ารรักษาดุลยภาพของนำ้และแร่ธาตุในสัตว์ต่างๆ

การรักษาดุลยภาพของนำ้และแร่ธาตุในสัตว์ต่างๆ

การรักษาดุลยภาพน้ำและแร่ธาตุในสัตว์
โครงสร้างของสิ่งมีชีวิตทั้งพืช สัตว์ และมนุษย์ประกอบด้วยเซลล์จำนวนมากมายมหาศาลมาอยู่ร่วมกันเป็นระบบเนื้อเยื่อและอวัยวะต่าง ๆ ซึ่งการทำงานของเซลล์ต่าง ๆ ก็ต้องอาศัยสภาพแวดล้อมที่มีความเหมาะสมต่อเซลล์ด้วย อ่านเพิ่มเติม

การลำเลียงสารผ่านเซลล์ เยื่อหุ้มเซลล์

การลำเลียงสารผ่านเซลล์
เยื่อหุ้มเซลล์



โครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์มีโครงสร้างแบบ Fluid mosaic mode ซึ่งประกอบไปด้วย

phospholipid 2 ชั้น โดยจะหันด้านที่ชอบน้ำออก เรียกว่า hydrophilic head หันด้านที่ไม่ชอบน้ำ

เข้าหากัน เรียก hydrophobic tail และมีโปรตีนแทรกอยู่ระหว่างโมเลกุลของ phospholipid ซึ่งบน

โปรตีนจะมี คาร์โบไฮเดรตเกาะอยู่ด้านบน เรียก ไกลโคโปรตีน (Glycoprotein) เยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่

ห่อหุ้มเซลล์ และรักษาสมดุลของสารภายในเซลล์โดยควบคุมการผ่านเข้า-ออกของสารระหว่างเซลล์

กับสิ่งแวดล้อมภายนอก ดังนั้นเยื่อหุ้มเซลล์จึงมีคุณสมบัติเป็นเยื่อเลือกผ่าน (Semipermeable Membrane)

อยู่ดีมีสุข

1.อยู่ดีมีสุข

เซลล์และองค์ประกอบสำคัญของเซลล์


เซลล์เป็นหน่วยที่เล็กที่สุดของสิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าได้ จึงต้องมีเครื่องมือที่ช่วยในการมองเห็น คือ กล้องจุลทรรศน์ การศึกษาเซลล์พืชและเซลล์สัตว์ได้ดำเนินมาอย่างต่อเนื่อง ควบคู่ไปกับการพัฒนาของกล้องจุลทรรศน์ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น จนสามารถทำให้มองเห็นส่วนประกอบต่างๆภายในเซลล์ได้ชัดเจนมากยิ่งขึ้น ปัจจุบันการศึกษาเรื่องเซลล์ก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็ว จึงสามารถนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ได้มากมาย ทั้งทางด้านวิทยาศาสตร์และทางการแพทย์


ภาพแสดงโครงสร้างและส่วนประกอบของเซลล์


เซลล์มีโครงสร้างพื้นฐานแบ่งได้เป็น 3 ส่วนใหญ่ๆ คือ
1.ส่วนที่ห่อหุ้มเซลล์ ได้แก่ เยื่อหุ้มเซลล์(cell membrane) และผนังเซลล์(cell wall)
2.ไซโทพลาสซึม(cytoplasm)
3.นิวเคลียส(nucleus)




ภาพโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์




ผนังเซลล์
เซลล์พืชทุกชนิด นอกจากจะมีเยื่อหุ้มเซลล์แล้วยังมีผนังเซลล์ ซึ่งประกอบด้วยสาระสำคัญ คือ เซลลูโลสห่อหุ้มอยู่ด้านนอกของเยื่อหุ้มเซลล์อีกด้วย จึงทำให้เซลล์พืชมีรูปร่างคงที่และแข็งแรง
ไซโทพลาซึม
ไซโทพลาซึมเป็นส่วนประกอยที่อยู่ภายในเซลล์ทั้งหมดยกเว้นนิวเคลียส มีลักษณะเป็นของเหลวซึ่งมีโครงสร้างเล็กๆ ที่เรียกว่า ออร์แกเนลล์(organell) กระจายอยู่ทั่วไป ออร์แกเนลล์มีหลายชนิด เช่น ไรโบโซม(ribosome) กอลจิบอดีหรือกอลจิคอทแพล็กส์(golgo body or golgi complex) ไมโทคอนเดรีย(mitochondria) คลอโรพลาสต์(chloroplast) และแวคิวโอล(vacuole) เป็นต้น
นิวเคลียส
นิวเคลียสมีรูปร่างค่อนข้างกลม ทำหน้าที่ควบคุมกระบวนการต่างๆภายในเซลล์ ภายในนิวเคลียสมีสารพันธุกรรมที่กำหนดลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตบรรจุอยู่
การจัดระบบร่างกายของสิ่งมีชีวิตเริ่มจาก เซลล์ สิ่งมีชีวิตประกอบด้วยเซลล์จำนวนมาก เซลล์เหล่านี้อาจมีรูปร่างและทำหน้าที่เหมือนหรือแตกต่างกัน เซลล์ที่มีรูปร่างและหน้าที่เหมือนกันจะมีการรวมกลุ่มกัน เพื่อทำหน้าที่เดียวกัน เรียกกลุ่มเซลล์เหล่านี้ว่า เนื้อเยื่อ(tissue) เช่นเนื้อเยื่อลำเลียงน้ำและอาหารของพืช หรือเยื่อบุผิว เนื้อเยื่อประสาทของสัตว์ เนื้อเยื่อหลายชนิดก็ยังมีการรวมกลุ่มกันเกิดเป็น อวัยวะ(organ) ซึ่งมีรูปร่างโครงสาร้างที่เหมาะสมสำหรับการทำงานเฉพาะอย่าง เช่น หัวใจทำหน้าที่สูบฉีดเลือด ปอดทำหน้าที่แลกเปลี่ยนแก็ส เป็นต้น นอกจากอวัยวะต่างๆแล้วในร่างกายก็มีการทำงานประสานกัน ทำให้เกิดเป็นระบบอวัยวะ(organ system) เช่น ระบบย่อยอาหาร และระบบหมุนเวียนเลือด เป็นต้น ระบบต่างๆเหล่านี้อยู่ในร่างกายของ สิ่งมีชีวิต(organism) สิ่งมีชีวิตจะดำรงชีวิตอยู่ได้อย่างสมดุงต้องมีการทำงานที่สอดคล้องกันของทุกระบบ เช่น การจำจัดของเสียหรือสิ่งแปลกปลอมออกจากร่างกายในรูปของ น้ำปัสสาวะ(urine) จะต้องมีอวัยวะต่างๆประกอบด้วย ไต หลอดไต กระเพาะปัสสาวะ และท่อปัสสาวะ ทำงานร่วมกัน เป็นต้น
กลไกการรักษาดุลยภาพ

นักกีฬาที่ออกกำลังการกลางแจ้งหรือแข่งขันกีฬาเป็นเวลานานย่อมมีการสูญเสียเหงื่อมาก ทำให้มีการเสียเกลือแร่ออกไปพร้อมกับเหงื่อด้วย นักกีฬาจึงต้องดื่มเกลือแร่เพื่อชดเชยเกลือแร่ที่เยไปพร้อมกลับเหงื่อ ทั้งนี้เพราะสิ่งมีชีวิตต้องรักษาสภาพของสิ่งสำคัญภายในเซลล์ เช่น น้ำ เกลือแร่ อุณหภูมิ สภาพความเป็นกรด-เบส ให้อยู่ในสภาพที่คงที่ ไม่เปลี่ยนแปลงไปจากปกติ เพราะถ้ามีการเปลี่ยนแปลงไปก็จะก่อให้เกิดอันตรายขึ้นได้ ซึ่งเป็นการรักษาดุลยภาพของร่างกายนั่นเอง
การรักษาดุลยภาพของน้ำในพืช
การคายน้ำจะทำให้พืชสูญเสียน้ำออกจากเซลล์ และเพื่อไม่ให้มีผลกระทบต่อกระบวนการต่างๆ ภายในเซลล์รากพืชจึงดูดน้ำขึ้นมาแทนตลอดเวลา ดั้งนั้นกลไกสำคัญในการรักษาดุลยภาพของน้ำในพืช คือการควบคุมสมดุลระหว่างการคายน้ำผ่านทางปากใบและการดูดน้ำของราก พืชจะสูญเสียน้ำออกทางปากใบได้มากส่วนพืชที่มีใบน้อยหรือไม่มีใบจะมีการสูญเสียน้ำออกทางปากใบน้อยกว่า การเปิด-ปิดของปากใบจึงเป็นกลไกสำคัญที่พืชใช้ในการควบคุมปริมาณน้ำภายในพืช พืชทั่วไปจะเปิดปากใบในเวลากลางวันและปิดปากใบในเวลากลางคืน แต่การเปิด-ปิดปากใบจะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง เช่น ความเข้มของแสง อุณหภูมิ ความชื้น เป็นต้น การเปิด-ปิดปากใบ จึงเป็นวิธีการหนึ่งที่พืชใช้ในการรักษาสมดุลยภาพของน้ำเพื่อให้ปริมาณน้ำพืชอยู่ในระดับที่เหมาะสม


ภาพแสดงการเปิด-ปิดปากใบของพืช


การรักษาดุลภาพของน้ำและแร่ธาตุในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว
พารามีเซียม เป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่อาศัยอยู่ในน้ำจืด น้ำรอบๆ เซลล์จะออสโมซิสเข้าสู่ภายในเซลล์ เพราะสารละลายภายในเซลล์ของพารามีเซียม จัดเป็นสารละลายไฮเพอร์โทนิคต่อน้ำภายนอกเซลล์ พารามีเซียมมีกลไกในการรักษาสมดุลยภาพของน้ำภายในเซลล์โดยมีโครงสร้างภายในเซลล์ที่เรียกว่า คอนแทร็กไทล์ แวคิวโอล(contractile vacuole) ซึ่งมีรูปร่ายคล้ายรูปดาว ทำหน้าที่รวบรวมน้ำส่วนเกินและของเสียต่างๆภายในเซลล์ โยใช้ส่วนที่คล้ายแสกดาวเป็นช่องทางดึงน้ำในเซลล์เข้าสู่คอนแทร็กไทล์แวคิวโอลซึ่งหลังจากรับน้ำและของเสียจนเต็มก็จะปล่อยออกสู่ภายนอกเซลล์


ภาพพารามีเซียมแสดงคอนแทร็กไทล์แวคิวโอล


เซลล์ของสิ่งมีชีวิตนอกจากต้องรักษาปริมาณน้ำภายในเซลล์ให้เหมาะสมแล้ว ยังต้องรักษาปริมาณแร่ธาตุต่างๆ ให้เหมาะสมอีกด้วย เพราะแร่ธาตุเหล่านั้น มีความจำเป็นต่อกระบวนการต่างๆภายในเซลล์
การรักษาดุลยภาพของน้ำและแร่ธาตุในสัตว์ต่างๆ
ปลาเป็นสัตว์มีกระดูกสันหลัง ที่มีไต 2 ข้าง ทำหน้าที่ขับถ่ายของเสียและน้ำออกจากร่างกาย
ปลาน้ำจืดจะมีสารละลายในเซลล์เป็นสารละลายไฮเพอร์โทนิค เมื่อเทียบกับน้ำภายนอกตัวปลา น้ำจึงออสโมซิสเข้าสู่ตัวปลาโดยผ่านทางเซลล์ที่บริเวณเหงือก ถึงแม้ปลาจะกินน้ำน้อยแต่เมื่อปลากินอาหาร น้ำก็จะตามเข้าทางปากด้วย แต่น้ำจะไม่ผ่านทางผิวหนังหรือเกร็ดของปลา จะเห็นได้ว่าปลาน้ำจืดจะรับน้ำเข้าสู่ตัวปลามากเกินไป ปลาจึงต้องมีกลไกการขับน้ำออก โดยไตมีหน้าที่ควบคุมปริมาณน้ำและเกลือแร่ให้เหมาะสม จึงเห็นได้ว่าปลาน้ำจืดต้องขับน้ำออกมามากและบ่อย แต่ปลาน้ำจืดก็ไม่ขาดแร่ธาตุ เพราะปลาได้รับแร่ธาตุส่วนหนึ่งมาจากอาหาร นอกจากนี้เหงือกของปลาน้ำจืดยังมีเซลล์พิเศษช่วยในการดูดซึมแร่ธาตุจำเป็นกลับสู่ตัวปลาอีกทางหนึ่งด้วย


ภาพแสดงการควบคุมสมดุลของน้ำและแร่ธาตุในปลาน้ำจืด


ส่วนปลาทะเลอยู่ในน้ำเค็มซึ่งมีปริมาณแร่ธาตุในน้ำสูง ดังนั้นสารละลายในเซลล์ตัวปลาจึงต้องจัดเป็นสารละลายไฮโพโทนิคเมื่อเทียบกับน้ำทะเล ทำให้น้ำในเซลล์ตัวปลาออสโมซิสออกสู่ภายนอก นอกจากนั้นปลาทะเลยังรับแร่ธาตุจากน้ำทะเลยเข้าสู่ตัวปลามากเกินไปอีกด้วย แร่ธาตุที่ละลายอยู่ในน้ำทะเลจะมาสามารถผ่านเข้าทางหนังและเกล็ดปลาได้ แต่ปลาทะเลยังได้รับแร่ธาตุพร้อมกับน้ำผ่านทางเหงือก ดังนั้นเหงือกของปลาทะเลจึงมีกลุ่มเซลล์ที่ขับแร่ธาตุส่วนเกินออกจากร่างกาย น้ำที่ปลากินเข้าไปจะถูกดูดซึมเข้าสู่ร่างกาย ส่วนแร่ธาตที่รับเข้าไปมากจะเข้าสู่ระบบทางเดินอาหารและถูกกำจัดออกทางทวารหนัก


ภาพแสดงการควบคุมสมดุลของน้ำและแร่ธาตุในปลาน้ำเค็ม

สัตว์ทะเลอื่นๆ เช่น เต่าทะเล และนกทะเล ซึ่งกินอาหารขากทะเล ทำให้ปริมาณเกลือในร่างกายมากเกินความจำเป็น แต่สัตว์เหล่านี้มีอวัยวะพิเศษสำหรับขับเกลือที่มากเกินไปออกจากร่างกายในรูปน้ำเกลือเข้มข้น อวัยวะดังกล่าอยู่บริเวณหัว เช่น ต่อมนาซัล และรูจมูกของนกทะเล


ภาพแสดงต่อมนาซัลของนกทะเล




การรักษาสมดุลยภาพของน้ำและแร่ธาตุในร่างกายคน
ร่างกายของคนมีน้ำเป็นองค์ประกอบประมาณร้อยละ 65-70 น้ำที่อยู่ในร่างกายทั้งที่อยู่ในเซลล์และหล่อเลี้ยงอยู่นอกเซลล์ ทำหน้าที่ช่วยปรับอุณหภูมิของร่างกาย ช่วยลำเลียงแก๊สและสารอาหาร รวมทั้งของเสียที่ผ่านเข้าออกจากเซลล์ น้ำในร่างกายจะมีการหมุนเวียนเข้าและถ่ายเทออกจากร่างกายยู่ตลอดเวลา ดังนั้นเราควรดื่มน้ำให้พอเพียงอย่างน้อยวันละ 2.4 ลิตร เพื่อทดแทนน้ำที่สูญเสียไปในการขับถ่ายของเหลว การสูญเสียน้ำจะขึ้นกับอุณหภูมิและความชื้นในอากาศด้วย


ปริมาณน้ำเฉลี่ยที่รับเข้าและขับออกจากร่างกายผู้ใหญ่ใน 1 วัน
การรักษาดุลยภาพของกรด-เบส ในร่ายกายคน
กระบวนการต่างๆ ในร่างกายเราล้วนเป็นปฏิกิริยาเคมีซึ่งถูกควบคุมโดยเอนไซม์จำนวนมากมายหลายชนิดเอนไซม์แต่ละชนิดอาจทำงานได้ดีในสภาวะแวดล้อมแตกต่างกัน จะเห็นได้จากการอัตราการทำงานของเอนไซม์ ทริปซิน(trypsin) ซึ่งทำหน้าที่ย่อยสลายโปรตีนในกระเพาะอาหาร พบว่าระดับความเป็นกรด-เบส(pH) มีผลต่อการทำงานของเอนไซม์ชนิดนี้


กราฟแสดงอัตราการทำงานของเอนไซม์ทริปซินที่ pH ระดับต่างๆ


การรักษาดุลยภาพของอุณหภูมิในร่างกาย
การทำงานของเอนไซม์ในร่างกาย ขึ้นกับสภาพความเป็นกรด-เบส นอกจากนี้ยังมีปัจจัยสำคัญอีกอย่างหนึ่งที่ส่งผลต่อการทำงานของเอนไซม์ นั่นก็คือ อุณหภูมิ

การป้องกันและกำจัดเชื้อโรคของร่างกาย

การป้องกันและกำจัดเชื้อโรคของร่างกาย

โดยปกติแล้วร่างกายของคนเรา มีกลไกในการป้องกันและกำจัดเชื้อโรคอยู่ตามธรรมชาติ ซึ่งเปรียบเสมือนกับกำแพงเมือง ด่าน หรือป้อมปราการที่สร้างไว้สำหรับเป็นเครื่องกีดขว้าง สกัดกั้นหรือดักจับทำลายเชื้อโรค เพื่อไม่ให้เข้าไปทำอันตรายเซลล์ เนื้อเยื่อ หรืออวัยวะที่ทำหน้าที่สำคัญๆ ภายในร่างกายจนเกิดเป็นโรคร้ายแรงได้ ด่านหรืออวัยวะที่ช่วยป้องกันและกำจัดเชื้อโรคโดยอัตโนมัตินั้นมีอยู่ทั้งหมด 3 ด่านด้วยกันคือ

ด่านที่ 1: ผิวหนัง

ผิวหนังมีแนวป้องกัน คือ สารเคมีที่เซลล์ผิวหนังสร้างขึ้นแล้วขับออกมาทางรูเปิดของขุมขนและรูเปิดของต่อมต่างๆ เช่น เหงื่อ น้ำมัน น้ำมูก น้ำตา เป็นต้น ซึ่งสารเหล่านี้มีเกลือปนอยู่ หรือมีสภาพเป็นกรดอ่อนๆ ถึงแม้ว่าสารเหล่านี้จะไม่มีฤทธิ์หรือไม่สามารถทำลายเชื้อโรคที่สัมผัสได้ แต่ก็สามารถช่วยซะล้างหรือกำจัดเชื้อโรคให้หลุดออกไปได้


ภาพแสดงลักษณะและส่วนประกอบของผิวหนังตัดตามขวาง

ด่านที่ 2: แนวป้องกันโดยทั่วไป

ถึงร่างกายจะมีกำแพงป้องกันที่แข็งแรงหนาแน่นเพียงใด แต่เชื้อโรคก็สามารถที่จะเล็ดลอดเข้าสู่ร่างกายและทำอันตรายต่อเซลล์ภายในได้ ทั้งนี้อาจเกิดขึ้นจากความรุนแรงของเชื้อโรคเอง หรือสภาวะร่างกายอ่อนแอ ตลอดจนการมีบาดแผลเกิดขึ้นกับส่วนใดส่วนหนึ่งของร่างกาย เชื้อโรคเหล่านี้ก็จะสามารถฝ่าแนวป้องกันด่านแรกเข้าไปภายในร่างกายและทำอันตรายต่อเซลล์ได้ เซลล์ที่ได้รับอันตรายจะได้ขับสารเคมีเพื่อส่งสัญญาณไปกระตุ้นกระบวนการตอบสนองที่ทำให้เกิดอาการอักเสบ(inflammation) ขึ้น และกระบวนการอักเสบนี้เอง ที่จะทำหน้าที่เป็นเสมือนด่านสกัดกั้นชั้นที่สองของร่างกายที่จะช่วยป้องกันและต่อต้านเชื้อโรคทุกชนิดโดยไม่เฉพาะเจาะจง จึงเรียกด่านที่สองนี้ว่าเป็น แนวป้องกันโดยทั่วไปของร่างกาย ในกระบวนการอักเสบนี้ ร่างกายจะขับของเหลวและเซลล์เม็ดเลือดขาวทำหน้าที่กำจัดเชื้อโรค เซลล์เม็ดเลือดขาวมีหลายรูปแบบที่รวมกันเรียกว่า ฟาโกไซต์(phagocyte) สามารถออกจากหลอดเลือดเข้าสู่เนื้อเยื่อบริเวณใกล้ๆนั้น แล้วเซลล์ฟาโกไซต์แต่ละเซลล์ก็จะโอบรอบเชื้อโรคเพื่อไม่ให้เชื้อโรคแพร่กระจายไปยังบริเวณอื่นๆ จากนั้นก็ทำรายเชื้อโรคต่อไป


ภาพแสดงกระบวนการกำจัดเชื้อโรคของเซลล์เม็ดเลือดขาวพวกฟาโกไซต์

ด่านที่3 : ระบบภูมิคุ้มกัน

เมื้อเชื้อโรคสามารถผ่านด่านที่สองได้แล้ว จะมีการกระตุ้นหน่วยป้องกันพิเศษ ไม่ว่าสิ่งแปลกปลอมที่เข้ามาจะทำให้เกดอาการเป็นไข้หรือไม่ก็ตาม ก็จะมีการตอบสนองแบบจำเพาะนี้เสมอ ซึ่งเป็นการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันเฉพาะโรคหนึ่งโรคใดที่เคยสัมผัสเท่านั้น เชื้อโรคบางชนิดจะมีโมเลกุลประจำเซลล์เรียกว่า แอนติเจน(antigen) ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารพวกโปรตีน เมื่อเข้าสู่ร่างกายคน เซลล์เม็ดเลือดขาวที่เรียกว่า ฟาโกไซต์ จะเข้าจับกินเชื้อโรคนั้น ทำให้แอนติเจนของเชื้อโรคปรากฏอยู่บนผิวของฟาโกไซต์และไปกระตุ้นเซลล์เดเลือดขาวกลุ่ม ลิมโฟไซต์(lymphocyte) ชนิดเซลล์ที (T cell) ให้จำแนกแอนติเจนนี้ แล้วส่งสัญญาณต่อไปยัง เซลล์บี(B cell) ทำให้เซลล์บีมีการแบ่งเซลล์ส่วนหนึ่งพัฒนาเป็น เซลล์เม็ดเลือดขาวอีกชนิด คือ เซลล์พลาสมา(plasma cell) ซึ่งจะทำหน้าที่สร้าง แอนติบอดี(antibody) ไปจับกับแอนติเจนบนผิวเซลล์ของเชื้อโรคทำให้เชื้อโรคนั้นหมดฤทธิ์และถูกเม็ดเลือดขาวจับกินทำลายได้ง่ายขึ้น

อ่านเพิ่มเติ่ม

การเเพร่

กระบวนการแพร่ของสาร
พืชได้แร่ธาตุอาหารจากดินในรูปของสารละลาย ซึ่งอนุภาคของแร่ธาตุจะแพร่กระจายจากบริเวณที่มีอนุภาคจำนวนมากไปสู่บริเวณที่มีอนุภาคของแร่ธาตุน้อยกว่า ทำให้ความเข้มข้นของสารละลายเท่ากันทั่วบริเวณนั้น การเคลื่อนที่ของอนุภาคแร่ธาตุในลักษณะนี้เรียกว่า "การแพร่" สำหรับแร่ธาตุในดินจะแพร่เข้าสู่เซลล์ขนรากได้ก็ต่อเมื่อความเข้มข้นของแร่ธาตุในดินมีมากกว่าภายในเซลล์ขนราก
หลักการแพร่ของสาร
การแพร่ของสาร (Diffusion) หมายถึง การเคลื่อนที่หรือการกระจายของโมเลกุลของสารจากบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารมาก (มีจำนวนโมเลกุลของสารมาก) ไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารน้อย (มีจำนวนโมเลกุลของสารน้อย) โดยอาจผ่านเยื่อเลือกผ่าน หรือไม่ผ่านเยื่อเลือกผ่านก็ได้
การแพร่ของแก๊สเข้า - ออกจากราก
แก๊สออกซิเจน (O2) ที่อยู่ตามช่องว่างระหว่างอนุภาคดินจะแพร่เข้าสู่เซลล์ขนราก แล้วแพร่กระจายไปยังเซลล์ข้างเคียงต่อ ๆ กันไป ทั้งนี้เซลล์จะใช้แก๊สออกซิเจนในกระบวนการทางเคมีของเซลล์เพื่อสลายอาหารให้กลายเป็นพลังงาน และปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ออกมาจากเซลล์ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมานี้จะแพร่ออกในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางการแพร่ของแก๊สออกซิเจน
ปัจจัยควบคุมอัตราการแพร่ของสาร
1) ความเข้มข้นของสาร ถ้าความเข้มข้นของสารระหว่างสองบริเวณมีค่าต่างกันมาก การแพร่จะเกิดขึ้นเร็ว โดยสารจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงจะแพร่ไปสู่บริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ
2) อุณหภูมิ ถ้าอุณหภูมิสูง การแพร่ของสารจจะเป็นไปอย่างรวดเร็ว เพราะอนุภาคของสารมีพลังงานจลน์สูง
3) ขนาดอนุภาคของสาร สารที่มีขนาดอนุภาคเล็กและมีน้ำหนักเบาจะแพร่ได้เร็วกว่าสารที่มีขนาดใหญ่และมีน้ำหนักมาก
4) ความสามารถในการละลายของสาร ถ้าสารที่แพร่สามารถละลายได้ดีจะมีอัตราการแพร่สูง
นอกจากนี้ยังพบว่า อัตราการแพร่ของสารขึ้นอยู่กับความดันและสิ่งเจือปนที่เป็นอุปสรรคต่อการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของสารด้วย ทั้งนี้กระบวนการแพร่ของสารจะหยุดลงเมื่อทุกบริเวณมีความเข้มข้นของสารเท่ากัน (แต่อนุภาคของสารยังเคลื่อนที่อยู่ด้วยความเข้มข้นเท่ากัน)
กระบวนการออสโมซิส น้ำในดินเคลื่อนที่เข้าสู่ขนรากของพืชได้โดยวิธีออสโมซิสเนื่องจากมีน้ำในดินมากกว่าในเซลล์ขนราก น้ำในดินจึงเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์ขนราก ซึ่งทำหน้าที่เป็นเยื่อเลือกผ่านเข้าสู่เซลล์ขนราก จากนั้นน้ำจะถูกลำเลียงจากเซลล์ขนรากไปสู่เซลล์รากที่ติดกันไปจนถึงท่อลำเลียงน้ำ คือ ท่อไซเล็ม ดดยกระบวนการออสโมซิสเช่นเดียวกัน
หลักการออสโมซิส
ออสโมซิส (Osmosis) หมายถึง การเคลื่อนที่ของโมเลกุลของน้ำจากบริเวณที่มีความเข้มข้นของน้ำมาก (มีจำนวนโมเลกุลของน้ำมาก) ไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นของน้ำน้อย (มีจำนวนโมเลกุลของน้ำน้อย) โดยผ่านเยื่อกั้นบาง ๆ ซึ่งจะทำหน้าที่เป็น เยื่อเลือกผ่าน (Semi - permeable membrane)
เยื่อเลือกผ่าน คือ เยื่อบาง ๆ ที่ยอมให้สารบางอย่างผ่านได้แต่สารบางอย่างผ่านไม่ได้ ตัวอย่างเช่น เยื่อหุ้มเซลล์ที่ทำหน้าที่เป็นเยื่อเลือกผ่าน
ปัจจัยที่มีผลต่อการดูดน้ำของราก
1) ปริมาณน้ำในดิน ดินที่มีปริมาณน้ำมากจะทำให้สารละลายในเซลล์รากอัตราการดูดน้ำของรากจะมีค่าสูง รากจึงดูดน้ำได้มาก ในสภาพน้ำท่วมขัง ปริมาณน้ำที่มากเกินไปจะทำให้รากพืชไม่ได้รรับออกซิเจน ถ้าอยู่ในสภาพนี้เป็นเวลานานพืชอาจตายได้
2) ความเข้มข้นของสารละลายในดิน ในดินที่มีแร่ธาตุปริมาณมาก จะทำให้ความเข้มข้นของสารละลายในดินสูงกว่าความเข้มข้นของสารละลายภายในเซลล์ราก น้ำในเซลล์รากจะแพร่ออกจากรากไปสู่ดิน เมื่อเกิดต่อเนื่องเป็นเวลานานพืชจะขาดน้ำและตาย
3) อุณหภูมิของดิน อุณหภูมิที่เหมาะต่อการดูดน้ำของพืชอยู่ระหว่าง 20-30 องศาเซลเซียส ถ้าอุณหภูมิสูงเกินไป ปากใบจะปิดเพื่อลดการคายน้ำ ทำให้การดูดน้ำลดลงตามไปด้วย เพราะการคายน้ำจะทำให้เกิดแรงดึงน้ำจากรากขึ้นไปสู่ยอด คือ เมื่อมีการคายน้ำออก รากพืชก็จะดูดน้ำขึ้นมาทดแทนน้ำที่คายออกไป
4) การถ่ายเทอากาศในดิน ในดินที่มีอากาศถ่ายเทได้ดีจะทำให้พืชได้รับแก๊สออกซิเจนเพียงพอกับความต้องการกระบวนการต่าง ๆ สามารถดำเนินไปได้ด้วยดี และการดูดน้ำของรากก็จะเกิดในอัตราที่สูงด้วย
กระบวนการแอคทีฟทรานสปอร์ต
ในกรณีที่ปริมาณแร่ธาตุในดินมีมากกว่าในเซลล์ขนรากแร่ธาตุจะเคลื่อนเข้าสู่ภายในเซลล์ขนรากด้วยกระบวนการแพร่ในทางตรงช้าม ถ้าปริมาณแร่ธาตุในดินมีน้อยกว่าในเซลล์ขนราก แร่ธาตุจากดินยังสามารถแพร่เข้าสู่ภายในเซลล์ขนรากได้ตลอดเวลา ลักษณะเช่นนี้เรียกว่า แอคทีฟทรานสปอร์ต ซึ่งต้องใช้พลังงานจากเซลล์ขนรากช่วยในการแพร่
ดังนั้น แอคทีฟทรานสปอร์ต (Active transport) จึงหมายถึงการเคลื่อนที่ของอนุภาคสารจากบริเวณที่มีความเข้มข้นของอนุภาคน้อยกว่าผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ไปสู่บริเวณที่มีความเข้มข้นของอนุภาคมากกว่า โดยอาศัยพลังงงานของเซลล์ช่วยในการแพร่
แร่ธาตุที่พืชต้องการ ได้แก่ ไนเตรท ฟอสเฟต โพแทสเซียมและแมกนีเซียม ถ้าพืชขาดไนเตรทจะทำให้เติบโตช้า ใบเหลืองซีดขาดฟอสเฟตลำต้นจะแคระแกร็น ใบเล็ก ขาดโพแทสเซียม ลำต้นจะแคระแกร็น เจริญเติบโตช้า ขาดแมกนีเซียมจะทำให้ใบมีสีเหลืองซีด หลุดร่วงง่าย เป็นต้น