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

วิทยาศาสตร์ว่าด้วยการจูบ

วิทยาศาสตร์ว่าด้วยการจูบ “จูบ คุณคิดว่าไม่สำคัญ แต่เมื่อคุณจูบฉัน ทำไมฉันสั่นไปถึงหัวใจ” จ๊วบบบบ…แต่รอยจูบอันแสนโรแมนติกอาจทำให้คุณรู้สึกอี๋ เมื่อทราบเบื้องหลังว่าการจูบแต่ละครั้งนั้นเป็นการแลกเปลี่ยนแบคทีเรียมากถึง 80 ล้านตัว ทว่าทำไมการจูบถึงยังคงถูกใช้ในการพรรณนาความรักผ่านบทเพลง บทกวีและภาพยนตร์มาหลายยุคหลายสมัย? พ่อกับแม่น่าจะเป็นคู่แรกที่แสดงให้เห็นว่าการจูบนั้นทำอย่างไร คุณซึมซับและเรียนรู้พฤติกรรมดังกล่าวมา แต่ใช่ว่าการจูบจะเป็นการแสดงออกซึ่งความรักที่เป็นสากล เพราะในวัฒนธรรมทั่วโลกมีเพียง 46% เท่านั้นที่นิยมการจูบ เช่นบนเกาะ Perry ชาวเอสกิโมมีวิธีการแสดงความรักด้วยการเอาจมูกชนกันแทน กลับมาโฟกัสที่วัฒนธรรมซึ่งการจูบเป็นเรื่องสำคัญ ผลการศึกษาชี้ว่ารอยจูบที่ไม่ประทับใจนั้นส่งผลให้เกิดความสัมพันธ์ที่ร้างราตามมาถึงในผู้หญิง 66% และในผู้ชายอีก 59% ทีนี้คุณคงเริ่มมองเห็นภาพแล้ว่าจูบนั้นสำคัญไฉน จากประวัติศาสตร์มีบันทึกเกี่ยวกับการจูบย้อนหลังไปไกลได้ถึง 3,500 ปีก่อน ในบันทึกภาษาสันสกฤต ที่นิยามไว้ว่าเป็นการแลกเปลี่ยนจิตวิญญาณ นอกจากนั้นวัฒนธรรมการจูบยังพบได้ในไบเบิ้ล, กามาสุตรา และอื่นๆ อีกมากมาย พฤติกรรมการจูบค่อนข้างหาได้ยากในสัตว์อื่นๆ นอกจากเราแล้วก็มีชิมแปนซีและลิงโบโนโบเท่านั้น มีทฤษฎีสนับสนุนการจูบว่าเป็นพฤติกรรมดึกดำบรรพ์ที่เราใช้ในการยอมรับบุคคลนั้นๆ เพราะเมื่อจูบคุณจะได้กลิ่นของคนๆ นั้นชัดเจนจากการนำจมูกมาใกล้กันมีหลายงานวิจัยระบุไว้ว่าการจูบส่งผลดีต่อร่างกาย เมื่อจูบร่างกายจะหลั่งสารเซโรโทนินที่ช่วยปรับอารมณ์ของคุณให้ดีขึ้นโดพามีนถูกผลิตสร้างความพึงใจให้แก่สมอง หัวใจคุณจะเต้นแรงขึ้นจากอะดรีนาลีน และสุดท้ายฮอร์โมนแห่งความรักความผูกพันนั่นคือออกซิโทซินจะถูกหลั่งออกมา ฉะนั้นแล้วไม่ว่าแบคทีเรียที่ถูกส่งต่อจะเยอะแค่ไหน ในเมื่อจูบกันมันดีขนาดนี้ ก็คุ้มค่าที่จะจูบโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าได้จูบคนที่เรารักด้วยแล้ว…จ๊วบบ   อ่านเพิ่มเติม วิทยาศาสตร์ว่าด้วยการตกหลุมรัก

พายุไต้ฝุ่นฮากิบิส : พายุที่สร้างความกังวลไปทั่วญี่ปุ่น

ญี่ปุ่นเตรียมพร้อมรับมือกับ พายุไต้ฝุ่นฮากิบิส ที่กำลังจะเคลื่อนตัวขึ้นฝั่งในสุดสัปดาห์นี้ หนึ่งในพายุที่รุนแรงมากที่สุดลูกหนึ่งในปีนี้ กำลังเคลื่อนตัวขึ้นฝั่งทางตะวันออกของญี่ปุ่นในช่วงสุดสัปดาห์นี้ คาดว่าส่งผลกระทบเป็นวงกว้างทั้งประเทศ พายุไต้ฝุ่นฮากิบิส อาจส่งผลให้เกิดฝนตกหนัก ทางการเตรียมออกประกาศเตือนประชาชนล่วงหน้า และเตรียมรับมือกับพายุครั้งนี้ กรมอุตุนิยมวิทยาญี่ปุ่น รายงาน “พายุไต้ฝุ่นจะเคลื่อนตัวขึ้นฝั่งที่ภูมิภาคโตไค หรือคันโต ในวันเสาร์ที่จะถึงนี้ (12 ตุลาคม 2019)” ยาซูชิ คาจิฮาระ เจ้าหน้าที่กรมอุตุนิยมวิทยา กล่าวและเสริมว่า “จากความรุนแรงของพายุ และความสูงของคลื่น เรากำลังเฝ้าดูความเป็นไปได้ของการเคลื่อนตัวขึ้นฝั่งที่ภูมิภาคคันโตะ” กรมอุตุนิยมวิทยาของญี่ปุ่นจัดให้พายุไต้ฝุ่นฮากิบิสอยู่ในระดับ “รุนแรงมาก” โดยพายุมีทิศทางการเคลื่อนตัวไปทางเหนือของมหาสมุทรแปซิฟิก และเคลื่อนตัวผ่านเกาะฮอนชูของประเทศญี่ปุ่น อ่านเพิ่มเติม : ความรุนแรงของพายุ ไต้ฝุ่นฮากิบิสอาจสร้างความเสียหายได้เทียบเท่ากับพายุไต้ฝุ่นที่เกิดขึ้นในปี 1958 ซึ่งส่งผลให้มีประชาชนเสียชีวิตราว 1,200 คนในภูมิภาคคันโต และเกาะอีซุ นอกจากนี้ พายุไต้ฝุ่นฮากิบิสสามารถก่อให้เกิดคลื่นซัดชายฝั่ง (Strom surge) ที่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อประชาชนที่อาศัยอยู่แนวชายฝั่งของเกาะฮอนชู และอาจเกิดน้ำท่วมฉับพลัน ข้อมูลล่าสุดของพายุไต้ฝุ่นฮากิบิส (เมื่อวันที่ 11 ตุลาคม 2019) การเคลื่อนที่ 250 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ความเร็วลม 180 กิโลเมตรต่อชั่วโมง […]

ท่องอวกาศแบบ 360 องศา

ท่องอวกาศแบบ 360 องศา ร่วมเดินทางบินทะยานไปบนอวกาศพร้อมกับบรรดานักบินอวกาศตัวจริง ซึ่งเป็นครั้งแรกที่เนชั่นแนล จีโอกราฟฟิกถ่ายทอดประสบการณ์ในสภาวะไร้น้ำหนักแบบ 360 องศา ชมบรรยากาศการทำงานของนักบินบนสถานีอวกาศที่โคจรรอบโลกด้วยความเร็ว 17,000 ไมล์ต่อชั่วโมง และมอง “โลก” ดาวเคราะห์สีน้ำเงินดวงนี้ที่เราเรียกว่าบ้านในมุมมองที่เปลี่ยนไปจากเดิม เพราะนี่คือมุมมองจากสวรรค์ที่แท้จริง   อ่านเพิ่มเติม โรงแรมอวกาศพร้อมเปิดให้บริการในปี 2022 นี้

ภาพถ่ายดาวเสาร์ภาพท้ายๆ จากยานกัสซีนี

ภาพถ่ายดาวเสาร์ภาพท้ายๆ จากยานกัสซีนี แพซาดินา, แคลิฟอร์เนีย ไม่กี่ชั่วโมงก่อนรุ่งเช้า (ตามเวลาท้องถิ่นสหรัฐฯ) ของวันศุกร์ที่ 15 กันยายน 2017 ยานกัสซีนี (Cassini) ขององค์การนาซามุ่งหน้าสู่จุดหมายปลายทางสุดท้ายที่มันใช้เวลาสำรวจอยู่นานถึง 13 ปี นั่นคือดาวเสาร์ ขณะที่ยานมุ่งหน้าสู่ดาวเสาร์จุดหมายปลายทาง นักวิทยาศาสตร์ในศูนย์ควบคุมภารกิจที่ห้องปฏิบัติการเครื่องยนต์ขับดัน (Jet Propulsion Laboratory) ในเมืองแพซาดินา ต่างจับตาดูเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น แน่นอนว่า พวกเขารู้ตอนจบของเรื่องทั้งหมด หลังจากใช้เวลาสำรวจดาวเสาร์และดวงจันทร์บริวารอยู่นานกว่าสิบปี ยานกัสซีนีก็มุ่งหน้าเข้าสู่บรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงนั้น เก็บรวบรวมข้อมูลและส่งกลับมายังโลกให้นานที่สุดเท่าที่จะทำได้ จากนั้น จรวดขับดันของยานก็เริ่มล้มเหลวจากแรงกระทำมหาศาลของแรงโน้มถ่วงและการเสียดสีกับบรรยากาศ ยานเริ่มหมุนคว้าง สูญเสียการติดต่อกับโลก ก่อนจะสิ้นเสียงไปตลอดกาล ณ เวลาราว 04.55น. ตามเวลาในสหรัฐฯ แม้นักวิทยาศาสตร์จะไม่สามารถสังเกตการณ์จุดจบนี้ได้ พวกเขาก็รู้ว่าภายในหนึ่งหรือสองนาทีหลังสัญญาณจากยานกัสซีนีขาดหายไป ดาวเสาร์จะฉีกยานออกเป็นชิ้นๆ และลุกไหม้ผ่านบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงนั้น ไม่ต่างอะไรจากดาวตกที่พาดผ่านฟากฟ้า จุดจบนั้นสั้นและรวดเร็ว ยานกัสซีนีที่ช่วยสร้างความกระจ่างมากมายเกี่ยวกับดาวเสาร์ ได้กลายเป็นอดีตอย่างสวยงาม ย้อนหลังไปเมื่อปี 2004 ยานกัสซีนีเริ่มสำรวจระบบดาวเสาร์และดวงจันทร์บริวาร ตลอดระยะเวลา 13 ปี กัสซีนีส่งภาพกลับมายังโลกมากกว่า 450,000 ภาพ ยานกัสซีนียังปล่อยยานลงจอด (lander) […]