การลำเลียงธาตุอาหารของพืช

น้ำที่พืชลำเลียงผ่านชั้นคอร์เทกซ์ของรากเข้าสู่ไซเลม มีธาตุอาหารต่าง ๆ ที่รากดูดจากดินละลายอยู่ด้วยการลำเลียงธาตุอาหารต่าง ๆ มีความซับซ้อนมากกว่าการลำเลียงน้ำ เพราะเซลล์มักไม่ยอมให้ธาตุอาหารเคลื่อนที่ผ่านเข้าออกได้โดยอิสระ กระบวนการเคลื่อนที่ของธาตุอาหารต่างๆ เข้าสู่ราก ทำได้ 2 วิธี คือ ลำเลียงแบบไม่ใช้พลังงาน (passive transport) โดยธาตุอาหารจะแพร่จากภายนอกเซลล์ที่มีความเข้มข้นสูงกว่าไปยังภายในเซลล์ที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า และการลำเลียงแบบใช้พลังงาน (active transport) ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่ของธาตุอาหารแบบอาศัยพลังงานทำให้พืชสามารถลำเลียงธาตุอาหารจากภายนอกเซลล์ที่มีความเข้มข้นต่ำกว่าเข้ามาภายในเซลล์ได้ จึงทำให้พืชสะสมธาตุอาหารบางชนิดไว้ได้ ธาตุอาหารที่จะเข้าไปในไซเลมสามารถเคลื่อนผ่านชั้นคอร์เทกซ์ของรากได้โดยเส้นทางอโพพลาสหรือซิมพลาส และเข้าสู่เซลล์เอนโดเดอร์มิสก่อนเข้าสู่ไซเลม ธาตุอาหารที่พืชลำเลียงเข้าไปในไซเลมนั้นเป็นสารอนินทรีย์ต่างๆ ที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตและการเจริญเติบโตของพืช

ธาตุที่พืชต้องการเป็นปริมาณมาก (macronutrients) มี 9 ธาตุ ได้แก่ C H O N P KCa Mg และ S

ส่วนธาตุที่พืชต้องการปริมาณเพียงเล็กน้อย (micronutrients) ได้แก่ B Fe Cu Zn Mn Mo Clและ Ni

ธาตุอาหาร 2 กลุ่มนี้มีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตของพืชเท่าเทียมกัน แต่ปริมาณที่พืชต้องการแตกต่างกันองค์ประกอบของพืชประมาณร้องละ 96 ของน้ำหนักแห้งของพืช ประกอบด้วย C H O ซึ่งธาตุทั้งสามนี้พืชได้รับจากน้ำและอากาศอย่างเพียงพอ

นักวิทยาศาสตร์ใช้หลัก 3 ประการที่จัดว่าธาตุใดเป็นธาตุอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช คือ

1. ถ้าขาดธาตุนั้นพืชจะไม่สารถดำรงชีพ ทำให้การเจริญเติบโตและการสืบพันธ์ไม่ครบวงจร

2. ความต้องการชนิดของธาตุอาหารในการเจริญเติบโตของพืชมีความจำเพาะจะใช้ธาตุอื่นทดแทนไม่ได้

3. ธาตุนั้นจำเป็นต่อกระบวนการเมแทบอลิซึม และการเจริญเติบโตของพืชโดยตรง ไม่ใช่ธาตุที่แก้ไขความเหมาะสมของดินหรือเสริมธาตุชนิดอื่นในการเจริญเติบโตของพืช

นอกจากนี้ยังอาจจัดแบ่งธาตุอาหารออกได้เป็น 3 กลุ่มตามหน้าที่ทางสรีรวิทยาและชีวเคมี ดังนี้

กลุ่มที่ 1 เป็นองค์ประกอบของธาตุอินทรีย์ภายในพืช ได้แก่

1.1) เป็นองค์ประกอบของสารประกอบอินทรีย์หลัก ได้แก่ C H O N

1.2) เป็นองค์ประกอบของสารประกอบอินทรีย์ที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับเมแทบอลิซึม เช่น P ในสาร ATP และ Mg ที่เป็นองค์ประกอบของคลอโรฟิลล์

กลุ่มที่ 2 กระตุ้นการทำงานของเอนไซม์ เช่น Fe Cu Zn Mn Cl

กลุ่มที่ 3 ควบคุมแรงดันออสโมติก เช่น K ช่วยรักษาความเต่งของเซลล์คุม

ธาตุอาหารแต่ละชนิดมีบทบาทและหน้าที่รวมถึงอาการและบริเวณที่พืชแสดงออกเมื่อขาดธาตุอาหารนั้นๆ แตกต่างกัน เช่น ถ้าพืชขาดธาตุเหล็กจะทำให้ใบเหลืองระหว่างเส้นใบโดยเส้นใบจะยังมีสีเขียวอยู่และพบในใบอ่อนก่อนแล้วจากนั้น จึงพบที่ใบแก่ เนื่องจากธาตุนี้เคลื่อนย้ายได้ไม่ดี ใบอ่อนจะขาดธาตุเหล็กเร็วกว่าใบแก่ ซึ่งแตกต่างจากการขาดธาตุแมกนีเซียมจะเกิดขึ้นที่บริเวณใบแก่ที่อยู่ด้านล่างก่อนพบที่ใบอ่อน เพราะแมกนีเซียมเป็นธาตุที่เคลือนที่ได้ดีจะเคลื่อนย้ายจากใบแก่ไปสู่ใบอ่อน ดังนั้นใบแก่จึงแสดงอาการขาดธาตแมกนีเซียมเร็วกว่าใบอ่อน จากความรู้เรื่องสมบัติของธาตุอาหารต่างๆ ที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช จึงได้นำมาใช้ในการปลูกในสารละลาย (hydroponic culture) โดยผู้ปลูกต้องศึกษาว่าขณะที่พืชเจริญเติบโต พืชต้องการธาตุอาหารชนิดใดบ้างและปริมาณที่ใช้มากน้อยเพียงใด เมื่อเพาะต้นกล้าให้โตพอสมควรแล้วจะย้ายมาปลูกในภาชนะที่มีสารละลายธาตุอาหารตามที่พืชต้องการ โดยทั่วๆ ไปการปลูกพืชในสารละลายนั้นสารละลายธาตุอาหารที่ให้แก่พืชควรมีค่า pH ระหว่าง 5.5-6.5ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของพืชด้วย เมื่อปลูกพืชในสารละลายนานพอสมควรค่า pH ของสารละลายจะเปลี่ยนแปลงได้เนื่องจากพืชใช้ธาตุอาหารในอัตราที่แตกต่างกัน ทำให้ปริมารธาตุอาหารในรูปที่พืชจะนำไปใช้ได้เปลี่ยนไปด้วย เช่น โพแทสเซียม แคลเซียม และ แมกนีเซียม ดังนั้นการปลูกพืชในสารละลายจึงต้องปรับค่า pH ให้เปลี่ยนแปลงน้อยที่สุด หรือไม่เปลี่ยนแปลงเลยโดยการเติมกรดลงไปให้ได้ค่า pH เท่าเดิม นอกจากนี้ยังต้องระมัดระวังปัญหาในเรื่องปริมาณออกซิเจนที่รากได้รับลดลงเนื่องจากอยู่ในสารละลาย และปัญหาจากการเจริญของสาหร่ายที่มาแย่งธาตุอาหารของพืชเมื่อได้รับแสงรวมทั้งยังต้องคำนึงถึงอุณหภูมิ และความเข้มของแสงด้วย