C4 Questions in Gujarati

(C) શેરડી એ $C_4$ વનસ્પતિ છે. $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,$CO_2$ નું પ્રાથમિક સ્થાપન પર્ણમધ્ય પેશીના કોષોમાં થાય છે. આ પ્રારંભિક કાર્બોક્સિલેશન માટે જવાબદાર ઉત્સેચક $Phosphoenolpyruvate$ $(PEP)$ કાર્બોક્ઝાયલેઝ છે. આ ઉત્સેચક $CO_2$ (અથવા $HCO_3^-$) અને $PEP$ વચ્ચેની પ્રક્રિયાને ઉદ્દીપિત કરીને ઓક્ઝેલોએસેટિક ઍસિડ $(OAA)$ બનાવે છે,જે ત્યારબાદ મેલિક ઍસિડ અથવા એસ્પાર્ટિક ઍસિડમાં રૂપાંતરિત થાય છે. તેથી,સાચો ઉત્સેચક $PEP$ કાર્બોક્ઝાયલેઝ છે.

(D) $C_4$ વનસ્પતિઓ પ્રકાશસંશ્લેષણમાં ખૂબ જ કાર્યક્ષમ છે કારણ કે તેમની પાસે રૂબિસ્કો $(Rubisco)$ ઉત્સેચકની આસપાસ $CO_2$ ને સાંદ્રિત કરવાની વિશિષ્ટ પદ્ધતિ છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓમાં,$CO_2$ નું પ્રાથમિક સ્થાપન મધ્યપર્ણ કોષોમાં થાય છે,જ્યાં $PEP$ કાર્બોક્ઝાયલેઝ $(PEPCase)$ પ્રાથમિક કાર્બોક્સિલેટિંગ ઉત્સેચક તરીકે કાર્ય કરે છે.
$PEPCase$ ની $CO_2$ પ્રત્યે ખૂબ જ ઊંચી આકર્ષણ શક્તિ હોય છે અને રૂબિસ્કોથી વિપરીત,તે ઓક્સિજનેઝ પ્રવૃત્તિ દર્શાવતું નથી.
આ ઉત્સેચક $CO_2$ ને ચાર કાર્બન ધરાવતા સંયોજન (ઓક્ઝેલોએસીટેટ) માં સ્થાપિત કરે છે,જે ત્યારબાદ પુલકંચુકીય કોષોમાં વહન પામે છે.
પુલકંચુકીય કોષોમાં,આ સંયોજનનું ડિકાર્બોક્સિલેશન થાય છે જેથી $CO_2$ ની ઊંચી સાંદ્રતા મુક્ત થાય છે,જેનો ઉપયોગ રૂબિસ્કો દ્વારા કેલ્વિન ચક્ર માટે કરવામાં આવે છે.
આ પદ્ધતિ પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ને ઘટાડે છે અને $CO_2$ ની ઓછી સાંદ્રતામાં પણ કાર્યક્ષમ કાર્બન સ્થાપન સુનિશ્ચિત કરે છે.

(B) $C_3$ વનસ્પતિઓમાં,ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ ના એક અણુના સંશ્લેષણ માટે $18$ $ATP$ અને $12$ $NADPH$ ની જરૂર પડે છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પાયરુવેટમાંથી ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ ના પુનઃસર્જન માટે દરેક $CO_2$ અણુના સ્થાપન દીઠ એક વધારાનો $ATP$ વપરાય છે.
હેક્સોઝ શર્કરાના એક અણુના સંશ્લેષણ માટે $6$ $CO_2$ અણુઓની જરૂર હોવાથી,$C_3$ વનસ્પતિની સરખામણીમાં $C_4$ વનસ્પતિમાં $6$ વધારાના $ATP$ અણુઓ વપરાય છે.
આમ,$C_4$ વનસ્પતિ માટે જરૂરી કુલ $ATP$ ની સંખ્યા $18 + 6 = 24$ $ATP$ થાય છે.

(D) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,$CO_2$ ના સ્થાપનની પ્રક્રિયા બે તબક્કામાં અને બે અલગ-અલગ પ્રકારના કોષોમાં થાય છે.
$1$. પ્રાથમિક $CO_2$ સ્થાપન મધ્યપર્ણ કોષોમાં થાય છે,જ્યાં $CO_2$ નો સ્વીકાર ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ દ્વારા થાય છે અને $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન ઓક્ઝેલોએસેટિક ઍસિડ $(OAA)$ બને છે.
$2$. આ $OAA$ ત્યારબાદ મધ્યપર્ણ કોષોમાં જ મેલિક ઍસિડ (અથવા એસ્પાર્ટિક ઍસિડ) માં રૂપાંતરિત થાય છે.
$3$. ત્યારબાદ મેલિક ઍસિડ પુલકંચુકીય કોષોમાં વહન પામે છે,જ્યાં તેનું ડિકાર્બોક્સિલેશન થઈને કેલ્વિન ચક્ર માટે $CO_2$ મુક્ત થાય છે.
આમ,મેલિક ઍસિડનું નિર્માણ મધ્યપર્ણ કોષોમાં થાય છે.

(D) $C_4$ વનસ્પતિઓ $C_3$ વનસ્પતિઓ કરતા વધુ કાર્યક્ષમ છે કારણ કે તેમાં પ્રકાશ શ્વસન (photorespiration) થતું નથી.
$C_3$ વનસ્પતિઓમાં,$RuBisCO$ ઉત્સેચક ઊંચા $O_2$ સાંદ્રતામાં ઓક્સિજનેઝ તરીકે વર્તે છે,જે પ્રકાશ શ્વસન તરફ દોરી જાય છે,જેના પરિણામે સ્થાયી થયેલા કાર્બન અને ઊર્જાનો વ્યય થાય છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓમાં $Kranz$ અંતઃસ્થ રચના (Kranz anatomy) જોવા મળે છે,જે પ્રાથમિક $CO_2$ સ્થાપન (મધ્યપર્ણ કોષોમાં) અને કેલ્વિન ચક્ર (પુલકંચુક કોષોમાં) ને અલગ પાડે છે.
આ પદ્ધતિ પુલકંચુક કોષોમાં $RuBisCO$ ઉત્સેચકની આસપાસ $CO_2$ ની સાંદ્રતા વધારે છે,જે $RuBisCO$ ની ઓક્સિજનેઝ પ્રવૃત્તિને અસરકારક રીતે દબાવે છે અને પ્રકાશ શ્વસનને ઘટાડે છે.

(A) વર્ણવેલ લાક્ષણિકતાઓ,જેમ કે પ્રકાશશ્વસનનો અભાવ,પાણીના વપરાશની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા,ઊંચા તાપમાને પ્રકાશસંશ્લેષણનો ઊંચો દર અને નાઇટ્રોજનના વપરાશની સુધારેલી કાર્યક્ષમતા,તે $C_4$ વનસ્પતિઓની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓ 'ક્રાન્ઝ' (Kranz) શરીરરચના ધરાવે છે,જે તેમને $RuBisCO$ ઉત્સેચકની આસપાસ $CO_2$ નું સાંદ્રણ વધારવા દે છે,જેનાથી પ્રકાશશ્વસન ન્યૂનતમ થાય છે.
આ અનુકૂલનોને કારણે $C_4$ વનસ્પતિઓ $C_3$ વનસ્પતિઓની તુલનામાં ઉષ્ણકટિબંધીય અને શુષ્ક વાતાવરણમાં વધુ કાર્યક્ષમ હોય છે.

(B) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક ફૉસ્ફોઈનોલ પાયરુવેટ $(PEP)$ નામનો $3$-કાર્બન ધરાવતો અણુ છે.
આ પ્રક્રિયા મધ્યપર્ણ (mesophyll) કોષોમાં થાય છે અને તે $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(PEPCase)$ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
તેની સરખામણીમાં,$C_3$ વનસ્પતિઓ પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક તરીકે રિબ્યુલોઝ $1,5$-બિસફોસ્ફેટ $(RuBP)$ નો ઉપયોગ કરે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $B$ છે.

(D) $C_4$ ચક્ર $19$ આવૃત બીજધારી વનસ્પતિ કુળોની $1500$ જેટલી જાતિઓમાં જોવા મળે છે. આ વનસ્પતિઓમાંથી મોટાભાગની એકદળી (monocots) હોય છે,જે મુખ્યત્વે ગ્રેમિની (Poaceae) અને સાયપરેસી (Cyperaceae) કુળ સાથે સંબંધિત છે.

(C) વિધાન સાચું છે કારણ કે $C_4$ પથ એ ઘણા ઉષ્ણકટિબંધીય છોડમાં પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ઘટાડવા માટેની ઉત્ક્રાંતિજન્ય અનુકૂલન છે.
કારણ ખોટું છે કારણ કે $C_4$ પથમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક $3$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવેટ $(PEP)$ છે,પરંતુ $CO_2$ નું સ્થાપન $4$-કાર્બન ધરાવતા સંયોજન ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ માં થાય છે. '$3C$ સંયોજન દ્વારા સ્થાપન' એવું કહેવું ભ્રામક છે કારણ કે તે સૂચવે છે કે નીપજ $3C$ છે,જ્યારે વાસ્તવમાં સ્થાપન પ્રક્રિયામાં $3C$ ગ્રાહકનો ઉપયોગ કરીને $4C$ સ્થાયી નીપજ બને છે.

(A) $Amaranthus$ $sp.$ અને શેરડી એ $C_4$ વનસ્પતિઓ છે,જેને હેચ અને સ્લેક વનસ્પતિઓ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે કારણ કે તેઓ હેચ-સ્લેક પથ (અથવા $C_4$ ચક્ર) અનુસરે છે.
$C_4$ ચક્રમાં,$CO_2$ નું સ્થાપન બે વાર થાય છે. ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ નો એક અણુ બનાવવા માટે,કેલ્વિન ચક્ર દ્વારા $6$ અણુ $CO_2$ નું સ્થાપન થવું જરૂરી છે,જે $C_4$ પથ સાથે જોડાયેલું છે. આમ,$6 \,CO_2$ ના સ્થાપન દ્વારા એક ગ્લુકોઝ બને છે તે વિધાન સાચું છે.

(C) હેચ અને સ્લેક પથ,જેને $C_4$ ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે $C_4$ વનસ્પતિઓમાં જોવા મળે છે.
આ પથમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ સ્વીકારનાર $3$-કાર્બન ધરાવતો અણુ છે જેને ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવેટ $(PEP)$ કહેવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા મધ્યપર્ણ કોષોમાં $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(PEPCase)$ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે,જેના પરિણામે $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન,ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ બને છે.

(N/A) ના,કોઈ વનસ્પતિના બાહ્ય મોર્ફોલોજિકલ લક્ષણોને જોઈને તે $C_{3}$ છે કે $C_{4}$ તે નક્કી કરી શકાતું નથી.
$C_{4}$ વનસ્પતિઓમાં $Kranz$ શરીરરચના (Kranz anatomy) નામની વિશિષ્ટ આંતરિક રચના જોવા મળે છે,જેમાં વાહકપેશીની આસપાસ પુલકંચુક (bundle sheath) કોષો આવેલા હોય છે.
આ તફાવત માત્ર આંતરિક છે અને તેને માત્ર સૂક્ષ્મદર્શક યંત્રની મદદથી કોષીય સ્તરે જ જોઈ શકાય છે.
બાહ્ય દેખાવ પરથી આ આંતરિક રચનાઓ જાણી શકાતી નથી.
ઉદાહરણ તરીકે,ઘઉં અને મકાઈ બંને ઘાસ છે,પરંતુ ઘઉં એ $C_{3}$ વનસ્પતિ છે,જ્યારે મકાઈ એ $C_{4}$ વનસ્પતિ છે.

(N/A) $C_{4}$ વનસ્પતિના પર્ણોમાં $Kranz$ શરીરરચના (Kranz anatomy) નામની વિશિષ્ટ આંતરિક રચના જોવા મળે છે,જે તેમને $C_{3}$ વનસ્પતિઓથી અલગ પાડે છે.
$Kranz$ શરીરરચનામાં,વાહકપેશી પુલ (vascular bundles) ની આસપાસ મોટા,વિશિષ્ટ કોષોનું એક વલય હોય છે જેને પુલકંચુક કોષો (bundle-sheath cells) કહેવામાં આવે છે.
આ પુલકંચુક કોષોમાં હરિતકણોની સંખ્યા ખૂબ વધારે હોય છે,તેમની કોષદીવાલ જાડી હોય છે અને તેમની વચ્ચે આંતરકોષીય અવકાશ હોતો નથી.
વધુમાં,આ કોષો વાયુ વિનિમય માટે અભેદ્ય હોય છે,જે $RuBisCO$ ઉત્સેચકની આસપાસ $CO_{2}$ ની સાંદ્રતા જાળવી રાખવામાં મદદ કરે છે.
આ વિશિષ્ટ શરીરરચના પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ને ઘટાડે છે અને $C_{3}$ વનસ્પતિઓની તુલનામાં $C_{4}$ વનસ્પતિઓની પ્રકાશસંશ્લેષણ ક્ષમતામાં વધારો કરે છે.

(N/A) વનસ્પતિની ઉત્પાદકતા તેના પ્રકાશસંશ્લેષણના દર દ્વારા માપવામાં આવે છે. વનસ્પતિમાં હાજર કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું પ્રમાણ પ્રકાશસંશ્લેષણના દર સાથે સીધું પ્રમાણસર હોય છે.
$C_{4}$ વનસ્પતિઓમાં પુલકંચુક (bundle-sheath) કોષોમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડની સાંદ્રતા વધારવાની એક વિશિષ્ટ પદ્ધતિ હોય છે.
$C_{4}$ વનસ્પતિઓમાં,કેલ્વિન ચક્ર માત્ર પુલકંચુક કોષોમાં જ થાય છે.
પર્ણમધ્ય (mesophyll) કોષોમાં બનતો $C_{4}$ એસિડ (મેલિક એસિડ અથવા એસ્પાર્ટિક એસિડ) પુલકંચુક કોષોમાં વહન પામે છે,જ્યાં તેનું વિઘટન થઈને $CO_{2}$ મુક્ત થાય છે.
$CO_{2}$ ની આ ઊંચી સાંદ્રતા એ સુનિશ્ચિત કરે છે કે $RuBisCO$ ઉત્સેચક ઓક્સિજનેઝ તરીકે કામ કરવાને બદલે મુખ્યત્વે કાર્બોક્સિલેઝ તરીકે કાર્ય કરે.
આ પદ્ધતિ અસરકારક રીતે પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ને અટકાવે છે,જે અન્યથા ઊર્જા અને કાર્બનનો વ્યય કરે છે,જેનાથી પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર અને ઉત્પાદકતામાં નોંધપાત્ર વધારો થાય છે.

(N/A) $C_{4}$ વનસ્પતિઓના મધ્યપર્ણ કોષોમાં $RuBisCo$ ઉત્સેચક ગેરહાજર હોય છે. તે વાહકપેશીની આસપાસ આવેલા પુલકંચુક કોષોમાં હાજર હોય છે.
$C_{4}$ વનસ્પતિઓમાં,કેલ્વિન ચક્ર પુલકંચુક કોષોમાં થાય છે.
મધ્યપર્ણ કોષોમાં પ્રાથમિક $CO_{2}$ ગ્રાહક ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવેટ $(PEP)$ છે,જે ત્રણ-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે.
તે ચાર-કાર્બન ધરાવતા સંયોજન ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ માં રૂપાંતરિત થાય છે.
$OAA$ નું વધુ રૂપાંતર મેલિક એસિડ અથવા એસ્પાર્ટિક એસિડમાં થાય છે.
આ એસિડનું વહન પુલકંચુક કોષોમાં થાય છે,જ્યાં તેનું ડિકાર્બોક્સિલેશન થાય છે અને $CO_{2}$ મુક્ત થાય છે.
$RuBisCo$ ની આસપાસ $CO_{2}$ ની આ ઉચ્ચ સાંદ્રતા એ સુનિશ્ચિત કરે છે કે તે ઓક્સિજનેઝને બદલે મુખ્યત્વે કાર્બોક્સિલેઝ તરીકે કાર્ય કરે છે,જેનાથી પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ન્યૂનતમ થાય છે.

(N/A) શુષ્ક ઉષ્ણકટિબંધીય પ્રદેશોમાં અનુકૂલિત વનસ્પતિઓ $C_4$ પથનો ઉપયોગ કરે છે.
આ વનસ્પતિઓમાં $C_4$ ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ એ પ્રથમ $CO_2$ સ્થાપન નીપજ છે. તેઓ મુખ્ય જૈવસંશ્લેષણ માર્ગ તરીકે $C_3$ પથ અથવા કેલ્વિન ચક્રનો ઉપયોગ કરે છે. $C_4$ વનસ્પતિઓની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ નીચે મુજબ છે:
$(1)$ $C_4$ વનસ્પતિઓ વિશિષ્ટ પર્ણ રચના ધરાવે છે અને ઊંચા તાપમાનને સહન કરી શકે છે.
$(2)$ તેઓ વધુ પ્રકાશની તીવ્રતા પ્રત્યે પ્રતિભાવ આપે છે.
$(3)$ તેમનામાં પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ની પ્રક્રિયાનો અભાવ હોય છે.
$(4)$ તેઓ વધુ જૈવભાર (biomass) ઉત્પાદકતા ધરાવે છે.
$(5)$ પર્ણના ઊભા છેદમાં,મધ્યપર્ણ (mesophyll) કોષો વિશિષ્ટ રીતે ગોઠવાયેલા જોવા મળે છે.
$(6)$ વાહક પુલની આસપાસના મોટા કોષોને પુલકંચુક (bundle sheath) કોષો કહેવાય છે,અને આ રચનાને 'ક્રાન્ઝ' (Kranz) શરીરરચના કહેવામાં આવે છે.
$(7)$ 'ક્રાન્ઝ' નો અર્થ 'માળા' (wreath) થાય છે,જે કોષોની ગોઠવણી દર્શાવે છે.
$(8)$ પુલકંચુક વાહક પુલની આસપાસ અનેક સ્તરો ધરાવી શકે છે.
$(9)$ આ કોષોમાં મોટી સંખ્યામાં હરિતકણ,વાયુ વિનિમય માટે અભેદ્ય જાડી દીવાલ અને આંતરકોષીય અવકાશનો અભાવ હોય છે.
આ પથને હેચ અને સ્લેક પથ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. તે એક ચક્રીય પ્રક્રિયા છે:
પગલું $1$: વાતાવરણીય $CO_2$ મધ્યપર્ણ કોષોમાં પ્રવેશે છે જ્યાં પ્રાથમિક $CO_2$ ગ્રાહક $3$-કાર્બન અણુ ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ છે. આ માટે જવાબદાર ઉત્સેચક $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(PEPcase)$ છે. $C_4$ એસિડ,ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ બને છે: $CO_2 + PEP \xrightarrow{PEPcase} OAA$.
પગલું $2$: $OAA$ નું રૂપાંતર મધ્યપર્ણ કોષોમાં મેલિક એસિડ અથવા એસ્પાર્ટિક એસિડ જેવા $4$-કાર્બન સંયોજનોમાં થાય છે,જે પુલકંચુક કોષોમાં વહન પામે છે. અહીં,આ $C_4$ એસિડનું વિઘટન થઈ $CO_2$ અને $3$-કાર્બન અણુ (પાયરુવિક એસિડ) મુક્ત થાય છે.
પગલું $3$: $3$-કાર્બન અણુ પાછો મધ્યપર્ણ કોષોમાં વહન પામે છે,જ્યાં તે $ATP$ ની હાજરીમાં ફરીથી $PEP$ માં રૂપાંતરિત થાય છે,આમ ચક્ર પૂર્ણ થાય છે.
પગલું $4$: પુલકંચુક કોષોમાં મુક્ત થયેલ $CO_2$ કેલ્વિન ચક્રમાં પ્રવેશે છે. પુલકંચુક કોષોમાં $RuBisCO$ પુષ્કળ પ્રમાણમાં હોય છે પરંતુ $PEPcase$ નો અભાવ હોય છે. આમ,શર્કરા નિર્માણનો મૂળભૂત માર્ગ $C_3$ અને $C_4$ બંને વનસ્પતિઓમાં સમાન છે.

(N/A) હેચ-સ્લેક પથ,જેને $C_{4}$ પથ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે શુષ્ક ઉષ્ણકટિબંધીય વિસ્તારોમાં અનુકૂલિત વનસ્પતિઓમાં જોવા મળે છે.
આ વનસ્પતિઓમાં $C_{4}$ ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ એ પ્રથમ $CO_{2}$ સ્થાપન નીપજ છે. તેઓ મુખ્ય જૈવસંશ્લેષણ પથ તરીકે $C_{3}$ પથ અથવા કેલ્વિન ચક્રનો ઉપયોગ કરે છે.
$C_{4}$ વનસ્પતિના પર્ણોની આંતરિક લાક્ષણિકતાઓ:
$(1)$ $C_{4}$ વનસ્પતિઓ વિશિષ્ટ પ્રકારની પર્ણ અંતઃસ્થ રચના ધરાવે છે અને તે ઊંચા તાપમાનને સહન કરી શકે છે.
$(2)$ તેઓ વધુ પ્રકાશની તીવ્રતા પ્રત્યે પ્રતિભાવ આપે છે.
$(3)$ તેમાં પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) નામની પ્રક્રિયાનો અભાવ હોય છે.
$(4)$ તેઓ વધુ જૈવભાર (biomass) ઉત્પાદકતા ધરાવે છે.
$(5)$ પર્ણના ઊભા છેદમાં,મધ્યપર્ણ (mesophyll) કોષો ચોક્કસ ગોઠવણીમાં જોવા મળે છે.
$(6)$ $C_{4}$ વનસ્પતિઓમાં વાહકપુલની આસપાસના મોટા કોષોને પુલકંચુક (bundle sheath) કોષો કહેવાય છે,અને આવા પર્ણો 'ક્રાન્ઝ' (Kranz) અંતઃસ્થ રચના ધરાવે છે તેમ કહેવાય છે.
$(7)$ અહીં 'ક્રાન્ઝ' નો અર્થ 'માળા' (wreath) થાય છે જે કોષોની ગોઠવણી દર્શાવે છે.
$(8)$ પુલકંચુક વાહકપુલની આસપાસ અનેક સ્તરો ધરાવી શકે છે.
$(9)$ આ કોષોમાં મોટી સંખ્યામાં હરિતકણ,વાયુ વિનિમય માટે અભેદ્ય જાડી દીવાલ અને આંતરકોષીય અવકાશનો અભાવ હોય છે.
$(10)$ જો આપણે મકાઈ કે જુવાર જેવી $C_{4}$ વનસ્પતિના પર્ણનો છેદ લઈએ,તો આપણે ક્રાન્ઝ અંતઃસ્થ રચના અને મધ્યપર્ણ કોષોનું વિતરણ જોઈ શકીએ છીએ.
$C_{4}$ પથના તબક્કાઓ:
તબક્કો $1$: વાતાવરણીય $CO_{2}$ મધ્યપર્ણ કોષોમાં પ્રવેશે છે જ્યાં પ્રાથમિક $CO_{2}$ ગ્રાહક $3-$કાર્બન અણુ ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ છે. આ $CO_{2}$ સ્થાપન માટે જવાબદાર ઉત્સેચક $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(PEPcase)$ છે. મધ્યપર્ણ કોષોમાં $RuBisCO$ નો અભાવ હોય છે. $C_{4}$ એસિડ $OAA$ બને છે: $CO_{2} + PEP \xrightarrow{PEPcase} OAA$.
તબક્કો $2$: $OAA$ મધ્યપર્ણ કોષોમાં મેલિક એસિડ અથવા એસ્પાર્ટિક એસિડ જેવા અન્ય $4-$કાર્બન સંયોજનો બનાવે છે,જે પુલકંચુક કોષોમાં વહન પામે છે. પુલકંચુક કોષોમાં આ $C_{4}$ એસિડનું વિઘટન થઈ $CO_{2}$ અને $3-$કાર્બન અણુ (પાયરુવિક એસિડ) મુક્ત થાય છે.
તબક્કો $3$: $3-$કાર્બન અણુ પાછો મધ્યપર્ણ કોષોમાં વહન પામે છે જ્યાં તે $ATP$ ની હાજરીમાં ફરીથી $PEP$ માં રૂપાંતરિત થાય છે,આમ ચક્ર પૂર્ણ થાય છે.
તબક્કો $4$: પુલકંચુક કોષોમાં મુક્ત થયેલ $CO_{2}$ $C_{3}$ અથવા કેલ્વિન પથમાં પ્રવેશે છે. પુલકંચુક કોષોમાં રિબ્યુલોઝ બાયફોસ્ફેટ કાર્બોક્સિલેઝ-ઓક્સિજનેઝ $(RuBisCO)$ ઉત્સેચક ભરપૂર હોય છે પરંતુ $PEPcase$ નો અભાવ હોય છે.

(N/A) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) થતું નથી.
આનું કારણ એ છે કે તેમની પાસે ઉત્સેચક સ્થાન પર $CO_2$ ની સાંદ્રતા વધારવાની એક પદ્ધતિ છે.
આ પ્રક્રિયા ત્યારે થાય છે જ્યારે મધ્યપર્ણ (mesophyll) કોષોમાંથી $C_4$ એસિડ પુલકંચુક (bundle sheath) કોષોમાં તૂટીને $CO_2$ મુક્ત કરે છે.
આના પરિણામે કોષની અંદર $CO_2$ ની સાંદ્રતા વધે છે.
આનાથી એ સુનિશ્ચિત થાય છે કે $RuBisCO$ ઉત્સેચક મુખ્યત્વે કાર્બોક્સિલેઝ તરીકે કાર્ય કરે છે,જેનાથી તેની ઓક્સિજનેઝ પ્રવૃત્તિ ન્યૂનતમ થાય છે.
પરિણામે,$C_4$ વનસ્પતિઓની ઉત્પાદકતા $C_3$ વનસ્પતિઓ કરતા ઘણી વધારે હોય છે.

(N/A) $C_{4}$ વનસ્પતિના પર્ણોની આંતરિક રચના નીચે મુજબની લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે:
$(1)$ $C_{4}$ વનસ્પતિઓ વિશિષ્ટ પ્રકારની પર્ણ રચના ધરાવે છે જે તેમને ઊંચા તાપમાનને સહન કરવામાં મદદ કરે છે.
$(2)$ તેઓ વધુ પ્રકાશની તીવ્રતા સામે સારો પ્રતિભાવ આપે છે.
$(3)$ તેમનામાં પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) નામની પ્રક્રિયાનો અભાવ હોય છે.
$(4)$ તેઓ $C_{3}$ વનસ્પતિઓની તુલનામાં વધુ જૈવભાર (biomass) ઉત્પાદકતા દર્શાવે છે.
$(5)$ પર્ણના ઊભા છેદમાં બે પ્રકારના પ્રકાશસંશ્લેષી કોષો જોવા મળે છે: મધ્યપર્ણ (mesophyll) કોષો અને પુલકંચુક (bundle sheath) કોષો.
$(6)$ $C_{4}$ વનસ્પતિઓમાં વાહકપુલની આસપાસ આવેલા મોટા કોષોને પુલકંચુક કોષો કહેવામાં આવે છે,અને આ વિશિષ્ટ ગોઠવણીને 'ક્રાન્ઝ' (Kranz) અંતઃસ્થ રચના કહેવાય છે.
$(7)$ 'ક્રાન્ઝ' શબ્દનો અર્થ 'માળા' (wreath) થાય છે,જે વાહકપુલની આસપાસ કોષોની ગોળાકાર ગોઠવણી દર્શાવે છે.
$(8)$ પુલકંચુક વાહકપુલની આસપાસ ઘણા સ્તરો ધરાવી શકે છે.
$(9)$ આ કોષોમાં મોટી સંખ્યામાં હરિતકણો,વાયુઓના વિનિમય માટે અભેદ્ય એવી જાડી કોષદીવાલ અને આંતરકોષીય અવકાશનો અભાવ હોય છે.
$(10)$ પુલકંચુકમાં આંતરકોષીય અવકાશનો અભાવ $CO_{2}$ ના લીકેજને અટકાવે છે અને કેલ્વિન ચક્ર માટે $CO_{2}$ ની ઊંચી સાંદ્રતા જાળવી રાખે છે.

(N/A) $(1)$ પ્રકાશશ્વસન: આ પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયા છે જે હરિતકણમાં થાય છે,જેમાં $RuBisCO$ ઉત્સેચક કાર્બોક્સિલેઝને બદલે ઓક્સિજનેઝ તરીકે કાર્ય કરે છે. આ પ્રક્રિયામાં $ATP$ કે $NADPH$ ના ઉત્પાદન વગર $O_2$ નો વપરાશ થાય છે અને $CO_2$ મુક્ત થાય છે.
$(2)$ પુલકંચુક: આ વિશિષ્ટ કોષોના સ્તરો (મૃદુતકીય અથવા દ્રઢોતકીય) છે જે વનસ્પતિના પર્ણોમાં વાહકપુલને ઘેરી લે છે. તે $C_4$ વનસ્પતિઓમાં ખાસ કરીને જોવા મળે છે,જ્યાં તે કેલ્વિન ચક્રનું મુખ્ય સ્થાન છે.

(N/A) $(1)$ $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પુલકંચુક (bundle sheath) કોષો વાહકપેશીની આસપાસ વલયાકાર ગોઠવાયેલા હોય છે. પર્ણની આ વિશિષ્ટ આંતરિક રચનાને ક્રેન્ઝ અંતઃસ્થ રચના (Kranz anatomy) કહેવામાં આવે છે (જ્યાં 'Kranz' નો અર્થ 'માળા' થાય છે).
$(2)$ ફોટો-ઓક્સિડેશન એ પ્રક્રિયા છે જેમાં,અપૂરતા $CO_2$ ના સાંદ્રતાના કારણે,હરિતદ્રવ્ય દ્વારા શોષાયેલી પ્રકાશ ઉર્જાનો પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે સંપૂર્ણ ઉપયોગ થઈ શકતો નથી. આ વધારાની ઉર્જા હરિતદ્રવ્યના અણુઓના ઓક્સિડેટિવ વિનાશ અથવા વિઘટન તરફ દોરી જાય છે.

(N/A) $(1)$ સ્થાન: પર્ણના મધ્યપર્ણ પેશીના કોષોની પરિઘીય સપાટી પર જોવા મળે છે.
કાર્ય: પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયાનું સ્થાન.
$(2)$ સ્થાન: વાહકપુલની આસપાસ (ખાસ કરીને $C_4$ વનસ્પતિઓ/એકદળી પર્ણમાં).
કાર્ય: $C_4$ ચક્ર અને કાર્બન સ્થાપનમાં ભાગ લે છે.

(N/A) $(1)$ $PEP$ એટલે ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(Phosphoenolpyruvate)$.
$(2)$ $PEPcase$ એટલે ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ કાર્બોક્સિલેઝ $(Phosphoenolpyruvate \text{ carboxylase})$.

(A) રસાળ વનસ્પતિઓ,જે મરુદભિદ (xerophytic) વનસ્પતિઓ છે,તેવા વિસ્તારોમાં ઉગે છે જ્યાં પાણીની અછત હોય છે. બાષ્પોત્સર્જન દ્વારા પાણીનો વધુ પડતો વ્યય અટકાવવા માટે,તેઓ દિવસ દરમિયાન તેમના પર્ણરંધ્રો બંધ રાખે છે.
આ વનસ્પતિઓ એક વિશિષ્ટ ચયાપચય પથનો ઉપયોગ કરે છે જેને 'Crassulacean Acid Metabolism' $(CAM)$ કહેવામાં આવે છે.
રાત્રિ દરમિયાન,જ્યારે તાપમાન ઓછું અને ભેજ વધારે હોય છે,ત્યારે પર્ણરંધ્રો ખુલે છે,જેનાથી $CO_2$ અંદર પ્રવેશી શકે છે. આ $CO_2$ નું કાર્બનિક એસિડમાં,મુખ્યત્વે મેલિક એસિડમાં સ્થાપન થાય છે,જે $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે.
દિવસ દરમિયાન,પાણી બચાવવા માટે પર્ણરંધ્રો બંધ રહે છે. સંગ્રહિત મેલિક એસિડનું ડિકાર્બોક્સિલેશન થાય છે,જેનાથી આંતરિક રીતે $CO_2$ મુક્ત થાય છે,જે પછી પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા પૂર્ણ કરવા માટે પ્રકાશસંશ્લેષી કોષોમાં કેલ્વિન ચક્રમાં પ્રવેશે છે.

(N/A) $\Rightarrow$ 'ક્રાન્ઝ' (Kranz) અંતઃસ્થ રચના $C_{4}$ વનસ્પતિઓમાં જોવા મળે છે. આ વનસ્પતિઓના પર્ણોમાં બે પ્રકારના હરિતકણો જોવા મળે છે.
$\Rightarrow$ ગ્રેનાયુક્ત હરિતકણો: આ મધ્યપર્ણ કોષોમાં હોય છે. આ હરિતકણોમાં સુવિકસિત ગ્રેના હોય છે. તેઓ $CO_{2}$ ની ઓછી સાંદ્રતાએ પણ $CO_{2}$ નું સ્થાપન કરી શકે છે. તેમની પાસે $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક હોય છે,જે $CO_{2}$ નું સ્થાપન કરીને $OAA$ (ઓક્ઝેલો એસિટિક એસિડ) નામનું $C_{4}$ સંયોજન બનાવે છે.
$\Rightarrow$ અગ્રેનલ (ગ્રેનાવિહીન) હરિતકણો: આ પુલકંચુક (bundle sheath) કોષોમાં જોવા મળે છે,જ્યાં $C_{3}$ પથ અને $RuBisCO$ ઉત્સેચક હાજર હોય છે.
$\Rightarrow$ $C_{4}$ વનસ્પતિઓ $CO_{2}$ ની સાંદ્રતા ઓછી હોય ત્યારે પણ તેનું કાર્યક્ષમ રીતે શોષણ કરી શકે છે.
$\Rightarrow$ આમ,$C_{4}$ વનસ્પતિઓમાં પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર વધારે હોય છે. જો વાયુરંધ્રો બંધ હોય અથવા પાણીની અછત હોય,તો પણ તેઓ સંગ્રહિત પાણીનો ઉપયોગ કરીને પ્રકાશસંશ્લેષણ કરી શકે છે.
$\Rightarrow$ વધુમાં,$PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $O_{2}$ પ્રત્યે અસંવેદનશીલ છે,એટલે કે $C_{4}$ વનસ્પતિઓમાં પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) થતું નથી.
$\Rightarrow$ આથી,$C_{4}$ વનસ્પતિઓ ઉષ્ણકટિબંધીય અને શુષ્ક (રણ) પ્રદેશો માટે વધુ અનુકૂલિત છે.

(N/A) જે વનસ્પતિઓ આ બે પ્રકારના કોષો (મધ્યપર્ણ અને પુલકંચુક) દર્શાવે છે તેને $C_4$ વનસ્પતિઓ કહેવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે,પોએસી (Poaceae) કુળની વનસ્પતિઓ જેવી કે શેરડી અને મકાઈ.
$(b)$ $C_4$ ચક્રની પ્રથમ સ્થાયી નીપજ $4$-કાર્બનયુક્ત સંયોજન છે જેને ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ કહેવાય છે.
$(c)$ મધ્યપર્ણ કોષોમાં $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ $(PEPCase)$ ઉત્સેચક હોય છે,જે વાતાવરણીય $CO_2$ નું સ્થાપન કરીને $OAA$ બનાવે છે. પુલકંચુક કોષોમાં $RuBisCO$ (રાયબ્યુલોઝ$-1,5-$બાયફોસ્ફેટ કાર્બોક્સિલેઝ-ઓક્સિજનેઝ) ઉત્સેચક હોય છે,જે કેલ્વિન ચક્ર દ્વારા $CO_2$ નું સ્થાપન કરીને $3$-કાર્બનયુક્ત $PGA$ (ફોસ્ફોગ્લિસરિક એસિડ) બનાવે છે.

(B) $Maize$ (મકાઈ) એ $C_{4}$ વનસ્પતિ છે,જે પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રવૃત્તિની દ્રષ્ટિએ વધુ કાર્યક્ષમ છે. $C_{4}$ વનસ્પતિઓ ઉષ્ણકટિબંધીય વાતાવરણમાં વધુ સારી રીતે અનુકૂલિત હોય છે કારણ કે તેઓ ઊંચા તાપમાન,વધુ પ્રકાશની તીવ્રતા અને $CO_{2}$ ની ઓછી સાંદ્રતામાં પણ કાર્યક્ષમ રીતે પ્રકાશસંશ્લેષણ કરી શકે છે,અને સાથે સાથે પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ની પ્રક્રિયાને ઘટાડે છે.

(B) મકાઈ $(Maize)$ એ $C_{4}$ વનસ્પતિ છે અને તેના પર્ણમાં ક્રાન્ઝ (Kranz) અંતઃસ્થ રચના જોવા મળે છે. મકાઈમાં,મધ્યપર્ણ પેશીના કોષોમાં ગ્રાનાયુક્ત હરિતકણ હોય છે,જ્યારે પુલકંચુક (bundle sheath) ના કોષોમાં મોટા,ગ્રાનાવિહીન હરિતકણ જોવા મળે છે.
$Euphorbia$ (મુખ્યત્વે મોટાભાગની જાતિઓ) એ $C_{3}$ વનસ્પતિ છે અને તેમાં $C_{4}$ વનસ્પતિઓની લાક્ષણિક એવી વિશિષ્ટ ક્રાન્ઝ અંતઃસ્થ રચના હોતી નથી.

(B) $C_4$ વનસ્પતિઓ ઓછી $CO_2$ સાંદ્રતા અને ઊંચા તાપમાનની પરિસ્થિતિમાં $C_3$ વનસ્પતિઓ કરતા ચડિયાતી હોય છે.
$(i)$ $C_4$ વનસ્પતિઓમાં ક્રેન્ઝ અંતઃસ્થ રચના (Kranz anatomy) જોવા મળે છે,જે તેમને RuBisCO ઉત્સેચકની આસપાસ $CO_2$ ની સાંદ્રતા વધારવામાં મદદ કરે છે,જેથી પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ન્યૂનતમ થાય છે.
$(ii)$ તેઓ $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચકનો ઉપયોગ કરે છે,જે $CO_2$ માટે ઉચ્ચ આકર્ષણ ધરાવે છે અને $O_2$ પ્રત્યે સંવેદનશીલ નથી,જેનાથી $C_3$ વનસ્પતિઓમાં થતું નુકસાનકારક પ્રકાશશ્વસન અટકે છે.
$(iii)$ પ્રકાશશ્વસન ટાળવાને કારણે,$C_4$ વનસ્પતિઓ ગરમ અને સૂકા વાતાવરણમાં પણ ઉચ્ચ પ્રકાશસંશ્લેષણ કાર્યક્ષમતા જાળવી રાખે છે.

(N/A) $C_4$ વનસ્પતિઓ $Kranz$ (ક્રાન્ઝ) અંતઃસ્થ રચના તરીકે ઓળખાતી વિશિષ્ટ પર્ણ રચના દર્શાવે છે.
$Kranz$ રચનામાં,પુલકંચુક (bundle sheath) કોષો વાહીપુલની આસપાસ અનેક સ્તરો બનાવે છે,જે મોટી સંખ્યામાં હરિતકણ,વાયુ વિનિમય માટે અભેદ્ય જાડી કોષદીવાલ અને આંતરકોષીય અવકાશનો અભાવ ધરાવે છે.
$C_4$ વનસ્પતિઓમાં બે પ્રકારના હરિતકણ જોવા મળે છે: પુલકંચુક કોષોમાં ગ્રના-વિહીન હરિતકણ અને મધ્યપર્ણ (mesophyll) કોષોમાં ગ્રના-યુક્ત હરિતકણ.
આ રચના પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ઘટાડીને ફાયદો પૂરો પાડે છે,જે $C_3$ વનસ્પતિઓમાં જોવા મળતી બિનકાર્યક્ષમ પ્રક્રિયા છે.
પુલકંચુક કોષો $RuBisCO$ ઉત્સેચકની આસપાસ $CO_2$ ની ઊંચી સાંદ્રતા જાળવી રાખે છે,જેથી તે ઓક્સિજનેઝને બદલે કાર્બોક્સિલેઝ તરીકે કાર્ય કરે છે.
પરિણામે,$C_3$ વનસ્પતિઓની સરખામણીમાં $C_4$ વનસ્પતિઓ ઊંચા તાપમાન અને વધુ પ્રકાશની તીવ્રતામાં પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે વધુ કાર્યક્ષમ છે.

(B) $C_4$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં ક્રાન્ઝ (Kranz) અંતઃસ્થ રચનાનો સમાવેશ થાય છે.
આ વનસ્પતિઓની કાર્યપદ્ધતિ પુલકંચુક કોષોમાં ઉત્સેચકના સ્થાન પર $CO_2$ ની સાંદ્રતામાં વધારો કરે છે.
$RuBisCO$ ઉત્સેચકની આસપાસ $CO_2$ ને સાંદ્ર કરીને,$RuBisCO$ ની ઓક્સિજનેઝ પ્રવૃત્તિને ઘટાડવામાં આવે છે અને $O_2$ ને ઉત્સેચક સાથે જોડાતા અટકાવવામાં આવે છે.
પરિણામે,$RuBisCO$ સાથે $O_2$ નું સ્પર્ધાત્મક જોડાણ ટાળી શકાય છે,જે અસરકારક રીતે પ્રકાશશ્વસનની શક્યતાને દૂર કરે છે.

(C) $C_{4}$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક કાર્બોક્સિલેશન મધ્યપર્ણ કોષોમાં $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ દ્વારા થાય છે,પરંતુ કેલ્વિન ચક્ર,જેમાં $RuBisCO$ કાર્ય કરે છે,તે ફક્ત પુલકંચુક (bundle sheath) કોષોમાં જ થાય છે. તેથી,$C_{4}$ વનસ્પતિઓના મધ્યપર્ણ કોષોમાં $RuBisCO$ ની સક્રિયતા થાય છે તે વિધાન ખોટું છે.

(A) $C_{4}$ પથ ધરાવતી વનસ્પતિઓ $C_{3}$ પથ ધરાવતી વનસ્પતિઓ કરતા વધુ ફાયદાકારક છે કારણ કે તે ઓછી $CO_{2}$ સાંદ્રતામાં પણ પ્રકાશસંશ્લેષણ કરી શકે છે.
જ્યારે વાતાવરણ ગરમ અને શુષ્ક હોય છે,ત્યારે વનસ્પતિઓ પાણીનો વ્યય ઘટાડવા માટે તેમના પર્ણરંધ્રો બંધ કરી દે છે. આના પરિણામે આંતરિક $CO_{2}$ નું પ્રમાણ ઘટી જાય છે.
આવી સ્થિતિમાં $C_{3}$ વનસ્પતિઓમાં પ્રકાશશ્વસન $(photorespiration)$ થાય છે કારણ કે $RuBisCO$ ઉત્સેચક ઓક્સિજનેઝ તરીકે વર્તે છે,જેનાથી $RuBP$ નો વ્યય થાય છે અને કેલ્વિન ચક્ર અવરોધાય છે.
$C_{4}$ વનસ્પતિઓમાં વિશિષ્ટ $Kranz$ અંતઃસ્થ રચના અને $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક હોય છે,જેની $CO_{2}$ પ્રત્યેની આકર્ષણ શક્તિ વધુ હોય છે,જેથી તે ઓછી $CO_{2}$ સાંદ્રતામાં પણ કાર્યક્ષમ રીતે પ્રકાશસંશ્લેષણ કરી શકે છે.

(C) ફોસ્ફોરાયલેશન એ એક પ્રક્રિયા છે જેમાં કાર્બનિક અણુમાં ફોસ્ફેટ જૂથ ઉમેરવામાં આવે છે,જેમ કે $ADP$ નું $ATP$ માં રૂપાંતર.
ગ્લાયકોલિસિસમાં સબસ્ટ્રેટ-સ્તરનું ફોસ્ફોરાયલેશન થાય છે.
ક્રેબ્સ ચક્રમાં પણ સબસ્ટ્રેટ-સ્તરનું ફોસ્ફોરાયલેશન થાય છે (સક્સિનિલ-$CoA$ નું સક્સિનેટમાં રૂપાંતર).
$ETS$ (ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટ સિસ્ટમ) માં ઓક્સિડેટીવ ફોસ્ફોરાયલેશન થાય છે.
જોકે,$C_{4}$ ચક્ર (હેચ-સ્લેક પથ) એ કાર્બન ફિક્સેશનનો માર્ગ છે જેમાં તેના ચક્રની પ્રતિક્રિયાઓમાં સીધા પગલા તરીકે ફોસ્ફોરાયલેશનનો સમાવેશ થતો નથી; તે અન્યત્ર ઉત્પન્ન થયેલ $ATP$ નો વપરાશ કરે છે પરંતુ પોતે ફોસ્ફોરાયલેશન કરતું નથી.

(D) પર્ણોમાં,દરેક વાહક પુલ એક કોષોના સ્તર દ્વારા ઘેરાયેલું હોય છે જેને પુલકંચુક (bundle sheath) કહેવામાં આવે છે.
આ કોષો મૂળભૂત રીતે મૃદુતકીય (parenchymatous) હોય છે.
ઘણી વનસ્પતિઓમાં,ખાસ કરીને જે $C_4$ પ્રકાશસંશ્લેષણ દર્શાવે છે,આ કોષોમાં અસંખ્ય હરિતકણો હોય છે,જેના કારણે તેઓ હરિતકણોત્તક (chlorenchymatous) પણ બને છે.
તેથી,તેઓ મૃદુતકીય છે અને ઘણીવાર હરિતકણો ધરાવે છે,તેથી તેમને હરિતકણોત્તક પણ કહી શકાય છે.

(B) $CAM$ વનસ્પતિઓ સૂકા અને ગરમ વાતાવરણમાં ટકી રહેવા માટે અનુકૂલિત હોય છે. બાષ્પોત્સર્જન દ્વારા પાણીનો વ્યય ઘટાડવા માટે,તેમના વાયુરંધ્ર દિવસ દરમિયાન બંધ રહે છે અને માત્ર રાત્રિ દરમિયાન જ ખુલે છે. આ પ્રકારની વાયુરંધ્રની ગતિને 'સ્કોટોએક્ટિવ' (scotoactive) કહેવામાં આવે છે. રાત્રિ દરમિયાન,આ વનસ્પતિઓ $CO_{2}$ ગ્રહણ કરે છે અને તેને કાર્બનિક એસિડ તરીકે સંગ્રહિત કરે છે. દિવસ દરમિયાન જ્યારે વાયુરંધ્ર બંધ હોય છે,ત્યારે આ સંગ્રહિત $CO_{2}$ મુક્ત થાય છે અને પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં વપરાય છે.

(C) $C_{4}$-વનસ્પતિઓ તેમના પર્ણોમાં ક્રેન્ઝ (Kranz) અંતઃસ્થ રચના ધરાવે છે.
આ રચનામાં,વાહકપુલ એક પુલકંચુક કોષોના વલય દ્વારા ઘેરાયેલા હોય છે.
આ પુલકંચુક કોષો મોટા હોય છે અને તેમાં અસંખ્ય હરિતકણો આવેલા હોય છે.
પર્ણમધ્ય કોષોથી વિપરીત,પુલકંચુક કોષોના હરિતકણોમાં સામાન્ય રીતે ગ્રાનાનો અભાવ હોય છે.
આ રચના શેરડી,મકાઈ અને જુવાર જેવી વનસ્પતિઓમાં કાર્યક્ષમ કાર્બન સ્થાપન માટેની મુખ્ય અનુકૂલન પદ્ધતિ છે.

(B) ખાડાવાળા વાયુરંધ્ર (Sunken stomata) એ $CAM$ (Crassulacean Acid Metabolism) વનસ્પતિઓનું લાક્ષણિક અનુકૂલન છે,જે મોટે ભાગે મરુદભિદ (xerophytes) હોય છે.
આ વાયુરંધ્ર અધિસ્તરની સપાટીની નીચે ઊંડા ખાડાઓમાં આવેલા હોય છે.
આ રચના વાયુરંધ્રના છિદ્રની આસપાસ ભેજવાળું વાતાવરણ બનાવીને બાષ્પોત્સર્જનનો દર ઘટાડવામાં મદદ કરે છે,જેનાથી શુષ્ક વાતાવરણમાં પાણીનું સંરક્ષણ થાય છે.

(C) $CAM$-વનસ્પતિઓમાં,કાર્બન ડાયોક્સાઇડ પર્ણમાં પ્રવેશે છે અને ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડમાં સ્થાપિત થાય છે,જે રાત્રિ દરમિયાન જ્યારે વાયુરંધ્રો ખુલ્લા હોય ત્યારે મેલિક એસિડમાં રૂપાંતરિત થાય છે.
આ મેલિક એસિડ રાત્રિ દરમિયાન કોષોની રસધાનીઓમાં સંગ્રહિત થાય છે.
તેથી,$CAM$-વનસ્પતિઓમાં,કાર્બનિક એસિડના સંચયને કારણે રાત્રિ દરમિયાન તેમની સાંદ્રતામાં વધારો થાય છે.

(A) $C_4$-વનસ્પતિઓ ક્રેન્ઝ અંતઃસ્થ રચના (Kranz anatomy) ધરાવે છે,જેમાં પુલકંચુક કોષો અને મધ્યપર્ણ કોષોનો સમાવેશ થાય છે.
$C_4$-વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક $CO_2$ સ્વીકારનાર ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવેટ $(PEP)$ છે,જે $3$-કાર્બન ધરાવતો અણુ છે,RuBisCo નથી.
$C_4$-વનસ્પતિઓના મધ્યપર્ણ કોષોમાં RuBisCoનો અભાવ હોય છે અને તે પુલકંચુક કોષોમાં જોવા મળે છે.
કાર્બોક્સિલેશન મધ્યપર્ણ કોષોમાં થાય છે જ્યાં $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક $CO_2$ ને ઓક્ઝેલોએસીટેટમાં સ્થાપિત કરે છે.
તેથી,એવું વિધાન કે મધ્યપર્ણ કોષોમાં $CO_2$ સ્વીકારનાર RuBisCo છે,તે ખોટું છે.

(B) $C_{4}$ વનસ્પતિઓમાં,પ્રાથમિક $CO_{2}$ સ્થાપન પર્ણમધ્ય કોષોમાં થાય છે,જ્યાં $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક હાજર હોય છે,પરંતુ RuBisCO ગેરહાજર હોય છે.
બનેલો $C_{4}$ એસિડ પુલકંચુક કોષોમાં વહન પામે છે.
પુલકંચુક કોષોમાં,$C_{4}$ એસિડનું વિઘટન થઈને $CO_{2}$ મુક્ત થાય છે,જે ત્યારબાદ કેલ્વિન ચક્રમાં પ્રવેશે છે.
તેથી,$C_{4}$ વનસ્પતિઓમાં કેલ્વિન ચક્રને પૂર્ણ કરવા માટે RuBisCO ઉત્સેચક ફક્ત પુલકંચુક કોષોમાં જ હાજર હોય છે.

(D) $C_{4}$ વનસ્પતિઓમાં,પુલકંચુક કોષો એ $C_{3}$ ચક્ર (કેલ્વિન ચક્ર) નું સ્થાન છે.
આ કોષોમાં $RuBisCo$ (રાયબ્યુલોઝ$-1,5-$બાયફોસ્ફેટ કાર્બોક્સિલેઝ-ઓક્સિજનેઝ) ઉત્સેચકનું પ્રમાણ ખૂબ વધારે હોય છે,જે કેલ્વિન ચક્ર દરમિયાન $CO_{2}$ ના સ્થાપન માટે આવશ્યક છે.
તેની સામે,$PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ મુખ્યત્વે $C_{4}$ વનસ્પતિઓના પર્ણમધ્ય કોષોમાં જોવા મળે છે.

(D) $CO_{2}$ ના સ્થિરીકરણ માટેનો $C_{4}$ પથ,જેને $C_{4}$ ચક્ર અથવા હેચ-સ્લેક પથ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે $1966$ માં $M. D. Hatch$ અને $C. R. Slack$ દ્વારા શોધવામાં આવ્યો હતો અને સૂચવવામાં આવ્યો હતો. આ પથ એ ચોક્કસ વનસ્પતિઓમાં જોવા મળતી એક અનુકૂલન પદ્ધતિ છે,જે પ્રકાશશ્વસન (photorespiration) ઘટાડવા અને ઉચ્ચ તાપમાન તથા વધુ પ્રકાશવાળા વાતાવરણમાં પ્રકાશસંશ્લેષણની કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે મદદરૂપ થાય છે.

(A) $C_{4}$ પથમાં,પ્રાથમિક $CO_{2}$ ગ્રાહક ફોસ્ફોઈનોલપાયરુવેટ $(PEP)$ છે,જે $3$-કાર્બન ધરાવતો અણુ છે.
આ પ્રક્રિયા $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
$CO_{2}$ ના સ્થાપન પછી બનતું પ્રથમ સ્થાયી ઉત્પાદન $4$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે જેને ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ કહેવામાં આવે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(C) $C_{4}$ વનસ્પતિઓ 'ક્રેન્ઝ' પ્રકારની અંતઃસ્થ રચના દર્શાવે છે.
આ રચનામાં,વાહક પુલ પુલકંચુક કોષો દ્વારા ઘેરાયેલા હોય છે.
આ વનસ્પતિઓમાં હરિતકણો દ્વિરૂપી હોય છે.
પુલકંચુક કોષોમાં મોટા,અગ્રનાયુક્ત (ગ્રના વગરના) હરિતકણો હોય છે જે ઘણીવાર સ્ટાર્ચના કણોથી સમૃદ્ધ હોય છે.
તેની સામે,મધ્યપર્ણ કોષોમાં નાના,ગ્રનાયુક્ત હરિતકણો હોય છે.
તેથી,સાચું વર્ણન એ છે કે મધ્યપર્ણ કોષોમાં નાના હરિતકણો હોય છે,જ્યારે પુલકંચુક કોષોમાં મોટા અગ્રનાયુક્ત હરિતકણો હોય છે.

(B) $C_{4}$ વનસ્પતિઓમાં, કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું પ્રારંભિક સ્થાપન મધ્યપર્ણ કોષોમાં થાય છે.
$CO_{2}$ નો પ્રાથમિક ગ્રાહક ફોસ્ફોઈનોલ પાયરુવેટ $(PEP)$ છે.
તે $PEP$ કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચકની હાજરીમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સાથે જોડાઈને ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ બનાવે છે.
આ પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$PEP + CO_{2} + H_{2}O \xrightarrow{PEP \text{ carboxylase}} \text{Oxaloacetic acid} + H_{3}PO_{4}$

(B) વનસ્પતિઓમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન $CO_{2}$ નું એસિમિલેશન મુખ્યત્વે બે પથ દ્વારા થાય છે:
$(i)$ $C_{3}$ પથ: આ વનસ્પતિઓમાં $CO_{2}$ ના સ્થાપન પછી બનતી પ્રથમ સ્થાયી નીપજ $3$-કાર્બન ધરાવતો એસિડ,$3$-ફોસ્ફોગ્લિસેરિક એસિડ $(3-PGA)$ છે.
$(ii)$ $C_{4}$ પથ: આ વનસ્પતિઓમાં $CO_{2}$ ના સ્થાપન પછી બનતી પ્રથમ સ્થાયી નીપજ $4$-કાર્બન ધરાવતો એસિડ,ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડ $(OAA)$ છે.
તેથી,$C_{4}$ પથમાં પ્રથમ ઓળખાયેલ નીપજ $OAA$ છે.

(C) $C_{4}$-વનસ્પતિઓમાં,પુલકંચુક કોષો મોટી સંખ્યામાં હરિતકણો ધરાવવા માટે જાણીતા છે,જે સામાન્ય રીતે અગ્રાનલ (grana વગરના) હોય છે. આ કોષો કેલ્વિન ચક્ર માટેનું મુખ્ય સ્થાન છે,અને તેથી,કાર્બન સ્થાપનની પ્રક્રિયાને સરળ બનાવવા માટે તેમાં $RuBisCO$ (Ribulose$-1,5-$bisphosphate carboxylase-oxygenase) ઉત્સેચક મોટી માત્રામાં જોવા મળે છે.

(D) $C_{4}$ વનસ્પતિઓમાં,મેસોફિલ કોષોમાં બનેલા $C_{4}$ એસિડ (મેલિક એસિડ અથવા એસ્પાર્ટિક એસિડ) બંડલ શીથ કોષોમાં વહન પામે છે.
બંડલ શીથ કોષોમાં,આ $C_{4}$ એસિડનું ડિકાર્બોક્સિલેશન થાય છે જેથી $CO_{2}$ અને $3$-કાર્બન અણુ મુક્ત થાય છે.
ચોક્કસ રીતે કહીએ તો,મેલિક એસિડનું ડિકાર્બોક્સિલેશન થઈને પાયરુવિક એસિડ અને $CO_{2}$ બને છે,જ્યારે એસ્પાર્ટિક એસિડનું પહેલા ઓક્ઝેલોએસેટિક એસિડમાં અને પછી મેલિક એસિડમાં રૂપાંતર થાય છે,અથવા તેનું વિએમિનેશન થઈને પાયરુવિક એસિડ બને છે.
તેથી,બંડલ શીથ કોષોમાં $C_{4}$ એસિડ દ્વારા અપનાવવામાં આવતા ચોક્કસ માર્ગના આધારે બંને પ્રક્રિયાઓ થઈ શકે છે.

(B) $CAM$ (Crassulacean Acid Metabolism) વનસ્પતિઓ શુષ્ક વાતાવરણમાં અનુકૂલિત હોય છે.
$CAM$ વનસ્પતિઓમાં,બાષ્પોત્સર્જન દ્વારા પાણીનો વ્યય ઘટાડવા માટે પર્ણરંધ્રો રાત્રિ દરમિયાન ખુલે છે.
આનાથી વાતાવરણીય કાર્બન ડાયોક્સાઇડ પર્ણોમાં પ્રવેશી શકે છે.
કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું રૂપાંતર મેલિક એસિડમાં થાય છે અને તે રસધાનીમાં સંગ્રહિત થાય છે.
દિવસ દરમિયાન,પાણીનો વ્યય અટકાવવા માટે પર્ણરંધ્રો બંધ રહે છે.
ત્યારબાદ સંગ્રહિત મેલિક એસિડ હરિતકણમાં જાય છે,જ્યાં તેનું ડિકાર્બોક્સિલેશન થઈને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ મુક્ત થાય છે,જેનો ઉપયોગ કેલ્વિન ચક્રમાં થાય છે.