การตอบสนองของพืชต่อปริมาณน้ำ
สังเกตได้จากพืชชที่เจริญเติบโตในบริเวณที่แห้งแล้ง เช่น พืชในทะเลทราย
ซึ่งบริเวณทะเลทรายในแต่ละปีจะมีฝนตกเฉลี่ยน้อยกว่า 250 มิลลิเมตรต่อปี
ดังนั้นพืชที่ขึ้นในทะเลทรายจะต้องมีการปรับตัวเพื่อตอบสนองต่อปริมาณน้ำที่มีน้อย
โดยพืชบางชนิดจะมมีพืชบางชนิดลดขนาดของใบหรือเปลี่ยนให้อยู่ในรูปของหนามเพื่อลดการสูญเสียน้ำ
ตัวอย่าง การตอบสองของพืชต่อน้ำ
เมื่อเกิดน้ำท่วน
ภาพต้นไม้เฉาไม่น่าจะเป็นสิ่งที่เห็นเมื่อต้นไม้โดยน้ำท่วมอยู่
เพราะคำว่าเฉามักสอดคล้องกับความแห้งแล้ง หรือสภาวะที่พืชขาดน้ำ
ไม่น่าจะเกิดกับพืชเมื่อมีน้ำอยู่ล้อมรอบทั้งต้นของมัน
แต่ภาพที่เราเห็นจริงๆในช่วงน้ำท่วมคือพืชยืนต้นเฉาอยู่ท่ามกลางผืนน้ำและแสงแดด
สิ่งที่เราเห็นนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร
ก่อนอื่นต้องไม่ลืมว่ายอดและรากพืช
คือส่วนของต้นไม้ต้นเดียวกัน แต่ละส่วนมีหน้าที่ของมัน
แต่เมื่อส่วนหนึ่งส่วนใดไม่สามารถทำหน้าที่ได้ อีกส่วนหนึ่งก็จะมีปัญหา
และเมื่อพืชไม่สามารถทำงานได้ทั้งยอดและราก พืชก็จะต้องตาย
เมื่อรากไม่สามารถทำงานได้เนื่องจากภาวะขาดออกซิเจนอันเนื่องมาจากต้องจมน้ำอยู่เป็นเวลานาน
รากไม่สามารถดูดสารอาหารมาให้แก่ยอดพืชได้
โดยเฉพาะไนโตรเจนที่จำเป็นต่อการสร้างโปรตีน เช่นเอนไซม์ต่างๆ
เนื่องจากไนโตรเจนถูกเปลี่ยนเป็นก๊าซด้วยกระบวนการดีไนตริฟิเคชัน (denitrification) โดยแบคทีเรียที่อยู่ในดินและในน้ำในภาวะน้ำท่วมนั้น
ใบพืชอ่อนจะดึงไนโตรเจนออกจากใบพืชแก่ แต่ก็จะทำให้ใบที่มีอายุมากมีอายุสั้นลง
ในภาวะน้ำท่วม
ไม่ได้หมายความว่าพืชจะดูดน้ำได้ตลอดเวลา
ในความเป็นจริงแล้วพืชประสบปัญหาในการดูดน้ำเข้าไปต่างหาก
พืชจึงจำต้องมีกระบวนการลดการสูญเสียน้ำ
และด้วยการสื่อสารกันภายในต้นพืชระหว่างรากกับยอด ทำให้เกิดการตอบสนองของยอดต่อภาวะดังกล่าวนี้โดยการปิดปากใบอย่างรวดเร็วน่าจะเกิดจากฮอร์โมนพืชเช่น
แอบไซซิค (abscisic acid; ABA) แต่อาจมีปัจจัยอื่นหรือฮอร์โมนอื่นเข้ามาเกี่ยวข้อง หรือหุบใบลง
นักวิทยาศาสตร์ศึกษามะเขือเทศและพบว่าเมื่อรากขาดออกซิเจนสารตั้งต้นสำหรับการสร้างเอธิลีนจะเพิ่มขึ้น
และเมื่อเวลาผ่านไปเอธิลีนจะเพิ่มขึ้นมากในส่วนของยอดพืช
และอีกสาเหตุหนึ่งมาจากการเพิ่มการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการสร้างเอธิลีน
มีงานวิจัยที่พยายามหาความสัมพันธ์ระหว่างการสร้างเอธิลีนต่อการเปลี่ยนแปลงของต้นพืช
เช่นการปิดปากใบและการหุบของใบโดยใช้เครื่องมือเช่น photoacoustic
spectroscopy เป็นต้น
******แต่อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนแปลงเพื่อลดการคายน้ำลงนี้
เป็นเสมือนการปรับตัวเพื่อแก้ปัญหาเฉพาะหน้า
เพราะพืชจะไม่สามารถอยู่รอดได้ในภาวะที่รากไม่สามารถทำงานได้เช่นนี้ พืชต้องปรับตัวหาทางชดเชยการทำงานที่เสียไปของรากในภาวะน้ำท่วมเช่นนี้ให้ได้หากจะยังมีชีวิตอยู่ต่อไป
ซึ่งในลำดับต่อไปนี้จะเป็นวิธีการที่เราพบว่าพืชหาทางแก้ไขปัญหา
เมื่อต้องอยู่ในน้ำเป็นเวลานาน
พืชต้องหาทางนำออกซิเจนไปให้ราก
เพื่อให้รากสามารถสร้างพลังงาน และดูดน้ำและแร่ธาตุขึ้นมาให้ได้
หรือต้องหาทางสร้างรากรุ่นใหม่ ที่มีการถ่ายเทอากาศที่ดีกว่ารากรุ่นก่อนนี้
ที่อาจจะตายไปแล้วหลังจากอยู่ในน้ำนาน
และพืชที่มีกลไกเอื้อให้เกิดการปรับตัวเหล่านี้จะมีโอกาสที่จะอยู่รอดได้มากกว่า
นักวิทยาศาสตร์สังเกตุพบว่าการเสริมสร้างระบบที่ทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนก๊าซได้ดีขึ้นในส่วนยอด
หรือยอดส่วนล่าง หรือส่วนยอดที่จมน้ำเองด้วยนั้น จะมีการสร้างช่องอากาศ (lenticel) ตามลำต้น
การเกิดแอเรงคิมา (aerenchyma) จากเซลล์บางส่วนที่ตายไป
ซึ่งอาจเกิดจากการกระตุ้นโดยเอธิลีนที่เกิดขึ้นจากเซลล์ที่มีความเครียดจากการจมอยู่ใต้น้ำของเนื้อเยื่อส่วนอื่น
เมื่อมีนักวิทยาศาสตร์ทดลองเอาจาระบีไปยาตามแนวของช่องอากาศหรือเลนติเซล
พบว่าปริมาณออกซิเจนที่ไปยังรากมีค่าน้อยลง
นอกจากนี้ช่องอากาศอาจใช้เป็นที่ระบายของเสียจากการกระบวนการเมแทบอลิซึม
พืชที่สามารถสร้างรากทดแทนขึ้นแทนรากเก่าได้
และมีการถ่ายเทอากาศที่ดีกว่ามีโอกาสอยู่รอดมากกว่าในภาวะน้ำท่วมที่ยาวนาน
โดยรากใหม่เหล่านี้บางครั้งพบว่าเกิดขึ้นใหม่เหนือดิน แม้ว่าอาจจะยังอยู่ในน้ำ
แต่ก็มีโอกาสได้รับออกซิเจนมากกว่ารากที่ยังอยู่ในดิน ในพืชบางชนิด
มีเยื่อเจริญที่จะเจริญออกมาเป็นรากอยู่บริเวณลำต้นอยู่แล้ว
ก็จะสามารถสร้างรากใหม่ได้ด้วยเยื่อเจริญนี้
กลไกต่อมาที่เป็นไปได้คือการเหนี่ยวนำให้เกิดเยื่อเจริญของรากขึ้นมาใหม่
โดยพบกระบวนการเช่นนี้ในทานตะวันเป็นต้น โดยมีฮอร์โมนพืชเช่นออกซิน (auxin) และเอธิลีน (ethylene)
ที่ทำให้เกิดรากใหม่นี้
และมีหลายงานวิจัยที่รายงานการเปลี่ยนทิศทางการเจริญของรากในดินที่ถูกน้ำท่วม
โดยจะเจริญขึ้นสู่ผิวดิน แทนที่จะแทงลึกลงไป
และเมื่อโผล่พ้นดินแล้วก็จะมีส่วนช่วยให้เกิดการถ่ายเทอากาศได้ดีขึ้นได้
ที่สุดของการที่ต้องอยู่ในภาวะน้ำท่วมคือการที่ต้นพืชทั้งต้นต้องจมอยู่ในน้ำ
แล้วพืชตอบสนองอย่างไรในภาวะเช่นนี้?
ในพืชที่ต้องผจญกับภาวะน้ำท่วมอยู่เป็นระยะ
จะมีวิวัฒนาการเพื่อปรับตัวเพื่อให้ส่วนยอดโผล่พ้นน้ำให้ได้
โดยการยืดลำต้นขึ้นเพื่อให้พ้นน้ำโดยเร็ว
และมักจะเป็นการตอบสนองที่ค่อนข้างเร็วเช่นไม่เกินสองชั่วโมงหลังจากจมอยู่ใต้น้ำ
พืชบางจะชนิดก็จะยืดลำต้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งจะทำให้ส่วนยอดได้ออกซิเจนมากขึ้น
เพราะบริเวณใกล้ผิวน้ำมีออกซิเจนละลายในน้ำมากกว่า
และมีแสงสำหรับการสังเคราะห์แสงมากกว่าด้วยเช่นกัน
การตอบแสดงแบบนี้ในพืชบางชนิดไม่ต้องคอยให้น้ำท่วมทั้งต้น แค่ท่วมถึงส่วนฐานของส่วนยอด
พืชเช่นข้าวโพดก็เริ่มยืดตัวเตรียมไว้ก่อนแล้วเป็นต้น
ฮอร์โมนเช่นเอธิลีนที่สะสมในเนื้อเยื่อพืชที่จมอยู่ใต้น้ำมีส่วนช่วยให้พืชยืดตัว
แม้ว่าในพืชทั่วไปเอธิลีนจะยับยั้งการยืดตัวของยอด
นอกจากนี้ก็มีฮอร์โมนเช่นจิบเบอเรลลินและออกซินที่ช่วยยืดและเพิ่มขนาดเซลล์ให้พืชยืดลำต้นให้พ้นน้ำโดยไว
หรืออาจจะเกิดจากการสลายของฮอร์โมนแอบไซซิก (abscisic acid) ที่เร็วขึ้น
ที่เดิมจะคอยยับยั้งการยืดของยอดเช่นกัน
นอกจากนี้ก็เกี่ยวข้องกับการแสดงออกของยีนที่นสร้างเอนไซม์เอ็กซ์แพนซิน (expansin)
ที่ทำให้เซลล์พืชยืดตัวเพิ่มขึ้น
แต่พืชบางชนิดที่สร้างเอธิลีนไม่ได้ก็ยังยืดตัวได้ในน้ำ
แสดงว่าเอธิลีนไม่ได้เป็นกลไกเดียวที่ทำให้พืชยืดตัวหนีน้ำเช่นนี้
ในบางกรณียังพบว่าการยืดตัวนี้ไม่ใช่หนทางเดียวที่พืชจะเอาตัวรอด
ในข้าวนั้น นักวิทยาศาสตร์พบว่าการเติบโตจะลดลง แต่ก็ยังรอดอยู่ได้ แม้ว่าจะไม่สามารถยืดลำต้นพ้นน้ำได้รวดเร็ว
สถานการณ์เช่นนี้มักเกิดเวลาที่ข้าวเป็นเพียงต้นกล้า มีขนาดเล็ก
และหากใช้พลังงานทั้งหมดในการยืดต้นให้พ้นน้ำ อาจจะไม่มีพลังงานและทรัพยากรเพียงพอ
จึงเลือกวิธีประหยัดพลังงานแทนก็ได้ ดังนั้นเพื่อจะให้รอดพ้นจากภาวะจาดอากาศ พลังงาน
และสารอาหาร พืชอาจตอบสนองด้วยกระบวนการทั้งหมดที่กล่าวมานี้ร่วมกัน
การคัดเลือกลักษณะเหล่านี้อาจเกิดขึ้นในพื้นที่ที่มีน้ำท่วมอยู่เสมอ
และทำหน้าที่เป็นตัวคัดเลือกพืชที่จะอยู่รอดต่อไปในอนาคต
อ้างอิง: Jackson, M.B. in Waterlogging and Submergence
Stress: Its Nature and Impact
(http://www.plantstress.com/articles/waterlogging_i/waterlog_i.htm, retrieved
October 2010)
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น