Model Answer
0 min readIntroduction
पादपों में कार्बन स्थिरीकरण वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) को जैविक यौगिकों में परिवर्तित किया जाता है, मुख्य रूप से प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से। यह प्रक्रिया पृथ्वी पर जीवन के लिए मूलभूत है, क्योंकि यह खाद्य श्रृंखला का आधार बनती है और वैश्विक कार्बन चक्र को बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। पादपों ने विभिन्न पर्यावरणीय परिस्थितियों के अनुकूल होने के लिए CO2 स्थिरीकरण के कई विशिष्ट मार्ग विकसित किए हैं। इनमें सबसे प्रमुख C3, C4 और CAM पाथवे हैं, जो विशेष रूप से जल-तनाव वाले वातावरण में पादपों को प्रभावी ढंग से प्रकाश संश्लेषण करने में मदद करते हैं।
पादपों में कार्बन स्थिरीकरण के विभिन्न मार्ग
पादपों में कार्बन डाइऑक्साइड के स्थिरीकरण के मुख्य रूप से तीन मार्ग हैं, जो उनके द्वारा उपयोग किए जाने वाले एंजाइमों और निर्मित होने वाले पहले स्थिर यौगिक के आधार पर भिन्न होते हैं:
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C3 पाथवे (केल्विन चक्र)
- यह सबसे सामान्य कार्बन स्थिरीकरण मार्ग है और सभी पादपों में पाया जाता है, चाहे वे C3, C4 या CAM पादप हों। [3]
- इसमें RuBisCO (राइबुलोज-1,5-बिसफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज/ऑक्सीजिनेज) एंजाइम CO2 को राइबुलोज-1,5-बिसफॉस्फेट (RuBP) के साथ जोड़कर एक अस्थिर 6-कार्बन यौगिक बनाता है, जो तुरंत 3-फॉस्फोग्लिसरेट (PGA) के दो अणुओं में टूट जाता है। PGA एक 3-कार्बन यौगिक है, इसलिए इसे C3 पाथवे कहा जाता है। [12]
- यह प्रक्रिया क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होती है।
- C3 पाथवे वाले पादप ठंडे और मध्यम जलवायु में पाए जाते हैं। उदाहरण: चावल, गेहूं, जई।
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C4 पाथवे
- यह पाथवे गर्म और शुष्क वातावरण में पाए जाने वाले पादपों में विकसित हुआ है, जैसे मक्का, गन्ना, ज्वार। [7]
- C4 पादपों में एक विशेष प्रकार की शारीरिक रचना होती है जिसे 'क्रैंज शारीरिकी' कहा जाता है, जिसमें संवहनी बंडलों के चारों ओर बंडल शीथ कोशिकाएं होती हैं। [7, 15]
- इसमें CO2 का प्राथमिक स्थिरीकरण मेसोफिल कोशिकाओं में फॉस्फोएनोलपाइरुवेट (PEP) कार्बोक्सिलेज एंजाइम द्वारा होता है, जो CO2 को PEP के साथ जोड़कर 4-कार्बन यौगिक ऑक्सालोएसिटेट (OAA) बनाता है। [7]
- OAA को मैलेट या एस्पार्टेट में परिवर्तित किया जाता है और बंडल शीथ कोशिकाओं में ले जाया जाता है, जहाँ इसे CO2 मुक्त करने के लिए डिकार्बोक्सिलेट किया जाता है। मुक्त CO2 फिर केल्विन चक्र में प्रवेश करती है। [7, 11]
- यह प्रक्रिया प्रकाश श्वसन को कम करती है, जो C3 पादपों में दक्षता को कम कर सकती है।
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CAM पाथवे (क्रैसुलेसियन एसिड मेटाबॉलिज्म)
- CAM पाथवे उन पादपों में पाया जाता है जो अत्यधिक शुष्क परिस्थितियों में जीवित रहने के लिए अनुकूलित होते हैं, जैसे रसीले पौधे (सक्यूलेंट्स), कैक्टस, अनानास। [2, 5]
- यह पाथवे पानी के नुकसान को कम करने के लिए दिन और रात में गैस विनिमय को अलग करता है।
CAM पाथवे तथा रंध्रीय गतिविधि में इसकी भूमिका
CAM (क्रैसुलेसियन एसिड मेटाबॉलिज्म) पाथवे एक अद्वितीय अनुकूलन है जो शुष्क और अर्ध-शुष्क वातावरण में पादपों को पानी के अत्यधिक नुकसान के बिना प्रकाश संश्लेषण करने की अनुमति देता है। [5] इसमें रंध्रीय गतिविधि (स्टोमेटल एक्टिविटी) एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है:
1. रात्रि चरण (कार्बोक्सिलेशन):
- रात के समय, जब तापमान कम होता है और वाष्पोत्सर्जन का खतरा कम होता है, तो CAM पादपों के रंध्र (स्टोमेटा) खुल जाते हैं। [4, 5]
- वायुमंडलीय CO2 पत्तियों में प्रवेश करती है और मेसोफिल कोशिकाओं में फॉस्फोएनोलपाइरुवेट (PEP) कार्बोक्सिलेज एंजाइम द्वारा PEP के साथ स्थिर हो जाती है, जिससे ऑक्सालोएसिटेट (OAA) बनता है। [5, 13]
- OAA को मैलेट में परिवर्तित किया जाता है और रात भर कोशिका के रिक्तिकाओं (vacuoles) में मैलिक एसिड के रूप में जमा किया जाता है। [4, 5, 14]
- यह सुनिश्चित करता है कि CO2 को तब एकत्र किया जाए जब पानी का नुकसान सबसे कम हो।
2. दिन चरण (डिकार्बोक्सिलेशन):
- दिन के समय, जब सूर्य का प्रकाश उपलब्ध होता है और तापमान अधिक होता है, तो CAM पादपों के रंध्र बंद हो जाते हैं। [4, 5, 14]
- इससे वाष्पोत्सर्जन के माध्यम से पानी के नुकसान को रोका जा सकता है।
- रात में संचित मैलिक एसिड रिक्तिकाओं से बाहर निकलकर क्लोरोप्लास्ट में जाता है, जहां इसे डिकार्बोक्सिलेट किया जाता है। यह CO2 और पाइरुवेट छोड़ता है। [4, 5]
- यह मुक्त CO2 फिर केल्विन चक्र में प्रवेश करती है और शर्करा (ग्लूकोज) बनाने के लिए उपयोग की जाती है। [4, 5]
- पाइरुवेट को PEP में पुनर्जीवित किया जाता है ताकि रात में CO2 के अधिग्रहण के लिए इसका उपयोग किया जा सके।
CAM पाथवे के लाभ:
- जल संरक्षण: दिन के समय रंध्रों को बंद रखने से पादप अत्यधिक पानी के नुकसान से बचते हैं, जो शुष्क वातावरण में महत्वपूर्ण है।
- प्रकाश श्वसन में कमी: CO2 को रात में केंद्रित करने और दिन में इसे केल्विन चक्र के लिए उपलब्ध कराने से, यह RuBisCO एंजाइम के साथ ऑक्सीजन की प्रतिस्पर्धा को कम करता है, जिससे प्रकाश श्वसन कम होता है और प्रकाश संश्लेषण दक्षता बढ़ती है।
- मरुस्थलीय अनुकूलन: यह कैक्टस, अनानास और क्रैसुलेसी परिवार के अन्य पौधों जैसे पादपों को कठोर मरुस्थलीय परिस्थितियों में पनपने में सक्षम बनाता है।
संक्षेप में, CAM पाथवे रंध्रीय गतिविधि के एक समय-आधारित पृथक्करण का उपयोग करता है, जहां CO2 का अधिग्रहण रात में होता है और इसका उपयोग प्रकाश संश्लेषण के लिए दिन में होता है। यह अनुकूलन पादपों को सीमित जल संसाधनों वाले वातावरण में जीवित रहने और पनपने में मदद करता है।
Conclusion
पादपों में कार्बन स्थिरीकरण के C3, C4 और CAM जैसे विविध मार्ग पृथ्वी पर जीवन के लिए पादपों के अनुकूलन और लचीलेपन को दर्शाते हैं। ये पाथवे न केवल पादपों के अस्तित्व के लिए महत्वपूर्ण हैं, बल्कि वे वैश्विक कार्बन चक्र को भी नियंत्रित करते हैं और पृथ्वी के जलवायु संतुलन को बनाए रखने में महत्वपूर्ण योगदान देते हैं। CAM पाथवे विशेष रूप से शुष्क वातावरण में जल-संरक्षण के लिए एक उत्कृष्ट जैविक समाधान प्रस्तुत करता है, जिससे इन पादपों को अत्यधिक तनावपूर्ण परिस्थितियों में भी प्रभावी ढंग से प्रकाश संश्लेषण करने में मदद मिलती है। इन पाथवे की समझ कृषि उत्पादकता और जलवायु परिवर्तन शमन रणनीतियों के लिए आवश्यक है।
Answer Length
This is a comprehensive model answer for learning purposes and may exceed the word limit. In the exam, always adhere to the prescribed word count.