วิชาการ.คอม-บทเรียนออนไลน์-การลำเลียงสารอาหารของพืช | บทเรียน วิชาการ.คอม
ชีววิทยา
 

การลำเลียงสารอาหารของพืช

สร้างเมื่อ 18 เม.ย. 2554 11:28:01
  • ระดับม.5
  • 8,793 view

การลำเลียงสารอาหารของพืช

          สารอาหารที่พืชนำมาใช้ในการดำรงชีวิตได้จากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงซึ่งส่วนใหญ่เกิดที่ใบ สารอาหารที่พืชสร้างเป็นคาร์โบไฮเดรต รากอยู่ในดินไม่มีการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่ก็มีการสะสมอาหารในรูปของแป้ง เช่น รากของมันเทศ มันสำปะหลัง  แสดงว่าจะต้องมีการลำเลียงสารมาเก็บไว้ที่ราก สิ่งที่น่าสงสัยคือพืชมีกลไกอะไรในการลำเลียงสารอาหารไปใช้หรือไปเก็บไว้ในเซลล์ที่ไม่ได้สร้างอาหารเหล่านั้นอย่างไร


  คำถามนำ:  สารอาหารที่ได้จากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ลำเลียงไปยังส่วนต่างๆ ของพืชได้อย่างไร  


          12.7.1 การเคลื่อนย้ายสารอาหารในพืช

          นักเรียนได้ทราบมาแล้วว่า การลำเลียงสารอาหารจะลำเลียงไปตามเนื้อเยื่อโฟลเอ็ม นักวิทยาศาสตร์หลายท่านได้ศึกษา เพื่อให้ทราบถึงการลำเลียงสารอาหารในพืช ในปี พ.ศ. 2229 มัลพิจิ (Malpighi) ได้ควั่นเปลือกกรอบลำต้น โดยให้รอยควั่นห่างกันประมาณ 2 cm เมื่อปล่อยให้พืชเจริญระยะหนึ่งพบว่าเปลือกของต้นไม้เหนือรอยควั่นจะพองออกดังภาพที่ 12-26

                           

                                              ภาพที่ 12-26 รอยควั่น


• นักเรียนจะอธิบาย การพองออกของเปลือกเหนือรอยควั่นอย่างไร ส่วนของเปลือกไม้ที่ถูกลอกออกไป น่าจะเป็นเนื้อเยื่อส่วนใดของลำต้น

• ถ้าทำการทดลองกับต้นพืชใบเลี้ยงเดี่ยว เช่น หญ้า ไผ่ จะได้ผลเช่นเดียวกับการทดลองนี้หรือไม่เพราะเหตุใด



          ในปี พ.ศ. 2471 เมสัน และมัสเคล (Mason และ Maskell) ได้ศึกษาการทดลองของมัลพิจิ แล้วมีความเห็นว่าการควั่นเปลือกไม้ไม่มีผลต่อการคายน้ำของพืช เนื่องจากไซเล็มยังสามารถลำเลียงน้ำได้ส่วนเปลือกต้นไม้ที่อยู่เหนือรอยควั่นพองออก เนื่องจากมีการสะสมของน้ำตาลที่ไม่สามารถลำเลียงผ่านมายังด้านล่างของลำต้นได้

          สิ่งที่น่าสงสัยคือ การลำเลียงน้ำตาลของโฟลเอ็มมีทิศทางการลำเลียงอย่างไร มีผู้ศึกษาการลำเลียงน้ำตาลในพืชโดยใช้ธาตุกัมมันตรังสีซึ่งได้แก่ 14C ที่เป็นองค์ประกอบของคาร์บอนไดออกไซด์ โดยเตรียมคาร์บอนไดออกไซด์ในรูปของสารละลาย แล้วต่อมาคาร์บอนไดออกไซด์ก็จะระเหยเป็นแก๊ส ซึ่งพืชจะดูดนำไปใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ผลการทดลองเป็นดังภาพที่ 12-27

                          

          หลังจากการทดลองให้ได้รับแสงเป็นเวลา 35 นาที แล้วนำเนื้อเยื่อต่างๆ มาทำให้แห้งโดยการแช่แข็ง และตัดเป็นแผ่นบางๆ นำไปวางบนแผ่นฟิลม์ถ่ายรูปในห้องมืด เพื่อตรวจสอบน้ำตาลที่มี 14C

          จากการทดลอง ก. พบน้ำตาลที่มี 14C ที่ส่วนล่างของพืชการทดลอง ข. จะพบ 14C ที่ส่วนยอดของพืช ส่วนการทดลอง ค. พบ 14C ที่ส่วนบนและส่วนล่างของพืช หรือทุกส่วนของพืชส่วนใหญ่จะพบ14C ในซีฟทิวบ์


• นักเรียนจะสรุปการทดลองนี้ว่าอย่างไร


          จากการทดลองในภาพที่ 12-27 พืชใช้คาร์บอนไดออกไซด์ที่รับเข้ามาทางปากใบเพื่อใช้ในการสร้างอาหาร อาหารที่พืชสร้างขึ้นจะมีการลำเลียงไปยังแหล่งที่สร้างได้น้อย เช่น ยอด หรือแหล่งที่สร้างไม่ได้ เช่น ราก การลำเลียงจะลำเลียงทางโฟลเอ็มมีทิศทางทั้งขึ้นและลงแตกต่างจากการลำเลียงน้ำและธาตุอาหารที่ลำเลียงทางไซเล็ม และมีทิศทางลำเลียงจากรากไปสู่ยอดและใบ

         สิ่งที่น่าสงสัยต่อไปคือ สารอาหารที่ลำเลียงในท่อโฟลเอ็มมีวิธีการเคลื่อนย้ายอย่างไร ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ก็พยายามที่จะตอบคำถามดังกล่าวนี้ ประมาณปี พ.ศ. 2496 ซิมเมอร์แมน (M.H.Zimmerman) นักชีววิทยาแห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ได้ค้นพบว่าเพลี้ยอ่อนสามารถใช้งวงแทงเข้าไปถึงโฟลเอ็มแล้วดูดของเหลวจากท่อโฟลเอ็มออกมากินจนเหลือแล้วปล่อยให้ของเหลวไหลออกทางก้นของเพลี้ยอ่อนดังภาพที่ 12-28 ขณะที่เพลี้ยอ่อนกำลังดูดของเหลวอยู่นั้นก็วางยาสลบเพลี้ยอ่อนแล้วตัดให้เหลือแต่ส่วนที่เป็นงวงติดอยู่ที่ต้นไม้ ของเหลวก็ยังคงไหลออกมาทางวง เมื่อนำของเหลวนี้ไปวิเคราะห์พบว่า ส่วนใหญ่เป็นน้ำตาลซูโครส และสารอื่นๆ เช่น กรดอะมิโน ฮอร์โมน และธาตุอาหาร

                                                    
                ภาพที่ 12-28เพลี้ยอ่อนดูดของเหลวจากโฟลเอ็มจนมีหยดของเหลวออกมาที่ก้น 


 รู้หรือเปล่า 

 อัตราการเคลื่อนย้ายสารอาหารในท่อโฟลเอ็ม พบว่ามีอัตราเร็วกว่าการแพร่โดยวัดได้ถึง 1 เมตรต่อชั่วโมง (0.3-1.5 เมตร/ชั่วโมง) 



          12.7.2 กระบวนการลำเลียงอาหาร

          มีนช์ (E. Munch) นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันพยายามอธิบายการลำเลียงสารอาหารดังนี้ ส่วนหนึ่งของน้ำตาลที่พืชสร้างขึ้นจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงในคลอโรพลาสต์จะถูกลำเลียงออกมาในไซโทพลาซึมแล้วเปลี่ยนเป็นน้ำตาลซูโครส จากนั้นซูโครสจะเคลื่อนย้ายออกจากเซลล์ที่เป็นแหล่งสร้างไปยังโฟลเอ็ม โดยเข้าสู่ซีฟทิวบ์ของโฟลเอ็ม ทำให้ความเข้มข้นของสารละลายในซีฟทิวบ์ต้นทางสูงขึ้น น้ำจากเซลล์ข้างเคียงออสโมซิสเข้ามาและเพิ่มความดันในซีฟทิวบ์ให้สารละลายน้ำตาลซูโครสลำเลียงไปตามท่อโฟลเอ็มจนถึงเนื้อเยื่อต่างๆ ที่ต้องการใช้ สารละลายน้ำตาลซูโครสก็จะออกจากซีฟทิวบ์ไปสู่เซลล์เนื้อเยื่อต่างๆ และไปเก็บหรือสะสมหรือใช้ในกระบวนการแมแทบอลิซึมที่เซลล์ดังกล่าว การที่ซีฟทิวบ์ปลายทางแพร่ออกสู่เซลล์ข้างเคียงเป็นผลให้ซีฟทิวบ์ปลายทางมีแรงดันน้อยกว่าต้นทาง การลำเลียงอาหารจึงเกิดขึ้นตลอดเวลาที่ใบพืชมีการสังเคราะห์ด้วยแสง โดยมีแรงผลักดันจากความแตกต่างของแรงดันในเซลล์โฟลเอ็มต้นทาง และปลายทาง

          ในปี พ.ศ. 2474 มีนช์ ได้เสนอแบบจำลองการลำเลียงสารอาหารดังภาพที่ 12-29

                   
 
                             ภาพที่ 12-29แบบจำลองการลำเลียงสารอาหารของมีนช์

 
          สรุปแบบจำลองการลำเลียงสารอาหาร

          ใบพืชเป็นแหล่งสร้างน้ำตาลกลูโคสจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง น้ำตาลกลูโคสถูกลำเลียงออกมาในไซโทพลาซึมแล้วเปลี่ยนเป็นน้ำตาลซูโครสก่อนเข้าสู่โฟลเอ็ม จากนั้นน้ำตาลซูโครสเคลื่อนย้ายไปในซีฟทิวบ์ของโฟลเอ็มโดยวิธีการลำเลียงแบบใช้พลังงานทำให้ความเข้มข้นของสารละลายในซีฟทิวบ์ต้นทางสูงขึ้น น้ำจากเซลล์ข้างเคียงออกโมซิสเข้ามาทำให้ซีฟทิวบ์มีแรงดันเพิ่มขึ้น ซึ่งจะไปดันให้สารละลายน้ำตาลซูโครสลำเลียงไปตามท่อโฟลเอ็มจนถึงซีฟทิวบ์ปลายทาง น้ำตาลซูโครสก็จะลำเลียงออกจากซีฟทิวบ์ปลายทางไปยังเนื้อเยื่อต่างๆ ที่ต้องการใช้หรือแหล่งรับ ทำให้ความเข้มข้นของสารละลายน้ำตาลซูโครสในซีฟทิวบ์ปลายทางลดลง น้ำจากซีฟทิวบ์ปลายทางแพร่ออกสู่เซลล์ข้างเคียง ซีฟทิวบ์ปลายทางมีแรงดันน้อยกว่าซีฟทิวบ์ต้นทาง การลำเลียงอาหารจึงเกิดขึ้นตลอดเวลาที่ใบพืชมีการสังเคราะห์ด้วยแสง
          
          จากที่กล่าวมาแล้วจะเห็นว่าโครงสร้างต่างๆ ของพืชมีความเหมาะสมต่อการทำหน้าที่ต่างๆ กัน สิ่งที่น่าจะศึกษาต่อไป คือสารอาหารที่พืชใช้ในการเจริญเติบโตมีแหล่งสร้างอยู่ที่วนใดของพืชและพืชมีกลไกอย่างไรในการสร้างอาหารคำถามเหล่านี้นักเรียนจะสามารถตอบได้ เมื่อนักเรียนได้ศึกษาเรื่องการสังเคราะห์ด้วยแสงในบทต่อไป