Early Experiments Questions in Gujarati

(D) બેક્ટેરિયલ પ્રકાશસંશ્લેષણ અજોડ છે કારણ કે તે ઇલેક્ટ્રોન દાતા તરીકે પાણી $(H_2O)$ નો ઉપયોગ કરતું નથી. તેના બદલે,બેક્ટેરિયા ઇલેક્ટ્રોન દાતા તરીકે હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ $(H_2S)$,આણ્વિય હાઇડ્રોજન $(H_2)$ અથવા કાર્બનિક એસિડ જેવા અન્ય સંયોજનોનો ઉપયોગ કરે છે. પરિણામે,બેક્ટેરિયલ પ્રકાશસંશ્લેષણમાં આડપેદાશ તરીકે ઓક્સિજન $(O_2)$ મુક્ત થતો નથી,જે લીલી વનસ્પતિઓના પ્રકાશસંશ્લેષણથી વિપરીત છે જ્યાં પાણીના વિઘટનથી ઓક્સિજન મુક્ત થાય છે.

(A) પ્રકાશસંશ્લેષણ પર વૈજ્ઞાનિક સંશોધન $17$ મી સદીમાં શરૂ થયું હતું. સૌથી પ્રારંભિક નોંધપાત્ર પ્રયોગોમાંનો એક સ્ટીફન હેલ્સ દ્વારા $1727$ માં કરવામાં આવ્યો હતો,પરંતુ પાયાનું કાર્ય ઘણીવાર $17$ મી સદીમાં જાન બેપ્ટિસ્ટ વાન હેલમોન્ટના અવલોકનોને આભારી છે,જેમણે દર્શાવ્યું હતું કે છોડ તેમનું દળ જમીનમાંથી નહીં પણ પાણીમાંથી મેળવે છે.

(D) . પેલેટિયર અને કેવેન્ટુ $(1818)$ એ ક્લોરોફિલની શોધ કરી અને તેને નામ આપ્યું હતું.
તેમણે પાંદડાઓને આલ્કોહોલમાં ઉકાળીને આ રંજકદ્રવ્યને સફળતાપૂર્વક અલગ કર્યું હતું.
ક્લોરોફિલ એ પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દરમિયાન પ્રકાશ ઊર્જાને પકડવા માટે જવાબદાર મુખ્ય રંજકદ્રવ્ય છે.

(D) . રોબર્ટ મેયરે $(1845)$ માં પ્રસ્તાવ મૂક્યો હતો કે પ્રકાશમાં વિકિરણ ઉર્જા હોય છે અને આ વિકિરણ ઉર્જાનું વનસ્પતિઓ દ્વારા રાસાયણિક ઉર્જામાં રૂપાંતર થાય છે,જે વનસ્પતિઓ અને પ્રાણીઓના જીવનને જાળવી રાખવા માટે ઉપયોગી છે.

(B) સાચો જવાબ $(b)$ છે.
જાન ઇન્જનહાઉસ $(1779)$ એ દર્શાવ્યું હતું કે સૂર્યપ્રકાશ એ વનસ્પતિની પ્રક્રિયા માટે આવશ્યક છે જે સળગતી મીણબત્તીઓ અથવા શ્વાસ લેતા પ્રાણીઓ દ્વારા દૂષિત થયેલી હવાને શુદ્ધ કરે છે.
તેમણે સાબિત કર્યું કે વનસ્પતિના માત્ર લીલા ભાગો જ સૂર્યપ્રકાશની હાજરીમાં ઓક્સિજન મુક્ત કરી શકે છે,આમ પ્રકાશસંશ્લેષણમાં પ્રકાશ અને ક્લોરોફિલનું મહત્વ સ્થાપિત કર્યું.

(D) . બૌસિંગોલ્ટ $(1860)$ એ અહેવાલ આપ્યો હતો કે પ્રકાશસંશ્લેષણમાં મુક્ત થતા $O_2$ નું પ્રમાણ શોષાયેલા $CO_2$ ના પ્રમાણ જેટલું જ હોય છે અને પ્રકાશ મળતાની સાથે જ આ બંને પ્રક્રિયાઓ એકસાથે થાય છે.

(C) સાચો જવાબ $C$ છે. જાન બેપ્ટિસ્ટ વોન હેલમોન્ટે વિલોના ઝાડ સાથે એક પ્રખ્યાત પ્રયોગ કર્યો હતો. તેમણે $5 \ lb$ વજનનું વિલોનું ઝાડ $200 \ lb$ સૂકી માટીમાં વાવ્યું અને $5$ વર્ષ સુધી તેને પાણી આપ્યું. $5$ વર્ષ પછી,ઝાડનું વજન $169 \ lb$ અને $3 \ oz$ થયું,જ્યારે માટીનું વજન લગભગ સમાન રહ્યું. તેમણે નિષ્કર્ષ કાઢ્યો કે વનસ્પતિનું દ્રવ્યમાન પાણીમાંથી મેળવવામાં આવે છે,જમીનમાંથી નહીં.

(A) વનસ્પતિઓમાં $CO_2$ ના સ્થાપન માર્ગ પરના પ્રારંભિક અભ્યાસો મેલ્વિન કેલ્વિન અને તેમના સહયોગીઓ દ્વારા $1940$ ના દાયકામાં કરવામાં આવ્યા હતા.
તેમણે શેવાળના પ્રકાશસંશ્લેષણના અભ્યાસમાં રેડિયોએક્ટિવ $C^{14}$ નો ઉપયોગ કર્યો હતો,ખાસ કરીને $Chlorella$ અને $Scenedesmus$ જેવી એકકોષીય લીલી લીલનો ઉપયોગ કરીને.
આ સંશોધન કેલ્વિન ચક્રની શોધ તરફ દોરી ગયું,જે પ્રકાશસંશ્લેષણની અંધકાર પ્રક્રિયાઓનું વર્ણન કરે છે.

(A) $1905$ માં $F.F. Blackman$ દ્વારા પ્રસ્તાવિત મર્યાદિત પરિબળોનો નિયમ જણાવે છે કે જ્યારે કોઈ પ્રક્રિયા અનેક અલગ-અલગ પરિબળો દ્વારા નિયંત્રિત થતી હોય,ત્યારે પ્રક્રિયાનો દર સૌથી ધીમા પરિબળ દ્વારા મર્યાદિત થાય છે.
આ નિયમની ટીકા $James$ અને $Harder$ દ્વારા કરવામાં આવી હતી કારણ કે તેમણે અવલોકન કર્યું હતું કે પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર હંમેશા મર્યાદિત પરિબળની તીવ્રતા વધવાની સાથે સીધી રેખામાં વધતો નથી; તેના બદલે,તે ઘણીવાર સંતૃપ્તિ બિંદુની નજીક ક્રમિક સંક્રમણ અથવા 'વક્ર' પ્રતિભાવ દર્શાવે છે.

(A) $1930$ માં,$C.B. Van Niel$ એ સાબિત કર્યું કે જાંબલી અને લીલા સલ્ફર બેક્ટેરિયા કાર્બોદિતના સંશ્લેષણ માટે પાણીને બદલે $H_2S$ અને $CO_2$ નો ઉપયોગ નીચે મુજબ કરે છે:
$6CO_2 + 12H_2S \xrightarrow{Light} C_6H_{12}O_6 + 6H_2O + 12S$
આનાથી $Van Niel$ એ તારણ કાઢ્યું કે લીલી વનસ્પતિઓમાં,$H_2S$ ને બદલે પાણી $(H_2O)$ નો ઉપયોગ થાય છે અને સલ્ફર $(S)$ ને બદલે ઉપપેદાશ તરીકે $O_2$ મુક્ત થાય છે. તેમણે સૂચવ્યું કે પ્રકાશસંશ્લેષણમાં પાણી એ ઇલેક્ટ્રોન દાતા છે.
$6CO_2 + 12H_2O \xrightarrow{Light} C_6H_{12}O_6 + 6H_2O + 6O_2$

(C) સાચો જવાબ $C$ છે. રૂબેન અને કેમેને તેમના પ્રયોગો દરમિયાન સામાન્ય પાણી $(H_2O^{16})$ ને બદલે પાણીમાં ઓક્સિજનના ભારે આઈસોટોપ $O^{18}$ $(H_2O^{18})$ નો ઉપયોગ કર્યો હતો.
તેમણે અવલોકન કર્યું કે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થતો ઓક્સિજન $CO_2$ માંથી નહીં,પરંતુ પાણીમાંથી મેળવેલ $O^{18}$ ધરાવે છે.
આ પ્રક્રિયા માટેનું રાસાયણિક સમીકરણ નીચે મુજબ છે:
$6CO_2 + 12H_2O^{18} \xrightarrow{\text{Light, Chlorophyll}} C_6H_{12}O_6 + 6O_2^{18} + 6H_2O$

(A) પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં,આડપેદાશ તરીકે મુક્ત થતો ઓક્સિજન પાણી $(H_2O)$ ના પ્રકાશવિઘટન (photolysis) દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે.
જ્યારે પ્રકાશસંશ્લેષણની સિસ્ટમને ઓક્સિજનના ભારે આઇસોટોપ $^{18}O$ થી લેબલ થયેલું પાણી આપવામાં આવે છે,ત્યારે પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન મુક્ત થતો ઓક્સિજન વાયુ $(O_2)$ પણ $^{18}O$ આઇસોટોપ ધરાવશે.
રૂબેન,હાસિડ અને કેમેન દ્વારા કરવામાં આવેલા આ પ્રખ્યાત પ્રયોગે પુષ્ટિ કરી હતી કે પ્રકાશસંશ્લેષણમાં ઓક્સિજનનો સ્ત્રોત પાણી છે,કાર્બન ડાયોક્સાઇડ નહીં.

(B) વોરબર્ગ અસર એ અવલોકનનો સંદર્ભ આપે છે કે ઓક્સિજનની ઊંચી સાંદ્રતા વનસ્પતિઓમાં પ્રકાશસંશ્લેષણના દરને અવરોધે છે. ઓટો વોરબર્ગે $(1919)$ માં પ્રકાશસંશ્લેષણના ગતિશાસ્ત્ર અને આ પ્રક્રિયા પર પ્રકાશ અને ઓક્સિજનની સાંદ્રતાની અસરનો અભ્યાસ કરવા માટે લીલી લીલ $Chlorella$ પર તેમના પ્રયોગો કર્યા હતા.

(B) પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયાનું રાસાયણિક સમીકરણ $6CO_2 + 12H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6H_2O + 6O_2$ છે.
સી.બી. વાન નીલ દ્વારા જાંબલી અને લીલા સલ્ફર બેક્ટેરિયા પર કરવામાં આવેલા પ્રયોગો દ્વારા સાબિત થયું હતું કે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થતો ઓક્સિજન પાણી $(H_2O)$ માંથી આવે છે,કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ માંથી નહીં.
વધુમાં,$^{18}O$ નો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવેલા આઇસોટોપિક લેબલિંગ અભ્યાસોએ પુષ્ટિ કરી છે કે ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ ના અણુમાં રહેલા ઓક્સિજન પરમાણુઓ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ ના અણુઓમાંથી આવે છે,જ્યારે આડપેદાશ તરીકે મુક્ત થતો ઓક્સિજન પાણી $(H_2O)$ માંથી આવે છે.

(C) સાચો જવાબ $C$ છે.
$Chlorella$ (ક્લોરેલા) એ એકકોષીય લીલી લીલ છે જેનો ઉપયોગ પ્રકાશસંશ્લેષણના સંશોધનમાં વ્યાપકપણે કરવામાં આવ્યો છે.
તેનો ઉપયોગ ખાસ કરીને $Ruben$,$Kamen$ અને $Warburg$ જેવા સંશોધકો દ્વારા પ્રકાશસંશ્લેષણમાં પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રતિક્રિયાઓ અને કાર્બનનો માર્ગ સમજવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.
$Chlorella$ ને પસંદ કરવામાં આવે છે કારણ કે તેને ઉછેરવી સરળ છે,તેની રચના સરળ છે અને તે ખૂબ જ કાર્યક્ષમ રીતે પ્રકાશસંશ્લેષણ કરે છે,જે વૈશ્વિક પ્રકાશસંશ્લેષણ પ્રવૃત્તિનો નોંધપાત્ર હિસ્સો ધરાવે છે.

(A) પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થતો ઓક્સિજન પાણીમાંથી આવે છે,તે હકીકત સૌપ્રથમ રૂબેન અને કામન દ્વારા આઇસોટોપ ટ્રેસર ટેકનિક $(O^{18})$ નો ઉપયોગ કરીને સાબિત કરવામાં આવી હતી.
પાણીનું પ્રકાશવિઘટન પ્રકાશની હાજરીમાં થાય છે અને પાણીના ઓક્સિડેશન માટે $Mn^{++}$ અને $Cl^-$ આયનો ઉદ્દીપક તરીકે જરૂરી છે:
$4H_2O \xrightarrow{Mn^{++}, Cl^-} 4(OH)^- + 4H^+$
ત્યારબાદ,હાઇડ્રોક્સિલ રેડિકલ્સ પાણી બનાવે છે અને આડપેદાશ તરીકે ઓક્સિજન મુક્ત કરે છે:
$4OH \rightarrow 2H_2O + O_2 \uparrow$

(B) સાચો જવાબ $B$ છે.
રોબર્ટ ઇમર્સન અને વિલિયમ આર્નોલ્ડે $1932$ માં ફ્લેશિંગ લાઈટનો ઉપયોગ કરીને પ્રકાશસંશ્લેષણ પર પ્રયોગો કર્યા હતા.
તેમણે અવલોકન કર્યું કે પ્રકાશના ટૂંકા ઝબકારા અને ત્યારબાદ અંધારાના સમયગાળાનો ઉપયોગ કરીને પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર વધારી શકાય છે,જે પ્રકાશ-આધારિત અને પ્રકાશ-સ્વતંત્ર (અંધકાર) પ્રક્રિયાઓના અસ્તિત્વ માટે પુરાવા પૂરા પાડે છે.

(C) મોલનો અડધા-પર્ણનો પ્રયોગ એ એક શાસ્ત્રીય નિદર્શન છે જે સાબિત કરવા માટે વપરાય છે કે પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા માટે $CO_2$ આવશ્યક છે. આ પ્રયોગમાં,પર્ણનો અડધો ભાગ પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ $(KOH)$ ના દ્રાવણ ધરાવતી બોટલમાં દાખલ કરવામાં આવે છે,જે $CO_2$ નું શોષણ કરે છે. બાકીનો અડધો ભાગ વાતાવરણના સંપર્કમાં રહે છે. છોડને સૂર્યપ્રકાશમાં રાખ્યા પછી,સ્ટાર્ચ કસોટી (આયોડિન દ્રાવણનો ઉપયોગ કરીને) દર્શાવે છે કે હવામાં ખુલ્લો રહેલો પર્ણનો ભાગ ભૂરો-કાળો થઈ જાય છે (જે સ્ટાર્ચની હાજરી સૂચવે છે),જ્યારે બોટલની અંદરનો ભાગ થતો નથી,જે સાબિત કરે છે કે પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે $CO_2$ જરૂરી છે.

(A) મેલ્વિન કેલ્વિન અને તેમના સહયોગીઓએ પ્રકાશસંશ્લેષણ પરના તેમના સંશોધન માટે એકકોષીય લીલ $Chlorella$ નો ઉપયોગ કર્યો હતો.
તેમણે કેલ્વિન ચક્રમાં કાર્બન સ્થાપનનો માર્ગ જાણવા માટે રેડિયોએક્ટિવ કાર્બન આઇસોટોપ $^{14}C$ નો ઉપયોગ કર્યો હતો.
આ પ્રયોગે પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રકાશ-સ્વતંત્ર પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું શર્કરામાં કેવી રીતે રૂપાંતર થાય છે તે સમજવામાં મદદ કરી હતી.

(A) $C^{14}$ આઇસોટોપનો ઉપયોગ પ્રકાશસંશ્લેષણમાં કાર્બન ફિક્સેશનના માર્ગ (કેલ્વિન ચક્ર) ને સમજવા માટે થાય છે.
$O^{18}$ એ ઓક્સિજનનો સ્થાયી આઇસોટોપ છે,જેનો ઉપયોગ એ સાબિત કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો કે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થતો ઓક્સિજન કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ માંથી નહીં,પરંતુ પાણી $(H_2O)$ ના અણુઓના વિભાજનથી મળે છે.

(B) આ પ્રયોગ જોસેફ પ્રિસ્ટલીએ $1774$ માં કર્યો હતો. તેમણે દર્શાવ્યું હતું કે વનસ્પતિઓ હવામાં તે તત્વો પુનઃસ્થાપિત કરે છે જે શ્વાસ લેતા પ્રાણીઓ અને સળગતી મીણબત્તીઓ દૂર કરે છે. તેમણે એક કાચના પાત્રમાં સળગતી મીણબત્તી મૂકી,જે થોડી વારમાં ઓલવાઈ ગઈ,અને સમાન પાત્રમાં મૂકેલો ઉંદર ગૂંગળામણને કારણે મૃત્યુ પામ્યો. જોકે,જ્યારે તેમણે તે જ પાત્રોમાં ફુદીનાનો છોડ મૂક્યો,ત્યારે મીણબત્તી સળગતી રહી અને ઉંદર જીવિત રહ્યો. આ પ્રયોગે સાબિત કર્યું કે વનસ્પતિઓ ઓક્સિજન મુક્ત કરે છે,જે શ્વસન અને દહન માટે આવશ્યક છે.

(B) પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન ઓક્સિજન મુક્ત થાય છે તે દર્શાવવા માટેનો પ્રયોગ 'હાઈડ્રીલા પ્રયોગ' તરીકે ઓળખાય છે.
આ પ્રયોગમાં,જલીય વનસ્પતિ $Hydrilla$ ની એક ડાળીને પાણીથી ભરેલા બીકરમાં મૂકવામાં આવે છે અને તેને ગળણી વડે ઢાંકવામાં આવે છે.
પાણીથી ભરેલી ટેસ્ટ ટ્યુબને ગળણીના નળ ઉપર ઊંધી રાખવામાં આવે છે.
જ્યારે આ સાધનને સૂર્યપ્રકાશમાં રાખવામાં આવે છે,ત્યારે $Hydrilla$ ની ડાળીના કપાયેલા છેડેથી ગેસના પરપોટા નીકળતા જોવા મળે છે જે ટેસ્ટ ટ્યુબમાં એકઠા થાય છે.
આ પરપોટા ઓક્સિજન હોવાનું સાબિત થાય છે,જે પ્રકાશસંશ્લેષણની નીપજ તરીકે મુક્ત થાય છે.

(A) પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન,મુક્ત થતો $O_2$ પાણીના પ્રકાશ-વિઘટન (જળવિભાજન) દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે.
વનસ્પતિ $A$ ને $H_2O^{18}$ આપવામાં આવતું હોવાથી,પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયા દરમિયાન મુક્ત થતો ઓક્સિજન $O^{18}$ આઈસોટોપ પ્રકારનો હશે.
વનસ્પતિ $B$ ને $CO_2^{18}$ અને સામાન્ય $H_2O$ આપવામાં આવે છે,તેથી તે સામાન્ય $O_2$ મુક્ત કરશે કારણ કે $CO_2$ માં રહેલો ઓક્સિજન કાર્બોહાઇડ્રેટ્સમાં સમાવિષ્ટ થાય છે,વાયુ સ્વરૂપે મુક્ત થતો નથી.
તેથી,વનસ્પતિ $A$ એ $O^{18}$ પ્રકારનો ઓક્સિજન મુક્ત કરે છે.

(C) પર્ણરંગી પર્ણોમાં લીલા વિસ્તારો (ક્લોરોફિલ ધરાવતા) અને પીળા વિસ્તારો (ક્લોરોફિલ વગરના) હોય છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ,જે કાર્બન ડાયોક્સાઇડને કાર્બનિક સંયોજનોમાં સ્થાપિત કરે છે,તે ફક્ત લીલા વિસ્તારોમાં જ થાય છે જ્યાં ક્લોરોફિલ હાજર હોય છે. પૂરા પાડવામાં આવેલ $^{14}CO_2$ માંથી રેડિયોએક્ટિવ $^{14}C$ લીલા ભાગોમાં પ્રકાશસંશ્લેષણની નીપજો (જેમ કે શર્કરા) માં સમાવિષ્ટ થાય છે. પર્ણ $Y$ (જે પ્રકાશમાં રાખવામાં આવ્યું હતું) ના અપ્રકાશસંશ્લેષી પીળા ઝોનમાં રેડિયોએક્ટિવિટીની હાજરી એ લીલા વિસ્તારોમાંથી પીળા વિસ્તારોમાં અન્નવાહક (phloem) દ્વારા આ રેડિયોએક્ટિવ પ્રકાશસંશ્લેષી નીપજોના સ્થળાંતરને કારણે છે. તેથી,સૌથી સંભવિત સમજૂતી એ છે કે પ્રકાશસંશ્લેષણની નીપજો પીળા ઝોનમાં પ્રસરણ પામે છે અથવા વહન પામે છે.

(D) $Engelmann$ ના પ્રયોગમાં પ્રકાશને તેના વર્ણપટના ઘટકોમાં વિભાજિત કરવા માટે પ્રિઝમનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો અને જારક બેક્ટેરિયાના નિલંબનમાં રાખેલ $Spirogyra$ ને પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યું હતું.
તેમણે અવલોકન કર્યું કે બેક્ટેરિયા મુખ્યત્વે વિભાજિત વર્ણપટના વાદળી અને લાલ પ્રકાશના વિસ્તારોમાં એકત્રિત થયા હતા.
આ બેક્ટેરિયાને શ્વસન માટે ઓક્સિજનની જરૂર હોવાથી,તેમનું એકત્રીકરણ સૂચવે છે કે આ વિસ્તારોમાં પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર સૌથી વધુ હતો.
તેથી,તે સાબિત થયું કે વાદળી અને લાલ બંને તરંગલંબાઇ પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે અસરકારક છે.

(B) $1937$ માં,રોબર્ટ હિલે દર્શાવ્યું હતું કે અલગ કરેલા હરિતકણો,જ્યારે કૃત્રિમ ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારનાર (જેમ કે ફેરિક ક્ષાર અથવા વાયોલોજન ડાઈ) ની હાજરીમાં પ્રકાશના સંપર્કમાં આવે છે,ત્યારે $CO_2$ ની ગેરહાજરીમાં પણ $O_2$ મુક્ત કરી શકે છે. આ પ્રક્રિયાને હિલની પ્રતિક્રિયા (Hill's reaction) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. તે સાબિત કરે છે કે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થતો ઓક્સિજન પાણીના પ્રકાશ-વિઘટન (photolysis) માંથી આવે છે.

(D) રોબર્ટ હિલે દર્શાવ્યું હતું કે અલગ કરેલા હરિતકણો,જ્યારે કૃત્રિમ ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારનાર (જેમ કે ફેરિક ઓક્સાલેટ અથવા $DCPIP$) ની હાજરીમાં પ્રકાશિત કરવામાં આવે છે,ત્યારે તે $CO_2$ ની ગેરહાજરીમાં પણ ઓક્સિજન મુક્ત કરી શકે છે.
આ પ્રયોગે સાબિત કર્યું કે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થતો ઓક્સિજન પાણી $(H_2O)$ ના પ્રકાશવિભાજન (photolysis) માંથી આવે છે,$CO_2$ માંથી નહીં.

(A) રોબર્ટ હિલ $(1939)$ એ સૌપ્રથમ દર્શાવ્યું હતું કે જો $Stellaria \text{ } media$ અને $Lamium \text{ } album$ ના પાંદડામાંથી મેળવેલા હરિતકણોને યોગ્ય ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારનાર, જેમ કે પોટેશિયમ ફેરોઓક્સાલેટ અથવા પોટેશિયમ ફેરીસાયનાઇડ ધરાવતી ટેસ્ટ ટ્યુબમાં રાખવામાં આવે, તો પાણીના પ્રકાશ-રાસાયણિક વિભાજનને કારણે $O_2$ મુક્ત થાય છે। આ પ્રક્રિયાને હિલ પ્રતિક્રિયા (Hill reaction) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે।

(A) મેલ્વિન કેલ્વિને લીલના પ્રકાશસંશ્લેષણના અભ્યાસમાં રેડિયોએક્ટિવ $^{14}C$ નો ઉપયોગ કર્યો હતો.
તેમણે આ પ્રયોગો લીલી લીલ $Chlorella$ અને $Scenedesmus$ પર કર્યા હતા.
આ પ્રયોગો દ્વારા,તેમણે શોધ્યું કે $C_3$ ચક્રમાં કાર્બન સ્થાપનની પ્રથમ સ્થાયી નીપજ $3$-ફોસ્ફોગ્લિસેરિક એસિડ ($3$-$PGA$) છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(A) બેક્ટેરિયલ પ્રકાશસંશ્લેષણમાં,જેમ કે જાંબલી અને લીલા સલ્ફર બેક્ટેરિયામાં,$H_2O$ ને બદલે $H_2S$ (હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ) હાઇડ્રોજન દાતા તરીકે કાર્ય કરે છે.
સામાન્ય પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $CO_2 + 2H_2S \xrightarrow{\text{Light}} (CH_2O) + 2S + H_2O + \text{Energy}$.
વનસ્પતિઓમાં થતા ઓક્સિજનયુક્ત પ્રકાશસંશ્લેષણથી વિપરીત,જ્યાં $H_2O$ દાતા છે અને $O_2$ મુક્ત થાય છે,બેક્ટેરિયલ પ્રકાશસંશ્લેષણ એનોક્સિજેનિક (ઓક્સિજન મુક્ત ન કરતું) છે અને તેમાં આડપેદાશ તરીકે સલ્ફર $(S)$ મુક્ત થાય છે.

(C) બેક્ટેરિયલ પ્રકાશસંશ્લેષણમાં,જેમ કે જાંબલી અને લીલા સલ્ફર બેક્ટેરિયામાં,$H_2O$ (પાણી) ને બદલે હાઇડ્રોજન દાતા તરીકે $H_2S$ (હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ) નો ઉપયોગ થાય છે.
$H_2S$ નો ઉપયોગ થતો હોવાથી,મુક્ત થતી આડપેદાશ ઓક્સિજન $(O_2)$ ને બદલે તત્વીય સલ્ફર $(S)$ અથવા સલ્ફેટ હોય છે.
તેથી,બેક્ટેરિયલ પ્રકાશસંશ્લેષણની સાચી આડપેદાશ $S$ છે.

(B) થિયોડોર એન્ગલમેને પ્રકાશને તેના વર્ણપટના ઘટકોમાં વિભાજિત કરવા માટે પ્રિઝમનો ઉપયોગ કર્યો અને વાયુજીવી બેક્ટેરિયાના નિલંબનમાં રાખેલી લીલી લીલ $Cladophora$ ને પ્રકાશિત કરી.
તેમણે અવલોકન કર્યું કે બેક્ટેરિયા મુખ્યત્વે વાદળી અને લાલ પ્રકાશના વિસ્તારોમાં એકઠા થયા હતા.
વાયુજીવી બેક્ટેરિયાને જીવવા માટે ઓક્સિજનની જરૂર હોવાથી,તેમનો જમાવડો સૂચવે છે કે પ્રકાશની આ ચોક્કસ તરંગલંબાઇ પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે સૌથી અસરકારક હતી,જેના પરિણામે $O_2$ નું મહત્તમ ઉત્સર્જન થયું.
આમ,તેમણે તારણ કાઢ્યું કે પ્રકાશસંશ્લેષણનો ક્રિયા વર્ણપટ (જે $O_2$ ઉત્સર્જનને અનુરૂપ છે) ક્લોરોફિલ $a$ અને $b$ ના શોષણ વર્ણપટ જેવો જ છે,જે વાદળી અને લાલ વિસ્તારોમાં શિખરો દર્શાવે છે.

(D) પ્રકાશસંશ્લેષણમાં મુક્ત થતો $O_2$ પાણીમાંથી આવે છે તે નીચેની બાબતો દ્વારા સાબિત થાય છે:
$1$. $C.B. \text{ van Niel}$ એ દર્શાવ્યું કે પ્રકાશસંશ્લેષી બેક્ટેરિયા કાર્બોદિત બનાવવા માટે $H_2O$ ને બદલે $H_2S$ નો ઉપયોગ કરે છે અને ઓક્સિજનને બદલે સલ્ફર મુક્ત કરે છે, જે સૂચવે છે કે વનસ્પતિમાં $O_2$ એ $H_2O$ માંથી આવે છે.
$2$. $H_2O$ માં આઈસોટોપિક ઓક્સિજન $(^{18}O)$ નો ઉપયોગ દર્શાવે છે કે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થતો $O_2$ સમાન આઈસોટોપ ધરાવે છે, જે તેની ઉત્પત્તિ પાણીમાંથી હોવાની પુષ્ટિ કરે છે.
$3$. હિલ પ્રક્રિયાએ દર્શાવ્યું કે અલગ કરેલ હરિતકણો પ્રકાશની હાજરીમાં કૃત્રિમ ઈલેક્ટ્રોન સ્વીકારનાર (જેમ કે પોટેશિયમ ફેરોસાયનાઈડ) ની હાજરીમાં $CO_2$ ના સ્થાપન વગર પણ $O_2$ મુક્ત કરી શકે છે, જે સાબિત કરે છે કે પાણીનું વિભાજન (ફોટોલિસિસ) એ $O_2$ નો સ્ત્રોત છે.

(A) કોર્નેલિયસ વાન નીલે જાંબલી અને લીલા સલ્ફર બેક્ટેરિયાના તેમના અભ્યાસના આધારે દર્શાવ્યું હતું કે પ્રકાશસંશ્લેષણ એ મૂળભૂત રીતે પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયા છે જેમાં યોગ્ય ઓક્સિડેશન પામતા સંયોજનમાંથી હાઇડ્રોજન કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું રિડક્શન કરીને કાર્બોદિત પદાર્થો બનાવે છે. તેમણે સૂચવ્યું હતું કે લીલી વનસ્પતિઓમાં પાણી $(H_2O)$ હાઇડ્રોજન દાતા તરીકે કાર્ય કરે છે અને આડપેદાશ તરીકે ઓક્સિજન મુક્ત કરે છે,જ્યારે સલ્ફર બેક્ટેરિયામાં હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ $(H_2S)$ હાઇડ્રોજન દાતા તરીકે કાર્ય કરે છે.

(B) પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું સ્થાપન અને પાણીનું પ્રકાશવિભાજન (photolysis) સામેલ છે.
$C^{14}$ (કાર્બનનો રેડિયોએક્ટિવ આઈસોટોપ) નો ઉપયોગ કેલ્વિન ચક્ર (અંધકાર પ્રક્રિયા) માં કાર્બનનો માર્ગ શોધવા માટે થાય છે.
$O^{18}$ (ઓક્સિજનનો ભારે આઈસોટોપ) નો ઉપયોગ એ સાબિત કરવા માટે થાય છે કે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થતો ઓક્સિજન પાણીમાંથી આવે છે,કાર્બન ડાયોક્સાઇડમાંથી નહીં.
તેથી,$C^{14}$ અને $O^{18}$ એ આ અભ્યાસમાં વપરાતા યોગ્ય આઈસોટોપ છે.

(D) $CO_2$ સ્થાપનની પ્રથમ સ્થાયી નીપજની શોધ મેલ્વિન કેલ્વિન અને તેમના સહયોગીઓ દ્વારા લીલના પ્રકાશસંશ્લેષણના પ્રયોગોમાં કિરણોત્સર્ગી $^{14}C$ નો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવી હતી.
ચોક્કસપણે,તેમણે $Chlorella$ અને $Scenedesmus$ જેવી લીલનો ઉપયોગ કર્યો હતો.
તેમણે શોધી કાઢ્યું કે $3$-ફોસ્ફોગ્લિસેરિક એસિડ $(PGA)$,જે $3$-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે,તે પ્રકાશસંશ્લેષણની અંધકાર પ્રક્રિયા દરમિયાન બનતી પ્રથમ સ્થાયી નીપજ છે.
તેથી,$PGA$ ને લીલના પ્રકાશસંશ્લેષણમાં $CO_2$ સ્થાપનની પ્રથમ નીપજ તરીકે શોધવામાં આવી હતી.

(B) પ્રકાશસંશ્લેષણનો જૈવ-રાસાયણિક તબક્કો,જેને અંધકાર પ્રક્રિયા અથવા કેલ્વિન ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તેમાં $CO_2$ નું કાર્બોદિત પદાર્થોમાં સ્થાપન થાય છે. આ તબક્કાની શોધ સૌપ્રથમ $F.F. Blackman$ દ્વારા $1905$ માં કરવામાં આવી હતી. તેમણે દર્શાવ્યું હતું કે પ્રકાશસંશ્લેષણ બે અલગ-અલગ તબક્કાઓ ધરાવે છે: પ્રકાશ-આધારિત તબક્કો અને પ્રકાશ-સ્વતંત્ર (જૈવ-રાસાયણિક) તબક્કો. તેથી,સાચો જવાબ $Blackman$ છે.

(B) કાર્બનનો રેડિયોએક્ટિવ આઈસોટોપ $C^{14}$ નો ઉપયોગ મેલ્વિન કેલ્વિન દ્વારા પ્રકાશસંશ્લેષણમાં કાર્બનનો માર્ગ શોધવા માટેના પ્રયોગોમાં કરવામાં આવ્યો હતો.
આનાથી કેલ્વિન ચક્ર (જેને $C_3$ ચક્ર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) ની શોધ થઈ.
તેથી,પ્રકાશસંશ્લેષણમાં કાર્બન સ્થાપન પથના અભ્યાસ માટે $C^{14}$ એ યોગ્ય આઈસોટોપ છે.

(C) બેક્ટેરિયલ પ્રકાશસંશ્લેષણમાં,જેમ કે જાંબલી અને લીલા સલ્ફર બેક્ટેરિયામાં,$H_2O$ (પાણી) ને બદલે હાઇડ્રોજન દાતા તરીકે $H_2S$ (હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ) નો ઉપયોગ થાય છે.
કારણ કે $H_2S$ નો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોન દાતા તરીકે થાય છે,તેથી મુક્ત થતી ઉપનીપજ ઓક્સિજન $(O_2)$ ને બદલે સલ્ફર $(S)$ અથવા સલ્ફેટ હોય છે.
આ ઓક્સિજનયુક્ત પ્રકાશસંશ્લેષણ (જે વનસ્પતિઓ અને સાયનોબેક્ટેરિયામાં જોવા મળે છે) અને ઓક્સિજનવિહીન પ્રકાશસંશ્લેષણ (જે ઘણા બેક્ટેરિયામાં જોવા મળે છે) વચ્ચેનો મુખ્ય તફાવત છે.

(C) જોસેફ પ્રિસ્ટલીએ $1774$ માં પ્રયોગોની એક શ્રેણી કરી હતી,જેણે દર્શાવ્યું કે લીલી વનસ્પતિના વિકાસમાં હવા મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે. તેમણે એક બંધ બેલ જારમાં સળગતી મીણબત્તી અને ઉંદર મૂક્યા,જેના કારણે મીણબત્તી ઓલવાઈ ગઈ અને ઉંદરનું ગૂંગળામણને કારણે મૃત્યુ થયું. જોકે,જ્યારે તેમણે તે જ બેલ જારમાં ફુદીનાનો છોડ મૂક્યો,ત્યારે મીણબત્તી સળગતી રહી અને ઉંદર જીવિત રહ્યો. આના પરથી તેમણે તારણ કાઢ્યું કે વનસ્પતિ હવામાં તે બધું જ પુનઃસ્થાપિત કરે છે જે શ્વાસ લેતા પ્રાણીઓ અને સળગતી મીણબત્તીઓ દૂર કરે છે. આમ,તેમણે સૂચવ્યું કે વનસ્પતિ અશુદ્ધ હવાને શુદ્ધ કરે છે.

(A) મોલનો અડધા-પર્ણનો પ્રયોગ એ સાબિત કરવા માટે વપરાતો એક ઉત્તમ પ્રયોગ છે કે પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા માટે $CO_2$ આવશ્યક છે.
આ પ્રયોગમાં,પર્ણનો એક ભાગ $KOH$ (પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ) ધરાવતી બોટલમાં રાખવામાં આવે છે,જે $CO_2$ નું શોષણ કરે છે,જ્યારે બીજો ભાગ વાતાવરણના સંપર્કમાં રહે છે.
થોડા સમય પછી,આયોડિન દ્રાવણનો ઉપયોગ કરીને પર્ણમાં સ્ટાર્ચની હાજરી ચકાસવામાં આવે છે.
હવાના સંપર્કમાં રહેલો પર્ણનો ભાગ ભૂરો-કાળો થઈ જાય છે (જે સ્ટાર્ચની હાજરી સૂચવે છે),જ્યારે બોટલની અંદરનો ભાગ નિસ્તેજ રહે છે (જે $CO_2$ ની ગેરહાજરીને કારણે સ્ટાર્ચનું નિર્માણ ન થયાનું સૂચવે છે).

(B) જાન ઈન્જન હાઉસે $(1730-1799)$ જલીય વનસ્પતિઓ સાથે પ્રયોગોની શ્રેણી કરી હતી.
તેમણે દર્શાવ્યું કે તેજસ્વી સૂર્યપ્રકાશમાં,વનસ્પતિના લીલા ભાગોની આસપાસ નાના પરપોટા બને છે,જ્યારે અંધારામાં તે બનતા નથી.
બાદમાં તેમણે ઓળખ્યું કે આ પરપોટા ઓક્સિજનના હતા.
તેથી,તેમણે તારણ કાઢ્યું કે સૂર્યપ્રકાશ એ વનસ્પતિની પ્રક્રિયા માટે આવશ્યક છે જે મીણબત્તી સળગવાથી અથવા પ્રાણીઓના શ્વાસ લેવાથી દૂષિત થયેલી હવાને શુદ્ધ કરે છે.
તેમણે એ પણ સાબિત કર્યું કે માત્ર વનસ્પતિના લીલા ભાગો જ ઓક્સિજન મુક્ત કરી શકે છે.

(C) ફોટોફોસ્ફોરાયલેશન એ હરિતકણમાં પ્રકાશની હાજરીમાં $ADP$ અને અકાર્બનિક ફોસ્ફેટમાંથી $ATP$ સંશ્લેષણ કરવાની પ્રક્રિયા છે。
આ ઘટના સૌ પ્રથમ $1954$ માં $Daniel \text{ } I. \text{ } Arnon$ અને તેમના સહયોગીઓ દ્વારા પાલકના પાંદડામાંથી અલગ કરેલા હરિતકણોનો ઉપયોગ કરીને દર્શાવવામાં આવી હતી。
તેથી, સાચો વિકલ્પ $C$ છે。

(B) પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થતો ઓક્સિજન પાણી $(H_2O)$ ના પ્રકાશવિભાજન (photolysis) દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે.
આ બાબત સી.બી. વાન નીલ ($C$.$B$. van Niel) દ્વારા પ્રાયોગિક રીતે સાબિત કરવામાં આવી હતી,જેમણે દર્શાવ્યું હતું કે પ્રકાશસંશ્લેષણ એ પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયા છે જેમાં યોગ્ય ઓક્સિડેશન પામતા સંયોજનમાંથી હાઇડ્રોજન કાર્બન ડાયોક્સાઈડનું કાર્બોદિતમાં રિડક્શન કરે છે.
લીલી વનસ્પતિઓમાં,પાણી હાઇડ્રોજન દાતા તરીકે કાર્ય કરે છે અને તેનું ઓક્સિડેશન થઈને આડપેદાશ તરીકે ઓક્સિજન $(O_2)$ મુક્ત થાય છે.

(A) $O^{18}$ આઈસોટોપનો ઉપયોગ કરીને પ્રયોગ $1941$ માં રુબેન અને કેમેન દ્વારા કરવામાં આવ્યો હતો.
તેમણે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થતા ઓક્સિજનના સ્ત્રોતને શોધવા માટે ઓક્સિજનના ભારે આઈસોટોપ $(O^{18})$ નો ઉપયોગ કર્યો હતો.
તેમણે લીલી લીલ $Chlorella$ ને $O^{18}$ ધરાવતું પાણી $(H_2O^{18})$ આપ્યું હતું.
તે અવલોકન કરવામાં આવ્યું હતું કે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થયેલ ઓક્સિજન $O^{18}$ હતો,જે સાબિત કરે છે કે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થતો ઓક્સિજન પાણીમાંથી આવે છે,કાર્બન ડાયોક્સાઇડમાંથી નહીં.

(A) રોબર્ટ હિલ $(1937)$ એ દર્શાવ્યું હતું કે અલગ કરેલા હરિતકણો (chloroplasts),જ્યારે કૃત્રિમ ઇલેક્ટ્રોન ગ્રાહકની હાજરીમાં પ્રકાશિત કરવામાં આવે છે,ત્યારે $CO_2$ ની ગેરહાજરીમાં પણ ઓક્સિજન મુક્ત કરી શકે છે.
આ પ્રક્રિયાને હિલ-પ્રક્રિયા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
તેમણે કૃત્રિમ ઇલેક્ટ્રોન ગ્રાહક (ડાઈ) તરીકે $2,6$-ડાયક્લોરોફિનોલ ઈન્ડોફિનોલ $(DCPIP)$ નો ઉપયોગ કર્યો હતો,જે રિડક્શન દરમિયાન વાદળી રંગમાંથી રંગહીન બને છે,જે પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રકાશ-આધારિત પ્રક્રિયા માટે સૂચક તરીકે કાર્ય કરે છે.

(D) ટી.ડબલ્યુ. એન્જલમેન $(1883)$ એ હરિત લીલ ક્લેડોફોરા $(Cladophora)$ અને જારક બેક્ટેરિયાનો ઉપયોગ કરીને એક પ્રખ્યાત પ્રયોગ કર્યો હતો.
તેમણે પ્રિઝમનો ઉપયોગ કરીને પ્રકાશને તેના વર્ણપટના ઘટકોમાં વિભાજિત કર્યો અને પછી લીલ પર આપાત કર્યો.
જારક બેક્ટેરિયાનો ઉપયોગ ઓક્સિજન મુક્ત થવાના સ્થાનોને ઓળખવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.
તેમણે અવલોકન કર્યું કે બેક્ટેરિયા મુખ્યત્વે વિભાજિત વર્ણપટના વાદળી અને લાલ પ્રકાશના વિસ્તારમાં એકઠા થયા હતા,જે દર્શાવે છે કે આ તરંગલંબાઈ પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે સૌથી વધુ અસરકારક છે.

(D) $1941$ માં, $Samuel \text{ } Ruben$, $William \text{ } Hassid$ અને $Martin \text{ } Kamen$ એ પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થતા ઓક્સિજનના સ્ત્રોતને શોધવા માટે ઓક્સિજનના ભારે આઇસોટોપ $(^{18}O)$ નો ઉપયોગ કર્યો હતો।
તેમણે લીલી લીલ $Chlorella \text{ } pyrenoidosa$ નો ઉપયોગ કરીને પ્રયોગો કર્યા હતા।
જ્યારે તેમણે $^{18}O$ યુક્ત પાણી $(H_2^{18}O)$ આપ્યું, ત્યારે તેમણે જોયું કે આડપેદાશ તરીકે મુક્ત થતો ઓક્સિજન પણ $^{18}O$ ધરાવતો હતો।
આનાથી સાબિત થયું કે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થતો ઓક્સિજન પાણીના અણુઓના વિભાજન $(photolysis \text{ } of \text{ } water)$ માંથી મળે છે, કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ માંથી નહીં।

(D) પ્રકાશસંશ્લેષણના અભ્યાસમાં,કાર્બનના માર્ગ અને ઓક્સિજનના સ્ત્રોતને શોધવા માટે રેડિયોએક્ટિવ આઈસોટોપનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
$1$. મેલ્વિન કેલ્વિને કેલ્વિન ચક્ર (અંધકાર પ્રક્રિયા) માં કાર્બનનો માર્ગ શોધવા માટે રેડિયોએક્ટિવ આઈસોટોપ $C^{14}$ નો ઉપયોગ કર્યો હતો.
$2$. વૈજ્ઞાનિકોએ ઓક્સિજનના ભારે આઈસોટોપ $O^{18}$ નો ઉપયોગ કરીને સાબિત કર્યું હતું કે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થતો ઓક્સિજન પાણી $(H_2O)$ માંથી આવે છે,કાર્બન ડાયોક્સાઈડ $(CO_2)$ માંથી નહીં.

(B) જાન ઇન્જનહાઉઝ $(1730–1799)$ એ જલીય વનસ્પતિઓ સાથે પ્રયોગોની શ્રેણી કરી હતી.
તેમણે દર્શાવ્યું કે તેજસ્વી સૂર્યપ્રકાશમાં,વનસ્પતિના લીલા ભાગોની આસપાસ નાના પરપોટા બને છે,જ્યારે અંધારામાં આવું થતું નથી.
બાદમાં તેમણે ઓળખ્યું કે આ પરપોટા ઓક્સિજન $(O_2)$ ના હતા.
તેમણે એ પણ સાબિત કર્યું કે લીલી વનસ્પતિઓ માત્ર સૂર્યપ્રકાશની હાજરીમાં જ ઓક્સિજન મુક્ત કરે છે અને પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ લે છે.