เป็นกระบวนการที่ประกอบด้วย ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องกันเป็นลำดับในคลอโรพลาสต์ในเซลล์พืช โดยใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ เปลี่ยนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจนจากน้ำ หรือแหล่งไฮโดรเจนอื่น ๆ ให้กลายเป็นสารประกอบประเภทคาร์โบไฮเดรตและมีแก๊สออกซิเจนเกิดขึ้น
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง และการหายใจในเซลล์จะทำงานร่วมกันอย่างสมดุล โดยกระบวนการหายใจสลายอาหารได้พลังงานและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงจะสร้างคาร์โบไฮเดรตและมีแก๊สออกซิเจนเกิดขึ้นเป็นวัฏจักรแก๊สออกซิเจนประมาณ 85% เกิดขึ้นในมหาสมุทร เนื่องมาจากการสังเคราะห์แสงของแพลงก์ตอนพืช (phytoplankton) อีก 10% มาจากสิ่งมีชีวิตบนพื้นดิน และ 5% มาจากแหล่งน้ำจืด
เป็นออร์แกเนลล์ชนิดหนึ่งในเซลล์พืช ภายในคลอโรพลาสต์มีคลอโรฟิลล์เป็นองค์ประกอบ ซึ่งสามารถดูดกลืนพลังงานจากแสงอาทิตย์มาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง คลอโรพลาสต์ในพืชชั้นสูงจะมีลักษณะเป็นรูปไข่หรือกลมรี ขนาดยาวประมาณ 5 ไมครอน กว้างประมาณ 2 ไมครอน หนาประมาณ 1-2 ไมครอน มีเยื่อหุ้ม 2 ชั้น ภายในประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วนคือ สโตรมา (stroma) และ ลาเมลลา (lamella)
- สโตรมา เป็นของเหลวใส มีเอนไซม์หลายชนิดที่นำไปใช้ในปฏิกิริยาที่ไม่ต้องใช้แสง
- ลาเมลลา เป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มชั้นในที่ยื่นเข้าไปในคลอโรพลาสต์ มีลักษณะเป็นแผ่นบาง ๆ ซ้อนกัน ประกอบด้วยโปรตีน ไขมัน คลอโรฟิลล์และรงควัตถุ แผ่นลาเมลลาซ้อนกันหลาย ๆ ชั้นเรียกว่า กรานา (grana) แผ่นลาเมลลาแต่ละแผ่นที่ซ้อนอยู่ในกรานาเรียกว่า ไทลาคอยด์ (thylakoid) เป็นแหล่งรับพลังงานจากแสงซึ่งประกอบด้วยกลุ่มของรงควัตถุระบบ 1 และรงควัตถุระบบ 2
รูปภาพแสดงตำแหน่งและองค์ประกอบของคลอโรพลาสต์ในพืช
คือ สารที่สามารถดูดกลืนแสง รงควัตถุแต่ละชนิดจะดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่นต่างกัน คลอโรฟิลล์ เป็นรงควัตถุ ที่พบในใบไม้สามารถดูดกลืนแสงสี ม่วง น้ำเงิน แดงซึ่งอยู่ในช่วงความยาวคลื่น 400-700 nm ได้ดีแต่สะท้อนแสงสีเขียว จึงทำให้เราเห็นใบไม้เป็นสีเขียว
การดูดแสงสีต่างๆ ของคลอโรพลาสต์
การสังเคราะห์ด้วยแสงประกอบด้วยขั้นตอนใหญ่ๆ 2 ขั้นตอนต่อเนื่องกัน คือขั้นตอนปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสงที่เปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมี และขั้นตอนปฏิกิริยาที่ไม่ต้องใช้แสงซึ่งเป็นขั้นตอนของการสังเคราะห์น้ำตาล (ที่มีชื่อเรียกเฉพาะว่า วัฏจักรเคลวิน )
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชประกอบด้วย
ปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสงและวัฏจักรเคลวิน
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis) เป็น กระบวนการสร้างอาหารของพืชสีเขียว โดยมีคลอโรฟิลล์ทำหน้าที่ดูดพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์แล้วเปลี่ยนสารวัตถุดิบคือน้ำและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ให้เป็น น้ำตาลกลูโคส น้ำ และ แก๊สออกซิเจน
1.พลังงานแสงจะเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานเคมีสะสมอยู่ในผลิตภัณฑ์คือ น้ำตาลกลูโคส น้ำ และแก๊สออกซิเจน
2.น้ำตาลกลูโคสจะถูกเปลี่ยนไปเป็นแป้งทันที และสะสมไว้ในเซลล์สีและแป้งจะเปลี่ยนกลับเป็นน้ำตาลกลูโคสอีกครั้ง เมื่อพืชต้องการสลายน้ำตาลกลูโคสเป็นพลังงาน
3.พืชคายน้ำและแก๊สออกซิเจนจะถูกพืชคายออกมาทางปากใบกลับคืนสู่สิ่งแวดล้อม
1. เป็นแหล่งอาหารและแหล่งพลังงานที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด เนื่องจากพืชสีเขียวได้รับน้ำ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และพลังงานแสง จากดวงอาทิตย์ ไปสร้างสารอาหารพวกน้ำตาลและสารอาหารนี้ สามารถเปลี่ยนแปลงไปเป็นสารอาหารอื่น ๆ ได้ เช่น แป้ง โปรตีน ไขมัน ซึ่งสิ่งมีชีวิตได้นำไปใช้ประโยชน์ในกระบวนการต่าง ๆ ของชีวิต จึงถือว่าสารอาหารเหล่านี้เป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด
2. เป็นแหล่งผลิตแก๊สออกซิเจนที่สำคัญของระบบนิเวศ โดยแก๊สออกซิเจน เป็นผลที่เกิดจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช ซึ่งแก๊สออกซิเจน เป็นแก๊สที่สิ่งมีชีวิตใช้ในการสลายอาหาร เพื่อสร้างพลังงานหรือใช้ในกระบวนการหายใจนั่นเอง
3. ช่วยลดปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ เพราะพืชต้องใช้แก๊สนี้เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์ด้วยแสง โดยปกติแก๊สชนิดนี้เป็นแก๊สที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น มีอยู่ในบรรยากาศประมาณ 0.03% เท่านั้น แต่เนื่องจากในปัจจุบันการเผาไหม้เชื้อเพลิงเพื่อการอุตสาหกรรมต่าง ๆ ของมนุษย์มีมากขึ้น จึงทำให้มีแก๊สชนิดนี้เพิ่มมากขึ้นสัดส่วนของอากาศที่หายใจจึงเสียไป ทำให้ได้รับแก๊สออกซิเจนน้อยลง จึงเกิดอาการอ่อนเพลีย ส่งผลทำให้โลกของเรามีอุณหภูมิสูงขึ้นเรื่อย ๆ เรียกว่า " ปรากฏการณ์เรือนกระจก (green house effect) " เนื่องจาก คาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศเป็นเสมือนกระจกที่ปิดกั้นการกระจายความร้อนออกจากผิวโลกดังนั้นจึงควรช่วยกันปลูกพืช และรักษาพื้นที่ป่า เพื่อดูดซับปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศให้น้อยลง
- แสง >> ส่วนใหญ่เป็นแสงจากดวงอาทิตย์
- คลอโรฟิลล์ >> เป็นสารสีเขียวอยู่ในคลอโรพลาสต์ของเชลล์พืช
- แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ >> เป็นองค์ประกอบของอากาศ
- น้ำ >> รากพืชดูดขึ้นมาจากดิน
เป็นปัจจัยที่สำคัญมากในการสร้างอาหารของพืช จึงเรียกกระบวนการสร้างอาหารของพืชว่า “การสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis)” ซึ่งเป็นกระบวนการเดียวที่นำพลังงานแสงมาเปลี่ยนวัตถุดิบ คือ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ให้เป็นพลังงานเคมีในรูปของสารประกอบอินทรีย์หรือสารประกอบที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ
เป็นสารสีเขียวมีหน้าที่สำคัญในการดูดชับพลังงานแสงมาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ดังนั้น ส่วนที่มีสีเขียวของพืช เช่น ใบ กลีบเลี้ยง ลำต้น ผลที่มีเปลือกสีเขียว หรือแม้แต่รากอากาศของกล้วยไม้ที่มีสีเขียวก็สามารถเกิดการสังเคราะห์ด้วยแสงได้
นอกจากคลอโรฟิลล์แล้ว ยังมีสารสีอื่น ๆ เช่น แคโรทีนอยด์ ซึ่งเป็นสารสีเหลือง ส้ม แดง ที่สามารถดูดชับพลังงานแสงแล้วส่งต่อพลังงานแสงนั้นไปยังคลอโรฟิลล์เพื่อใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสงต่อไป
ผลผลิตที่ได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสง คือ น้ำตาล และแก๊สออกซิเจน ซึ่งพืชจะนำไปใช้ในกระบวนการหายใจเพื่อสร้างพลังงานให้กับพืช
นอกจากนี้น้ำตาลยังเป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์เป็นสารประกอบอินทรีย์อื่น ๆ ที่จำเป็นต่อการเจริญเดิบโตและการดำรงชีวิตของพืช เช่น แป้ง เซลลูโลส ไขมัน โปรตีน น้ำมันหอมระเหย ซึ่งสารบางอย่างเป็นส่วนประกอบของโครงสร้างเซลล์ หรือใช้ในการซ่อมแซมเซลล์ สารบางอย่างพืชสะสมน้ำตาลไว้ตามลำต้น ผล ราก ใบ เมล็ด บางส่วนกลายเป็นเนื้อไม้ สารบางอย่างที่พืชใช้ป้องกันตนเอง หรือใช้ล่อแมลง
นอกจากน้ำตาลและแก๊สออกซิเจนจะมีประโยชน์ต่อพืชแล้ว ยังมีประโยชน์ต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมอีกด้วยเพราะสารอินทรีย์ที่พืชสะสมไว้นี้เองที่เป็นอาหารของสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น ๆ รวมทั้งมนุษย์ นอกจากกินเป็นอาหารแล้ว มนุษย์ยังใช้ประโยชน์จากพืชอีกหลายด้าน เช่น ใช้ทำกระดาษ สร้างที่อยู่อาศัย ใช้เป็นยารักษาโรค ส่วนแก๊สออกซิเจน มีความสำคัญในกระบวนการหายใจของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการที่มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตของพืชและสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น ๆ รวมทั้งมีผลต่อสิ่งแวดล้อม เพราะเป็นกระบวนการเดียวที่นำพลังงานแสงมาเปลี่ยนให้เป็นพลังงานเคมีเก็บไว้ในรูปของสารประกอบอินทรีย์ที่เป็นอาหารสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลก และยังช่วยลดปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศซึ่งเป็นสาเหตุของการเกิดภาวะโลกร้อน และช่วยรักษาสมดุลของปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และแก๊สออกซิเจนในอากาศ ทำให้สิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้
ที่มา youtu.be/yB3ZsORa1ko
สถาบันนวัตกรรมและพัฒนากระบวนการเรียนรู้เรื่อง " การสังเคราะห์ด้วยแสง"
http://www.il.mahidol.ac.th/course/photosyn/
สสวท.เรื่อง "พืช"
http://www.dlf.ac.th/dltv/dltv-uploads/libs/html/1745/index.html
ขอบคุณที่มาภาพและเนื้อหาจาก
ค้นหาทุกอย่างในเว็บครูบ้านนอก :
