การแพร่และออสโมซิส

การลำเลียงสารเข้าและออกจากเซลล์ จำแนกออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ

เซลล์สิ่งมีชีวิตสามารถควบคุมหรือคัดเลือกสาร ผ่านเข้าออกเยื่อหุ้มเซลล์ เพราะเยื่อหุ้มเซลล์มีสมบัติเป็นเยื่อเลือกผ่าน (Semipermeable membrane อ่านว่า เซมิเพอมิเอเบิล เมมเบรน)

1. การลำ เลียงสารโดยผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ แบ่งเป็น 2 ลักษณะ คือ

1.1 การลำ เลียงสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยไม่ใช้พลังงานจากเซลล์ (Passive transport)

- การแพร่ธรรมดา (Simple diffusion) --> ใช้พลังงานจากเซลล์และไม่อาศัยตัวพาใดๆ

- การแพร่โดยอาศัยตัวพา (Facilitated diffusion) --> การแพร่ของสารโดยอาศัยตัวพา (Carrier) ซึ่งเป็นสารจำ พวกโปรตีนที่อยู่ภายในเยื่อหุ้มเซลล์เป็นตัวนำ ไปโดยไม่ต้องใช้พลังงานจากเซลล์

- การออสโมซิส (Osmosis) การเคลื่อนที่ของนํ้าผ่านเยื่อเลือกผ่านโดยทิศทางเคลื่อนที่คือนํ้าจะเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความหนาแน่นของนํ้ามาก (สารละลายเจือจาง) ไปยังบริเวณที่มีความหนาแน่นของนํ้าน้อย (สารละลายเข้มข้น) จนกระทั่งถึงจุดสมดุล โดยออสโมมิเตอร์ (Osmometer) เป็นเครื่องมือที่ใช้แสดงการเกิดออสโมซิส และใช้วัดแรงดันที่เกิดจากกระบวนการออสโมซิสด้วยแรงดันออสโมติก (Osmotic pressure) ซึ่งเป็นแรงดันที่ทำ ให้เกิดออสโมซิสของนํ้า

ออสโมมิเตอร์

ประเภทของสารละลายที่เกี่ยวข้องกับการออสโมซิส แบ่งเป็น 3 ประเภท

- สารละลายไฮเปอร์โทนิก (Hypertonic Solution) คือ สารละลายที่มีความเข้มสูงเมื่อเทียบกับความเข้มข้นของสารละลายภายในเซลล์

- สารละลายไฮโปโทนิก (Hypotonic Solution) คือ สารละลายที่มีความเข้มข้นตํ่า เมื่อเทียบกับความเข้มข้นของสารละลายในเซลล์

- สารละลายไอโซโทนิก (Isotonic solution) คือ สารละลายที่มีความเข้มข้นเท่ากับความเข้มข้นของสารละลายภายในเซลล์

1.2 การลำเลียงสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยใช้พลังงานจากเซลล์ (Active transport) การเคลื่อนที่ของโมเลกุลหรืออิออนของสารจากบริเวณที่มีความหนาแน่นน้อยไปสู่บริเวณที่มีความหนาแน่นมากกว่าโดยอาศัยพลังงานในรูป ATP จากเซลล์ และต้องอาศัยตัวพา (Carrier)

การลำเลียงน้ำ แร่ธาตุและอาหารของพืช

การการลำเลียงน้ำและแร่ธาตุของพืช

- น้ำเข้าสู่รากทางขนรากได้โดย กระบวนการแพร่ธรรมดา (Diffusion) ผ่านไปตามผนังเซลล์ และช่องว่างระหว่างเซลล์

- แร่ธาตุการลำเลียงแร่ธาตุมีทั้ง การแพร่ธรรมดาจากบริเวณที่มีแร่ธาตุมากเข้าสู่บริเวณที่มีแร่ธาตุน้อย และ Active Transport ซึ่งเป็นการนำแร่ธาตุจากบริเวณที่มีความเข้มข้นน้อย ไปยังบริเวณที่มีแร่ธาตุมากกว่าโดยต้องใช้พลังงานจากการหายใจช่วย การลำเลียงแร่ธาตุเกิดขึ้นร่วมกับการลำเลียงน้ำในไซเลม

โครงสร้างหลักที่ใช้ในการลำเลียงน้ำและแร่ธาตุ คือ ราก ทำหน้าที่ในการดูดน้ำและแร่ธาตุ ลำเลียงผ่านส่วนของราก ลำต้น และใบ

โครงสร้างของราก

ปลายรากแบ่งเป็นส่วนต่างๆ ดังนี้

1. หมวกราก หรือ Root cap ประกอบด้วยเซลล์เรียงตัวกันหลวมๆ สามารถผลิตเมือกได้ ทำหน้าที่ป้องกันอันตราย และช่วยให้รากชอนไชในดินได้ง่ายขึ้น

2. ส่วนที่มีการแบ่งเซลล์ หรือ Region of cell pision เป็นบริเวณที่มีเนื้อเยื่อเจริญ สามารถแบ่งเซลล์เพิ่มจำนวนได้

3. ส่วนที่เซลล์ยืดขยาย หรือ Region of cell elongation เป็นบริเวณที่อยู่ถัดจากเนื้อเยื่อเจริญ โดยเซลล์จะมีการขยายตัวตามยาว ทำให้รากยาวขึ้น

4. ส่วนที่เปลี่ยนแปลงไปทำหน้าที่เฉพาะ หรือ Region of cell differentiation เป็นบริเวณที่เซลล์เปลี่ยนแปลงไปทำหน้าที่เฉพาะ และเจริญเติบโตเต็มที่ โดยเนื้อเยื่อบริเวณผิวบางส่วนผนังเซลล์ยื่นยาวกลายเป็นขนราก หรือ Root hair เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวในการดูดซึมน้ำและแร่ธาตุ

โครงสร้างภายในของรากพืชตัดตามขวาง

โครงสร้างของรากพืชตัดตามขวาง ประกอบด้วย

1. Epidermis เรียงตัวอยู่ชั้นนอกสุด ลักษณะเซลล์ไม่มีคลอโรพลาสต์ ผนังเซลล์บาง ไม่มีช่องว่างระหว่างเซลล์ บางส่วนเจริญเปลี่ยนไปเป็นขนราก

2. Cortex อยู่ระหว่างชั้น Epidermis และมัดท่อลำเลียง ด้านในสุดมีเซลล์เรียงตัวเป็นแถว เรียกว่า Endodermis

3. Stele อยู่ถัดจาก Endodermis ประกอบด้วย

- Pericycle (สามารถเปลี่ยนเป็นเนื้อเยื่อเจริญ เพื่อแบ่งเซลล์ให้เกิดรากแขนง) Vascular bundle หรือ มัดท่อลำเลียง ประกอบด้วย Xylem และ Phloem

- มัดท่อลำเลียง ของพืชใบเลี้ยงคู่ Xylem ขนาดใหญ่เรียงตัวเป็นแฉก ประมาณ 1-6 แฉกและ Phloem ขนาดเล็ก แทรกระหว่างแฉก

- มัดท่อลำเลียง ของพืชใบเลี้ยงเดี่ยว Xylem ขนาดใหญ่เรียงตัวเป็นแฉก ประมาณ 4-5 แฉกและ Phloem ขนาดเล็ก แทรกระหว่างแฉก

- ส่วนสุดท้ายของ Stele เรียกว่า Pith เป็นเนื้อเยื่อ Parenchyma ส่วนกลางสุดของรากพืช โดยในรากพืชใบเลี้ยงคู่ Pith จะถูกแทนที่ด้วย Xylem

โครงสร้างของลำต้น

ลำต้น (Stem) เป็นอวัยวะของพืชที่ส่วนใหญ่จะเจริญขึ้นเหนือดิน ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วนคือ ข้อ (Node) ส่วนใหญ่มักมีตา (Bud) ซึ่งจะเจริญไปเป็น กิ่ง ใบ หรือดอก ต่อไป และ ปล้อง (Internode) ซึ่งอยู่ระหว่างข้อ โดยในพืชใบเลี้ยงเดี่ยวจะเห็นข้อและปล้องชัดเจน แต่ในพืชใบเลี้ยงคู่ เห็นข้อและปล้องชัดเจนในขณะที่เป็นต้นอ่อนหรือกิ่งอ่อน แต่เมื่อเจริญเติบโตและมีเปลือกมาหุ้ม ทำให้เห็นข้อและปล้องไม่ชัดเจน

โครงสร้างภายในของปลายยอดพืช

โครงสร้างภายในของลำต้นพืชตัดตามขวาง

โครงสร้างของลำต้นพืช ตัดตามขวาง ในการเจริญเติบโตขั้นแรก (Primary Growth) ประกอบด้วย

1. Epidermis อยู่ชั้นนอกสุด ไม่มีคลอโรพลาสต์ มีการเปลี่ยนแปลงเป็นขน หนาม และมีสารคิวติน (Cutin) เคลือบ ในพืชที่มีเนื้อไม้พบเฉพาะในปีแรก ๆ เมื่อต้นไม้เจริญเติบโตในปีต่อๆ มา จะมีเซลล์คอร์ก (Cork) เจริญ และดันให้ Epidermis หลุดไป

2. Cortex อยู่ถัดจากชั้น Epidermis ประกอบด้วยเซลล์ที่ให้ความแข็งแรง และสะสมอาหาร

3. Stele ในลำต้นแยกจาก Cortex ไม่ชัดเจน ประกอบด้วย Vascular bundle หรือมัดท่อลำเลียง

- Vascular bundle ของพืชใบเลี้ยงคู่ Xylem และ Phloem จัดเรียงเป็นกลุ่มอย่างมีระเบียบ โดย Xylem อยู่ด้านใน Phloem อยู่ด้านนอก มีเนื้อเยื่อเจริญด้านข้าง ทำให้มีการเจริญเติบโตขั้นที่ 2

- Vascular bundle ของพืชใบเลี้ยงเดี่ยว Xylem และ Phloem มัดท่อลำเลียงกระจายอยู่ทั่วไปในชั้น Cortex และ Stele ไม่มีเนื้อเยื่อเจริญในมัดท่อลำเลียง ยกเว้นบางชนิดเช่น หมาก ตาล มะพร้าว ปาล์ม เป็นต้น

- ส่วนสุดท้ายของ Stele เรียกว่า Pith เป็นเนื้อเยื่อส่วนกลางสุดของลำต้น โดยในลำต้นพืชใบเลี้ยงคู่ Pith จะถูกแทนที่ด้วย Xylem เมื่อมีการเจริญเติบโตขั้นที่สอง ส่วนในพืชในใบเลี้ยงเดี่ยวบางชนิดเช่น ไผ่ หญ้าขน ข้าวสาลี เมื่อเจริญเติบโตเต็มที่ Pith จะสลายไป กลายเป็นช่องกลวง

โครงสร้างของใบ

ใบ (Leaf) เป็นอวัยวะของพืชที่มีรูปร่างแบนแผ่กว้าง และมีคลอโรฟิลล์ มีหน้าที่สำคัญเกี่ยวกับการหายใจ การคายน้ำ และการสังเคราะห์ด้วยแสง

โครงสร้างภายนอกของใบ

ในพืชใบเลี้ยงเดี่ยวมักมีก้านใบแผ่เป็นแผ่นหุ้มข้อของลำต้น เรียกว่า กาบใบ (Leaf sheath)

การจัดเรียงตัวของเส้นใบแบ่งออกเป็น 2 แบบ คือ

1. การเรียงตัวของเส้นใบแบบตาข่าย (Net venation) พบในพืชใบเลี้ยงคู่

2. การเรียงตัวของเส้นใบแบบขนาน (Parallel venation ) พบในพืชใบเลี้ยงเดี่ยว

* ผิวด้านบนส่วนที่รับแสง เรียกว่า หลังใบ ส่วนด้านที่อยู่ข้างล่างที่ไม่ได้รับแสง เรียกว่า ท้องใบ

โครงสร้างภายในของใบ

1. Epidermis

- ผิวชั้นนอกสุด มีทั้งด้านบนและด้านล่าง มีการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์คุม และขน สารคิวตินเคลือบ ป้องกันการระเหยของน้ำ บางเซลล์เปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์คุม (Guard Cell) เซลล์คุมประกบกันกลายเป็นช่องตรงกลางเรียกว่า ปากใบ (Stomata)

- พืชลอยน้ำมีปากใบเฉพาะด้านบน พืชจมน้ำไม่มีปากใบ พืชบกส่วนใหญ่มีปากใบทั้งด้านบนและด้านล่าง ส่วนใหญ่อยู่ด้านล่าง

2. ชั้นมีโซฟิล (Mesophyll)

- อยู่ระหว่างชั้น Epidermis มีรูปร่างแตกต่างกัน 2 แบบ คือ

(1) ชั้นมีโซฟิลที่อยู่ติดกับเอพิเดอมิสด้านบน เซลล์รูปร่างยาวเรียงตัวแนวตั้งฉากกับ Epidermis ไม่มีช่องว่างระหว่างเซลล์ ภายในเซลล์มีคลอโรพลาสต์จำนวนมาก

(2) ชั้นมีโซฟิลที่อยู่ติดกับเอพิเดอมิลด้านล่าง เซลล์รูปร่างค่อนข้างกลม เรียงตัวหลวมๆ ไม่เป็นระเบียบ มีช่องว่างระหว่างเซลล์ ภายในเซลล์มีคลอโรพลาสต์ไม่หนาแน่น เป็นชั้นที่พบเนื้อเยื่อลำเลียง

ในพืชใบเลี้ยงเดี่ยว เซลล์ชั้นมีโซฟิล ไม่แบ่งเป็นชั้น และมัดท่อลำเลียงพบอยู่ทั่วไป โดย Xylem อยู่ทางด้านบน Phloem พบทางด้านล่างของแผ่นใบ

3. เส้นใบ (Vein) หรือ มัดท่อลำเลียง (Vascular bundle)

ทำหน้าที่ลำเลียงน้ำ เกลือแร่และอาหาร แทรกอยู่ในชั้นมีโซฟิล เส้นใบที่ใหญ่ที่สุดคือ เส้นกลางใบ (Midrib) แล้วแยกแขนงจากเส้นกลางใบเป็นเส้นเล็กลงเรื่อยๆ

การลำเลียงน้ำของพืช

การลำเลียงน้ำของพืช จากรากขึ้นไปสู่ยอดเกิดขึ้นโดยอาศัยกระบวนการต่าง ๆ คือ

1. แรงดึงจากการคายน้ำ (Transpiration pull) เมื่อพืชมีการคายน้ำทางปากใบทำให้เกิดการลำเลียงเนื่องจากมีแรงดึงระหว่างโมเลกุลของน้ำ (Cohesion)

2. แรงดันราก (Root Pressure) เมื่อรากดูดน้ำเข้าสู่รากมาก ๆ จะเกิดแรงดันดันให้น้ำเคลื่อนที่เข้าไปสู่เซลล์ถัดไปตามท่อลำเลียงน้ำขึ้นสู่ยอด

3. Capillary Action เกิดขึ้นได้เนื่องจาก แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำกับผนังด้านข้างหลอดในท่อลำเลียงของไซเลม (Adhetion)

ธาตุอาหารในพืช

ธาตุอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่คือ

1.ธาตุอาหารที่พืชต้องการในปริมาณมาก ได้แก่

- ธาตุอาหารหลัก คือ ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และโพแทสเซียม

-ธาตุอาหารรอง ได้แก่ แคลเซียม แมกนีเซียม และซัลเฟอร์

2. ธาตุอาหารที่พืชต้องการในปริมาณน้อย ได้แก่เหล็ก แมงกานิส สังกะสี ทองแดง โบรอน โมลิดินัม และคลอรีน

การคายน้ำของพืช

การคายน้ำ หมายถึงการที่พืชสูญเสียน้ำออกจากต้นในรูปของไอน้ำ แบ่งได้ 3 ประเภท คือ การคายน้ำทางปากใบ การคายน้ำทางผิวใบ และการคายน้ำทางเลนทิเซล (Lenticel)

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการคายน้ำ

ปัจจัยภายนอก หมายถึง ปัจจัยทางสิ่งแวดล้อมภายนอก ได้แก่

- แสงสว่าง แสงมีผลต่ออัตราการคายน้ำ โดยแสงสว่างมาก จะทำให้ปากใบเปิดกว้างมากขึ้น

- อุณหภูมิ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิมีผลทำให้แรงดันไอในช่วงว่างระหว่างเซลล์สูงกว่าอากาศรอบๆผิวใบ ทำให้พืชมีอัตราการคายน้ำเพิ่มมากขึ้น

- ความชื้นของอากาศ ปกติจะถือว่าบรรยากาศภายในใบพืชจะอิ่มตัวหรือเกือบจะอิ่มตัวด้วยไอน้ำ ดังนั้น อัตราการแพร่ของไอน้ำจากภายในใบออกสู่ภายนอกจึงขึ้นอยู่กับความชื้นของอากาศภายนอก ถ้าอากาศภายนอกมีความชื้นสูง อัตราการคายน้ำก็จะต่ำ ในทางตรงกันข้าม ถ้าอากาศภายนอกมีความชื้นต่ำ การคายน้ำก็จะเกิดมากขึ้น

- ลม ลมช่วยพัดพาไอน้ำที่ระเหยออกจากใบ และที่อยู่รอบๆใบ ให้พ้นจากผิวใบ เพื่อทำให้การแพร่ของไอน้ำออกจากใบมากขึ้น

- ความกดดันของบรรยากาศ ในที่ที่มีความกดดันของบรรยากาศต่ำอากาศจะเบาบางลง และมีความหนาแน่นน้อยทำให้ไอน้ำในใบแพร่ออกมาได้ง่ายกว่าขณะที่อากาศมีความกดดันของบรรยากาศสูง

ปัจจัยภายใน หมายถึง ปัจจัยอันเนื่องมาจากองค์ประกอบต่างๆของพืช ได้

- พื้นที่ใบ พื้นที่ใบยิ่งมาก การสูญเสียน้ำก็ยิ่งมาก

- การจัดเรียงตัวของใบ ถ้าพืชหันทิศทางอยู่ในมุมที่ตรงกันข้ามกับแสง อาทิตย์ เป็นมุมแคบจะเกิดการคายน้ำน้อยกว่าใบที่อยู่ เป็นมุมกว้าง

- ขนาดและรูปร่างของใบ ใบพืชที่มีขนาดใหญ่และกว้างจะมีการคายน้ำ มากกว่าใบเล็กแคบ

- โครงสร้างภายในใบ พืชในที่แห้งแล้งจะมีการปรับตัวให้มีปากใบลึก มีชั้นผิวใบ (cuticle) หนา ทำให้การคายน้ำเกิดขึ้นน้อยกว่าพืชในที่ชุ่มชื้น หรือพืชน้ำ

- อัตราส่วนของรากต่อลำต้น ถ้าพืชมีอัตราส่วนของรากต่อลำต้นมาก การคายน้ำก็เกิดขึ้นได้มาก เพราะอัตราการดูดซึมของรากจะมีมาก

ความสำคัญของการคายน้ำ

กระบวนการคายน้ำเป็นกระบวนการสูญเสียน้ำที่พืชดูดขึ้นมาจากราก โดยน้ำ ที่พืชดูดขึ้นมานั้นจะถูกนำไปใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เพียง 1-2 % เท่านั้น นอกนั้นจะระเหยออกทางปากใบ ดังนั้นจึงมีการศึกษากันว่า กระบวนการคายน้ำที่เกิดขึ้นนี้มีประโยชน์อย่างไร ซึ่งผลจากการศึกษาในปัจจุบันนี้เชื่อกันว่า การคายน้ำมีประโยชน์ต่อพืช โดยตรง เช่น ช่วยลดอุณหภูมิใบ ช่วยควบคุมการดูดและลำเลียงเกลือแร่ เป็นต้น นอกจากนี้ยังอาจเป็นโทษกับพืชมากกว่าด้วย เพราะทำให้พืชสูญเสียน้ำโดยเปล่าประโยชน์ และถ้าพืชเสียน้ำไปมากๆ โดยเฉพาะพืชที่อยู่ในที่แห้งแล้ง พืชจะปิดปากใบเพื่อ ลดการสูญเสียน้ำซึ่งมีผลทำให้การสังเคราะห์ด้วยแสงหยุดชะงักลง การเจริญเติบโตของพืช ก็จะถูกกระทบกระเทือน และถ้าพืชเกิดการขาดน้ำอย่างรุนแรง พืชจะเหี่ยวเฉาและตายในที่สุด

ประโยชน์ของการคายน้ำมีดังนี้

- ช่วยลดความร้อนของใบ เพราะเมื่อใบคายน้ำ ต้องการความร้อน แฝงที่จะทำให้น้ำกลายเป็นไอน้ำ จึงดึงความร้อนจากใบไป ใบจึงมีอุณหภูมิต่ำลง

- ช่วยในการดูดน้ำและเกลือแร่ การคายน้ำเป็นต้นเหตุทำให้เกิด แรงดึงจากการคายน้ำ (Transpiration pull) แรงดึงนี้สามารถดึงน้ำและเกลือแร่จากดินเข้าสู่รากได้ดีมาก

การสูญเสียน้ำโดยวิธีการคายน้ำเป็นหยด(Guttation)

การสูญเสียน้ำของพืชอีกประเภทหนึ่งเรียกว่า การคายน้ำเป็นหยด เป็นการ สูญเสียน้ำ โดยเฉพาะในขณะที่สภาวะแวดล้อมไม่อำนวยต่อการคายน้ำ เช่น ในเวลากลางคืน ในขณะที่มีอากาศเย็น ความชื้นสูงและลมสงบ ในภาวะเช่นนี้ ถ้ารากพืชยังสามารถดูดน้ำเข้า จะทำให้เกิดแรงดันราก ซึ่งจะดันให้น้ำและสารที่ละลายอยู่ในน้ำ ในไซเลมไหลออกทางปลายสุดของท่อไซเลมคือบริเวณส่วนปลายของเส้นใบ (vein ending) น้ำที่ถูกขับออกมาในรูปของหยดน้ำผ่านช่องเปิดที่เรียกว่า ไฮดาโทด (hydathode) ตามขอบใบและปลายใบ ภายในของเหลวที่ถูกขับออกโดยวิธีการคายน้ำเป็นหยดนี้พบว่ามี สารอาหารหลายชนิดเจือปนอยู่ด้วย ได้แก่ สารเกลือแร่ กรดอินทรีย์ กรดอะมิโน และอื่นๆ

การลำเลียงอาหารในพืช

มึนซ์ (Munch) อธิบายการลำเลียงอาหารว่า เมื่อพืชสังเคราะห์แสง ได้ผลผลิตเป็นน้ำตาลอยู่ในเซลล์ ทำให้น้ำออสโมซิสเข้าสู่เซลล์ จนเกิดแรงดันเต่งขึ้น จะดันให้สารละลายอาหารไหลเข้าสู่เซลล์ข้างเคียง และเกิดขึ้นเป็นทอดๆเข้าสู่โฟลเอม จนถึงเซลล์ปลายทางจะมีกระบวนการเปลี่ยนแปลงให้น้ำตาลเป็นแป้ง ซึ่งเป็นสารที่ไม่ละลายน้ำทำให้มีแรงดันออสโมติกต่ำ จึงหยุดเคลื่อนที่

การลำเลียงอาหาร เกิดขึ้นทั้ง 2 ทิศทาง จากใบสู่ยอด และจากใบสู่ราก การลำเลียงน้ำเกิดขึ้นทิศทางเดียว คือ จากรากสู่ยอด

การสร้างอาหารของพืช

พืชได้พลังงานจากดวงอาทิตย์มาช่วยสร้างอาหาร พืชมีสารสีเขียวที่เรียกว่า "คลอโรฟีลล์" คลอโรฟีลล์สามารถจับพลังงานแสงไว้และใช้พลังงานแสงช่วยสร้างอาหารคือ น้ำตาล ซึ่งเป็น คาร์โบไฮเดรต โดยสร้างจากคาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ ในการสร้างอาหารของพืชนอกจากได้น้ำตาลแล้ว มีก๊าซออกซิเจนเกิดขึ้นด้วย และถูกปล่อยออกสู่อากาศ

ปัจจัยสำคัญในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

1. แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นแก๊สที่เกิดขึ้นจากการหายใจของพืชและสิ่งมีชีวิตต่างๆ เกิดจากการเผาไหม้ของสาร และการย่อยสลายของสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิต ซึ่งในอากาศมีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 0.03-0.04 เปอร์เซ็นต์ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เป็นวัตถุดิบที่ใช้ในการสร้างอาหารของพืช โดยเป็นแก๊สที่ให้ธาตุคาร์บอนแก่พืชเพื่อนำไปใช้การสร้างแป้งและน้ำตาล (สารอาหารประเภทคาร์โบไฮเดรต)

2. น้ำ (H2O) เป็นวัตถุดิบที่พืชดูดซึมมาจากดิน โดยอาศัยหลักการแพร่ของน้ำจากรากเข้าสู่ท่อลำเลียงน้ำของพืชไปยังใบ น้ำเป็นสารที่ให้ธาตุไฮโดรเจนแก่พืช เมื่อธาตุไฮโดรเจนรวมกับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จะได้เป็นสารประกอบคาร์โบไฮเดรต

3. แสงสว่าง (light) เป็นพลังงานที่มีบทบาทสำคัญต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช โดยพลังงานแสงทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีระหว่างแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำซึ่งเป็นวัตถุดิบ สำคัญในการสร้างน้ำตาลกลูโคสและแก๊สออกซิเจน พืชแต่ละชนิดต้องการแสงเพื่อใช้ในการสร้างอาหารไม่เท่ากัน พืชบางชนิดต้องการแสงในปริมาณมาก เช่น ทานตะวัน เฟื่องฟ้า ข้าว เป็นต้น แต่พืชบางชนิดต้องการแสงในปริมาณน้อย เช่น พลูด่าง เป็นต้น

4. คลอโรฟิลล์ (chlorophyll) เป็นสารประกอบพวกรงควัตถุที่ทำหน้าที่ดูดกลืนพลังงานแสงสีต่างๆ จากแสงแดด คลอโรฟิลล์เป็นโปรตีนชนิดหนึ่งที่มีธาตุแมกนีเซียม ธาตุเหล็ก และธาตุแมงกานีสเป็นองค์ประกอบอยู่ภายในโมเลกุล พบได้ในพืชและสาหร่ายทุกชนิด ซึ่งในพืชและสาหร่ายแต่ละชนิดนั้นประกอบด้วยคลอโรฟิลล์หลายชนิดที่แตกต่างกันออกไปดังนี้

- คลอโรฟิลล์เอ เป็นคลอโรฟิลล์ที่มีสีเขียวแกมน้ำเงิน มีสมบัติทางเคมีคือ ไม่ละลายในน้ำ แต่สามารถละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น เอทิลแอลกอฮอล์ เอทิลอีเทอร์ อะซีโตน คลอโรฟอร์ม เป็นต้น คลอโรฟิลล์เอพบในพืชสีเขียวหรือพืชที่มีกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงทุกชนิด

- คลอโรฟิลล์บี เป็นคลอโรฟิลล์ที่มีสีเขียวแกมเหลือง มีสมบัติทางเคมีคือ ไม่ละลายน้ำ แต่สามารถละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น เอทิลแอลกอฮอล์ เอทิลอีเทอร์ อะซีโตน เป็นต้น พบในพืชชั้นสูงและสาหร่ายสีเขียว (green algae)

- คลอโรฟิลล์ซี เป็นคลอโรฟิลล์ที่พบในสาหร่ายสีน้ำตาล (brown algae) และสาหร่ายสีทอง (golden algae)

- คลอโรฟิลล์ดี เป็นคลอโรฟิลล์ที่พบในสาหร่ายสีแดง (red algae)

แหล่งที่เกิดการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถเกิดขึ้นได้ทุกส่วนของพืชที่มีสีเขียวหรือมีคลอโรฟีลล์อยู่ โดยมีใบเป็นส่วนที่ทำหน้าที่โดยตรง ใบส่วนใหญ่จะแผ่เป็นแผ่นบาง จึงรับแสงและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ได้ดี ผิวด้านบนของใบส่วนที่รับแสง เรียกว่า หลังใบ มักจะมีสีเขียวเข้ม ส่วนด้านล่างของใบส่วนที่ไม่ได้รับแสง เรียกว่า ท้องใบ

ความสำคัญของใบต่อการสังเคราะห์ด้วยแสง

ใบของพืชมีความสำคัญมากต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เพราะการสังเคราะห์ด้วย แสงของพืชส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นที่บริเวณใบ ดังนั้นใบของพืชจึงเปรียบเสมือนโรงงานผลิตอาหารให้แก่พืชใบของพืชประกอบด้วยเซลล์เล็กๆ หลายเซลล์ ภายในเซลล์จะมีเม็ดคลอโรพลาสต์ ภายในมีสารสีเขียวบรรจุอยู่เรียกว่า คลอโรฟีลล์ คลอโรฟีลล์มีสมบัติในการดูดพลังงานแสง ซึ่งจำเป็นต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงทำให้พืชสามารถสร้างอาหารได้เอง

ผลผลิตที่ได้จากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

เมื่อพืชเกิดกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งเป็นกระบวนการที่เปลี่ยนรูปพลังงานแสงให้เป็นพลังงานเคมี โดยมีการสะสมพลังงานเคมีอยู่ในผลิตภัณฑ์คือ น้ำตาลกลูโคสและแก๊สออกซิเจน ดังนี้

1. น้ำตาลกลูโคส (C6H12O6) น้ำตาลกลูโคสที่สังเคราะห์ได้นี้บางส่วนถูกนำไปใช้ในกระบวนการหายใจของพืชเพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานต่อไป น้ำตาลบางส่วนถูกเปลี่ยนไปเป็นแป้งทันทีและพืชจะเก็บสะสมไว้ที่ใบ ราก และลำต้น และน้ำตาลบางส่วนถูกนำไปใช้ในการสร้างเซลลูโลสซึ่งเป็นส่วนประกอบของผนังเซลล์ของพืช นอกจากนี้น้ำตาลบางส่วนจะรวมกับแร่ธาตุในเซลล์พืชแล้วเปลี่ยนไปเป็นสารอื่นได้อีก เช่น โปรตีน ไขมัน น้ำมันในเมล็ดพืช เป็นต้น

2. แก๊สออกซิเจน (O2) แก๊สออกซิเจนถูกนำไปใช้ในกระบวนการหายใจของพืช ซึ่งเมื่อแก๊สออกซิเจนรวมกับอาหารจะเปลี่ยนเป็นพลังงานให้แก่เซลล์พืช เพื่อนำไปใช้ในการดำเนินกิจกรรมต่างๆ ภายในเซลล์ ส่วนแก๊สออกซิเจนที่มากเกินความต้องการของพืช พืชก็จะคายออกมาทางปากใบ

ส่วนใหญ่พืชจะเก็บสะสมอาหารไว้ในรูปของแป้งแต่พืชบางชนิดจะเก็บอาหารไว้ในรูปของน้ำตาลและน้ำมัน โครงสร้างที่พืชที่ใช้สะสมอาหารได้แก่

1. ราก เช่น รากบัว แครอท หัวผักกาด เป็นต้น ซึ่งรากของพืชเหล่านี้จะเก็บสะสมแป้งและน้ำตาลไว้ภายใน

2. ลำต้น เช่น อ้อยจะเก็บอาหารไว้ในลำต้นซึ่งเก็บไว้ในรูปของน้ำตาล มันฝรั่ง จะเก็บสะสมแป้งไว้เป็นจำนวนมากทำให้มันฝรั่งเป็นแหล่งให้พลังงานที่ดีสำหรับมนุษย์

3. ใบ เช่น กะหล่ำ ผักขม จะเก็บอาหารไว้ในใบ

4. ผล เช่น กล้วย องุ่น มังคุด ทุเรียน ผลไม้เหล่านี้จะเก็บอาหารไว้ในรูปของน้ำตาลทำให้มีรสหวาน

5. เมล็ด เช่น เมล็ดถั่วลิสง ถั่วเหลือง และเมล็ดข้าวโพด จะประกอบด้วยน้ำตาลน้ำมันและแป้ง ทำให้มีคุณค่าทางสารอาหารสูงและมีรสชาติดี นอกจากนี้ยังสามารถสกัดน้ำมันมาใช้ปรุงอาหารได้ด้วย เมล็ดข้าวและข้าวสาลี จะประกอบด้วยแป้งเป็นส่วนใหญ่

ความสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสง

พืชสีเขียวมีบทบาทสำคัญมากต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนพื้นโลก รวมทั้งมนุษย์เราด้วย เพราะเป็นจุดเริ่มต้นของการใช้พลังงาน โดยการนำพลังงานแสงมาเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีในรูปของอาหารเก็บไว้ในรูปของเนื้อเยื่อ ได้แก่คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมัน พลังงานเหล่านี้จะถ่ายทอดไปสู่สัตว์และคนที่กินพืชและสัตว์เป็นอาหาร

นอกจากนี้กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช ยังได้แก๊สออกซิเจนและไอน้ำ ซึ่งจะถูกปล่อยออกจากใบสู่อากาศส่วนพืชในน้ำก็ปล่อยออกซิเจนสู่แหล่งน้ำ สัตว์ทั้งในน้ำและบนบกได้นำแก๊สออกซิเจนไปใช้ในกระบวนการหายใจ

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชต้องใช้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเป็นสารตั้งต้นในปฏิกิริยา ดังนั้น พืชสีเขียวจึงมีประโยชน์ช่วยลดปริมาณของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ ซึ่งเป็นสาเหตุของภาวะโลกร้อน

ดังนั้นจึงกล่าวไว้ว่ากระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชเป็นกระบวนการที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลกใบนี้