เรื่องที่ 11 ภาพรวมบทบาทของธาตุอาหารพืช

25/04/2020

บทความชุด “ดิน ธาตุอาหารและปุ๋ย” เพื่อ “เพิ่มผลผลิต”

 

เรื่องที่ 11 ภาพรวมบทบาทของธาตุอาหารพืช

รองศาสตราจารย์ ดร. ยงยุทธ โอสถสภา

อาจารย์พิเศษ ภาควิชาปฐพีวิทยา คณะเกษตร กำแพงแสน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

1. คำนำ

       การอธิบายบทบาทของธาตุอาหารพืชในสมัยก่อน เพื่อส่งเสริมการใช้ปุ๋ยธาตุหลักสำหรับเกษตรกรทั่วไป นิยมใช้คำพูดที่สื่อให้ผู้ฟังเห็นภาพชัดเจน เช่น ธาตุหลักมีหน้าที่ดังนี้ “ไนโตรเจนสร้างต้น กิ่งก้านและใบ ฟอสฟอรัสสร้างดอก และโพแทสเซียมสร้างผล” เพื่อชี้ว่าควรใส่ปุ๋ยที่ให้ธาตุใด หรือมีธาตุใดในสัดส่วนที่สูงในแต่ละช่วงที่พืชเจริญและพัฒนา ส่วนบทบาทของธาตุรองและจุลธาตุนั้น อธิบายว่า “พืชใช้ในการปรุงอาหาร”

 

ภาพที่ 1 แนวทางการอธิบายหน้าที่ของธาตุอาหารในสมัยก่อน

 

       ต่อมาเกษตรกรหัวก้าวหน้าซึ่งสนใจความรู้ใหม่ๆ ต้องการคำตอบที่ละเอียดกว่านี้ ว่าแต่ละธาตุทำหน้าที่อะไรบ้างจึงทำให้พืชเจริญเติบโต ให้ผลผลิตสูงและผลผลิตมีคุณภาพดี การอธิบายจึงต้องใช้ความรู้ทางสรีรวิทยามากขึ้น คำว่าบทบาท (role) ของธาตุและหน้าที่ (function) ของธาตุ มีความหมายคล้ายกัน

2. ภาพรวมบทบาทของธาตุอาหาร

    ในข้อนี้มี 2 เรื่อง คือ (2) ประเภทของบทบาท และ (2) การทำหน้าที่ร่วมกันของธาตุอาหาร

   2.1 ประเภทของบทบาท

          กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการดำรงชีวิต การเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืชมีหลายกระบวนการ แต่ละกระบวนการต้องการธาตุอาหารหลายธาตุเข้าไปทำหน้าที่ จึงอาจแบ่งธาตุอาหารตามบทบาทที่เข้าร่วมในกิจกรรมต่างๆออกเป็น 2 ลักษณะ คือ หน้าที่เฉพาะและหน้าที่ไม่เฉพาะดังตารางที่ 1

ตารางที่ 1 การจำแนกธาตุอาหารตามบทบาทของธาตุ

หน้าที่ของธาตุ

สัญลักษณ์ธาตุ/ไอออน

มีหน้าที่เฉพาะ

1. อยู่ในโครงสร้างของสารประกอบคาร์บอน

N, S

2. เกี่ยวข้องกับการรับและการใช้พลังงาน อยู่ในโครงสร้างของยีน

N, P

3. อยู่ในโครงสร้างของผนังเซลล์

Ca*, B,

4. อยู่ในโครงสร้างของเอนไซม์ และสารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่

Mg*, Fe*, Mn*, Zn* ,Cu* Ni, Mo

5. กระตุ้นกิจกรรมของเอนไซม์

K*, Cl*, Mg, Ca, Mn, Fe, Zn, Cu

มีหน้าที่ไม่เฉพาะ

1. สร้างสมดุลของประจุภายในเซลล์

K+, Na+, NO3- ,Cl-, SO42- Ca2+, Mg2+

2. ช่วยในการปรับศักย์ออสโมซิส เพื่อให้เซลล์ดูดน้ำได้

K+, Na+,  NO3-, Cl-

* มีหลายหน้าที่ จึงอยู่ในหลายกลุ่มย่อย

         จากข้อมูลในตารางที่ 1 อาจแบ่งบทบาทของธาตุอาหารออกเป็น 3 อย่าง คือ 1) เป็นองค์องค์ประกอบอยู่ในโครงสร้างของสารอินทรีย์ 2) กระตุ้นการทำงานของเอนไซม์ และ 3) ปกป้องอันตรายที่จะเกิดขึ้นกับพืช ซึ่งมีสาเหตุจากภายนอกและภายในเซลล์

       2.2 การทำหน้าที่ร่วมกันของธาตุอาหาร

             กระบวนการที่สำคัญของพืชซึ่งรู้จักกันโดยทั่วไปมีหลายกระบวนการ ได้แก่ การสังเคราะห์แสง การหายใจ การสังเคราะห์สารอินทรีย์ต่างๆ เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ลิพิด กรดนิวคลีอิก วิตามินและฮอร์โมน โดยบางธาตุทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบอยู่ในโครงสร้างของสารอินทรีย์ ส่วนบางธาตุทำหน้ากระตุ้นการทำงานของเอนไซม์ จนเสร็จสิ้นกระบวนการนั้นๆ  

             เพื่อให้เห็นว่า “ธาตุอาหารทำหน้าที่ร่วมกันในกระบวนการเพื่อดำรงชีวิตของพืช” อย่างเป็นระบบ จึงขอยกตัวอย่างเรื่อง “ธาตุอาหารกับการสังเคราะห์แสง”

3. ธาตุอาหารกับการสังเคราะห์แสง     

    “การสังเคราะห์แสง” เป็นตัวอย่างที่แสดงถึงการทำหน้าที่ร่วมกันของธาตุหารในกระบวนทางทางสรีระของพืช  เนื่องจากมีธาตุอาหารเกี่ยวข้องทั้งทางตรงและทางอ้อมกว่า 10 ธาตุ      

     การสังเคราะห์แสงเกิดในอวัยวะพืชที่มีสีเขียว ซึ่งส่วนใหญ่คือใบ เซลล์ใบมีอวัยวะเซลล์ที่สำคัญเรียกว่าคลอโรพลาสต์ (ภาพที่ 2) ซึ่งภายในมีคลอโรฟิลล์ อันเป็นสารสีที่มีบทบาทในการรับพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์ รวมทั้งมีกลไกต่างๆในคลอโรพลาสต์ ที่ทำให้การสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นโดยสมบูรณ์

 

ภาพที่ 2 เซลล์ของใบพืชมีคลอโรพลาสต์ ซึ่งภายในมีสารสีคลอโรฟิลล์

 

           กิจกรรมในการสังเคราะห์แสงแบ่งเป็น 3 ภาค คือ

           1) ภาครับพลังงานแสง ซึ่งคลอโรฟิลล์ทำหน้าที่รับพลังงานจากแสงอาทิตย์ แล้วแปรสภาพให้เป็นพลังงานที่แฝงอยู่ในอิเล็กตรอนพลังงานสูงของสารที่รับการถ่ายทอดพลังงาน 

           2) ภาคการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนพลังงานสูง ในโซ่ของการเคลื่อนย้ายที่มีการถ่ายทอดพลังงานไปไว้ในสารอื่น ที่จะนำไปใช้ในภาคที่ 3 และ

           3) ภาคการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นการดึงเอา CO2 จากอากาศผ่านปากใบ เข้ามาเพิ่มความยาวของโครงคาร์บอนเดิม โดยใช้พลังงานจากภาคที่ 2 อันเป็นจุดเริ่มต้นของการสร้างคาร์โบไฮเดรตโมเลกุลเล็ก ซึ่งจะนำไปเป็นสารตั้งต้นสำหรับการสังเคราะห์สารอินทรีย์อื่นๆ หรือสร้างน้ำตาลเพื่อใช้ในกระบวนการหายใจ (ภาพที่ 3)

                ธาตุอาหารที่มีบทบาทในขั้นตอนต่างๆของกระบวนการสังเคราะห์แสง แสดงไว้ในตารางที่ 2 รวม 11 ธาตุ คือ ธาตุหลัก 3 ธาตุ (N, P, K) ธาตุรอง 3 ธาตุ (Ca, Mg, S) ธาตุอาหารเสริม 5 ธาตุ (Fe, Cu, Mn, Zn, Cl) มีเพียง 3 ธาตุที่ไม่มีส่วนร่วม (B, Mo, Ni)

               การสังเคราะห์แสงมีความสำคัญต่อพืชมาก เนื่องจากเป็นจุดเริ่มต้นของการพึ่งพาตนเองของพืชในการเจริญเติบโต กล่าวคือพืชใช้น้ำตาลที่ได้จากการสังเคราะห์แสงในการหายใจ และสารอินทรีย์ทั้งหลายก็ถูกสังเคราะห์ขึ้นจากสารตั้งต้นชนิดต่างๆ ซึ่งมีจุดกำเนิดมาจากการสังเคราะห์แสงทั้งสิ้น ดังภาพที่ 3

 

ตารางที่  2 บทบาทโดยตรงและโดยอ้อมของธาตุอาหารในกระบวนการสังเคราะห์แสง

กระบวนการ

ธาตุอาหาร

 

องค์ประกอบในโครงสร้างของอินทรีย์สาร และเอนไซม์

ตัวปลุกฤทธิ์ของเอนไซม์และ      การควบคุมการดูดน้ำ-ความเต่ง

การพัฒนาคลอโรพลาสต์               :การสังเคราะห์โปรตีน                    :การสังเคราะห์คลอโรฟีลล์

                                                  N, S                                           N, Mg

                                                       K, Mg, Fe, Zn (Mn)*                       Fe

โซ่การเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอน   ระบบแสง 2, ระบบแสง 1           และการสังเคราะห์  ATP**

N, P, Mg, S, Fe, Cu

Mg, Mn,            (K)

การตรึงคาร์บอนไดออกไซด์

N, S

Mg, (K, Mn)

การปิดและเปิดปากใบ

 

K, (Cl, Ca, Zn)

การสังเคราะห์แป้งและการเคลื่อนย้ายน้ำตาล

N.  P, K

Mg, (K)

* ธาตุในวงเล็บมีบทบาททางอ้อม ** ATP คือสารที่มีพลังงานสูงใช้เป็นแหล่งพลังงานในกระบวนการต่างๆ 

 

  

ภาพที่ 3 ความสัมพันธ์ระหว่างการสังเคราะห์แสงกับการหายใจและการสังเคราะห์สารอินทรีย์ต่างๆของพืช

--------------------------------------------

หมายเหตุ: อีก 2 สัปดาห์ ติดตามเรื่องที่ 12 การดูดธาตุอาหารของพืช

ก่อนหน้า ถัดไป