ชุดวัดอัตราการสังเคราะห์แสง

จุดประสงค์

เพื่อทดลองและสรุปหาความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มของแสงกับอัตราการสังเคราะห์แสง

หลักการสังเคราะห์แสง

การสังเคราะห์ด้วยแสง (Photosynthesis) หมายถึงกระบวนการสร้างอาหารพวกคาร์โบไฮเดรตของพืชสีเขียว จาก H2O และ CO2 โดยอาศัยคลอโรฟีลล์แสงสว่างเป็นตัวช่วย และเอนไซม์ในเม็ดคลอโรพลาสต์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) การสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นกระบวนการเปลี่ยน

พลังงานแสง ----------> เคมี

สารอินทรีย์ ----------> สารอนินทรีย์

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง มปี ระโยชน์ตอ่ มนุษย์คือ ทำ ให้ได้สารอาหาร (แป้ง และ น้ำตาล) ได้เชื้อเพลิง (ถ่าน และ ไม้ต่าง ๆ) และได้ก๊าซ O2 มาใช้ในการหายใจ

สมการของการสังเคราะห์ด้วยแสง

6CO₂ + 12H₂O + พลังงานแสง → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

ความเข้มแสงที่มีผลกับอัตราการสังเคราะห์แสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชจะเกิดได้เมื่อได้รับแสงที่มีความเข้มเหมาะสมซึ่งจะแตกต่างกันไปตามชนิดของพืช แต่โดยทั่วไปแล้วความเข้มข้นของแสงที่เหมาะกับพืชมีค่าเฉลี่ยประมาณ 2,000-5,000 ฟุตแรงเทียน พืชซึ่งชอบอยู่ในที่ชุ่มชื้นมีร่มเงามักจะต้องการแสงทีมีความเข้มตํ่ากว่าพืชที่เจริญในบริเวณกลางแจ้ง อย่างไรก็ตามพบว่า เมื่อเพิ่มความเข้มของแสงให้สูงขึ้นจะทำให้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชสูงขึ้นตามไปด้วยจนถึงจุดหนึ่งจะมีอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงสูงที่สุด เรียกว่า จุดอิ่มแสง(Light Saturation Point) ซึ่งจะแตกต่างกันไปตามชนิดของพืชเช่นกัน

จากการศึกษาพบว่า พืชซึ่งเจริญอยู่ในที่มีแสงสว่างเพียงพอนั้น ชนิดและความเข้มของแสงจะไม่เป็นปัจจัยจำกัดในการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่สำหรับพืชที่อยู่ในที่มีร่มเงาหรือพืชขนาดเล็กซึ่งเจริญอยู่ในป่าใหญ่นั้นถือว่าชนิดและความเข้มของแสงเป็นปัจจัยจำกัดในการสังเคราะห์ด้วยแสง ทั้งนี้เพราะพืชซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าจะดูดแสงสีม่วง นํ้าเงิน หรือแดงเอาไว้ ทำให้พืชที่อยู่ใต้ต้นไม้อื่น ๆ ได้รับแสงสีเขียวมากกว่าแสงสีนํ้าเงินหรือแดง พืชประเภทนี้จึงต้องมีการปรับโครงสร้างของใบทำให้สามารถดูดซับพลังงานแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าพืชโดยทั่วไป

ช่วงระยะเวลาที่ได้รับแสง การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชจะเกิดขึ้นมากน้อยยังขึ้นอยู่กับระยะเวลาที่ได้รับแสงอีกด้วย พืชโดยทั่วไปจะสังเคราะห์ด้วยแสงได้ดีเมื่อได้รับแสงเป็นเวลานานติดต่อกัน เช่น ต้นมะเขือเทศที่ได้รับแสงติดต่อกันตลอด 24 ชั่วโมงจะมีอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงสูงมากและเจริญเติบโตเร็วกว่าการได้รับแสงตามปกติ แต่พืชบางชนิดเมื่อได้รับแสงเป็นเวลานานจนเกินไป จะมีอัตราการสังเคราะห์แสงลดลงได้ เช่น ต้นแอปเปิ้ลจะมีการสังเคราะห์ด้วยแสงลดลงเมื่อได้รับแสงติดต่อกันนานเกิน12 ชั่วโมง เป็นต้น ดังนั้น จะเห็นว่าการนำพืชเมืองหนาวมาปลูกในเขตร้อนชื้นหรือการนำพืชในเขตร้อนไปปลูกในเขตหนาวจึกมักประสบปัญหาพืชไม่เจริญเติบโตเท่าที่ควร สาเหตุสำคัญประการหนึ่งก็คือช่วงระยะเวลาที่ได้รับแสงของพืชไม่เหมาะสมนั่นเอง

อุปกรณ์การทดลอง

** สามารถซื้ออุปกรณ์เพิ่มเติม เช่น นํ้าผสมสี ผงซักฟอก สาหร่ายหางกระรอกหรือพืชนํ้าอื่นๆ

วิธีการทดลอง

1. เทสารละลายโซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต 1 ช้อน สำหรับช้อนเบอร์ 1 ลงในขวดแก้วใสที่มีนํ้า 450 ml และมีสาหร่ายหางกระรอก หรือพืชนํ้าอื่นบรรจุอยู่ ปิดปากขวดแก้วใสด้วยจุกที่มีหลอดนำก๊าซ 2 หลอดเสียบไว้
2. วางขวดแก้วใสลงในถังพลาสติกที่บรรจุนํ้าไว้เกือบเต็ม โดยหลอดนำก๊าซหนึ่งต่อกับหลอดคาปิลลารี่รูปตัว U ที่ภายในบรรจุนํ้าสีผสมผงซักฟอกเล็กน้อย
3. วางโคมไฟฟ้า 100W ห่างจากสาหร่ายหางกระรอกหรือพืชนํ้าอื่น 40 cm. เปิดไฟทิ้งไว้ 3-10 นาที แล้วใช้ไม้หนีบหนีบหลอดนำก๊าซที่ไม่ได้ต่อกับหลอดคาปิลลารี่เพื่อไม่ให้อากาศเข้าหรืออกจากขวดได้
4. บันทึกการเคลื่อนที่ของนํ้าสีในหลอดแก้วรูปตัว U ทางด้านปลายเปิดทุก 1 นาที เป็นเวลา 5 นาที แล้วนำระยะทางที่นํ้าสีเคลื่อนที่มาคำนวณหาอัตราการเคลื่อนที่ของนํ้าสีใน 1 นาที
5. ทำการทดลองตามข้อ 3-4 ซํ้าอีก โดยเลื่อนโคมไฟให้อยู่ห่างจากสาหร่ายหางกระรอกที่ระยะห่างโคมไฟ 30 cm. 20 cm.และ 10 cm. ทุกครั้งที่เริ่มการทดลองใหม่ต้องเอาที่หนีบปลายสายยางออก เพื่อปรับระดับนํ้าสีในหลอดคะปิลลารี นำอัตราการเคลื่อนที่ของนํ้าสีที่ได้จากการทดลองทั้ง 4 ครั้ง มาเขียนกราฟวิเคราะห์อัตราการสังเคราะห์แสง

ตัวอย่างผลการทดลอง

ตัวอย่างกราฟที่ได้จากการทดลอง

ข้อเสนอแนะ

เมื่อเริ่มการทดลองแต่ละครั้งจะเปิดไฟตั้งทิ้งไว้ 5-10 นาที แล้วจึงใช้ที่หนีบหนีบสายยางเพื่อบันทึกการเคลื่อนที่ของนํ้าสีการที่ทำเช่นนี้ก็เพราะถ้าอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงเปลี่ยนแปลงตามความเข้มของแสง เมื่อเปลี่ยนความเข้มของแสง (เปลี่ยนระยะของหลอดไฟ) อัตราการสังเคราะห์แสงก็ย่อมเปลี่ยนแปลง จึงควรรอให้แน่ใจว่าอัตราการสังเคราะห์แสงที่ได้นั้นเป็นของความเข้มของแสงในระดับนั้นจริง ไม่ใช่อยู่ในช่วงที่กำลังมีการเปลี่ยนแปลง สำหรับการบันทึกการเคลื่อนที่ของนํ้าสีก็เช่นเดียวกัน

ชุดวัดอัตราการสังเคราะห์แสง