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

ชินรินโยคุ การอาบป่าบำบัดแบบญี่ปุ่น

ชินรินโยคุ คือสะพาน เมื่อเราเปิดประสาทสัมผัส สะพานนี้จะเชื่อมเราสู่โลกแห่งธรรมชาติ ภาพถ่ายโดย DANIEL RAIK การใช้ชีวิตอยู่ในสังคมเมืองอันห่างไกลธรรมชาติอาจบั่นทอนมนุษย์ได้ทั้งทางร่างกายและจิตใจ สำหรับชาวญี่ปุ่นมีวิธีการรักษาแบบใช้ธรรมชาติบำบัดที่เรียกว่า “การอาบป่า” หรือ ชินรินโยคุ ซึ่งได้รับการรับรองว่าได้ผล แม้ใช้เวลาเพียงไม่นาน มนุษย์ล้วนกำเนิดมาจากธรรมชาติ จึงเป็นเรื่องธรรมดาที่เราจะรู้สึกดีทุกครั้งเมื่อได้ไปท่องเที่ยวเพื่อสัมผัสธรรมชาติ การได้ฟังเสียงธรรมชาติ ได้สูดกลิ่นป่า หายใจเอาอุ่นไอของอากาศบริสุทธิ์จากต้นไม้ที่ล้อมรอบนั้นล้วนส่งผลดีต่อร่างกายและจิตใจ ราวกับว่าร่างกายได้ฟื้นคืนพลังขึ้นมาใหม่ ซึ่งชาวญี่ปุ่นรับรู้ถึงข้อดีของการอยู่ท่ามกลางธรรมชาติมานานจนเกิดเป็นวิถีการบำบัดที่เรียกว่าชินรินโยคุ คำว่าชินรินโยคุ (Shinrin-yoku / 森林浴) แยกออกเป็นคำว่า Shinrin (森林) แปลว่า ป่า และ yoku (浴) แปลว่า อาบ จึงแปลรวมกันว่า การอาบป่า หรือการรับรู้บรรยากาศป่าผ่านประสาทสัมผัสของเรา การอาบป่าในญี่ปุ่นมีประวัติการนำเสนอโดยผู้ที่เกี่ยวข้องกับหน่วยงานป่าไม้ในจังหวัดนางาโนะตั้งแต่ทศวรรษ 1980 อันเป็นยุครุ่งเรืองสุดขีดของเศรษฐกิจญี่ปุ่น รัฐบาลในตอนนั้นเริ่มเห็นผลเสียของการที่ประชาชนอยู่ในเมืองท่ามกลางเทคโนโลยีที่กำลังรุดหน้า ไม่ว่าจะเป็นภาวะซึมเศร้า อาการเสียสมาธิ รวมไปถึงอาการเจ็บปวดต่างๆในร่างกาย เมื่อเวลาผ่านไป อาการเหล่านี้ยิ่งแย่ลงเรื่อยๆ ซึ่งล้วนเกิดจากการที่ประชาชนอยู่ในเมืองที่มีการจราจรติดขัด ผู้คนหนาแน่น ชีวิตในออฟฟิศที่ใช้เวลายาวนาน พื้นที่สีเขียวในเมืองถูกลดทอน จึงมีการส่งเสริมให้ผู้คนไป “อาบป่า” ให้มากขึ้น ต่อมาได้มีการนำแนวคิดชินรินโยคุไปศึกษาผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์และมีการวิจัยอย่างต่อเนื่อง […]

โคอาลากินใบยูคาลิปตัสได้อย่างไร? โดยไม่ได้รับสารพิษ

ทีมนักวิจัยชั้นนำจากทั่วโลกร่วมกันวิเคราะห์ลำดับจีโนมของโคอาลา เพื่อช่วยแก้ไขปัญหาสุขภาพ และอนุรักษ์ประชากรของพวกมันไว้

ทําไมเราถึงชอบสิ่งที่เราชอบ

คุณคิดว่าตัวเองรสนิยมดีใช่ไหมกับ สิ่งที่ชอบ แต่ไม่ใช่ตัวคุณหรอกที่ควรได้รับคําชม นั่นเป็นเพราะพันธุกรรมของคุณ จุลินทรีย์ในตัวคุณ และสิ่งแวดล้อมของคุณต่างหาก คงไม่มีสิ่งใดบ่งบอกถึงความเป็นตัวเราได้ดีเท่ากับรสนิยมของเราอีกแล้ว ไม่ว่าจะเป็นอาหาร ไวน์ คู่รัก หรือผู้ลงสมัครรับเลือกตั้ง รสนิยมของเราเป็นตัวแทนอัตลักษณ์ของเรา จึงฟังดูเข้าท่าถ้าผมจะคิดว่า ความชอบและไม่ชอบของผมก่อร่างสร้างจากการใคร่ครวญอย่างรอบคอบ และการตัดสินใจด้วยเหตุผล ผ่านทางเลือกต่างๆที่ผมพอจะควบคุมได้ แล้วผมก็ได้รู้จักกับ ท็อกโซพลาสมา กอนดิไอ ในงานวิจัยของผมที่โรงเรียนแพทย์ มหาวิทยาลัยอินดีแอนา ผมสังเกตว่าปรสิตเซลล์เดียว ที. กอนดิไอ นี้ สามารถเปลี่ยนพฤติกรรมของเจ้าบ้านที่มันอาศัยอยู่ได้ มันทำให้หนูไม่กลัวแมว ในงานวิจัยบางชิ้นบอกว่า มันอาจเปลี่ยนบุคลิกภาพในมนุษย์ด้วย การศึกษาเหล่านี้ทำให้ผมสงสัยว่า จะมีสิ่งอื่นๆที่เราไม่ได้สังเกต หล่อหลอมให้เราเป็นอย่างที่เราเป็น กำหนดสิ่งที่เราชอบและไม่ชอบหรือเปล่า ตอนผมค้นงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ผมก็พบกับความจริงที่รบกวนใจว่า การกระทำของเราถูกควบคุมด้วยพลังทางชีวภาพที่ซุกซ่อนอยู่ พูดอีกอย่างคือ เราควบคุมรสนิยมส่วนตัวของเราได้น้อยมากหรือไม่ได้เลย พฤติกรรมและความพึงพอใจต่างๆ ของเราได้รับอิทธิพลอย่างลึกซึ้งจากองค์ประกอบทางพันธุกรรม จากปัจจัยทางสิ่งแวดล้อมของเราที่ส่งผลต่อยีน และจากยีนอื่นๆ ที่แทรกซึมเข้ามาในระบบร่างกายจากจุลินทรีย์นับไม่ถ้วนที่อาศัยอยู่ในตัวเรา ผมว่าเรื่องนี้อาจฟังดูไร้สาระ เราถูกสอนว่าเราสามารถเป็นอะไรก็ได้ที่อยากเป็น ทำอะไรก็ได้ที่อยากทำ เรารู้สึกเหมือนเราเลือกหยิบอาหารที่ชอบ เลือกคนที่เรามอบความรักให้ หรือเลือกกาบัตรเลือกตั้งไปตามสัญชาตญาณ การบอกว่าเราเป็นหุ่นยนต์มีเลือดเนื้อที่อยู่ใต้อิทธิพลของพลังที่มองไม่เห็นนั้นเป็นเรื่องบ้าบอคอแตก แต่หลังจากที่ผมถูกใครๆ ถามว่า ทำไมผมถึงไม่ชอบผักหลายชนิดที่คนส่วนใหญ่ชอบกัน ผมรู้สึกเหมือนตัวเองมีบางอย่างผิดปกติ ทำไมผมถึงไม่ชอบบร็อกโคลีนะ […]