การปรับตัวของพืชเพื่อรับแสง

คำถามนำ : โครงสร้างของพืชระดับเซลล์ และระดับอวัยวะสัมพันธ์กับการสังเคราะห์ด้วยแสงอย่างไร

 

การปรับตัวของพืชเพื่อรับแสง

          แสงจำเป็นต่อการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช แต่ถ้ามากหรือน้อยเกินไปจะมีผลต่ออัตราการสังเคราะห์ด้วยแสง เราพบพืชทั้งในที่ร่มและที่กลางแจ้ง พืชเหล่านั้นมีการปรับโครงสร้างอย่างไรในสภาวะที่ความเข้มของแสงต่างกัน

 

          การปรับโครงสร้างของใบเพื่อรับแสง 
          
          พืชจำเป็นต้องปรับโครงสร้างของใบให้เอื้ออำนวยในการรับแสงให้ได้มาก ใบพืชที่อยู่ในบริเวณป่าเขตร้อนจะมีชั้นเอพิเดอร์มิสที่อยู่ด้านนอกสุดทำหน้าที่คล้ายเลนส์รวมแสง ทำให้แสงส่องไปถึงคลอโรพลาสต์และมีความเข้มของแสงสูงกว่าแสงภายนอกใบแสงส่วนหนึ่งจะถูกดูดซับโดยสารสีในคลอโรพลาสต์ของเซลล์เพลิเซด และแสงส่วนที่เหลือจะสามารถผ่านลงไปถึงชั้นเซลล์ด้านล่างได้โดยผ่านช่องว่างระหว่างคลอโรพลาสต์และช่องว่างระหว่างเซลล์มาก รอยต่อระหว่างอากาศและน้ำที่เคลือบผนังเซลล์ช่วยสะท้อนแสงไปได้หลายทิศทาง และเพิ่มโอกาสที่แสงจะถูกดูดซับโดยสารสีในเซลล์มากขึ้น
          ในบางสภาพแวดล้อมที่มีแสงมากจนกระทั่งอาจเป็นอันตรายต่อพืชได้ ใบพืชจะมีโครงสร้างพิเศษ เช่น ขนและชั้นคิวทิเคิลที่ผิวใบเพื่อช่วยในการสะท้อนแสง และลดการดูดซับแสงของใบการปรับตัวเช่นนี้อาจสามารถลดการดูดซับแสงได้มากถึงร้อยละ 40 และลดปัญหาใบมีอุณหภูมิสูงและปัญหาอื่นๆ ที่เกิดจากการดูดซับแสงมากเกินไป

 

          การควบคุมการรับแสงของใบพืช

          ใบพืชสามารถควบคุมการรับแสงได้ เช่น การเคลื่อนที่ของคลอโรพลาสต์ในเซลล์และการเคลื่อนไหวของใบพืช พืชบางชนิด เช่น ถั่วและฝ้าย พบว่าในช่วงเวลาเที่ยงวันพืชสามารถปรับตำแหน่งของแผ่นใบ เพื่อรับแสงตามความต้องการของพืช นอกจากนี้ยังมีพืชอีกหลายชนิดสามารถปรับตำแหน่งของแผ่นใบเพื่อลดการรับแสงอาทิตย์โดยตรง ทำให้การรับแสงและความร้อนลดลง


          การปรับตัวของพืชให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมของแสง 

          ภาควิชาพฤกษศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ได้ศึกษาการปรับตัวของใบโกสนพันธุ์ใบส้ม (Codiaeum variegatum) (L.) BI. “Baisom”) ต่อความเข้มของแสงที่ต่างกันโดยศึกษากับใบที่เกิดใหม่ระหว่างการทดลอง และใบเจริญเติบโตเต็มที่ก่อนการทดลอง จากการศึกษาพบว่า

          ใบที่เกิดใหม่ระหว่างการทดลอง เมื่อเจริญในที่มีความเข้มของแสงสูง (เฉลี่ย \displaystyle 640\mu  m^-2 S^-1)พบว่ามีพื้นที่ของใบและปริมาณคลอโรฟิลล์ต่ำกว่าใบที่อายุเท่ากันที่เจริญในที่มีความเข้มของแสงต่ำ (เฉลี่ย\displaystyle 25\mu  m^-2 S^-1) และใบที่เจริญในที่มีความเข้มของแสงสูง จะมีความหนาของใบมากกว่า ซึ่งเมื่อศึกษาโครงสร้างของใบตัดตามขวาง พบว่ามีชั้นแพลิเซดมีโซฟิลล์เป็นรูปแท่ง 2 ชั้น ในขณะที่ใบที่เจริญในที่มีความเข้มของแสงต่ำ จะมีชั้นเพลิเซดมีโซฟิลล์เป็นรูปแท่งเพียงชั้นเดียวอีกชั้นหนึ่งมีรูปร่างไม่แน่นอน

           ใบที่เจริญเติบโตเต็มที่ก่อนการทดลอง เมื่อเจริญในที่มีความเข้มของแสงสูง จะมีปริมาณคลอโรฟิลล์ เอ และคลอโรฟิลล์ บี ลดลง ส่วนในใบที่เจริญในที่มีความเข้มของแสงต่ำจะมีปริมาณคลอโรฟิลล์เอ และคลอโรฟิลล์บีเพิ่มขึ้น ผลการทดลองเป็นดังภาพที่ 13-32
                
   ภาพที่ 13-32 ภาคตัดขวางของใบโกสนพันธุ์ใบส้มที่เจริญในที่มีความเข้มของแสงต่างกัน

             ก. และ ข. ภาพตัดขวางของใบที่อายุ 18 วัน ที่เจริญในที่ความเข้มของแสงต่างกัน

             ค. และ ง. ภาพตัดขวางของใบที่อายุ 32 วัน ที่เจริญในที่ความเข้มของแสงต่างกัน

 

          • โครงสร้างภายในตัดตามขวางของใบพืชชนิดเดียวกันที่อยู่ในที่กลางแจ้งกับอยู่ในที่ร่มแตกต่างกันอย่างไรเพราะเหตุใด


          การจัดเรียงใบของพืชและการแข่งขันกันเพื่อรับแสงของพืชที่ขึ้นในบริเวณเดียวกัน
 
          พืชยืนต้นที่มีการแตกกิ่งก้านสาขามากๆ ช่วยเพิ่มความสามารถในการรับแสงได้มากขึ้น เช่น ต้นหูกวางสามารถแตกกิ่งก้านสาขามีเรือนพุ่มกว้างปกคลุมพื้นดินได้มากนับร้อยตารางเมตร และมีการจัดเรียงกิ่งรอบลำต้นเพื่อให้ใบแต่ละใบรับแสงได้อย่างเต็มที่ดังภาพที่ 13-33 ต้นยางนาอาจมีลำต้นสูงถึง 30 เมตร ทำให้ชูใบขึ้นเพื่อรับแสงได้เหนือพืชอื่นๆในป่า
                 
                               ภาพที่ 13-33 การจัดเรียงใบของต้นหูกวาง

 

          พืชที่เจริญเติบโตอยู่ใต้เรือนพุ่มของพืชอื่น จะมีโอกาสสร้างชีวมวลได้น้อยกว่าจึงเกิดการแข่งขันเพื่อรับแสง โดยการจัดเรียงตัวของใบ ลำต้น กิ่ง และก้านใบให้มีโอกาสรับแสงได้มากที่สุด

          จากที่กล่าวมาแล้วจะเห็นว่ากระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการที่พืชใช้พลังงานแสงเพื่อสร้างสารอินทรีย์จากสารอนินทรีย์ คือ คาร์บอนไดออกไซด์กับน้ำ เป็นคาร์โบไฮเดรต พลังงานแสงจะถูกเปลี่ยนรูปมาเก็บอยู่ในรูปพลังงานเคมีในโมเลกุลของสารอินทรีย์
การสังเคราะห์ด้วยแสงจะเกิดขึ้นที่เยื่อไทลาคอยด์และสโตรมาของคลอโรพลาสต์ ประกอบด้วยปฏิกิริยาแสง ซึ่งจะได้

          สารพลังงานสูงเพื่อนำไปใช้ในปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ ปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ ของพืช \displaystyle C_3 \displaystyle C_4และพืชซีเอเอ็มจะแตกต่างกันออกไป ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง เช่น ปริมาณน้ำที่ได้รับ ความเข้มของแสง และอุณหภูมิ เป็นต้น