અધ્યાય 13 ઉચ્ચ વનસ્પતિઓમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ કસરતો
કસરતો
1. વનસ્પતિને બાહ્ય રીતે જોઈને શું તમે કહી શકો છો કે વનસ્પતિ $C_3$ છે કે $C_4$ છે? શા માટે અને કેવી રીતે?
Show Answer
જવાબ વનસ્પતિનાં પાંદડાં અને અન્ય બાહ્ય રૂપરેખાની લાક્ષણિકતાઓ જોઈને તે $C_3$ છે કે $C_4$ છે તેનો તફાવત કરી શકાતો નથી. $C_3$ વનસ્પતિઓથી વિપરીત, $C_4$ વનસ્પતિઓના પાંદડાંમાં એક વિશિષ્ટ રચના હોય છે જેને $Kranz$ રચના કહેવામાં આવે છે અને આ તફાવત માત્ર કોષીય સ્તરે જ જોઈ શકાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઘઉં અને મકાઈ બંને ઘાસ છે, પરંતુ ઘઉં એ $C_3$ વનસ્પતિ છે, જ્યારે મકાઈ એ $C_4$ વનસ્પતિ છે.2. વનસ્પતિની કઈ આંતરિક રચના જોઈને તમે કહી શકો છો કે વનસ્પતિ $C_3$ છે કે $C_4$ છે? સમજાવો.
Show Answer
જવાબ $C_4$ વનસ્પતિઓના પાંદડાંમાં ક્રાન્ઝ રચના નામની એક વિશિષ્ટ રચના હોય છે. આ તેમને $C_3$ વનસ્પતિઓથી અલગ બનાવે છે. વિશિષ્ટ કોષો, જેને બંડલ-શીથ કોષો તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તે વાહિની બંડલોને ઘેરી લે છે. આ કોષોમાં મોટી સંખ્યામાં હરિતલવણ હોય છે. તેઓ જાડી દીવાલવાળા હોય છે અને તેમની વચ્ચે કોઈ આંતરકોષીય જગ્યા હોતી નથી. તેઓ વાયુઓના વિનિમય માટે અભેદ્ય પણ હોય છે. આ બધી રચનાકીય લાક્ષણિકતાઓ $C_4$ વનસ્પતિઓમાં પ્રકાશશ્વસનને રોકવામાં મદદ કરે છે, જેના લીધે તેમની પ્રકાશસંશ્લેષણ કરવાની ક્ષમતા વધે છે.3. ભલેને $C_4$ વનસ્પતિમાં ખૂબ જ ઓછા કોષો જૈવસંશ્લેષણાત્મક - કેલ્વિન માર્ગનું કાર્ય કરતા હોય, છતાં તેઓ ખૂબ જ ઉત્પાદક હોય છે. શું તમે ચર્ચા કરી શકો છો કે શા માટે?
Show Answer
જવાબ
વનસ્પતિની ઉત્પાદકતા તેના પ્રકાશસંશ્લેષણની દર દ્વારા માપવામાં આવે છે. વનસ્પતિમાં હાજર કાર્બન ડાયોક્સાઈડની માત્રા પ્રકાશસંશ્લેષણના દરના સીધા પ્રમાણમાં હોય છે. $C_4$ વનસ્પતિઓમાં કાર્બન ડાયોક્સાઈડની સાંદ્રતા વધારવાની એક પદ્ધતિ હોય છે. $C_4$ વનસ્પતિઓમાં, કેલ્વિન ચક્ર બંડલ-શીથ કોષોમાં થાય છે. મેસોફિલ કોષોમાંથી $C_4$ સંયોજન (મેલિક એસિડ) બંડલ-શીથ કોષોમાં વિઘટિત થાય છે. પરિણામે, $CO_2$ મુક્ત થાય છે. $CO_2$માં વધારો ખાતરી કરે છે કે એન્ઝાઇમ RuBisCo ઑક્સિજનેઝ તરીકે નહીં, પરંતુ કાર્બોક્સિલેઝ તરીકે કાર્ય કરે. આ પ્રકાશશ્વસનને રોકે છે અને પ્રકાશસંશ્લેષણના દરને વધારે છે. આમ, $C_4$ વનસ્પતિઓ ખૂબ જ ઉત્પાદક હોય છે.
4. RuBisCO એ એક એન્ઝાઇમ છે જે કાર્બોક્સિલેઝ અને ઑક્સિજનેઝ બંને તરીકે કાર્ય કરે છે. તમે શા માટે વિચારો છો કે RuBisCO $C_4$ વનસ્પતિઓમાં વધુ કાર્બોક્સિલેશન કરે છે?
Show Answer
જવાબ
$C_4$ વનસ્પતિઓના મેસોફિલ કોષોમાં એન્ઝાઇમ RuBisCo ગેરહાજર હોય છે. તે વાહિની બંડલોને ઘેરી રહેલા બંડલ-શીથ કોષોમાં હાજર હોય છે. $C_4$ વનસ્પતિઓમાં, કેલ્વિન ચક્ર બંડલ-શીથ કોષોમાં થાય છે. મેસોફિલ કોષોમાં પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક ફોસ્ફોઇનોલ પાયરુવેટ છે - જે ત્રણ-કાર્બન સંયોજન છે. તે ચાર-કાર્બન સંયોજન ઑક્સાલોએસિટિક એસિડ (OAA) માં રૂપાંતરિત થાય છે. OAA આગળ મેલિક એસિડમાં રૂપાંતરિત થાય છે. મેલિક એસિડ બંડલ-શીથ કોષોમાં પરિવહન થાય છે, જ્યાં તે ડિકાર્બોક્સિલેશનથી પસાર થાય છે અને $CO_2$ સ્થાપન કેલ્વિન ચક્ર દ્વારા થાય છે. આ એન્ઝાઇમ RuBisCo ને ઑક્સિજનેઝ તરીકે કાર્ય કરતું અટકાવે છે.
5. ધારો કે એવી વનસ્પતિઓ હતી જેમાં ક્લોરોફિલ b ની ઊંચી સાંદ્રતા હતી, પરંતુ ક્લોરોફિલ a નો અભાવ હતો, શું તે પ્રકાશસંશ્લેષણ કરશે? તો પછી વનસ્પતિઓમાં ક્લોરોફિલ b અને અન્ય સહાયક રંજકદ્રવ્યો શા માટે હોય છે?
Show Answer
જવાબ
ક્લોરોફિલ-a અણુઓ એન્ટેના અણુઓ તરીકે કાર્ય કરે છે. તેઓ પ્રકાશ શોષીને ઉત્તેજિત થાય છે અને ચક્રીય અને અચક્રીય ફોટોફોસ્ફોરિલેશન દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જિત કરે છે. તેઓ ફોટોસિસ્ટમ I અને II બંને માટે પ્રતિક્રિયા કેન્દ્રો બનાવે છે. ક્લોરોફિલ-b અને અન્ય પ્રકાશસંશ્લેષણ રંજકદ્રવ્યો જેવા કે કેરોટેનોઇડ્સ અને ઝેન્થોફિલ્સ સહાયક રંજકદ્રવ્યો તરીકે કાર્ય કરે છે. તેમની ભૂમિકા ઊર્જા શોષીને તેને ક્લોરોફિલ-a પર સ્થાનાંતરિત કરવાની છે. કેરોટેનોઇડ્સ અને ઝેન્થોફિલ્સ પણ ક્લોરોફિલ અણુને ફોટો-ઑક્સિડેશનથી બચાવે છે. તેથી, પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે ક્લોરોફિલ-a આવશ્યક છે.
જો કોઈ વનસ્પતિમાં ક્લોરોફિલ-a નો અભાવ હોય અને ક્લોરોફિલ- $b$ ની ઊંચી સાંદ્રતા હોય, તો આ વનસ્પતિ પ્રકાશસંશ્લેષણ કરશે નહીં.
6. અંધારામાં રાખેલા પાંદડાનો રંઘ ઘણીવાર પીળો, અથવા ફિક્કો લીલો શા માટે હોય છે? તમને શું લાગે છે કે કયું રંજકદ્રવ્ય વધુ સ્થિર છે?
Show Answer
જવાબ
પાંદડાંઓને પ્રકાશસંશ્લેષણ કરવા માટે પ્રકાશની જરૂર હોવાથી, અંધારામાં રાખેલા પાંદડાનો રંઘ ઘેરા લીલાથી હળવા લીલા રંઘમાં બદલાય છે. કેટલીકવાર, તે પીળો પણ થઈ જાય છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે આવશ્યક ક્લોરોફિલ રંજકદ્રવ્યનું ઉત્પાદન ઉપલબ્ધ પ્રકાશની માત્રાના સીધા પ્રમાણમાં હોય છે. પ્રકાશની ગેરહાજરીમાં, ક્લોરોફિલ-a અણુઓનું ઉત્પાદન બંધ થઈ જાય છે અને તેઓ ધીમે ધીમે તૂટી જાય છે. આ પાંદડાનો રંઘ ધીમે ધીમે હળવા લીલામાં બદલાવે છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન, ઝેન્થોફિલ અને કેરોટેનોઇડ રંજકદ્રવ્યો પ્રબળ બની જાય છે, જેના કારણે પાંદડું પીળું બને છે. આ રંજકદ્રવ્યો વધુ સ્થિર હોય છે કારણ કે તેમના ઉત્પાદન માટે પ્રકાશ આવશ્યક નથી. તેઓ હંમેશા વનસ્પતિઓમાં હાજર હોય છે.
7. એ જ વનસ્પતિ પર છાયાવાળી બાજુના પાંદડાં જુઓ અને તેની તુલના ધૂપવાળી બાજુના પાંદડાં સાથે કરો. અથવા, ધૂપમાં રાખેલા ગમલાના છોડની તુલના છાયામાં રાખેલા છોડ સાથે કરો. તેમાંથી કોનાં પાંદડાં ઘેરા લીલા હોય છે? શા માટે?
Show Answer
જવાબ
પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે પ્રકાશ એ એક મર્યાદિત પરિબળ છે. જ્યારે પાંદડાં છાયામાં હોય છે ત્યારે તેમને પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે ઓછો પ્રકાય મળે છે. તેથી, છાયામાં રહેલા પાંદડાં અથવા છોડ ધૂપમાં રાખેલા પાંદડાં અથવા છોડની તુલનામાં ઓછું પ્રકાશસંશ્લેષણ કરે છે.
પ્રકાશસંશ્લેષણના દરને વધારવા માટે, છાયામાં હાજર પાંદડાંમાં વધુ ક્લોરોફિલ રંજકદ્રવ્યો હોય છે. ક્લોરોફિલ સામગ્રીમાં આ વધારો પાંદડાં દ્વારા શોષાતા પ્રકાશની માત્રા વધારે છે, જે બદલામાં પ્રકાશસંશ્લેષણના દરને વધારે છે. તેથી, છાયામાં રહેલા પાંદડાં અથવા છોડ ધૂપમાં રાખેલા પાંદડાં અથવા છોડ કરતાં વધુ લીલા હોય છે.
8. આકૃતિ 13.10 પ્રકાશસંશ્લેષણના દર પર પ્રકાશની અસર દર્શાવે છે. આલેખના આધારે, નીચેના પ્રશ્નોના જવાબ આપો:
(a) વક્રના કયા બિંદુ/બિંદુઓ (A, B અથવા C) પર પ્રકાશ એ મર્યાદિત પરિબળ છે?
(b) પ્રદેશ A માં મર્યાદિત પરિબળ/પરિબળો શું હોઈ શકે?
(c) વક્ર પર C અને D શું દર્શાવે છે?
Show Answer
જવાબ
(a) સામાન્ય રીતે, પ્રકાશ એ મર્યાદિત પરિબળ નથી. તે છાયામાં અથવા વૃક્ષોની છત્રી નીચે ઉગતી વનસ્પતિઓ માટે મર્યાદિત પરિબળ બને છે. આપેલ આલેખમાં, જ્યાં પ્રકાશસંશ્લેષણ ન્યૂનતમ છે તે બિંદુ પર પ્રકાશ એ મર્યાદિત પરિબળ છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ માટેનું લઘુત્તમ મૂલ્ય પ્રદેશ $\mathbf{A}$ માં છે. તેથી, આ પ્રદેશમાં પ્રકાશ એ મર્યાદિત પરિબળ છે.
(b) પ્રદેશ A માં પ્રકાશ એ મર્યાદિત પરિબળ છે. પાણી, તાપમાન અને કાર્બન ડાયોક્સાઈડની સાંદ્રતા પણ આ પ્રદેશમાં મર્યાદિત પરિબળો હોઈ શકે છે.
(c) બિંદુ $\mathbf{D}$ શ્રેષ્ઠ બિંદુનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે અને તે પ્રકાશ તીવ્રતા આપે છે કે જેના પર મહત્તમ પ્રકાશસંશ્લેષણ રેકોર્ડ કરવામાં આવે છે. પ્રદેશ $\mathbf{C}$ માં પ્રકાશની તીવ્રતા વધવા છતાં પણ પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર આ બિંદુ પછી સતત રહે છે.
9. નીચેની વચ્ચે સરખામણી આપો:
(a) $C_3$ અને $C_4$ માર્ગો
(b) ચક્રીય અને અચક્રીય ફોટોફોસ્ફોરિલેશન
(c) $C_3$ અને $C_4$ વનસ્પતિઓમાં પાંદડાની રચના
Show Answer
જવાબ
(a) $C_3$ અને $C_4$ માર્ગો
| $C_3$ માર્ગો | $C_4$ માર્ગો |
|---|---|
| 1. $CO_2$ નો પ્રાથમિક ગ્રાહક $RUBP$ છે જે પાંચ-કાર્બન સંયોજન છે. | 1. $CO_2$ નો પ્રાથમિક ગ્રાહક ફોસ્ફોઇનોલ પાયરુવેટ છે જે ત્રણ-કાર્બન સંયોજન છે. |
| 2. પ્રથમ સ્થિર ઉત્પાદ 3-ફોસ્ફોગ્લિસરેટ છે. | 2. પ્રથમ સ્થિર ઉત્પાદ ઑક્સાલોએસિટિક એસિડ છે. |
| 3. તે ફક્ત પાંદડાંના મેસોફિલ કોષોમાં થાય છે. | 3. તે પાંદડાંના મેસોફિલ અને બંડલ-શીથ કોષોમાં થાય છે. |
| 4. તે કાર્બન સ્થાપનની ધીમી પ્રક્રિયા છે અને પ્રકાશશ્વસન નુકસાન ઊંચા છે. | 4. તે કાર્બન સ્થાપનની ઝડપી પ્રક્રિયા છે અને પ્રકાશશ્વસન નુકસાન ઓછા છે. |
(b) ચક્રીય અને અચક્રીય ફોટોફોસ્ફોરિલેશન
| ચક્રીય ફોટોફોસ્ફોરિલેશન | અચક્રીય ફોટોફોસ્ફોરિલેશન |
|---|---|
| 1. તે ફક્ત ફોટોસિસ્ટમ I માં થાય છે. | 1. તે ફોટોસિસ્ટમ I અને II માં થાય છે. |
| 2. તેમાં ફક્ત ATP નું સંશ્લેષણ સામેલ છે. | 2. તેમાં ATP અને $NADPH_2$ નું સંશ્લેષણ સામેલ છે. |
| 3. આ પ્રક્રિયામાં, પાણીનું ફોટોલિસિસ થતું નથી. | 3. આ પ્રક્રિયામાં, પાણીનું ફોટોલિસિસ થાય છે અને ઑક્સિજન મુક્ત થાય છે. |
| 4. આ પ્રક્રિયામાં, ઇલેક્ટ્રોન બંધ વર્તુળમાં ફરે છે. | 4. આ પ્રક્રિયામાં, ઇલેક્ટ્રોન બંધ વર્તુળમાં ફરતા નથી. |
(c) $C_3$ અને $C_4$ વનસ્પતિઓમાં પાંદડાની રચના
| $C_3$ પાંદડાં | $C_4$ પાંદડાં |
|---|---|
| 1. બંડલ-શીથ કોષો ગેરહાજર હોય છે | 1. બંડલ-શીથ કોષો હાજર હોય છે |
| 2. RuBisCo મેસોફિલ કોષોમાં હાજર હોય છે. | 2. RuBisCo બંડલ-શીથ કોષોમાં હાજર હોય છે. |
| 3. ઉત્પન્ન થતું પ્રથમ સ્થિર સંયોજન 3-ફોસ્ફોગ્લિસરેટ છે જે ત્રણ-કાર્બન સંયોજન છે. | 3. ઉત્પન્ન થતું પ્રથમ સ્થિર સંયોજન ઑક્સાલોએસિટિક એસિડ છે જે ચાર-કાર્બન સંયોજન છે. |
| 4. પ્રકાશશ્વસન થાય છે | 4. પ્રકાશશ્વસન થતું નથી |
BETA
