ต้นไม้แต่ละชนิดมีการสังเคราะห์แสงเหมือนกันหรือไม่?

กระบวนการสังเคราะห์แสงนั้นเป็นกระบวนการที่แตกต่างกันออกไปในพืช , แบคทีเรีย และสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว แต่กล่าวโดยรวมได้ว่ามันเป็นกระบวนการที่มีความซับซ้อนมาก

ในตอนนี้เราจะสนใจเฉพาะการสังเคราะห์แสงที่เกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญภายในเซลล์พืชนะครับ วัตถุดิบและผลลัพธ์ที่ได้จากการสังเคราะห์แสงคือ

พืชจะดูดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์มาทำปฏิกิริยากับน้ำ โดยใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ ได้ผลผลิตเป็นน้ำตาลกลูโคสซึ่งพืชจะนำแปรรูปเป็นโมเลกุลรูปแบบอื่นๆ เช่น แป้ง หรือ เซลลูโลส แล้วลำเลียงไปเก็บไว้ตามส่วนต่างๆของมัน โดยมีของเสียที่คายออกมาเป็นแก๊สออกซิเจน

แต่หากมองในรายละเอียดจะพบว่าการสังเคราะห์แสงนั้นแบ่งออกเป็นสองส่วน

ส่วนแรกเรียกว่า light-dependent reaction เป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อมีแสง โดยจะนำน้ำมาทำให้แตกออกเป็นแก๊สออกซิเจนแล้วขับทิ้งออกจากใบ แล้วนำไฮโดรเจนจากน้ำซึ่งประกอบด้วยโปรตอนและอิเล็กตรอนไปใช้ประกอบกับสารอื่นเพื่อนำไปใช้ในปฏิกิริยาส่วนที่สอง

ปฏิกิริยาส่วนแรกนี้เองที่คลอโรฟิลล์มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งเพราะมันจะนำพลังงานจากแสงอาทิตย์มาถ่ายทอดสู่อิเล็กตรอน แล้วค่อยๆส่งต่อให้กับกระบวนการอื่นๆซึ่งพลังงานของอิเล็กตรอนจะค่อยๆถูกลดระดับลงแล้วกลายเป็นพลังงานสะสมไว้ในรูปสารเคมี

ปฏิกิริยาส่วนที่สองเรียกว่า light-independent reaction

เป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นตลอดเวลาเพราะไม่จำเป็นต้องใช้แสง ปฏิกิริยาส่วนนี้จะนำสารเคมีพลังงานสูงที่ได้จากปฏิกิริยาส่วนแรก มาใช้กับวัตถุดิบซึ่งเป็นแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ เพื่อสร้างกลูโคส

ความน่าสนใจคือ ปฏิกิริยาส่วนที่สองนี้เรียกว่า การตรึงคาร์บอน (Carbon Fixation)

ในพืชแต่ละชนิดนั้นมีการตรึงคาร์บอนที่แตกต่างกันไปในรายละเอียด เนื่องจากความเข้มของแสงอาทิตย์ อุณหภูมิ ความชื้น มีความแตกต่างกันในแต่ละท้องที่ส่งผลให้พืชแต่ละชนิดมีการตรึงคาร์บอนที่แตกต่างกันไป

 

  1. C3 plants เป็นพืชส่วนมากบนโลก พืชเหล่านี้มีมวลรวมราวๆ 95% ของมวลพืชทั้งหมด ในวันที่อากาศร้อนและแห้งมากๆ พืชเหล่านี้จะปิดปากใบทำให้แก๊สผ่านเข้าออกได้ลำบากทำให้ช่วงที่อากาศร้อนและแล้งมันจะเจริญเติบโตได้ไม่ดีนัก
  2. C4 plants เป็นกลุ่มพืชพวกข้าวโพด, หญ้า ฯลฯ พวกมันวิวัฒนาการขึ้นมาหลังพวก C3 พืชกลุ่มนี้สามารถสร้างน้ำตาลและเติบโตได้ดีในสภาพอากาศร้อนและแห้ง

3.พืชแบบ CAM คือพืชพวกแคคตัสและไม้อวบน้ำ พืชเหล่านี้จะเปิดปากใบตอนกลางคืน เพื่อการคายน้ำ รับคาร์บอนไดออกไซด์ และคายแก๊สออกซิเจน จากนั้นจะนำวัตถุดิบมาทำการสร้างน้ำตาลในตอนกลางวันของวันรุ่งขึ้น

ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการปฏิกิริยาสังเคราะห์แสงมี 3 อย่างคือ

1.ความเข้มแสง

2.อุณหภูมิของอากาศ

3.ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ

ช่วงต้นศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองแล้วพบว่า หากอุณหภูมิคงที่ อัตราการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์จะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มแสงเพิ่มขึ้น และเมื่อความเข้มแสงเพิ่มไปถึงจุดหนึ่งอัตราการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์จะเริ่มคงที่ แต่ถ้าระดับความเข้มแสงต่ำเกินไป อุณหภูมิจะไม่ค่อยส่งผลต่ออัตราการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ แต่ถ้าความเข้มแสงสูง การดูดซึมตรึงคาร์บอนไดออกไซด์จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ

การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่า อุณหภูมิไม่ได้ส่งผลต่อปฏิกิริยาแบบใช้แสง แต่ส่งผลต่อการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์

ส่วนความเข้มของคาร์บอนไดออกไซด์นั้นยิ่งมีค่ามากยิ่งทำให้เกิดการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์มาก ส่งผลให้เกิดการสร้างกลูโคสมากตามไปด้วย จนกระทั่งเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องถูกใช้จนหมด อัตราการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์จะไม่เพิ่มขึ้นอีก