การสังเคราะห์ด้วยแสง คือกระบวนการที่พืชสีเขียวสร้างสารอินทรีย์ (น้ำตาลกลูโคส) จากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำโดยใช้แสง และปล่อยแก๊สออกซิเจนออกมา กระบวนการนี้เกิดขึ้นใน คลอโรพลาสต์ และแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน คือ ระยะใช้แสง และ ระยะไม่ใช้แสง ในหน้านี้เราจะอธิบายง่ายๆ ว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงคืออะไร เกิดขึ้นที่ไหน ระยะต่างๆ แตกต่างกันอย่างไร สมการเป็นอย่างไร และได้ผลผลิตอะไรบ้าง ปิดท้ายด้วยแบบฝึกหัดเชิงโต้ตอบเพื่อทดสอบความเข้าใจของคุณ
การสังเคราะห์ด้วยแสงคืออะไรและเกิดขึ้นที่ไหน
การสังเคราะห์ด้วยแสง (มาจากภาษากรีก photos แปลว่า แสง และ synthesis แปลว่า การรวมกัน) คือการสร้างสารอินทรีย์จากสารอนินทรีย์โดยใช้แสง พูดง่ายๆ คือพืช "ทำอาหารกินเอง" จากอากาศและน้ำโดยใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์
การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นใน คลอโรพลาสต์ ซึ่งเป็นพลาสติดสีเขียวที่พบมากในเซลล์ใบ ภายในคลอโรพลาสต์มีรงควัตถุสีเขียวที่เรียกว่า คลอโรฟิลล์: ซึ่งทำหน้าที่ดักจับพลังงานแสงและเริ่มกระบวนการทั้งหมด พืชดูเป็นสีเขียวก็เพราะคลอโรฟิลล์นี่เอง
สำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง พืชต้องการ 3 สิ่ง:
- แสง (จากดวงอาทิตย์หรือแหล่งกำเนิดแสงอื่น);
- น้ำ — ซึ่งรากดูดซึมจากดิน;
- แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) — ซึ่งเข้าสู่พืชผ่านทางปากใบ
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง: ผลผลิตที่ได้
แผนภาพนี้ช่วยให้เห็นภาพรวม: ด้านซ้ายคือสิ่งที่ เข้าสู่ ใบไม้ (แสง น้ำ และแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์) ด้านขวาคือสิ่งที่ เกิดขึ้น (น้ำตาลกลูโคสและออกซิเจน) พืชจะปล่อยออกซิเจนสู่อากาศ และใช้กลูโคสเป็นอาหารและสะสมในรูปของแป้ง
สมการการสังเคราะห์ด้วยแสง
กระบวนการทั้งหมดสามารถเขียนเป็นสมการรวมได้ว่า แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ 6 โมเลกุล และน้ำ 6 โมเลกุล ภายใต้แสงและคลอโรฟิลล์ จะเปลี่ยนเป็นน้ำตาลกลูโคส 1 โมเลกุล และแก๊สออกซิเจน 6 โมเลกุล
ระยะใช้แสงและระยะไม่ใช้แสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง
การสังเคราะห์ด้วยแสงแบ่งเป็น 2 ขั้นตอน ระยะใช้แสง เกิดขึ้นที่เยื่อหุ้มภายในคลอโรพลาสต์และต้องใช้แสงเท่านั้น: พลังงานแสงจะแตกตัวน้ำ ทำให้เกิดออกซิเจนและเก็บพลังงานไว้ (ในรูปของ ATP และ NADPH) ระยะไม่ใช้แสง เกิดขึ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์และไม่จำเป็นต้องใช้แสงโดยตรง: ในขั้นตอนนี้จะใช้พลังงานที่เก็บไว้เปลี่ยนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นกลูโคส ข้อสำคัญ: "ระยะไม่ใช้แสง" ไม่ได้แปลว่า "ระยะกลางคืน" แต่เป็นระยะที่ใช้ผลิตภัณฑ์จากระยะใช้แสง ดังนั้นในที่มืดสนิทระยะนี้ก็จะหยุดทำงานในที่สุด มาเปรียบเทียบทั้งสองระยะในตารางกัน
| ลักษณะ | ระยะใช้แสง | ระยะไม่ใช้แสง |
|---|---|---|
| สถานที่เกิด | บนเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ (กรานาของคลอโรพลาสต์) | ในสโตรมาของคลอโรพลาสต์ |
| ต้องใช้แสงไหม | ใช่ เกิดขึ้นเฉพาะเมื่อมีแสง | ไม่โดยตรง แต่ต้องใช้ผลิตภัณฑ์จากระยะใช้แสง |
| สิ่งที่ต้องใช้ | แสง, น้ำ (H2O) | แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2), พลังงาน ATP และ NADPH |
| ผลผลิตที่ได้ | ออกซิเจน (O2), ATP, NADPH | น้ำตาลกลูโคส (C6H12O6) |
ความสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสงต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก
การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในธรรมชาติ ขอบคุณกระบวนการนี้ที่ทำให้:
- มี ออกซิเจน ในอากาศให้มนุษย์ สัตว์ และพืชใช้หายใจ;
- กำจัด แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ออกจากอากาศ;
- สร้าง สารอินทรีย์ ซึ่งเป็นพื้นฐานอาหารของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด พืชเป็นอาหารของสัตว์กินพืช สัตว์กินพืชเป็นอาหารของสัตว์กินเนื้อ ดังนั้นห่วงโซ่อาหารทั้งหมดจึงเริ่มต้นจากการสังเคราะห์ด้วยแสง;
- เก็บสะสม พลังงานแสง ไว้ในสารอินทรีย์ ถ่านหิน น้ำมัน และพีท ก็คือพลังงานที่ "ถูกเก็บไว้" จากการสังเคราะห์ด้วยแสงในอดีต
ดังนั้นพืชสีเขียวจึงมักถูกเรียกว่า "ปอดของโลก": เพราะพวกมันคอยเติมออกซิเจนและอาหารให้แก่ชีวมณฑลอย่างต่อเนื่อง
เจาะลึก: ผลผลิตมาจากไหน
ตัวอย่างที่ 1. กลูโคสมาจากไหน
คำถาม: พืชสร้างกลูโคสจากสารใดบ้าง?
คำอธิบาย: กลูโคส (C₆H₁₂O₆) ประกอบด้วยคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน พืชนำคาร์บอนมาจาก แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ในอากาศ และไฮโดรเจนจาก น้ำ (H₂O) พลังงานสำหรับการ "ประกอบ" มาจาก แสง และกลูโคสจะถูกสร้างขึ้นในระยะไม่ใช้แสง ในสโตรมาของคลอโรพลาสต์
คำตอบ: กลูโคสสร้างจากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำโดยใช้พลังงานแสง
ตัวอย่างที่ 2. ออกซิเจนมาจากไหน
คำถาม: ออกซิเจนที่พืชปล่อยออกมามาจากสารใด?
คำอธิบาย: หลายคนคิดว่าออกซิเจนมาจากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ แต่ไม่จริง ใน ระยะใช้แสง พลังงานแสงจะแตกตัวโมเลกุลของ น้ำ (H₂O) ซึ่งทำให้เกิดออกซิเจน (O₂) ส่วนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกนำไปสร้างกลูโคสเท่านั้น
คำตอบ: ออกซิเจนถูกปล่อยออกมาจากการแตกตัวของน้ำในระยะใช้แสง
ตัวอย่างที่ 3. ตรวจสอบสมการด้วยจำนวนอะตอม
สมการ: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
ตรวจสอบคาร์บอน (C): ซ้าย 6 (จาก 6·CO₂), ขวา 6 (ในกลูโคส C₆…) — เท่ากัน
ตรวจสอบออกซิเจน (O): ซ้าย 6·2 + 6·1 = 18, ขวา 6 (ในกลูโคส) + 6·2 = 18 — เท่ากัน
ตรวจสอบไฮโดรเจน (H): ซ้าย 6·2 = 12, ขวา 12 (ในกลูโคส C₆H₁₂O₆) — เท่ากัน
สรุป: สมการดุลแล้ว อะตอมครบถ้วน
ความเข้าใจผิดบ่อยๆ เกี่ยวกับการสังเคราะห์ด้วยแสง
-
คิดว่าพืชปล่อยแต่ออกซิเจนและไม่หายใจเลย
พืชหายใจเหมือนสัตว์: พวกมันดูดซับออกซิเจนและปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ตลอดเวลา (การหายใจ) เพียงแต่ในตอนกลางวันที่มีแสง การสังเคราะห์ด้วยแสงจะเกิดขึ้นเร็วกว่าการหายใจ จึงทำให้ออกซิเจนที่ปล่อยออกมามีมากกว่าที่ใช้ไป
-
สับสนระหว่างระยะใช้แสงและระยะไม่ใช้แสง: คิดว่ากลูโคสสร้างในระยะใช้แสง และออกซิเจนสร้างในระยะไม่ใช้แสง
ในทางกลับกัน ในระยะใช้แสงจะปล่อยออกซิเจนและเก็บพลังงาน (ATP, NADPH) ส่วนกลูโคสจะถูกสร้างในระยะไม่ใช้แสงจากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์โดยใช้พลังงานที่เก็บไว้
-
เข้าใจว่า "ระยะไม่ใช้แสง" คือ "ระยะที่เกิดขึ้นตอนกลางคืน ในที่มืด"
"ไม่ใช้แสง" หมายถึง "ไม่จำเป็นต้องใช้แสงโดยตรง" เท่านั้น แต่ยังต้องใช้ ATP และ NADPH จากระยะใช้แสง ดังนั้นหากไม่มีแสง พลังงานเหล่านี้จะหมดไปและระยะไม่ใช้แสงก็จะหยุดทำงาน ในความเป็นจริงทั้งสองระยะเกิดขึ้นในตอนกลางวัน ต่อเนื่องกัน
-
คิดว่าออกซิเจนเกิดจากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์
ออกซิเจนเกิดจากน้ำ (H₂O) เมื่อแตกตัวในระยะใช้แสง แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ถูกนำไปสร้างกลูโคส ไม่ใช่สร้างออกซิเจน
คำถามและคำตอบ
การสังเคราะห์ด้วยแสงต่างจากการหายใจอย่างไร?
เป็นกระบวนการที่ตรงข้ามกัน ในการสังเคราะห์ด้วยแสง พืชจะดูดซับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ สร้างกลูโคสและปล่อยออกซิเจน คือการเก็บสะสมพลังงาน ในขณะที่การหายใจ กลูโคสและออกซิเจนจะถูกใช้ไป และปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และพลังงานออกมา เซลล์ที่มีชีวิตทุกเซลล์หายใจตลอดเวลา แต่การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นเฉพาะในเซลล์สีเขียวและเมื่อมีแสงเท่านั้น
ระยะไม่ใช้แสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงต้องใช้แสงไหม?
โดยตรงแล้วระยะไม่ใช้แสงไม่จำเป็นต้องใช้แสง ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์โดยไม่ต้องใช้แสง แต่ระยะไม่ใช้แสงต้องใช้ ATP และ NADPH ที่เกิดจากระยะใช้แสง ดังนั้นหากไม่มีแสง พลังงานเหล่านี้จะหมดไปอย่างรวดเร็วและระยะไม่ใช้แสงก็จะหยุดทำงาน ชื่อ "ไม่ใช้แสง" หมายถึง "ไม่จำเป็นต้องใช้แสงโดยตรง" ไม่ได้แปลว่า "กลางคืน"
การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นที่ไหน?
การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ ซึ่งเป็นพลาสติดสีเขียวในเซลล์ใบ ระยะใช้แสงเกิดขึ้นบนเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ (ในกรานา) และระยะไม่ใช้แสงเกิดขึ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์ สีเขียวและความสามารถในการจับแสงมาจากรงควัตถุคลอโรฟิลล์
ผลผลิตจากการสังเคราะห์ด้วยแสงคืออะไร?
ผลผลิตหลักคือกลูโคส (สารอินทรีย์ อาหารของพืช) และออกซิเจนที่ปล่อยสู่อากาศ ระหว่างกระบวนการยังมีสารตัวกลางคือ ATP และ NADPH ซึ่งทำหน้าที่ขนส่งพลังงานจากระยะใช้แสงไปสู่ระยะไม่ใช้แสง
การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นช่วงเวลาใด?
การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในตอนกลางวันที่มีแสง ในตอนกลางคืนจะหยุดลงเพราะระยะใช้แสงทำงานไม่ได้หากไม่มีแสง และเมื่อไม่มีผลิตภัณฑ์จากระยะใช้แสง ระยะไม่ใช้แสงก็จะหยุดทำงานด้วย แต่พืชยังคงหายใจตลอด 24 ชั่วโมง
