अध्याय १३ उच्च वनस्पतींमध्ये प्रकाशसंश्लेषण उपक्रम
उपक्रम
1. वनस्पतीच्या बाह्य स्वरूपावरून ती $C_3$ आहे की $C_4$ आहे हे सांगता येईल का? का आणि कसे?
Show Answer
उत्तर वनस्पतीची पाने आणि इतर बाह्य आकारिक वैशिष्ट्ये पाहून ती $C_3$ आहे की $C_4$ आहे हे ओळखता येत नाही. $C_3$ वनस्पतींच्या विपरीत, $C_4$ वनस्पतींच्या पानांची एक विशेष शारीरिक रचना असते जिला $Kranz$ शारीरिक रचना म्हणतात आणि हा फरक केवळ पेशी स्तरावरच पाहता येतो. उदाहरणार्थ, गहू आणि मका हे दोन्ही गवत प्रकारचे असले तरी, गहू ही $C_3$ वनस्पती आहे, तर मका ही $C_4$ वनस्पती आहे.2. वनस्पतीच्या कोणत्या अंतर्गत रचनेकडे पाहून ती $C_3$ आहे की $C_4$ आहे हे सांगता येईल? स्पष्ट करा.
Show Answer
उत्तर $C_4$ वनस्पतींच्या पानांमध्ये क्रान्झ शारीरिक रचना नावाची एक विशेष शारीरिक रचना असते. ही त्यांना $C_3$ वनस्पतींपेक्षा वेगळी बनवते. बंडल-शीथ पेशी म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या विशेष पेशी रक्तवाहिन्या बंडलांच्या भोवती असतात. या पेशींमध्ये मोठ्या प्रमाणात हरितद्रव्ये असतात. त्यांच्या भिंती जाड असतात आणि त्यांच्यामध्ये आंतरपेशीय अवकाश नसतात. त्या वायूंच्या देवाणघेवाणीसाठी अभेद्य असतात. ही सर्व शारीरिक वैशिष्ट्ये $C_4$ वनस्पतींमध्ये प्रकाशश्वसन रोखण्यास मदत करतात, त्यामुळे त्यांची प्रकाशसंश्लेषण करण्याची क्षमता वाढते.3. जरी $C_4$ वनस्पतीमध्ये अगदी काही पेशीच जैवसंश्लेषणात्मक - केल्विन मार्गाचे कार्य करतात, तरी त्या अत्यंत उत्पादक असतात. तुम्ही याची चर्चा करू शकता का?
Show Answer
उत्तर
वनस्पतीची उत्पादकता ही तिच्या प्रकाशसंश्लेषणाच्या दराने मोजली जाते. वनस्पतीमध्ये असलेल्या कार्बन डायऑक्साइडचे प्रमाण हे प्रकाशसंश्लेषणाच्या दराशी थेट प्रमाणात असते. $C_4$ वनस्पतींमध्ये कार्बन डायऑक्साइडची एकाग्रता वाढवण्याची यंत्रणा असते. $C_4$ वनस्पतींमध्ये, केल्विन चक्र बंडल-शीथ पेशींमध्ये घडते. मध्योतक पेशींमधील $C_4$ संयुग (मॅलिक आम्ल) बंडल-शीथ पेशींमध्ये विघटित होते. त्यामुळे, $CO_2$ सोडले जाते. $CO_2$ मध्ये वाढ झाल्याने RuBisCo सजीवन हे ऑक्सिजनेज म्हणून न वागता कार्बोक्सिलेज म्हणून कार्य करते. यामुळे प्रकाशश्वसन रोखले जाते आणि प्रकाशसंश्लेषणाचा दर वाढतो. अशाप्रकारे, $C_4$ वनस्पती अत्यंत उत्पादक असतात.
4. RuBisCO हे एक सजीवन आहे जे कार्बोक्सिलेज आणि ऑक्सिजनेज दोन्ही म्हणून कार्य करते. तुम्हाला असे का वाटते की $C_4$ वनस्पतींमध्ये RuBisCO अधिक कार्बोक्सिलीकरण करते?
Show Answer
उत्तर
$C_4$ वनस्पतींच्या मध्योतक पेशींमध्ये RuBisCo सजीवन अनुपस्थित असते. ते रक्तवाहिन्या बंडलांच्या भोवती असलेल्या बंडल-शीथ पेशींमध्ये असते. $C_4$ वनस्पतींमध्ये, केल्विन चक्र बंडल-शीथ पेशींमध्ये घडते. मध्योतक पेशींमधील प्राथमिक $CO_2$ स्वीकारक हा फॉस्फोइनॉल पायरुवेट असतो - हे तीन-कार्बन संयुग असते. ते चार-कार्बन संयुग ऑक्सालोएसेटिक आम्ल (OAA) मध्ये रूपांतरित होते. OAA पुढे मॅलिक आम्लात रूपांतरित होते. मॅलिक आम्ल बंडल-शीथ पेशींमध्ये वाहून नेले जाते, जिथे त्याचे डीकार्बोक्सिलीकरण होते आणि $CO_2$ स्थिरीकरण केल्विन चक्राद्वारे घडते. यामुळे RuBisCo सजीवनाला ऑक्सिजनेज म्हणून कार्य करण्यापासून रोखले जाते.
5. समजा अशा वनस्पती होत्या ज्यामध्ये क्लोरोफिल b ची उच्च एकाग्रता असती, पण क्लोरोफिल a नसती, तर त्या प्रकाशसंश्लेषण करू शकल्या असत्या का? मग वनस्पतींमध्ये क्लोरोफिल b आणि इतर सहाय्यक वर्णक का असतात?
Show Answer
उत्तर
क्लोरोफिल-a रेणू अँटेना रेणू म्हणून कार्य करतात. ते प्रकाश शोषून उत्तेजित होतात आणि चक्रीय व अचक्रीय प्रकाशफॉस्फोरिलीकरणादरम्यान इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करतात. ते प्रकाशप्रणाली I आणि II या दोन्हीसाठी अभिक्रिया केंद्रे तयार करतात. क्लोरोफिल-b आणि कॅरोटीनॉइड्स आणि झॅन्थोफिल्स सारखी इतर प्रकाशसंश्लेषक वर्णक ही सहाय्यक वर्णक म्हणून कार्य करतात. त्यांची भूमिका ऊर्जा शोषून घेऊन ती क्लोरोफिल-a वर हस्तांतरित करणे ही असते. कॅरोटीनॉइड्स आणि झॅन्थोफिल्स ही क्लोरोफिल रेणूंचे प्रकाश-ऑक्सिकरणापासून संरक्षण देखील करतात. म्हणून, प्रकाशसंश्लेषणासाठी क्लोरोफिल-a आवश्यक आहे.
जर कोणत्याही वनस्पतीमध्ये क्लोरोफिल-a चा अभाव असेल आणि क्लोरोफिल- $b$ ची उच्च एकाग्रता असेल, तर अशी वनस्पती प्रकाशसंश्लेषण करणार नाही.
6. अंधारात ठेवलेल्या पानाचा रंग वारंवार पिवळा किंवा फिकट हिरवा का असतो? तुम्हाला कोणते वर्णक अधिक स्थिर वाटते?
Show Answer
उत्तर
पानांना प्रकाशसंश्लेषण करण्यासाठी प्रकाशाची आवश्यकता असल्याने, अंधारात ठेवलेल्या पानाचा रंग गडद हिरव्यापासून हलक्या हिरव्या छटेकडे बदलतो. कधीकधी ते पिवळेही होते. प्रकाशसंश्लेषणासाठी आवश्यक असलेल्या क्लोरोफिल वर्णकाचे उत्पादन हे उपलब्ध प्रकाशाच्या प्रमाणाशी थेट प्रमाणात असते. प्रकाशाच्या अभावात, क्लोरोफिल-a रेणूंचे उत्पादन थांबते आणि ते हळूहळू विघटित होतात. यामुळे पानाचा रंग हळूहळू हलका हिरवा होतो. या प्रक्रियेदरम्यान, झॅन्थोफिल आणि कॅरोटीनॉइड वर्णक प्रबळ होतात, ज्यामुळे पान पिवळे होते. ही वर्णके अधिक स्थिर असतात कारण त्यांच्या उत्पादनासाठी प्रकाश आवश्यक नसतो. ती नेहमी वनस्पतींमध्ये उपस्थित असतात.
7. एकाच वनस्पतीची सावलीच्या बाजूची पाने आणि सूर्यप्रकाशातील बाजूची पाने यांची तुलना करा. किंवा, सूर्यप्रकाशात ठेवलेल्या कुंडीतील वनस्पती आणि सावलीत ठेवलेल्या वनस्पती यांची तुलना करा. त्यापैकी कोणत्या वनस्पतींची/पानांची हिरवी छटा गडद असते? का?
Show Answer
उत्तर
प्रकाशसंश्लेषणासाठी प्रकाश हे एक मर्यादित घटक आहे. सावलीत असलेल्या पानांना प्रकाशसंश्लेषणासाठी कमी प्रकाश मिळतो. म्हणून, सावलीतील पाने किंवा वनस्पती सूर्यप्रकाशात ठेवलेल्या पानांपेक्षा किंवा वनस्पतींपेक्षा कमी प्रकाशसंश्लेषण करतात.
प्रकाशसंश्लेषणाचा दर वाढवण्यासाठी, सावलीतील पानांमध्ये अधिक क्लोरोफिल वर्णक असतात. क्लोरोफिल सामग्रीत ही वाढ पानांद्वारे शोषल्या जाणाऱ्या प्रकाशाचे प्रमाण वाढवते, ज्यामुळे प्रकाशसंश्लेषणाचा दर वाढतो. म्हणून, सावलीतील पाने किंवा वनस्पती सूर्यप्रकाशात ठेवलेल्या पानांपेक्षा किंवा वनस्पतींपेक्षा अधिक हिरवीगार असतात.
8. आकृती 13.10 मध्ये प्रकाशसंश्लेषणाच्या दरावर प्रकाशाचा परिणाम दाखवला आहे. आलेखावर आधारित, पुढील प्रश्नांची उत्तरे द्या:
(a) वक्रातील कोणत्या बिंदू/बिंदूंवर (A, B किंवा C) प्रकाश हे मर्यादित घटक आहे?
(b) प्रदेश A मध्ये मर्यादित घटक/घटक काय असू शकतात?
(c) वक्रावरील C आणि D काय दर्शवतात?
Show Answer
उत्तर
(a) साधारणपणे, प्रकाश हे मर्यादित घटक नसते. सावलीत किंवा झाडांच्या छत्र्याखाली वाढणाऱ्या वनस्पतींसाठी ते मर्यादित घटक बनते. दिलेल्या आलेखामध्ये, प्रकाशसंश्लेषण किमान असलेल्या बिंदूवर प्रकाश हे मर्यादित घटक आहे. प्रकाशसंश्लेषणाचे किमान मूल्य प्रदेश $\mathbf{A}$ मध्ये आहे. म्हणून, या प्रदेशात प्रकाश हे मर्यादित घटक आहे.
(b) प्रदेश A मध्ये प्रकाश हे मर्यादित घटक आहे. या प्रदेशात पाणी, तापमान आणि कार्बन डायऑक्साइडची एकाग्रता देखील मर्यादित घटक असू शकतात.
(c) बिंदू $\mathbf{D}$ हा इष्टतम बिंदू दर्शवतो आणि ज्या प्रकाश तीव्रतेवर कमाल प्रकाशसंश्लेषण नोंदवले जाते ती प्रकाश तीव्रता देतो. या बिंदूनंतर, प्रदेश $\mathbf{C}$ मध्ये प्रकाशाची तीव्रता वाढली तरीही प्रकाशसंश्लेषणाचा दर स्थिर राहतो.
9. पुढील गोष्टींमधील तुलना द्या:
(a) $C_3$ आणि $C_4$ मार्ग
(b) चक्रीय आणि अचक्रीय प्रकाशफॉस्फोरिलीकरण
(c) $C_3$ आणि $C_4$ वनस्पतींमधील पानाची शारीरिक रचना
Show Answer
उत्तर
(a) $C_3$ आणि $C_4$ मार्ग
| $C_3$ मार्ग | $C_4$ मार्ग |
|---|---|
| 1. $CO_2$ चा प्राथमिक स्वीकारक $RUBP$ आहे हे पाच-कार्बन संयुग आहे. | 1. $CO_2$ चा प्राथमिक स्वीकारक फॉस्फोइनॉल पायरुवेट आहे हे तीन-कार्बन संयुग आहे. |
| 2. पहिले स्थिर उत्पादन 3-फॉस्फोग्लिसरेट आहे. | 2. पहिले स्थिर उत्पादन ऑक्सालोएसेटिक आम्ल आहे. |
| 3. ते केवळ पानांच्या मध्योतक पेशींमध्ये घडते. | 3. ते पानांच्या मध्योतक आणि बंडल-शीथ पेशींमध्ये घडते. |
| 4. ही कार्बन स्थिरीकरणाची हळू प्रक्रिया आहे आणि प्रकाशश्वसनातील तोटे जास्त असतात. | 4. ही कार्बन स्थिरीकरणाची वेगवान प्रक्रिया आहे आणि प्रकाशश्वसनातील तोटे कमी असतात. |
(b) चक्रीय आणि अचक्रीय प्रकाशफॉस्फोरिलीकरण
| चक्रीय प्रकाशफॉस्फोरिलीकरण | अचक्रीय प्रकाशफॉस्फोरिलीकरण |
|---|---|
| 1. ते केवळ प्रकाशप्रणाली I मध्ये घडते. | 1. ते प्रकाशप्रणाली I आणि II मध्ये घडते. |
| 2. त्यात केवळ ATP चे संश्लेषण समाविष्ट असते. | 2. त्यात ATP आणि $NADPH_2$ चे संश्लेषण समाविष्ट असते. |
| 3. या प्रक्रियेत, पाण्याचे प्रकाशविघटन होत नाही. | 3. या प्रक्रियेत, पाण्याचे प्रकाशविघटन होते आणि ऑक्सिजन मुक्त होते. |
| 4. या प्रक्रियेत, इलेक्ट्रॉन बंद वर्तुळात फिरतात. | 4. या प्रक्रियेत, इलेक्ट्रॉन बंद वर्तुळात फिरत नाहीत. |
(c) $C_3$ आणि $C_4$ वनस्पतींमधील पानांची शारीरिक रचना
| $C_3$ पाने | $C_4$ पाने |
|---|---|
| 1. बंडल-शीथ पेशी अनुपस्थित असतात | 1. बंडल-शीथ पेशी उपस्थित असतात |
| 2. RuBisCo हे मध्योतक पेशींमध्ये असते. | 2. RuBisCo हे बंडल-शीथ पेशींमध्ये असते. |
| 3. तयार होणारे पहिले स्थिर संयुग 3-फॉस्फोग्लिसरेट आहे हे तीन-कार्बन संयुग आहे. | 3. तयार होणारे पहिले स्थिर संयुग ऑक्सालोएसेटिक आम्ल आहे हे चार-कार्बन संयुग आहे. |
| 4. प्रकाशश्वसन घडते | 4. प्रकाशश्वसन घडत नाही |
BETA
