ชีววิทยา ม.5 โรงเรียนสวนกุหลาบวิทยาลัย รังสิต: การค้นคว้าที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

การค้นคว้าที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

13.1 การค้นคว้าที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

การค้นคว้าที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง

ในปี พ.ศ. 2191 ( ค.ศ. 1648 ) ได้มีการพิมพ์ผลงานของ ฌอง แบบติสท์ แวน เฮลมองท์ (Jean Baptiste Van Helmont) นักวิทยาศาสตร์ชาวเบลเยียม ที่ทำการทดลองสิ่งที่น่าสนใจและมีความสำคัญมากทางชีววิทยา โดยปลูกต้นหลิวหนัก 5 ปอนด์ในถังใบใหญ่ที่บรรจุดินซึ่งทำให้แห้งสนิทหนัก 200 ปอนด์แล้วปิดฝาถัง ระหว่างทำการทดลองได้รดน้ำต้นหลิวที่ปลูกไว้ทุกๆ วันด้วยน้ำฝนเป็นระยะเวลา 5 ปี ต้นหลิวเจริญเติบโตขึ้นมาก เมื่อนำต้นหลิวที่ไม่มีดินติดอยู่ที่รากไปชั่งน้ำหนัก ปรากฏว่าต้นหลิวหนัก 169 ปอนด์ 3 ออนซ์ และเมื่อนำดินในถังไปทำให้แห้งแล้วนำไปชั่งปรากฏว่ามีน้ำหนักน้อยกว่าดินที่ใช้ก่อนทำการทดลองเพียง 2 ออนซ์เท่านั้น

การทดลองของฌอง แบบติสท์ แวน เฮลมองท์

ในปี พ.ศ. 2315 ( ค.ศ. 1772 ) โจเซฟ พริสต์ลีย์ (Joseph Priestley) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้พิมพ์ผลงานที่ทำการทดลองโดยจ่อเทียนไขไว้ในครอบแก้ว ปรากฎว่าสักครู่เทียนไขก็ดับ และเมื่อใส่หนูเข้าไปในครอบแก้วครู่ต่อมาหนูก็ตาย

เมื่อนำหนูที่มีชีวิตไปไว้ในครอบแก้วเดิมที่เทียนไขดับ ปรากฏว่า หนูตายเกือบทันทีและเมื่อจุดเทียนไขแล้วนำไปใส่ในครอบแก้วเดิมที่หนูตายอยู่แล้ว ปรากฏว่า เทียนไขดับเกือบทันที

เขาได้ทดลองนำหนูใส่ไว้ในครอบแก้วเดียวกันกับพืชสีเขียว ปรากฎว่าทั้งพืชและหนูสามารถมีชีวิตอยู่ได้

13-2 การทดลองของโจเซฟ พริสต์ลีย์

พริสต์ลีย์ได้นำเอาพืชสีเขียวใส่ในครอบแก้วที่เคยจุดเทียนไขเอาไว้ก่อนแล้ว อีก 10 วันต่อมา เมื่อ จุดเทียนไขในครอบแก้วนั้นใหม่ ปรากฏว่า เทียนไขลุกไหม้อยู่ได้ระยะหนึ่ง โดยไม่ดับทันที

พริสต์ลีย์จึงทำการทดลองเพิ่มเติม โดยแบ่งอากาศหลังจากเทียนไขดับแล้วออกเป็น 2 ส่วน นำพืชใส่ไว้ในส่วนหนึ่ง และอีกส่วนหนึ่งใส่แต่แก้วบรรจุน้ำ ทิ้งไว้ระยะหนึ่งจุดเทียนไขอากาศทั้ง 2 ส่วน พบว่าเทียนไขลุกไหม้ได้ระยะหนึ่งในอากาศส่วนแรก แต่จะดับทันทีในอากาศส่วนที่สอง หลังจากนั้นเขาได้ศึกษาคุณสมบัติของก๊าซและอากาศ และทราบว่า"อากาศดี" ช่วยในการเผาไหม้และการหายใจของสัตว์ แต่การหายใจของสัตว์และการเผาไหม้ของเทียนไขทำให้เกิด "อากาศเสีย"

13-3 การทดลองเพิ่มเติมของโจเซฟ พริสต์ลีย์

พ.ศ. 2325 (ค.ศ.1782) ฌอง ซีนีบิเยร์ (Jean Senebier) ค้นพบว่าแก๊สที่เกิดจากการลุกไหม้ และแก๊สที่เกิดจากการหายใจของสัตว์เป็นแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ส่วนแก๊สที่ช่วยในการลุกไหม้และแก๊สที่ใช้ในการหายใจของสัตว์คือแก๊สออกซิเจน

ต่อมาแจน อินเก็น ฮูซ เสนอว่า พืชเก็บธาตุคาร์บอน ซึ่งได้มาจากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ไว้ในรูปของสารอินทรีย์

ในปี ค.ศ. 1799 แจน อินเก็น-ฮูซ (Jan Ingen-Housz) นักวิทยาศาสตร์ชาวดัทช์ ได้ทำการทดลองคล้ายกับโจเซฟ พริสต์ลีย์ โดยใส่พืชไว้ในครอบแก้ว แต่แยกเป็นส่วนต่างๆ ของพืช เช่น ลำต้น ใบ เป็นต้น แล้วทิ้งไว้ในที่มืดชั่วระยะเวลาหนึ่ง หลังจากนั้นจึงจุดเทียนไขไว้ในครอบแก้วแต่ละอัน พบว่าเทียนไขในครอบแก้วทุกอันไม่ติดไฟ และเมื่อทำการทดลองอีกครั้งโดยนำครอบแก้วทุกอันไปไว้ในบริเวณที่มีแสงสว่าง ระยะเวลาหนึ่ง หลังจากนั้นจึงจุดเทียนไขในครอบแก้วแต่ละอัน พบว่าในครอบแก้วที่มีส่วนของพืชซึ่งมีสีเขียวสามารถจุดเทียนไขให้ติดไฟได้ จากการทดลองดังกล่าวแจน อินเก็น-ฮูซได้ให้ข้อสรุปไว้ว่า ส่วนของพืชที่มีสีเขียวสามารถเปลี่ยนอากาศเสียให้เป็นอากาศดีได้ โดยพืชต้องอาศัยแสงเป็นปัจจัยในกระบวนการดังกล่าวด้วย

13-4 การทดลองของแจน อินเก็น-ฮูซ

ในปี ค.ศ. 1804 นิโคลาส ธีโอดอร์ เดอ โซซูร์ (Nicolas Theodore de Soussure) ได้ทำการรวบรวมและศึกษาผลงานของนักวิทยาศาสตร์ในอดีตหลายๆ ท่าน โดยอาศัยความรู้พื้นฐานทางด้านเคมีสมัยใหม่ ทำให้ได้ข้อสรุปเกี่ยวกับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชดังต่อไปนี้

- พืชจะคายแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และแก๊สออกซิเจนในเวลากลางวัน และจะคายเฉพาะแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในเวลากลางคืน แสดงว่าพืชหายใจตลอดเวลา แต่พืชมีการสังเคราะห์แสงเฉพาะเวลากลางวันหรือเมื่อได้รับแสง
- แร่ธาตุในดินมีความจำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช
- น้ำไม่ใช่เพียงละลายแร่ธาตุในดินให้แก่พืชเท่านั้น แต่น้ำยังมีบทบาทสำคัญโดยตรงในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

พ.ศ.2405 (ค.ศ.1862) จูเลียส ซาซ (Julius Sachs) พบว่าสารอินทรีย์ที่พืชสร้าง คือ น้ำตาล ซึ่งเป็นสารคาร์โบไฮเดรต

ในเวลาต่อมานักวิทยาศาสตร์ได้เรียกกระบวนการสร้างคาร์โบไฮเดรตของพืชที่อาศัยแสงนี้ว่า กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis)

พ.ศ.2438 (ค.ศ.1895) เองเกลมัน (T.W.Engelmann) ได้ทำการทดลองโดยใช้ปริซึมเพื่อแยกแสงออกเป็นสเปกตรัมให้แก่สาหร่ายสไปโรไจราซึ่งเจริญอยู่ในน้ำที่มีแบคทีเรีย จากการทดลองพบว่า แบคทีเรียที่ต้องการออกซิเจนมารวมกลุ่มกันที่บริเวณสาหร่ายได้รับแสงสีแดงและสีน้ำเงินเพราะทั้งสองบริเวณนี้สาหร่ายจะให้แก๊สออกซิเจนมากกว่าในบริเวณอื่น

พ.ศ.2473 (ค.ศ.1973) แวน นีล (Van Niel) นักวิทยาศาสตร์ชาวสหรัฐอเมริกา แห่งมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดทดลองเลี้ยงแบคทีเรียที่สังเคราะห์ด้วยแสงโดยไม่ใช้น้ำแต่ใช้ไฮโดรเจนซัลไฟด์แทนพบว่า ผลที่ได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสงแทนที่จะเกิดแก๊สออกซิเจนกลับเกิดซัลเฟอร์ขึ้นแทน

พ.ศ.2484 (ค.ศ.1941) แซม รูเบน(Sam Ruben) และมาร์ติน คาเมน (Martin Kamen) ได้ทำการทดลองใช้น้ำที่ประกอบด้วย ¹⁸O

13-5 การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชจะปล่อยออกซิเจนออกมา

ในปี พ.ศ. 2475 (ค.ศ. 1932) โรบิน ฮิลล์ (Robin Hill) ทำการทดลองผ่านแสงเข้าไปในของผสมซึ่งมีเกลือเฟอริกและคลอโรพลาสต์ที่สกัดออกมาจากผักโขม ปรากฏว่า เกลือเฟอริกเปลี่ยนเป็นเกลือเฟอรัสและมีออกซิเจนเกิดขึ้น แต่ถ้าในของผสมไม่มีเกลือเฟอริกก็จะไม่เกิดแก๊สออกซิเจน

13-6 การทดลองของ โรบิน ฮิลล์

ในปี พ.ศ. 2494 (ค.ศ. 1951) แดเนียล อาร์นอน (Daniel Arnon ) และคณะแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่เบิร์กเลย์ ได้ศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับการทดลองของฮิลล์ อาร์นอน และได้ทำการทดลองดังนี้