ใบไม้ถูกปรับให้เข้ากับการสังเคราะห์ด้วยแสงได้อย่างไร?

ภาพโดย Flickr.com ได้รับความอนุเคราะห์จาก Sean McGrath

ใบไม้มีวิวัฒนาการส่วนพิเศษในการสังเคราะห์แสงซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์เพื่อเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำให้เป็นน้ำตาลที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของพืช การปรับตัวทางพฤกษศาสตร์ที่สำคัญที่สุดโดยใบไม้ในการสังเคราะห์แสง ได้แก่ ปากใบ, เซลล์ป้องกัน, เซลล์เมโซฟิลล์และหลอดเลือดดำ

ปากท้อง

ด้านนอกของใบซึ่งเป็นหนังกำพร้ามักได้รับการปกป้องโดยการปกคลุมด้วยขี้ผึ้งที่เรียกว่าหนังกำพร้า รูพรุนของใบเรียกว่าปากใบ (พหูพจน์ของปากใบ) ล้อมรอบด้วยเซลล์ป้องกัน

คาร์บอนไดออกไซด์ไม่สามารถผ่านหนังกำพร้า แต่สามารถเข้าทางปากใบได้ ออกซิเจนที่เกิดจากการสังเคราะห์ด้วยแสงจะผ่านออกจากใบผ่านปากใบ เมื่อออกซิเจนเคลื่อนผ่านภายในใบและออกจากปากใบพืชก็จะสูญเสียน้ำ สิ่งนี้เรียกว่าการหมดอายุ

• ใบไม้มีวิวัฒนาการส่วนพิเศษในการสังเคราะห์แสงซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์เพื่อเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำให้เป็นน้ำตาลที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของพืช
  
• การปรับตัวทางพฤกษศาสตร์ที่สำคัญที่สุดโดยใบไม้ในการสังเคราะห์แสง ได้แก่ ปากใบ, เซลล์ป้องกัน, เซลล์เมโซฟิลล์และหลอดเลือดดำ

ยามเซลล์

เซลล์ป้องกันที่ขนาบปากใบจะควบคุมออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ที่เข้าสู่ใบโดยการเปิดและปิดรูขุมขนของใบ ในพืชบางชนิดสามารถทำได้ค่อนข้างรวดเร็ว

เมโสฟิลล์

เนื้อเยื่อเมโซฟิลล์อยู่ด้านในของใบระหว่างชั้นบนและชั้นล่างของหนังกำพร้าด้านบนและด้านล่างของใบ เมโสฟิลล์ประกอบด้วยเซลล์คลอโรพลาสต์โปรตีนที่สังเคราะห์ด้วยแสง

เซลล์คลอโรพลาสต์ทรงกลมยาวก่อตัวเป็นชั้นรั้วเหล็กด้านล่างด้านบนของใบ เซลล์ในชั้นนี้เรียงเป็นแถวหนึ่งถึงห้าแถว พวกมันถูกแยกออกจากกันเพื่อให้ดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ แต่จะไม่ห่างกันมากนักเพื่อยับยั้งการทำงานของเส้นเลือดฝอยที่จำเป็นในการกระจายน้ำภายในใบ ชั้นรั้วเหล็กมีคลอโรพลาสต์มากที่สุดการสังเคราะห์แสงส่วนใหญ่จึงเกิดขึ้นที่นั่น

• เซลล์ป้องกันที่ขนาบปากใบจะควบคุมออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ที่เข้าสู่ใบโดยการเปิดและปิดรูขุมขนของใบ
  
• เซลล์คลอโรพลาสต์ทรงกลมยาวก่อตัวเป็นชั้นรั้วเหล็กด้านล่างด้านบนของใบ

ใต้ชั้นรั้วเหล็กและเหนือด้านล่างของใบชั้นที่เป็นรูพรุนมีคลอโรพลาสต์น้อยกว่าซึ่งมีลักษณะกลมมากขึ้นและมีช่องว่างขนาดใหญ่

เส้นเลือด

เส้นเลือดของใบไม้ประกอบด้วยท่อลำเลียงที่เรียกว่า xylem ซึ่งลำเลียงน้ำและแร่ธาตุจากรากไปยังลำต้นจากลำต้นไปยังใบและไปยังส่วนต่าง ๆ ของใบซึ่งจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง

น้ำตาลที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงจะถูกขนส่งไปทั่วพืชโดยผ่านท่อที่เรียกว่า phloem

เมื่อแสงกระทบใบไม้

แสงมาในรูปของอนุภาคที่คั่นด้วยความยาวของคลื่น แต่ละสีมีความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน สีจะแดงมากขึ้นเมื่อความยาวของคลื่นเพิ่มขึ้น สารใด ๆ ที่ดูดซับแสงเรียกว่ารงควัตถุ คลอโรฟิลล์ซึ่งเป็นเม็ดสีที่ซับซ้อนดูดซับแสงที่มองเห็นได้ทั้งหมดยกเว้นสีเขียวซึ่งสะท้อนและด้วยเหตุนี้ใบไม้จึงเป็นสีเขียว

• ใต้ชั้นรั้วเหล็กและเหนือด้านล่างของใบชั้นที่เป็นรูพรุนมีคลอโรพลาสต์น้อยกว่าซึ่งมีลักษณะกลมมากขึ้นและมีช่องว่างระหว่างกันมาก

สามสิ่งสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อเม็ดสีดูดซับแสงพลังงานจะกระจายไปตามความร้อน เม็ดสีจะปล่อยความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการเรืองแสงหรืออาจทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมี

เมื่อแสงกระทบคลอโรฟิลล์ในใบไม้คลอโรฟิลล์จะกระตุ้นเซลล์คลอโรพลาสต์ในเมโซฟิลล์ เซลล์คลอโรพลาสต์แยกน้ำปล่อยออกซิเจนและเติมไฮโดรเจนลงในคาร์บอนเพื่อสร้างคาร์โบไฮเดรตที่พืชเปลี่ยนเป็นน้ำตาล