อวัยวะหายใจของพืชบก

  

            พืชน้ำ เช่น พวกสาหร่ายซึ่งมีใบ และลำต้นบางมาก สามารถดูดเอาออกซิเจนจากน้ำได้โดยตรง แต่พืชบกต้องประสบปัญหาเกี่ยวกับความแห้งแล้งของอากาศ ดังนั้นพืชบกจึงมีลำต้นหนา และแข็งแรงมาก และมีอวัยวะพิเศษ คือ อวัยวะหายใจ ที่ทำหน้าที่นำก๊าซออกซิเจนจากอากาศไปให้พืชใช้หายใจ อวัยวะหายใจอาจพบได้ทั้งที่ใบ ลำต้น และราก

๑. ใบ

            ใบมีเยื่อบุผิวนอก (epidermis) หุ้มไว้ทั้งทางด้านหลังใบ และท้องใบ และมีสารคล้ายขี้ผึ้งห่อหุ้มผิวด้านนอกของเยื่อบุผิวนี้อยู่บางๆ เรียกว่า คิวติเคิล (cuticle) สารนี้มีลักษณะค่อนข้างแห้ง และไม่ดูดน้ำ จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ในการป้องกันไม่ให้น้ำระเหยออกไปจากใบได้โดยง่าย ถ้าไม่มีสารดังกล่าวหุ้มไว้ พืชอาจแห้ง และเฉาตายได้โดยง่าย อย่างไรก็ตาม บริเวณที่คิวติเคิลหุ้มอยู่ ก็ไม่สามารถที่จะทำหน้าที่แลกเปลี่ยนก๊าซที่หายใจ และสังเคราะห์แสงได้ดี เพราะเป็นบริเวณที่แห้ง อวัยวะหายใจของพืชสีเขียวมักจะพบอยู่ทางด้านท้องใบ มีลักษณะเป็นรูเปิด เรียกว่า "ปากใบ" (stoma พหูพจน์ stomata) ถัดปากใบขึ้นไป มีช่องว่างระหว่างกลุ่มของเซลล์ ซึ่งเรียกว่า เซลล์เมโสฟิลล์ (mesophyll cells) ช่วยให้อากาศที่ผ่านเข้าไป แทรกซึมไปทั่วทุกส่วนของใบได้โดยง่าย ภายในเซลล์ของกลุ่มเซลล์เหล่านี้ มีคลอโรฟิลล์อยู่ด้วย จึงสามารถสังเคราะห์แสง เพื่อสร้างอาหารประเภทคาร์โบไฮเดรตให้แก่พืชได้ เมโสฟิลล์ของใบแบ่งเป็น ๒ ชั้น ชั้นล่างเรียกว่า สปันจี เมโสฟิลล์ (spongy mesophyll) เซลล์ในชั้นนี้ อยู่กันห่างๆ มีช่องว่างสำหรับอากาศผ่าน และมีคลอโรฟิลล์อยู่น้อย ส่วนชั้นบนเรียกว่า พาลิเสด เมโสฟิลล์ (palisade mesophyll) มีเซลล์อยู่กันค่อนข้างหนาแน่น รูปร่างค่อนข้างยาว และมีคลอโรฟิลล์อยู่หนาแน่นกว่าในชั้นล่าง ใบของพืชสีเขียวแต่ละใบ จะมีปากใบกระจัดกระจายอยู่ทางด้านท้องใบมากมาย เมื่อรวมแล้ว เนื้อที่ที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนก๊าซในใบแต่ละใบ จึงมีอยู่ไม่น้อย

ใบพืชตัดตามขวาง

            ที่บริเวณสองข้างของปากใบแต่ละอัน มีเซลล์อยู่คู่หนึ่งทำหน้าที่ควบคุมการปิดเปิด ของปากใบเรียกว่า "เซลล์คุม" (guard cells) เซลล์นี้มีลักษณะแตกต่างจากเซลล์ของเนื้อเยื่อชั้นเอปิเดอร์มิส เพราะมีความชุ่มชื้นมากกว่า ปากใบไม่มีคิวติเคิลฉาบไว้ และมีคลอโรฟิลล์อยู่ด้วย ดังนั้นจึงเป็นบริเวณที่มีการแลกเปลี่ยนก๊าซที่ใช้หายใจและสังเคราะห์แสงเกิดขึ้น เมื่อก๊าซผ่านปากใบเข้าไปแล้ว ไม่มีการเปลี่ยนแปลงอะไรเกิดขึ้นเป็นพิเศษเลย เพราะก๊าซนั้นจะผ่านเข้าสู่ช่องว่างภายใน และผ่านเข้าไปถึงเซลล์ข้างในใบทุกเซลล์ได้โดยทั่วถึง เซลล์คุมมีรูปร่างคล้ายๆ กับเมล็ดถั่ว ขอบของผนังเซลล์ด้านที่อยู่รอบๆ ปากใบหนามากกว่าด้านนอก เวลากลางวันเมื่อเซลล์คุมได้รับน้ำมากก็จะพองออก ผนังเซลล์ด้านบาง ยืดตัวได้มากกว่าด้านหนา ทำให้เซลล์คุมแยกออกจากกัน เป็นผลให้ปากใบเปิด และเกิดมีการแลกเปลี่ยนก๊าซขึ้นที่ปากใบ พืชก็ได้คาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศ สำหรับสังเคราะห์แสงเวลากลางคืน หรือในที่มืด เซลล์คุมก็จะเสียน้ำ ทำให้เซลล์หดตัว ผนังเซลล์ด้านในที่หนา ก็จะหดมาอยู่ชิดกัน ปากใบจึงปิด นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานกันว่า การที่เซลล์คุมได้รับน้ำมากในเวลากลางวัน เพราะเซลล์คุมทำการสังเคราะห์แสง ทำให้มีน้ำตาลเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของสารภายในเซลล์คุมก็สูงขึ้น น้ำจากเซลล์ข้างเคียง ซึ่งมีความเข้มข้นของสารน้อยกว่ามาก จึงซึมผ่านเข้าสู่เซลล์คุม ทำให้เซลล์พองตัว และปากใบเปิด ในที่มืดเซลล์คุมไม่สังเคราะห์แสง ระดับน้ำตาลในเซลล์คุมลดต่ำลง ทำให้สูญเสียน้ำภายในเซลล์ ทำให้เซลล์หดตัว ผนังเซลล์ตอนกลางที่หนากว่ามาชิดกัน ปากใบจึงปิด นอกจากนี้ยังมีหลักฐานว่า มีฮอร์โมนพืช ๒ ชนิด คือ กรดแอบซิสสิค (abscissic acid) สร้างออกมาในที่มืด มีผลทำให้ปากใบปิด และไซโตไคนิน (cytokinin) สร้างออกมาในที่สว่าง มีผลกระตุ้นให้ปากใบเปิด