अध्याय 11 पौधों में परिवहन अभ्यास

उत्तर

विसरण पदार्थों का निष्क्रिय गति है जो उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से निम्न सांद्रता वाले क्षेत्र की ओर होती है। पदार्थों का विसरण पौधों में कोशिकीय परिवहन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। विसरण की दर सांद्रता अंतर, झिल्ली की पारगम्यता, तापमान और दबाव से प्रभावित होती है। विसरण तब तक होता है जब तक किसी पदार्थ की सांद्रता में बाधा के दोनों ओर अंतर होता है। हालांकि, जब बाधा के दोनों ओर पदार्थ की सांद्रता समान हो जाती है तो विसरण बंद हो जाता है। झिल्ली की पारगम्यता विसरण की दर को प्रभावित करती है। झिल्ली की पारगम्यता बढ़ने पर विसरण की दर भी बढ़ जाती है। तापमान और दबाव में परिवर्तन भी पदार्थों के विसरण को प्रभावित करते हैं। दबाव गैसों के विसरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है क्योंकि गैसें उच्च आंशिक दबाव वाले क्षेत्र से निम्न आंशिक दबाव वाले क्षेत्र की ओर विसरित होती हैं।

उत्तर

पोरिन प्रोटीन के प्रकार होते हैं जो क्लोरोप्लास्ट, माइटोकॉन्ड्रिया जैसे प्लास्टिड्स की बाहरी झिल्लियों और बैक्टीरिया की झिल्लियों में बड़े आकार के छिद्र बनाते हैं। वे छोटे आकार के प्रोटीन अणुओं के निष्क्रिय परिवहन को सुगम बनाने में मदद करते हैं।

उत्तर

पादप कोशिकाओं में सक्रिय परिवहन सांद्रता प्रवणता के विरुद्ध होता है, अर्थात् निम्न सांद्रता वाले क्षेत्र से उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र की ओर। सक्रिय परिवहन की प्रक्रिया विशिष्ट प्रोटीन पंपों द्वारा संपन्न होती है। ये प्रोटीन पंप विशिष्ट प्रोटीनों, जिन्हें ट्रांस-झिल्ली प्रोटीन कहा जाता है, से बने होते हैं। ये पंप पहले उस पदार्थ से जिसे झिल्ली पार करानी है, ATP से प्राप्त ऊर्जा का उपयोग कर एक संकुल बनाते हैं। अंततः प्रोटीन-पदार्थ संकुल के विघटन के फलस्वरूप वह पदार्थ कोशिकाद्रव्य में मुक्त हो जाता है।

उत्तर

जल विभव विभिन्न कोशिकीय प्रक्रियाओं के दौरान जल के एक भाग से दूसरे भाग में जाने की प्रवृत्ति को मापता है। इसे ग्रीक अक्षर पाई या ÃŽÂ" द्वारा दर्शाया जाता है। मानक ताप व दाब पर शुद्ध जल का जल विभव सदा शून्य माना जाता है। इसे जल अणुओं की गतिज ऊर्जा के संदर्भ में समझाया जा सकता है। जब जल द्रव अवस्था में होता है, तो इसके अणुओं की गति तीव्र व निरंतर होती है। शुद्ध जल में जल अणुओं की सांद्रता सर्वाधिक होती है। इसलिए इसका जल विभव सर्वाधिक होता है। जब जल में कोई विलेय घुल जाता है, तो शुद्ध जल का जल विभव घट जाता है।

उत्तर

(a) विसरण और परासरण

(b) वाष्पोत्सर्जन और वाष्पीकरण

(c) परासरण दाब और परासरण विभव

(d) आस्वेदन और विसरण

(e) पौधों में जल की गति के अपोप्लास्ट और सिम्प्लास्ट पथ

(f) गटेशन और वाष्पोत्सर्जन

उत्तर

जल विभव जल की प्रवृत्ति को मापता है कि वह विभिन्न कोशिकीय प्रक्रियाओं जैसे विसरण, परासरण आदि के दौरान एक भाग से दूसरे भाग की ओर कितना बढ़ेगा। इसे ग्रीक अक्षर पाई या $\psi$ द्वारा दर्शाया जाता है और इसे पास्कल (Pa) में व्यक्त किया जाता है। शुद्ध जल का जल विभव मानक ताप और दबाव पर सदैव शून्य लिया जाता है।

जल विभव ( $\psi_w$ ) को विलयन विभव $\psi$s और दाब विभव $\psi$p के योग के रूप में व्यक्त किया जाता है।

$\psi_w = \psi_s + \psi_p$

जब किसी विलेय को जल में घोला जाता है, तो शुद्ध जल का जल विभव घट जाता है। इसे विलयन विभव ($\psi_s$) कहा जाता है, जो सदैव ऋणात्मक होता है। वायुमंडलीय दबाव पर विलयन के लिए,$\psi_w = \psi_s$

शुद्ध जल या विलयन की जल विभव में वृद्धि होती है जब वायुमंडलीय दाब से अधिक दाब लगाया जाता है। इसे दाब विभव कहा जाता है। इसे $\psi_p$ द्वारा दर्शाया जाता है और इसका मान धनात्मक होता है, यद्यपि जाइलम में ऋणात्मक दाब विभव उपस्थित होता है। यह दाब विभव तने के माध्यम से जल के आरोहण में प्रमुख भूमिका निभाता है।

उत्तर

शुद्ध जल या विलयन की जल विभव में वृद्धि होती है जब वायुमंडलीय दाब से अधिक दाब लगाया जाता है। उदाहरण के लिए: जब जल एक पादप कोशिका में विसरित होता है, तो यह कोशिका भित्ति के विरुद्ध दाब उत्पन्न करता है। इससे कोशिका भित्ति कठोर हो जाती है। इस दाब को दाब विभव कहा जाता है और इसका मान धनात्मक होता है।

उत्तर

(a) प्लाज्मोलिसिस को इस प्रकार परिभाषित किया जा सकता है: यह एक पौधे की कोशिका के साइटोप्लाज्म का अपनी कोशिका भित्ति से दूर और केंद्र की ओर सिकुड़ने की प्रक्रिया है। यह अंतःकोशिकीय स्थान से बाह्य-कोशिकीय स्थान की ओर जल के संचलन के कारण होता है। यह तब घटित होता है जब पौधे की कोशिका को एक अत्यंत सांद्र विलयन (hypertonic solution) में रखा जाता है (अर्थात् ऐसा विलयन जिसमें विलेय की सांद्रता कोशिका के साइटोप्लाज्म से अधिक होती है)। इससे जल कोशिका से बाहर विलयन की ओर चला जाता है। कोशिका का साइटोप्लाज्म सिकुड़ जाता है और कोशिका को प्लाज्मोलाइज्ड कहा जाता है। यह प्रक्रिया एक प्याज की परत को अत्यधिक सांद्र नमक विलयन में रखने पर देखी जा सकती है।

(b) जब एक पौधे की कोशिका को एक हाइपोटोनिक विलयन या ऐसे विलयन में रखा जाता है जिसमें जल की विभवता अधिक हो, तो जल कोशिका में विसरित होता है (अर्थात् उच्च जल दाब वाले क्षेत्र से निम्न जल दाब वाले क्षेत्र की ओर संचलन देखा जाता है)। पौधे की कोशिका में जल के प्रवेश से कठोर कोशिका भित्ति पर दाब पड़ता है। इसे टर्गर दाब (turgor pressure) कहा जाता है। अपनी कठोर कोशिका भित्ति के कारण पौधे की कोशिका फटती नहीं है।

उत्तर

माइकोराइजा कुछ पौधों की जड़ प्रणालियों के साथ कवकों का एक सहजीवी संघ है। कवक की हाइफे या तो युवा जड़ों के चारों ओर एक घना जाल बनाती हैं या वे जड़ों की कोशिकाओं में प्रवेश कर जाती हैं। कवक की हाइफे का बड़ा सतह क्षेत्र मिट्टी से पानी और खनिजों के अवशोषण को बढ़ाने में सहायक होता है। बदले में, वे मेजबान पौधों से शर्करा और नाइट्रोजनीय यौगिक प्राप्त करते हैं। माइकोराइजल संघ कुछ पौधों में अनिवार्य होता है। उदाहरण के लिए, पाइनस के बीज माइकोराइजल की अनुपस्थिति में अंकुरित नहीं होते और स्थापित नहीं हो पाते।

उत्तर

जड़ दाब वह धनात्मक दाब है जो मिट्टी से पोषक तत्वों के सक्रिय अवशोषण द्वारा पौधों की जड़ों में विकसित होता है। जब पोषक तत्व जड़ रोमों द्वारा सक्रिय रूप से अवशोषित होते हैं, तो पानी (खनिजों के साथ) जाइलम में दाब बढ़ा देता है। यह दाब पानी को छोटी ऊंचाइयों तक धकेलता है। जड़ दाब को प्रायोगिक रूप से एक सिंचित पौधे की तने को आर्द्र दिन में काटकर देखा जा सकता है। जब तने को काटा जाता है, तो विलयन कटे हुए सिरे से बाहर निकलता है।

जड़ दाब को टपकन नामक घटना से भी जोड़ा जाता है, अर्थात् कुछ नरम तने वाले पौधों की शिरा समाप्तियों से तरल बूंदों के रूप में पानी की हानि।

मूल दबाव केवल छोटी ऊँचाइयों तक ही जल को ऊपर ले जा सकता है। हालाँकि, यह जाइलम में जल अणुओं की निरंतर श्रृंखलाओं को पुनः स्थापित करने में सहायक होता है। वाष्पोत्सर्जी खिंचाव जड़ों से प्ररोहों तक जल अणुओं के प्रवाह को बनाए रखता है।

उत्तर

लंबे वृक्षों में, पत्तियों की स्टोमेट छिद्रों से वाष्पोत्सर्जन या जल के नुकसान द्वारा उत्पन्न वाष्पोत्सर्जी खिंचाव की सहायता से जल ऊपर चढ़ता है। इसे जल परिवहन का संहति-तनाव मॉडल कहा जाता है। दिन के समय, वाष्पोत्सर्जन के माध्यम से खोया गया जल (पत्तियों द्वारा परिवेश को) गार्ड कोशिकाओं और अन्य बाह्यत्वचीय कोशिकाओं को शिथिल बना देता है। वे बदले में जाइलम से जल लेते हैं। इससे पत्तियों की सतह से जड़ों की नोक तक, तने के माध्यम से, जाइलम नलिकाओं में एक ऋणात्मक दबाव या तनाव उत्पन्न होता है। परिणामस्वरूप, तने से जाइलम में उपस्थित जल एकल स्तंभ के रूप में खींचा जाता है। जल अणुओं की संहति और आसंजन बल तथा जाइलम नलिकाओं की कोशिका भित्तियाँ जल स्तंभ को विभाजित होने से रोकते हैं।

पौधों में वाष्पोत्सर्जन कई पर्यावरणीय और शारीरिक कारकों द्वारा संचालित होता है। वाष्पोत्सर्जन को प्रभावित करने वाले बाहरी कारक हैं - पवन, गति, प्रकाश, आर्द्रता और तापमान। वाष्पोत्सर्जन को प्रभावित करने वाले पौधे-संबंधी कारक हैं - कैनोपी संरचना, स्टोमेटा की संख्या और वितरण, पौधों की जल स्थिति, और खुले स्टोमेटा की संख्या। यद्यपि वाष्पोत्सर्जन जल की हानि का कारण बनता है, वाष्पोत्सर्जी खिंचाव पौधों की तनों में जल को ऊपर चढ़ने में सहायता करता है। यह मिट्टी से विभिन्न पौधे-भागों तक खनिजों के अवशोषण और परिवहन में सहायक होता है। वाष्पोत्सर्जन का पौधों पर शीतलन प्रभाव होता है। यह कोशिकाओं को फुलाए रखकर पौधे के आकार और संरचना को बनाए रखने में मदद करता है। वाष्पोत्सर्जन प्रकाशसंश्लेषण के लिए भी जल प्रदान करता है।

उत्तर

जल के जाइलम में आरोहण के लिए वाष्पोत्सर्जी खिंचाव उत्तरदायी होता है। जल के इस आरोहण को निम्नलिखित भौतिक कारकों पर निर्भर करता है:

• संहति - जल अणुओं के बीच पारस्परिक आकर्षण
• पृष्ठ तनाव - द्रव अवस्था में जल अणुओं के बीच गैसीय अवस्था की तुलना में अधिक आकर्षण के लिए उत्तरदायी
• आसंजन - ध्रुवीय सतहों की ओर जल अणुओं का आकर्षण
• केशिकता - पतली नलिकाओं में जल के ऊपर चढ़ने की क्षमता

जल के ये भौतिक गुण इसे गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध जाइलम में गति करने की अनुमति देते हैं।

उत्तर

पौधों में पोषक तत्व सक्रिय और निष्क्रिय परिवहन के माध्यम से अवशोषित होते हैं। जड़ों की एंडोडर्मल कोशिकाओं में उपस्थित सुबेरिन केवल चयनित खनिजों को ही उनके माध्यम से गुजरने देता है। इन कोशिकाओं की झिल्लियों में उपस्थित परिवहन प्रोटीन विभिन्न विलेयों के लिए जाइलम तक पहुँचने पर चेक पॉइंट के रूप में कार्य करते हैं।

उत्तर

एक पौधे की वृद्धि के दौरान, इसकी पत्तियाँ भोजन के स्रोत के रूप में कार्य करती हैं क्योंकि वे प्रकाश संश्लेषण करती हैं। फ्लोएम भोजन को स्रोत से सिंक (पौधे के उस भाग जिसे भोजन की आवश्यकता होती है या जो भोजन संग्रहीत करता है) तक संचालित करता है। वसंत के दौरान, यह प्रक्रिया उलट जाती है क्योंकि सिंक में संग्रहीत भोजन को पौधे की बढ़ती कलियों की ओर फ्लोएम के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है। इस प्रकार, फ्लोएम में भोजन की गति द्विदिशीय होती है (अर्थात् ऊपर और नीचे)।

जाइलम में जल का परिवहन केवल जड़ों से पत्तियों तक होता है। इसलिए, जाइलम में जल और पोषक तत्वों की गति एकदिशीय होती है।

उत्तर

दबाव प्रवाह परिकल्पना के अनुसार, भोजन पौधे की पत्तियों में ग्लूकोज के रूप में तैयार किया जाता है। फ्लोएम में उपस्थित स्रोत कोशिकाओं में जाने से पहले, तैयार भोजन को सुक्रोज में परिवर्तित किया जाता है। जल जाइलम नलिकाओं से निकटवर्ती फ्लोएम में चला जाता है, जिससे फ्लोएम में जलस्थैटिक दबाव बढ़ जाता है। परिणामस्वरूप, सुक्रोज फ्लोएम की छलनी कोशिकाओं के माध्यम से गति करता है। सिंक क्षेत्र में पहले से मौजूद सुक्रोज को स्टार्च या सेल्युलोज में परिवर्तित कर दिया जाता है, जिससे सिंक कोशिकाओं में जलस्थैटिक दबाव घट जाता है। इस प्रकार, स्रोत और सिंक कोशिकाओं के बीच बना दबाव अंतर शर्कराओं को पूर्व से उत्तर तक स्थानांतरित होने की अनुमति देता है। यह स्टार्च या सेल्युलोज अंततः सिंक कोशिकाओं से सक्रिय परिवहन द्वारा हटा लिया जाता है।

उत्तर

पत्तियों की सतहों पर उपस्थित छोटे छिद्र, जिन्हें स्टोमेटा कहा जाता है, गैसों के आदान-प्रदान में सहायता करते हैं। प्रत्येक स्टोमेटा बीन के आकार या डम्बल के आकार की गार्ड कोशिकाओं से बना होता है। गार्ड कोशिकाओं को घेरने वाली बाह्यकोशिकीय कोशिकाएं सहायक कोशिकाओं के रूप में रूपांतरित हो जाती हैं। गार्ड कोशिकाओं के खुलने और बंद होने का कारण उनकी तुर्गिडता में परिवर्तन है। गार्ड कोशिकाओं की आंतरिक भित्तियाँ मोटी और लचीली होती हैं, जबकि बाहरी भित्तियाँ पतली होती हैं। गार्ड कोशिकाओं में उपस्थित अनेक सूक्ष्म रेशे गार्ड कोशिकाओं के खुलने और बंद होने में सुविधा प्रदान करते हैं।

स्टोमेटा के खुलने के समय, गार्ड कोशिकाओं की तुर्गिडिटी बढ़ जाती है। परिणामस्वरूप, बाहरी दीवारें बाहर की ओर उभरती हैं और भीतरी दीवारें अर्धचंद्राकार हो जाती हैं। स्टोमेटा का उद्घाटन सूक्ष्मतंतुकों की त्रिज्यीय व्यवस्था द्वारा सुगम बनाया जाता है।

स्टोमेटा के बंद होने के समय, गार्ड कोशिकाएं अपनी तुर्गिडिटी खो देती हैं, बाहरी और भीतरी दीवारें अपने मूल आकार को बरकरार रखती हैं, और सूक्ष्मतंतुक अनुदिश रूप से व्यवस्थित हो जाते हैं।