C4 Questions in Gujarati

(C) ક્રાન્ઝ અંતઃસ્થ રચના એ $C_4$ વનસ્પતિઓના પર્ણોમાં જોવા મળતી એક વિશિષ્ટ રચના છે.
તેમાં વાહીપુલની આસપાસ પુલકંચુક કોષો એક વલયાકાર રચનામાં ગોઠવાયેલા હોય છે.
આ પ્રકારની અંતઃસ્થ રચના એકદળી (દા.ત.,શેરડી,મકાઈ અને જુવાર) અને કેટલીક દ્વિદળી (દા.ત.,એમેરેન્થસ એડ્યુલિસ,એટ્રીપ્લેક્સ રોઝિયા) વનસ્પતિઓમાં જોવા મળે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $(c)$ છે.

(B) $C_4$ પ્રકાશસંશ્લેષણ પથમાં,પ્રાથમિક કાર્બોક્સિલેશનની પ્રક્રિયા મધ્યપર્ણ કોષોમાં થાય છે.
$CO_2$ નો સ્વીકાર ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ નામના $3$-કાર્બન ધરાવતા અણુ દ્વારા થાય છે.
આ પ્રક્રિયા $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(PEPCase)$ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપ્ત થાય છે.
આ પ્રક્રિયાના પરિણામે $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન,ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ બને છે.

(B) $C_4$ વનસ્પતિઓ પાણીના ઉપયોગની કાર્યક્ષમતાની દ્રષ્ટિએ $C_3$ વનસ્પતિઓ કરતા વધુ કાર્યક્ષમ છે.
તેઓ ઓછા સાંદ્રતાએ પણ $CO_2$ નું સ્થાપન કરી શકે છે,જે તેમને દિવસ દરમિયાન તેમના વાયુરંધ્રોને આંશિક રીતે બંધ રાખવાની મંજૂરી આપે છે,જેથી બાષ્પોત્સર્જન દ્વારા થતા પાણીના વ્યયને ઘટાડી શકાય અને સાથે સાથે પ્રકાશસંશ્લેષણનો ઊંચો દર જાળવી શકાય.
તેથી,$C_4$ વનસ્પતિઓ $C_3$ વનસ્પતિઓ કરતા બાષ્પોત્સર્જન દ્વારા થતા પાણીના વ્યયને વધુ સારી રીતે ઘટાડે છે.

(B) $CAM$ (Crassulacean Acid Metabolism) વનસ્પતિઓમાં,જે સામાન્ય રીતે $Succulents$ (માંસલ) હોય છે,તેમાં બાષ્પોત્સર્જન દ્વારા પાણીનો વ્યય અટકાવવા માટે વાયુરંધ્ર દિવસ દરમિયાન બંધ રહે છે અને $CO_2$ ગ્રહણ કરવા માટે રાત્રે ખુલે છે. આવા વાયુરંધ્રને $scotoactive$ (અંધકાર-સક્રિય) વાયુરંધ્ર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(C) સ્કોટોએક્ટિવ વાયુરંધ્ર એટલે એવા વાયુરંધ્ર જે દિવસ દરમિયાન બંધ રહે છે અને રાત્રે ખુલે છે.
આ પ્રક્રિયા શુષ્ક વાતાવરણમાં પાણીનો વધુ પડતો વ્યય અટકાવવા માટેનું અનુકૂલન છે.
$CAM$ (Crassulacean Acid Metabolism) વનસ્પતિઓ,જે સામાન્ય રીતે માંસલ હોય છે,તે પાણી બચાવવા માટે રાત્રિના ઠંડા સમય દરમિયાન વાયુ વિનિમય કરે છે,તેથી તેમાં સ્કોટોએક્ટિવ વાયુરંધ્ર જોવા મળે છે.

(D) $CAM$ (Crassulacean Acid Metabolism) વનસ્પતિઓ શુષ્ક વાતાવરણમાં ટકી રહેવા માટે એક વિશિષ્ટ અનુકૂલન ધરાવે છે.
તેઓ સ્કોટોએક્ટિવ (scotoactive) પર્ણરંધ્રો ધરાવે છે,જેનો અર્થ છે કે તેમના પર્ણરંધ્રો રાત્રિ દરમિયાન $CO_2$ ગ્રહણ કરવા માટે ખુલે છે અને દિવસ દરમિયાન બાષ્પોત્સર્જન દ્વારા થતા પાણીના વ્યયને ઘટાડવા માટે બંધ રહે છે.
આ પ્રક્રિયા તેમને અત્યંત સૂકી પરિસ્થિતિઓમાં જીવંત રહેવામાં મદદ કરે છે.

(B) માંસલ વનસ્પતિઓમાં ($CAM$ વનસ્પતિઓ),વાયુરંધ્ર રાત્રે $CO_2$ લેવા માટે ખુલે છે.
રાત્રિ દરમિયાન,$CO_2$ ના અંધકાર સ્થાપન દ્વારા કાર્બોદિતોનું અપૂર્ણ ઓક્સિડેશન થઈને કાર્બનિક એસિડ,મુખ્યત્વે મેલિક એસિડ બને છે.
કાર્બનિક એસિડનો આ સંગ્રહ રક્ષક કોષોની આસૃતિ સાંદ્રતામાં વધારો કરે છે,જેના કારણે પાણીનો પ્રવેશ થાય છે અને વાયુરંધ્ર ખુલે છે.
દિવસ દરમિયાન,આ કાર્બનિક એસિડનું વિઘટન થઈને પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે $CO_2$ મુક્ત થાય છે અને પાણીના વ્યયને રોકવા માટે વાયુરંધ્ર બંધ થઈ જાય છે.

(B) $CO_2$ ના સ્થાપન માટે $CAM$ ($Crassulacean$ $Acid$ $Metabolism$) પથ સૌપ્રથમ $M.D.$ $Thomas$ દ્વારા વર્ણવવામાં આવ્યો હતો અને ત્યારબાદ $1950$ અને $1960$ ના દાયકામાં $Rouhani$ અને તેમના સહયોગીઓ દ્વારા તેનો વ્યાપક અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો.
આ પથ માંસલ વનસ્પતિઓમાં જોવા મળતી એક અનુકૂલન પદ્ધતિ છે,જે રાત્રિ દરમિયાન $CO_2$ નું સ્થાપન કરીને પ્રકાશશ્વસન $(photorespiration)$ અને પાણીનો વ્યય ઘટાડવામાં મદદ કરે છે.

(C) $C_4$ પથ,જેને હેચ-સ્લેક પથ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તેની શોધ $1966$ માં એમ.ડી. હેચ અને સી.આર. સ્લેક દ્વારા કરવામાં આવી હતી. આ પથમાં,$CO_2$ નું શરૂઆતમાં મેસોફિલ કોષોમાં સ્થાપન થઈને $4$-કાર્બન સંયોજન (ઓક્ઝેલોએસીટેટ) બને છે,જે ત્યારબાદ બંડલ શીથ કોષોમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે,જ્યાં તે કેલ્વિન ચક્ર માટે $CO_2$ મુક્ત કરવા માટે ડિકાર્બોક્સિલેશનની પ્રક્રિયામાંથી પસાર થાય છે. તેથી,સાચો જવાબ $C$ છે.

(A) શેરડી એ ${C_4}$ વનસ્પતિ છે.
${C_4}$ વનસ્પતિઓમાં પર્ણોમાં ક્રાન્ઝ અંતઃસ્થ રચના જોવા મળે છે,જેમાં હરિતકણો દ્વિરૂપી (બે અલગ પ્રકારના) હોય છે.
પુલકંચુક (bundle sheath) કોષોમાં મોટા હરિતકણો હોય છે જેમાં ગ્રાનાનો અભાવ હોય છે અને તે સ્ટાર્ચના સંગ્રહ સાથે સંકળાયેલા હોય છે.
પર્ણમધ્ય (mesophyll) કોષોમાં નાના,સામાન્ય પ્રકારના હરિતકણો હોય છે જેમાં પ્રકાશ-પ્રક્રિયા માટે સુવિકસિત ગ્રાના આવેલા હોય છે.

(A) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ સ્થાપન પર્ણમધ્ય પેશીના કોષોમાં થાય છે.
$CO_2$ એ ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ નામના $3$-કાર્બન સંયોજન સાથે જોડાઈને $4$-કાર્બન સંયોજન,ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ બનાવે છે.
આ પ્રક્રિયા $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(PEPCase)$ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
$RuBP$ કાર્બોક્સિલેઝ મુખ્યત્વે પુલકંચુકના કોષોમાં કેલ્વિન ચક્ર ($C_3$ ચક્ર) માં ભાગ લે છે.

(C) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,અંધકાર પ્રક્રિયા (કેલ્વિન ચક્ર) અવકાશી રીતે અલગ પડે છે.
$1$. પ્રાથમિક $CO_2$ સ્થાપન પર્ણમધ્ય પેશીના કોષોમાં હેચ-સ્લેક ચક્ર ($PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક) દ્વારા થાય છે.
$2$. કેલ્વિન ચક્ર (અંધકાર પ્રક્રિયા) ના ઉત્સેચકો,જેમ કે RuBisCO,પુલકંચુકના હરિતકણમાં જોવા મળે છે.
$3$. કારણ કે બંને પ્રકારના કોષો અંધકાર પ્રક્રિયાની સંપૂર્ણ પ્રક્રિયામાં ભાગ લે છે,તેથી અંધકાર પ્રક્રિયા માટેના ઉત્સેચકો પર્ણમધ્ય અને પુલકંચુક બંને કોષોમાં જોવા મળે છે.

(C) શેરડી જેવી $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પર્ણો ક્રાન્ઝ (Kranz) અંતઃસ્થ રચના દર્શાવે છે.
આ વનસ્પતિઓમાં બે પ્રકારના હરિતકણો જોવા મળે છે:
$1$. મધ્યપર્ણ (mesophyll) હરિતકણો,જેમાં સુવિકસિત ગ્રાના હોય છે અને તે પ્રકાશ પ્રક્રિયા કરે છે.
$2$. પુલકંચુક (bundle sheath) હરિતકણો,જે અગ્રેનલ (ગ્રાના વિહીન) હોય છે અને કેલ્વિન ચક્ર (અંધકાર પ્રક્રિયા) કરે છે.
તેથી,શેરડીના પુલકંચુક કોષોમાં રહેલા હરિતકણોમાં ગ્રાના હોતા નથી.

(B) ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ નું મેલિક એસિડમાં રૂપાંતરણ એ રિડક્શન પ્રક્રિયા છે.
$C_4$ પથમાં,$OAA$ નું રિડક્શન મેલેટ ડીહાઈડ્રોજનેઝ ઉત્સેચકની હાજરીમાં થાય છે,જેમાં રિડક્શન કરતા ઘટક તરીકે $NADPH + H^+$ નો ઉપયોગ થાય છે.
આ પ્રક્રિયા $C_4$ વનસ્પતિઓમાં $CO_2$ ના વહન માટે આવશ્યક છે,અને ઉત્પન્ન થયેલ મેલિક એસિડ ઘણીવાર મધ્યપર્ણ કોષોની રસધાનીઓમાં સંગ્રહિત થાય છે.

(D) $C_4$ પ્રકાશસંશ્લેષણ પથ (હેચ-સ્લેક ચક્ર) માં,ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ એ મેસોફિલ કોષોમાં બનતી પ્રથમ સ્થાયી નીપજ છે.
ત્યારબાદ આ $OAA$ નું મેલેટ ડિહાઈડ્રોજીનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા મેલિક એસિડ (અથવા એસ્પાર્ટિક એસિડ) માં રિડક્શન થાય છે.
આ પ્રક્રિયામાં રિડક્શન કરતા તરીકે $NADPH + H^+$ ની જરૂર પડે છે,જેનું રૂપાંતર $NADP^+$ માં થાય છે.
તેથી,આ રૂપાંતરણમાં સામેલ સાચો ઉત્સેચક મેલેટ ડિહાઈડ્રોજીનેઝ છે.

(B) $C_4$ પ્રકાશસંશ્લેષણ પથ (હેચ-સ્લેક ચક્ર) માં,મેસોફિલ કોષોમાં ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ બને છે.
ત્યારબાદ આ $OAA$ નું મેલેટ ડિહાઈડ્રોજનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા મેલિક એસિડ (અથવા એસ્પાર્ટિક એસિડ) માં રિડક્શન થાય છે.
આ રિડક્શન પ્રક્રિયા માટે રિડ્યુસિંગ એજન્ટ તરીકે $NADPH_2$ ની જરૂર પડે છે,જે કીટો ગ્રુપને હાઈડ્રોક્સિલ ગ્રુપમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે જરૂરી હાઈડ્રોજન પરમાણુઓ પૂરા પાડે છે.

(C) માંસલ મરુદભિદ વનસ્પતિઓ (જેમ કે $Crassulaceae$ કુળની વનસ્પતિઓ) પ્રકાશસંશ્લેષણનો એક વિશિષ્ટ પથ દર્શાવે છે જેને $Crassulacean$ $Acid$ $Metabolism$ $(CAM)$ કહેવામાં આવે છે.
આ વનસ્પતિઓમાં,રાત્રિ દરમિયાન વાયુરંધ્રો ખુલે છે અને $CO_2$ ગ્રહણ કરે છે,જેનું ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડમાં સ્થાપન થાય છે અને ત્યારબાદ તેનું મેલિક એસિડમાં રૂપાંતર થાય છે.
આ મેલિક એસિડ રાત્રિ દરમિયાન રસધાનીઓમાં સંગ્રહિત થાય છે અને દિવસ દરમિયાન તેનું ડિકાર્બોક્સિલેશન થઈને $CO_2$ મુક્ત થાય છે,જે $Calvin$ ચક્રમાં વપરાય છે. આ પ્રક્રિયા દ્વારા વનસ્પતિ શુષ્ક વાતાવરણમાં પાણીનો સંગ્રહ કરી શકે છે.

(C) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,મધ્યપર્ણ કોષો અને બંડલ શીથ કોષો મેલેટ અને પાયરુવેટ જેવા ચયાપચયના પદાર્થોના વહન માટે રચનાત્મક અને કાર્યાત્મક રીતે જોડાયેલા હોય છે. આ જોડાણ $Plasmodesmata$ (પ્લાઝ્મોડેસ્માટા) દ્વારા સ્થાપિત થાય છે,જે વનસ્પતિ કોષોની કોષદીવાલમાંથી પસાર થતી કોષરસની નલિકાઓ છે,જે નજીકના કોષો વચ્ચે સીધો સંપર્ક અને પદાર્થોના વહનની મંજૂરી આપે છે.

(C) $CAM$ વનસ્પતિઓ અંધકાર એસિડિફિકેશન દર્શાવે છે. રાત્રિ દરમિયાન,$CO_2$ નું કાર્બનિક એસિડમાં,મુખ્યત્વે મેલિક એસિડમાં સ્થાપન થાય છે,જેના કારણે રસધાનીઓમાં એસિડિટીમાં વધારો થાય છે. આ પ્રક્રિયાને અંધકાર એસિડિફિકેશન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. દિવસ દરમિયાન,આ મેલિક એસિડનું ડિકાર્બોક્સિલેશન થાય છે અને $CO_2$ મુક્ત થાય છે,જેનો ઉપયોગ $C_3$ ચક્રમાં થાય છે.

(B) $C_4$ પથમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ છે,જે $3-C$ સંયોજન છે.
$CO_2$ એ મધ્યપર્ણ કોષોમાં $PEP$ સાથે જોડાઈને ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ નામનું $4-C$ સંયોજન બનાવે છે.
આ પ્રક્રિયા $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.

(D) $C_4$ વનસ્પતિઓ ઊંચા તાપમાન અને વધુ પ્રકાશની તીવ્રતા માટે અનુકૂલિત હોય છે.
મકાઈ ($Zea$ $mays$) એ $C_4$ વનસ્પતિનું ઉત્તમ ઉદાહરણ છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ સ્થાપન મધ્યપર્ણ કોષોમાં થાય છે,જેના દ્વારા $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન ઓક્ઝેલોએસીટેટ બને છે,તેથી તેને $C_4$ વનસ્પતિ કહેવામાં આવે છે.
પપૈયું,વટાણા અને બટાટા એ $C_3$ વનસ્પતિઓના ઉદાહરણો છે.

(A) $C_4$ વનસ્પતિઓને હેચ અને સ્લેક પ્રકારની વનસ્પતિઓ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે.
આનું કારણ એ છે કે $C_4$ પ્રકાશસંશ્લેષણ પથનો વિગતવાર અભ્યાસ સૌપ્રથમ $1966$ માં એમ.ડી. હેચ અને સી.આર. સ્લેક દ્વારા કરવામાં આવ્યો હતો.
આ વિશિષ્ટ કાર્બન સ્થાપન પથને શોધવામાં તેમના અગ્રણી કાર્યને કારણે,$C_4$ ચક્રને સામાન્ય રીતે હેચ અને સ્લેક ચક્ર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(A) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા બે પ્રકારના કોષો વચ્ચે વહેંચાયેલી હોય છે: પર્ણમધ્ય કોષો અને પુલકંચુક કોષો.
$1$. $CO_2$ નું પ્રારંભિક સ્થાપન પર્ણમધ્ય કોષોમાં થાય છે,જ્યાં $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક $CO_2$ ને $4$-કાર્બન સંયોજન (ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ) માં ફેરવે છે.
$2$. આ $4$-કાર્બન સંયોજન પુલકંચુક કોષોમાં વહન પામે છે.
$3$. પુલકંચુક કોષોમાં,આ $4$-કાર્બન સંયોજનનું વિઘટન થઈને $CO_2$ મુક્ત થાય છે,જે ત્યારબાદ કેલ્વિન ચક્રમાં પ્રવેશે છે.
$4$. તેથી,કેલ્વિન ચક્ર ખાસ કરીને પુલકંચુક હરિતકણના સ્ટ્રોમામાં થાય છે.

(B) $1965$ માં,કોર્ટસ્ચક,હાર્ટ અને બર દ્વારા શેરડીના પાંદડાઓ પર $^{14}CO_2$ સાથે કામ કરતી વખતે જાણવા મળ્યું કે પ્રકાશસંશ્લેષણના ખૂબ જ ટૂંકા ગાળામાં $C_4$ ડાયકાર્બોક્સિલિક એસિડ,ખાસ કરીને મેલેટ અને એસ્પાર્ટેટ,મુખ્ય લેબલ થયેલ ઉત્પાદનો હતા.
આ અવલોકનની પુષ્ટિ $1967$ માં એમ.ડી. હેચ અને સી.આર. સ્લેક દ્વારા કરવામાં આવી હતી. હેચ-સ્લેક પથ,જેને $C_4$ પથ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે $CO_2$ ના સ્થાપન માટેની એક વૈકલ્પિક પદ્ધતિ છે જે ઉષ્ણકટિબંધીય અને ઉપ-ઉષ્ણકટિબંધીય ઘાસ અને અમુક દ્વિદળી વનસ્પતિઓમાં જોવા મળે છે,જે તેમને ઓછી સાંદ્રતામાં પણ ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા સાથે $CO_2$ નું સ્થાપન કરવાની મંજૂરી આપે છે.

(D) $C_4$ વનસ્પતિઓ ઊંચા તાપમાન અને વધુ પ્રકાશની તીવ્રતા માટે અનુકૂલિત હોય છે। $C_4$ વનસ્પતિઓના ઉદાહરણોમાં મકાઈ $(Zea \, mays)$, શેરડી $(Saccharum \, officinarum)$ અને $Saccharum \, munja$ જેવી વિવિધ ઘાસની જાતિઓનો સમાવેશ થાય છે। $Euphorbia \, splendens$ એ $CAM$ (Crassulacean Acid Metabolism) વનસ્પતિ છે, $C_4$ વનસ્પતિ નથી। તેથી, $Euphorbia \, splendens$ માં $C_4$ પ્રકાશસંશ્લેષણ થતું નથી।

(A) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ સ્વીકારકર્તા $3$-કાર્બન ધરાવતો અણુ છે જેને ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવેટ $(PEP)$ કહેવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા મધ્યપર્ણ કોષોમાં થાય છે અને તે $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
$CO_2$ ના સ્થાપન પછી બનતી નીપજ ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ છે,જે $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે.

(B) સાચો જવાબ $B$ છે. હેચ-સ્લેક પથ ($C_4$ ચક્ર) માં,$CO_2$ ના સ્થાપનની પ્રથમ સ્થાયી નીપજ $4$ કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે જેને ઓક્સાલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ કહેવામાં આવે છે.
આ પ્રથમ સ્થાયી નીપજ $4$ કાર્બન ધરાવતી હોવાથી,આ વનસ્પતિઓને ${C_4}$ વનસ્પતિઓ કહેવામાં આવે છે.
ત્યારબાદ,આ એસિડનું રૂપાંતર અન્ય $4$-કાર્બન ધરાવતા એસિડમાં થાય છે,જે મેલિક એસિડ છે.

(C) સાચો જવાબ $C_4$ વનસ્પતિઓ છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓની એક પાયાની લાક્ષણિકતા તેમના પર્ણોમાં "ક્રેન્ઝ" (જર્મન શબ્દ જેનો અર્થ 'વલય' અથવા 'માળા' થાય છે) પ્રકારની અંતસ્થ રચનાની હાજરી છે.
$C_4$ વનસ્પતિના પર્ણોમાં, વાહક પુલો (vascular bundles) પુલકંચુક (bundle sheath) કોષોના એક સ્તર દ્વારા ઘેરાયેલા હોય છે, જેમાં મોટી સંખ્યામાં હરિતકણો આવેલા હોય છે.
$C_4$ વનસ્પતિના પર્ણોમાં હરિતકણો દ્વિરૂપી (dimorphic) હોય છે, જેનો અર્થ છે કે તેઓ બે અલગ-અલગ આકારના પ્રકારોમાં જોવા મળે છે: એક મધ્યપર્ણ (mesophyll) કોષોમાં અને બીજા પુલકંચુક કોષોમાં.

(C) $CAM$ (Crassulacean Acid Metabolism) એ કાર્બન સ્થાપનનો એક માર્ગ છે જે કેટલીક વનસ્પતિઓમાં શુષ્ક પરિસ્થિતિઓ સામે અનુકૂલન તરીકે વિકસિત થયો છે.
$CAM$ વનસ્પતિઓમાં,પાણીનો વ્યય ઘટાડવા માટે દિવસ દરમિયાન વાયુરંધ્રો બંધ રહે છે અને $CO_2$ મેળવવા માટે રાત્રે ખુલે છે.
$CAM$ વનસ્પતિઓના ઉદાહરણોમાં માંસલ વનસ્પતિઓ જેવી કે $Agave$,$Opuntia$,અનાનસ અને થોરનો સમાવેશ થાય છે.
મકાઈ અને શેરડી એ $C_4$ વનસ્પતિઓ છે,જ્યારે આંબો એ $C_3$ વનસ્પતિ છે.

(A) $C_4$ વનસ્પતિઓ,જેમ કે મકાઈ અને શેરડી,$Kranz$ અંતઃસ્થ રચના તરીકે ઓળખાતી વિશિષ્ટ પર્ણ રચના ધરાવે છે.
આ અનુકૂલન તેમને પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ઘટાડવામાં મદદ કરે છે,જે ઊંચા તાપમાને $C_3$ વનસ્પતિઓમાં થતી એક નુકસાનકારક પ્રક્રિયા છે.
પુલકંચુક (bundle sheath) કોષોમાં $RuBisCO$ ઉત્સેચકની આસપાસ $CO_2$ નું પ્રમાણ વધારીને,$C_4$ વનસ્પતિઓ ગરમ અને સૂકા વાતાવરણમાં પણ પ્રકાશસંશ્લેષણનો ઊંચો દર જાળવી શકે છે,જ્યાં પાણીનું સંરક્ષણ અત્યંત આવશ્યક છે.

(B) $Atriplex$ $spongiosa$ એ $C_4$ વનસ્પતિનું એક જાણીતું ઉદાહરણ છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓ ઊંચા તાપમાન અને વધુ પ્રકાશની તીવ્રતા માટે અનુકૂલિત હોય છે.
તેમની પાસે $Kranz$ અંતઃસ્થ રચના હોય છે,જે તેમને પુલકંચુક કોષોમાં $RuBisCO$ ઉત્સેચકની આસપાસ $CO_2$ નું સંકેન્દ્રણ વધારીને પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ઘટાડવામાં મદદ કરે છે.

(A) $C_4$ વનસ્પતિઓ 'ક્રાન્ઝ' (Kranz) અંતઃસ્થ રચના દર્શાવે છે,જેમાં બે પ્રકારના પ્રકાશસંશ્લેષી કોષો હોય છે: મધ્યપર્ણ કોષો અને પુલકંચુક કોષો.
આ બે પ્રકારના કોષોમાં હરિતકણની દ્વિરૂપતા જોવા મળે છે,જેનો અર્થ છે કે તેઓ રચના અને કાર્યમાં અલગ પડે છે.
મધ્યપર્ણના હરિતકણો સામાન્ય રીતે ગ્રાનાયુક્ત (સુવિકસિત થાઇલેકોઇડ્સ ધરાવતા) હોય છે,જ્યારે પુલકંચુકના હરિતકણો અગ્રાના (ગ્રાના વગરના અથવા ઓછા વિકસિત થાઇલેકોઇડ્સ ધરાવતા) હોય છે અને તે કેલ્વિન ચક્ર માટે વિશિષ્ટ હોય છે.

(A) $CAM$ (Crassulacean Acid Metabolism) વનસ્પતિઓમાં,$CO_2$ ના શોષણ માટે વાયુરંધ્રો રાત્રિ દરમિયાન ખુલ્લા રહે છે.
રાત્રિ દરમિયાન,$CO_2$ નું સ્થાપન $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક દ્વારા થાય છે,જેનાથી ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ બને છે,જે ત્યારબાદ મેલિક એસિડમાં રૂપાંતરિત થાય છે.
આ મેલિક એસિડ દિવસ દરમિયાન ઉપયોગમાં લેવા માટે રસધાનીઓમાં સંગ્રહિત થાય છે.
તેથી,મેલિક એસિડના નિર્માણ દરમિયાન (જે રાત્રે થાય છે),વાયુરંધ્રો ખુલ્લા રહે છે.

(C) $C_4$ વનસ્પતિઓ એવી વનસ્પતિઓ છે જે $C_4$ કાર્બન સ્થાપન પથનો ઉપયોગ કરે છે,જે ગરમ અને સૂકા વાતાવરણમાં પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ઘટાડવા માટેનું અનુકૂલન છે.
સ્પાયરોગાયરા $(Spirogyra)$ એ લીલ છે.
પાઈનસ $(Pinus)$ એ અનાવૃત બીજધારી ($C_3$ વનસ્પતિ) છે.
સોરઘમ $(Sorghum)$ એ જાણીતી $C_4$ ઘાસની વનસ્પતિ છે.
ફ્યુનારિયા $(Funaria)$ એ દ્વિઅંગી (bryophyte) છે.
તેથી,સોરઘમ $(Sorghum)$ સાચો જવાબ છે.

(B) સાચો જવાબ $B$ છે. $C_4$ વનસ્પતિઓમાં પર્ણોમાં ક્રેન્ઝ (Kranz) અંતઃસ્થ રચના જોવા મળે છે,જેમાં બે પ્રકારના પ્રકાશસંશ્લેષી કોષો હોય છે: મધ્યપર્ણ કોષો અને પુલકંચુક કોષો.
મધ્યપર્ણ કોષોમાં સુવિકસિત ગ્રાના ધરાવતા સામાન્ય હરિતકણો હોય છે.
જો કે,પુલકંચુક કોષોમાં અગ્રાનલ (Agranal) હરિતકણો હોય છે,જેમાં ગ્રાનાનો અભાવ હોય છે અને તે મુખ્યત્વે કેલ્વિન ચક્રમાં ભાગ લે છે.

$(C)$ $Panicum$ $milioides$ વનસ્પતિ $C_3$ અને $C_4$ બંને પ્રકાશસંશ્લેષણીય પથના લક્ષણો દર્શાવે છે.
તે સામાન્ય $C_3$ વનસ્પતિઓની તુલનામાં ઘટાડેલું પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) દર્શાવે છે, પરંતુ તેમાં $C_4$ વનસ્પતિઓમાં જોવા મળતી સંપૂર્ણ ક્રાન્ઝ (Kranz) અંતઃસ્થ રચના હોતી નથી.
તેથી, તેને $C_3$ અને $C_4$ પ્રકારની વનસ્પતિઓ વચ્ચેની મધ્યવર્તી વનસ્પતિ માનવામાં આવે છે.

(D) $C_4$ વનસ્પતિઓ વિશિષ્ટ પર્ણ રચના દર્શાવે છે જેને ક્રાન્ઝ (Kranz) શરીરરચના કહેવામાં આવે છે.
$1$. પુલકંચુક (bundle sheath) કોષો મોટા,જાડી દીવાલવાળા હોય છે અને તેમાં મોટી સંખ્યામાં હરિતકણો હોય છે,જે કેલ્વિન ચક્ર માટે આવશ્યક છે.
$2$. $C_4$ વનસ્પતિઓમાં પાણીનો વ્યય ઘટાડવા અને $CO_2$ નું કાર્યક્ષમ સ્થાપન જાળવી રાખવા માટે ઘણીવાર નાના વાયુરંધ્રો હોય છે.
$3$. મધ્યપર્ણ (mesophyll) કોષો પુલકંચુકની આસપાસ સઘન રીતે ગોઠવાયેલા હોય છે,જે ચયાપચયના પદાર્થોના ઝડપી પ્રસરણને સરળ બનાવવા માટે આંતરકોષીય જગ્યાઓને ઘટાડે છે.
તેથી,આ તમામ લાક્ષણિકતાઓ $C_4$ વનસ્પતિઓની છે.

(C) 'Kranz' શરીરરચના અને $CO_2$ ના એસિમિલેશનના $C_4$ પથ વચ્ચેનો સંબંધ સૌપ્રથમ $W.J.S. \text{Downton}$ અને $E.B. \text{Tregunna}$ દ્વારા $1968$ માં સ્થાપિત કરવામાં આવ્યો હતો।
તેમણે અવલોકન કર્યું કે જે વનસ્પતિઓમાં $C_4$ પ્રકાશસંશ્લેષણ પથ જોવા મળે છે, તેમાં 'Kranz' શરીરરચના નામની વિશિષ્ટ પર્ણ રચના હોય છે, જે વાહકપેશીની આસપાસ પુલકંચુક (bundle sheath) કોષોની હાજરી દ્વારા લાક્ષણિકતા ધરાવે છે।

(B) $C_4$ ચક્રમાં (જેને $Hatch-Slack$ પથ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે),વાતાવરણીય $CO_2$ સૌપ્રથમ મધ્યપર્ણ કોષોમાં સ્થાપિત થાય છે.
ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$,જે $3$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે,તે પ્રાથમિક $CO_2$ સ્વીકારનાર તરીકે કાર્ય કરે છે.
આ પ્રક્રિયા $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(PEPCase)$ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે,જેના પરિણામે ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ નામનું $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન બને છે.

(B) $Crassulaceae$ કુળના સભ્યો $Crassulacean$ $Acid$ $Metabolism$ $(CAM)$ દર્શાવવા માટે જાણીતા છે.
$CAM$ વનસ્પતિઓમાં,પાણીનો વ્યય ઘટાડવા માટે પર્ણરંધ્ર દિવસ દરમિયાન બંધ રહે છે અને $CO_2$ લેવા માટે રાત્રે ખુલે છે.
રાત્રે લેવાયેલ $CO_2$ નું કાર્બનિક એસિડ (મુખ્યત્વે મેલિક એસિડ) માં સ્થાપન થાય છે અને તે રસધાનીમાં સંગ્રહિત થાય છે.
દિવસ દરમિયાન,આ કાર્બનિક એસિડનું ડિકાર્બોક્સિલેશન થઈને $CO_2$ મુક્ત થાય છે,જે ત્યારબાદ શર્કરાના સંશ્લેષણ માટે $Calvin$ ચક્રમાં પ્રવેશે છે.
તેથી,સાચો જવાબ $CAM$ પ્રકાશસંશ્લેષણ છે.

(B) $C_4$ વનસ્પતિઓ 'ક્રાન્ઝ' (Kranz) શરીરરચના તરીકે ઓળખાતી વિશિષ્ટ પર્ણ રચના દર્શાવે છે.
આ રચનામાં બે અલગ પ્રકારના પ્રકાશસંશ્લેષી કોષો હોય છે:
$1$. મધ્યપર્ણ (Mesophyll) કોષો: આ કોષો છૂટાછવાયા ગોઠવાયેલા હોય છે અને તેમાં સામાન્ય હરિતકણ હોય છે.
$2$. પુલકંચુક (Bundle sheath) કોષો: આ મોટા,જાડી દીવાલવાળા કોષો છે જે વાહકપેશીની આસપાસ આવેલા હોય છે અને તેમાં વિશિષ્ટ હરિતકણ (જેમાં ઘણીવાર ગ્રાનાનો અભાવ હોય છે) જોવા મળે છે.
તેથી,$C_4$ વનસ્પતિઓમાં બે પ્રકારના પ્રકાશસંશ્લેષી કોષો હોય છે.

(C) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પુલકંચુક કોષો (bundle sheath cells) મોટા,જાડી દીવાલવાળા હોય છે અને તેમાં મોટી સંખ્યામાં હરિતકણો આવેલા હોય છે.
આ કોષો સ્ટાર્ચના સંગ્રહ માટે વિશિષ્ટ હોય છે,જે તેમની અંદર થતા કેલ્વિન ચક્રની અંતિમ નીપજ છે.
તેથી,પર્ણમધ્ય કોષોની તુલનામાં પુલકંચુક કોષોમાં સ્ટાર્ચનું પ્રમાણ નોંધપાત્ર રીતે વધારે હોય છે.

(B) શેરડી એ $C_4$ વનસ્પતિ છે. $C_4$ વનસ્પતિઓ કાર્બન સ્થાપન માટે એક વિશિષ્ટ પથ દર્શાવે છે જેને $C_4$ પથ અથવા હેચ અને સ્લેક ચક્ર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આ પથ આ વનસ્પતિઓને $C_3$ વનસ્પતિઓ કરતા વધુ કાર્યક્ષમ રીતે $CO_2$ નું સ્થાપન કરવામાં મદદ કરે છે,ખાસ કરીને ઊંચા તાપમાન અને વધુ પ્રકાશની તીવ્રતામાં,કારણ કે તે પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ને ઘટાડે છે.

(B) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,કાર્બન ડાયોક્સાઇડના સ્થાપનની પ્રક્રિયા બે તબક્કામાં અને અલગ-અલગ કોષોમાં થાય છે.
$1$. પ્રાથમિક $CO_2$ નું સ્થાપન મધ્યપર્ણ કોષોમાં થાય છે,જ્યાં $CO_2$ નો સ્વીકાર ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ દ્વારા કરવામાં આવે છે અને $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ બને છે.
$2$. આ $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન ત્યારબાદ પુલકંચુક કોષોમાં વહન પામે છે,જ્યાં તેનું ડિકાર્બોક્સિલેશન થઈને કેલ્વિન ચક્ર માટે $CO_2$ મુક્ત થાય છે.
$3$. આમ,$CO_2$ નું પ્રારંભિક સ્થાપન મધ્યપર્ણ કોષોમાં થાય છે.
$4$. આપેલા વિકલ્પો મુજબ,પ્રાથમિક સ્થાપન એ મધ્યપર્ણ કોષોની લાક્ષણિકતા હોવાથી,મધ્યપર્ણ કોષો સાચો જવાબ છે.

(C) ${C_4}$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક એ $3$-કાર્બન ધરાવતો અણુ છે જેને ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવેટ $(PEP)$ કહેવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા મધ્યપર્ણ કોષોમાં $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(PEPCase)$ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
$CO_2$ નું $PEP$ સાથે જોડાણ થવાથી $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ બને છે,તેથી જ આ વનસ્પતિઓને ${C_4}$ વનસ્પતિઓ કહેવામાં આવે છે.

(C) ${C_4}$ વનસ્પતિઓ ઓછી $CO_2$ સાંદ્રતામાં પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે વધુ કાર્યક્ષમ હોય છે કારણ કે તેમની પાસે $C_4$ ચક્ર અથવા હેચ-સ્લેક પથ નામની વિશિષ્ટ પદ્ધતિ હોય છે.
આ પથમાં,$CO_2$ નું પ્રાથમિક સ્થાપન મેસોફિલ કોષોમાં $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક દ્વારા થઈને $4$-કાર્બન સંયોજન (ઓક્ઝેલોએસીટેટ) બનાવે છે.
આ $4$-કાર્બન સંયોજન ત્યારબાદ બંડલ શીથ કોષોમાં વહન પામે છે,જ્યાં તેનું ડિકાર્બોક્સિલેશન થઈને $Rubisco$ ઉત્સેચકની આસપાસ $CO_2$ ની ઊંચી સાંદ્રતા મુક્ત થાય છે.
આ અસરકારક પમ્પિંગ પદ્ધતિ એ સુનિશ્ચિત કરે છે કે $Rubisco$ $CO_2$ થી સંતૃપ્ત રહે,જેનાથી પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ન્યૂનતમ થાય છે અને વાતાવરણીય $CO_2$ નું સ્તર ઓછું હોય ત્યારે પણ પ્રકાશસંશ્લેષણ ચાલુ રહે છે.

(C) $CAM$ (Crassulacean Acid Metabolism) એ શુષ્ક અથવા અર્ધ-શુષ્ક વાતાવરણમાં રહેતા છોડમાં જોવા મળતી એક અનુકૂલન પદ્ધતિ છે.
આ છોડમાં માંસલ (fleshy) પાંદડા અથવા પ્રકાંડ હોય છે જે પાણીનો સંગ્રહ કરવામાં મદદ કરે છે.
પાંદડાની માંસલ પ્રકૃતિ તેમને રાત્રિ દરમિયાન ઉત્પન્ન થતા કાર્બનિક એસિડનો સંગ્રહ કરવાની મંજૂરી આપે છે,જેનો ઉપયોગ દિવસ દરમિયાન કેલ્વિન ચક્ર માટે થાય છે,જ્યારે પાણીના વ્યયને રોકવા માટે વાયુરંધ્રો બંધ હોય છે.

(B) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક એ $3$-કાર્બન ધરાવતો અણુ છે જેને ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ કહેવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા મધ્યપર્ણ કોષોમાં $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(PEPCase)$ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
તેની સરખામણીમાં,$C_3$ વનસ્પતિઓ રિબ્યુલોઝ $1,5$-બાયફોસ્ફેટ $(RuBP)$ નો ઉપયોગ પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક તરીકે કરે છે.

(C) શેરડી એ $C_4$ વનસ્પતિ છે. $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,$CO_2$ નું પ્રાથમિક સ્થાપન મધ્યપર્ણ (mesophyll) કોષોમાં થાય છે.
ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવેટ કાર્બોક્સિલેઝ (PEPCase) ઉત્સેચક $CO_2$ ને ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવેટ $(PEP)$ સાથે જોડીને ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ બનાવે છે.
આ $OAA$ ત્યારબાદ મેલિક એસિડ અથવા એસ્પાર્ટિક એસિડમાં રૂપાંતરિત થાય છે,જે પુલકંચુક (bundle sheath) કોષોમાં વહન પામે છે.
તેથી,$CO_2$ ના પ્રારંભિક સ્થાપનમાં સામેલ સાચો ઉત્સેચક ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવેટ કાર્બોક્સિલેઝ છે.

(D) $C_4$ વનસ્પતિઓ ઊંચા તાપમાન અને વધુ પ્રકાશની તીવ્રતા માટે અનુકૂલિત હોય છે. શેરડી,મકાઈ અને જુવાર તેના ઉદાહરણો છે. ઘઉં એ $C_3$ વનસ્પતિ છે,જે કાર્બન સ્થાપન માટે કેલ્વિન ચક્રને અનુસરે છે. તેથી,ઘઉં એ $C_4$ વનસ્પતિ નથી.