อัตราการสังเคราะห์แสงของพืชประกอบด้วยปัจจัย 2 ประเภท คือปัจจัยภายใน ได้แก่ โครงสร้างของใบ อายุของใบ การเคลื่อนย้ายคาร์โบไฮเดรต และโพรโทพลาสต์ และปัจจัยภายนอก ได้แก่ แสงและความเข้มแสง อุณหภูมิกับความเข้มแสง ความเข้มข้นของ CO2 อุณหภูมิ ออกซิเจน และน้ำ

ปัจจัยภายในที่มีผลต่ออัตราการสังเคราะห์ด้วยแสง

ได้แก่

1. โครงสร้างของใบ

การเข้าสู่ใบของคาร์บอนไดออกไซด์จะยากง่ายไม่เท่ากัน ทั้งนี้ ขึ้นอยู่กับขนาดและจำนวน ตลอดจนตำแหน่งของปากใบซึ่งอยู่แตกต่างกันในพืชแต่ละชนิด นอกจากนั้น ปริมาณของช่องว่างระหว่างเซลล์ซึ่งเกิดจากการเรียงตัวของเนื้อเยื่อมีโซฟิลล์ (mesophyll) ของใบ ยังมีผลต่อการแลกเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ด้วย ความหนาของชั้นคิวติเคิลที่เนื้อเยื่อชั้นผิว (epidermis) และขนของใบ จะมีผลในการทำให้คาร์บอนไดออกไซด์กระจายเข้าสู่ใบได้ไม่เท่ากัน เพราะถ้าหนาเกินไปแสงจะตกกระทบกับคลอโรพลาสต์ได้น้อยลง  

2. อายุของใบ

เมื่อพิจารณาถึงใบแต่ละใบของพืชจะพบว่า ใบอ่อนสามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้สูงจนถึงจุดที่ใบแก่ แต่หลังจากนั้น การสังเคราะห์แสงจะลดลงเมื่อใบแก่และเสื่อมสภาพ ใบเหลืองจะไม่สามารถสังเคราะห์แสงได้เพราะไม่มีคลอโรฟิลล์ 

3. การเคลื่อนย้ายคาร์โบไฮเดรต

พืชที่มีอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงสูงจะมีการเคลื่อนย้ายน้ำตาลได้สูงด้วย

4. โพรโทพลาสต์

อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะมีความสัมพันธ์กับการทำงานของโพรโทพลาสต์มาก เมื่อพืชขาดน้ำสภาพคอลลอยด์ของโพรโทพลาสต์จะอยู่ในสภาพขาดน้ำด้วย ทำให้เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสงทำงานได้ไม่เต็มที่ แต่โพรโทพลาสต์ของพืชแต่ละชนิดจะปรับตัวให้ทำงานได้ดีไม่เท่ากัน ทำให้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงไม่เท่ากัน

ปัจจัยภายนอกที่มีผลต่ออัตราการสังเคราะห์ด้วยแสง

ได้แก่

1. แสงและความเข้มแสง (light intensity)

ความเข้มแสงมีผลต่ออัตราการสังเคราะหด้วยแสงของพืช ถ้าเพิ่มความเข้มแสงจะทำให้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งถึงจุดหนึ่งเรียกว่า จุดอิ่มแสง (light saturation point) อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะคงที่ ถ้าเพิ่มความเข้มแสงมากกว่านี้จะพบว่า อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะไม่เพิ่มขึ้นอีก ยกเว้น ในพืช C4 แต่จะมีผลให้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงลดลง เพราะแสงที่มีความเข้มเกินไปจะทำให้ปากใบปิด มีการทำลายสารสีและเอนไซม์ต่างๆ ที่ใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสง มีการเร่งอัตราการหายใจ เป็นต้น พืชต่างชนิดกันมีจุดอิ่มแสงต่างกัน พืชที่ชอบขึ้นในที่มีแสงจะมีจุดอิ่มแสงสูงกว่าพืชที่ชอบขึ้นในที่ร่ม และโดยทั่วๆไปพืช C3 จะมีจุดอิ่มแสงต่ำกว่าพืช C4

2. อุณหภูมิกับความเข้มแสง

มีผลต่ออัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงร่วมกัน คือ ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นเพียงอย่างเดียวแต่ความเข้มแสงน้อย จะไม่ทำให้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงเพิ่มขึ้น อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนถึงขีดหนึ่งแล้วอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดต่ำลงตาม  

อุณหภูมิและความเข้มแสงที่เพิ่มขึ้นโดยปกติ ถ้าไม่คิดถึงปัจจัยอื่นๆ เข้ามาเกี่ยวข้องด้วย อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชส่วนใหญ่จะเพิ่มมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นในช่วง 0-35 องศาเซลเซียส หรือ 0-40 องศาเซลเซียส ถ้าอุณหภูมิสูงกว่านี้ อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดลง 

ทั้งนี้ เนื่องจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นปฏิกิริยาที่มีเอนไซม์ควบคุม และการทำงานของเอนไซม์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ดังนั้น เรื่องของอุณหภูมิจึงมีความสัมพันธ์กับอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสง เรียกปฏิกิริยาเคมีที่มีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิว่า ปฏิกิริยาเทอร์โมเคมิคัล (thermochemical) ถ้าความเข้มแสงน้อยมาก จนทำให้การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชเกิดขึ้นน้อยกว่ากระบวนการหายใจ น้ำตาลจะถูกใช้หมดไป พืชจะไม่สามารถมีชีวิตอยู่ได้

อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มแสงเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสง และช่วงเวลาที่ได้รับ เช่น ถ้าพืชได้รับแสงนานจะมีกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงดีขึ้น แต่ถ้าพืชได้แสงที่มีความเข้มมากๆ ในเวลานานเกินไป จะทำให้กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงชะงัก หรือหยุดลงได้ ทั้งนี้ เพราะคลอโรฟิลล์ถูกกระตุ้นมากเกินไป ออกซิเจนที่เกิดขึ้นแทนที่จะออกสู่บรรยากาศภายนอกพืช กลับนำไปออกซิไดส์ส่วนประกอบและสารอาหารต่างๆ ภายในเซลล์ รวมทั้งคลอโรฟิลล์ ทำให้สีของคลอโรฟิลล์จางลง ประสิทธิภาพของคลอโรฟิลล์และเอนไซม์เสื่อมลง ทำให้การสร้างน้ำตาลลดลง  

3. ความเข้มข้นของ CO2 (carbon dioxide concentration)

ถ้าความเข้มข้นของ CO2 เพิ่มขึ้นจากระดับปกติที่มีในอากาศ อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มสูงขึ้นตามไปด้วยจนถึงระดับหนึ่ง ถึงแม้ว่าความเข้มข้นของ CO2 จะสูงขึ้น แต่อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงไม่ได้สูงขึ้นตามไปด้วย และถ้าหากว่าพืชได้รับ CO2 ที่มีความเข้มข้นสูงกว่าระดับน้ำเป็นเวลานานๆ จะมีผลทำให้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงลดต่ำลงได้

CO2 จะมีผลต่ออัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงมากน้อยแค่ไหนขึ้นอยู่กับปัจจัยอย่างอื่นด้วย เช่น ความเข้มข้นสูงขึ้นแต่ความเข้มแสงน้อย และอุณหภูมิของอากาศก็ต่ำ กรณีเช่นนี้ อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดต่ำลงตามไปด้วย ในทางตรงกันข้าม ถ้า CO2 มีความเข้มข้นสูงขึ้น ความเข้มแสงและอุณหภูมิของอากาศก็เพิ่มขึ้น กรณีเช่นนี้ อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย

4. อุณหภูมิ (temperature)

เป็นปัจจัยอย่างหนึ่งที่มีอิทธิพลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช โดยทั่วไป อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น 10-35 องศาเซลเซียส ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นกว่านี้ อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดต่ำลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงที่อุณหภูมิสูงๆ ยังขึ้นอยู่กับเวลาอีกปัจจัยหนึ่งด้วย กล่าวคือถ้าอุณหภูมิสูงคงที่ เช่น ที่ 40 องศาเซลเซียส อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดลงตามระยะเวลาที่เพิ่มขึ้น ทั้งนี้ เพราะเอนไซม์ทำงานได้ดีในช่วงอุณหภูมิพอเหมาะ ถ้าสูงเกิน 40 องศาเซลเซียส เอนไซม์จะเสื่อมสภาพ ทำให้การทำงานของเอนไซม์ชะงักลง

5. ออกซิเจน (oxygen)

ตามปกติในอากาศจะมีปริมาณของ O2 ประมาณ 25% ซึ่งมักคงที่อยู่แล้ว จึงไม่ค่อยมีผลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่ถ้าปริมาณออกซิเจนลดลง จะมีผลทำให้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงสูงขึ้น แต่ถ้ามีมากเกินไป จะทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารต่างๆ ภายในเซลล์ โดยเป็นผลจากพลังงานแสง (photorespiration) รุนแรงขึ้น การสังเคราะห์ด้วยแสงจึงลดลง 

6. น้ำ (H2O)

ถือเป็นวัตถุดิบที่จำเป็นต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่ต้องการประมาณ 1% เท่านั้น จึงไม่สำคัญมากนัก เพราะพืชมักมีน้ำอยู่ภายในเซลล์อย่างเพียงพอ อิทธิพลของน้ำจึงมีผลต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงทางอ้อม คือ ช่วยกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์

พัดชา วิจิตรวงศ์