C4 Questions in Gujarati

(A) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં પર્ણો $Kranz$ અંતઃસ્થ રચના દર્શાવે છે. પુલકંચુક કોષો કદમાં મોટા હોય છે અને તેમાં અસંખ્ય હરિતકણો આવેલા હોય છે. આ હરિતકણો સામાન્ય રીતે કણિકાવિહીન (agranal) હોય છે,એટલે કે તેમાં સુવિકસિત ગ્રનાનો અભાવ હોય છે અને તે $Calvin$ ચક્ર માટે વિશિષ્ટ હોય છે,જ્યારે મધ્યપર્ણ (mesophyll) કોષોમાં નાના અને કણિકામય (granal) હરિતકણો હોય છે જે પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયાઓ માટે વિશિષ્ટ હોય છે.

(D) $C_4$ પથ,જેને હેચ અને સ્લેક ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે ઊંચા તાપમાન અને વધુ પ્રકાશની તીવ્રતામાં અનુકૂલિત કેટલીક વનસ્પતિઓમાં જોવા મળતો કાર્બન સ્થાપનનો માર્ગ છે.
જે વનસ્પતિઓ આ પથ દર્શાવે છે તેમને $C_4$ વનસ્પતિઓ કહેવામાં આવે છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓના ઉદાહરણોમાં એમેરેન્થસ,એટ્રીપ્લેક્સ રોઝીઆ અને સેકકેરમ (શેરડી) નો સમાવેશ થાય છે.
આપેલા તમામ વિકલ્પો $C_4$ વનસ્પતિઓના ઉદાહરણો હોવાથી,સાચો જવાબ $D$ છે.

(C) $CAM$ (Crassulacean Acid Metabolism) વનસ્પતિઓમાં $CO_2$ નું સ્થાપન બે તબક્કામાં થાય છે.
રાત્રિ દરમિયાન,$CO_2$ નું સ્થાપન $PEP$ કાર્બોક્ઝાઈલેઝ દ્વારા થઈને ઓક્ઝેલોએસીટેટ બને છે,જે ત્યારબાદ મેલિક એસિડમાં રૂપાંતરિત થઈને રસધાનીમાં સંગ્રહિત થાય છે.
દિવસ દરમિયાન,સંગ્રહિત મેલિક એસિડનું ડિકાર્બોક્સિલેશન થઈને કોષની અંદર $CO_2$ મુક્ત થાય છે.
આ મુક્ત થયેલ $CO_2$ નું સ્થાપન કેલ્વિન ચક્રમાં $RuBP$ કાર્બોક્ઝાઈલેઝ (Rubisco) ઉત્સેચક દ્વારા થાય છે.
તેથી,મધ્યપર્ણ કોષોમાં દિવસ દરમિયાન થતું $CO_2$ નું સ્થાપન $RuBP$ કાર્બોક્ઝાઈલેઝ દ્વારા થાય છે.

(A) $C_4$ પથ,જેને હેચ-સ્લેક પથ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે સૌપ્રથમ $1966$ માં એમ.ડી. હેચ અને સી.આર. સ્લેક દ્વારા વર્ણવવામાં આવ્યો હતો. તેમણે શેરડીના છોડમાં આ પ્રકાશસંશ્લેષણ પથની શોધ કરી હતી,જે આ છોડને ઊંચા તાપમાન અને વધુ પ્રકાશની સ્થિતિમાં પણ કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું કાર્યક્ષમ રીતે સ્થાપન કરવામાં મદદ કરે છે.

(B) ક્રેન્ઝ અંતઃસ્થ રચના એ $C_4$ વનસ્પતિઓના પર્ણોમાં જોવા મળતી એક વિશિષ્ટ રચના છે. આ વનસ્પતિઓમાં,મધ્યપર્ણ પેશીના કોષો પુલકંચુક કોષોની આસપાસ એક વલયમાં ગોઠવાયેલા હોય છે. શેરડી એ $C_4$ વનસ્પતિનું ઉત્તમ ઉદાહરણ છે,જ્યારે ઘઉં,રાઈ અને બટાટા એ $C_3$ વનસ્પતિઓ છે. તેથી,સાચો વિકલ્પ $B$ છે.

(D) $C_4$ વનસ્પતિઓ $Kranz$ અંતઃસ્થ રચના દર્શાવે છે. $Kranz$ અંતઃસ્થ રચનામાં,મધ્યપર્ણ પેશી અવિભેદિત હોય છે અને તેના કોષો વાહકપુલની આસપાસ કેન્દ્રિત સ્તરોમાં ગોઠવાયેલા હોય છે. વાહકપુલ મોટા કદના પુલકંચુક કોષો દ્વારા ઘેરાયેલા હોય છે,જે એક કે તેથી વધુ સ્તરોમાં માળાની જેમ ગોઠવાયેલા હોય છે. $C_4$ વનસ્પતિઓમાં બે કાર્બોક્સિલેશન પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે: પ્રથમ મધ્યપર્ણના હરિતકણમાં અને બીજી પુલકંચુકના હરિતકણમાં. $RuBisCO$ પુલકંચુકના હરિતકણમાં હાજર હોય છે,જ્યાં $C_3$ ચક્ર (કેલ્વિન ચક્ર) થાય છે.

(A) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ સ્વીકારક એ $3$-કાર્બન ધરાવતો અણુ છે જેને ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવેટ $(PEP)$ કહેવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા મધ્યપર્ણ કોષોમાં થાય છે અને તે $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(PEPCase)$ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
તેનાથી વિપરીત,$C_3$ વનસ્પતિઓ રિબ્યુલોઝ $1,5$-બાયફોસ્ફેટ $(RuBP)$ નો ઉપયોગ પ્રાથમિક $CO_2$ સ્વીકારક તરીકે કરે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $(A)$ છે.

(D) સાચો જવાબ $(d) C_4$ વનસ્પતિ છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓ ખાસ કરીને પ્રકાશશ્વસનને ઘટાડવા માટે અનુકૂલિત હોય છે કારણ કે તેઓમાં 'ક્રાન્ઝ' (Kranz) શરીરરચના જોવા મળે છે,જે પ્રારંભિક $CO_2$ ના સ્થાપનને કેલ્વિન ચક્રથી અલગ કરે છે.
આ વનસ્પતિઓ ઊંચા તાપમાને પણ પ્રકાશસંશ્લેષણનો ઊંચો દર દર્શાવે છે.
તેઓ $C_3$ વનસ્પતિઓની સરખામણીમાં પાણીના ઉપયોગની વધુ સારી કાર્યક્ષમતા ધરાવે છે કારણ કે જ્યારે પર્ણરંધ્ર આંશિક રીતે બંધ હોય ત્યારે પણ તેઓ $CO_2$ નું સ્થાપન કરી શકે છે.
વધુમાં,$C_4$ વનસ્પતિઓમાં નાઇટ્રોજન-ઉપયોગની કાર્યક્ષમતા વધુ હોય છે કારણ કે તેમને $C_3$ વનસ્પતિઓની તુલનામાં સમાન માત્રામાં કાર્બન સ્થાપિત કરવા માટે ઓછા રૂબિસ્કો (Rubisco) ઉત્સેચકની જરૂર પડે છે.

(A) $CAM$ (Crassulacean Acid Metabolism) એ શુષ્ક વાતાવરણમાં રહેતી વનસ્પતિઓ દ્વારા અપનાવવામાં આવતી એક વિશિષ્ટ પ્રકાશસંશ્લેષણ પદ્ધતિ છે.
આ પ્રક્રિયામાં,રાત્રિ દરમિયાન પર્ણરંધ્રો ખુલે છે અને $CO_2$ ગ્રહણ કરીને તેને મેલિક એસિડમાં ફેરવે છે.
દિવસ દરમિયાન,બાષ્પોત્સર્જન ઘટાડવા માટે પર્ણરંધ્રો બંધ રહે છે અને સંગ્રહિત મેલિક એસિડમાંથી $CO_2$ મુક્ત થાય છે,જેનો ઉપયોગ કેલ્વિન ચક્રમાં થાય છે.
આ પદ્ધતિ રણ વિસ્તારની વનસ્પતિઓ માટે પાણીના સંરક્ષણ માટે અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે,કારણ કે તે દિવસના ગરમ કલાકો દરમિયાન બાષ્પીભવન દ્વારા થતા પાણીના વ્યયને અટકાવે છે.

(B) $C_4$ વનસ્પતિઓ સૂકા ઉષ્ણકટિબંધીય પ્રદેશોમાં અનુકૂલિત હોય છે અને વધુ જૈવભાર ઉત્પાદકતા ધરાવે છે. તેઓ $Kranz$ અંતઃસ્થ રચના તરીકે ઓળખાતી વિશિષ્ટ પર્ણ રચના ધરાવે છે.
આ પ્રકારની રચનામાં,પુલકંચુક કોષો વાહકપુલની આસપાસ અનેક સ્તરો બનાવે છે.
આ કોષો મોટી સંખ્યામાં હરિતકણો,વાયુ વિનિમય માટે અભેદ્ય જાડી દીવાલો અને આંતરકોષીય જગ્યાઓના અભાવ દ્વારા લાક્ષણિકતા ધરાવે છે.

(C) આપેલ પથ $C_4$ ચક્ર (હેચ-સ્લેક પથ) દર્શાવે છે.
$A$ એ મેસોફિલ કોષોમાં $CO_2$ નું પ્રાથમિક સ્થાપન (Fixation) દર્શાવે છે,જ્યાં $PEP$ (ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ) એ $CO_2$ સાથે જોડાઈને $C_4$ એસિડ (ઓક્ઝેલોએસીટેટ) બનાવે છે.
$B$ એ બંડલ શીથ કોષોમાં ડીકાર્બોક્સિલેશનનો તબક્કો દર્શાવે છે,જ્યાં $C_4$ એસિડ કેલ્વિન ચક્રમાં પ્રવેશવા માટે $CO_2$ મુક્ત કરે છે અને $C_3$ એસિડમાં રૂપાંતરિત થાય છે.
$C$ એ મેસોફિલ કોષોમાં $C_3$ એસિડમાંથી $PEP$ નું પુનઃસર્જન (Regeneration) દર્શાવે છે જેથી ચક્ર ચાલુ રહી શકે.
તેથી,સાચો ક્રમ ફિક્સેશન $\rightarrow$ ડીકાર્બોક્સિલેશન $\rightarrow$ રિજનરેશન છે.

(C) સાચો જવાબ $C$ છે.
ક્રેન્ઝ અંતઃસ્થ રચના એ $C_4$ વનસ્પતિઓમાં જોવા મળતી એક વિશિષ્ટ પર્ણ રચના છે.
આ રચનામાં,મધ્યપર્ણ પેશીના કોષો અવિભેદિત હોય છે અને વાહકપુલની આસપાસ કેન્દ્રત્યાગી સ્તરોમાં ગોઠવાયેલા હોય છે.
વાહકપુલ મોટા કદના પુલકંચુક કોષો દ્વારા ઘેરાયેલા હોય છે,જે માળા (wreath) જેવી રીતે ગોઠવાયેલા હોય છે (જર્મન ભાષામાં 'Kranz' નો અર્થ માળા થાય છે).
$C_4$ વનસ્પતિઓ કે જે ક્રેન્ઝ અંતઃસ્થ રચના દર્શાવે છે તેના ઉદાહરણોમાં શેરડી,મકાઈ અને જુવારનો સમાવેશ થાય છે.

(B) $C_4$ વનસ્પતિઓ $C_3$ વનસ્પતિઓ કરતા પ્રકાશસંશ્લેષણની દ્રષ્ટિએ વધુ કાર્યક્ષમ છે કારણ કે તેઓમાં ક્રાન્ઝ (Kranz) અંતઃસ્થ રચના જોવા મળે છે,જેમાં બે પ્રકારના હરિતકણો હોય છે: પુલકંચુક (bundle sheath) હરિતકણો અને મધ્યપર્ણ (mesophyll) હરિતકણો.
આ વનસ્પતિઓ કેલ્વિન ચક્ર ઉપરાંત ડાયકાર્બોક્સિલિક એસિડ ચક્ર (હેચ-સ્લેક પથ) ધરાવે છે.
પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક અણુ,ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$,મધ્યપર્ણ કોષોમાં હાજર હોય છે અને તે ખૂબ જ ઓછી સાંદ્રતાએ પણ $CO_2$ ને પકડવાની ઉચ્ચ ક્ષમતા ધરાવે છે.
આ પદ્ધતિ પ્રકાશશ્વસનને અસરકારક રીતે ઘટાડે છે,કારણ કે $RuBisCO$ ઉત્સેચકની આસપાસ $CO_2$ ની સાંદ્રતા ઊંચી જળવાઈ રહે છે,જે તેમને વધુ કાર્યક્ષમ બનાવે છે.

(D) : $C_4$ વનસ્પતિઓ $Kranz$ અંતઃસ્થ રચના દર્શાવે છે,જેમાં પર્ણમધ્ય કોષો અવિભેદિત હોય છે અને વાહકપુલની આસપાસ કેન્દ્રિત સ્તરોમાં ગોઠવાયેલા હોય છે. આ પુલ મોટા કદના પુલકંચુક કોષો દ્વારા માળા જેવી રચનામાં ઘેરાયેલા હોય છે.
આ પ્રકારની વનસ્પતિઓમાં,$CO_2$ નું પ્રાથમિક સ્થાપન પર્ણમધ્ય કોષોમાં થાય છે.
પ્રાથમિક ગ્રાહક,ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવેટ $(PEP)$,$CO_2$ સાથે જોડાઈને ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ બનાવે છે,જેનું ત્યારબાદ મેલિક એસિડમાં રિડક્શન થાય છે.
ત્યારબાદ મેલિક એસિડને વધુ ડિકાર્બોક્સિલેશન માટે પુલકંચુક કોષોમાં સ્થળાંતરિત કરવામાં આવે છે.

(D) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,$CO_2$ ના સ્થાપનની પ્રક્રિયા બે તબક્કામાં થાય છે જેમાં બે અલગ-અલગ પ્રકારના કોષો સામેલ હોય છે.
$1$. પ્રાથમિક $CO_2$ સ્થાપન પર્ણમધ્ય (mesophyll) કોષોમાં થાય છે,જ્યાં $CO_2$ નો સ્વીકાર ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ દ્વારા થાય છે અને $4$-કાર્બન સંયોજન,ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ બને છે.
$2$. ત્યારબાદ આ $OAA$ નું પર્ણમધ્ય કોષોમાં જ મેલિક એસિડ (અથવા એસ્પાર્ટિક એસિડ) માં રૂપાંતર થાય છે.
$3$. ત્યારબાદ મેલિક એસિડ પુલકંચુક (bundle sheath) કોષોમાં વહન પામે છે,જ્યાં કેલ્વિન ચક્ર માટે $CO_2$ મુક્ત કરવા માટે તેનું ડિકાર્બોક્સિલેશન થાય છે.
તેથી,મેલિક એસિડનું નિર્માણ પર્ણમધ્ય કોષોમાં થાય છે.

(C) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,મેસોફિલ કોષોમાં પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવેટ $(PEP)$ હોય છે.
ક્રેન્ઝ અંતઃસ્થ રચના એ $C_4$ વનસ્પતિઓનું લાક્ષણિક લક્ષણ છે.
મેસોફિલ કોષોમાં,$CO_2$ નું સ્થાપન મેલિક એસિડ અથવા એસ્પાર્ટિક એસિડ જેવા $4$-કાર્બન ધરાવતા કાર્બનિક એસિડમાં થાય છે.
જોકે,એ વિધાન કે પુલકંચુક કોષોમાં $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ વધુ હોય છે પરંતુ $RuBisCO$ નો અભાવ હોય છે,તે ખોટું છે.
વાસ્તવમાં,પુલકંચુક કોષોમાં $RuBisCO$ પુષ્કળ પ્રમાણમાં હોય છે પરંતુ તેમાં $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝનો અભાવ હોય છે,તેથી જ $C_4$ વનસ્પતિઓના પુલકંચુક કોષોમાં કેલ્વિન ચક્ર થાય છે.

(B) $C_4$ પ્રકાશસંશ્લેષણ માર્ગ ગરમ અને સૂકા વાતાવરણમાં રહેતી વનસ્પતિઓમાં પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ઘટાડવા માટેના અનુકૂલન તરીકે વિકસિત થયો છે.
$C_3$ વનસ્પતિઓમાં,$RuBisCO$ ઉત્સેચક $CO_2$ અને $O_2$ બંને સાથે જોડાઈ શકે છે. જ્યારે તે $O_2$ સાથે જોડાય છે,ત્યારે પ્રકાશશ્વસન થાય છે,જે એક બિનઉત્પાદક પ્રક્રિયા છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓમાં ક્રાન્ઝ (Kranz) અંતઃસ્થ રચના હોય છે,જે પ્રારંભિક $CO_2$ ના સ્થાપનને કેલ્વિન ચક્રથી અલગ કરે છે.
પુલકંચુક (bundle sheath) કોષોમાં $RuBisCO$ ઉત્સેચકની આસપાસ $CO_2$ ની સાંદ્રતા વધારીને,$C_4$ વનસ્પતિઓ અસરકારક રીતે પ્રકાશશ્વસનને ઘટાડે છે અને કેલ્વિન ચક્ર માટે $CO_2$ ની પ્રાપ્યતાને મહત્તમ કરે છે.
તેથી,$C_4$ પ્રણાલીની મુખ્ય વ્યૂહરચના $RuBisCO$ ઉત્સેચકના સ્થાન પર $CO_2$ ની પ્રાપ્યતાને મહત્તમ કરવાની છે.

(C) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,બંડલ શીથ કોષો વિશિષ્ટ શારીરિક લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે જેને ક્રેન્ઝ અંતઃસ્થ રચના (Kranz anatomy) કહેવામાં આવે છે.
$1.$ તેમની કોષદીવાલ જાડી અને લિગ્નિનયુક્ત હોય છે,જે તેમને વાયુ વિનિમય માટે અભેદ્ય બનાવે છે (વિધાન $1$ અને $3$ સાચા છે).
$2.$ કેલ્વિન ચક્ર માટે જરૂરી ઉચ્ચ $CO_2$ સાંદ્રતા જાળવવા માટે તેમાં આંતરકોષીય અવકાશનો અભાવ હોય છે (વિધાન $2$ ખોટું છે).
$3.$ બંડલ શીથ કોષોમાં રહેલા હરિતકણો મોટા અને અગ્રાના (agranal) હોય છે,એટલે કે તેમાં ગ્રાનાનો અભાવ હોય છે,જોકે તેમાં થાઇલેકોઇડ્સ હોય છે (વિધાન $4$ ખોટું છે,અને વિધાન $5$ સાચું છે).
તેથી,સાચા લક્ષણો $1, 3$ અને $5$ છે.

(B) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ નું સ્થાપન પર્ણમધ્ય પેશીના કોષોમાં થાય છે.
$CO_2$ નો સ્વીકાર શરૂઆતમાં ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ નામના $3$-કાર્બન સંયોજન દ્વારા થાય છે.
આ કાર્બોક્સિલેશન પ્રક્રિયા માટે જવાબદાર ઉત્સેચક $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ($PEPCase$ તરીકે પણ ઓળખાય છે) છે.
આ પ્રક્રિયાના પરિણામે $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ બને છે,તેથી જ આ વનસ્પતિઓને $C_4$ વનસ્પતિઓ કહેવામાં આવે છે.
જોકે $RuBP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(RuBisCO)$ પણ $C_4$ વનસ્પતિઓમાં હાજર હોય છે,પરંતુ તે કેલ્વિન ચક્ર દરમિયાન પુલકંચુકના કોષોમાં કાર્ય કરે છે,વાતાવરણીય $CO_2$ ના પ્રાથમિક સ્થાપન માટે નહીં.

(A) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા બે પ્રકારના કોષો વચ્ચે વહેંચાયેલી હોય છે: મેસોફિલ કોષો અને બંડલ શીથ કોષો.
$1$. મેસોફિલ કોષોમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ નું સ્થાપન $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક દ્વારા થાય છે,જે $C_4$ ચક્રની શરૂઆત કરે છે.
$2$. બંડલ શીથ કોષોમાં,$C_4$ એસિડમાંથી મુક્ત થયેલ $CO_2$ નું સ્થાપન $RuBisCO$ ઉત્સેચક દ્વારા થાય છે,જે $C_3$ ચક્ર (કેલ્વિન ચક્ર) ચલાવે છે.
તેથી,સાચો ક્રમ મેસોફિલ કોષોમાં $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ($C_4$ ચક્ર) અને બંડલ શીથ કોષોમાં $RuBisCO$ ($C_3$ ચક્ર) છે.

(D) $C_4$ પથ (હેચ-સ્લેક ચક્ર) માં,પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ છે,જે $3$-કાર્બન સંયોજન છે.
$PEP$,$PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચકની હાજરીમાં $CO_2$ સાથે જોડાઈને ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ બનાવે છે,જે $4$-કાર્બન સંયોજન છે.
કારણ કે $4$-કાર્બન $OAA$ બનાવવા માટે $3$-કાર્બન $PEP$ માં $CO_2$ નો અણુ ઉમેરવામાં આવે છે,તેથી આ પ્રક્રિયાને કાર્બોક્સિલેશન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(C) શેરડી એ $C_4$ વનસ્પતિ છે.
$C_3$ વનસ્પતિઓની સરખામણીમાં $C_4$ વનસ્પતિઓ $CO_2$ સ્થાપનમાં વધુ કાર્યક્ષમ હોય છે કારણ કે તેઓમાં $C_4$ પ્રકાશસંશ્લેષી પથ જોવા મળે છે,જેને હેચ-સ્લેક પથ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે.
આ પથ પુલકંચુક કોષોમાં $RuBisCO$ ઉત્સેચકની આસપાસ $CO_2$ ની સાંદ્રતા વધારીને પ્રકાશશ્વસનની પ્રક્રિયાને ઘટાડે છે.
તેથી,વિકલ્પ $C$ સાચો જવાબ છે.

(C) આપેલી આકૃતિ $C_4$ પ્રકાશસંશ્લેષણ પથ (હેચ-સ્લેક પથ) દર્શાવે છે.
$1$. મધ્યપર્ણ કોષોમાં,$CO_2$ નું $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ દ્વારા સ્થિરીકરણ થઈને ઓક્ઝેલોએસીટેટ બને છે,જે ત્યારબાદ મેલેટ અથવા એસ્પાર્ટેટમાં રૂપાંતરિત થાય છે. આ તબક્કો '$a$' (સ્થિરીકરણ) દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યો છે.
$2$. આ $C_4$ એસિડ્સ પુલકંચુક કોષોમાં વહન પામે છે,જ્યાં કેલ્વિન ચક્ર માટે $CO_2$ મુક્ત કરવા માટે તેમનું ડીકાર્બોક્સિલેશન થાય છે. આ તબક્કો '$b$' (ડીકાર્બોક્સિલેશન) દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યો છે.
$3$. બાકી રહેલ $C_3$ એસિડ પાછો મધ્યપર્ણ કોષોમાં વહન પામે છે,જ્યાં ચક્ર ચાલુ રાખવા માટે તેનું ફરીથી $PEP$ માં રૂપાંતર થાય છે. આ તબક્કો '$c$' (પુનઃસર્જન) દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યો છે.
તેથી,સાચો ક્રમ સ્થિરીકરણ $(a)$,ડીકાર્બોક્સિલેશન $(b)$,અને પુનઃસર્જન $(c)$ છે.

(C) હેચ-સ્લેક પથ એ $C_4$ ચક્રનું બીજું નામ છે.
આ પથમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓના મધ્યપર્ણ કોષોમાં $CO_2$ ના સ્થાપન માટે જવાબદાર ઉત્સેચક $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(PEPCase)$ છે.
આ ઉત્સેચક $CO_2$ માટે ઉચ્ચ આકર્ષણ ધરાવે છે અને ઓક્સિજનેઝ પ્રવૃત્તિ દર્શાવતું નથી,જે તેને કાર્બન સ્થાપન માટે અત્યંત કાર્યક્ષમ બનાવે છે.

(C) $Kranz$ (ક્રાન્ઝ) અંતઃસ્થ રચના એ $C_4$ વનસ્પતિઓનું લાક્ષણિક લક્ષણ છે.
આ રચનામાં,મધ્યપર્ણ પેશીના કોષો પુલકંચુક કોષોની આસપાસ વલયાકાર રીતે ગોઠવાયેલા હોય છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓમાં મકાઈ,શેરડી અને જુવાર જેવી એકદળી વનસ્પતિઓનો સમાવેશ થાય છે.
સાયકસ અને પાઈનસ એ અનાવૃત બીજધારી વનસ્પતિઓ છે અને તેમાં $Kranz$ અંતઃસ્થ રચના જોવા મળતી નથી.
તેથી,મકાઈ અને શેરડી એ $Kranz$ અંતઃસ્થ રચના દર્શાવતી વનસ્પતિઓના સાચા ઉદાહરણો છે.

(B) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ છે.
આ પ્રક્રિયા મધ્યપર્ણ કોષોમાં $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
$CO_2$ ના સ્થાપન પછી બનતી પ્રથમ સ્થાયી નીપજ $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે જેને ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ કહેવામાં આવે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $B$ છે.

(B) વિધાન $(A)$: $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક કાર્બોક્સિલેશન મધ્યપર્ણ કોષોમાં ($PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ દ્વારા) થાય છે અને દ્વિતીયક કાર્બોક્સિલેશન પુલકંચુક કોષોમાં ($RuBisCO$ દ્વારા) થાય છે. તેથી,આ વિધાન સાચું છે.
કારણ $(R)$: $C_3$ વનસ્પતિઓમાં,$CO_2$ ના સ્થાપન (કાર્બોક્સિલેશન) ની સંપૂર્ણ પ્રક્રિયા માત્ર મધ્યપર્ણ કોષોમાં જ થાય છે. $C_3$ વનસ્પતિઓના પુલકંચુક કોષોમાં કેલ્વિન ચક્ર માટે સક્ષમ હરિતકણો હોતા નથી. તેથી,આ વિધાન ખોટું છે.
આમ,$A$ સાચું છે પરંતુ $R$ ખોટું છે.

(B) $RuBisCO$ ઉત્સેચક $CO_2$ અને $O_2$ બંને પ્રત્યે આકર્ષણ ધરાવે છે. $C_3$ વનસ્પતિઓમાં,$RuBisCO$ ઘણીવાર $O_2$ સાથે જોડાય છે,જે પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) તરફ દોરી જાય છે,જે પ્રકાશસંશ્લેષણની કાર્યક્ષમતા ઘટાડે છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓમાં,વિશિષ્ટ ક્રેન્ઝ (Kranz) અંતઃસ્થ રચના $RuBisCO$ ઉત્સેચકની આસપાસ $CO_2$ ની સાંદ્રતા વધારવા માટેની પદ્ધતિ બનાવે છે.
ચોક્કસ રીતે કહીએ તો,$C_4$ પથ (હેચ-સ્લેક પથ) મધ્યપર્ણ કોષોમાં $CO_2$ ને $4$-કાર્બન સંયોજનમાં સ્થાપિત કરે છે,જે પછી પુલકંચુક (bundle sheath) કોષોમાં પરિવહન પામે છે.
પુલકંચુક કોષોમાં,આ સંયોજનનું વિઘટન થઈને $CO_2$ મુક્ત થાય છે,જે ઉચ્ચ $CO_2$ સાંદ્રતા ધરાવતું વાતાવરણ બનાવે છે.
$CO_2$ ની આ ઉચ્ચ સાંદ્રતા એ સુનિશ્ચિત કરે છે કે $RuBisCO$ ઓક્સિજનેઝને બદલે મુખ્યત્વે કાર્બોક્સિલેઝ તરીકે કાર્ય કરે છે,જેનાથી પ્રકાશશ્વસન ન્યૂનતમ થાય છે અને કાર્બોક્સિલેશન મહત્તમ થાય છે.

(C) ક્રાન્ઝ અંતઃસ્થ રચના એ $C_4$ વનસ્પતિઓ (જેમ કે મકાઈ,શેરડી અને જુવાર) ના પર્ણોમાં જોવા મળતી એક વિશિષ્ટ રચના છે.
આ રચનામાં,મધ્યપર્ણ પેશીના કોષો પુલકંચુક કોષોની આસપાસ વલયાકાર રીતે ગોઠવાયેલા હોય છે.
આ ગોઠવણી $CO_2$ ના કાર્યક્ષમ સ્થાપનમાં મદદ કરે છે અને પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ઘટાડે છે.
તેથી,સાચો જવાબ $C$ (પર્ણ) છે.

(A) $C_4$ પથમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક $3$-કાર્બન ધરાવતો અણુ છે જેને ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ કહેવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા મધ્યપર્ણ કોષોમાં થાય છે.
$PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(PEPCase)$ ઉત્સેચક વાતાવરણીય $CO_2$ નું $PEP$ માં સ્થાપન કરીને $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન,ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ બનાવે છે.
તેથી,પ્રથમ તબક્કામાં $CO_2$ નું $PEP$ સાથે જોડાણ થાય છે.

(A) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પુલકંચુક કોષો નીચેની લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે:
$1$. તેમની દીવાલ જાડી હોય છે જે વાયુ વિનિમય માટે અભેદ્ય હોય છે અને તેમાં આંતરકોષીય અવકાશનો અભાવ હોય છે.
$2$. 'ક્રાન્ઝ' અંતઃસ્થ રચના એ પાંદડાની વિશિષ્ટ રચના છે જ્યાં પુલકંચુક કોષો વાહક પુલની આસપાસ અનેક સ્તરો બનાવે છે.
$3$. પુલકંચુક કોષોમાં હરિતકણ મોટા અને અગ્રાનાલ (agranal) હોય છે (તેમાં થાઇલેકોઇડ્સ હોય છે,પરંતુ તે ગ્રાનામાં ગોઠવાયેલા હોતા નથી).
$4$. કાર્બન સ્થાપન મધ્યપર્ણ કોષોમાં ($PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ દ્વારા) થાય છે અને કેલ્વિન ચક્ર પુલકંચુક કોષોમાં થાય છે.
વિકલ્પ $A$ ખોટો છે કારણ કે તેમાં જણાવેલ છે કે પુલકંચુક કોષોમાં આંતરકોષીય અવકાશ હોય છે,જ્યારે વાસ્તવમાં તેમાં આંતરકોષીય અવકાશનો અભાવ હોય છે.

(D) $C_4$ પથ (હેચ-સ્લેક ચક્ર) માં,પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ છે,જે $3$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે.
$CO_2$ નું સ્થાપન $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક દ્વારા થાય છે,જેના પરિણામે ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ બને છે,જે $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે.
$OAA$ એ $C_4$ ચક્રમાં બનતી પ્રથમ સ્થાયી નીપજ છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $D$ છે.

(D) $C_3$ વનસ્પતિઓમાં, કેલ્વિન ચક્ર માત્ર મધ્યપર્ણ કોષોમાં (એક પ્રકારના કોષ) થાય છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓમાં, કેલ્વિન ચક્ર પુલકંચુક (bundle sheath) કોષોમાં થાય છે, જ્યારે પ્રાથમિક $CO_2$ સ્થાપન મધ્યપર્ણ કોષોમાં થાય છે (બે પ્રકારના કોષ).
$C_3$ વનસ્પતિઓમાં કેલ્વિન ચક્રની પ્રથમ સ્થાયી નીપજ $3$-ફોસ્ફોગ્લિસેરિક એસિડ $(PGA)$ છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓમાં, પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ છે, $RuBP$ નથી. $RuBP$ એ $C_3$ વનસ્પતિઓમાં પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક છે.
તેથી, "$C_4$ વનસ્પતિમાં પ્રથમ $CO_2$ ગ્રાહક - $RuBP$" વાળી જોડી ખોટી છે.

(C) સોરઘમ (જુવાર) એ $C_4$ વનસ્પતિ છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ સ્વીકારનાર ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ છે,જે $3$-કાર્બન સંયોજન છે.
પર્ણમધ્ય કોષોમાં બનતી પ્રથમ સ્થાયી નીપજ ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ છે,જે $4$-કાર્બન સંયોજન છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓ તેમની ઉચ્ચ પ્રકાશસંશ્લેષણીય કાર્યક્ષમતા અને ઉત્પાદકતા માટે જાણીતી છે,કારણ કે તેમાં પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) નો અભાવ હોય છે.

(B) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ નું સ્થાપન મધ્યપર્ણ કોષોમાં $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક દ્વારા થાય છે,જે ઓક્ઝેલોએસીટેટ બનાવે છે. ત્યારબાદ $CO_2$ ને પુલકંચુક કોષોમાં વહન કરવામાં આવે છે,જ્યાં કેલ્વિન ચક્ર થાય છે. તેથી,એવું વિધાન કે $CO_2$ નું સ્થાપન પુલકંચુક કોષોમાં થાય છે તે ખોટું છે,કારણ કે પ્રાથમિક સ્થાપન મધ્યપર્ણ કોષોમાં થાય છે. વિકલ્પ $B$ એ ખોટું વિધાન છે.

(C) દરેક વિધાનનું વિશ્લેષણ કરીએ:
$(1)$ અસત્ય: $C_4$ વનસ્પતિઓ ઊંચા તાપમાન માટે અનુકૂલિત હોય છે અને $C_3$ વનસ્પતિઓની સરખામણીમાં ઊંચા તાપમાને વધુ ઉત્પાદકતા દર્શાવે છે.
$(2)$ સત્ય: $C_4$ વનસ્પતિઓ વધુ પ્રકાશની તીવ્રતા પ્રત્યે સકારાત્મક પ્રતિભાવ આપે છે અને ઓછા પ્રકાશમાં સંતૃપ્ત થતી નથી.
$(3)$ સત્ય: $C_4$ વનસ્પતિઓમાં પ્રકાશશ્વસનનો અભાવ હોય છે કારણ કે તેમની પાસે ઉત્સેચક (Rubisco) ના સ્થાન પર $CO_2$ ની સાંદ્રતા વધારવાની પદ્ધતિ હોય છે,જે Rubisco ની ઓક્સિજનેઝ પ્રવૃત્તિને ઘટાડે છે.
$(4)$ અસત્ય: પ્રકાશશ્વસનના અભાવ અને કાર્યક્ષમ $CO_2$ સ્થાપનને કારણે $C_4$ વનસ્પતિઓની ઉત્પાદકતા $C_3$ વનસ્પતિઓ કરતા વધારે હોય છે.
$(5)$ સત્ય: પ્રાથમિક $CO_2$ સ્થાપન મધ્યપર્ણ કોષોમાં થાય છે જ્યાં $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક $CO_2$ ને ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ નામના $4$-કાર્બન સંયોજનમાં સ્થાપિત કરે છે.
આથી,વિધાનો $(2), (3)$ અને $(5)$ સાચા છે.

(A) $C_4$ ચક્ર (હેચ-સ્લેક પથ) માં,પ્રાથમિક $CO_2$ સ્થાપન નીપજ $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ છે,$PGA$ નથી.
$PGA$ (ફોસ્ફોગ્લિસેરિક એસિડ) એ $C_3$ ચક્ર (કેલ્વિન ચક્ર) માં પ્રાથમિક $CO_2$ સ્થાપન નીપજ છે.
તેથી,વિકલ્પ $A$ એ ખોટી જોડી છે.
- પ્રારંભિક કાર્બોક્સિલેશન માટેનું સ્થાન મધ્યપર્ણ કોષો છે.
- પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક $PEP$ (ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ) છે.
- મકાઈ એ $C_4$ વનસ્પતિનું ઉત્તમ ઉદાહરણ છે.

(A) વનસ્પતિઓને તેમના પ્રકાશસંશ્લેષણના પથના આધારે $C_3$ અને $C_4$ પ્રકારમાં વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓ,જેમ કે જુવાર $(Sorghum)$ અને મકાઈ,ઊંચા તાપમાન અને વધુ પ્રકાશની તીવ્રતાવાળા વાતાવરણમાં અનુકૂલિત હોય છે.
આ વનસ્પતિઓમાં $Kranz$ અંતઃસ્થ રચના જોવા મળે છે,જે પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ઘટાડે છે.
તેમનામાં પ્રકાશશ્વસનનું પ્રમાણ નહિવત હોવાથી,$C_4$ વનસ્પતિઓ $C_3$ વનસ્પતિઓ (જેમ કે ઘઉં,ડાંગર અને બીન્સ) ની સરખામણીમાં ઊંચા તાપમાને પણ પ્રકાશસંશ્લેષણનો ઊંચો દર જાળવી રાખે છે.

(D) $CAM$ એટલે $\text{Crassulacean Acid Metabolism}$ (ક્રાસ્યુલેસિયન એસિડ મેટાબોલિઝમ).
$CAM$ વનસ્પતિઓ શુષ્ક વાતાવરણમાં અનુકૂલિત હોય છે જ્યાં પાણીનું સંરક્ષણ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે.
બાષ્પોત્સર્જન દ્વારા પાણીનો વ્યય ઘટાડવા માટે, આ વનસ્પતિઓ દિવસ દરમિયાન તેમના પર્ણરંધ્રો બંધ રાખે છે.
તેઓ રાત્રિ દરમિયાન $CO_2$ ગ્રહણ કરવા માટે પર્ણરંધ્રો ખોલે છે, જે ત્યારબાદ કાર્બનિક એસિડમાં રૂપાંતરિત થાય છે અને બીજા દિવસે પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે સંગ્રહિત થાય છે.

(B) શેરડી $(Saccharum \ officinarum)$ એ $C_4$ વનસ્પતિ છે જે ઉચ્ચ પ્રકાશસંશ્લેષણીય કાર્યક્ષમતા દર્શાવે છે.
તે ખેતીલાયક પાકોમાં સૌથી વધુ ચોખ્ખી પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા ધરાવતા પાકોમાંનો એક છે,જે ઘણીવાર વાર્ષિક $2-4 \ kg/m^2$ સુધી પહોંચે છે.
આ ઉચ્ચ ઉત્પાદકતા $C_4$ પથને કારણે છે,જે પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ઘટાડે છે અને વનસ્પતિને ઉચ્ચ પ્રકાશ તીવ્રતા અને તાપમાનની સ્થિતિમાં પણ કાર્બન સ્થાપનનો ઊંચો દર જાળવી રાખવા દે છે.

(A) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,કૅલ્વિન ચક્ર ફક્ત પુલકંચુકીય (bundle sheath) કોષોમાં જ થાય છે.
આ કોષોમાં રહેલા હરિતકણો કૅલ્વિન ચક્ર માટે વિશિષ્ટ હોય છે,કારણ કે તેમાં ગ્રાનાનો અભાવ હોય છે (અગ્રાનાલ હરિતકણ) અને તેમાં $RuBisCO$ ઉત્સેચક પુષ્કળ પ્રમાણમાં હોય છે.
પ્રાથમિક $CO_2$ સ્થાપન મધ્યપર્ણીય કોષોમાં થાય છે,જે $4$-કાર્બન સંયોજન $(OAA)$ બનાવે છે,જે ત્યારબાદ કૅલ્વિન ચક્ર માટે પુલકંચુકીય કોષોમાં વહન પામે છે.

(A) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક એ $3$-કાર્બન ધરાવતો અણુ છે જેને ફૉસ્ફોઇનોલ-પાયરૂવેટ $(PEP)$ કહેવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા મધ્યપર્ણ કોષોમાં $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(PEPCase)$ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
$CO_2$ એ $PEP$ સાથે જોડાઈને $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન ઓક્ઝેલો એસિટિક એસિડ $(OAA)$ બનાવે છે,જે $C_4$ ચક્રની પ્રથમ સ્થાયી નીપજ છે.

(A) ક્રેન્ઝ (Kranz) પેશીય સંરચના એ $C_4$ વનસ્પતિઓ (જેમ કે મકાઈ,શેરડી અને જુવાર) ના પર્ણોમાં જોવા મળતી એક વિશિષ્ટ સંરચના છે.
આ સંરચનામાં,મધ્યપર્ણ (mesophyll) કોષો પુલકંચુક (bundle sheath) કોષોની આસપાસ વલયાકાર રીતે ગોઠવાયેલા હોય છે.
આ રચના $C_4$ પ્રકાશસંશ્લેષણ પથને સરળ બનાવે છે,જે પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ઘટાડવામાં અને ઉચ્ચ તાપમાન તથા વધુ પ્રકાશની સ્થિતિમાં કાર્બન સ્થાપનની કાર્યક્ષમતા વધારવામાં મદદ કરે છે.

(B) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ સ્થાપન પર્ણમધ્ય (mesophyll) કોષોમાં થાય છે.
આ પ્રારંભિક સ્થાપન માટે જવાબદાર ઉત્સેચક $PEP$ કાર્બોક્ઝાયલેઝ (Phosphoenolpyruvate carboxylase) છે.
આ ઉત્સેચક $CO_2$ અને $PEP$ ($3$-કાર્બન સંયોજન) વચ્ચેની પ્રતિક્રિયાને ઉદ્દીપ્ત કરીને ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ બનાવે છે,જે $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે.
$RuBP$ કાર્બોક્ઝાયલેઝ (Rubisco) પુલકંચુક (bundle sheath) કોષોમાં કેલ્વિન ચક્રમાં ભાગ લે છે,પરંતુ $C_4$ વનસ્પતિઓમાં પ્રાથમિક સ્થાપન $PEP$ કાર્બોક્ઝાયલેઝ દ્વારા થાય છે.

(D) $C_4$ વનસ્પતિઓ એવી વનસ્પતિઓ છે જે કાર્બન સ્થાપન માટે $C_4$ ડાયકાર્બોક્સિલિક એસિડ પથનો ઉપયોગ કરે છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓના ઉદાહરણોમાં મકાઈ,શેરડી,જુવાર અને ક્રૅબગ્રાસનો સમાવેશ થાય છે.
પપૈયા,વટાણા અને બટાટા એ $C_3$ વનસ્પતિઓના ઉદાહરણો છે,જે કાર્બન સ્થાપન માટે કેલ્વિન ચક્ર ($C_3$ પથ) નો ઉપયોગ કરે છે.
તેથી,મકાઈ એ સાચો જવાબ છે.

(A) $C_4$ ચક્ર,જેને $C_4$ પ્રકાશસંશ્લેષણ પથ અથવા હેચ-સ્લેક પથ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તેની શોધ $1966$ માં એમ.ડી. હેચ અને સી.આર. સ્લેક દ્વારા કરવામાં આવી હતી.
આ પથ ગરમ અને સૂકા વાતાવરણમાં પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ઘટાડવા અને પ્રકાશસંશ્લેષણની કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે કેટલીક વનસ્પતિઓમાં જોવા મળતી એક અનુકૂલન પદ્ધતિ છે.