C4 Questions in Hindi

(D) मक्का एक $C_4$ पौधा है।
$C_4$ पौधों में,हेक्सोज़ (ग्लूकोज) के एक अणु के संश्लेषण के लिए $30 \text{ ATP}$ और $12 \text{ NADPH}$ की आवश्यकता होती है।
$6$ हेक्सोज़ अणुओं के लिए आवश्यकता की गणना करने के लिए,हम इन मानों को $6$ से गुणा करते हैं:
$\text{ATP की आवश्यकता} = 6 \times 30 = 180 \text{ ATP}$।
$\text{NADPH की आवश्यकता} = 6 \times 12 = 72 \text{ NADPH}$।
अतः,कुल आवश्यकता $180 \text{ ATP}$ और $72 \text{ NADPH}$ है।

(C) $CAM-$ पथ (Crassulacean Acid Metabolism) प्रकाश संश्लेषण की एक क्रियाविधि है जिसमें कार्बन डाइऑक्साइड का दोहरा स्थिरीकरण शामिल है।
यह प्रक्रिया Crassulaceae,Cactaceae और Euphorbiaceae जैसे रसीले पौधों में होती है,जो आमतौर पर शुष्क आवासों में पाए जाते हैं।
इन पौधों में,पानी की हानि को रोकने के लिए दिन के दौरान रंध्र (stomata) बंद रहते हैं और केवल रात में $CO_{2}$ लेने के लिए खुलते हैं।

(A) $PEP$ कार्बोक्सिलेज ($PEP$ case) को $RuBisCo$ पर एक महत्वपूर्ण लाभ है क्योंकि $PEP$ कार्बोक्सिलेज ऑक्सीजन $(O_{2})$ के साथ नहीं जुड़ता है।
$RuBisCo$ में $CO_{2}$ और $O_{2}$ दोनों के साथ जुड़ने की क्षमता होती है। जब यह $O_{2}$ के साथ जुड़ता है,तो यह प्रकाश-श्वसन (photorespiration) की प्रक्रिया शुरू करता है।
प्रकाश-श्वसन एक हानिकारक प्रक्रिया है जो ऊर्जा की खपत करती है और शर्करा का उत्पादन किए बिना $CO_{2}$ छोड़ती है,जिससे प्रकाश संश्लेषण की उपज कम हो जाती है।
चूंकि $PEP$ कार्बोक्सिलेज $O_{2}$ के प्रति संवेदनशील नहीं है,इसलिए यह ऑक्सीजन की उपस्थिति में भी कुशल कार्बन स्थिरीकरण सुनिश्चित करता है।

(A) $C_{4}$ पादपों में,प्राथमिक $CO_{2}$ ग्राही $3$-कार्बन वाला यौगिक फॉस्फोइनोल पाइरुवेट $(PEP)$ होता है,जो पर्णमध्योतक कोशिकाओं में उपस्थित होता है।
चूंकि प्राथमिक ग्राही एक $3$-कार्बन वाला अणु है,इसलिए विकल्प $A$ गलत है।
प्रारंभिक कार्बोक्सिलेशन अभिक्रिया पर्णमध्योतक कोशिकाओं में $PEP$ कार्बोक्सिलेज एंजाइम का उपयोग करके होती है।
$C_{4}$ पादप क्रान्ज (Kranz) शारीरिकी प्रदर्शित करते हैं,जिसका अर्थ है कि उनकी पत्तियों में दो प्रकार की प्रकाश संश्लेषी कोशिकाएँ होती हैं: पर्णमध्योतक कोशिकाएँ और बंडल शीथ कोशिकाएँ।
$C_{4}$ पादपों की पर्णमध्योतक कोशिकाओं में रुबिस्को एंजाइम का अभाव होता है,जो बंडल शीथ कोशिकाओं में पाया जाता है।

(A) $C_{4}$ पादप विशिष्ट शारीरिक और जैव रासायनिक लक्षण प्रदर्शित करते हैं।
$I$. क्रान्ज़ शारीरिकी: इनमें एक विशेष पत्ती की संरचना होती है जहाँ पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाएं बंडल शीथ कोशिकाओं को घेरती हैं।
$II$. ऑक्जेलोएसेटिक एसिड: प्राथमिक $CO_{2}$ ग्राही फॉस्फोइनोलपायरूवेट $(PEP)$ है,जो पर्णमध्योतक कोशिकाओं में $4$-कार्बन यौगिक ऑक्जेलोएसेटिक एसिड $(OAA)$ बनाता है।
$III$. बड़े बंडल शीथ कोशिकाएं: ये कोशिकाएं आकार में बड़ी होती हैं और इनमें कई हरितलवक होते हैं,जो क्रान्ज़ शारीरिकी की एक पहचान है।
$IV$. केवल मरुस्थलीय क्षेत्रों में पाए जाते हैं: यह गलत है; हालांकि $C_{4}$ पादप उच्च तापमान और प्रकाश तीव्रता के लिए अनुकूलित होते हैं,लेकिन वे विभिन्न उष्णकटिबंधीय और उपोष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में पाए जाते हैं,न कि केवल रेगिस्तान में।
अतः,लक्षण $I, II$ और $III$ सही हैं।

(B) $C_{4}$-चक्र में,प्राथमिक $CO_{2}$ स्थिरीकरण उत्पाद $OAA$ (ऑक्जेलोएसेटिक अम्ल) है,जो पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाओं में बनने वाला $4$-कार्बन अम्ल है।
यह $OAA$ बाद में अन्य $4$-कार्बन अम्लों जैसे मैलिक अम्ल या एस्पार्टिक अम्ल में परिवर्तित हो जाता है।
पिक्रिक अम्ल $C_{4}$-चक्र में शामिल नहीं है।
अतः,$C_{4}$-चक्र के दौरान बनने वाले अम्ल $OAA$ $(II)$,मैलिक अम्ल $(III)$ और एस्पार्टिक अम्ल $(IV)$ हैं।

(C) $C_{4}$-पादप उष्णकटिबंधीय वातावरण में प्रकाश संश्लेषण को अनुकूलित करने के लिए कई विशेष अनुकूलन प्रदर्शित करते हैं।
$1$. विशेष पर्ण आंतरिक संरचना: इनमें $Kranz$ शारीरिक संरचना होती है,जहाँ पर्णमध्योतक कोशिकाएं पूलाच्छद कोशिकाओं को घेरती हैं।
$2$. उच्च तापमान सहनशीलता: ये $C_{3}$-पादपों की तुलना में गर्म जलवायु में बेहतर विकास करते हैं।
$3$. प्रकाशश्वसन का अभाव: पूलाच्छद कोशिकाओं में $CO_{2}$ की सांद्रता बढ़ाकर,ये प्रकाशश्वसन जैसी व्यर्थ प्रक्रिया को प्रभावी ढंग से समाप्त कर देते हैं।
$4$. अधिक उत्पादकता: प्रकाशश्वसन की अनुपस्थिति और कुशल कार्बन स्थिरीकरण के कारण,ये जैवभार का अधिक उत्पादन प्रदर्शित करते हैं।

(C) $C_{4}$-पादप क्रान्ज़ शारीरिकी (Kranz anatomy) प्रदर्शित करते हैं,जिसमें द्विरूपी हरितलवक पाए जाते हैं: ग्रैनायुक्त और ग्रैनाविहीन।
$C_{4}$-पादपों की पर्णमध्योतक कोशिकाओं में ग्रैनायुक्त हरितलवक होते हैं,जिनमें थाइलाकोइड्स व्यवस्थित होकर ग्रैना बनाते हैं।
इसके विपरीत,$C_{4}$-पादपों की पूलाच्छद (bundle-sheath) कोशिकाओं में ग्रैनाविहीन हरितलवक होते हैं,अर्थात उनमें ग्रैना अनुपस्थित होते हैं और थाइलाकोइड्स केवल स्ट्रोमा लैमेली के रूप में मौजूद होते हैं।

(A) $C_4$ पौधों में,प्राथमिक $CO_2$ स्थिरीकरण पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाओं में होता है।
$CO_2$,$PEP$ कार्बोक्सिलेज एंजाइम की मदद से फॉस्फोइनोलपाइरुवेट $(PEP)$ के साथ मिलकर $4$-कार्बन वाला यौगिक ऑक्सेलोएसेटिक एसिड $(OAA)$ बनाता है।
यह ऑक्सेलोएसेटिक एसिड फिर उन्हीं पर्णमध्योतक कोशिकाओं के भीतर अन्य $4$-कार्बन वाले यौगिकों जैसे मैलिक एसिड या एस्पार्टिक एसिड में परिवर्तित हो जाता है।
ये $4$-कार्बन वाले एसिड फिर केल्विन चक्र में आगे की प्रक्रिया के लिए पुल आच्छद (bundle sheath) कोशिकाओं में स्थानांतरित कर दिए जाते हैं।
इसलिए,ऑक्सेलोएसेटिक एसिड और मैलिक एसिड/एस्पार्टिक एसिड दोनों पर्णमध्योतक कोशिकाओं में पाए जाते हैं।

(B) $C_{4}$-पादप अधिक कुशल होते हैं क्योंकि उनके पास प्रकाशश्वसन (photorespiration) को कम करने की एक क्रियाविधि होती है। $C_{4}$-पादपों में,$PEP$ कार्बोक्सिलेज एंजाइम पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाओं में $CO_{2}$ का स्थिरीकरण करता है,जिसमें $CO_{2}$ के लिए उच्च आकर्षण होता है और यह $O_{2}$ के साथ नहीं जुड़ता है। यह प्रक्रिया $CO_{2}$ को बंडल शीथ कोशिकाओं में पंप करती है,जिससे $RuBisCO$ एंजाइम के चारों ओर $CO_{2}$ की उच्च सांद्रता बन जाती है। यह उच्च सांद्रता $RuBisCO$ की ऑक्सीजनेज गतिविधि को प्रभावी ढंग से दबा देती है,जिससे प्रकाशश्वसन रुक जाता है और $C_{3}$-पादपों की तुलना में उच्च प्रकाशसंश्लेषण दक्षता सुनिश्चित होती है।

(A) $C_{4}$ पथ (हैच और स्लैक पथ) में,प्रक्रिया दो प्रकार की कोशिकाओं में होती है: पर्णमध्योतक कोशिकाएं और पुल आच्छद कोशिकाएं।
$1$. पर्णमध्योतक कोशिका $(A)$ में,वायुमंडलीय $CO_{2}$ को $PEP$ कार्बोक्सिलेज एंजाइम द्वारा $C_{4}$ एसिड में स्थिर किया जाता है। इस चरण को स्थिरीकरण $(B)$ कहा जाता है।
$2$. इसके बाद $C_{4}$ एसिड को पुल आच्छद कोशिका $(C)$ में स्थानांतरित किया जाता है।
$3$. पुल आच्छद कोशिका में,$C_{4}$ एसिड केल्विन चक्र के लिए $CO_{2}$ मुक्त करने हेतु विकार्बोक्सिलीकरण $(D)$ प्रक्रिया से गुजरता है।

(D) $C_{3}$ पादपों में,ग्लूकोज $(C_{6}H_{12}O_{6})$ के एक अणु के संश्लेषण के लिए $18$ $ATP$ और $12$ $NADPH$ अणुओं की आवश्यकता होती है।
$C_{4}$ पादपों में,बंडल शीथ कोशिकाओं में $CO_{2}$ को सांद्रित करने के लिए एक अतिरिक्त $CO_{2}$ स्थिरीकरण चक्र ($C_{4}$ चक्र) होता है।
यह $C_{4}$ चक्र फॉस्फोइनोलपाइरुवेट $(PEP)$ को पुनर्जीवित करने के लिए प्रति $CO_{2}$ अणु $2$ अतिरिक्त $ATP$ अणुओं की मांग करता है।
चूंकि हेक्सोज़ शर्करा के एक अणु के उत्पादन के लिए $6$ $CO_{2}$ अणुओं की आवश्यकता होती है,इसलिए कुल अतिरिक्त $ATP$ की आवश्यकता $6 \times 2 = 12$ $ATP$ अणु है।
अतः,$C_{4}$ पादपों को एक ग्लूकोज अणु के संश्लेषण के लिए $30$ $ATP$ $(18 + 12)$ और $12$ $NADPH$ की आवश्यकता होती है।

(C) $C_4$ पादप क्रान्ज़ शारीरिकी नामक एक विशेष पत्ती संरचना प्रदर्शित करते हैं।
इन पादपों में,बंडल शीथ कोशिकाओं में बड़े,एग्रनल (ग्रेनाविहीन) हरितलवक होते हैं,जो केल्विन चक्र के लिए अनुकूलित होते हैं।
इसलिए,यह कथन कि बंडल शीथ कोशिकाओं में ग्रेनायुक्त हरितलवक उपस्थित होते हैं,गलत है।

(A) $C_4$ पौधों में,प्राथमिक $CO_2$ ग्राही फॉस्फोइनोलपायरूवेट $(PEP)$ होता है,जो $PEP$ कार्बोक्सिलेज एंजाइम की उपस्थिति में $CO_2$ के साथ जुड़कर $4$-कार्बन वाला यौगिक बनाता है जिसे ऑक्सेलोएसेटिक एसिड $(OAA)$ कहते हैं।
यह $OAA$ $C_4$ प्रकाश संश्लेषण पथ के दौरान बनने वाला प्रथम स्थायी उत्पाद है।

(A) $C_4$ पौधों में,प्रारंभिक कार्बन स्थिरीकरण पर्णमध्योतक कोशिकाओं में होता है जिससे ऑक्सालोएसीटेट बनता है,जो बाद में मैलेट या एस्पार्टेट में परिवर्तित हो जाता है।
ये यौगिक पुल आच्छद कोशिकाओं में स्थानांतरित किए जाते हैं।
पुल आच्छद कोशिकाओं में डिकार्बोक्सिलेशन होता है,जिससे केल्विन चक्र के लिए $CO_2$ मुक्त होती है।
इसलिए,केल्विन चक्र के माध्यम से शर्करा (ग्लूकोज) का वास्तविक संश्लेषण विशेष रूप से पुल आच्छद कोशिकाओं में होता है।

(C) $C_4$ पादप उच्च तापमान और उच्च प्रकाश तीव्रता के लिए अनुकूलित होते हैं। मक्का ($Zea$ $mays$),गन्ना और ज्वार $C_4$ पादपों के उत्कृष्ट उदाहरण हैं। इन पादपों में,प्राथमिक $CO_2$ ग्राही फॉस्फोइनोलपाइरुवेट $(PEP)$ होता है और प्रथम स्थिर उत्पाद चार-कार्बन वाला यौगिक,ऑक्जेलोएसेटिक एसिड $(OAA)$ होता है।

(B) $C_4$ पथ,जिसे हैच और स्लैक पथ के रूप में भी जाना जाता है,में दो प्रकार की प्रकाश संश्लेषक कोशिकाएं शामिल होती हैं: पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाएं और पुल आच्छद (bundle sheath) कोशिकाएं।
पर्णमध्योतक कोशिकाओं में प्राथमिक $CO_2$ स्थिरीकरण होता है। $PEP$ कार्बोक्सिलेज $(PEPCase)$ एंजाइम $CO_2$ को पकड़ता है और इसे ऑक्सालोएसीटेट $(OAA)$ नामक $4$-कार्बन यौगिक में परिवर्तित करता है।
इसलिए,$CO_2$ का प्रारंभिक स्थिरीकरण पर्णमध्योतक कोशिकाओं में होता है।

(A) क्रान्ज़ शारीरिकी $C_4$ पादपों की पत्तियों में पाई जाने वाली एक विशिष्ट संरचना है।
इस शारीरिकी में,पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाएं बंडल आच्छद (bundle sheath) कोशिकाओं के चारों ओर एक वलय के रूप में व्यवस्थित होती हैं।
यह व्यवस्था $RuBisCO$ एंजाइम के चारों ओर $CO_2$ की सांद्रता को बढ़ाने में मदद करती है,जिससे प्रकाश-श्वसन (photorespiration) कम हो जाता है और प्रकाश संश्लेषण की दक्षता बढ़ जाती है।

(A) $C_4$ चक्र में,प्राथमिक $CO_2$ का स्थिरीकरण पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाओं में होता है।
यह प्रक्रिया फॉस्फोइनोलपाइरुवेट $(PEP)$ कार्बोक्सिलेज नामक एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है,जिसे $PEP$ कार्बोक्सिलेज के रूप में भी जाना जाता है।
इस एंजाइम की $CO_2$ के प्रति उच्च आत्मीयता होती है और यह ऑक्सीजनेज गतिविधि नहीं दिखाता है,जो इसे $CO_2$ स्थिरीकरण के लिए अत्यधिक कुशल बनाता है।

(C) $C_4$ पौधों में,$C_4$ अम्ल (मैलिक अम्ल या एस्पार्टिक अम्ल) को बंडल शीथ कोशिकाओं में स्थानांतरित किया जाता है।
बंडल शीथ कोशिकाओं के अंदर,इस $C_4$ अम्ल का डिकार्बोक्सिलेशन होता है जिससे $CO_2$ मुक्त होती है।
यह प्रक्रिया $RuBisCO$ एंजाइम के चारों ओर $CO_2$ की सांद्रता को बढ़ा देती है।
$CO_2$ की उच्च सांद्रता यह सुनिश्चित करती है कि $RuBisCO$ मुख्य रूप से ऑक्सीजनेज के बजाय कार्बोक्सिलेज के रूप में कार्य करे,जिससे प्रकाश-श्वसन (photorespiration) न्यूनतम हो जाता है।

(B) $C_4$ पौधों की पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाओं में,वायुमंडलीय $CO_2$ का प्राथमिक ग्राही फॉस्फोइनोल पाइरुविक एसिड $(PEP)$ होता है,जो एक $3$-कार्बन यौगिक है।
यह अभिक्रिया $PEP$ कार्बोक्सिलेज $(PEPCase)$ एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है।

(D) $C_4$ पौधों में,प्रारंभिक कार्बन स्थिरीकरण पर्णमध्योतक कोशिकाओं में होता है जहाँ $PEP$case (फॉस्फोइनोलपाइरुवेट कार्बोक्सिलेज) एंजाइम कोशिकाद्रव्य में स्थित होता है।
$C_4$ अम्लों के निर्माण के बाद,उन्हें बंडल शीथ कोशिकाओं में स्थानांतरित किया जाता है।
बंडल शीथ कोशिकाओं में,$C_4$ अम्लों का विघटन होता है जिससे $CO_2$ मुक्त होती है,जिसे बाद में क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में स्थित $RuBisCO$ (राइबुलोज$-1,5-$बिसफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज) एंजाइम द्वारा स्थिर किया जाता है।

(A) गन्ना एक $C_4$ पौधा है।
$C_4$ पौधे $CO_2$ स्थिरीकरण में अत्यधिक कुशल होते हैं क्योंकि उनमें प्रकाशश्वसन (photorespiration) नहीं होता है,जो $C_3$ पौधों में होने वाली एक व्यर्थ प्रक्रिया है।
$C_4$ पौधों में,$PEP$ कार्बोक्सिलेज एंजाइम $CO_2$ को $4$-कार्बन यौगिक में स्थिर करता है,जो $RuBP$ के ऑक्सीजनीकरण को रोकता है और इस प्रकार स्थिर कार्बन के नुकसान से बचाता है।

(A) $C_4$ पौधे लगभग $360$ $ppm$ $CO_2$ सांद्रता पर संतृप्ति दर्शाते हैं।
इसका कारण यह है कि $C_3$ पौधों की तुलना में $C_4$ पौधों में $CO_2$ स्थिरीकरण के लिए अधिक कुशल तंत्र ($PEP$ कार्बोक्सिलेज के माध्यम से) होता है।
$C_3$ पौधे $450$ $ppm$ से $500$ $ppm$ $CO_2$ सांद्रता पर संतृप्ति दर्शाते हैं।

(D) $C_4$ चक्र में निम्नलिखित चरण शामिल होते हैं:
$1$. $CO_2$ स्थिरीकरण: $CO_2$ का स्थिरीकरण पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाओं में $PEP$ कार्बोक्सिलेज एंजाइम द्वारा होता है,जिससे $4$-कार्बन वाला यौगिक (ऑक्सालोएसीटेट) बनता है।
$2$. परिवहन: यह $4$-कार्बन वाला यौगिक पर्णमध्योतक कोशिकाओं से बंडल शीथ कोशिकाओं में स्थानांतरित किया जाता है।
$3$. डीकार्बोक्सिलेशन: बंडल शीथ कोशिकाओं में,$4$-कार्बन वाला यौगिक डीकार्बोक्सिलेशन प्रक्रिया से गुजरता है ताकि केल्विन चक्र के लिए $CO_2$ मुक्त हो सके।
अतः,सही क्रम $CO_2$ स्थिरीकरण $\rightarrow$ परिवहन $\rightarrow$ डीकार्बोक्सिलेशन है।

(A) गन्ना और ज्वार दोनों $C_4$ पौधे हैं।
$C_4$ पौधे कम प्रकाश तीव्रता पर संतृप्ति नहीं दर्शाते हैं।
वे उच्च प्रकाश तीव्रता के प्रति प्रतिक्रिया करते हैं और पूर्ण सूर्य के प्रकाश के लगभग $50\%$ पर संतृप्ति दर्शाते हैं।
इसके विपरीत,$C_3$ पौधे पूर्ण सूर्य के प्रकाश के लगभग $10\%$ पर संतृप्ति दर्शाते हैं।

(B) $CO_2$ सांद्रता बढ़ाने वाली क्रियाविधि,जिसे $C_4$ पथ या हैच-स्लैक पथ के रूप में भी जाना जाता है,प्रकाश-श्वसन (photorespiration) को कम करने के लिए एक अनुकूलन है।
इन पौधों में,$CO_2$ को शुरू में पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाओं में एक $4$-कार्बन यौगिक (ऑक्सालोएसीटेट) में स्थिर किया जाता है,जिसे बाद में मैलेट या एस्पार्टेट में परिवर्तित किया जाता है।
इस मैलेट को बंडल म्यान (bundle sheath) कोशिकाओं में ले जाया जाता है,जहाँ इसका डिकार्बोक्सिलेशन होता है और $RuBisCO$ एंजाइम के चारों ओर $CO_2$ की उच्च सांद्रता मुक्त होती है।
दिए गए विकल्पों में से,गन्ना एक $C_4$ पौधा है,जबकि चावल,गेहूँ और टमाटर $C_3$ पौधे हैं।

(B) क्रान्ज़ शारीरिकी $C_4$ पौधों की एक विशिष्ट विशेषता है। इस शारीरिकी में,पुल आच्छद (bundle sheath) कोशिकाएं संवहनी बंडलों के चारों ओर एक वलय में व्यवस्थित होती हैं,और ये कोशिकाएं आगे पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाओं के एक संकेंद्री वलय से घिरी होती हैं। यह व्यवस्था प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाओं और केल्विन चक्र के कुशल पृथक्करण की अनुमति देती है।

(A) $C_4$ पौधों में,प्रकाश श्वसन (photorespiration) को कम करने के लिए प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया दो अलग-अलग प्रकार की कोशिकाओं के बीच विभाजित होती है।
$1$. पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाएं: इन कोशिकाओं में क्लोरोप्लास्ट होते हैं जो प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाएं (प्रकाश अभिक्रिया) करते हैं,जिससे $ATP$ और $NADPH$ का उत्पादन होता है।
$2$. बंडल आच्छद (bundle sheath) कोशिकाएं: इन कोशिकाओं में क्लोरोप्लास्ट होते हैं जो केल्विन चक्र (अप्रकाशिक अभिक्रिया) करते हैं,जहाँ $CO_2$ को शर्करा में स्थिर किया जाता है।
अतः,पर्णमध्योतक कोशिकाएं प्रकाश अभिक्रिया करती हैं और बंडल आच्छद कोशिकाएं अप्रकाशिक अभिक्रिया करती हैं।

(D) एग्रैनल हरितलवक की मुख्य विशेषता इसमें ग्राना (थाइलाकोइड के ढेर) की अनुपस्थिति है।
ये आमतौर पर $C_4$ पौधों की पूलाच्छद (Bundle sheath) कोशिकाओं में पाए जाते हैं।
गन्ना $C_4$ पौधे का एक उत्कृष्ट उदाहरण है,जिसकी पूलाच्छद कोशिकाओं में ऐसे हरितलवक होते हैं जिनमें ग्राना नहीं होते हैं,जिससे केल्विन चक्र कुशलतापूर्वक संचालित हो पाता है।

(C) द्वि-कार्बोक्सिलेशन $C_4$ पौधों की एक विशेषता है, जिसमें $CO_2$ का स्थिरीकरण दो बार होता है: पहले पर्दमध्योतक (mesophyll) कोशिकाओं में $PEP$ कार्बोक्सिलेज द्वारा और फिर बंडल म्यान (bundle sheath) कोशिकाओं में $RuBisCO$ द्वारा।
$Zea \text{ } mays$, $Sugarcane$ और $Sorghum$ $C_4$ पौधों के उदाहरण हैं।
$Pisum \text{ } sativum$ (मटर) एक $C_3$ पौधा है, जो एकल कार्बोक्सिलेशन करता है।
इसलिए, $Pisum \text{ } sativum$ विषम है।

(D) $C_4$ पौधों में,पत्तियां $Kranz$ शारीरिक रचना के रूप में जानी जाने वाली एक विशेष संरचना प्रदर्शित करती हैं। इस व्यवस्था में,बंडल शीथ कोशिकाएं बड़ी,मोटी दीवार वाली होती हैं और उनमें क्लोरोप्लास्ट का उच्च घनत्व होता है। ये क्लोरोप्लास्ट आमतौर पर अग्रानल (बिना ग्रैना के) होते हैं और $Calvin$ चक्र के लिए विशेष होते हैं,जो प्रकाश श्वसन (photorespiration) को रोकने के लिए बंडल शीथ कोशिकाओं में होता है।

(B) $C_4$ पादप उच्च तापमान वाले वातावरण के लिए अनुकूलित होते हैं और उनका इष्टतम तापमान $30-40^{\circ}C$ के बीच होता है।
कम तापमान पर,$PEP$ सिंथेटेज (पाइरुवेट फॉस्फेट डाइकाइनेज) एंजाइम,जो $PEP$ (फॉस्फोइनोलपाइरुवेट) के पुनरुद्धार के लिए जिम्मेदार होता है,ठंड के प्रति संवेदनशील हो जाता है और इसकी गतिविधि काफी कम हो जाती है।
$PEP$ पुनरुद्धार चक्र के इस अवरोध के कारण $C_4$ पादपों में $CO_2$ स्थिरीकरण की कुल दर सीमित हो जाती है,जिससे वे ठंडे जलवायु में $C_3$ पादपों की तुलना में कम कुशल हो जाते हैं।

(A) $C_4$ पादप लवणीय परिस्थितियों और जल के तनाव को सहन करने की अपनी क्षमता के लिए जाने जाते हैं।
यह सहनशीलता मुख्य रूप से उनकी कोशिकाओं में कार्बनिक अम्लों के संचय के कारण होती है।
इन कार्बनिक अम्लों का संचय परासरणी संतुलन बनाए रखने में मदद करता है,जो पौधों को उच्च लवणता वाले वातावरण में जीवित रहने में सक्षम बनाता है।

(B) $C_4$ पौधे $CO_2$ निषेचन प्रभाव से विशेष रूप से लाभान्वित नहीं होते हैं क्योंकि उनके पास $RuBisCO$ एंजाइम के चारों ओर $CO_2$ को केंद्रित करने की एक कार्यप्रणाली होती है। इन पौधों में $Kranz$ शारीरिक संरचना होती है,जो उन्हें बंडल शीथ कोशिकाओं में $CO_2$ का उच्च स्तर बनाए रखने की अनुमति देती है,जिससे प्रकाशश्वसन (photorespiration) प्रभावी रूप से दब जाता है। चूंकि $C_4$ पौधे वर्तमान वायुमंडलीय स्तर पर पहले से ही $CO_2$ से संतृप्त होते हैं,इसलिए $CO_2$ की सांद्रता में वृद्धि उनकी प्रकाश संश्लेषण दर को $C_3$ पौधों की तुलना में उतना नहीं बढ़ाती है।

(B) $C_4$ पादपों में,$CO_2$ स्थिरीकरण की प्रक्रिया में पाइरुवेट से फॉस्फोइनोलपाइरुवेट $(PEP)$ का पुनरुद्धार (regeneration) शामिल है। यह पुनरुद्धार प्रक्रिया ऊर्जा-गहन है और इसमें $ATP$ का $AMP$ में रूपांतरण होता है,जो प्रभावी रूप से दो $ATP$ के बराबर ऊर्जा की खपत करता है। यह अतिरिक्त ऊर्जा व्यय बंडल शीथ कोशिकाओं में $CO_2$ सांद्रण तंत्र को बनाए रखने के लिए आवश्यक है,जो $C_3$ पादपों में अनुपस्थित होता है।

(C) $C_4$ पौधों में,बंडल शीथ कोशिकाओं में पाए जाने वाले हरितलवक एग्रैनल (agranal) होते हैं क्योंकि उनमें $PS$ $II$ का अभाव होता है। अतः,अभिकथन गलत है।
$PS$ $II$ वास्तव में मुख्य रूप से ग्रैना के भीतर थाइलाकोइड झिल्ली के एप्रेस्ड भागों में स्थित होता है। अतः,कारण सही है।
इस प्रकार,सही विकल्प $C$ है।

(C) $CAM$ (Crassulacean Acid Metabolism) पादपों में,रंध्र रात में खुलते हैं और $CO_2$ को ग्रहण करके मैलिक एसिड जैसे कार्बनिक अम्लों में स्थिर करते हैं। इस प्रक्रिया को डार्क एसिडिफिकेशन कहा जाता है।
दिन के दौरान,इन कार्बनिक अम्लों का डिकार्बोक्सिलेशन होता है ताकि केल्विन चक्र के लिए $CO_2$ मुक्त हो सके।
अतः,अभिकथन सही है,लेकिन कारण गलत है क्योंकि डिकार्बोक्सिलेशन रात में नहीं बल्कि दिन के दौरान होता है।

(C) : उष्णकटिबंधीय पौधे (मुख्य रूप से $C_4$ पौधे) $CO_2$ के उपयोग में अधिक कुशल होते हैं क्योंकि उनके पास $RuBisCO$ एंजाइम के चारों ओर $CO_2$ को केंद्रित करने की एक क्रियाविधि होती है,जो प्रकाश-श्वसन (photorespiration) को कम करती है।
$R$: $C_3$ पौधों में $RuBisCO$ की ऑक्सीजनेज गतिविधि को कम करने के लिए कोई विशेष क्रियाविधि नहीं होती है। $C_3$ पौधों में,जब $CO_2$ का स्तर कम होता है या तापमान अधिक होता है,तो $RuBisCO$ अक्सर ऑक्सीजनेज के रूप में कार्य करता है,जिससे प्रकाश-श्वसन होता है। इसलिए,कारण गलत है क्योंकि $C_3$ पौधे $C_4$ पौधों की तुलना में ऑक्सीजनेज गतिविधि को पूरी तरह से रोकने में असमर्थ होते हैं।

(B) सोरघम एक $C_{4}$ पादप है।
$C_{4}$ पादपों में,प्राथमिक $CO_{2}$ ग्राही फॉस्फोइनोलपाइरुवेट $(PEP)$ होता है,जो एक $3$-कार्बन यौगिक है।
यह अभिक्रिया $PEP$ कार्बोक्सिलेज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है।
$C_{4}$ चक्र के दौरान बनने वाला प्रथम स्थायी उत्पाद ऑक्जेलोएसेटिक अम्ल $(OAA)$ है,जो एक $4$-कार्बन यौगिक है।
अतः,सही विकल्प $B$ है।

(B) $C_{4}$ पादप $CO_{2}$ के स्थिरीकरण के मामले में $C_{3}$ पादपों की तुलना में दोगुने कुशल होते हैं।
इसका अर्थ है कि समान मात्रा में $CO_{2}$ स्थिरीकरण के लिए,$C_{4}$ पादप $C_{3}$ पादपों की तुलना में केवल आधा पानी ही खोते हैं।
यह दक्षता $C_{4}$ पथ के कारण होती है,जो प्रकाश-श्वसन (photorespiration) को कम करता है और जल-उपयोग दक्षता में सुधार करता है।

(A-D) हैच-स्लैक पथ: $C_{4}$ पथ कुछ पौधों में पाई जाने वाली कार्बन स्थिरीकरण की एक वैकल्पिक प्रक्रिया है। इसकी खोज $M. D. Hatch$ और $C. R. Slack$ द्वारा की गई थी,इसलिए इसे हैच-स्लैक पथ कहा जाता है।
$(b)$ केल्विन चक्र: $C_{4}$ पौधों में,केल्विन चक्र विशेष रूप से बंडल शीथ कोशिकाओं के भीतर होता है। यहीं पर $RuBisCO$ एंजाइम के माध्यम से $CO_{2}$ का ग्लूकोज में अंतिम स्थिरीकरण होता है।
$(c)$ $PEP$ कार्बोक्सिलेज: यह $C_{4}$ पौधों की पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाओं में पाया जाने वाला प्राथमिक $CO_{2}$ स्थिरीकरण एंजाइम है। यह $CO_{2}$ और फॉस्फोएनोलपायरूवेट $(PEP)$ के बीच अभिक्रिया को उत्प्रेरित करके $4-C$ यौगिक ऑक्सालोएसेटिक एसिड $(OAA)$ बनाता है।
$(d)$ बंडल शीथ कोशिकाएं: ये $C_{4}$ पौधों की पत्तियों में संवहनी बंडलों के चारों ओर परतों में व्यवस्थित बड़ी,विशिष्ट मृदूतकीय कोशिकाएं हैं। इनमें बड़ी संख्या में हरितलवक (अक्सर अ-ग्रैनल) होते हैं और यह केल्विन चक्र का स्थल है।

(D) कथन $I$ सही है: $C_{4}$ पादपों में,प्राथमिक $CO_{2}$ ग्राही एक $3$-कार्बन अणु होता है जिसे फॉस्फोइनोलपाइरुवेट $(PEP)$ कहा जाता है,जो पर्णमध्योतक कोशिकाओं में उपस्थित होता है।
कथन $II$ सही है: $C_{4}$ पादपों की पर्णमध्योतक कोशिकाओं में $RuBisCo$ एंजाइम का अभाव होता है। $RuBisCo$ एंजाइम केवल $C_{4}$ पादपों की पूलाच्छद (bundle sheath) कोशिकाओं में उपस्थित होता है,जहाँ केल्विन चक्र होता है।
अतः,दोनों कथन सही हैं।

(A) $C_{4}$ पौधों में,पत्तियों में एक विशेष शारीरिक रचना होती है जिसे 'क्रान्ज़ एनाटॉमी' (Kranz anatomy) कहा जाता है।
संवहनी बंडलों के चारों ओर बड़ी बंडल शीथ कोशिकाएं मौजूद होती हैं।
इन कोशिकाओं में बड़ी संख्या में क्लोरोप्लास्ट होते हैं,जो केल्विन चक्र के संचालन के लिए आवश्यक हैं।
इन कोशिकाओं में $CO_{2}$ की सांद्रता बढ़ाकर,पौधा प्रकाश-श्वसन (photorespiration) को कम करता है और कार्बन स्थिरीकरण को कुशल बनाता है,जिससे पौधा उच्च तापमान और उच्च प्रकाश तीव्रता वाले वातावरण में जीवित रह पाता है।

(D) $C_4$ पादप उच्च तापमान और उच्च प्रकाश वाले वातावरण के लिए अनुकूलित होते हैं।
$1$. उत्पादकता: प्रकाश श्वसन (photorespiration) की अनुपस्थिति के कारण,$C_4$ पादप $C_3$ पादपों की तुलना में अधिक जैवभार (biomass) और उत्पादकता प्रदर्शित करते हैं।
$2$. जल उपयोग दक्षता: $C_4$ पादप जल के उपयोग में अधिक कुशल होते हैं। वे समान मात्रा में $CO_2$ का स्थिरीकरण करते हैं,जबकि वाष्पोत्सर्जन के माध्यम से $C_3$ पादप जितना पानी खोते हैं,उसका केवल आधा ही पानी खोते हैं।
$3$. रुबिस्को की दक्षता: $C_4$ पादपों में,$CO_2$ सांद्रण तंत्र (क्रान्ज़ शारीरिक रचना) यह सुनिश्चित करता है कि रुबिस्को एंजाइम के आसपास $CO_2$ की सांद्रता अधिक बनी रहे,जो रुबिस्को की ऑक्सीजनेज गतिविधि को कम करता है और इसकी कार्बोक्सिलेज गतिविधि को अधिकतम करता है,जिससे यह $C_3$ पादपों की तुलना में अधिक कुशल हो जाता है।
अतः,दिए गए सभी कथन सही हैं।

(C) $C_4$ पादपों में प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया दो अलग-अलग प्रकार की कोशिकाओं में विभाजित होती है: पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाएं और पुल आच्छद (bundle sheath) कोशिकाएं।
$1$. पर्णमध्योतक कोशिकाओं में,प्राथमिक $CO_2$ स्थिरीकरण $PEP$ कार्बोक्सिलेज एंजाइम द्वारा होता है,जिससे $4$-कार्बन यौगिक $(OAA)$ बनता है।
$2$. यह $4$-कार्बन यौगिक पुल आच्छद कोशिकाओं में स्थानांतरित कर दिया जाता है।
$3$. पुल आच्छद कोशिकाओं में,$4$-कार्बन यौगिक का डिकार्बोक्सिलेशन होता है जिससे $CO_2$ मुक्त होती है,जो फिर केल्विन चक्र में प्रवेश करती है।
$4$. $RuBisCO$ (राइबुलोज$-1,5-$बाइफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजनेज) एंजाइम विशेष रूप से पुल आच्छद कोशिकाओं के हरितलवक में मौजूद होता है ताकि केल्विन चक्र को सुगम बनाया जा सके और प्रकाश-श्वसन (photorespiration) से बचा जा सके।

(D) $C_4$ पथ में,प्राथमिक $CO_2$ ग्राही फॉस्फोइनोलपायरुवेट $(PEP)$ है,जो एक $3$-कार्बन यौगिक है।
$CO_2$ का स्थिरीकरण पर्णमध्योतक कोशिकाओं में होता है,जहाँ $PEP$ एंजाइम $PEP$ कार्बोक्सिलेज $(PEPCase)$ की उपस्थिति में $CO_2$ के साथ जुड़ता है।
इस अभिक्रिया के परिणामस्वरूप ऑक्जेलोएसिटिक एसिड $(OAA)$ नामक एक $4$-कार्बन यौगिक बनता है।
$OAA$ $C_4$ चक्र में बनने वाला प्रथम स्थायी उत्पाद है।

(B) क्रान्ज़ शारीरिकी $C_4$ पादपों (जैसे मक्का या गन्ना) की पत्तियों में पाई जाने वाली एक विशिष्ट संरचना है।
इस शारीरिकी में,पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाएं पूलाच्छद (bundle sheath) कोशिकाओं के चारों ओर एक वलय के रूप में व्यवस्थित होती हैं।
यह व्यवस्था $RuBisCO$ एंजाइम के चारों ओर $CO_2$ की सांद्रता बढ़ाने में मदद करती है,जिससे प्रकाश-श्वसन (photorespiration) कम हो जाता है और प्रकाश संश्लेषण की दक्षता बढ़ जाती है।

(C) $C_4$ पौधों में,प्रकाश-श्वसन (photorespiration) को कम करने के लिए प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया स्थानिक रूप से दो अलग-अलग प्रकार की कोशिकाओं में विभाजित होती है।
$1$. प्रकाश-निर्भर अभिक्रिया पर्णमध्योतक (mesophyll) कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में,विशेष रूप से ग्रेना के भीतर होती है,जहाँ $ATP$ और $NADPH$ का उत्पादन होता है।
$2$. केल्विन चक्र (अंधकार अभिक्रिया) बंडल शीथ कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में,विशेष रूप से स्ट्रोमा के भीतर होता है,जहाँ पर्णमध्योतक कोशिकाओं में उत्पन्न $ATP$ और $NADPH$ का उपयोग करके $CO_2$ को शर्करा में स्थिर किया जाता है।

(C) हैच और स्लैक पथ ($C_4$ चक्र) में:
$1$. पर्णमध्योतक कोशिकाओं में, $CO_2$ का स्थिरीकरण $PEP$ द्वारा होकर $C_4$ अम्ल (जैसे ऑक्सालोएसीटेट या मैलेट/एस्पार्टेट) बनता है, जिसे $P$ द्वारा दर्शाया गया है।
$2$. यह $C_4$ अम्ल बंडल शीथ कोशिकाओं में स्थानांतरित होता है, जिसे $Q$ द्वारा दर्शाया गया है।
$3$. बंडल शीथ कोशिकाओं में, डिकार्बोक्सिलेशन होता है, जो केल्विन चक्र के लिए $CO_2$ मुक्त करता है और पीछे $C_3$ अम्ल (जैसे पाइरूवेट) बचता है, जिसे $R$ द्वारा दर्शाया गया है।
$4$. यह $C_3$ अम्ल वापस पर्णमध्योतक कोशिकाओं में स्थानांतरित होता है, जहाँ यह वापस $PEP$ में परिवर्तित हो जाता है (पुनरुद्धार), जिसे $S$ द्वारा दर्शाया गया है।
अतः, $P$ एक $C_4$ अम्ल है, $Q$ एक $C_4$ अम्ल है, $R$ एक $C_3$ अम्ल है और $S$ एक $C_3$ अम्ल है।