#ปัจจัยที่จำเป็นในการสังเคราะห์ด้วยแสง
1 แสง
#คลังความรู้
แสงเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญท่ก่อให้เกิดการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชขึ้น การที่พืชแต่ละชนิดจะมีการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นได้มากหรือน้อยนั้นเกี่ยวข้องกับแสงสว่างอยู่ 3 ประการคือ
1.1 ความยามของคลื่นแสง แสงจากดวงอาทิตย์ที่พืชสามารถรับพลังงานมาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นเป็นแสงสีขาวซึ่งคนเรามองเห็นได้เมื่อนำมาผ่านปริซึม (Prism) หรือสเปกโทรสโคป (Spectroscope) จะแยกออกเป็นแถบสีต่างๆ เรียกว่า Visible Spectrum มีอยู่ 7 สี คือ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสดและแดง ซึ่งมีความยาวคลื่น ระหว่าง 400-760 มิลลิไมครอน แสงที่มความยาวคลื่นมากกว่าแสงสีแดง (Infrared) กับแสงที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่าแสงสีม่วง (Ultraviolet) นั้นเป็นแสงที่คนเรามองไม่เห็นและพืชรับพลังงานมาใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสงได้น้อยมากหรือไม่ได้เลยจากการศึกษาพบว่า แสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันทำให้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชที่เกิดขึ้นได้ไม่เท่ากัน ทั้งนี้ดพราะรงควัตถุในพืชมีควาสามารถในการดูดแสงและสีต่างๆ ได้ไม่เท่ากัน โดยแสงที่รงควัตถุของพืชโดยทั่วไปดูดได้ดีที่สุดคือ แสงสีม่วงและน้ำเงิน จึงทำให้พืชที่ได้รับแสงในช่วงคลื่นดังกล่าวนี้มีอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงสูงกว่าแสงสีอื่นๆ แต่ในการทดลองกับสาหร่ายบางชนิดกลับพบว่า มีการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นมากที่สุดตรงช่วงแสงสีแดงรองลงมาคือ สีม่วง น้ำเงิน ส่วนสีเขียวมีการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นย้อยที่สุด แสดงให้เห็นว่าแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันมีอิทธิพลต่ออัตรการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชแต่และชนิดได้แตกต่างกัน
1.2 ความเข้มของแสง การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชจะเกิดได้เมื่อได้รับแสงที่มีความเข้มเหมาะสมซึ่งจะแตกต่างกันไปตามชนิดของพืช แต่โดยทั่วไปแล้วความเข้มข้นของแสงที่เหมาะกับพืชมีค่าเฉลี่ยประมาณ 2,000-5,000 ฟุตแรงเทียน พืชซึ่งชอบอยู่ในที่ชุ่มชื้นมีร่มเงามักจะต้องการแสงทีมีความเข้มต่ำกว่าพืชที่เจริญในบริเวณกลางแจ้ง อย่างไรก็ตามพบว่า เมื่อเพิ่มความเข้มของแสงให้สูวขึ้นจะทำให้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชสูงขึ้นตามไปด้วยจนถึงจุดหนึ่งจะมีอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงสูงที่สุด เรียกว่า จุดอิ่มแสง (Light Saturation Point) ซึ่งจะแตกต่างกันไปตามชนิดของพืชเช่นกัน
จากการศึกษาพบว่า พืชซึ่งเจริญอยู่ในทีมีแสงสว่างเพียงพอนั้น ชนิดและความเข้มของแสงจะไม่เป็นปัจจัยจำกัดในการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่สำหรับพืชที่อยู่ในที่มีร่มเงาหรือพืชขนาดเล็กซึ่งเจริญอยู่ในป่าใหญ่นั้นถือว่าชนิดและความเข้มของแสงเป็นปัจจัยจำกัดในการสังเคราะห์ด้วยแสง ทั้งนี้เพราะพืชซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าจะดูดแสงสีม่วง น้ำเงิน หรือแดงเอาไว้ ทำให้พืชที่อยู่ใต้ต้นไม้อื่นๆ ได้รับแสงสีเขียวมากกว่าแสงสีน้ำเงินหรือแดง พืชประเภทนี้จึงต้องมีการปรับโครงสร้างของใบทำให้สามารถดูดซับพลังงานแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าพืชโดยทั่วไป
1.3 ช่วงระยะเวลาที่ได้รับแสง การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชจะเกิดขึ้นมากน้อยยังขึ้นอยู่กับระยะเวลาที่ได้รับแสงอีกด้วย พืชโดยทั่วไปจะสังเคราะห์ด้วยแสงได้ดีเมื่อได้รับแสงเป็นเวลานานติดต่อกัน เช่น ต้นมะเขือเทศที่ได้รับแสงติดต่อกันตลอด 24 ชั่วโมง จะมีอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงสูงมากและเจริญเติบโตเร็วกว่าการได้รับแสงตามปกติ แต่พืชบางชนิดเมื่อได้รับแสงเป็นเวลานานจนเกินไป จะมอัตราการสังเคราะห์แสงลดลงได้ เช่น ต้นแอปเปิ้ลจะมีการสังเคราะห์ด้วแสงลดลงเมื่อได้รับแสงติดต่อกันนานเกิน 12 ชั่วโมง เป็นต้น ดังนั้น จะเห็นว่าการนำพืชเมืองหนาวมาปลูกในเขตร้อนชื้นหรือการนำพืชในเขตร้อนไปปลูกในเขตหนาวจึกมักประสบปัญหาพืชไม่เจริญเติบโตเท่าที่ควร สาเหตุสำคัญประการหนึ่งก็คือช่วงระยะเวลาที่ได้รับแสงของพืชไม่เหมาะสมนั่นเอง
2. อุณหภูมิ
อุณหภูมิ กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นปฏิกิริยาที่มีเอนไซม์หลายชนิดเข้ามาเกี่ยวข้อง เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไปจะทำให้การทำงานของเอนไซม์เปลี่ยนแปลงตามไปด้วย ดังนั้น อุณหภูมิจึงมีความสำคัญต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาของการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช เราเรียกปฏิกิริยาเคมีที่มีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิว่า ปฏิกิริยาเทอร์มอเคมีกัลป์ (Thermochemical Reaction)
ภาพ กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิ ความเข้มข้นของแสงและอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช
โดยทั่วไปอุณหภูมิที่เหมาะต่อการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชอยู่ระหว่าง 10-35 องศาเซลเซียส เพราะเป็นช่วงที่เอนไซม์ทำงานได้ดี ถ้ามีอุณหภูมิสูงเกินไป เช่น ที่50 องศาเซลเซียส จะทำให้เอนไซม์เสียสภาพไม่สามารถทำงานได้ หรืออุณหภูมิต่ำเกินไปก็อาจทำให้ประสิทธิภาพการทำงานของเอนไซม์ลดลงได้เช่นกัน จากการทดลองวัดปริมาณออกซิเจนที่เกิดขึ้นจากการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชที่ให้ความเข้มของแสงไม่เท่ากันเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไปพบว่าอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชซึ่งได้รับแสงที่มีความเข้มข้นสูงจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นและเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 35 องศาเซลเซียส อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดลงอย่างรวดเร็ว ส่วนพืชซึ่งได้รับแสงที่มีความเข้มข้นต่ำนั้นพบว่า เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงแทบจะไม่เปลี่ยนแปลงเลย และเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 35 องศาเซลเซียส อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงก็ลดลงเช่นกัน แสดงให้เห็นว่าเมื่อพืชได้รับแสงที่มีความเข้มเหมาะสมแล้ว อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชจะแปรผันตามอุณหภูมิ (ไม่เกิน 35 องศาเซลเซียส)
จากการศึกษาพบว่า อัตราการหายใจของพืชก็แปรผันตามอุณภูมิเช่นกัน ดังนั้น ในช่วงเวลาซึ่งงมีแสงน้อยและอุณภูมิต่ำนั้น อัตราการหายใจและอัตราการสังเคราะห์แสงก็จะน้อยด้วย แต่อัตราการหายใจเกิดขึ้นน้อยกว่า พืชดำรงชีวิตอยู่ได้เมื่อไม่มีแสงมากขึ้นและมีอุณภูมิสูงขึ้น อตราการหายใจและอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงก็เพิ่มขึ้นตาม จนถึงจุดอิ่มแสง อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงก็จะเริ่มลดลง ในขณะที่อัตราการหายใจยังคงเพิ่มขึ้นเรื่อยๆหากพืชอยู่ในภาวะที่มีอัตราการหายใจมากกว่าอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นเวลานานๆแล้วจะทำให้พืชขาดอาหารสำหรับใช้ในกระบวนการเมตาบอลิซึม จนอาจทำให้พืชตายได้ในที่สุด
3. คลอโรฟีลล์
คลอโรฟีลล์ (Chlorophyll) เป็นรงควัตถุชนิดหนึ่ง มีสีเขียว ซึ่งพบได้ในคลอโรพลาส์ของเซลล์พืช สาหร่าย คลอโรฟีลล์ทำหน้าที่รับพลังงานแสงเพื่อใช้ในการสร้างอาหารถ้าพืชขาดคลอโรฟีลล์จะสร้างอาหารเองไม่ได้ เราจะสังเกตปริมาณคลอโรฟีลล์ในพืชได้โดยการสังเกตสีของพืช ถ้าพืชมีสีเขียวจัดก็แสดงว่ามีคลอโรฟีลล์มาก จะเห็นว่าพืชจะมีสีที่ต่างกัน บางชนิดมีสีเขียวจัด บางชนิดเป็นสีเหลือง บางชนิดมีใบเป็นสีแดง แล้วแต่ชนิดของพืช พืชที่มีสีเขียวน้อยก็จะใช้ส่วนอื่นสังเคราะห์ด้วยแสง
4. น้ำ
น้ำ (H2O)เป็นวัตถุดิบที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช แต่พืชมีความต้องการน้ำเพื่อการสังเคราะห์ด้วยแสงในปริมาณน้อยเพียง 1 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น พืชส่วนใหญ่จึงไม่ค่อยประสบปัญหาที่เกิดจากน้ำมากนัก อย่างไรก็ตาม หากพืชขาดน้ำแล้วก็อาจจะมีผลกระทบต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชได้ ทั้งนี้เพราะน้ำเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาการถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบไม่เป็นวัฏจักร กาขาดน้ำจะทำให้เซลล์ปากใบปิดเพื่อลดการสูญเสียน้ำ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศจึงแพร่เข้าสู่ใบได้น้อยลง อัตราการสังเคราะห์แสงจึงลดลง นอกจากนี้ การขาดน้ำยังทำให้ประสิทธิภาพการทำงานของเอนไซม์ที่เกียวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชลดต่ำลงอีกด้วย จากการศึกษาของWardlaw (1969) พบว่าอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของข้าวสาลีจะลดลงเมื่อขาดน้ำและเมื่อความเต่งของเซลล์ลดลงเหลือ 40-50 เปอร์เซ็นต์ ก็จะทำให้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงชะงักได้
5. แร่ธาตุ
แร่ธาตุ เป็นสารเคมีที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชโดยตรง ทั้งนี้เพราะมีแร่ธาตุหลายชนิดเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของรงควัตถุที่ใช้ในการดูดพลังงานของแสงอาทิตย์ เช่น แมกนีเซียม และไนโตรเจน เป็นธาตุองค์ประกอบในโมเลกุลของคลอโรฟีลล์ถ้าขาดธาตุทั้ง 2 ชนิดนี้แล้วใบของพืชจะมีสีเหลืองซีด ส่วนธาตุเหล็กเป็นธาตุที่จำเป็นต่อการสังเคราะห์คลอโรฟีลล์สำหรับแมงกานีสกับคลอรีนนั้นต้องใช้ปฏิกิริยาโฟโทลิซิส เพื่อสลายน้ำออกเป็นไฮโดรเจนกับออกซิเจน นอกจากนี้ ยังพบว่าการขาดธาตุไนโตรเจน จะทำให้ไม่มีการสร้างกรานูลในคลอโรพลาสต์แต่จะมีเพียงสายยาวๆ ของลาเมลลาเท่านั้น สำหรับพืชที่ขาดธาตุทองแดง เหล็ก สังกะสี กำมะถัน แมกนีเซียม โพแทสเซียมและไนโตรเจน โดยทั่วๆไปพบว่า จะทำให้ประสิทธิภาพของปฏิกิริยาที่ใช่แสงลดลงไป
ธาตุที่ขาด
อาการของพืช
ไนโตรเจน(N)
ใบสีเหลือง เริ่มจากใบล่างขึ้นไปสู่ยอด ต้นแคระแกร็น และเติบโตช้าให้ผลผลิตต่ำ
ฟอสฟอรัส (P)
ใบสีเขียวเข้มผิดปกติ และจะเกิดในใบล่างก่อน
โพแทสเซียม (K)
ใบแก่มีจุดเหลืองอยู่ระหว่างเส้นใบและขอบใบ ถ้าเป็นมากขอบใบจะไหม้เกรียม
แคลเซียม (Ca)
ยอดพืชเจริญช้า ยอดเน่า ใบยอดม้วนเข้าหากัน ถ้าขาดมากใบแก่ก็จะม้วนเข้าหากันด้วยและรากสั้นกว่าปกติ หรือรากเน่าได้
แมกนีเซียม (Mg)
ใบเหลืองระหว่างเส้นใบ โดยเริ่เกิดที่ใบล่างขึ้นไปหายอด ลำต้น อาจเปลี่ยนสีเพราะปริมาณคลอโรฟีลล์ลดลง ทำให้สีของสารชนิดอื่นชัดขึ้น
กำมะถัน (S)
ใบจะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองทั้งใบ โดยแสดงอาการที่ยอดก่อน
เหล็ก (Fe)
จะแสดงอาการเช่นเดียวกับการขาดแมกนีเซียม คือ ใบเหลืองระหว่างเส้นใบโดยเริ่มเกิดที่ใบล่างขึ้นไปหาที่ยอด ลำต้นอาจเปลี่ยนสีเพราะปริมาณคลอโรฟีลล์ลดลงทำให้สีของสารชนิดอื่นชัดขึ้น
ทองแดง (Cu)
ปลายใบไหม้เกรียม และจะลามไปสู่โคนใบ
สังกะสี (Zn)
ใบเหลืองระหว่างเส้นใบ เริ่มที่ปลายใบและขอบใบก่อน ใบขนาดเล็กลง ปล้องสั้น ต้นแคระแกร็น
คลอรีน (Cl)
การเจริญเติบโตชะงักโดยเฉพาะส่วนยอดและราก
โบรอน (B)
ยอดพืชจะตาย ใบหนาและหยาบ ออกดอกช้าและน้อย
โมลิบดีนัม (Mo)
ใบเหลืองระหว่างเส้นใบ ขอบใบจะไหม้เกรียม พืชบางชนิดจะไม่ออกดอก หรือถ้าออกดอกดอกจะร่วง
6. ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ตามปกแล้วคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศมีอยู่ประมาณ 0.03-0.04 เปอร์เซ็นต์ น้อยกว่าในมหาสมุทรซึ่งมีการแพร่ของคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศลงสู่ทะเล และมีคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเกิดจากการหายใจและการย่อยสลายซากของสิ่งมีชีวิตต่างๆ ในทะลจึงมีปริมาณมากเพียงพอกับความต้องการของพืชและสาหร่ายที่อยู่ในน้ำ จากการศึกษาพบว่าปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่พืชได้รับในบริเวณที่มีความเข้มของแสงที่แตกต่างกันทำให้เกิดการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชไม่เท่ากัน
ภาพ กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์และความเข้มข้นของแสงกับอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชชนิดหนึ่ง
6.1 เมื่อความเข้มของแสงคงที่อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ (ไม่เกิน0.10 เปอร์เซ็นต์)
6.2 ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอิทธิพลต่อกาสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชมีค่าไม่เกิน 0.10 เปอร์เซ็นต์
6.3ความเข้มข้นที่สุดของคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งทำให้เกิดอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงที่มากที่สุด มีค่าเท่ากับ 0.10เปอร์เซ็นต์
6.4 เมื่อความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ไม่เกิน 0.03 เปอร์เซ็นต์ นั้นถือว่า คาร์บอนไดออกไซด์เป็นปัจจัยจำกัดการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชเพราะแม้จะเพิ่มความเข้มของแสงในช่วงนี้ แต่อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงก็ไม่แตกต่างกัน
6.5 เมื่อความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์มากกว่า 0.03 เปอร์เซ็นต์ จะเห็นว่า อัตรากาสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชจะขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงมากขึ้น กล่าวคือ พืชที่ได้รับแสงที่มีความเข้มมากจะสังเคราะห์ด้วยแสงได้ดีกว่าพืชที่ได้รับแสงซึ่งมีความเข้มน้อย
6.6 ถ้าพืชได้รับแสงและน้ำอย่างเพียงพอ ความต้องการคาร์บอนไดออกไซด์ของพืชจะมากกว่าปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่จริงในบรรยากาศธรรมชาติ
แต่อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะมีปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และแสงสว่างเพียงพอ แต่ถ้ามีอุณหภูมิไม่เหมาะสม อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชก็ลดต่ำลงได้เช่นกัน
ภาพที่ 2.6 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิกับอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชที่ได้รับปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ต่างกัน
3.7 ออกซิเจน
ออกซิเจน (O2) เป็นผลิตผลที่เกิดจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชและใช้ในกระบวนการหายใจของสิ่งมีชีวิตโดยทั่วไป ปริมาณของออกซิเจนในบรรยากาศนั้น มักจะคงที่ประมาณ 21 เปอร์เซ็นต์ และไม่มีผลกระทบต่ออัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงมากนักยกเว้นในกรณีที่มีปริมาณออกซิเจนอยู่ในเซลล์พืชมากเกินไป อาจก่อให้เกิดโฟโทเรสพิเรชัน ซึ่งทำให้เกิดอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงลดลง
3.8 อายุของพืช
อายุของพืช ใบพืชที่มีอายุมากหรือน้อยไป จะมีประสิทธิภาพในการสังเคราะห์ด้วยแสงต่ำ ทั้งนี้เพราะใบที่แก่เกินไปนั้นจะมีการสลายตังของแกรนูล ส่วนใบที่อ่อนก็มีคลอโรพลาสต์ที่ยังไม่เจริญเต็มที่ ต้นพืชที่งอกใหม่และพืชที่กำลังจะตายจึงมีอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงต่ำกว่าพืชที่เจริญเติบโตเต็มที่แล้ว
3.9 สารเคมี
สารเคมี การใช้สารเคมีบางอย่างอาจมีผลกระทบต่อการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชได้ เช่น ไฮโดรเจนไซยาไนด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ คลอโรฟอร์ม อีเทอร์ เป็นต้น สารเหล่านี้มีสมบัติเป็นตังยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ (Enzyme Inhibitor) จึงสามารถทำให้การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชหยุดชะงักได้
CR : Internet
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
