ปากใบ

ใบไม้ต้องรับ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) เข้าไปเพื่อสร้างน้ำตาล แต่เซลล์ที่รับคาร์บอนไดออกไซด์เข้าไปนั้นเปียกอยู่ พื้นผิวที่เปียกและเปิดสู่อากาศจะสูญเสียน้ำ ใบไม้แก้ปัญหานี้ด้วย ปากใบ (เอกพจน์: ปากใบหนึ่งช่อง) ซึ่งเป็นรูเล็ก ๆ บนผิวใบ โดยมักมีอยู่มากบริเวณด้านล่างของใบ ใบไม้ทั่วไปมีปากใบตั้งแต่หลายสิบถึงหลายร้อยช่องต่อตารางมิลลิเมตร

ปากใบแต่ละช่องมี เซลล์คุม สองเซลล์ล้อมรอบ เมื่อเซลล์คุมรับไอออนและน้ำด้วยออสโมซิส เซลล์จะพองและโค้งแยกออกจากกัน ทำให้รู เปิด เมื่อสูญเสียน้ำ เซลล์จะเหี่ยวและรูจะ ปิด สัญญาณสำคัญมีดังนี้:

• แสง (โดยเฉพาะแสงสีน้ำเงิน) ทำให้ปากใบเปิด เพื่อให้มี CO₂ พร้อมใช้ขณะที่เกิดการสังเคราะห์ด้วยแสง
• CO₂ ภายในใบมีความเข้มข้นต่ำ ทำให้ปากใบเปิด
• ภาวะขาดน้ำ ทำให้รากและใบปล่อยฮอร์โมน กรดแอบไซซิก (ABA) ซึ่งทำให้เซลล์คุมสูญเสียน้ำและทำให้รู ปิด

แก๊สเคลื่อนผ่านปากใบที่เปิดอยู่ด้วย การแพร่ จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ (กฎของฟิก) แก๊สทั้งสองชนิดใช้ รูเดียวกัน:

• CO₂ เข้า อากาศภายนอกมี CO₂ เพียงประมาณ 0.04% ดังนั้นความแตกต่างของความเข้มข้นที่ทำให้ CO₂ เคลื่อนเข้าใบจึงมีน้อย
• ไอน้ำออก อากาศภายในใบเกือบอิ่มตัวด้วยไอน้ำ แต่อากาศภายนอกมักแห้งกว่า ดังนั้นความแตกต่างของความเข้มข้นที่ทำให้ไอน้ำเคลื่อนออกจึง มากกว่ามาก

อัตราการเคลื่อนที่ของแก๊สทั้งสองชนิดแปรผันตามขนาดช่องเปิดของปากใบ หรือ การนำของปากใบ g_s นี่คือการแลกเปลี่ยนที่ต้องยอมรับ: ปากใบที่เปิดกว้างขึ้นหมายถึงการได้คาร์บอนมากขึ้น และ การสูญเสียน้ำมากขึ้น เมื่อใบไม้ตรึง CO₂ ได้หนึ่งโมเลกุล ใบไม้จะสูญเสียน้ำ หลายร้อยโมเลกุล โดยรวมแล้ว ประมาณ 95% หรือมากกว่าของน้ำที่พืชดูดขึ้นมา จะสูญเสียไปทางการคายน้ำ และมีเพียงส่วนน้อยที่เหลืออยู่ในพืชหรือถูกใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสง

ต้นไม้ขนาดใหญ่สามารถคายน้ำได้มาก ขึ้นอยู่กับชนิด ขนาด พื้นที่ใบ และสภาพอากาศ ต้นไม้ใหญ่หนึ่งต้นอาจสูญเสียน้ำตั้งแต่หลายสิบลิตรไปจนถึงหลายร้อยลิตรในวันที่ร้อนและแห้ง

ในช่วงบ่ายที่ร้อนและแห้ง อากาศมีความชื้นต่ำมาก ดังนั้นช่องเปิดของปากใบแต่ละช่องจึงสูญเสียน้ำเร็วขึ้น ต้นไม้ที่มีน้ำในดินมากสามารถเปิดปากใบได้นานกว่า ส่วนต้นไม้ที่อยู่ในภาวะ ภัยแล้ง จะปิดปากใบเร็วขึ้น วิธีนี้ช่วยปกป้องคอลัมน์น้ำจากคาวิเทชัน (บทเรียนที่ 4) แต่ การสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดลง และต้นไม้จะเติบโตน้อยลงในฤดูนั้น นี่จึงเป็นเหตุผลที่ฤดูร้อนแห้งแล้งทำให้เกิด วงปีแคบ (โลกที่ 2)

ดังนั้นพืชหลายชนิดจึงปรับตัวในแต่ละวัน โดยเปิดปากใบในช่วงเช้าที่อากาศเย็นและชื้น แล้วปิดปากใบบางส่วนในช่วงบ่ายที่ร้อน พืชทะเลทรายบางชนิด (เช่น กระบองเพชร) ใช้วิธีที่ต่างออกไป โดยเปิดปากใบใน ตอนกลางคืน และเก็บ CO₂ ไว้ใช้ในตอนกลางวัน