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

สารอาหารที่ให้พลังงาน แก่ร่างกาย

นักโภชนาการมักจะแนะนำให้เรารับประทานอาหารที่มีความหลากหลาย เพื่อร่างกายจะได้รับสารอาหารอย่างครบถ้วน แล้ว “อาหารและสารอาหาร” แตกต่างกันอย่างไร อาหาร หมายถึง สิ่งที่รับประทานเข้าสู่ร่างกายแล้วไม่เป็นโทษต่อร่างกายและมีประโยชน์ โดยทำให้ร่างกายดำรงชีวิตได้อย่างปกติสุข และให้พลังงานแก่ร่างกาย ซึ่งพลังงานเหล่านี้นำมาใช้ในการดำเนินกิจกรรมและให้ความอบอุ่นแก่ร่างกาย สารอาหาร คือ สารเคมีที่เป็นส่วนประกอบในอาหารที่เรารับประทานเข้าไป มีมากมายหลายชนิด การจำแนกสารอาหารตามหลักโภชนาการจะพิจารณาจากปริมาณของสารอาหารที่มีอยู่ในอาหารนั้นๆ มากที่สุดเป็นหลัก ซึ่งสามารถแบ่งได้เป็น 5 หมู่ ดังนี้ คาร์โบไฮเดรต ไขมัน โปรตีน วิตามิน และแร่ธาตุ โลกของเรามีพลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานที่ใหญ่ที่สุดของโลก มนุษย์เป็นสิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมีได้โตยตรง แต่เราได้รับจากการรับประทาน สารอาหารที่ให้พลังงาน แก่ร่างกาย เช่น ข้าว มีกระบวนสังเคราะห์แสงได้ผลผผลิตออกมาเป็นเมล็ดข้าว เมื่อมนุษย์รับประทานข้าวจึงได้รับพลังงานที่เก็บสะสมอยู่ในนั้นๆ เพราะฉะนั้นอาหารที่มนุษย์บริโภคทุกวันจึงเป็นแหล่งพลังานให้กับร่างกาย และพลังงานเหล่านั้นก็ช่วยเสริมสร้างให้กิจกรรมต่างๆ ในร่างกายดำเนินต่อไปอย่างเป็นปกติ อย่างไรก็ตาม อาหารที่เรารับประทานเข้าไปมีสารอาหารประกอบอยู่มากมาย เมื่อรับประทานเข้าไปจะถูกเผาผลาญให้เกิดเป็นพลังงานและความร้อนเพื่อนำไปใช้ควบคุมการทำงานของระบบอวัยวะต่างๆ ภายในร่างกาย เช่น การเดิน การวิ่ง การยืน การนอน การหายใจ เป็นต้น ซึ่งหากแบ่งสารอาหารโดยใช้เกณฑ์การให้พลังงานของสารอาหาร จะแบ่งได้เป็น 2 กลุ่มใหญ่ คือ 1. […]

เทคโนโลยีภูมิสารสนเทศกับการแก้ปัญหาจากต้นน้ำถึงปลายน้ำ

ภาพประกอบ : PIRO4D from Pixabay ปัจจุบัน การบริหารจัดการและการแก้ไขปัญหาเรื่องทรัพยากรธรรมชาติในประเทศไทย ได้รับความสนใจจากหน่วยงานทุกภาคส่วนมากขึ้น เนื่องจากประชาชนในสังคมส่วนใหญ่เริ่มตระหนักถึงผลกระทบจากปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกิดขึ้นกับตัวเอง ทั้งเรื่องการจัดการปัญหาขยะ การแก้ไขปัญหาเรื่องการบุกรุกพื้นที่ป่า การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ และการฟื้นฟูทรัพยากรทางทะเลและชายฝั่ง เป็นต้น ในทุกการแก้ปัญหา ทุกหน่วยงานมักเริ่มต้นจากการสืบค้นข้อมูล เพื่อนำข้อมูลทั้งหมดมาใช้ประกอบการตัดสินใจและวางแผนการแก้ปัญหาอย่างเป็นรูปธรรม หนึ่งในข้อมูลที่ถูกสืบค้นมากที่สุดคือ ข้อมูลภูมิสารสนเทศ ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้ข้อมูลเห็นถึงภาพรวมของสภาพพื้นที่ และสามารถนำไปวางแผนปฏิบัติงานได้จริง จิสด้าเป็นหนึ่งหน่วยงานที่มีบทบาทสนับสนุนเรื่องเทคโนโลยีภูมิสารสนเทศและภาพถ่ายดาวเทียม เพื่อการแก้ปัญหาอย่างบูรณาการร่วมกับหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง โดยในช่วงที่ผ่านมา จิสด้าสนับสนุนข้อมูลภูมิสารสนเทศในโครงการต่างๆ ดังนี้ 1. เทคโนโลยีและนวัตกรรมภูมิสารสนเทศ เพื่อการบริหารจัดการสิ่งแวดล้อมและทรัพยากรทางทะเลและชายฝั่ง จังหวัดเพชรบุรี เป็นการขับเคลื่อนเทคโนโลยีและนวัตกรรมภูมิสารสนเทศ เพื่อบริหารจัดการทรัพยากรธรรมชาติในลุ่มน้ำเพชรบุรี โดยการสำรวจสถานการณ์ปัญหาและความพร้อมของพื้นที่ ภายใต้การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ รวมถึงวางแนวทางกำหนดอนาคตของอ่าวบางตะบูนกับประชาชนในพื้นที่ และหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง ด้วยความเชี่ยวชาญเรื่องข้อมูล จิสด้าจึงได้จัดทำฐานข้อมูลเชิงพื้นที่ของชุมชน แผนที่ชุมชนแบบมาตรฐานซึ่งเป็นที่ยอมรับของทุกภาส่วน และนำผลที่ได้ไปปฏิบัติใช้งานจริง ก่อให้เกิดการประสานความร่วมมือเพื่อหามาตรการที่เหมาะสมสำหรับการแก้ปัญหาในพื้นที่ต่อไป 2. การใช้เทคโนโลยีภูมิสารสนเทศเพื่อการติดตามสถานการณ์การระบาดของโรคใบร่วงในพื้นที่ปลูกยางพาราเขตภาคใต้ตอนล่าง จิสด้าดำเนินงานร่วมกับการยางแห่งประเทศไทย ใช้เทคโนโลยีเชิงพื้นที่และภาพถ่ายดาวเทียม ติดตามสถานการณ์การระบาดของโรคใบร่วงในสวนยางพาราเขตภาคใต้ตอนล่าง ได้แก่ พังงา กระบี่ ตรัง สงขลา ปัตตานี ยะลา และนราธิวาส ตั้งแต่เดือนพฤศจิกายน […]

สัญชาตญาณความเป็นแม่มีแค่ในผู้หญิงหรือ?

ผลการทดสอบสารเคมีในสมองชี้ให้เห็นว่าเราต้องนิยามคำว่า "สัญชาตญาณความเป็นแม่" เสียใหม่ เมื่อในหนูทดลองเพศผู้เองก็มีสัญชาตญาณนี้เช่นกัน