Bihar Board Class 11 Biology Chapter 13 – उच्च पादपों में प्रकाश-संश्लेषण

उच्च पादपों में प्रकाश-संश्लेषण

हरे पौधे सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा का उपयोग करके कार्बन डाइऑक्साइड और जल से कार्बनिक भोजन का निर्माण करते हैं। इस प्रक्रिया को प्रकाश-संश्लेषण या Photosynthesis कहते हैं। पृथ्वी पर लगभग सभी खाद्य श्रृंखलाओं की ऊर्जा का मूल स्रोत किसी न किसी रूप में यही प्रक्रिया है।

प्रकाश-संश्लेषण मुख्यतः पत्तियों के chloroplast में होता है। इसमें प्रकाश ऊर्जा रासायनिक ऊर्जा में बदलती है और अंततः कार्बोहाइड्रेट जैसे कार्बनिक पदार्थों का निर्माण होता है।

प्रकाश-संश्लेषण का सामान्य समीकरण

सरल रूप में इसे इस प्रकार समझा जा सकता है:

CO₂ + H₂O + प्रकाश ऊर्जा → कार्बोहाइड्रेट + O₂

वास्तविक प्रक्रिया कई चरणों और अनेक मध्यवर्ती अभिक्रियाओं से होकर गुजरती है।

प्रकाश संश्लेषी वर्णक

प्रकाश ऊर्जा को ग्रहण करने के लिए chlorophyll और carotenoids जैसे pigments महत्वपूर्ण हैं। Chlorophyll a मुख्य photosynthetic pigment है, जबकि chlorophyll b और carotenoids सहायक वर्णकों के रूप में कार्य करते हैं।

हरितलवक की संरचना

Chloroplast दोहरी झिल्ली से घिरा होता है। इसके अंदर grana और stroma पाए जाते हैं। Grana में thylakoid membranes होती हैं, जहाँ प्रकाश अभिक्रियाएँ होती हैं। Stroma में carbon fixation से संबंधित reactions होती हैं।

प्रकाश अभिक्रिया

प्रकाश अभिक्रिया में सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा का उपयोग करके ATP और NADPH जैसे ऊर्जा-समृद्ध पदार्थ बनाए जाते हैं। जल के photolysis से oxygen निकलती है।

फोटोसिस्टम

Photosystems ऐसे pigment-protein complexes हैं जो प्रकाश ऊर्जा को ग्रहण करते हैं। Photosystem II और Photosystem I प्रकाश संश्लेषण की प्रकाशीय प्रतिक्रियाओं में महत्वपूर्ण हैं।

चक्रीय और अचक्रीय फोटोफॉस्फोरिलेशन

Calvin Cycle

प्रकाश-संश्लेषण की carbon fixation वाली प्रमुख प्रक्रिया को Calvin cycle कहा जाता है। इसमें CO₂ को जैविक कार्बनिक पदार्थों में परिवर्तित करने की क्रमिक अभिक्रियाएँ होती हैं। RuBisCO enzyme carbon fixation के महत्वपूर्ण चरण को catalyse करता है।

RuBisCO

RuBisCO एक ऐसा enzyme है जो carbon dioxide और oxygen दोनों के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है। CO₂ की उपलब्धता और अन्य परिस्थितियों के आधार पर इसकी carboxylase या oxygenase activity प्रमुख हो सकती है।

C₃ पौधे

जिन पौधों में carbon fixation के बाद बनने वाला पहला स्थायी उत्पाद 3-carbon compound होता है, उन्हें C₃ plants कहा जाता है। अधिकांश सामान्य पौधे C₃ प्रकार के होते हैं।

C₄ पौधे

C₄ पौधों में CO₂ fixation की प्रारंभिक प्रक्रिया चार कार्बन वाले compound के निर्माण की ओर ले जाती है। ये उच्च तापमान और तेज प्रकाश जैसी परिस्थितियों में विशेष रूप से प्रभावी हो सकते हैं।

Kranz anatomy

C₄ पौधों की पत्तियों में vascular bundles के चारों ओर bundle sheath cells की विशेष व्यवस्था होती है, जिसे Kranz anatomy कहा जाता है। इसमें mesophyll और bundle sheath cells प्रकाश-संश्लेषण की अलग-अलग अवस्थाओं में विशेष भूमिका निभाते हैं।

C₃ और C₄ पौधों में अंतर

प्रकाश-श्वसन

जब RuBisCO oxygenase के रूप में कार्य करता है और oxygen fixation से संबंधित pathway सक्रिय होता है, तो photorespiration की प्रक्रिया होती है। इसमें उपयोगी carbohydrate और ATP का सीधा उत्पादन नहीं होता, इसलिए C₃ plants में यह photosynthetic efficiency को कम कर सकती है।

प्रकाश-संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक

• प्रकाश की तीव्रता
• प्रकाश की गुणवत्ता
• कार्बन डाइऑक्साइड की उपलब्धता
• तापमान
• जल की उपलब्धता
• वर्णकों की स्थिति

प्रकाश संतृप्ति

एक निश्चित सीमा तक प्रकाश की तीव्रता बढ़ाने पर photosynthesis की दर बढ़ सकती है। लेकिन एक स्तर के बाद प्रकाश की तीव्रता बढ़ाने पर भी दर में उल्लेखनीय वृद्धि नहीं होती। इसे light saturation के रूप में समझा जाता है।

अंधकार में पत्तियों का रंग बदलना

यदि हरी पत्ती को लंबे समय तक अंधकार में रखा जाए तो chlorophyll का निर्माण और रखरखाव प्रभावित होता है। इसके परिणामस्वरूप अन्य अपेक्षाकृत स्थायी pigments जैसे carotenoids अधिक दिखाई देने लगते हैं और पत्ती पीली या पीली-हरी दिखाई दे सकती है।

महत्वपूर्ण प्रश्नोत्तर

प्रश्न 1. प्रकाश-संश्लेषण क्या है?

उत्तर: हरे पौधों द्वारा प्रकाश ऊर्जा की सहायता से कार्बन डाइऑक्साइड और जल से कार्बनिक भोजन बनाने की प्रक्रिया प्रकाश-संश्लेषण कहलाती है।

प्रश्न 2. Chlorophyll b और carotenoids का क्या महत्व है?

उत्तर: ये सहायक वर्णक हैं। ये विभिन्न तरंगदैर्ध्य की प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करके उसे मुख्य photosynthetic pigment तक पहुँचाने में मदद करते हैं और प्रकाश से होने वाली क्षति से सुरक्षा में भी योगदान देते हैं।

प्रश्न 3. C₄ पौधे अधिक उत्पादक क्यों हो सकते हैं?

उत्तर: C₄ पौधों में CO₂ को प्रभावी ढंग से concentrate किया जाता है, जिससे RuBisCO के oxygenase activity की संभावना कम होती है और photorespiration घटती है। इस कारण गर्म और तेज प्रकाश वाली परिस्थितियों में इनकी photosynthetic efficiency अधिक हो सकती है।

प्रश्न 4. Kranz anatomy क्या है?

उत्तर: C₄ पौधों की पत्ती में vascular bundles के चारों ओर विशेष रूप से विकसित bundle sheath cells की व्यवस्था को Kranz anatomy कहते हैं।

प्रश्न 5. RuBisCO की दोहरी भूमिका क्या है?

उत्तर: RuBisCO CO₂ के साथ carboxylation तथा O₂ के साथ oxygenation दोनों प्रकार की प्रतिक्रियाएँ कर सकता है। CO₂ fixation photosynthesis के लिए उपयोगी है, जबकि oxygenation photorespiration से जुड़ी है।

प्रश्न 6. प्रकाश-संश्लेषण में oxygen कहाँ से आती है?

उत्तर: प्रकाश अभिक्रिया में जल के photolysis से oxygen उत्पन्न होती है और बाहर निकलती है।

प्रश्न 7. चक्रीय और अचक्रीय photophosphorylation में क्या अंतर है?

उत्तर: चक्रीय photophosphorylation में मुख्यतः ATP बनता है और electron वापस photosystem की ओर लौटता है। अचक्रीय प्रक्रिया में ATP तथा NADPH का निर्माण होता है और जल के विघटन से oxygen भी निकलती है।

वस्तुनिष्ठ प्रश्न

1. प्रकाश-संश्लेषण का मुख्य वर्णक कौन-सा है? — Chlorophyll a।
2. Carbon fixation में प्रमुख enzyme कौन-सा है? — RuBisCO।
3. C₃ pathway का पहला स्थायी उत्पाद कितने carbon वाला होता है? — तीन carbon वाला।
4. C₄ plants में विशेष anatomy क्या कहलाती है? — Kranz anatomy।
5. प्रकाश अभिक्रिया कहाँ होती है? — Thylakoid membranes में।
6. Calvin cycle कहाँ होता है? — Chloroplast के stroma में।
7. जल के photolysis से कौन-सी गैस निकलती है? — Oxygen।

अध्याय सार

प्रकाश-संश्लेषण पौधों में प्रकाश ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में बदलने वाली मूल प्रक्रिया है। इसमें pigments, photosystems, प्रकाश अभिक्रिया, ATP-NADPH निर्माण और carbon fixation महत्वपूर्ण हैं। C₃ और C₄ pathways, Kranz anatomy, RuBisCO और photorespiration इस अध्याय के सबसे महत्वपूर्ण concepts हैं।

पिछला अध्याय: Bihar Board Class 11 Biology Chapter 12 – खनिज पोषण

अगला अध्याय: Bihar Board Class 11 Biology Chapter 14 – पादप में श्वसन