Internal Internal

transport system

เนื้อหาเนอหา

การเดินทางของน้ํา การเดนทางของนา

การเดินทางของน้ําตาล

Transport processTransport process

มีสองกระบวนการหลัก คอืมสองกระบวนการหลก คอ

1 Diffusion1. Diffusion

2 Bulk flow2. Bulk flow

Diffusion:Diffusion:การแพร/ การเคลื่อนที่ของสารจากจุดที่มีความเขมขนสูงไปหาต่ํา ุ ู

(โดย random thermal agitation ของสารนั้น)

Fick’s law: Js = - Ds ( ΔCs/ ΔX)

อัตราการเคลื่อนที่ของสาร (flux density, Js) เปนสัดสวนโดยตรงกับความsตางของความเขมขน (concentration gradient) ระหวางจุดทั้งสอง

Thermal motion of molecule leads to diffusionFick’s law: Js = - Ds ( ΔCs/ ΔX)

Taiz and Zeiger 2002

Diffusion is slow over long distancesg

Fick’s law: J = - D ( ΔC / ΔX)Fick s law: Js Ds ( ΔCs/ ΔX)Taiz and Zeiger 2002

กลูโคส ใชเวลา 2.5s เคลื่อนที่ระยะทาง 50 μm

แตใชเวลา 32 ป ในการเคลื่อนที่ระยะทาง 1 เมตรแตใชเวลา 32 ป ในการเคลอนทระยะทาง 1 เมตร

Bulk flow หรือ Mass flow:Bulk flow หรอ Mass flow:การเคลื่อนที่ของกลมของโมเลกลโดยแรงขับจากความตางการเคลอนทของกลุมของโมเลกุลโดยแรงขบจากความตาง

ของความดัน (pressure gradient)

Poiseuille’s equation:Poiseuille s equation:volume flow rate = (πr4/ 8η) (ΔΨp/ ΔX)η p(m3 s-1)

อัตราการเคลื่อนที่ของกลุมโมเลกุลหนึ่งหนวยปริมาตร (volume

flow rate) เปนสัดสวนโดยตรงกับรัศมีของทอลําเลียง

้การลําเลียงน้ํา

เนื้อหา

ั โ ิหลักการออสโมซสิ

้รากดูดน้ําไดอยางไร

เสนทางการลําเลียงน้ําในพืช

Osmosis:้ ่การแพรของโมเลกุลของน้ําผานเยื่อเลือกผาน

“water potential gradient”water potential gradient

W t t ti l ื ไWater potential คออะไร

พลังงานอิสระ (free energy) ของน้ํา

Water potential ของน้ํากลั่น ที่อุณหภูมิ 25๐C มคีาเทากับ 0

ในสารละลาย คา water potential จึงมคีานอยกวา 0

เนื่องจาก พลังงานอิสระของน้ําลดลง โดยสิ่งที่มายึดจับกับ

โ ้ํ ไ โมเลกุลของนาได

พลังงานอิสระของน้ําลดลงจากสิ่งใดไดบาง

W i l (Ψ ) Ψ Ψ Ψ ΨWater potential (Ψw) = Ψs + Ψp + Ψm + Ψg

ConcentrationPressure Ψw = Ψs + ΨpPressureDry surfaceGravity

w s p

Gravity

Ψ Ψ ΨΨw = Ψs + Ψp

ทุกคาเปนคาเชิงเปรียบเทียบ (เชิงสัมพัทธ)

Ψw ของน้ํากลั่นที่ 1 atm เทากับ 0่Ψp ที ่1 atm เทากับ 0

ี ั ข ใถามความดนเขามาในระบบ

คา Ψp เปนบวก positive hydrostatic pressure (แรงดัน, turgor)p เปนลบ negative hydrostatic pressure (แรงดึง, tension)

้Ψs ขึ้นกับความเขมขนของ solute

Taiz and Zeiger 2002

Taiz and Zeiger 2002

พลังงานอิสระของน้ําลดลงจากตัวถูกละลาย

เชน glucose

Ψw = Ψs + Ψp

น้ําแพรเขา-ออกเซลลตามหลัก Ψw

Ψ Ψ ΨΨw = Ψs + ΨpTaiz and Zeiger 2002

น้ําแพรเขา-ออกเซลลตามหลัก Ψw

Ψ Ψ ΨΨw = Ψs + ΨpTaiz and Zeiger 2002

น้ําในดิน

น้ําในดิน

Ψw = Ψs + Ψp

พลังงานอิสร ของน้ําในดินพลงงานอสระของนาในดนΨs ต่ํา (-0.02 MPa)s ( )Ψp เปน 0 เมื่อดินเปยกΨ ป ึ้ ื่ ้ํ ใ ิΨp เปนลบมากขึน เมือนําในดินลดลง (ใชแรงดึงที่มากขึ้นเพื่อดึงน้ําออกจากผิวดิน)

น้ําในดนิเคลื่อนที่ดวย

bulk flow

้ โ ิ ึ ินําออสโมซิสเขาสูเซลลขนราก Ψp ลดลง จึงเกิด pressure gradient ทําใหน้ําจากบริเวณขางเคียงpressure gradient ทาใหนาจากบรเวณขางเคยง

เคลื่อนที่มาสูบริเวณผิวรากได

น้ําเขาสูรากบริเวณ root tipู p

น้ําเขาสูรากบริเวณ root tipู p

Root tip: ปลายราก (growing zone)

Root hair: เซลลผิวของรากที่เจริญยืดยาวออกRoot hair: เซลลผวของรากทเจรญยดยาวออก

รากที่แกแลว: มีเนื้อเยือ่ที่ไมยอมใหน้ําผาน

ทําใหเกิด xylem tension หรือความตางของ Ψทาใหเกด xylem tension หรอความตางของ Ψpระหวางใน xylem และเซลลขางเคียงไปตามลําดับ

้ ่ ่ ่น้ําจึงเคลื่อนที่เปนสายตอเนื่อง

การลําเลียงน้ําผานชั้นคอรเท็กซ

Apoplast: น้ําเคลื่อนที่ผานผนังเซลลและ extracellular spaceApoplast: นาเคลอนทผานผนงเซลลและ extracellular space

(ไมผาน membrane)(ไมผาน membrane)

Symplast: เคลื่อนที่ผานทาง plasmodesmatay p p

Hydrostatic pressure

Transmembrane: เคลื่อนที่ผานเยื่อหุมเซลล

Water potential gradient

การลําเลียงน้ําผานชั้นคอรเท็กซ

Casparian strip: suberin

เนื้อเยื่อลําเลียงน้ํา (xylem)

Vessel elements

Tracheids Pit

การลําเลียงน้ําผานทอลําเลียงน้ํา (xylem)

ั ื่ ้ ํ ใ ืแรงขับเคลือนนําในทอ xylem คือ

pressure gradient

ใน xylem มีแรงตานการเคลื่อนที่ใน xylem มแรงตานการเคลอนท

ของน้ํานอยกวาใน cortex

Cavitation ถูกกําจัดออกจากทอ xylem ไดู y

ดวยกลไกตางๆ

Cavitation: การเกิดฟองอากาศในทอน้ํา

การคายน้ําทางปากใบ(Transpiration)

100% RH

70% RH Taiz and Zeiger 2002

การคายน้ําทางปากใบ(Transpiration)

แรงขับเคลื่อนน้าํในการคายน้ํา คือแรงขบเคลอนนาในการคายนา คอ

concentration gradient ของไอน้ํา100% RH

ปจจัยที่มีผลตอการคายน้ํา

แสง

้

70% RH

ความชื้นสัมพัทธ

ลมลม

CO2

การเปด-ปดปากใบ

Campbell et al. 2008

การลําเลียงน้ําภายในตนพืช

Campbell et al. 2008