หน่วย2_การสังเคราะห์ด้วยแสง

หนว่ ยการเรียนร้ทู ่ี 1 หนว่ ยการเรยี นรู้ที่ 2 หนว่ ยการเรยี นรทู้ ี่ 3 ชีววทิ ยา เลม่ 1 ช้นั มัธยมศกึ ษาปีที่ 5 กลุ่มสาระการเรยี นรู้วทิ ยาศาสตร์ หน่วยการเรยี นรูท้ ่ี 4 Slide PowerPoint_สอ่ื ประกอบการสอน บรษิ ัท อกั ษรเจรญิ ทัศน์ อจท. จากดั : 142 ถนนตะนาว เขตพระนคร กรุงเทพฯ 10200 Aksorn CharoenTat ACT.Co.,Ltd : 142 Tanao Rd. Pranakorn Bangkok 10200 Thailand โทรศัพท์ : 02 622 2999 โทรสาร : 02 622 1311-8 [email protected] / www.aksorn.com

2หน่วยการเรียนรทู้ ี่ การสงั เคราะหด์ ้วยแสง ผลการเรยี นรู้ • สืบค้นขอ้ มูล และสรุปการศกึ ษาทไี่ ด้จากการทดลองของนักวทิ ยาศาสตรใ์ นอดีตเกีย่ วกบั กระบวนการสังเคราะห์ดว้ ยแสง • อธบิ ายขั้นตอนที่เกิดขึ้นในกระบวนการสังเคราะห์ดว้ ยแสงของพชื C3 • เปรยี บเทยี บกลไกการตรงึ คาร์บอนไดออกไซดใ์ นพชื C3 พชื C4 และ พชื CAM • สืบคน้ ขอ้ มูล อภิปราย และสรปุ ปัจจัยความเขม้ ของแสง ความเข้มขน้ ของคาร์บอนไดออกไซด์ และอุณหภูมิ ที่มผี ลตอ่ การสังเคราะหด์ ว้ ยแสงของพชื

กระบวนการสังเคราะห์ดว้ ยแสง กระบวนการที่พชื ดงึ พลงั งานแสงจากดวงอาทติ ย์ แสง มาเปล่ียนใหเ้ ป็นพลงั งานเคมีในรูปของสารประกอบอินทรยี ์ ปฏกิ ริ ิยาแสง ปฏกิ ิริยาทเี่ ปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เปน็ พลังงานเคมี ออกซิเจน โดยแสงจะออกซิไดซโ์ มเลกลุ สารท่อี ยบู่ นเยือ่ หุ้มไทลาคอยด์ ทาใหเ้ กดิ การถา่ ยทอดอเิ ลก็ ตรอน การตรึงคารบ์ อนไดออกไซด์ กระบวนการที่พชื สร้างสารประกอบคารโ์ บไฮเดรต CO2 จากคาร์บอนไดออกไซดโ์ ดยให้เอนไซมเ์ ปน็ ตวั เร่งปฏกิ ริ ยิ า แปง้ สมการการสงั เคราะห์ดว้ ยแสง 6CO2+6H2O แสง C6H12O6+6O2 นา้ คลอโรฟิลล์

การถา่ ยทอดอิเลก็ ตรอนแบบไม่เปน็ วฏั จักร พลังงานแสงกระตนุ้ ระบบแสง I และระบบแสง II พรอ้ มกนั ระบบแสง II ขาดอเิ ล็กตรอน จึงตอ้ งอาศยั อเิ ล็กตรอน ส่งผลให้เกิดการปลอ่ ยอเิ ลก็ ตรอนไปยังตัวรบั จากกระบวนการแตกตัวของโมเลกลุ นา้ ที่อยู่ภายในคลอโรพลาสต์ อเิ ลก็ ตรอนทถ่ี กู ปล่อยมาจากระบบแสง II ไปกระตุ้นระบบแสง I จงึ แสง มกี ารปลอ่ ยอเิ ลก็ ตรอนไปยงั ตวั รบั e− NADPH + H+ แสง NADP+ + H+ 1 e− 56 2 P680 3 P700 4 ATP อิเล็กตรอนที่ถกู ปลอ่ ยมHา2จOากร12ะบOบ2แ+สง2 H+ จากนั้นอิเล็กตรอนถกู ถ่ายทอดต่อไปยัง อิเล็กตรอนถูกถ่ายทอดต่อไปยงั เฟอริดอกซิน (Fd) II ไปยงั ตวั รับอเิ ลก็ ตรอนพลาสโตควิโนน (Pq) พลาสโทไซยานิน (Pc) ซึง่ เปน็ ตวั รบั อเิ ล็กตรอนตัวสุดทา้ ย อิเล็กตรอนถูกถา่ ยทอดตอ่ ไปยงั ไซโทโครมคอมเพลก็ ซ์

การถ่ายทอดอเิ ล็กตรอนแบบเป็นวฏั จักร ตวั รบั อเิ ลก็ ตรอน ลาดบั แรก Fd ไซโทโครม 1 PSI ถกู กระตุ้นจากพลงั งานแสง จะปล่อยอเิ ลก็ ตรอนออกมาซึ่งจะถกู คอมเพล็กซ์ ถ่ายทอดไปยังเฟอรดิ อกซนิ จากนน้ั จะถ่ายทอดไปยงั Pc ไซโทโครมคอมเพล็กซ์ แล้วสง่ กลบั ไปยงั PSI เปน็ วฏั จักรตอ่ ไป พลงั งานในการ 2 PSI เกิดการสงั เคราะห์ ATP ดว้ ยปฏกิ ิรยิ าออซเิ ดทีฟโฟโตฟอสโฟรเี ลชนั สังเคราะห์ โดยไมม่ ี NADPH + H+ และออกซิเจนเกดิ ขนึ้ ATP

วัฏจักรคลั วิน ขั้นตอนที่ 1 คารบ์ อกซิเลชัน เรมิ่ ต้นจาก RuBP จบั กบั คาร์บอนไดออกไซด์ สมการ คอื 3CO2 + 3RuBP + 3H2O 6PGA แลว้ ได้ผลติ ภัณฑเ์ ปน็ PGA ขัน้ ตอนที่ 3 รีเจเนอเรชัน ขัน้ ตอนท่ี 2 รีดกั ชนั เป็นขั้นตอนทีจ่ ะสรา้ ง RuBP กลับขน้ึ มาใหม่ PGA เปลี่ยนแปลงเปน็ PGAL เนือ่ งจาก เพ่อื กลบั ไปรับ CO2 เขา้ สู่วฏั จักรใหม่ ได้รบั อิเล็กตรอนจาก NADPH + H+ โดย G3P จานวน 5 โมเลกลุ จะถกู นากลับ ไปสรา้ ง RuBP ใหมอ่ กี คร้งั สมการ คอื สมการ คือ 6PGAL + 6NADP++ 6Pi + 6H2O + 6ADP 5PGAL +3ATP 6PGAL + 3ADP + 2Pi 6PGA + 6NADPH + H+ + 6ATP

กระบวนการเกิดโฟโตเรสไพเรชนั โฟโตเรสไพเรชนั เกดิ ขน้ึ ในวันท่ีมีแสงแดดจัด ทาใหพ้ ืชปดิ ปากใบ ออกซิเจนจะไปแย่งคาร์บอนไดออกไซดจ์ บั เอนไซม์กบั เอนไซม์รูบสิ โก ทาใหเ้ กดิ ฟอสโฟกลีเซอเรตและไดฟอสโฟไกลโคเลตอย่างละ 1 โมเลกุล โดยฟอสโฟไกลโคเลตจะถูกส่งไปสลายท่ีเพอรอกซโิ ซมและ ไมโทคอนเดรีย โดยใชพ้ ลงั งานสลายใหก้ ลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ รบู สิ โก

กลไกการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ของพืช C3 พืช C4 เปน็ พืชที่มีการตรึง CO2 ในวฏั จักรคัลวิน แลว้ ได้สารประกอบคารบ์ อนท่เี สถยี รชนดิ แรก พชื C3 เป็นพืชท่มี ีการตรงึ CO2 ในวฏั จกั รคัลวิน เปน็ สารที่มีคาร์บอน 4 อะตอม แล้วไดส้ ารประกอบคาร์บอนที่เสถียรชนิดแรก เปน็ สารทมี่ คี ารบ์ อน 3 อะตอม พชื C3 คิวทิเคลิ พชื C4 เอพเิ ดอรม์ ิสดา้ นบน บันเดิลชที แพลเิ ซดมโี ซฟลิ ล์ ทอ่ ลาเลยี ง ท่อลาเลียง บนั เดลิ ชีท สปนั จมี ีโซฟลิ ล์ เอพเิ ดอรม์ ิสด้านล่าง

กลไกการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ของพืช C4 และพชื CAM กลางคืน cco2 c c c OAA PEP c c c พชื C4 พชื CAM c c แวควิ โอล c แปง้ c มาเลต c c c ไพรูเวต c c มาเลต c c c กลางวนั c co2 วฏั จักรคัลวนิ หวั ขอ้ เปรยี บเทียบ พืช C4 พืช CAM จานวนครัง้ ท่มี ีการตรึง CO2 2 2 สารทีใ่ ชต้ รงึ CO2 PEP PEP ครั้งท่ี 1 เซลล์มีโซฟิลล์ / ครงั้ ที่ 2 เซลล์บนั เดิลชที - ตาแหนง่ ท่ีมกี ารตรึง CO2 กลางวัน กลางคนื ช่วงเวลาในการตรงึ CO2 OAA OAA ผลติ ภัณฑต์ วั แรกท่เี กดิ จากการตรึง CO2



ปจั จยั ท่มี ผี ลตอ่ การสงั เคราะหด์ ว้ ยแสง CO2 แสง ออกซิเจน อุณหภมู ิ อายุใบ NPK น้า ธาตุอาหาร

ความเข้มของแสง ัอตราการต ึรง CO2 ุสท ิธ (μmol m−2 s−1)20 พืชกลางแจง้ 10 พืชในรม่ พชื แต่ละชนดิ ตอ้ งการ จุดอิม่ ตวั ของแสง ความเข้มของแสง ท่แี ตกต่างกัน 0 250 750 1250 ความเขม้ ของแสง (μmol m−2 s−1) ไลต์คอมเพนเซชันพอยต์ -10 จากกราฟ จะเหน็ ว่าพืชกลางแจง้ ตอ้ งการความเข้มของแสงมากกว่าพชื ในร่ม

ความเขม้ ข้นของคาร์บอนไดออกไซด4์ 5 ัอตราการต ึรง CO2 ุสท ิธ (μmol m−2 s−1) ข้าว ข้าวโพด 35 25 อ้อย พชื แตล่ ะชนิดต้องการ 15 ความเขม้ ข้นของ 5 คารบ์ อนไดออกไซด์ -5 ทแ่ี ตกต่างกนั 200 400 600 800 1000 ความเข้มข้นของคารบ์ อนไดออกไซดใ์ นอากาศ (ppm) จากกราฟ จะเห็นว่าถา้ ความเขม้ ข้นของคาร์บอนไดออกไซด์เพ่ิมขึ้น พชื จะตรึงแก๊สคารบ์ อนไดออกไซดไ์ ปใชใ้ น กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงมากขึน้ จนกระทง่ั ถงึ จุดหนง่ึ อตั ราการตรงึ คาร์บอนไดออกไซดจ์ ะไมเ่ พิ่ม เรียกว่า จดุ อ่ิมตัวของคาร์บอนไดออกไซด์

อณุ หภูมิ โดยทวั่ ไปอัตราการสงั เคราะห์ด้วยแสงจะเพ่มิ ขน้ึ เร่ือย ๆ และจะมากทส่ี ดุ เม่ือถงึ อณุ หภูมิหน่ึง ถ้าอณุ หภูมมิ ากกว่านีอ้ ัตราการสงั เคราะหด์ ้วยแสงจะลดลง เนือ่ งจากเอนไซมท์ ่ีเกย่ี วขอ้ งกับ กระบวนการสงั เคราะห์ดว้ ยแสงจะทางานไดด้ ใี นอณุ หภูมทิ ่เี หมาะสม ัอตราการ ัสงเคราะ ์หด้วยแสง พชื C4 พชื C3 20 40 60 อุณหภมู ิ (℃) จากกราฟ จะเหน็ วา่ พืช C3 สงั เคราะห์ดว้ ยแสงไดด้ ีท่สี ุดในชว่ งอุณหภมู ปิ ระมาณ 25 ℃ ส่วนพืช C4 สงั เคราะหด์ ว้ ยแสงไดด้ ีในช่วงอุณหภูมิประมาณ 35 ℃

อายใุ บ,ปรมิ าณนา้ ทพ่ี ืชไดร้ บั ,ธาตุอาหาร ใบพืชที่เจริญเตบิ โตเตม็ ท่ีจะสงั เคราะห์ด้วยแสงได้ สงู กว่าใบพชื ทแี่ กห่ รอื อ่อนเกินไป การปิดเปิดปากใบจะมีผลตอ่ กระบวนการแพร่ของแกส๊ คารบ์ อนไดออกไซด์ และแก๊สออกซิเจนท่แี พร่เข้าออก ผ่านปากใบ ดงั นนั้ ปรมิ าณน้าที่พชื ไดร้ บั จงึ มผี ลต่อ การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช พืชนาธาตอุ าหารมาใชใ้ นกระบวนการสังเคราะห์ สารคลอโรฟลิ ล์ เอนไซม์ รวมทั้งสารเรง่ ปฏิกิริยาต่าง ๆ ทีเ่ กย่ี วขอ้ งกบั กระบวนการสังเคราะหด์ ้วยแสง