PPT_PPHY02_waterrelation

บทท่ี ๒

ความสัมพันธข องน้ําและพชื

¾ น้ํามีบทบาทสําคัญในการดํารงชีวิตของพืช เน่ืองจากเปน
โมเลกุลที่มีมากท่ีสุดภายในตนพืช การเกิดปฏิกิริยาตาง ๆ ตอง
อาศัยน้ําทั้งส้ิน เพราะน้ําทําหนาท่ีเปนตัวกลาง นอกจากนี้การ
ดูดอาหารในดิน การเคลื่อนที่ของอาหารภายในตนก็อาศัยนํ้า
เปนตัวนํา ความเตงของเซลลยังทําใหพืชตางๆ สามารถต้ังตัวอยู
ไดเนื่องจากนํ้าทําใหเซลลเตงและนํ้ายังเปนตัวควบคุมอุณหภูมิ
ใหคงท่ี เนื่องจากนํ้าสามารถรบั ความรอนตอ หนว ยไดส งู

สรปุ บทบาทของนา้ํ

1.เปน สว นประกอบภายในตนพชื ถึง 85-90 เปอรเซน็ ต และเปนสว นประกอบของ
เมล็ดแหงและสปอรป ระมาณ 10 เปอรเซน็ ต

2.นํ้าสามารถควบคุมอุณหภมู ใิ หค งทเ่ี นอื่ งจากความสามารถรบั ความรอ น (heat
capacity)สูง ความสามารถรบั ความรอ นทท่ี าํ ใหเ ปน ไอ (heat of vaporization)
สงู และมคี วามสามารถในการนาํ ความรอนสงู (thermal conductivity)

3. นํ้าเปนตัวทําละลายสําหรบั สารตาง ๆ เพ่อื ทําใหเ กิดปฏิกิรยิ ากนั ได
4. นา้ํ เปนตวั พยุงใหพ ชื ต้งั ตัวอยไู ด
5.น้าํ เปน แหลงของกาซออกซเิ จนและไฮโดรเจน ซงึ่ กาซออกซเิ จนกถ็ ูกนําไปใชใ น

การหายใจ และกา ซไฮโดรเจนกถ็ กู นําไปใชใ นการสังเคราะหแ สง
6. น้ําเปนแหลงทใี่ ชใ นการผลิต ATP จากกระบวนการสังเคราะหแ สง

คุณสมบตั ทิ างฟสกิ สข องนํา้

1. ไฮโดรเจน บอนด (Hydrogen bond) โมเลกุลของน้ําประกอบดวย
ออกซิเจนหน่ึงอะตอมและไฮโดรเจนสองอะตอม ความหาง
ระหวางอะตอมของออกซิเจนและไฮโดรเจนทั้งสอง 0.99 ํA และ
มุม H-O-H ประมาณ 105 ํ ออกซิเจนมีประจุลบ สวนไฮโดรเจนมี
ประจุบวก ซ่ึงประจุลบและประจุบวกของแตละโมเลกุลของนํ้าจะ
ดึงดูดซึ่งกันและกัน ทําใหเกิด hydrogen bond แรงดึงดูดน้ีมีแรง
มาก การแยกโมเลกุลของนํ้าออกจากกันใหนํ้ากลายเปนไอจึงตอง
ใชพลังงานสูง พลังงานนี้เรียกวา Heat of vaporization ซึ่งเปน
พลงั งานท่ีมากท่ีสุดในกลมุ ของเหลวทัง้ หมด

2. แรงตึงผิว (surface tension) น้ํามีคุณสมบัติที่มีแรงตึงผิวสูง แรงตึง
ผิว หมายถึงแรงที่กระจายไปทั่วผิวหนาของน้ํา อาจจะอธิบายถึง
แรงตึงผิววาเปนปริมาณของพลังงานท่ีตองใชในการขยายพื้น
ผวิ หนา ตอหนว ย

3. Capillary rise แรงดึงดูดระหวางโมเลกุลตอโมเลกุลของ
นํ้าข้ึนอยูกับไฮโดรเจนบอนด แรงดึงดูดน้ีเรียกวา cohesion
และแรงดึงดูดระหวางโมเลกุลของน้ําตอผิวของผนังหลอด
เล็กเรียกวา adhesion การเกิด capillary rise นี้จะเกิดข้ึน
ในหลอดเล็ก เชน ทอน้ํา (xylem) และทออาหาร (phloem)
Capillary rise มีความสําคัญและมีสวนทําใหเกิดการ
เคล่อื นท่ขี องน้าํ ในทอนํ้า

4. Tensile strength หมายถงึ แรงตอหนวยพืน้ ท่ีของน้ําใน
หลอดหรอื ทอนา้ํ ทีส่ ามารถอยไู ดโดยไมขาดตอน

5. การเปน ประจไุ ฟฟา ของนา้ํ (electrical properties)

พลังงานทีส่ ามารถทาํ งานได (The Gibbs Free Energy)
Gibbs Free Energy คือ พลังงานท่ีสามารถทํางานไดที่อุณหภูมิ และความ
ดันคงท่ี
สมการทว่ั ไปของ Gibbs Free Energy คอื

G = E-T ∆ S

G คือ Gibbs Free Energy
E คอื Internal Energy
S คือ Entropy
T คอื อุณหภูมิ 273.16 องศาเซลเซยี ส

¾พลงั งานท่ีทํางานไดตอ โมลของนา้ํ (Water Potential)

พลังงานท่ีสามารถทํางานไดของนํ้า ψ หมายถึง Gibbs
free energy ตอโมเลกุลของน้ําหรือเรียกอีกชื่อหน่ึงวา water
potential ใชชื่อยอวา ไซ (psi) หรือใชอักษรยอ ψ น้ําจะ
ไหลจากที่ๆ มีคาพลงั งานตอโมลสูงไปยงั ที่ที่มีคาพลังงานตอ
โมลตํ่า ถาหากมีความแตกตางของพลังงานที่สามารถทํางาน
ไดของนํ้ามาก การไหลของน้ําจะมีมากจนกระท่ังเกิดการ
สมดุลนํา้ จึงจะหยดุ ไหล

การเคลื่อนท่ีของน้ํา

1. Bulk Flow เปนการเคลื่อนทีข่ องของไหล ทาํ ใหพลังงานลดลง โดยท่ีเอน
โทรปเพมิ่ ขน้ึ

2. Diffusion การแพรจะเกิดขึ้นเม่ือมีความแตกตางของ chemical potential
ระหวาง 2 สวนของระบบหน่ึง สารท่ีมีความเขมขนมากในสวนหน่ึง ตามปกติจะ
มี chemical potential สูงกวาอีกสวนหน่ึง และจะแพรไปยังสวนที่มีความ
เขมขนของสารน้ันต่ํากวา ย่ิงมี chemical potential แตกตางกันมากการแพรจะย่ิง
เกิดเร็วขึ้น นา้ํ สามารถเคลอ่ื นทผ่ี า นเยอ่ื หุมเซลลโ ดยวธิ นี ีด้ วย

3. การไหลซึมของน้ําผานเยื่อหุม หรือ Osmosis เปนการไหลของน้ํา เม่ือมี
สารละลายชนิดหนึ่งซ่ึงถูกแยกจากน้ําโดยเยื่อหุมซึ่งมีคุณสมบัติเปน Semi-
permeable membrane โมเลกุลของนํ้าจะไหลผานเย่ือหุมเขาไปในสารละลาย ทั้งน้ี
เพราะมีความตางกันของพลังงานที่ทํางานไดตอโมลของน้ํา (ψ) ซึ่งการแสดงการ
เกดิ Osmosis สามารถทาํ ไดโดยใชเ ครื่องมือท่เี รียกวา ออสโมมเิ ตอร (Osmometer)

การคายน้ํา (Transpiration)

การคายน้ํา คือ การสูญเสียนํ้าของพืชในรูปของไอนํ้า โดยนํ้าจะ
ระเหยจากตนพืชไดทางปากใบ (Stomata) เปนสวนใหญ ซึ่งพืชจะมี
กลไกในการควบคุมการปดเปดของปากใบ และความแตกตางของ
พลงั งานทสี่ ามารถทํางานไดของนํา้ ภายในตน พืช และอากาศ

การคายน้าํ มปี ระโยชนต อพชื หลายประการ คือ
1. นําแรธาตุจากดินข้ึนไปยังตนพืช เพราะการคายนํ้าทําใหรากพืช
ดูดนาํ้ จากดิน
2. ลดอณุ หภมู ิของใบในเวลากลางวนั

ปจจัยสภาพแวดลอ มทีม่ ผี ลตอการคายนาํ้ ของพืช

1. แสง
2. ความชืน้ ในอากาศ
3. อณุ หภูมิ
4. ลม
5. นาํ้ ในดนิ

ปจ จัยทค่ี วบคมุ การปด เปด ของปากใบ

1. แสง แสงสีแดง และแสงสีนํ้าเงินกระตุนใหปากใบเปด เพราะแสงทําให
เกิดการสังเคราะหแสง จึงมีการใช CO2 ภายในเซลล ยิ่งแสงสวางมาก ปากใบจะย่ิง
เปดมาก

2. ระดับน้ําในใบโดยเฉพาะใน Guard cell ถาหากพลังงานที่สามารถทํางาน
ไดของน้ําในใบเพ่มิ ขึน้ รูใบจะปด เพราะน้าํ จะไหลออกจาก Guard cell อิทธิพลน้ี
จะมากกวา ระดับของ CO2 ในใบหรอื ความเขม ของแสง

ดผังานน้ันใบ3ก.พารรืชะสทดัง่ีับมเคีปCราาOกะใ2หบใแนเสปใงบดจแเึงลลก็กะรในะนอตบุยนรใใรนหยทปา่ีมกากืาดศใบปปเาปากกดใใไบบดจจ ถะะาเเปใปหดดอกเมาวก่ือาามงศขี Cท้ึน่ีOปถร2าาใศปนจาใากบกใพบืCชปตOด่ํา2
สนทิ ระดบั ของ CO2 ในอากาศจะไมมผี ลตอการปดเปดของปากใบ
4. อุณหภูมิสูง (30-35 องศาเซลเซียส) จะทําใหปากใบปด ซ่ึงอาจจะเปนเพราะ
การหายใจเพิ่มขึ้น ทําให 3C0-O325 ภายในใบมากข้ึน แตถาผานอา ก าศท่ี ปร าศจ าก
CO2 ไปทใี่ บพชื ท่ีอุณหภมู ิ องศาเซลเซียส ปากใบจะเปดได

5. ลมที่พดั แรง จะทําใหร ใู บปด เนอ่ื งจากเซลลส ูญเสยี นํ้า

การเคลือ่ นที่ของน้ําภายในพืช

น้ําท่ีปรากฏอยูในพืชน้ัน สามารถแบงออกไดเปน 3 สวน ที่แตกตางกัน ซึ่งแต
ละสวนนี้จะไหลไปดวยอัตราเร็วที่ตางกันและในบางกรณีคนละทิศทาง ซึ่งสวนตาง
ๆ ของนาํ้ เหลาน้ี คอื

1. น้ําท่ีอยูระหวางชองภายในผนังเซลล และชองวางรอบ ๆ ผนังเซลลซ่ึงสวน
เหลา นี้เรียกวา อะโพพลาสต (Apoplast) น้ัน จะไหลผานสวนท่ีไมมีชีวิตของพืช นํ้า
ที่อยูในเซลลท่ีตายแลว เชน ในทอไซเลมก็จัดวาอยูในสวนน้ี ดังนั้นการไหลของน้ํา
ในตนพืชสว นใหญจ ะผา นสวนที่เปน อะโพพลาสต

2. นาํ้ ในโปรโตพลาสตของเซลล ซ่ึงจะไหลผานจากเซลลหน่ึงไปยังอีกเซลล
หนึ่ง ทาง พลาสโมเดสมาตา (Plasmodesmata) ซ่ึงเปนการไหลผานสวนท่ีมีชีวิต
ของพืช หรือผานทางซิมพลาสต (Symplast) นํ้าในซีพทิวบ (Sieve tube) ของทอ
อาหาร (Phloem) จดั เปนน้ําในสวนนด้ี วย

3. น้าํ ทอ่ี ยใู นแวคควิ โอของเซลลทีม่ ีชีวติ