หน้าหลัก
ค้นหา
บทความ
คำนวณ
ล๊อกอิน
สมัครสมาชิก
Sat 20/Apr/2024
lys_og_CO2_top.jpgไม่แน่ใจว่าเคยมีใคร แปลมาก่อนหรือเปล่านะครับ มันสืบเนื่องมาจากทู้เก่า http://aqua.c1ub.net/forum/index.php?topic=96975.msg1142663#msg1142663 คุณ NPใจดีทิ้ง link ไว้ให้
http://www.tropica.com/advising/technical-articles/biology-of-aquatic-plants/co2-and-light.aspx
ผมก็งูๆปลาๆ แปลนะครับ [งง] n032 แต่เห็นว่า น่าจะมีประโยชน์ต่อ เพื่อนๆ ข้อเขียนนี้ถูกอ้างถึงอยู่บ่อยๆครับ ไม่ว่าจะ www.tropica.com หรือ www.barrreport.com
ผมใช้คำว่าทรัพยากรในความหมายรวมๆระหว่าง แสง, CO2 และ สารอาหารนะครับ [on_003] อ้อถ้าเบื่อก็ ย่อหน้าสุดท้ายเลยครับ [เจ๋ง]
CO2 and light stimulate the growth
โดย Ole Pedersen, Claus Christensen และ Troels Andersen
การเจริญเติบโตที่ไม่ดีในตู้ไม้น้ำมักจะถูกยกให้เกี่ยวข้องกับแสงสว่างที่ส่องอยู่เหนือตู้ไม้น้ำที่ไม่เพียงพอ และ เมื่อถามผู้เชี่ยวชาญ คำแนะนำที่ได้รับเสมอคือการเพิ่มจำนวนแสงสว่าง ก่อนการกระทำการอย่างอื่นใด การวิจัยใหม่ต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าคำแนะนำนั้นอาจเป็นคำแนะนำที่ไม่ถูกเสมอไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับตู้ไม้น้ำที่ไม่มีการให้ CO2
แม้แต่ในตำราเรียนที่สมัยใหม่, คุณก็อาจจะยังพบข้อกล่าวที่ว่า “ถ้ามีเพียงทรัพยากรอย่างไดอย่างหนึ่ง ก็อาจจำกัดการเติบโตของพืชในช่วงระยะเวลา หนึ่งๆ” เราๆทราบดีว่านี้เป็นหลักการของ Liebig Justus นักเคมีชาวเยอรมัน ที่มีชื่อเสียงในหลายๆเรื่อง หนึ่งในนั้นคือ เรื่องเกี่ยวกับโภชนาการของพืชเกษตร เขา claim ว่าการขาดซึ่งเพียงปัจจัยแต่เพียงอย่างไดอย่างหนึ่งก็ อาจเป็นสาเหตุที่ สามารถจำกัดการเจริญเติบโตของพืชในเวลาหนึ่งๆได้ มันยังไม่ชัดเจนว่า Liebig พัฒนาความคิดมาจากสิ่งได
รูปที่ 1 รูปแสดงภาพประกอบคลาสสิกของหลักการของ Liebig ในกรณี แร่ธาตุมีจำกัด เพราะรอยรั่ว เป็นจุดที่ทำให้พืชน้ำ เจริญเติบโตถึงขีดจำกัด
จะเห็นได้จากรูปว่าถังซึ่งเต็มไปด้วยน้ำ, สูญเสียน้ำเพราะเพียงแค่ส่วนไดส่วนหนึ่งของภาชนะหักออก ทำให้เกิด
รูรั่วซึ่งเป็นข้อจำกัดในการเก็บกักน้ำ สำหรับพืชบนพื้นดินนั้นเราต่างก็ได้รับทราบแล้วว่าไม่เป็นความจริงตามนั้นมาหลายทศวรรษแล้ว และ ยังรวมถึงศาสตร์ในการเลี้ยงพืชน้ำที่กล่าวถึง การจำกัดร่วมของ resource ซึ่งได้รับการยอมรับหลักการมาไม่น้อยกว่ายี่สิบปี การศึกษาบางส่วนในพืชน้ำได้แสดงให้เห็นว่าผลกระทบของแสง และ CO2 อาจแปลจากการสังเคราะห์แสง เป็นผลกระทบต่อการเจริญเติบโต (Maberly 1985, Madsen and Sand-Jensen 1994) ใน บทความนี้เราจะแสดงข้อมูลจากการทดสอบที่เราได้สร้างขึ้นเพื่อแสดงถึงข้อจำกัดร่วม ระหว่าง CO2 และ แสงสว่าง ซึ่งในธรรมชาติถือเป็นสองปัจจัยหลักที่มีผลโดยตรงต่อการเจริญเติบโตของพืชน้ำ
เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีที่พืชตอบสนองต่อแสงสว่าง, การนำแสงสว่างไปใช้โดยทั่วไปของพืชน้ำ ดูภาพประกอบแบบง่ายๆในแผนผังแสดงในรูปที่ 2A ที่ความเข้มของแสงต่ำ ปริมาณแสงที่เกิดขึ้นไม่เพียงพอที่จะสานต่อการสังเคราะห์แสง และ ปริมาณออกซิเจนสุทธิ ที่ได้จากพืชเป็นลบ หรือจะพูดง่ายๆก็คือ การหายใจของไม้น้ำเกินกว่า ปริมาณออกซิเจนที่ได้จากกระบวนการสังเคราะห์แสง อย่างไรก็ตาม แต่เมื่ออยู่ที่ระดับแสงที่เพิ่มขึ้นถึงจุดๆหนึ่ง ทั้งสองกระบวนการก็กลับมาเป็นปริมารที่เท่ากันได้ ดังนั้นเราจึงสามารถกำหนดชี้ถึงปริมาณแสงสว่างที่ชดเชยกับความต้องการของพืช ได้ โดยการส่องสว่างที่มีความเข้มของแสงสูงขึ้น การสังเคราะห์แสงก็ยังคงถูกกระตุ้นให้มีมากขึ้นในอัตราคงที่ ที่ไฟสูง, ผลที่เกิดจากการสังเคราะห์แสง เริ่มที่จะเพิ่มน้อยลง จนสุดท้ายเป็นระดับที่เท่ากับจุดที่พืชมีการสังเคราะห์แสงสูงสุด จากจุดนี้การให้แสงเพิ่มมากขึ้นจะไม่มีผลทำให้การสังเคราะห์แสงมากขึ้น
รูปที่ 2A และ B รูปที่จะแสดงทฤษฎีความสัมพันธ์ระหว่างแสง และ การสังเคราะห์แสง (A) และ CO2 และ การสังเคราะห์แสง (B) ในทั้งสองสถานการณ์, กราฟแสดงความสัมพันธ์ และจุดอิ่มตัว ถึงแม้ว่ารูปร่างของกราฟจะแตกต่างกัน
สำหรับทั้งสองทรัพยากร จุดชดเชยถูกกำหนดไว้เป็นระดับที่สังเคราะห์แสงสุทธิ หรือ การเจริญเติบโตเป็นศูนย์ ด้านล่างนี้จุดนี้พืชไม่สามารถรักษามวลชีวภาพของมันได้ ในกราฟที่แสดงนั้น เมื่อถึง จุดๆหนึ่ง การเพิ่มขึ้นของแสง และ ก็ไม่มีผลทำให้กราฟเปลี่ยนแปลงอีกต่อไป ดูข้อความสำหรับคำอธิบายเพิ่มเติม
ในธรรมชาติการเจริญเติบโตของพืชน้ำมักจะถูกจำกัดโดยความเพียบพร้อมของแสง ปริมาณแสงสว่างมักจะถูกลดทอนดูดกลืนโดยน้ำ ส่วนหนึ่งแปรเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน และ ถ้าน้ำมีส่วนผสมของสารอินทรีย์ที่ละลายอยู่ เช่นกรดฮิวมิกใน black water ก็จะทำให้การดูดกลืนแสงโดยน้ำมีมากยิ่งขึ้น การดูดกลืนแสงของน้ำ และ สารที่ละลายอยู่ในน้ำนั้น เป็นตัวกำหนดขีดความสามารถในการเจริญเติบโตของพืชน้ำในธรรมชาติ รวมถึง ความโปร่งใสของน้ำซึ่งบางครั้ง ขุ่นมากๆ ทำให้พืชใต้น้ำทั้งหมดไม่สามารถอยู่ได้ จึงมีแค่เพียงพืชลอยน้ำ และ พืชที่เจริญขึ้นเหนือน้ำเท่านั้นที่สามารถเจริญเติบโตได้ เนื่องจากแสงเป็นส่วนสำคัญยิ่งในการมีชีวิตรอดของไม้น้ำ ดังนั้น ต้นไม้น้ำจึงมีวิวัฒนาการโดยการพัฒนาระบบที่มีประสิทธิภาพมากในการนำเอาแสงสว่างมาใช้ หากพืชได้สารอาหารเพียงพอ ส่วนมากจะนำไปพัฒนาเซลรับแสง Carotenoids, Xanthophylls และที่ความสำคัญมากที่สุดคือ Chlorophyll คลอโรฟิลคือสีเขียวที่ดูดซับแสง และ แปรเปลี่ยนมันให้เป็นพลังงานเคมีซึ่งสามารถนำมาใช้สำหรับการเจริญเติบโตในเซลล์ ต้นไม้ทำเช่นนั้นเพื่อให้แน่ใจว่าแสงที่ส่องมาถึงพื้นผิวของมัน, ถูกดูดซึม และ ถูกนำมาใช้สำหรับวัตถุประสงค์ในการผลิตพลังงานแทนที่จะถูกส่งผ่านเนื้อเยื่อพืชเพียงเท่านั้น นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องมีจำนวน Chlorophyll มาก เพื่อให้สามารถสังเคราะห์แสงได้สูงสุด แต่ Chlorophyll จำนวนมากจะไม่มีประโยชน์เลยหากพลังงานที่ผลิตได้มานั้น ไม่สามารถถูกนำมาใช้ในการเปลี่ยนคาร์บอนอนินทรีย์เป็นน้ำตาล และ คาร์โบไฮเดรต
พืชน้ำมักจะสามารถเข้าถึงคาร์บอนอนินทรี 2 ชนิดได้คือ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และไบคาร์บอเนต (HCO3 -) พืชน้ำส่วนใหญ่ชอบ CO2 มากกว่าไบคาร์บอเนต เพราะสามารถนำมาใช้จากสภาพแวดล้อมได้เลยโดยไม่ต้องใช้พลังงงานไดๆ และ พืชน้ำจำนวนมากไม่สามารถใช้ประโยชน์โดยตรงจากไบคาร์บอเนตในกระบวนการสังเคราะห์แสงได้ การนำ CO2 มาใช้ประโยชน์ทั่วไปของพืชน้ำถูกแสดงผลโดยมีลักษณะเป็นกราฟในรูปที่ 2B ความโค้งของเส้นโค้งแตกต่างกันเล็กน้อยจากเส้นโค้งของกราฟแสง คือมันไม่เชิงเป็นเส้นตรงแม้แต่ในกรณีที่ CO2 มีความเข้มข้นน้อยมาก นอกจากนั้นเรายังสามารถกำหนดจุดการชดเชยปริมาณ CO2 ได้ดังนี้ หากปริมาณ CO2 ที่ความเข้มข้นต่ำกว่าจุดชดเชย ผลในการสังเคราะห์แสงสุทธิจะเป็นเชิงลบในขณะที่ความเข้มข้นสูงกว่าจุดดังกล่าว การสังเคราะห์แสงสุทธิเป็นบวก หนึ่งในเส้นโค้งที่มีจุด CO2 เป็นศูนย์นั้น แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการนำไบคาร์บอเนตมาใช้แทน ซึ่งมีผลทำให้การสังเคราะห์แสงยังคงเป็นไปในทางบวกแม้ว่า CO2 จะไม่มีเลย นี้ก็เพราะ ต้นไม้น้ำสามารถใช้ไบคาร์บอเนตเป็นแหล่งของคาร์บอนนินทรีย์แทนได้ ในการสังเคราะห์แสง
ในธรรมชาติความเข้มข้นของ CO2 ในน้ำมักจะมีมากกว่าในอากาศ ถึงจะเป็นเช่นนั้นแต่พืชน้ำจะได้รับ CO2 ในปริมาณที่ต่ำกว่า ทั้งนี้เป็นเพราะการเคลื่อนไหวและการดูดซับที่ช้าของกาซต่างๆในน้ำที่มีการแพร่กระจายลดลงในอัตราส่วนที่น้อยกว่าในอากาศถึง 10,000 เท่า ดังนั้นถึงแม้ว่าความเข้มข้นของ CO2 ในหลายแหล่งน้ำและแม่น้ำอาจจะมีปริมาณมากกว่าในอากาศ, แต่ด้วยการเคลื่อนไหวที่ช้าของกาซต่างๆในน้ำจึงนำไปสู่ข้อจำกัดของ CO2 และข้อจำกัดในการเจริญเติบโตของพืชน้ำ ใบบางๆ โดยทั่วไปของพืชน้ำก็เพื่อทำให้ง่ายในการจับ CO2 ที่จำกัด ส่วนหนึ่งเพราะใบที่บางนั้นมีชั้นเนื้อเยื้อน้อยซึ่ง ทำให้ CO2 ซึมผ่านเข้าได้เร็ว และ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะเมื่อ CO2 เข้าสู่ใบแล้วไม่ต้องเดินทางนานก่อนที่จะถูกรวมกับคาร์โบไฮเดรตในการ สังเคราะห์แสง ที่มีความสำคัญไปกว่านั้นคือ ความสามารถของพืชเพื่อควบคุมปริมาณเอนไซม์ (FX Rubisco และ Pepcarboxylase) ที่จะมีส่วนในการตรึงคาร์บอน ในกรณีที่ CO2 ต่ำ พืชอาจใช้พลังงานมากขึ้นเพื่อสร้างเอนไซม์ที่ช่วยในกระบวนการของการดูดซึมหรือ การตรึง CO2 เพื่อบรรเทาผลกระทบของข้อจำกัดของ CO2 พืชบางชนิดนอกจากนี้ยังสามารถผลิต iso enzymes ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่มีองค์ประกอบเคมีที่แตกต่างออกไป ก็เพื่อเป็นผลให้กระบวนการใช้ และความสัมพันธ์กับ CO2 เปลี่ยนไปตามแก่ปริมาณการดูดซึม CO2 มันยังไม่ชัดเจนถึงความสำคัญ iso enzymes อยู่ในกระบวนการของการดูดซึม CO2 และ ในข้อเขียนทางวิทยาศาสตร์ iso enzymes มักจะเกี่ยวข้องกับสภาพอุณหภูมิในพืช
ผลกระทบทางนิเวศวิทยาของความสัมพันธ์ระหว่างแสง และ CO2 นั้นเห็นชัดเจน ตัวอย่างเช่น ถ้าเพิ่มความพร้อมของ CO2 และ เพิ่มประสิทธิภาพการใช้ไฟ มันอาจช่วยให้พืชน้ำสามารถอาศัยอยู่ในที่ลึกมากขึ้น โดยที่แสงสว่างอาจมีน้อยลง แต่ความเข้มข้นของ CO2 จะสูงขึ้นเนื่องจาก การสะสมในดินตะกอน แสงสว่างที่มากจะช่วยให้พืชน้ำลดจุดชดเชย CO2 (Maberly ปี 1983 Maberly 1985) ซึ่งอาจเป็นประโยชน์เฉพาะพวกพืชสังเคราะห์แสงที่อยู่หน้าดินที่ดูเหมือนเสื่อที่ขึ้นในน้ำตื้น ในสภาพแวดล้อมดังกล่าว แสงสว่างจึงมีมากมายในขณะที่ความเข้มข้นของ CO2 ภายในพื้นเสื่อต่ำเนื่องจากน้ำตื้นจึงมีพื้นที่แลกเปลี่ยนกาซน้อย ในกรณีนี้ การปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสง และ CO2 อาจทำให้กระบวนการสังเคราะห์แสงของสิ่งมีชีวิต เพื่อแยก CO2 มีประสิทธิภาพมากขึ้น อันเป็นผลชดเชยมาจาก CO2 ที่มีน้อย
การปรับตัวกับข้อจำกัดทางทรัพยากรนั้น ย่อมต้องมีผลสืบเนื่องอย่างมาก ไม่ว่าต้นไม้จะให้ความสำคัญกับ คลอโรฟิล หรือ เอนไซม์มากขึ้น นั้นล้วนแต่มีผลกระทบต่อความต้องการสารอาหารที่สูงขึ้น และ การใช้พลังงานที่สูงขึ้นด้วย การใช้พลังงานที่สูงขึ้นมาจากโปรตีนในเซลล์ต้องได้รับการบำรุงรักษาอย่างต่อเนื่อง เพื่อทำงานอย่างเหมาะสม และ กระบวนการบำรุงรักษาเหล่านี้จำเป็นที่ต้องใช้พลังงาน และ คาร์โบไฮเดรต ซึ่งถ้าไม่อย่างนั้นจะถูกใช้เพื่อการเจริญเติบโต ดังนั้นไม่ใช่คาร์บอนนินทรีย์ทั้งหมดที่ถูกเปลี่ยนเป็นคาร์โบไฮเดรตในการสังเคราะห์แสง สามารถนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการเจริญเติบโตแต่เพียงอย่างเดียว แต่ ต้องใช้ในการบำรุงรักษาเซลล์ด้วย
เรามีความสนใจในการพิจารณาว่าปัจจัย CO2 หรือ แสงสว่าง เป็นปัจจัยที่สำคัญกว่ากัน ในการจำกัดการเจริญเติบโตของพืชน้ำ นอกจากนี้เรายังต้องการคำตอบด้วยว่า CO2 หรือ แสงสว่าง สามารถทำหน้าที่เป็นตัวแทนซึ่งกันและกันได้หรือไม่ เพื่อที่จะตอบคำถามเหล่านี้เราจึงทดลองปลูก Riccia ภายใต้เงื่อนไข ที่มีสารอาหารสมบูรณ์ (สารอาหารหมายถึงไนโตรเจนและฟอสฟอรัส และ ธาตุอาหารรองทั้งหมด) เราได้ออกแบบการทดสอบเพื่อให้เราสามารถควบคุมแสงสว่าง และ CO2 อย่างอิสระ และ ตารางที่ 1 แสดงการทดลองของระบบที่เรามีทั้งหมด 9 วิธีการให้แสง และ CO2 ที่แตกต่างกัน, การให้แสงน้อยสอดคล้องกับสภาพความลึกมากของแหล่งน้ำตามธรรมชาติ และ สภาพในตู้ และ อุปกรณ์ปรกติ, ระดับแสงที่สูง ตรงกับระดับแสงที่พบในธรรมชาติใกล้พื้นน้ำหรือในตู้ที่มีความสว่างดีมากด้วยหลอดไฟที่มีคุณภาพดี, ในความเป็นจริงความเข้มแสงปานกลางในการศึกษาครั้งนี้สอดคล้องกับมาตรฐานตู้ที่มีการให้แสงที่ดีพอเหมาะ, CO2 ต่ำสอดคล้องกับความเข้มข้นของ CO2 ที่พบในทะเลสาบหรือในตู้ไม้น้ำจำนวนมากโดยไม่มีการให้ CO2 แต่มีน้ำหมุนเวียน ,CO2 สูงคือ 40 มิลลิกรัมต่อลิตร ซึ่งสามารถพบได้ลำธารขนาดเล็กและยัง เป็นระดับ CO2 สูงสุดที่แนะนำโดยนักจัดตู้ไม้น้ำมืออาชีพส่วนใหญ่ที่มีประสบการณ์สูง เราใช้ Riccia เป็นพืชต้นแบบในการทดลองเพราะมันเป็นไม้เลี้ยงง่ายที่จะเติบโตดี ดังนั้นเราสามารถทำซ้ำได้ง่าย ซึ่งจะช่วยให้เราสามารถสรุปผลที่แม่นยำมากขึ้นจากการทดลองของเรา
ตารางที่ 1 เมทริกซ์ทดลองแสดงการออกแบบการทดลอง และ ผลของอัตราการเจริญเติบโตเป็นเปอร์เซ็นต์ต่อวัน เมื่อเคลื่อนที่ตามแนวนอนจากซ้ายไปขวาแสงสว่างเพิ่มขึ้น และ เมื่อย้ายในแนวตั้งจากบนลงล่าง CO2 เพิ่มขึ้น แสงสว่างต่ำสอดคล้องกับสถานการณ์ในตู้หลายมาตรฐาน และ CO2 ต่ำสอดคล้องกับตู้ไม้น้ำกับปั๊ม aerating (อากาศอิ่มตัว) สำหรับการเปรียบเทียบ, แสงแดดเต็มในภาคเหนือของยุโรปประมาณ 70,000 ลักซ์ และ ลำธารเล็ก ๆ ตามธรรมชาติอาจมี CO2 ได้ถึง 50 มิลลิกรัมต่อลิตร ทั้งลักซ์ และ มิลลิกรัมต่อลิตร เป็นหน่วยค่อนข้างเก่า แสง และ CO2 หน่วยเหล่านี้ไม่ค่อยพบในเอกสารทางวิทยาศาสตร์ สำหรับ การแปลงที่ถูกต้องจากหน่วยทางวิทยาศาสตร์ ปัจจัยต่อไปนี้อาจมีการใช้ : สำหรับแสง (400-700 nm) 1 โฟตอน μmol M - 2 - s 1 = 60.6 ลักซ์ และ สำหรับ CO2 1 l - มิลลิโมล 1 = 44 mg / l.
ตาราง ที่ 1 ผลการทดลองแสดงอัตราการขยายตัวของ Riccia เป็นเปอร์เซ็นต์ต่อวัน และคาดคะเนว่ามีการเจริญเติบโตเป็นเท่าไดในระยะเวลาหนึ่ง (1) เราจะเห็นว่าที่แสงน้อย และ CO2 ต่ำ Riccia แถบจะไม่สามารถรักษาอัตราการขยายตัวเป็นบวกได้เลย ในขณะที่ CO2 ต่ำแต่ไฟแรง กลับโตสูงขึ้นเกือบ6 เท่า ที่สำคัญในระดับที่ให้แสงน้อยแต่มีการเพิ่ม CO2 สามารถกระตุ้นการเจริญเติบโตโดยปัจจัยเกือบ 4เท่า!
บางทีการกระตุ้นอัตราการเจริญเติบโตโดยปัจจัยจาก 4 กับ 6 อาจดูว่ามีไม่มาก แต่ในระยะยาวตัวอย่างเช่นภายในสองสัปดาห์ นั้นคงทำให้เห็นความแตกต่างได้ชัดเจนยิ่งขึ้น รูปที่ 3 แสดงให้เห็นว่า Riccia 1กรัม มีอัตราการเจริญเติบโตที่แตกต่างกัน ในช่วงเวลาสองสัปดาห์ ได้3 แบบดังนี้
1. ไฟ ต่ำและ CO2 ต่ำ แทบไม่ส่งผลให้เกิดการเจริญเติบโตในช่วงสองสัปดาห์ในขณะที่
2. CO2 สูง และ มีแสงน้อยมีอัตราการเจริญเติบโตเป็นเกือบสองเท่าของน้ำหนักเนื้อเยื่อ
3. สำหรับการเปรียบเทียบ, ไฟสูง และ CO2 ต่ำได้เนื้อเยื่อ 2.5 กรัมของหลังจากสองสัปดาห์
รูปที่ 3 รูปที่แสดงให้เห็นว่า 1กรัมของ Riccia พัฒนากว่าสองสัปดาห์ภายใต้แสงไฟระดับ และ CO2 ที่กำหนด ที่มีแสงน้อย และ CO2ต่ำ Riccia แถบจะไม่สามารถดํารงชีวมวล, 1 กรัมจะกลายเป็น 1.16 กรัมหลังจากที่สองสัปดาห์ (สายสีขาว) ในที่มีแสงน้อย และ CO2 สูง, 1กรัมจะกลายเป็น 1.75 (เส้นสีเขียว) และที่ไฟสูง แต่ CO2 ต่ำ ผลจากการให้แสงไฟระดับสูง และ CO2 สูง 1 กรัมจะกลายเป็น 6.90 กรัม
มันไม่มีข้อถกเถียงเลย ว่าได้รับประโยชน์จากการเพิ่มแสง และ CO2 นั้นย่อมมีผลดีมากกว่าผลที่เกิดขึ้นโดยแค่เพิ่มอย่างไดอย่างหนึ่ง ในสภาพที่ไฟสูงสุด CO2 มีอย่างสมบูรณ์ หนึ่งกรัมของ Riccia เติบโตอย่างน่าอัศจรรย์ถึง 6.9 กรัมหลังจากที่สองสัปดาห์ อย่างน่าประหลาดใจกับสิ่งที่พบในการกระตุ้นอัตราการเจริญเติบโตเมื่อแสง และ CO2 ถูกเพิ่มขึ้นมากกว่าอัตราเดิมของต่ละ condition ตัวอย่างเช่น อัตราการเจริญเติบโตในสภาพแสงน้อยและ CO2 ต่ำ อยู่ที่ 1.1% ต่อวัน โดยไฟที่เพิ่มขึ้น พืชเติบโต 3.3% ต่อวัน หรือ เพิ่มขึ้น 2.2% เมื่อเทียบกับเงื่อนไขเริ่มต้น ในทำนองเดียวกันโดยการเพิ่ม CO2 อัตราการขยายตัวขยับขึ้นเป็น 3.8% ต่อวัน หรือ เพิ่มขึ้น 2.7% เพิ่มขึ้น ความสัมพันธ์ก็จะแปลเป็น 6.0% ต่อวัน (1.1 + 2.2 + 2.7) แต่อัตราการขยายตัวที่เกิดจากการรวม แสง และ CO2 อยู่ที่ 9.2% ต่อวันซึ่งถือว่ามาก แนวโน้มนี้ยังคงเพิ่มสูงขึ้นเมื่อเพิ่มแสงและ CO2 (ดูตารางที่ 1) (1) โดยคาดคะเนว่ามีการเจริญเติบโตแทน เราสามารถใช้สูตรนี้ในการคำนวณอัตราการเจริญ เติบโต : μ = (W1 ln -- W0 ln) / T ที่ W0 เป็นน้ำหนักของเนื้อเยื่อพืชเมื่อการทดสอบเริ่มต้น W1 มีน้ำหนักหลังการบ่ม และ t เป็นเวลาที่บ่ม หลักฐานสำหรับสมมติฐานว่ามีการเจริญเติบโตที่เป็นข้อเท็จจริงที่เกิดขึ้นทั้งหมดคือ เนื้อเยื่อใหม่ที่เกิดขึ้นระหว่างการบ่ม และยังคงเกิดต่อๆไป
รูปที่ 4 แผนภาพแนวคิดนี้แสดงให้เห็นว่าพร้อมของทรัพยากรภายนอกมีผลกระทบต่อ การจับภาพแสง และ การผสมผสาน CO2
รูปที่ 4 แสดงคำอธิบายแนวความคิดของผลการวิจัยของเรา ที่ CO2 น้อย จึงไม่มีพลังงานมากพอเพื่อใช้ในการสร้าง และ บำรุง Chlorophyll หรือเอนไซม์ แต่ถ้าเราเพิ่ม CO2 มากขึ้น ต้นไม้ก็จะสามารถที่จะใช้พลังงาน และ ทรัพยากรน้อยลงในการดูดซึม CO2 และ สามารถนำพลังงานส่วนใหญไปใช้เพิ่มประสิทธิภาพในการรับแสง และ สามารถผลิต Chlorophyll ได้มากขึ้นโดยไม่มีผลกระทบร้ายแรงต่อปริมาณพลังงาน ที่ใช้โดยรวม ดังนั้นแม้ว่าเรายังไม่ได้เพิ่มปริมาณแสงสว่าง, ต้นไม้ตอนนี้สามารถใช้ประโยชน์จากแสงที่มีอยู่ไม่มาก ได้อย่างมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น แน่นอนคำอธิบายเดียวกันสามารถนำมาใช้เพื่ออธิบายได้ว่าทำไมการเพิ่มปริมาณแสงสว่างสามารถกระตุ้นการเจริญเติบโตของต้นไม้เพิ่มขึ้น แม้ CO2 จะมีความเข้มข้นต่ำมาก ด้วยแสงสว่างที่มีมากขึ้น จึงไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานมากเพื่อไปใช้ในระบบการรับแสง แต่ พลังงานส่วนที่เหลืออยู่สามารถถูกนำไปใช้ทำให้ระบบการดูดซึม CO2 มีประสิทธิภาพมากขึ้น เพื่อให้ สามารถสกัด CO2 ที่มีอยู่ในน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ
เราเชื่อว่าผลการวิจัยของเราสำหรับ Riccia สามารถ นำไปปรับใช้กับพืชน้ำเกือบทุกชนิด และ ทศวรรษที่ผ่านมา หลักฐานทางวิทยาศาสตร์ก็สนับสนุนความคิดนี้ มีการทดลองกับ Elodea Canadensis และ Callitriche SP แสดงแนวโน้มเดียวกัน (ดูเอกสาร) แสดงให้เห็นว่าข้อจำกัดทางทรัพยากร ไม่ได้เป็นไปตามหลักการที่ Liebig แนะนำ ทรัพยากรจำนวนมากนั้นสามารถใช้แทนกัน หรืออย่างน้อย ช่วยบรรเทาอาการของข้อจำกัดทรัพยากรลงได้ หากมองข้อมูลเหล่านี้ในเชิงกว้างขึ้น (Global) เราอาจคาดหวังว่าการเพิ่ม CO2 ในชั้นบรรยากาศอาจนำไปสู่ปริมาณป่าไม้ที่เพิ่มขึ้นในแผ่นดิน อย่างไรก็ตามเรายังสามารถคาดการณ์ถึงผลกระทบที่รุนแรง ได้เช่นกัน พืชที่เจริญเติบโตในภาวะที่ CO2 สูงนั้นอาจมีผลทำให้เกิดการเจือจางของเอนไซม์ที่ใช้ในการตรึงคาร์บอน และนั้นหมายถึงการลดคุณค่าทางโภชนาการ ของพืช และพื้นที่ปลูกนั้นๆ เพราะเอนไซม์เป็นโปรตีนชนิดหนึ่งเหมือนกัน สำหรับพืชน้ำ ปริมาณ CO2 เป็นสองเท่าในน้ำอาจจะไม่ได้มีผลกระทบต่อการผลิตของพืชแต่อย่างใด เนื่องจากส่วนใหญ่แล้วพืชน้ำก็เจริญเติบโตภายใต้เงื่อนไข ที่มีCO2 มากอยู่แล้ว สำหรับบางชนิดส่วนน้อยที่ไม่ได้เป็นเช่นนั้น คือพืชทะเลสาบที่ถูกน้ำท่วม จึงเป็นเรื่องยากที่จะทำนายผลกระทจากปริมาณ CO2 ที่เพิ่มขึ้น เพราะที่เหล่านั้นมีแพลงก์ตอนพืชทะเลสาบที่เข้ามาเป็นปัจจัยเพิ่มด้วย
บางคนอาจจะถามว่าเราสามารถใช้ข้อมูลทั้งหมดข้างต้นในงานอดิเรกของเราได้อย่างไร! ในหลายแง่มุม ตู้ไม้น้ำสมัยใหม่นั้น คล้ายกับชุดทดลองของเราที่ทำกับ Riccia อยู่แล้ว ถึงแม้ทรัพยากรแต่ละชนิดนั้น เป็นเรื่องยากที่จะควบคุมอย่างดี แต่เราสามารถที่จะกำหนดวิธีการให้แสงสว่าง, จำนวน CO2 และ วิธีการให้สารอาหารในรูปของไนโตรเจน, ฟอสฟอรัส, เหล็ก และ micro ต่างๆ เริ่มต้นด้วยเรื่องสารอาหาร, ตู้ไม้น้ำที่มีประชากรปลาที่ไม่มากไม่น้อยจนเกินไป มักจะมีไนโตรเจน และ ฟอสฟอรัสที่เพียงพอ เมื่อมาถึงเหล็ก, โปตัสเซียม, แมงกานีส และ microอื่น ๆ ก็มักจะเป็นสิ่งที่พลิกแพลงยิ่งขึ้น ตู้บางคนวางแผนมาดีตั้งแต่ต้น เช่นการลือกชนิดหินที่เหมาะสม และ เตรียมพื้นปลูกที่ดี ในขณะที่คนอื่นไม่ได้ทำ ในกรณีส่วนใหญ่ การให้ปุ๋ยในตู้ไม้น้ำ เพื่อรักษาสุขภาพ และ การเจริญเติบโตของต้นไม้ ยกเว้น ไนโตรเจน และ ฟอสฟอรัส นั้น มีความผิดพลาดเกิดขึ้นได้น้อย มันมักจะเป็นงานที่ยากมากกว่า และ มีราคาแพงกว่า เพื่อให้แสงสว่างที่เพียงพอแก่ตู้ไม้น้ำ ทั้งหลอด fluorescent และโคมไฟ highpressure จะให้แสงไฟเพียงพอได้ก็ต่อเมีอมีการสะท้อนแสงที่มีประสิทธิภาพ แต่ในตู้ลึก (มากกว่า 50 ซม.) นั้นเป็นเรื่องยากมากที่จะให้แสงไฟให้พอกับความต้องการของพืชพรมพื้นหน้าขนาดเล็ก จากการทดลองของเรา เราขอแนะนำให้เริ่มต้นจากการเพิ่ม CO2 ก่อนที่จะกระทำการใดๆ! เราเชื่อว่าแม้แต่ในตู้ที่ความเข้มของแสงน้อยมาก คุณจะได้สัมผัสกับการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนในการเจริญเติบโตของพืชในตู้ของคุณ ปริมาณ CO2 ที่แน่นอนอคงเป็นเรื่องถกเถียงกันต่อไป แต่ถ้าคุณไม่ได้มีปลาที่มีความละเอียดอ่อนมากในตู้ของคุณ การให้ความเข้ม ข้นจาก 25mg/l ถึง 50 mg/l จะช่วยทำให้การเจริญเติบโตของพืช ดีขึ้น คุณจะเห็นว่าพืชซึ่งเพิ่งดูเหมือนไม่สามารถอยู่รอดก่อนหน้านี้ เจริญเติบโตขึ้นในที่ที่มี CO2
อ้างอิง
Andersen (1999) Interactions between light and inorganic carbon stimulate the growth of Riccia fluitans L. Report from The Freshwater Biological Laboratory, University of Copenhagen (e-mail tandersen@zi.ku.dk), in Danish.
Maberly (1983) The interdependence of photon irradiance and free carbon dioxide or bicarbonate concentrations on the photosynthetic compensation points of freshwater plants. New Phytologist 93: 1-12.
Maberly (1985) Photosynthesis by Fontinalis antipyretica. I. Interaction between photon irradiance, concentration of carbon dioxide and temperature. New Phytologist 100, 127-140.
Madsen (1993) Growth and photosynthetic acclimation by Ranunculus aquatilis L. in response to inorganic carbon availability. New Phytologist 125: 707-715.
Madsen and Sand-Jensen (1994) The interactive effect of light and inorganic carbon on aquatic plants growth. Plant, Cell and Environment 17: 955-962.
Tags:
