กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ของพืช กระบวนการที่พืชเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมี

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง : หน้าที่หลักของผู้ผลิต

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นกระบวนการที่พืชเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานคมีในรูปของอาหาร ถือเป็นหน้าหลักของผู้ผลิตในระบบนิเวศ

พืชเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีบทบาทสำคัญต่อทุกระบบนิเวศบนโลก คือเป็นจุดเริ่มต้นที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานเคมีในรูปอาหาร โดยการนำเอาน้ำและแก๊สคาร์บอนไดออกไซต์มาทำปฏิกิริยาเคมีกัน และมีแสงเป็นพลังงานกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยา ผลผลิตที่ได้คือ “น้ำตาลกลูโคส” ซึ่งน้ำตาลส่วนหนึ่งจะนำไปสังเคราะห์เป็นสารอื่นเก็บสะสมไว้ และยังได้ไอน้ำ และแก๊สออกซิเจน ซึ่งจะปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม กระบวนการนี้เรียกว่าการสร้างอาหารของพืช หรือ กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

โครงสร้างของใบพืช
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นที่ใบในภาพ คือ ใบพืชตัดตามขวางจากด้านบน (ด้านที่รับแสง) มายังด้านล่าง ซึ่งประกอบด้วยเซลล์ที่มีรูปร่างและหน้าที่แตกต่าง ดังนี้

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง, โครงสร้างใบไม้, ภาพตัดขวาง, การสร้างอาหารของพืช,
โครงสร้างจำลองของใบพืช เมื่อตัดใบตามขวาง แสดงให้เห็นเซลล์รูปแบบต่างๆ ที่อยู่ในใยไม้ ซึ่งเป็นแพล่งที่มีกิจกรรมการสังเคราะห์มากที่สุดบนต้นไม้

หลังใบ (Upper Epidermis) มักจะมีสารคิวติเคิล (Cuticle) เคลือบไว้ชะลอการสูญเสียน้ำออกจากใบ เนื่องจากความร้อนของแสงแดด

พาลิเสดมีโซฟิลล์ (Palisade mesophyll) เป็นเซลล์รูปกระสวยที่บรรจุคลอโรฟิลล์ไว้เป็นจำนวนมาก วางตัวอยู่ถัดจากหลังใบลงมา เป็นส่วนที่มีกิจกรรมการสังเคราะห์ด้วยแสงมากที่สุด

สปอนจีมีโซฟิลล์ (Spongy mesophyll) เป็นกลุ่มเซลล์ที่อยู่ติดถัดลงมาจากพาลิเสดมีโซฟิลล์ แต่มีปริมาณความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์น้อยกว่า เซลล์เรียงตัวกันอย่างหลวมๆ คล้ายฟองน้ำ พื้นที่ว่างระว่างเซลล์บรรจุของเหลว และอากาศ เอาไว้

กลุ่มท่อลำเลียง (Vascular bundle) ประกอบด้วยท่อลำเลียงน้ำ (Xylem) และท่อลำเลียงอาหาร (Phloem) ทำหน้าที่ลำเลียงอาหารและน้ำจากรากมาสู่ใบ รวมถึงลำเลียงสารอาหารที่ได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสงทีใบ ไปสู่ส่วนต่างๆ ของลำต้น

ท้องใบ (Lower epidermis) บริเวณท้องใบมีส่วนที่เรียกว่า ปากใบ (Stoma) อยู่เป็นจำนวนมาก ทำหน้าที่เปิดปิดเพื่อรักษาความสมดุลของของเหลวภายในใบและลำต้น

ใบบัว, คิวติเคิล, แรงตึงผิว, น้ำกลิ้งบนใบบัว
ใบบัวเป็นใบไม้ที่มีคิวติเคิล เคลือบอยู่ที่บริเวณหลังใบเป็นชั้นหนา ส่งผลให้มีแรงตึงผิวของใบสูงขึ้น เมื่อน้ำหยดลงบนใบบัว น้ำจึงเกาะตัวรวมกันเป็นรูปหยดน้ำ

ความสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสง
ในระบบนิเวศ พืชมีบทบาทสำคัญมากต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิด รวมทั้งมนุษย์เราด้วย ทำหน้าที่เป็นผู้ผลิต (Autotroph) โดยการนำพลังงานแสงมาเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีในรูปของสารอาหารเก็บไว้ในเนื้อเยื่อ ได้แก่ คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมัน พลังงานเหล่านี้จะถ่ายทอดไปสู่สิ่งมีชีวิตชนิดอื่นที่เรียกว่า ผู้บริโภค (Consumer) ทำให้เกิดการถ่ายทอดพลังงานภายในระบบนิเวศต่างๆ ของโลก

นอกจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชจะได้ผลผลิตเป็นอาหารแล้ว ยังได้แก๊สออกซิเจนและไอน้ำ ซึ่งจะถูกปล่อยออกจากใบสู่อากาศ ส่วนพืชที่อาศัยอยู่ในน้ำก็ปล่อยออกซิเจนสู่แหล่งน้ำ สัตว์ทั้งในน้ำและบนบกได้นำแก๊สออกซิเจนไปใช้ในกระบวนการหายใจ และการเผาผลาญพลังงาน

ระบบนิเวศ, กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง, การสังเคราะห์แสง, การส้รางอาหารของพืช, ปฏิกิริยาแสง
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการที่พืชเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมี เพื่อเป็นอาหารให้แก่ผู้ริโภคในระบบนิเวศ

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชต้องใช้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเป็นสารตั้งต้นในปฏิกิริยา ดังนั้น พืชสีเขียวจึงมีประโยชน์ช่วยลดปริมาณของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ ซึ่งเป็นสาเหตุของภาวะโลกร้อน ดังนั้น จึงกล่าวไว้ว่ากระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชเป็นกระบวนการที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลกใบนี้

มนุษย์และสัตว์มีกระบวนการหายใจโดยใช้แก๊ซออกซิเจน
ที่ได้รับจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

น้ำตาลเป็นสารชนิดแรกที่พืชสร้างขึ้นได้เองก่อนที่จะเปลี่ยนรูปไปเป็นแป้งและสารประกอบอื่นๆ ต่อไปกระบวนการสร้างน้ำตาลของพืชเราเรียกว่า กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง (Photosynthesis) ซึ่งพืชต้องอาศัยปัจจัยหลายอย่างในกระบวนการนี้

คลอโรพลาสต์, คลอโรฟิลล์, กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง, การสังเคราะห์แสง, การสร้างอาหารของพืช
ภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์ แสดงให้เห็นคลอโรพลาสต์ในเซลล์พืช ซึ่งบรรจุคลอโรฟิลล์ที่มีบทบาทต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เอาไว้

ปัจจัยสำคัญที่พืชจำเป็นต้องนำไปใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ได้แก่
1) คลอโรฟิลล์ มีอยู่ในคลอโรพลาสต์ เป็นออร์แกเนล์ที่พบได้ในเซลล์พืช (อ่านเพิ่มเติม: โครงสร้างของเซลล์พืช)
2) แสง คลอโรฟิลล์จะดูดซับพลังงานแสงเข้ามาในใบพืช เพื่อเป็นตัวกระตุ้นการเกิดปฏิกิริยาสังเคราะห์แสง
3) แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ พืชจะรับเข้ามาทางปากใบที่เปิดในเวลากลางวัน เพื่อเป็นสารตั้งต้นในการผลิตน้ำตาล
4) น้ำ รากพืชจะดูดน้ำขึ้นมาแล้วลำเลียงต่อไปยังใบโดยผ่านทางท่อลำเลียงที่มีอยู่ในรากและลำต้น จนถึงใบ


อ่านบทความอื่นๆ ที่น่าสนใจ:

เซลล์พืช และส่วนประกอบภายในเซลล์

ต้นไม้ใบด่าง เกิดจากอะไรมีหลายสาเหตุที่ต้องรู้

เรื่องแนะนำ

ฤดูหนาวมืดเร็วกว่า ฤดูอื่นเพราะเหตุใด

เรามักจะรู้สึกว่า ช่วงวันเวลาของ ฤดูหนาวมืดเร็วกว่า ฤดูอื่นๆ เหตุการณ์นี้สังเกตเห็นได้อย่างชัดเจนในประเทศแถบซีกโลกเหนือ ส่วนประเทศในเขตร้อนที่อยู่ใกล้แนวเส้นศูนย์สูตร อาจจะไม่เห็นความแตกต่างมากนัก สำหรับเหตุการณ์ ฤดูหนาวมืดเร็วกว่า ฤดูกาลอื่นนั้นมีคำตอบอยู่ที่ มุมเอียงของแกนโลก และการโคจรรอบดวงอาทิตย์ เพราะแกนโลกเอียง เมื่อเรามองโลกจากห้วงอวกาศ เราจะเห็นว่าโลกมีลักษณะเป็นทรงเกือบกลม อย่างไรก็ตาม โลกของเราไม่ได้ตั้งเป็นแนวตรงเสียทีเดียว แต่มีมุมเอียงประมาณ 23.5 องศา เนื่องจากการเอียงของแกนโลก ประกอบกับการโคจรรอบดวงอาาทิตย์ จึงทำให้ซีกหนึ่งของโลกเอียงเข้าหาดวงอาทิตย์ และอีกซีกหนึ่งเอียงออกห่างดวงอาทิตย์ เหตุเพราะแกนโลกเอียง จึงทำให้แสงอาทิตย์ส่องกระทบแตกต่างกันในแต่ละฤดูกาล ในช่วงฤดูร้อน ซีกโลกเหนือจะเอียงเข้าหาดวงอาทิตย์ ซึ่งส่งผลให้มีช่วงกลาววันที่ยาวนาน แต่ในฤดูหนาว ซีกโลกเหนือเอียงออกห่างจากดวงอาทิตย์ จึงเป็นผลให้มีช่วงกลางวันที่สั้นกว่าฤดูร้อน รวมไปถึงอุณหภูมิก็จะลดต่ำลงในช่วงฤดูหนาวด้วย เนื่องจากรังสีจากดวงอาทิตย์ตกกระทบยังซีกโลกเหนือน้อยลง แล้วเป็นเช่นนี้เหมือนกันทั้งโลกเลยหรือ ในขณะที่เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นที่ซีกโลกเหนือ แต่ไม่ใช่จะเกิดขึ้นกับพื้นที่อื่นๆ ของโลก ในซีกโลกใต้จะให้ผลในทางตรงกันข้าม หรือประเทศที่อยู่แถบเส้นศูนย์สูตร ช่วงเวลากลางวันและกลางคืนแทบไม่แตกต่างกัน เรื่องที่น่าสนใจคือ ในระหว่างช่วงฤดูหนาวที่หลายประเทศต้องเผชิญกับช่วงกลางคืนที่ยาวนาน แต่บางพื้นที่ต้องพบกับความมืดมิดตลอดทั้งวันและคืน เช่น เมืองทรอมโซ ประเทศนอร์เวย์ เนื่องจากพื้นที่ดังกล่าวเอียงออกห่างจากดวงอาทิตย์จนแสงอาทิตย์เดินทางไปไม่ถึง สำหรับประเทศไทยที่อยู่ตั้งอยู่ใกล้กับแนวเส้นศูนย์สูตร ช่วงเวลากลางวันและกลางคืนในฤดูอาจไม่แตกต่างกันมากอย่างประเทศในเขตอบอุ่น เนื่องจากได้รับแสงแดดตลอดทั้งปี แม้จะรู้สึกได้บ้างในช่วงฤดูหนาวในประเทศไทย ที่คนส่วนใหญ่จะรู้สึกว่ามืดเร็วกกว่าฤดูอื่นๆ แต่ก็ไม่ได้ส่งผลกระทบต่อการดำรงชีวิตประจำวัน แตกต่างกับประเทศในซีกโลกเหนือ […]

ธาตุอาหารพืช (Plant Nutrients)

พืช เป็นสิ่งมีชีวิตที่ต้องการธาตุอาหารเพื่อใช้ในกระบวนการเจริญเติบ และกิจกรรมต่างๆ ภายในเซลล์ เช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตในอาณาจักรอื่นๆ ธาตุอาหารพืช (Plant Nutrients) คือ ธาตุเคมี (Chemical Elements) ในธรรมชาติที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช โดยธาตุอาหารของพืชประกอบด้วยธาตุทั้งหมด 17 ธาตุ โดยมีเพียงคาร์บอน (C) ออกซิเจน (O) และไฮโดรเจน (H) เท่านั้นที่พืชสามารถดึงมาใช้จากน้ำและอากาศ  ในขณะที่อีก 14 ธาตุ ได้แก่ ไนโตรเจน (N) ฟอสฟอรัส (P) โพแทสเซียม (K) แคลเซียม (Ca) แมกนีเซียม(Mg) กำมะถัน (S) เหล็ก (Fe) แมงกานีส (Mn) โบรอน (B) โมลิบดินัม (Mo) ทองแดง (Cu) สังกะสี (Zn) คลอรีน (Cl) และนิกเกิล (Ni) นับเป็นธาตุอาหารที่พืชส่วนใหญ่ดูดซับมาจากดิน […]