พลังงานแสงอาทิตย์....สู่ชีวิตพอเพียง (ตอน 1)

              จากการที่กลุ่มเครือข่ายองค์กรชุมชน  ตำบลบางขุนไทร  จังหวัดเพชรบุรี  ได้คิดค้นวิธีทำน้ำมันไบโอดีเซลที่ประหยัดและไม่ทำลายสุขภาพ  โดยการใช้พลังงานแสงอาทิตย์แทนการต้มด้วยแก๊ส  ซึ่งใช้เวลาในการทำประมาณ  10 - 14  วัน  ก็จะได้น้ำมันที่ได้มีคุณสมบัติไม่ต่างจากเดิม  และยังสามารถปรับคุณสมบัติได้ตามความต้องการด้วยนั้น (ข่าวจากสำนักข่าวไทย---วันพุธที่  15  เมษายน  2552- 19.43.03 น)  
              ทำให้คิดได้ว่า  "พลังงานแสงอาทิตย์"  ที่หลายคนคงจะรู้จักกันดีว่าเป็นพลังงานที่แผ่รังสีจากดวงอาทิตย์  ซึ่งจัดเป็นพลังงานทางเลือกหนึ่งที่มีอยู่อย่างไม่จำกัดในโลกใบนี้  สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้อย่างมากมายมหาศาลทั้งทางตรงและทางอ้อม  พลังงานจากแสงอาทิตย์นี้จึงถือได้ว่าเป็นต้นกำเนิดของวัฏจักรของสิ่งมีชีวิต   ทำให้เกิดการหมุนเวียนของน้ำและธาตุต่างๆ  เช่น คาร์บอน  ทำให้สิ่งมีชีวิตดำรงชีวิตอยู่ได้  ซึ่งในตอนแรกนี้จะขอกล่าวถึงการใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์ของพืชซึ่งเป็นผู้ผลิตที่สำคัญยิ่งในระบบนิเวศ  เพราะเป็นแหล่งอาหารของสิ่งมีชีวิตทั้งคนและสัตว์   พืชจะเจริญเติบโตได้ก็ต้องอาศัยพลังงานจากแสงอาทิตย์  แต่จะด้วยวิธีการใดลองมาศึกษากันดูนะคะ
              
              การสังเคราะห์ด้วยแสง (Photosynthesis)  เป็นกระบวนการทางชีวเคมีที่สำคัญอย่างหนึ่ง ซึ่งทำให้พืชสีเขียว , สาหร่าย และแบคทีเรียบางชนิด  ซึ่งมีรงควัตถุพวกคลอโรฟิลล์ (chlorophyll )  เป็นตัวนำพลังงานแสงเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีมาใช้ให้เกิดประโยชน์ในการสร้างอาหารจากโมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ (C₂O)  และน้ำ   (H₂O)  ไปเป็นคาร์โบไฮเดรต  คือ  น้ำตาลหรือแป้ง  รวมทั้งการปลดปล่อยออกซิเจนซึ่งเป็นองค์ประกอบของบรรยากาศโลก  กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช  แบ่งเป็น  2  ขั้นตอนใหญ่  คือ  ปฏิกิริยาแสง และ ปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ 

                            ภาพการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช จาก โรงเรียนเลยอนุกูลวิทยา จังหวัดเลย

        สำหรับปฏิกิริยาแรกที่เกิดขึ้นในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงก็คือ  ปฏิกิริยาแสง  หรือ  ปฏิกิริยาโฟโตฟอสโฟรีเลชั่น (Photophosphorylation)  เป็นการขนส่งอิเล็กตรอนไปตามตัวรับอิเล็กตรอนต่างๆ โดยเริ่มจากตัวให้อิเล็กตรอนตัวแรก  คือ  น้ำ ส่งต่อกันไปเรื่อยๆ  จนถึง  NADPH ⁺ H⁺  เป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้าย  ซึ่งการขนส่งอิเล็กตรอนนี้จะเกิดขึ้นได้เมื่อมีแสงเท่านั้น  ต่อมาจึงเกิดปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์  ซึ่งเป็นกระบวนการในการสังเคราะห์ด้วยแสงที่นำ ATP และ NADPH  มาเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นคาร์โบไฮเดรต

ปฏิกิริยาของการสังเคราะห์ด้วยแสงเขียนสรุปได้ดังนี้

                                                                       คลอโรฟิลล์
                                             6CO₂  +  6H₂O ----------------------->     C₆H₁₂O₆  +   6O₂
                                                                    พลังงานแสงอาทิตย์
                           คาร์บอนไดออกไซด์        น้ำ                               น้ำตาลกลูโคส     ก๊าซออกซิเจน

              ผลจากการสังเคราะห์ด้วยแสง  จะได้ก๊าซออกซิเจน (O₂)  และคาร์โบไฮเดรตที่เป็นน้ำตาลที่มีคาร์บอน 6 อะตอม คือ  กลูโคส (C₆H ₁₂O₆)  น้ำ (H₂O)  และพลังงานที่สะสมในรูปสารประกอบอินทรีย์  ซึ่งสิ่งมีชีวิตทั้งหลายจะนำไปใช้ในกระบวนการเมแทบอลิซึม  เพื่อสร้างสารประกอบอื่นๆ  ที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิต  ซึ่งอัตราการสังเคราะห์แสงจะมากหรือน้อยก็ขึ้นอยู่กับชนิดของแสงและความเข้มของแสงด้วยเช่นกัน  โดยที่แสงสีแดง แสงสีน้ำเงิน และแสงสีม่วง ตามลำดับ จะมีผลต่อการเกิดกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงได้มากที่สุด  ส่วนแสงสีเขียวจะมีผลต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงน้อยที่สุด และ ถ้าความเข้มของแสงมาก  อัตราการสังเคราะห์แสงจะเพิ่มขึ้นเช่นกัน

              นอกจากแสงอาทิตย์จะเป็นปัจจัยที่จำเป็นต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงแล้ว  ก็ยังต้องมีปัจจัยอื่นๆ ที่สำคัญเช่นกัน  คือ  
              1.  ความเข้มของ CO₂ - อัตราการสังเคราะห์แสงจะเพิ่มขึ้นตามความเข้ม CO₂  จนถึงระดับหนึ่ง แม้ความเข้ม CO₂  จะเพิ่มขึ้นแต่อัตราการสังเคราะห์แสงจะลดต่ำลง 
              2.  อุณหภูมิ - อัตราการสังเคราะห์แสงจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นโดยจะอยู่ในช่วงประมาณ 10-35 ^oC  ถ้าอุณหภูมิสูงเกิน 40 ^oC เอนไซม์จะเสื่อมสภาพ การทำงานเอนไซม์ชะงักลงอัตราการสังเคราะห์แสงจะลดลงตามระยะเวลาที่เพิ่มขึ้น 
              3.  ออกซิเจน - ปริมาณออกซิเจนลดลงจะทำให้อัตราการสังเคราะห์แสงเพิ่มขึ้น 
              4.  น้ำ - ช่วยกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์ 
              5.  เกลือแร่ - ถ้าพืชขาดธาตุแมกนีเซียมและไนโตรเจน เหล็ก  พืชก็จะขาดคลอโรฟิลล์ การสังเคราะห์แสงก็จะลดลง 
              
              การใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์ยังมีอีกมากมาย  ไม่ว่าจะเป็นวัฏจักรน้ำ  กระแสลม  หรือแม้กระทั่งการประดิษฐ์เทคโนโลยีต่างๆ  ด้วยฝีมือมนุษย์เพื่อจะนำมาเป็นเครื่องมือในการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ให้ได้มากที่สุด  แต่จะเป็นอย่างไรนั้นก็ต้องติดตามตอนต่อไปนะคะ

ประเด็นคำถาม
              -  กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชมีผลดีต่อสิ่งแวดล้อมอย่างไร
              -  พลังงานแสงอาทิตย์เอาไปใช้ในขั้นตอนใดของกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
              -  อิทธิพลของแสงมีผลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชอย่างไรบ้าง

สามารถบูรณาการได้กับกลุ่มสาระวิชา : การงานอาชีพและเทคโนโลยี (การใช้พลังงานแสงอาทิตย์มาประกอบอาหาร เช่น ทำกล้วยตาก)

กิจกรรมเสนอแนะ
            ให้นักเรียนทดลองนำใบไม้ที่ถูกแสงแดดมาแล้วประมาณ 3-5 ชั่วโมง มา 1 ใบ นำมาต้มประมาณ 1 นาที แล้วคีบใบไม้ใส่ลงในหลอด ทดลองแล้วเติมแอลกอฮอล์พอท่วม แล้วนำหลอดทดลองนี้ไปวางในน้ำเดือดต้มต่ออีกประมาณ 2-3  นาที คีบใบไม้ออกแล้วล้างด้วยน้ำเย็น  จากนั้นนำไปใส่ในถ้วยกระเบื้อง หยดสารละลายไปโอดีน 1-2 หยด ทิ้งไว้ 1/2 นาที สังเกตสีของสารละลายไอโอดีน และรินน้ำแป้งใส่หลอดทดลองขนาดเล็ก และหยดสาสรละลายไอโอดีน 1 -2 หยด สังเกตและบันทึกผล
              เนื้อหาของบทความนี้เหมาะสำหรับกลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์  ระดับช่วงชั้นที่  2  ช่วงชั้นที่ 3  และผู้ที่สนใจทั่วไป

 By : Teacher Jum