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

นวัตกรรม ถุงห่อทุเรียน Magik Growth จากเอ็มเทค สวทช.

เอ็มเทค รวมกับสจล. เปิดผลทดสอบ ‘Magik Growth’ นวัตกรรม ถุงห่อทุเรียน ‘เปลือกบาง-เนื้อหนาขึ้น’ ช่วยลดสารเคมี เพิ่มคุณภาพชีวิตชาวสวน ในปี 2564 ทุเรียนเป็นพืชส่งออกอันดับ 2 รองจากยางพารา โดยการส่งออกทุเรียนสดและแช่แข็งตลอดเดือนมกราคมถึงพฤษภาคม ที่ผ่านมา มีมูลค่าสูงสุดเป็นประวัติการณ์ถึง 58,344 ล้านบาท แต่ชาวสวนทุเรียนยังประสบปัญหาทั้งเรื่องโรคแมลงศัตรูพืชและสัตว์กัดแทะที่ทำลายทุเรียนในระยะพัฒนาผลจนเกิดความเสียหาย ทำให้เกษตรกรส่วนใหญ่แก้ปัญหาโดยใช้สารเคมียาฆ่าแมลงในการฉีดพ่น ซึ่งนอกจากจะมีต้นทุนเพิ่มขึ้น ยังเกิดปัญหาสุขภาพตามมา ดร.ณัฐภพ สุวรรณเมฆ นักวิจัยทีมวิจัยสิ่งทอ กลุ่มวิจัยเทคโนโลยีโพลิเมอร์ขั้นสูง ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) สวทช. กล่าว ถุงห่อทุเรียน เพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว ทีมวิจัยเอ็มเทค สวทช. จึงนำองค์ความรู้เรื่องวัสดุศาสตร์โดยพัฒนาสูตรผสมเม็ดพลาสติก (polymer compound) ร่วมกับเทคโนโลยีการขึ้นรูปนอนวูฟเวน เพื่อให้วัสดุนอนวูฟเวนมีสมบัติให้น้ำและอากาศผ่านเข้าออกได้โดยง่าย รวมถึงมีสมบัติการคัดเลือกช่วงแสงที่เหมาะสมกับเซลล์รับแสงที่ผิวผลไม้ โดยได้ผลิตเป็นนวัตกรรมวิจัยต้นแบบชื่อทางการค้าว่า Magik Growth หรือ นวัตกรรมถุงห่อผลไม้นอนวูฟเวน ช่วยให้ทุเรียนที่ถูกห่อด้วยถุงห่อ Magik Growth สามารถสร้างสารสำคัญในผลไม้ทั้งแป้ง น้ำตาล สารต้านอนุมูลอิสระต่างๆ โดยได้ทดลองทั้งในระดับห้องปฏิบัติการและระดับภาคสนามร่วมกับภาควิชาเทคโนโลยีการผลิตพืช คณะเทคโนโลยีการเกษตร […]

เพิ่มพลังต่อสู้กับเซลล์มะเร็ง

ปัจจุบัน การบำบัดด้วยภูมิคุ้มกัน (immunotherapy) เป็นสาขาที่กำลังมาแรงที่สุด ด้วยการส่งเซลล์ที (T cell) ออกไปไล่ล่าและสังหารผู้บุกรุกแปลกปลอมอย่างเซลล์มะเร็ง

พัทน์ ภัทรนุธาพร เด็กไทยใน MIT Media Lab ศูนย์วิจัยนวัตกรรมเพื่อโลกอนาคต

MIT Media Lab คือห้องปฏิบัติการวิจัยของ Massachusetts Institute of Technology (MIT) ประเทศสหรัฐอเมริกา ที่พัฒนาเทคโนโลยีปฏิวัติวงการมาแล้วมากมาย MIT Media Lab เกิดขึ้นในยุคที่โลกกำลังจะก้าวสู่ดิจิทัล ในช่วงปี 1985 จากความคิดริเริ่มของ Prof. Nicholas Negroponte หนึ่งในผู้ก่อตั้ง ซึ่งตั้งคำถามว่า ถ้าเราจะสร้างเทคโนโลยีสักอย่างที่เปลี่ยนโลก เราควรจะสร้างเทคโนโลยีอะไร และเค้าค้นพบว่าเราควรจะสร้างเทคโนโลยีหรือกระบวนการที่นำไปสู่การสร้างเทคโนโลยีที่มากขึ้น หรือการสร้างเทคโนโลยีที่สามารถทำให้คนสร้างเทคโนโลยีได้ไปอีกขั้นหนึ่งขึ้นไปเรื่อย ๆ นี่จึงเป็นจุดกำเนิดของ MIT Media Lab สถาบันที่สร้างนวัตกรรมเเห่งอนาคต คำว่ามีเดีย (Media) ในที่นี้ไม่ใช่โทรทัศน์ วิทยุ หรือ สื่อโซเชียลมีเดียใด แต่คือตัวกลางที่เชื่อมโยงทุกอย่างเข้าหากัน MIT Media Lab คือห้องปฏิบัติการที่รวมคนจากหลากหลายสาขาวิชา หลากหลายมิติ มาอยู่ด้วยกัน เพื่อที่พัฒนาสิ่งที่ยิ่งใหญ่และไกลกว่าการพัฒนาในแต่ละสาขาวิชา มันจะมีความต่อต้านการเรียนรู้แยกกันในแต่ละสาขาวิชาในรูปแบบเดิม ๆ หรือที่เรียกว่า Anti-Disciplinary แต่ในขณะเดียวกันมันจะมีการบูรณาการเข้าหากันจากหลาย ๆ ศาสตร์ เพื่อสร้างนวัตกรรมใหม่ […]

กลุ่มดาวค้างคาว หรือกลุ่มดาวแคสซิโอเปีย (Cassiopeia)

กลุ่มดาวค้างคาว มีประวัติการบันทึกมาอย่างยาวนานพร้อมๆ กับดาวหมีใหญ่ กลุ่มดาวแคสซิโอเปีย (Cassiopeia) หรือที่คนไทยรู้จักกันในนาม กลุ่มดาวค้างคาว เป็น 1 ใน 88 กลุ่มดาวสากลของโลก เป็นกลุ่มดาวฤกษ์ที่ง่ายต่อการสังเกตและจดจำ จากการมีดาวฤกษ์สุกสว่างห้าดวง ประกอบกันเป็นรูปร่างคล้ายตัวอักษร “W” บนซีกฟ้าเหนือตรงข้ามกับกลุ่มดาวหมีใหญ่ (Ursa Major) ซึ่งครอบคลุมพื้นที่ราว 598 ตารางองศาหรือมีขนาดใหญ่เป็นลำดับที่ 25 ของกลุ่มดาวทั้งหมด กลุ่มดาวค้างคาวเป็นกลุ่มดาวที่สามารถพบเห็นได้ตลอดทั้งปีในท้องฟ้าฝั่งซีกโลกเหนือ แต่จะมองเห็นได้ชัดเจนที่สุดในเดือนพฤศจิกายนหรือช่วงฤดูหนาว และจะปรากฏขึ้นให้เห็นบนท้องฟ้าของฝั่งซีกโลกใต้ในบางพื้นที่ของช่วงปลายฤดูใบไม้ผลิเท่านั้น อ่านเพิ่มเติม : การศึกษาเรื่องกลุ่มดาวบนท้องฟ้า นอกจากนี้ กลุ่มดาวแคสซิโอเปียยังเป็น 1 ใน 48 กลุ่มดาวดั้งเดิมที่ถูกจารึกอยู่ในบันทึกของปโตเลมี (Ptolemy) ในช่วงศตวรรษที่สอง เช่นเดียวกับกลุ่มดาวหมีใหญ่อีกด้วย โดยถูกตั้งชื่อตามราชินีแคสซิโอเปีย (Cassiopeia) ในตำนานเทพนิยายกรีกปรัมปรา ก่อนที่กลุ่มดาวกลุ่มนี้จะถูกรับรองและตั้งชื่ออย่างเป็นทางการว่า “ราชินีแคสซิโอเปีย” (Cassiopeia the Queen) จากสหพันธ์ดาราศาสตร์สากล (International Astronomical Union: IAU) ในปี 1930 ขณะที่คนไทยมองเห็นกลุ่มดาวฤกษ์ […]