การสังเคราะห์แสง (Photosynthesis) ของพืช โดยใช้คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) จากอากาศซึ่งมีอยู่เป็นจำนวนมาก มาสังเคราะห์กับน้ำ (H2O) ที่พืชดูดขึ้นมาทางราก โดยอาศัยคลอโรฟิลล์ (Chlorophyll) เป็นตัวรับพลังงานแสงมาแปลงเป็นพลังงานชีวเคมีเพื่อสังเคราะห์แสง เมื่อสังเคราะห์แล้วได้สารประกอบไฮโดรคาร์บอนหลักคือกลูโคส (C6H12O6) ใบที่มีเม็ดสีคลอโรฟิลล์มากและมีคุณภาพดีจึงจะสามารถรับพลังงานแสงได้ดีและมากอย่างรวดเร็ว และจะทำให้การสังเคราะห์กลูโคสได้มากขึ้นและรวดเร็วมากขึ้นด้วย โดยพืชจะดูดธาตุอาหารทั้งธาตุอาหารหลัก ธาตุอาหารรองและธาตุอาหารเสริม (ประกอบด้วย N P K Ca Mg S Cl Fe Mn Zn B Cu Mo และ Ni) มาช่วยกันทำหน้าที่กันเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการเปลี่ยนกลูโคส (C6H12O6) เพื่อให้เป็นเนื้อเยื่อต่างๆ ซึ่งพืชเองก็จะใช้ประโยชน์จากกลูโคสในการสร้างเนื้อเยื่อในเซลล์ต่างๆของพืช เช่น เซลล์เปลือกไม้ เนื้อไม้ ลำต้น กิ่ง ก้าน ใบ ยอดอ่อน ดอก ผล และอื่นๆ
( กระบวนการสังเคราะห์กลูโคสคร่าวๆ เมื่อพืชดูดน้ำเข้าสู่ท่อน้ำ(xylem) น้ำจะถูกดูดด้วยแรงดึงดูดของการคายน้ำที่ใบ ทำให้น้ำผสมธาตุอาหารทั้ง 14 ธาตุ ลำเลียงสูงขึ้นไปเรื่อยๆ ระหว่างทางที่น้ำผ่าน ธาตุอาหารที่ถูกดูดมากับน้ำก็จะถูกเซลล์ต่างๆนำเข้าสู่เซลล์เพื่อเตรียมใช้ทำกิจกรรมต่างๆตามหน้าที่ของแต่ละธาตุ ส่วนทีเหลือส่วนหนึ่งก็จะหลุดรอดไปถึงใบ ธาตุอาหารที่หลุดรอดไปถึงใบจะเป็นตัวกำหนดปริมาณและคุณภาพผลผลิต ถ้าใบได้รับธาตุอาหารมากพอและสัดส่วนระหว่างธาตุอาหารถูกต้อง ใบจะมีสีเขียวเข้มสม่ำเสมอทั้งใบ ใบเป็นมันวาว ซึ่งใบแบบนี้จะสามารถสังเคราะห์แสงได้ดีมีประสิทธิภาพ อันจะทำให้การสังเคราะห์น้ำตาลกลูโคสได้มากและรวดเร็วเช่นกัน เมื่อน้ำและธาตุอาหารเข้ามาสู่ใบและเมื่อมีแสง กระบวนการสังเคราะห์แสงก็จะเกิดขึ้น โดยการสังเคราะห์น้ำ (H2O)กับคาร์บอนไดออกไซด์(CO2) ให้เป็นน้ำตาลกลูโคส โดยเริ่มต้นจากธาตุแมงกานีส (Mn) สร้างเอ็นไซม์แยกน้ำ (H2O) ออกเป็น ไฮโดรเจน (H) และออกซิเจน (O) จากนั้นก็ปล่อยออกซิเจน(O) ออกสู่บรรยากาศ คงเหลือไฮโดรเจน (H) ไว้รอคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และธาตุคลอรีน(Cl) ก็จะทำหน้าที่เปิดปากใบให้ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ไหลเข้าสู่ใบเพื่อทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน (H) ที่แยกตัวจากน้ำรออยู่ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) 6 โมเลกุล ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน (H) 24 โมเลกุล ได้ น้ำ(H2O) 6 โมเลกุล ระเหยออกไป แล้วเหลือ น้ำตาลกลูโคส (C6H12O6) 1 โมเลกุล ไว้เป็นวัตถุดิบให้เอ็นไซม์สังเคราะห์เป็นเนื้อเยื่อต่างๆต่อไป )
พืชสังเคราะห์แสงได้กลูโคส(C6H12O6) พืชก็จะนำใช้ไปใช้ในกิจกรรมหลักๆของพืชก่อน อาทิ การนำไปใช้เป็นพลังงานในกิจกรรมดำรงชีพ การนำไปซ่อมแซมส่วนที่เสียหายจากการทำลายของแมลงศัตรูพืช เชื้อรา และความเสียหายอื่นๆ ซึ่งเมื่อเหลือแล้วจึงจะนำไปสร้างการเจริญเติบโตและการสร้างการติดดอกออกผลของพืชเอง
การที่พืชสังเคราะห์แสงได้ดีและได้กลูโคสมากๆ ก็จะสร้างการเจริญเติบโตและติดดอกออกผลได้มาก ผลผลิตดีและมีคุณภาพสูงมากขึ้น
การจะผลิตน้ำตาลกลูโคสได้มากและมีประสิทธิภาพที่ดี ก็ต้องเสมือนมีโรงงานผลิตสินค้าที่ดี ต้องมีวัตถุดิบที่ดีพร้อม มีกลไกการลำเลียงขนส่งวัตถุดิบสู่สายการผลิตอย่างมีประสิทธิภาพ การผลิตสินค้าคุณภาพจึงจะดีและมีประสิทธิผล ซึ่งก็เช่นเดียวกันกับการสังเคราะห์แสงที่ใบพืชนั่นเอง
การที่มีใบที่สมบูรณ์พร้อม คือมีขนาดใหญ่.ยาว หนา สีเขียวเข้ม ไม่มีส่วนเสียหาย มีธาตุอาหารในใบสูงสุด (ค่าใบดัชนี)และมีสัดส่วนระหว่างธาตุอาหารตามค่าใบดัชนีของพืชนั้นๆ ใบที่สังเคราะห์กลูโคสได้มากและรวดเร็ว
(เราจะมีการวิเคราะห์หาค่าธาตุอาหาร และเรียกค่าใบวิเคราะห์นี้ว่า"ค่าใบดัชนี" ในค่าวิเคราะห์ใบดัชนีจะมีค่าของธาตุอาหารทั้ง14 ธาตุที่จำเป็นของพืช ซึ่งจะประปอบด้วยค่าขั้นต่ำกับค่าขั้นสูง ถ้าในใบพืชที่วิเคราะห์มีค่าต่ำกว่าค่าขั้นต่ำแสดงว่าใบมีธาตุอาหารไม่เพียงพอ และถ้ามีค่าสูงกว่าค่าขั้นสูงมากๆอาจถึงขั้นเป็นพิษกับพืช การให้ธาตุอาหารทางใบในอัตราเดียวกับค่าใบดัชนี จะทำให้มีอัตราการสังเคราะห์แสงดีขึ้นเท่าใบดัชนีมาตรฐาน นี่คือส่วนสำคัญในการผลิตน้ำตาลกลูโคสที่มากพอและรวดเร็ว)
เมื่อใบสมบูรณ์ดีขึ้นก็สามารถสังเคราะห์แสงได้ดีขึ้น เพื่อให้ได้น้ำตาลกลูโคสมากขึ้นและเร็วขึ้น มีส่วนเหลือไปสร้างความเจริญเติบโตให้ต้นและเหลือไปพัฒนาการสร้างผลผลิต ติดดอกออกผลได้มากขึ้น เมื่อได้น้ำตาลกลูโคสมากพืชก็สามารถสร้างยอดใหม่ได้เร็ว ยอดอวบอ้วนแข็งแรง แตกใบอ่อนใหม่ได้เร็ว ใบใหญ่เร็วขึ้นและแก่เร็วขึ้น ทำให้รอบใบแก่สั้นลง ออกดอกได้เร็วขึ้น การช่วยให้กระบวนการสังเคราะห์แสงมีประสิทธิภาพ ย่อมสร้างน้ำตาลกลูโคสได้เร็ว สามารถช่วยให้การฟื้นฟูต้นและใบหลังการเก็บผลผลิตได้เร็วด้วยยิ่งขึ้นไป พืชย่อมใช้อาหารสะสมที่เป็นน้ำตาลสะสมในต้น มาเติมให้ส่วนที่เสียไปครบถ้วนสมบูรณ์ขึ้น
การสังเคราะห์แสงได้ดี สังเคราะห์น้ำตาลได้มาก มีน้ำตาลสะสมไว้มากย่อมทำให้มีพลังสำรองมาก ทำให้การออกดอกของพืชได้ง่ายและดี ช่อดอกยาวอวบอ้วน ช่อใหญ่ ดอกสมบูรณ์ เกสรแข็งแรงและรังไข่อวบอ้วนสมบูรณ์แข็งแรง ติดดอกง่าย ดอกดก ให้ผลดก ผลใหญ่ เนื้อหนา เนื้อแน่น รสชาติดี มีความหวานสูง (ปัจจัยหลักของการสร้างตาดอกคือการสะสมอาหาร ถ้าการสะสมอาหารมีไว้น้อย ต่อให้มีสารวิเศษใดๆเข้ามาช่วย เข้ามาราดก็ไม่สามารถสร้างตาดอกได้ดี ถ้าหากมีการสะสมอาหารไม่เพียงพอมาก่อน)
ธาตุอาหารที่สำคัญต่อการสังเคราะห์แสง
ธาตุอาหารพืช มีธาตุอาหารหลายชนิดที่มีความสำคัญโดยตรงต่อการสังเคราะห์แสง การขาดธาตุอาหารเหล่านี้ อาจจะทำให้การสังเคราะห์แสงลดลง เช่น
ไนโตรเจน(N) เป็นองค์ประกอบสำคัญของเม็ดสีเขียวคลอโรฟิลล์ ในใบพืช
ฟอสฟอรัส(P) องค์ประกอบสำคัญของ ATP ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานใช้ในกระบวนการสังเคราะห์แสง
โพแทสเซียม(K) เป็นตัวกระตุ้นเอ็นไซม์ในกระบวนการสังเคราะห์แสง
แมกนีเซียม(Mg) เป็นองค์ประกอบสำคัญของคลอโรฟิลล์และเป็นตัวร่วมของเอ็นไซม์สำคัญของกระบวนการ
กำมะถัน(S) เป็นองค์ประกอบสำคัญของ Iron-Sulfur Protien ทำหน้าที่เคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนในกระบวนการ
เหล็ก(Fe) มีส่วนช่วยในการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์
แมงกานีส(Mn) และคลอรีน(Cl) จำเป็นต่อปฏิกิริยาการปลดปล่อยออกซิเจนออกจากใบ และรับคาร์บอนไดออกไซด์เข้าใบ
สังกะสี(Zn) จำเป็นในการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ และป้องก้นไม่ไห้คลอโรฟิลล์ถูกทำลายไป
ทองแดง(Cu) เป็นองค์ประกอบของ Plastocyanin ซึ่งทำหน้าที่ในการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนในกระบวนการ
ธาตุทั้ง 17 ธาตุดังกล่าวมีปริมาณโดยประมาณ จากน้อยไปหามาก ในอัตราส่วนในล้านส่วน ดังนี้
นิกเกิ้ล Ni 0,05 ppm.
โมลิบดินั่ม Mo 0,1 ppm.
ทองแดง Cu 6 ppm.
สังกะสี Zn 20 ppm.
โบรอน B 20 ppm.
แมงกานีส Mn 50 ppm.
เหล็ก Fe 100 ppm.
คลอรีน Cl 100 ppm.
กำมะถัน S 1,000 ppm. (0,1%)
ฟอสฟอรัส P 2,000 ppm. (0,2%)
แมกนีเซียม Mg 2,000 ppm. (0,2%)
แคลเซียม Ca 5,000 ppm. (0,5%)
โพแทสเซียม K 10,000 ppm. (1,0%)
ไนโตรเจน N 15,000 ppm. (1,5%)
ไฮโดรเจน H 60,000 ppm. (6,0%)
ออกซิเจน O 450,000 ppm. (45,0%)
คาร์บอน C 450,000 ppm. (45,0%)
ธาตุอาหาร 3 ธาตุสุดท้ายคือ ไฮโดรเจน(H) ออกซิเจน(O) และ คาร์บอน(C) ทั้งสามธาตุนี้เราจะไม่ค่อยคุ้นกันเลยใช่ไหม เพราะเราก็ไม่เคยซื้อมาใส่ให้พืชเราเลย แต่มันมีปริมาณมากถึง 96 เปอร์เซ็นต์ เลยทีเดียว
ขบวนการสังเคราะห์แสงกับการสร้างสารสะสม
ขบวนการสังเคราะห์แสง เป็นขบวนการที่พืชใช้พลังงานแสงอาทิตย์เปลี่ยนเป็นพลังงานเคมี โดยมี น้ำ และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นวัตถุดิบ
ขบวนการสังเคราะห์แสงในพืช C3 พืชจะตรึงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 Fixation) ให้อยู่ในรูปของสารที่มีคาร์บอน 3 ตัว คือ G3P (Glyceraldehyde-3phosphate) ใน Calvin Cycle และสาร G3P จะถูกเปลี่ยนเป็นสารสะสมประเภทแป้งและน้ำตาลโดยตรงต่อไป
ในพืช C4 และพืช CAM พืชจะตรึงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 Fixation) ให้อยู่ในรูปของสารที่มีคาร์บอน 4 ตัว คือ มาเลท (Malate) เพื่อใช้เป็นสารตั้งต้นในการเปลี่ยนเป็นสารสะสมต่างๆ ในพืชต่อไป ดังนี้
1. สารสะสมประเภทแป้งและน้ำตาล – พืช C4 และ CAM จะใช้มาเลทเป็นสารตั้งต้นให้คาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่ Calvin Cycle ได้สาร G3P ก่อนสังเคราะห์เป็นแป้งและน้ำตาลต่อไป
2. สารสะสมประเภท โปรตีน น้ำมัน น้ำยาง อัลคาลอยด์ สี กลิ่น ฮอร์โมนพืช ฯลฯ – พืช C4 และ CAM จะใช้ Pyruvate ที่ได้จาก Malate หลังจากปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์แล้ว มาใช้ในการสังเคราะห์สารประเภทต่างๆ โดยมีขั้นตอน (Pathway) ตามลำดับต่อไป เช่น Pyruvate เป็นน้ำมันต่างๆ ได้โดยผ่าน Mevalonic Pathway เป็นต้น
1. สภาพของพืช ได้แก่ สภาพทางสรีรวิทยา เช่น สรีระของใบ อายุของใบ การเข้าทำลายใบของโรคพืช ที่มีผลต่อสภาพรงควัตถุที่ใช้สังเคราะห์แสง สภาพทางพันธุกรรม ได้แก่ C3, C4, CAM มีผลต่อขบวนการสังเคราะห์แสงของพืชนั้นๆ
2. แสง ได้แก่ ความเข้มของแสง ความเข้มของแสงสูงอัตราการสังเคราะห์แสงจะสูงแต่ถ้าเกินจุดอิ่มตัวจะทำให้ใบไหม้ได้ ความเข้มของแสงต่ำอัตราการสังเคราะห์แสงจะต่ำ แต่อัตราการหายใจไม่ขึ้นกับความเข้มของแสง ดังนั้นถ้าความเข้มของแสงต่ำเกินจุดอัตราสมดุลย์ในการแลกเปลี่ยนก๊าซ CO2 และ O2 พืชก็จะเริ่มไม่เจริญและตายในที่สุด ความยาวช่วงแสง อัตราการสังเคราะห์แสงเพิ่มเป็นสัดส่วนกับความยาวของช่วงวัน ความยาวคลื่นแสง พบว่าช่วงคลื่นแสงสีแดงและสีน้ำเงินมีผลต่อการสังเคราะห์แสงมากกว่าแสงในช่วงคลื่นอื่นๆ
3. อุณหภูมิ ถ้าสูงหรือต่ำเกินไปจะมีผลต่อการทำงานของเอ็มไซม์ในขบวนการ Dark Reaction ในอุณหภูมิที่สูงมากจะทำให้ปากใบปิดอัตราการหายใจสูงและอัตราการสังเคราะห์แสงลดลง
4. ความเข้มข้นของก๊าซในบรรยากาศ เช่น CO2 มากทำให้อัตราการสังเคราะห์แสงมากขึ้นจนถึงจุดอิ่มตัวอัตราการสังเคราะห์ก็จะไม่เพิ่มขึ้นอีก O2 มากจะลดการสังเคราะห์แสงของพืช C3 เพราะแย่งการใช้วัตถุดิบ RuBP ตัวเดียวกับ CO2
5. ธาตุอาหาร มีผลต่อการสังเคราะห์ทั้งทางตรงและทางอ้อม แมกนีเซียมเป็นองค์ประกอบสำคัญของคลอโรฟิลล์ ธาตุอาหารหลายชนิดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในขั้นตอนการสังเคราะห์แสง
6. ปริมาณน้ำที่พืชได้รับ เพราะน้ำเป็นแหล่งอิเลคตรอนที่ใช้ในขบวนการสังเคราะห์แสง น้ำมีผลต่อการปิดเปิดปากใบทำให้มีผลต่อปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่เข้าไปใบ น้ำมีผลต่อการแลกเปลี่ยนก๊าซในระดับเซล ในสิ่งแวดล้อมที่ไม่เหมาะสมหรือเมื่อสภาพของพืชไม่สมบูรณ์ พืชมักมีปัญหาจากการสังเคราะห์แสง พืชจะอยู่ในสภาพเครียด จากปัจจัยที่มีผลได้ข้างต้น พาร์ทเวย์(PATHWAY)สามารถปรับสภาพของพืชได้อย่างรวดเร็ว จากการให้สารตั้งต้น C4 หรือสารมาเลท(MALATE)แก่พืชโดยตรง เพื่อชดเชยการขาดสารมาเลท(MALATE)จากการสังเคราะห์แสงที่มีปัญหาของพืช
สอบถามเพิ่มเติม
ทักแชทเพจfacebook กดที่ลิ้งค์นี้ได้เลยครับ>>https://www.facebook.com/messages/organellelife.org
084-8809595, 084-3696633
Line ID : @organellelife.com (อย่าลืมพิมพ์ @ ด้วยครับ)
หรือกดลิงก์ด้านล่าง แล้วเพิ่มเป็นเพื่อนใน Line@ เพื่อคุยสอบถามข้อมูลได้ครับ
http://line.me/ti/p/%40organellelife.com