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

สิ่งที่เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับการต่อสู้ระหว่าง ระบบภูมิคุ้มกันของมนุษย์ กับ เชื้อโควิด-19

ตลอดหนึ่งปีที่เกิดการระบาดของโรคโควิด-19 ความรู้ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการตอบสนองของ ระบบภูมิคุ้มกันของมนุษย์ ต่อไวรัสโคโรนาก็พุ่งสูงขึ้น แต่คำถามเพิ่มเติมคือภูมิคุ้มกันจะอยู่ได้นานเพียงใด โลกในปี 2020 มีผู้ติดเชื้อโควิด-19 มากกว่า 80 ล้านคนและเสียชีวิตไปแล้วกว่า 1.7 ล้านคน แม้จะมีผู้เสียชีวิตจำนวนมาก แต่นักวิทยาศาสตร์ก็มีความก้าวหน้าอย่างมากเกี่ยวกับการทำความเข้าใจกับความลับอย่างหนึ่งของการแพร่ระบาด คือ ระบบภูมิคุ้มกันของมนุษย์ เหตุใดบางคนจึงฟื้นตัวได้อย่างรวดเร็วในขณะที่คนอื่น ๆ มีอาการรุนแรงของไวรัสโคโรนา การศึกษาในปี 2020 แสดงให้เห็นว่าในหลาย ๆ กรณีร่างกายของเราตอบสนองทางภูมิคุ้มกันที่แข็งแรงและต่อเชื้อซาร์ส-โควี-2 แต่สำหรับบางคนที่มีอาการรุนแรงอาจทำให้ร่างกายทรุดลงมากกว่าที่จะช่วยเหลือได้ ความเข้าใจพื้นฐานของเราเกี่ยวกับการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันต่อไวรัสโคโรนาเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ แต่ยังคงต้องศึกษาเพิ่มเติมว่า ภูมิคุ้มกันในร่างกายอยู่ในนานเพียงใด โดยเฉพาะช่วงสถานการณ์ปัจจุบันที่มีความกังวลว่า การกลายพันธุ์ของซาร์ส-โควี-2 อาจพัฒนาความแข็งแรงจนต้านทานภูมิคุ้มกันของเราได้ นอกจากนี้ การฉีดวัคซีนให้กับบุคคลที่มีความเสี่ยงจำนวนมาก ยังเป็นเรื่องความซับซ้อนของการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันมนุษย์ ซึ่งมีความสำคัญมากยิ่งขึ้นที่ต้องทำความเข้าใจ เรื่องดี ร่างกายของเราพัฒนาภูมิคุ้มกันต่อไวรัสตลอดชีวิต เช่น ไวรัสตับอักเสบเอ หรือโรคหัด ในขณะที่เชื้อเอชไอวีสามารถต้านทานภูมิคุ้มกันของร่างกายได้ตราบเท่าที่เรายังมีชีวิตอยู่ “โชคดีที่ซาร์ส-โควี-2 มีลักษณะใกล้เคียงกับไวรัสตับอักเสบเอ” แอนเดรีย ค็อกซ์ นักภูมิคุ้มกันไวรัสวิทยา จากมหาวิทยาลัยจอห์นฮอปกินส์ กล่าวและเสริมว่า “แม้ไม่ใช่ไวรัสที่รักษาง่ายที่สุด แต่อย่างน้อยมันไม่ได้ใกล้เคียงกับเอชไอวี” ในเดือนมิถุนายน นักวิจัยแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่า ผู้ป่วยที่ฟื้นตัวแล้วไม่เพียงแต่สร้างแอนติบอดีที่จำเพาะต่อโคโรนาไวรัสเท่านั้น แต่ยังสร้างโปรตีนจำเพาะที่มีความสามารถเข้าทำลายเชื้อรุกรานได้ […]

NGT x SaySci Ep.16 “หลักการของเข็มทิศ”

เข็มทิศที่ใช้เพื่อการนำทางกลายเป็นของสะสมในยุคปัจจุบัน เนื่องจากการเข้ามาแทนที่ของเทคโนโลยีนำทางที่ล้ำสมัย ว่าแต่เคยสงสัยกันไหม เหตุใดเข็มบนหน้าปัดเข็มทิศจึงชี้ไปทางทิศเหนือตลอดเวลา? มาร่วมหาคำตอบไปพร้อมกัน