การลำเลียงสารอาหารของพืช

สารอาหารที่พืชนำมาใช้ในการดำรงชีวิตได้จากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงซึ่งว่สวนใหญ่เกิดที่ใบ สารอาหารที่พืชสร้างเป็นคาร์โบไฮเดรต รากอยู่ในดินไม่มีการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่ก็มีการสะสมอาหารในรูปของแป้ง เช่น รากของมันเทศ มันสำปะหลัง แสดงว่าจะต้องมีการลำเลียงสารมาเก็บไว้ที่ราก 

             การเคลื่อนย้ายสารอาหารในพืช
            ทราบมาแล้วว่า การลำเลียงไปตามเนื้อเยื่อโฟลเอ็ม นักวิทยาศาสตร์หลายท่านได้ศึกษา เพื่อให้ทราบถึงการลำเลียงสารอาหารในพืช ในปี พ.ศ. 2229 มัลพิจิ (Malpighi) ได้ควั่นเปลือกรอบลำต้น โดยให้รอยควั่นห่างกันประมาณ 2cm เมื่อปล่อยให้พืชเจริญระยะหนึ่งพบว่าเปลือกของต้นไม้เหนือรอยควั่นจะพองออก

           ในปี พ.ศ. 2471 เมสันและมัสเคล (Mason และ Maskell) ได้ศึกษาการทดลองของมัลพิจิ แล้วมีความเห็นว่าการควั่นเปลือกไม้ไม่มีผลต่อการคายน้ำของพืช เนื่องจากไซเลมยังสามารถลำเลียงน้ำได้ ส่วนเปลือกต้นไม้ที่อยู่เหนือรอยควั่นพองออก เนื่องจากมีการสะสมของน้ำตาลที่ไม่สามารถลำเลียง
ผ่านมายังด้านล่างของลำต้นได้

มีผู้ศึกษาการลำเลียงน้ำตาลในพืชโดยใช้ธาตุกัมมันตภาพรังสีซึ่งได้แก่ 14C ที่เป็นองค์ประกอบ
ของคาร์บอนไดออกไซด์ โดยเตรียมคาร์บอนไดออกไซด์ในรูปของสารละลาย แล้วต่อมา
คาร์บอนไดออกไซด์ก็จะระเหยเป็นแก๊ส ซึ่งพืชจะดูดนำไปใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
           หลังจากการทดลองให้ได้รับแสงเป็นเวลา 35 นาที แล้วนำเนื้อเยื่อต่างๆ มาทำให้แห้งโดยการแช่แข็ง 
และตัดเป็นแผ่นบางๆ นำไปวางบนแผ่นฟิลม์ถ่ายรูปในห้องมืด เพื่อตรวจสอบน้ำตาลที่มี 14C

จากการทดลอง ก. พบน้ำตาลที่มี 14C ที่ส่วนล่างของพืช การทดลอง ข. จะพบ 14C ที่ส่วนยอดของพืช ส่วนการทดลอง ค. พบ 14Cที่ส่วนบนและส่วนล่างของพืช หรือทุกส่วนของพืชส่วนใหญ่จะพบ 14C ในซีฟทิวบ์

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

ประมาณในปี พ.ศ. 2496 ซิมเมอร์แมน (M.H. Zimmerman) นักชีววิทยาแห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดได้ค้นพบว่า เพลี้ยอ่อนสามารถใช้งวงแทงเข้าไปถึงโฟลเอมแล้วดูดของเหลวจากท่อโฟลเอ็มออกมากินจนเหลือแล้วปล่อยให้ของเหลว
ไหลออกทางก้นของเพลี้ยอ่อน ขณะที่เพลี้ยอ่อนกำลังดูดของเหลวอยู่นั้นก็วางยาสลบเพลี้ยอ่อนแล้วตัดให้เหลือแต่ส่วนที่เป็น
งวงติดอยู่ที่ต้นไม้ ของเหลวก็ยังคงไหลออกมาทางงวง เมื่อนำของเหลวนี้ไปวิเคราะห์พบว่า ส่วนใหญ่เป็นน้ำตาลซูโครส 
และสารอื่นๆ เช่น กรดอะมิโน ฮอร์โมน และธาตุอาหาร

กระบวนการลำเลียงสารอาหาร

มึนช์ (E. Munch) นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันพยายามอธิบายการลำเลียงสารอาหารดังนี้ ส่วนหนึ่งของน้ำตาลที่พืชสร้างขึ้นจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงในคลอโรพลาสต์จะถูกลำเลียงออกมาในไซโทพลาซึม
แล้วเปลี่ยนเป็นน้ำตาลซูโครส จากนั้นซูโครสจะเคลื่อนย้ายออกจากเซลล์ที่เป็นแหล่งสร้างไปยังโฟลเอ็ม โดยเข้าสู่ซีฟทิวบ์
ของโฟลเอ็ม ทำให้ความเข้มข้นของสารละลายในซีฟทิวบ์ต้นทางสูงขึ้น น้ำจากเซลล์ข้างเคียงออสโมซิสเข้ามาและเพิ่ม
ความดันในซีฟทิวบ์ดันให้สารละลายน้ำตาลซูโครสลำเลียงไปตามท่อโฟลเอ็มจนถึงเนื้อเยื่อต่างๆ ที่ต้องการใช้ 
สารละลายน้ำตาลซูโครสก็จะออกจากซีฟทิวบ์ไปสู่เซลล์เนื้อเยื่อต่างๆ  และไปเก็บสะสมหรือใช้ในกระบวนการ   
เมแทบอลิซึมที่เซลล์ดังกล่าว การที่ซีฟทิวบ์ปลายทางมีสารละลายน้ำตาลซูโครสลดลงจะทำให้น้ำจากซีฟทิวบ์ปลายทาง
แพร่ออกสู่เซลล์ข้างเคียงเป็นผลให้ซีฟทิวบ์ปลายทางมีแรงดันน้อยกว่าต้นทาง การลำเลียงอาหารจึงเกิดขึ้นตลอดเวลา
ที่ใบพืชมีการสังเคราะห์ด้วยแสง โดยมีแรงผลักดันจากความแตกต่างของแรงดันในเซลล์โฟลเอ็มต้นทาง และปลายทาง

สรุปแบบจำลองการลำเลียงสารอาหาร

ในพืชเป็นแหล่งสร้างน้ำตาลกลูโคสจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง น้ำตาลกลูโคสถูกลำเลียงออกมาในไซโทพลาซึมแล้วเปลี่ยนเป็นน้ำตาลซูโครสก่อนเข้าสู่โฟลเอ็ม จากนั้นน้ำตาลซูโครสเคลื่อนย้ายไปในซีฟทิวบ์ของโฟลเอ็มโดยวิธีการลำเลียงแบบใช้พลังงานทำให้ความเข้มข้นของสารละลายในซีฟทิวบ์ต้นทางสูงขึ้น น้ำจากเซลล์ข้างเคียงออสโมซิสเข้ามาทำให้ซีฟทิวบ์มีแรงดันเพิ่มขึ้น ซึ่งจะไปดันให้สารละลายน้ำตาลซูโครสลำเลียงไปตามท่อโฟลเอ็มจนถึงซีฟทิวบ์ปลายทาง น้ำตาลซูโครสก็จะลำเลียงออกจากซีฟทิวบ์ปลายทางไปยังเนื้อเยื่อต่างๆ  ที่ต้องการใช้หรือแหล่งรับ ทำให้ความเข้มข้นของสารละลายน้ำตาลซูโครสในซีฟทิวบ์ปลายทางลดลง น้ำจากซีฟทิวบ์ปลายทางแพร่ออกสู่เซลล์ข้างเคียง ซีฟทิวบ์ปลายทางมีแรงดันน้อยกว่าซีฟทิวบ์ต้นทาง การลำเลียงอาหารจึงเกิดขึ้นตลอดเวลาที่ใบพืชมีการสังเคราะห์ด้วยแสง