โครงสร้างและหน้าที่ของราก
1. การแบ่งบริเวณของราก
เนื่องจากรากถือได้ว่าเป็นอวัยวะหนึ่งของพืชจึงประกอบด้วยเนื้อเยื่อชนิดต่าง ๆ ดังภาพที่ 2-1
ภาพที่ 2-1 แสดงบริเวณต่าง ๆ ของปลายรากพืชใบเลี้ยงเดี่ยวตัดตามยาว
(สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, 2548 หน้า 7)
โครงสร้างภายในของรากนับจากปลายสุดของรากขึ้นไป แบ่งเป็นบริเวณต่าง ๆ ได้ดังต่อไปนี้
1.1 บริเวณหมวกราก (Root cap) ประกอบด้วยเซลล์ พาเรงคิมา หลายชั้นที่ปกคลุมเนื้อเยื่อเจริญที่ปลายรากที่อ่อนแอไว้ เซลล์ในบริเวณนี้มีอายุสั้น เนื่องจากเป็นบริเวณที่มีการฉีกขาดอยู่เสมอ เพราะส่วนนี้จะยาวออกไปและชอนไชลึกลงไปในดินเซลล์เรียงตัวกันอย่างหลวม ๆ
ส่วนใหญ่รากพืชจะมีหมวกราก ซึ่งเป็นโครงสร้างที่สำคัญในการเบิกนำส่วนอื่น ๆ ของรากลงไปในดิน เป็นการป้องกันส่วนอื่น ๆ ของรากไม่ให้เป็นอันตรายในการไชลงดิน เซลล์บริเวณหมวกรากจะหลั่งเมือกลื่น (Mucilage) ออกมา สำหรับให้ปลายรากแทงลงไปในดินได้ง่ายขึ้น
1.2 บริเวณเซลล์แบ่งตัว (Region of cell division) อยู่ถัดจากบริเวณหมวกรากขึ้นไป ประกอบด้วยเซลล์ของเนื้อเยื่อเจริญบริเวณปลายราก (Apical meristem) ที่ได้กล่าวไว้ในเรื่องเนื้อเยื่อเจริญ เซลล์มีขนาดเล็ก มีผนังเซลล์บาง ในแต่ละเซลล์มี โพรโทพลาซึม เข้มข้นและมีปริมาณมากเป็นบริเวณที่มีการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส (Mitosis) บางเซลล์ที่แบ่งได้จะทำหน้าที่แทนเซลล์หมวกรากที่ตายไปก่อนบางส่วนจะยืดตัวยาวขึ้นแล้วอยู่ในบริเวณเซลล์ยืดตัวที่เป็นส่วนที่อยู่สูงขึ้นไป
1.3 บริเวณเซลล์ยืดตัวตามยาว (Region of cell elongation) ประกอบด้วยเซลล์ที่มีรูปร่างยาว ซึ่งเกิดมาจากเซลล์ของเนื้อเยื่อเจริญที่แบ่งตัวแล้ว อยู่ในบริเวณที่สูงกว่าบริเวณเนื้อเยื่อเจริญ การที่เซลล์ขยายตัวตามยาวทำให้รากยาวเพิ่มขึ้น
1.4 บริเวณเซลล์เจริญเติบโตเต็มที่ (Region of maturation) อยู่สูงถัดจากบริเวณเซลล์ยืดตัวขึ้นมา เซลล์ในบริเวณนี้เจริญเติบโตเต็มที่แล้วมีการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเนื้อเยื่อถาวรชนิดต่าง ๆ
ในบริเวณนี้มีเซลล์ขนราก (Root hair cell) เป็นเซลล์เดี่ยวที่มีขนรากเป็นส่วนหนึ่งของผนังเซลล์ยื่นออกไปเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวในการดูดซึมน้ำและแร่ธาตุ เซลล์ขนรากเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ เอพิเดอร์มิส บางเซลล์ เซลล์ขนรากจะมีอยู่เฉพาะบริเวณนี้เท่านั้นเซลล์ขนรากมีอายุประมาณไม่เกิน 7-8 วัน แล้วจะเหี่ยวแห้งตายไป แต่ขนรากในบริเวณเดิมจะมีเซลล์ใหม่สร้างเซลล์ขนรากขึ้นมาแทนที่ เนื้อเยื่อที่อยู่บริเวณนี้เริ่มมีการเปลี่ยนแปลงเพื่อเจริญไปเป็นเนื้อเยื่อถาวรชนิดต่าง ๆ ต่อไป
เซลล์บริเวณขนราก เป็นเซลล์ที่เริ่มแก่ตัวแล้วเจริญไปเป็นเนื้อเยื่อถาวรชนิดเนื้อเยื่อถาวรขั้นต้น (Primary permanent tissue) บริเวณขนรากประกอบด้วยเนื้อเยื่อ 3 ชนิดคือ เอพิเดอร์มิส (Epidermis) คอร์เทกซ์ (Cortex) และสตีล (Stele)
2. โครงสร้างภายในของราก
เนื้อเยื่อของรากพืชใบเลี้ยงคู่และใบเลี้ยงเดี่ยว เมื่อตัดตามขวางแล้วนำไปส่องดูด้วยกล้องจุลทรรศน์ พบว่ามีการเรียงตัวของเนื้อเยื่อเป็นชั้น ๆ เรียงจากด้านนอกเข้าสู่ด้านใน ดังนี้
ภาพที่ 2-2 แสดงรากตัดตามขวางแสดงการเจริญเติบโตขั้นแรก
ก. รากพืชใบเลี้ยงคู่ (ถั่วเขียว) ข. รากพืชใบเลี้ยงเดี่ยว (ข้าวโพด)
ค. รากพืชใบเลี้ยงคู่ขยาย (ถั่วเขียว) ง. รากพืชใบเลี้ยงเดี่ยวขยาย (ข้าวโพด)
(สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, 2548, หน้า 10)
2.1. เอพิเดอร์มิส (Epidermis) เป็นเนื้อเยื่อที่อยู่ชั้นนอกสุดมีการเรียงตัวของเซลล์เพียงชั้นเดียว แต่เรียงชิดกัน เซลล์มีผนังบางไม่มีคลอโรพลาสต์ มีแวคิวโอลขนาดใหญ่ บางเซลล์เปลี่ยนไปเป็นเซลล์ขนราก เอพิเดอร์มิส มีหน้าที่ป้องกันอันตรายให้แก่เนื้อเยื่อที่อยู่ภายในขนรากของเอพิเดอร์มิส ช่วยดูดน้ำและแร่ธาตุ และป้องกันไม่ให้น้ำเข้ารากมากเกินไป
ภาพที่ 2-3 แสดง ขนรากเป็นเซลล์ ที่เปลี่ยนมาจากเอพิเดอร์มิส (Koning, R.E., 1994)
ที่มา : http://plantphys.info/Plant_Biology/roots.html
2.2 คอร์เทกซ์ (Cortex) อยู่ระหว่างชั้น เอพิเดอร์มิส และสตีล เนื้อเยื่อส่วนนี้ประกอบด้วยเซลล์ พาเรงคิมา เป็นส่วนใหญ่ เซลล์เหล่านี้มีผนังบางอ่อนนุ่ม อมน้ำได้ดี เซลล์พาเรงคิมา ทำหน้าที่สะสมน้ำและอาหารประเภทคาร์โบไฮเดรต ชั้นในสุดของคอร์เทกซ์ คือ เอนโดเดอร์มิส
2.3 เอนโดเดอร์มิส (Endodermis) เป็นเซลล์แถวเดียวกันเหมือนกับเอพิเดอร์มิส เอนโดเดอร์มิสจะเห็นได้ชัดเจนในรากของพืชใบเลี้ยงเดี่ยว เซลล์ชั้นนี้เมื่อมีอายุมากขึ้นจะมีสารซูเบอลิน (Suberin) หรือ ลิกนิน (Lignin) มาเคลือบทำให้ผนังหนาขึ้น ทำให้เป็นแถบหรือปลอกอยู่ เซลล์แถบหนาดังกล่าว เรียกว่า แคสพาเรียนสตริป (Casparian strip)
ภาพที่ 2-4 แสดงแคสพาเรียนสตริป (Casparian strip) ที่เซลล์ของเอนโดเดอร์มิส(Cocks, M., No Date)
ที่มา : http://www.bcb.uwc.ac.za/ecotree/root/rootA.htm
สำหรับแคสพาเรียนสตริปนี้ น้ำและอาหารไม่สามารถผ่านเข้าออกได้โดยสะดวก ช่วงนี้จะอยู่ในบริเวณที่มีขนราก บางทฤษฎีอธิบายว่า การลำเลียงน้ำและแร่ธาตุสามารถผ่านเซลล์บางเซลล์ที่อยู่ในชั้น เอนโดเดอร์มิสได้ เซลล์เหล่านี้มีผนังบาง เรียกว่า พาสเซจเซลล์ (Passage cell) และพาสเซจเซลล์นี้จะอยู่ตรงกับแนวของท่อไซเลม
2.4 สตีล (Stele) เป็นชั้นที่อยู่ถัดจากชั้น เอนโดเดอร์มิส เข้าไปในราก สตีลจะแคบกว่า
คอร์เทกซ์ สตีล ประกอบด้วยชั้นต่าง ๆ คือ
2.4.1 เพริไซเคิล (Pericycle) ประกอบด้วยเซลล์ พาเรงคิมา เป็นส่วนใหญ่เซลล์เรียงตัแถวเดียว แต่อาจมีมากกว่าแถวเดียวก็ได้ ชั้นนี้อยู่ด้านนอกสุดของสตีล เพริไซเคิล พบเฉพาะในรากเท่านั้น และเห็นชัดเจนในรากพืชใบเลี้ยงคู่ เพริไซเคิล เป็นส่วนที่ให้กำเนิดรากแขนง (Secondary root) ที่แตกออกทางด้านข้าง (Lateral root)
ภาพที่ 2-5 แสดงสตีล (Stele) และ เพริไซเคิล (Pericycle)
(Botanical Sciences Plant Reproduction and Development, No Date)
2.4.2 มัดท่อลำเลียงหรือวาสคิวลาร์บันเดิล (Vascular bundle) ประกอบด้วยไซเลม และโฟลเอ็ม ในรากพืชใบเลี้ยงคู่จะเห็นการเรียงตัวของไซเลมที่อยู่ใจกลางราก เรียงเป็นแฉก (Arch) ชัดเจนและมีโฟลเอ็มอยู่ระหว่างแฉกนั้น แฉกที่เห็นมีจำนวน 1-6 แฉก แต่โดยทั่วไปพบเพียง 4 แฉก สำหรับรากพืชใบเลี้ยงเดี่ยวไซเลมมิได้เข้าไปอยู่ใจกลางราก แต่ยังเรียงตัวเป็นแฉกและมีโฟลเอ็มแทรกอยู่ระหว่างแฉกเช่นเดียวกัน จำนวนแฉกของไซเลมในรากพืชใบเลี้ยงเดี่ยวมีมากกว่าในรากพืชใบเลี้ยงคู่
รากพืชใบเลี้ยงคู่ยังมี วาสคิวลาร์ แคมเบียม (Vascular cambium) หรือ แคมเบียม (Cambium) ซึ่งเป็นเนื้อเยื่อเจริญเกิดขึ้นระหว่าง โฟลเอ็มขั้นแรกและไซเลม ขั้นแรก รายละเอียดของเนื้อเยื่อลำเลียงกล่าวไว้แล้วในหัวข้อเนื้อเยื่อถาวรเชิงซ้อน
วาสคิวลาร์ แคมเบียม ทำให้เกิดการเจริญเติบโตขั้นที่สอง (Secondary growth) โดยแบ่งตัวให้ไซเลมขั้นที่สอง (Secondary xylem) อยู่ทางด้านในและโฟลเอ็ม ขั้นที่สอง (Secondary phloem) อยู่ทางด้านนอก เมื่อมีการเจริญเติบโตขั้นที่สองเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้โฟลเอ็มขั้นแรก คอร์เทกซ์และเอพิเดอร์มิสถูกดันออกและถอยร่นออกไป
มัดท่อลำเลียงของรากพืชใบเลี้ยงคู่ มัดท่อลำเลียงของรากพืชใบเลี้ยงเดี่ยว
ภาพที่ 2-6 แสดงมัดท่อลำเลียงหรือวาสคิวลาร์บันเดิล (Vascular bundle) ของรากพืช
(Campbell, N. A., 1990, p. 694)
2.4.3 พิธ (Pith) เป็นส่วนใจกลางของราก หรืออาจเรียกว่า ไส้ในของราก ประกอบด้วยเซลล์ พาเรงคิมาในพืชใบเลี้ยงเดี่ยวจะเห็นส่วนนี้ได้อย่างชัดเจน ส่วนในรากพืชใบเลี้ยงคู่ ใจกลางของรากจะเป็นไซเลม
ภาพที่ 2-7 แสดง Pith ในรากพืชใบเลี้ยงเดี่ยว
(โครงการตำราวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ มูลนิธิ สอวน., 2547, หน้า 223)
3. หน้าที่ของราก
รากมีหน้าที่หลักที่สำคัญ คือ
3.1 ดูด (Absorption) น้ำและแร่ธาตุที่ละลายน้ำจากดินเข้าไปในลำต้น
3.2 ลำเลียง (Conduction) น้ำและแร่ธาตุรวมทั้งอาหารซึ่งพืชสะสมไว้ในรากขึ้นสู่ส่วน
ต่าง ๆ ของลำต้น
3.3 ยึด (Anchorage) ลำต้นให้ติดกับพื้นดิน
3.4 แหล่งสร้างฮอร์โมน (Producing hormones) รากเป็นแหล่งสำคัญในการผลิตฮอร์โมนพืชหลายชนิด เช่น ไซโทไคนิน จิบเบอเรลลิน ซึ่งจะถูกลำเลียงไปใช้เพื่อการเจริญพัฒนาส่วนของลำต้น ส่วนยอด และส่วนอื่น ๆ ของพืช นอกจากนี้ยังมีรากของพืชอีกหลายชนิดที่ทำหน้าที่พิเศษ
4. ชนิดของราก
ถ้าพิจารณาตามการเกิดของราก แบ่งรากได้เป็นชนิดใหญ่ ๆ ได้ 3 ชนิด ตามจุดกำเนิด
ของราก ดังนี้
4.1 รากแก้ว (Primary root หรือ Tap root) เป็นรากที่เจริญมาจาก แรดิเคิล(Radicle) ของเอ็มบริโอ แล้วพุ่งลงสู่ดิน ตอนโคนรากจะใหญ่แล้วค่อย ๆ เรียวไปจนถึงปลายราก พืชหลายชนิดมีรากแก้วเป็นรากสำคัญตลอดชีวิต
ภาพที่ 2-8 แสดงรากแก้ว และรากแขนง
(DK Images, the image encyclopaedia, 2006)
4.2 รากแขนง (Secondary root หรือ Lateral root) เป็นรากที่เจริญมาจากเพริไซเคิล ของรากแก้ว การเจริญเติบโตของรากชนิดนี้จะขนานไปกับพื้นดินและสามารถแตกแขนงได้เรื่อยไป
ภาพที่ 2-9 แสดงรากแขนงของ Arabidopsis (A)
และภาพตัดขวางแสดงการเกิดรากแขนงของข้าวโพด (B)
(โครงการตำราวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ มูลนิธิ สอวน., 2549, หน้า 220)
4.3 รากพิเศษ (Adventitious root) เป็นรากที่งอกจากส่วนต่าง ๆ ของพืช เช่น ลำต้นหรือใบ อาจจำแนกตามรูปร่างและหน้าที่ได้เป็น 8 ประเภท ดังนี้
4.3.1 รากฝอย (Fibrous root) เป็นรากที่งอกออกจากโคนลำต้น เพื่อแทนรากแก้วที่ฝ่อไป พบมากในพืชใบเลี้ยงเดี่ยวเช่น รากข้าว ข้าวโพด หญ้า หมาก มะพร้าว เป็นต้น
ภาพที่ 2-10 แสดงรากฝอย (Britannica Online Encyclopedia, No Date)
4.3.2 รากค้ำจุน (Prop root หรือ Buttress root) เป็นรากที่งอกจากโคนต้นหรือกิ่งบนดินแล้วหยั่งลงดินเพื่อพยุงลำต้น เช่น รากข้าวโพดที่งอกออกจากโคนต้น รากเตย ลำเจียกไทรย้อย แสม โกงกาง ดังภาพที่ 2-11 เป็นภาพถ่ายจากพิพิธภัณฑ์นิเวศป่าชายเลนโรงเรียนบางปะกง
“บวรวิทยายน” อำเภอบางปะกง จังหวัดฉะเชิงเทรา
ภาพที่ 2-11 แสดงรากค้ำจุนของโกงกาง
4.3.3 รากเกาะ (Climbing root) เป็นรากที่แตกออกจากข้อของลำต้นมาเกาะตามหลัก เพื่อชูลำต้นขึ้นสูง เช่น รากพลู พริกไทย กล้วยไม้ พลูด่าง เป็นต้น ภาพที่ 2-12 เป็นภาพถ่ายจากสวนสมเด็จพระศรีนครินทร์ จังหวัดฉะเชิงเทรา
ภาพที่ 2-12 แสดงรากเกาะของต้นพลูด่าง
4.3.4 รากหายใจ (Pneumatophore หรือ Aerating root) เป็นรากที่ยื่นขึ้นมาจากดินหรือน้ำเพื่อรับออกซิเจน เช่น รากลำพู แสม โกงกาง และรากส่วนที่อยู่ในนวมคล้ายฟองน้ำของผักกระเฉดก็เป็นรากหายใจโดยนวมจะเป็นที่เก็บอากาศและเป็นทุ่นลอยน้ำด้วย ภาพที่ 2-13 ภาพถ่ายจากริมฝั่งแม่น้ำบางปะกง อำเภอเมือง จังหวัดฉะเชิงเทรา
ภาพที่ 2-13 แสดงรากหายใจของต้นลำพู
4.3.5 รากปรสิต (Parasitic root) เป็นรากของพืชพวกปรสิตที่สร้าง Haustoriaแทงเข้าไปในลำต้นของพืชที่เป็นโฮสต์ เพื่อแย่งน้ำและอาหารจากโฮสต์ เช่น รากกาฝาก ฝอยทอง เป็นต้น ดังภาพที่ 2-14
ภาพที่ 2-14 แสดงรากกาฝาก (Faculty of Pharmaceutical Sciences,Chulalongkorn University, No Date)
4.3.6 รากสังเคราะห์ด้วยแสง (Photosynthetic root) เป็นรากที่แตกจากข้อของลำต้นหรือกิ่งและอยู่ในอากาศจะมีสีเขียวของคลอโรฟิลล์จึงช่วยสังเคราะห์ด้วยแสงได้ เช่น รากกล้วยไม้ นอกจากนี้รากกล้วยไม้ยังมีนวม (Velamen) หุ้มตามขอบนอกของรากไว้เพื่อดูดความชื้นและเก็บน้ำ
ภาพที่ 2-15 แสดงรากสังเคราะห์ด้วยแสงของต้นกล้วยไม้
4.3.7 รากสะสมอาหาร (Food storage root) เป็นรากที่สะสมอาหารพวกแป้งโปรตีน หรือน้ำตาลไว้ จนรากเปลี่ยนแปลงรูปร่างมีขนาดใหญ่ซึ่งมักจะเรียกกันว่า “หัว” เช่น หัวแครอท
หัวผักกาด หรือหัวไชเท้า หัวผักกาดแดงหรือแรดิช (Radish) หัวบีท (Beet root) และหัวมันแกว
เป็นรากสะสมอาหารที่เปลี่ยนแปลงมาจากรากแก้ว ส่วนรากสะสมอาหารของมันเทศ รักเร่ กระชาย เปลี่ยนแปลงมาจากรากแขนง
ภาพที่ 2-16 แสดงรากสะสมอาหาร
(โครงการตำราวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ มูลนิธิ สอวน., 2547, หน้า 224)
4.3.8 รากหนาม (Thorn Root) เป็นรากที่มีลักษณะเป็นหนามงอกมาจากบริเวณโคนต้น ตอนงอกใหม่ ๆ เป็นรากปกติแต่ต่อมาเกิดเปลือกแข็งทำให้มีลักษณะคล้ายหนามแข็ง ช่วยป้องกันโคนต้นได้ ปกติพบในพืชที่เจริญในที่น้ำท่วมถึง เช่น โกงกาง ส่วนในปาล์มบางชนิดจะปรากฏรากหนามกรณีที่มีรากลอยหรือรากค้ำจุน ดังภาพที่ 2-17 ภาพถ่ายจากพิพิธภัณฑ์นิเวศป่าชายเลนโรงเรียนบางปะกง “บวรวิทยายน” อำเภอบางปะกง จังหวัดฉะเชิงเทรา
ภาพที่ 2-17 แสดงรากหนามของต้นโกงกาง
โดย ครู วัชวัลย์ ครุฑไชยันต์
ครู คศ.3 โรงเรียนสวนกุหลาบวิทยาลัย รังสิต
