กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง - ขั้นตอนที่พืชเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมี

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

ทฤษฎีพันธุศาสตร์ของเมนเดล

พันธุกรรมเป็นส่วนหนึ่งของกลไกการดำรงเผ่าพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต และได้รับการศึกษามาอย่างยาวนาน โดยนักวิทยาศาสตร์ยุคหลังได้ยกย่องให้ เกรเกอร์ โยฮัน เมนเดล เป็นบิดาแห่งวิชาพันธุศาสตร์ โดย ทฤษฎีของเมนเดล เป็นทฤษฎีเบื้องต้นที่เป็นรากฐานของการประยุกต์ใช้หลักการพันธุศาสตร์ที่แพร่หลายในปัจจุบัน เกรเกอร์ โยฮัน เมนเดล (Gregor Johann Mendel) คือ นักบวชชาวออสเตรียที่มีชีวิตอยู่ในช่วงคริสต์ทศวรรษที่ 1800 เมนเดลเป็นทั้งนักวิทยาศาสตร์ นักพฤกษศาสตร์ และอาจารย์ที่มีชื่อเสียง จากการสร้างรากฐานสำคัญในวงการวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ โดยเฉพาะในสาขาวิชาพันธุศาสตร์ เมนเดลได้ศึกษาการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมของพืชผ่านการทดลองเพาะปลูกและผสมพันธุ์ถั่วลันเตาหลากหลายสายพันธุ์ด้วยตนเองนานถึง 8 ปีเต็ม จนสามารถตั้งกฎทางพันธุกรรมมากมายที่ในภายหลังรู้จักกันในชื่อ “พันธุศาสตร์ของเมนเดล” (Mendelism) หรือ ทฤษฎีของเมนเดล การทดลองผสมพันธุ์ถั่วลันเตาของเมนเดล เกรเกอร์ โยฮัน เมนเดล เลือกศึกษาถั่วลันเตา (Pisum sativum L.) โดยมีสาเหตุสำคัญ 3 ประการ คือ ถั่วลันเตาเป็นพืชที่มีการผสมหรือปฏิสนธิในตนเอง (Self-Fertilization) ซึ่งทำให้ถั่วลันเตาสามารถเพาะพันธุ์ได้ง่าย หรือแม้แต่การทำการผสมข้ามสายพันธุ์ (Cross-Fertilization) เพื่อสร้างลูกผสมด้วยการถ่ายละอองเรณูโดยใช้มือช่วย (Hand pollination) ล้วนเป็นกรรมวิธีที่ไม่ยุ่งยาก ถั่วลันเตาเป็นพืชที่เพาะปลูกง่ายและไม่ต้องการการทำนุบำรุงรักษามาก อีกทั้ง […]

ลิงโคลนนิ่ง คู่แรกในจีน

นักวิทยาศาสตร์จีนประสบความสำเร็จโคลนนิ่งลิงเป็นครั้งแรกของโลก โดยใช้กระบวนการเดียวกันกับการโคลนนิ่งแกะดอลลี

ประเภทของพายุ และการกำเนิดพายุ

ประเภทของพายุ ที่เกิดขึ้นตามภูมิภาคต่างๆ บนโลกของเรา มีแหล่งกำเนิดและความรุนแรงที่แตกต่างกัน ในช่วงฤดูมรสุม เรามักได้รับฟังการนำเสนอข่าวเกี่ยวกับเหตุอุทกภัยในพื้นที่ต่างๆ ทั้งในและต่างประเทศ ส่วนใหญ่เกิดจากพายุฝนที่หอบเอาความชื้นและน้ำฝนจากทะเลเคลื่อนตัวขึ้นไปยังแผ่นดิน นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาเรื่องการกำเนิดพายุมาเป็นเวลานานแล้ว และได้จำแนก ประเภทของพายุ ตามความรุนแรงและแหล่งกำเนิด พายุ (Storm) คือ ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่ทำให้สภาพแวดล้อมและชั้นบรรยากาศโลกถูกรบกวน ซึ่งก่อให้เกิดผลกระทบโดยตรงต่อทรัพยากรธรรมชาติ สิ่งปลูกสร้าง และสิ่งมีชีวิตบนพื้นผิวโลก พายุเป็นการเปลี่ยนแปลงทางสภาพอากาศที่รุนแรง โดยมักเกิดขึ้นพร้อมกับการเกิดลมกระโชกแรง ลูกเห็บตก ฟ้าร้อง ฟ้าผ่า ฝนตกหนัก รวมไปถึงการพัดพาสสารบางอย่างผ่านไปในชั้นบรรยากาศที่ก่อให้เกิดพายุฝุ่น พายุหิมะ และพายุทราย เป็นต้น การกำเนิดพายุ พายุเกิดจากการเคลื่อนที่ของลม หรือ มวลอากาศ จากความแตกต่างของอุณหภูมิในบรรยากาศโดยรอบ ซึ่งพายุมักเกิดในพื้นที่ที่มีความกดอากาศต่ำ ทำให้เกิดกระแสลมพัดเข้าหาจุดศูนย์กลางของบริเวณดังกล่าว เนื่องจากมวลอากาศร้อนจะลอยตัวขึ้นสูง ส่งผลให้มวลอากาศในแนวราบที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าเข้ามาแทนที่ ทำให้เกิดการหมุนเวียนของอากาศ เกิดกระแสการเคลื่อนที่ของลมและเกิดการก่อตัวขึ้นของเมฆ ก่อนพัฒนาไปเป็นพายุในรูปแบบต่างๆ บริเวณความกดอากาศต่ำ (Low Pressure Area: L) คือ พื้นที่ที่มวลของอากาศได้รับความร้อนสูงจากดวงอาทิตย์ ทำให้เกิดการยกตัวสูงขึ้น ส่งผลให้ความกดอากาศบริเวณนั้นมีค่าลดลงต่ำกว่าบริเวณใกล้เคียงหรือบริเวณโดยรอบ ขณะที่บริเวณความกดอากาศสูง (High Pressure Area: H) […]

รางวัลโนเบล, แบตเตอรีลิเทียมไอออน, นวัตกรรมเปลี่ยนวิถีมนุษย์

ภาพวาด จอห์น บี. กูดีนัฟ  (John B. Goodenough) เอ็ม. สแตนลีย์ วิตติงแฮม (M. Stanley Whittingham) และ อากิระ โยชิโนะ (Akira Yoshino) ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ประจำปี 2019 โดย Niklas Elmehed ขอบคุณภาพจาก https://www.nobelprize.org/ รางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 2019 ตกเป็นของบรรดานักวิทยาศาสตร์ที่คิดค้นแบตเตอรี ลิเทียม -ไอออน ที่โลกให้ความสนใจ เนื่องจากเป็นนวัตกรรมที่อยู่ใกล้ชิด และเปลี่ยนวิถีชีวิตมนุษย์ไปตลอดกาล รางวัลโนเบล เป็นรางวัลประจำปีที่ยกย่องเชิดชูความสำเร็จทางสติปัญญาอันโดดเด่นของมนุษยชาติ ได้รับการยอมรับจากชาวโลกว่าเป็นรางวัลอันทรงเกียรติสูงสุด ที่จะมอบให้แก่ผู้สร้างผลงานเป็นที่ยกย่องใน 6 สาขา ได้แก่ ฟิสิกส์ เคมี วรรณกรรม สรีรวิทยาหรือการแพทย์ การส่งเสริมสันติภาพ และเศรษฐศาสตร์ เมื่อวันที่ 9 ตุลาคม ที่ผ่านมา (ตามเวลาท้องถิ่นในสวีเดน) ได้มีการประกาศรางวัลโนเบลสาขาเคมี ประจำปี 2019 โดยราชบัณฑิตสภาด้านวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดน โดยผู้ที่ได้รับรางวัลในสาขานี้มีอยู่ 3 คน […]