลม 5. น้ำในดิน

11 ปัจจัยที่ควบคุมการปิดเปิดของปากใบ
1. แสง แสงสีแดง และแสงสีน้ำเงินกระตุ้นให้ปากใบเปิด เพราะแสงทำให้เกิดการสังเคราะห์แสง จึงมีการใช้ CO2 ภายในเซลล์ ยิ่งแสงสว่างมาก ปากใบจะยิ่งเปิดมาก 2. ระดับน้ำในใบโดยเฉพาะใน Guard cell ถ้าหากพลังงานที่สามารถทำงานได้ของน้ำในใบเพิ่มขึ้น   รูใบจะปิด  เพราะน้ำจะไหลออกจาก   Guard cell อิทธิพลนี้จะมากกว่าระดับของ CO2 ในใบหรือความเข้มของแสง 3. ระดับ CO2 ในใบและในบรรยากาศ ปากใบจะเปิดเมื่อมี CO2 ในใบพืชต่ำ ดังนั้นการสังเคราะห์แสงจึงกระตุ้นให้ปากใบเปิดได้ ถ้าให้อากาศที่ปราศจาก  CO2 ผ่านใบพืชที่มีปากใบเปิดเล็กน้อยในที่มืด  ปากใบจะเปิดกว้างขึ้น ถ้าปากใบปิดสนิท  ระดับของ CO2 ในอากาศจะไม่มีผลต่อการปิดเปิดของปากใบ 4. อุณหภูมิสูง (30-35 องศาเซลเซียส) จะทำให้ปากใบปิด  ซึ่งอาจจะเป็นเพราะการหายใจเพิ่มขึ้น ทำให้ CO2 ภายในใบมากขึ้น แต่ถ้าผ่านอากาศที่ปราศจาก CO2  ไปที่ใบพืชที่อุณหภูมิ องศาเซลเซียส ปากใบจะเปิดได้ 5. ลมที่พัดแรง จะทำให้รูใบปิด เนื่องจากเซลล์สูญเสียน้ำ

12 การเคลื่อนที่ของน้ำภายในพืช
น้ำที่ปรากฏอยู่ในพืชนั้น  สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ส่วน ที่แตกต่างกัน  ซึ่งแต่ละส่วนนี้จะไหลไปด้วยอัตราเร็วที่ต่างกันและในบางกรณีคนละทิศทาง ซึ่งส่วนต่าง ๆ ของน้ำเหล่านี้ คือ 1. น้ำที่อยู่ระหว่างช่องภายในผนังเซลล์ และช่องว่างรอบ ๆ  ผนังเซลล์ซึ่งส่วนเหล่านี้เรียกว่า อะโพพลาสต์ (Apoplast) นั้น จะไหลผ่านส่วนที่ไม่มีชีวิตของพืช น้ำที่อยู่ในเซลล์ที่ตายแล้ว เช่น ในท่อไซเลมก็จัดว่าอยู่ในส่วนนี้  ดังนั้นการไหลของน้ำในต้นพืชส่วนใหญ่จะผ่านส่วนที่เป็น อะโพพลาสต์ 2. น้ำในโปรโตพลาสต์ของเซลล์ ซึ่งจะไหลผ่านจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง ทาง พลาสโมเดสมาตา (Plasmodesmata) ซึ่งเป็นการไหลผ่านส่วนที่มีชีวิตของพืช หรือผ่านทางซิมพลาสต์ (Symplast) น้ำในซีพทิวบ์ (Sieve tube) ของท่ออาหาร (Phloem) จัดเป็นน้ำในส่วนนี้ด้วย 3. น้ำที่อยู่ในแวคคิวโอของเซลล์ที่มีชีวิต