ชีววิทยา ม.5 โรงเรียนสวนกุหลาบวิทยาลัย รังสิต: การปรับตัวของพืชเพื่อรับแสง

การปรับตัวของพืชเพื่อรับแสง

พืชจำเป็นต้องปรับโครงสร้างของใบให้เอื้ออำนวยในการรับแสงให้ได้มาก ใบพืชที่อยู่ในบริเวณป่าเขตร้อนจะมีชั้นเอพิเดอร์มิสที่อยู่ด้านนอกสุดทำหน้าที่คล้ายเลนส์รวมแสง ทำให้แสงส่องไปถึงคลอโรพลาสต์และมีความเข้มของแสงสูงกว่าแสงภายนอกใบ แสงส่วนหนึ่งจะถูกดูดซับในสารสีในคลอโรพลาสต์ของเซลล์แพลิเซด และแสงส่วนที่เหลือจะสามารถผ่านลงไปถึงชั้นเซลล์ด้านล่างได้โดยผ่านช่องระหว่าคลอโรพลาสต์และช่องระหว่างเซลล์ส่วนชั้นสปันจีมีโซฟิลล์ที่อยู่ด้านล่างมีรูปร่างหลากหลายและมีช่องว่างระหว่างเซลล์มาก

รอยต่อระหว่างอากาศและน้ำที่เคลือบผนังเซลล์ช่วยสะท้อนแสงไปได้หลายทิศทาง และเพิ่มโอกาสที่แสงจะถูกดูดซับในสารสีในเซลล์มากขึ้น

ภาพแสดงโครงสร้างของใบ ภาคตัดขวาง

ภาพแสดงโครงสร้างของใบ ภาคขยาย

ภาพแสดงเอพิเดอมิสบริเวณผิวใบ

ทำหน้าที่รวมแสงให้ส่องถึงคลอโร-พลาสต์
แสงสีช่วงความยาวคลื่นสีเขียวจะถูกสะท้อนโดยคลอโรฟิลล์ทำให้เราสามารถเห็นใบไม้เป็นสีเขียว
เอพิเดอมิสบางบริเวณจะเปลี่ยนเป็นปากใบเพื่อรักษาสมดุลน้ำในลำต้น เช่น ผิวใบของผักตบชวา
พืชในเขตแห้งแล้งจะมีคิวทิเคิลหนา มีปากใบน้อย ใบมีขนาดเล็ก

การควบคุมการรับแสงของใบพืช

ต้นสำลีหรือต้นฝ้ายเปลี่ยนตำแหน่งใบเพื่อไม่ให้ต้นเจริญเติบโตเกินไป

ต้นยี่โถเปลี่ยนตำแหน่งใบเพื่อลดการคายน้ำเมื่อมีแสงมาก

การปรับตัวของพืชให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมของแสง

ต้นหูกวาง

ต้นเฟื่องฟ้าจัดเป็นต้นไม้ที่เติบโตอยู่ใต้เรือนพุ่มพืชอื่น

การสังเคราะห์ด้วยแสงจะเกิดขึ้นที่เยื่อไทลาคอยด์และสโตรมาของคลอโร-พลาสต์ ประกอบด้วยปฏิกิริยาแสง ซึ่งจะได้สารพลังงานสูงเพื่อนำไปใช้ในปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ ปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ของพืช C3 C4 และพืชซีเอเอ็ม จะแตกต่างกันออกไป ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง เช่น ปริมาณน้ำที่ได้รับ ความเข้มของแสง และอุณหภูมิ เป็นต้น

โฟโตเรสไพเรชัน

พืชตรึงออกซิเจนด้วย RuBP ซึ่ง RuBP จะถูกสลายเป็นสารประกอบคาร์บอน 2 อะตอม และ กระบวนการทางชีวเคมีที่พืชใช้ในการนำคาร์บอนนี่กลับมาใช้สร้าง RuBP ขึ้นใหม่จะมีการสูญเสียคาร์บอนในรูปคาร์บอนไดออกไซด์บางส่วน ดังนั้นโดยรวมจะพบทั้งการตรึงออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ของพืชในขณะที่ได้รับแสง จึงเรียกว่า โฟโตเรสไพเรชัน (photorespiration)

กลไกการเพิ่มความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในพืช C4

ครั้งแรก โดยกรดฟอสโฟอีนอลไพรูวิก ซึ่งเป็นสารที่มีคาร์บอน 3 อะตอม ตรึงคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารที่มีคาร์บอน 4 อะตอม เรียกว่า กรดออกซาโลแอซิติก ซึ่งเป็นสารประกอบคงตัวชนิดแรกที่ได้จากปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ จึงเรียกพืชที่มีกระบวนการเช่นนี้ว่า พืช C4

ครั้งที่สอง OAA มีการเปลี่ยนแปลงหลายขั้นตอนและลำเลียงผ่านพลาสโมเดสมาตามายังเซลล์บันเดิลชีท สารคาร์บอน 4 อะตอม ที่ลำเลียงมานี้จะปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ให้กับ RuBP ในวัฏจักรคัลวิน กลายเป็นสารที่มีคาร์บอน 3 อะตอมซึ่งจะลำเลียงกลับมาที่สโตรมาของเซลล์มีโซฟิลล์และเปลี่ยนแปลงเป็นสาร PEP เพื่อจะตรึงคาร์บอนไดออกไซด์อีกครั้งหนึ่ง

ตัวอย่างพืช C4

ต้นข้าวโพด

ต้นอ้อย

กลไกการเพิ่มความเข้มข้นคาร์บอนไดออกไซด์ของพืชซีเอเอ็ม ( CAM )

ในเวลากลางคืนอากาศมีอุณหภูมิต่ำและความชื้นสูงปากใบพืชดังกล่าวข้างต้นจึงเปิด แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จะเข้าทางปากใบไปยังเซลล์มีโซฟิลล์สาระกอบPEP จะตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ไว้แล้วเปลี่ยนเป็นสาร OAA ซึ่ง OAA นี้จะเปลี่ยนเป็นสารที่มีคาร์บอน 4 อะตอม ชื่อ กรดมาลิก แล้วเคลื่อนย้ายมาสะสมไว้ในแวคิวโอล
ในเวลากลางวันเมื่อเริ่มมีแสงปากใบจะปิดเพื่อลดการสูญเสียน้ำ กรดมาลิกจะถูกลำเลียงจากแวคิวโอลเข้าสู่คลอโรพลาสต์ พืชจะมีกระบวนการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์จากกรดมาลิกที่สะสมไว้ และคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกตรึงเข้าสู่วัฏจักรคัลวินตามปกติ และเนื่องจากการปิดปากใบทำให้คาร์บอนไดออกไซด์แพร่ออกนอกใบได้ยาก ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในเซลล์สูง อัตราโฟโตเรสไพเรชันจึงลดลงอย่างมาก เมื่อมีแสงกรดมาลิกที่ปล่อยออกมาจากแวคิวโอลจะไปยับยั้งเอนไซม์ที่กระตุ้นปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ของ PEP