Early Experiments Questions in Hindi

(D) बैक्टीरियल प्रकाश संश्लेषण अद्वितीय है क्योंकि यह इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में पानी $(H_2O)$ का उपयोग नहीं करता है। इसके बजाय,बैक्टीरिया इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में हाइड्रोजन सल्फाइड $(H_2S)$,आणविक हाइड्रोजन $(H_2)$ या कार्बनिक अम्लों जैसे अन्य यौगिकों का उपयोग करते हैं। परिणामस्वरूप,बैक्टीरियल प्रकाश संश्लेषण में उप-उत्पाद के रूप में ऑक्सीजन $(O_2)$ विकसित नहीं होता है,जो हरे पौधों के प्रकाश संश्लेषण के विपरीत है जहाँ पानी के विभाजन से ऑक्सीजन मुक्त होती है।

(A) प्रकाश संश्लेषण पर वैज्ञानिक शोध $17$ वीं शताब्दी में शुरू हुआ था। सबसे शुरुआती उल्लेखनीय प्रयोगों में से एक स्टीफन हेल्स द्वारा $1727$ में किया गया था,लेकिन आधारभूत कार्य का श्रेय अक्सर $17$ वीं शताब्दी में जान बैपटिस्ट वैन हेलमोंट के अवलोकनों को दिया जाता है,जिन्होंने प्रदर्शित किया कि पौधे अपना द्रव्यमान मिट्टी से नहीं बल्कि पानी से प्राप्त करते हैं।

(D) . पेलेटियर और केवेंटौ $(1818)$ ने क्लोरोफिल की खोज की और इसका नामकरण किया।
उन्होंने पत्तियों को अल्कोहल में उबालकर इस वर्णक को सफलतापूर्वक अलग किया था।
क्लोरोफिल प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए जिम्मेदार मुख्य वर्णक है।

(D) . रॉबर्ट मेयर $(1845)$ ने प्रस्तावित किया था कि प्रकाश में विकिरण ऊर्जा होती है और पौधों द्वारा इस विकिरण ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है,जो पौधों और जानवरों के जीवन को बनाए रखने का कार्य करती है।

(B) सही उत्तर $(b)$ है।
जैन इंजनहाउस $(1779)$ ने प्रदर्शित किया कि सूर्य का प्रकाश उस पादप प्रक्रिया के लिए आवश्यक है जो जलती हुई मोमबत्तियों या सांस लेने वाले जानवरों द्वारा दूषित हवा को शुद्ध करती है।
उन्होंने दिखाया कि पौधों के केवल हरे भाग ही सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में ऑक्सीजन छोड़ सकते हैं,जिससे प्रकाश संश्लेषण में प्रकाश और क्लोरोफिल का महत्व स्थापित हुआ।

(D) . बौसिंगॉल्ट $(1860)$ ने बताया कि प्रकाश संश्लेषण में मुक्त $O_2$ की मात्रा अवशोषित $CO_2$ की मात्रा के बराबर होती है और प्रकाश मिलते ही ये दोनों प्रक्रियाएं एक साथ होती हैं।

(C) सही उत्तर $C$ है। जान बैपटिस्ट वॉन हेलमोंट ने विलो के पेड़ के साथ एक प्रसिद्ध प्रयोग किया था। उन्होंने $5 \ lb$ के विलो के पेड़ को $200 \ lb$ सूखी मिट्टी में लगाया और $5$ वर्षों तक उसे पानी दिया। $5$ वर्षों के बाद,पेड़ का वजन $169 \ lb$ और $3 \ oz$ हो गया,जबकि मिट्टी का वजन लगभग उतना ही रहा। उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि पौधे का द्रव्यमान पानी से प्राप्त होता है,न कि मिट्टी से।

(A) पादपों में $CO_2$ स्थिरीकरण के मार्ग पर प्रारंभिक अध्ययन मेल्विन केल्विन और उनके सहयोगियों द्वारा $1940$ के दशक में किए गए थे।
उन्होंने शैवाल प्रकाश संश्लेषण के अध्ययन में रेडियोधर्मी $C^{14}$ का उपयोग किया,विशेष रूप से $Chlorella$ और $Scenedesmus$ जैसे एककोशिकीय हरे शैवाल का उपयोग करके।
यह शोध केल्विन चक्र की खोज का आधार बना,जो प्रकाश संश्लेषण की अप्रकाशिक अभिक्रियाओं (dark reactions) का वर्णन करता है।

(A) $1905$ में $F.F. Blackman$ द्वारा प्रस्तावित सीमाकारी कारकों का नियम यह बताता है कि जब कोई प्रक्रिया कई अलग-अलग कारकों द्वारा नियंत्रित होती है,तो प्रक्रिया की दर सबसे धीमे कारक द्वारा सीमित होती है।
इस नियम की आलोचना $James$ और $Harder$ द्वारा की गई थी क्योंकि उन्होंने देखा कि प्रकाश संश्लेषण की दर हमेशा एक सीमाकारी कारक की तीव्रता बढ़ने के साथ रैखिक रूप से नहीं बढ़ती है; बल्कि,यह अक्सर संतृप्ति बिंदु के पास एक क्रमिक संक्रमण या 'वक्र' प्रतिक्रिया दिखाती है।

(A) $1930$ में,$C.B. Van Niel$ ने सिद्ध किया कि बैंगनी और हरे सल्फर बैक्टीरिया कार्बोहाइड्रेट के संश्लेषण के लिए पानी के स्थान पर $H_2S$ और $CO_2$ का उपयोग इस प्रकार करते हैं:
$6CO_2 + 12H_2S \xrightarrow{Light} C_6H_{12}O_6 + 6H_2O + 12S$
इससे $Van Niel$ ने यह निष्कर्ष निकाला कि हरे पौधों में,$H_2S$ के स्थान पर पानी $(H_2O)$ का उपयोग होता है और सल्फर $(S)$ के स्थान पर उप-उत्पाद के रूप में $O_2$ मुक्त होती है। उन्होंने संकेत दिया कि प्रकाश संश्लेषण में पानी इलेक्ट्रॉन दाता है।
$6CO_2 + 12H_2O \xrightarrow{Light} C_6H_{12}O_6 + 6H_2O + 6O_2$

(C) सही उत्तर $C$ है। रूबेन और कामेन ने अपने प्रयोगों के दौरान सामान्य पानी $(H_2O^{16})$ के स्थान पर पानी में ऑक्सीजन के भारी समस्थानिक $O^{18}$ $(H_2O^{18})$ का उपयोग किया था।
उन्होंने देखा कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान मुक्त होने वाली ऑक्सीजन में $CO_2$ से नहीं,बल्कि पानी से प्राप्त $O^{18}$ होता है।
इस प्रक्रिया के लिए रासायनिक समीकरण इस प्रकार है:
$6CO_2 + 12H_2O^{18} \xrightarrow{\text{Light, Chlorophyll}} C_6H_{12}O_6 + 6O_2^{18} + 6H_2O$

(A) प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में,उप-उत्पाद के रूप में मुक्त होने वाली ऑक्सीजन पानी $(H_2O)$ के प्रकाश-अपघटन (photolysis) से आती है।
जब प्रकाश संश्लेषण प्रणाली को ऑक्सीजन के भारी समस्थानिक (isotope) $^{18}O$ से लेबल किए गए पानी के साथ प्रदान किया जाता है,तो प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रियाओं के दौरान मुक्त होने वाली ऑक्सीजन गैस $(O_2)$ में भी $^{18}O$ समस्थानिक होगा।
रूबेन,हासिड और कामेन द्वारा किए गए इस प्रसिद्ध प्रयोग ने पुष्टि की कि प्रकाश संश्लेषण में ऑक्सीजन का स्रोत पानी है,कार्बन डाइऑक्साइड नहीं।

(B) वारबर्ग प्रभाव इस अवलोकन को संदर्भित करता है कि ऑक्सीजन की उच्च सांद्रता पौधों में प्रकाश संश्लेषण की दर को बाधित करती है। ओटो वारबर्ग $(1919)$ ने प्रकाश संश्लेषण की गतिशीलता और इस प्रक्रिया पर प्रकाश और ऑक्सीजन की सांद्रता के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए हरे शैवाल $Chlorella$ पर अपने प्रयोग किए थे।

(B) प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया का रासायनिक समीकरण $6CO_2 + 12H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6H_2O + 6O_2$ है।
सी.बी. वैन नील द्वारा बैंगनी और हरे सल्फर बैक्टीरिया पर किए गए प्रयोगों से यह सिद्ध हुआ कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान मुक्त होने वाली ऑक्सीजन जल $(H_2O)$ से आती है,न कि कार्बन डाइऑक्साइड $(CO_2)$ से।
इसके अतिरिक्त,$^{18}O$ का उपयोग करके किए गए आइसोटोपिक लेबलिंग अध्ययनों ने पुष्टि की है कि ग्लूकोज $(C_6H_{12}O_6)$ अणु में मौजूद ऑक्सीजन परमाणु कार्बन डाइऑक्साइड $(CO_2)$ अणुओं से प्राप्त होते हैं,जबकि उप-उत्पाद के रूप में निकलने वाली ऑक्सीजन जल $(H_2O)$ से आती है।

(C) सही उत्तर $C$ है।
$Chlorella$ (क्लोरेला) एक एककोशिकीय हरा शैवाल है जिसका उपयोग प्रकाश संश्लेषण पर अनुसंधान में व्यापक रूप से किया गया है।
इसका उपयोग विशेष रूप से $Ruben$,$Kamen$ और $Warburg$ जैसे शोधकर्ताओं द्वारा प्रकाश संश्लेषण में प्रकाश-स्वतंत्र प्रतिक्रियाओं और कार्बन के मार्ग का अध्ययन करने के लिए किया गया था।
$Chlorella$ को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि इसे संवर्धित करना आसान है,इसकी संरचना सरल है और यह बहुत कुशलता से प्रकाश संश्लेषण करती है,जो वैश्विक प्रकाश संश्लेषक गतिविधि का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।

(A) यह तथ्य कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली ऑक्सीजन पानी से आती है,सबसे पहले रूबेन और कामेन द्वारा आइसोटोप ट्रेसर तकनीक $(O^{18})$ का उपयोग करके प्रदर्शित किया गया था।
पानी का प्रकाश-अपघटन प्रकाश की उपस्थिति में होता है और पानी के ऑक्सीकरण के लिए $Mn^{++}$ और $Cl^-$ आयनों की उत्प्रेरक के रूप में आवश्यकता होती है:
$4H_2O \xrightarrow{Mn^{++}, Cl^-} 4(OH)^- + 4H^+$
इसके बाद,हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स पानी बनाते हैं और उप-उत्पाद के रूप में ऑक्सीजन छोड़ते हैं:
$4OH \rightarrow 2H_2O + O_2 \uparrow$

(B) सही उत्तर $B$ है।
रॉबर्ट इमर्सन और विलियम अर्नोल्ड ने $1932$ में फ्लैशिंग लाइट का उपयोग करके प्रकाश संश्लेषण पर प्रयोग किए थे।
उन्होंने देखा कि प्रकाश के छोटे फ्लैश और उसके बाद अंधेरे की अवधि का उपयोग करके प्रकाश संश्लेषण की दर को बढ़ाया जा सकता है,जिसने प्रकाश-निर्भर और प्रकाश-स्वतंत्र (अंधकार) प्रतिक्रियाओं के अस्तित्व के लिए प्रमाण प्रदान किए।

(C) मोल का आधा-पत्ती प्रयोग एक क्लासिक प्रदर्शन है जिसका उपयोग यह साबित करने के लिए किया जाता है कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के लिए $CO_2$ आवश्यक है। इस प्रयोग में,एक पत्ती का आधा हिस्सा पोटेशियम हाइड्रोक्साइड $(KOH)$ घोल वाली बोतल में डाला जाता है,जो $CO_2$ को अवशोषित कर लेता है। दूसरा आधा हिस्सा वातावरण के संपर्क में रहता है। पौधे को सूर्य के प्रकाश में रखने के बाद,स्टार्च परीक्षण (आयोडीन घोल का उपयोग करके) यह दर्शाता है कि हवा के संपर्क में रहने वाला पत्ती का हिस्सा नीला-काला हो जाता है (जो स्टार्च की उपस्थिति का संकेत देता है),जबकि बोतल के अंदर का हिस्सा ऐसा नहीं होता है,जिससे यह सिद्ध होता है कि प्रकाश संश्लेषण के लिए $CO_2$ आवश्यक है।

(A) मेल्विन केल्विन और उनके सहयोगियों ने प्रकाश संश्लेषण पर अपने शोध के लिए एककोशिकीय शैवाल $Chlorella$ का उपयोग किया था।
उन्होंने केल्विन चक्र में कार्बन स्थिरीकरण के मार्ग का पता लगाने के लिए रेडियोधर्मी कार्बन समस्थानिक $^{14}C$ का उपयोग किया था।
इस प्रयोग ने यह समझने में मदद की कि प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश-स्वतंत्र प्रतिक्रियाओं के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड शर्करा में कैसे परिवर्तित होती है।

(A) $C^{14}$ समस्थानिक का उपयोग प्रकाश संश्लेषण में कार्बन स्थिरीकरण पथ (केल्विन चक्र) का पता लगाने के लिए किया जाता है।
$O^{18}$ ऑक्सीजन का एक स्थिर समस्थानिक है जिसका उपयोग यह सिद्ध करने के लिए किया गया था कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली ऑक्सीजन कार्बन डाइऑक्साइड $(CO_2)$ से नहीं,बल्कि पानी $(H_2O)$ के अणुओं के विभाजन से प्राप्त होती है।

(B) यह प्रयोग जोसेफ प्रीस्टली ने $1774$ में किया था। उन्होंने प्रदर्शित किया कि पौधे हवा में उन तत्वों को बहाल करते हैं जिन्हें सांस लेने वाले जानवर और जलती हुई मोमबत्तियाँ हटा देती हैं। उन्होंने एक बेल जार में जलती हुई मोमबत्ती रखी,जो जल्द ही बुझ गई,और इसी तरह के जार में रखा चूहा दम घुटने से मर गया। हालाँकि,जब उन्होंने उन्हीं जार में पुदीने का पौधा रखा,तो मोमबत्ती जलती रही और चूहा जीवित रहा। इस प्रयोग ने साबित किया कि पौधे ऑक्सीजन छोड़ते हैं,जो श्वसन और दहन के लिए आवश्यक है।

(B) प्रकाश संश्लेषण के दौरान ऑक्सीजन के निकलने को प्रदर्शित करने के लिए किए जाने वाले प्रयोग को 'हाइड्रिला प्रयोग' के रूप में जाना जाता है।
इस प्रयोग में,जलीय पौधे $Hydrilla$ की एक टहनी को पानी से भरे बीकर में रखा जाता है और एक कीप (funnel) से ढक दिया जाता है।
पानी से भरी एक परखनली को कीप के तने के ऊपर उल्टा रखा जाता है।
जब इस सेटअप को सूर्य के प्रकाश में रखा जाता है,तो $Hydrilla$ की टहनी के कटे हुए सिरे से गैस के बुलबुले निकलते हुए दिखाई देते हैं जो परखनली में जमा हो जाते हैं।
इन बुलबुलों की पहचान ऑक्सीजन के रूप में की जाती है,जो प्रकाश संश्लेषण के उप-उत्पाद के रूप में निकलती है।

(A) प्रकाश संश्लेषण के दौरान,मुक्त होने वाला $O_2$ पानी के प्रकाश-अपघटन (जल-अपघटन) से प्राप्त होता है।
चूंकि पौधे $A$ को $H_2O^{18}$ प्रदान किया गया है,इसलिए प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रिया के दौरान मुक्त होने वाला ऑक्सीजन $O^{18}$ समस्थानिक (isotope) प्रकार का होगा।
पौधे $B$ को $CO_2^{18}$ और सामान्य $H_2O$ प्रदान किया जाता है,इसलिए यह सामान्य $O_2$ मुक्त करेगा क्योंकि $CO_2$ में मौजूद ऑक्सीजन कार्बोहाइड्रेट में शामिल हो जाता है,न कि गैस के रूप में मुक्त होता है।
इसलिए,पौधा $A$ ही $O^{18}$ प्रकार का ऑक्सीजन मुक्त करता है।

(C) चित्तीदार पत्तियों में हरे क्षेत्र (क्लोरोफिल युक्त) और पीले क्षेत्र (क्लोरोफिल रहित) होते हैं। प्रकाश संश्लेषण,जो कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बनिक यौगिकों में स्थिर करता है,केवल उन हरे क्षेत्रों में होता है जहाँ क्लोरोफिल मौजूद होता है। प्रदान किए गए $^{14}CO_2$ से रेडियोधर्मी $^{14}C$ हरे भागों में प्रकाश संश्लेषण के उत्पादों (जैसे शर्करा) में शामिल हो जाता है। पत्ती $Y$ (जिसे प्रकाश में रखा गया था) के गैर-प्रकाश संश्लेषक पीले क्षेत्र में रेडियोधर्मिता की उपस्थिति हरे क्षेत्रों से पीले क्षेत्रों में फ्लोएम के माध्यम से इन रेडियोधर्मी प्रकाश संश्लेषक उत्पादों के स्थानांतरण के कारण है। इसलिए,सबसे संभावित स्पष्टीकरण यह है कि प्रकाश संश्लेषण के उत्पाद पीले क्षेत्र में विसरित हो जाते हैं या स्थानांतरित हो जाते हैं।

(D) $Engelmann$ के प्रयोग में प्रकाश को उसके स्पेक्ट्रम के घटकों में विभाजित करने के लिए एक प्रिज्म का उपयोग किया गया था और वायवीय बैक्टीरिया के निलंबन में रखे $Spirogyra$ को प्रकाशित किया गया था।
उन्होंने देखा कि बैक्टीरिया मुख्य रूप से विभाजित स्पेक्ट्रम के नीले और लाल प्रकाश वाले क्षेत्रों में जमा हो गए थे।
चूंकि इन बैक्टीरिया को श्वसन के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है,इसलिए उनका जमाव यह दर्शाता है कि इन क्षेत्रों में प्रकाश संश्लेषण की दर सबसे अधिक थी।
अतः,यह प्रदर्शित हुआ कि नीली और लाल दोनों तरंगदैर्ध्य प्रकाश संश्लेषण के लिए प्रभावी हैं।

(B) $1937$ में,रॉबर्ट हिल ने प्रदर्शित किया कि पृथक क्लोरोप्लास्ट,जब एक कृत्रिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता (जैसे फेरिक लवण या वायोलोजेन रंजक) की उपस्थिति में प्रकाश के संपर्क में आते हैं,तो $CO_2$ की अनुपस्थिति में भी $O_2$ का विकास कर सकते हैं। इस प्रक्रिया को हिल अभिक्रिया (Hill's reaction) के रूप में जाना जाता है। यह सिद्ध करता है कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली ऑक्सीजन पानी के प्रकाश-अपघटन (photolysis) से आती है।

(D) रॉबर्ट हिल ने प्रदर्शित किया कि पृथक किए गए क्लोरोप्लास्ट,जब एक कृत्रिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता (जैसे फेरिक ऑक्सालेट या $DCPIP$) की उपस्थिति में प्रकाशित किए जाते हैं,तो वे $CO_2$ की अनुपस्थिति में भी ऑक्सीजन मुक्त कर सकते हैं।
इस प्रयोग ने सिद्ध किया कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान मुक्त होने वाली ऑक्सीजन पानी $(H_2O)$ के प्रकाश-अपघटन (photolysis) से आती है,न कि $CO_2$ से।

(A) रॉबर्ट हिल $(1939)$ ने सबसे पहले यह प्रदर्शित किया कि यदि $Stellaria \text{ } media$ और $Lamium \text{ } album$ की पत्तियों से निकाले गए हरितलवकों को एक उपयुक्त इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता, जैसे कि पोटेशियम फेरोऑक्सालेट या पोटेशियम फेरीसायनाइड युक्त परखनली में निलंबित किया जाता है, तो जल के प्रकाश-रासायनिक विभाजन के कारण $O_2$ मुक्त होती है। इस प्रक्रिया को हिल अभिक्रिया (Hill reaction) के रूप में जाना जाता है।

(A) मेल्विन केल्विन ने शैवाल प्रकाश संश्लेषण के अध्ययन में रेडियोधर्मी $^{14}C$ का उपयोग किया था।
उन्होंने ये प्रयोग हरे शैवाल $Chlorella$ और $Scenedesmus$ पर किए थे।
इन प्रयोगों के माध्यम से,उन्होंने पता लगाया कि $C_3$ चक्र में कार्बन स्थिरीकरण का पहला स्थिर उत्पाद $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड ($3$-$PGA$) है।
अतः,सही विकल्प $A$ है।

(A) बैक्टीरियल प्रकाश संश्लेषण में,जैसे कि बैंगनी और हरे सल्फर बैक्टीरिया में,$H_2O$ के स्थान पर $H_2S$ (हाइड्रोजन सल्फाइड) हाइड्रोजन दाता के रूप में कार्य करता है।
सामान्य अभिक्रिया इस प्रकार है: $CO_2 + 2H_2S \xrightarrow{\text{Light}} (CH_2O) + 2S + H_2O + \text{Energy}$।
पौधों में होने वाले ऑक्सीजेनिक प्रकाश संश्लेषण के विपरीत,जहाँ $H_2O$ दाता होता है और $O_2$ मुक्त होती है,बैक्टीरियल प्रकाश संश्लेषण एनोक्सीजेनिक होता है और इसमें उप-उत्पाद के रूप में सल्फर $(S)$ मुक्त होता है।

(C) बैक्टीरियल प्रकाश संश्लेषण में,जैसे कि बैंगनी और हरे सल्फर बैक्टीरिया में,$H_2O$ (जल) के स्थान पर हाइड्रोजन दाता के रूप में $H_2S$ (हाइड्रोजन सल्फाइड) का उपयोग किया जाता है।
चूंकि $H_2S$ का उपयोग होता है,इसलिए मुक्त होने वाला उप-उत्पाद ऑक्सीजन $(O_2)$ के बजाय मौलिक सल्फर $(S)$ या सल्फेट होता है।
अतः,बैक्टीरियल प्रकाश संश्लेषण का सही उप-उत्पाद $S$ है।

(B) थियोडोर एंगलमैन ने प्रकाश को उसके स्पेक्ट्रल घटकों में विभाजित करने के लिए एक प्रिज्म का उपयोग किया और वायवीय बैक्टीरिया के निलंबन में रखे गए हरे शैवाल $Cladophora$ को प्रकाशित किया।
उन्होंने देखा कि बैक्टीरिया मुख्य रूप से नीले और लाल प्रकाश के क्षेत्रों में जमा हो गए थे।
चूंकि वायवीय बैक्टीरिया को जीवित रहने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है,इसलिए उनका संचय यह दर्शाता है कि प्रकाश की ये विशिष्ट तरंग दैर्ध्य प्रकाश संश्लेषण के लिए सबसे प्रभावी थीं,जिससे $O_2$ का अधिकतम विकास हुआ।
इस प्रकार,उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि प्रकाश संश्लेषण का क्रिया स्पेक्ट्रम (जो $O_2$ विकास के अनुरूप है) क्लोरोफिल $a$ और $b$ के अवशोषण स्पेक्ट्रम के समान है,जो नीले और लाल क्षेत्रों में शिखर दर्शाता है।

(D) यह प्रमाण कि प्रकाश संश्लेषण में मुक्त होने वाला $O_2$ पानी से आता है, कई अवलोकनों द्वारा समर्थित है:
$1$. $C.B. \text{ van Niel}$ ने प्रदर्शित किया कि प्रकाश संश्लेषक बैक्टीरिया कार्बोहाइड्रेट बनाने के लिए $H_2O$ के बजाय $H_2S$ का उपयोग करते हैं और ऑक्सीजन के बजाय सल्फर छोड़ते हैं, जिससे यह संकेत मिलता है कि पौधों में $O_2$ पानी से आता है।
$2$. $H_2O$ में आइसोटोपिक ऑक्सीजन $(^{18}O)$ का उपयोग यह दर्शाता है कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान मुक्त होने वाला $O_2$ उसी आइसोटोप के साथ लेबल होता है, जो पानी से इसकी उत्पत्ति की पुष्टि करता है।
$3$. हिल अभिक्रिया ने दिखाया कि अलग किए गए क्लोरोप्लास्ट कृत्रिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता (जैसे पोटेशियम फेरोसाइनाइड) की उपस्थिति में प्रकाश में $CO_2$ स्थिरीकरण के बिना भी $O_2$ विकसित कर सकते हैं, जो यह साबित करता है कि पानी का विभाजन (फोटोलाइसिस) $O_2$ का स्रोत है।

(A) कॉर्नेलियस वान नील ने बैंगनी और हरे सल्फर बैक्टीरिया के अपने अध्ययन के आधार पर यह प्रदर्शित किया कि प्रकाश संश्लेषण अनिवार्य रूप से एक प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रिया है जिसमें एक उपयुक्त ऑक्सीकरणीय यौगिक से हाइड्रोजन कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बोहाइड्रेट में अपचयित (reduce) करता है। उन्होंने प्रस्तावित किया कि हरे पौधों में,जल $(H_2O)$ हाइड्रोजन दाता के रूप में कार्य करता है,जिससे उप-उत्पाद के रूप में ऑक्सीजन निकलती है,जबकि सल्फर बैक्टीरिया में,हाइड्रोजन सल्फाइड $(H_2S)$ हाइड्रोजन दाता के रूप में कार्य करता है।

(B) प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में कार्बन डाइऑक्साइड का स्थिरीकरण और जल का प्रकाश-अपघटन (photolysis) शामिल है।
$C^{14}$ (कार्बन का एक रेडियोधर्मी समस्थानिक) का उपयोग केल्विन चक्र (अंधकार अभिक्रिया) में कार्बन के मार्ग का पता लगाने के लिए किया जाता है।
$O^{18}$ (ऑक्सीजन का एक भारी समस्थानिक) का उपयोग यह प्रदर्शित करने के लिए किया जाता है कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली ऑक्सीजन जल से आती है,न कि कार्बन डाइऑक्साइड से।
इसलिए,$C^{14}$ और $O^{18}$ इन अध्ययनों में उपयोग किए जाने वाले सही समस्थानिक हैं।

(D) $CO_2$ स्थिरीकरण के प्रथम स्थिर उत्पाद की खोज मेल्विन केल्विन और उनके सहयोगियों द्वारा शैवाल के प्रकाश संश्लेषण प्रयोगों में रेडियोधर्मी $^{14}C$ का उपयोग करके की गई थी।
विशेष रूप से,उन्होंने $Chlorella$ और $Scenedesmus$ नामक शैवाल का उपयोग किया था।
उन्होंने पाया कि $3$-फॉस्फोग्लिसरिक एसिड $(PGA)$,जो एक $3$-कार्बन यौगिक है,प्रकाश संश्लेषण की अप्रकाशिक अभिक्रिया (dark reaction) के दौरान बनने वाला पहला स्थिर उत्पाद था।
अतः,$PGA$ को शैवाल के प्रकाश संश्लेषण में $CO_2$ स्थिरीकरण के प्रथम उत्पाद के रूप में खोजा गया था।

(B) प्रकाश संश्लेषण का जैव-रासायनिक चरण,जिसे अंधकार अभिक्रिया या केल्विन चक्र के रूप में भी जाना जाता है,में $CO_2$ का कार्बोहाइड्रेट में स्थिरीकरण शामिल है। इस चरण की खोज सबसे पहले $F.F. Blackman$ द्वारा $1905$ में की गई थी। उन्होंने प्रदर्शित किया कि प्रकाश संश्लेषण दो अलग-अलग चरणों से बना है: एक प्रकाश-निर्भर चरण और एक प्रकाश-स्वतंत्र (जैव-रासायनिक) चरण। इसलिए,सही उत्तर $Blackman$ है।

(B) कार्बन के रेडियोधर्मी समस्थानिक $C^{14}$ का उपयोग मेल्विन केल्विन द्वारा प्रकाश संश्लेषण में कार्बन के पथ का पता लगाने के लिए अपने प्रयोगों में किया गया था।
इससे केल्विन चक्र (जिसे $C_3$ चक्र के रूप में भी जाना जाता है) की खोज हुई।
इसलिए,प्रकाश संश्लेषण में कार्बन स्थिरीकरण पथ का अध्ययन करने के लिए $C^{14}$ सही समस्थानिक है।

(C) बैक्टीरियल प्रकाश संश्लेषण में,जैसे कि बैंगनी और हरे सल्फर बैक्टीरिया में,$H_2O$ (जल) के स्थान पर हाइड्रोजन दाता के रूप में $H_2S$ (हाइड्रोजन सल्फाइड) का उपयोग किया जाता है।
चूंकि $H_2S$ का उपयोग इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में किया जाता है,इसलिए मुक्त होने वाला उप-उत्पाद ऑक्सीजन $(O_2)$ के बजाय सल्फर $(S)$ या सल्फेट होता है।
यह ऑक्सीजेनिक प्रकाश संश्लेषण (जो पौधों और साइनोबैक्टीरिया में पाया जाता है) और एनऑक्सीजेनिक प्रकाश संश्लेषण (जो कई बैक्टीरिया में पाया जाता है) के बीच एक मुख्य अंतर है।

(C) जोसेफ प्रीस्टली ने $1774$ में प्रयोगों की एक श्रृंखला की,जिसने हरे पौधों के विकास में हवा की आवश्यक भूमिका को उजागर किया। उन्होंने एक बंद बेल जार में एक जलती हुई मोमबत्ती और एक चूहा रखा,जिससे मोमबत्ती बुझ गई और चूहा दम घुटने से मर गया। हालाँकि,जब उन्होंने उसी बेल जार में पुदीने का पौधा रखा,तो मोमबत्ती जलती रही और चूहा जीवित रहा। इससे उन्होंने यह निष्कर्ष निकाला कि पौधे हवा में वह सब कुछ बहाल करते हैं जिसे सांस लेने वाले जानवर और जलती हुई मोमबत्तियाँ हटा देती हैं। इस प्रकार,उन्होंने सुझाव दिया कि पौधे दूषित हवा को शुद्ध करते हैं।

(A) मोल का हाफ-लीफ (आधा-पत्ती) प्रयोग यह सिद्ध करने के लिए एक क्लासिक प्रदर्शन है कि प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के लिए $CO_2$ आवश्यक है।
इस प्रयोग में,एक पत्ती के एक हिस्से को $KOH$ (पोटेशियम हाइड्रोक्साइड) युक्त बोतल में रखा जाता है,जो $CO_2$ को अवशोषित कर लेता है,जबकि दूसरा हिस्सा वातावरण के संपर्क में रहता है।
कुछ समय बाद,आयोडीन घोल का उपयोग करके पत्ती में स्टार्च की उपस्थिति की जांच की जाती है।
हवा के संपर्क में रहने वाला पत्ती का हिस्सा नीला-काला हो जाता है (जो स्टार्च की उपस्थिति को दर्शाता है),जबकि बोतल के अंदर का हिस्सा पीला/हल्का रहता है (जो $CO_2$ की अनुपस्थिति के कारण स्टार्च न बनने को दर्शाता है)।

(B) जैन इंजन हाउस $(1730-1799)$ ने जलीय पौधों के साथ प्रयोगों की एक श्रृंखला की।
उन्होंने दिखाया कि तेज धूप में,पौधे के हरे भागों के चारों ओर छोटे बुलबुले बनते हैं,जबकि अंधेरे में ऐसा नहीं होता है।
बाद में उन्होंने पहचाना कि ये बुलबुले ऑक्सीजन के थे।
इसलिए,उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि सूर्य का प्रकाश उस पादप प्रक्रिया के लिए आवश्यक है जो जलती हुई मोमबत्तियों या सांस लेने वाले जानवरों द्वारा दूषित हवा को शुद्ध करती है।
उन्होंने यह भी प्रदर्शित किया कि केवल पौधों के हरे भाग ही ऑक्सीजन छोड़ सकते हैं।

(C) फोटोफॉस्फोराइलेशन क्लोरोप्लास्ट में प्रकाश की उपस्थिति में $ADP$ और अकार्बनिक फॉस्फेट से $ATP$ के संश्लेषण की प्रक्रिया है。
यह घटना सबसे पहले $1954$ में $Daniel \text{ } I. \text{ } Arnon$ और उनके सहयोगियों द्वारा पालक की पत्तियों से अलग किए गए क्लोरोप्लास्ट का उपयोग करके प्रदर्शित की गई थी。
अतः, सही विकल्प $C$ है。

(B) प्रकाश संश्लेषण के दौरान मुक्त होने वाली ऑक्सीजन जल $(H_2O)$ के प्रकाश-अपघटन (photolysis) से प्राप्त होती है।
यह सी.बी. वैन नील द्वारा प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध किया गया था,जिन्होंने प्रदर्शित किया कि प्रकाश संश्लेषण एक प्रकाश-निर्भर अभिक्रिया है जिसमें एक उपयुक्त ऑक्सीकरणीय यौगिक से हाइड्रोजन,कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बोहाइड्रेट में अपचयित (reduce) करता है।
हरे पौधों में,जल हाइड्रोजन दाता के रूप में कार्य करता है और इसका ऑक्सीकरण होकर उप-उत्पाद के रूप में ऑक्सीजन $(O_2)$ मुक्त होती है।

(A) $O^{18}$ समस्थानिक का उपयोग करके प्रयोग $1941$ में रूबेन और कामेन द्वारा किया गया था।
उन्होंने प्रकाश संश्लेषण के दौरान विकसित ऑक्सीजन के स्रोत का पता लगाने के लिए ऑक्सीजन के भारी समस्थानिक $(O^{18})$ का उपयोग किया।
उन्होंने हरे शैवाल $Chlorella$ को $O^{18}$ युक्त पानी $(H_2O^{18})$ प्रदान किया।
यह देखा गया कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान विकसित ऑक्सीजन $O^{18}$ थी,जिसने यह पुष्टि की कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली ऑक्सीजन पानी से आती है,न कि कार्बन डाइऑक्साइड से।

(A) रॉबर्ट हिल $(1937)$ ने प्रदर्शित किया कि पृथक किए गए हरितलवक (chloroplasts),जब एक कृत्रिम इलेक्ट्रॉन ग्राही की उपस्थिति में प्रकाशित किए जाते हैं,तो $CO_2$ की अनुपस्थिति में भी ऑक्सीजन मुक्त कर सकते हैं।
इस प्रक्रिया को हिल-अभिक्रिया के रूप में जाना जाता है।
उन्होंने कृत्रिम इलेक्ट्रॉन ग्राही (रंजक) के रूप में $2,6$-डाइक्लोरोफिनोल इंडोफिनोल $(DCPIP)$ का उपयोग किया,जो अपचयन (reduction) पर नीले रंग से रंगहीन हो जाता है,जो प्रकाश संश्लेषण की प्रकाश-निर्भर अभिक्रिया के लिए एक संकेतक के रूप में कार्य करता है।

(D) टी.डब्ल्यू. एंगेलमैन $(1883)$ ने हरे शैवाल क्लेडोफोरा $(Cladophora)$ और वायवीय बैक्टीरिया का उपयोग करके एक क्लासिक प्रयोग किया।
उन्होंने प्रिज्म का उपयोग करके प्रकाश को उसके स्पेक्ट्रल घटकों में विभाजित किया और फिर शैवाल को प्रकाशित किया।
वायवीय बैक्टीरिया का उपयोग ऑक्सीजन विकास के स्थानों का पता लगाने के लिए किया गया था।
उन्होंने देखा कि बैक्टीरिया मुख्य रूप से विभाजित स्पेक्ट्रम के नीले और लाल प्रकाश के क्षेत्र में जमा हो गए थे,जिससे यह प्रदर्शित हुआ कि ये तरंग दैर्ध्य प्रकाश संश्लेषण के लिए सबसे प्रभावी हैं।

(D) $1941$ में, $Samuel \text{ } Ruben$, $William \text{ } Hassid$ और $Martin \text{ } Kamen$ ने प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाले ऑक्सीजन के स्रोत का पता लगाने के लिए ऑक्सीजन के भारी समस्थानिक $(^{18}O)$ का उपयोग किया।
उन्होंने हरे शैवाल $Chlorella \text{ } pyrenoidosa$ का उपयोग करके प्रयोग किए।
जब उन्होंने $^{18}O$ युक्त पानी $(H_2^{18}O)$ प्रदान किया, तो उन्होंने देखा कि उप-उत्पाद के रूप में निकलने वाली ऑक्सीजन भी $^{18}O$ युक्त थी।
इससे यह पुष्टि हुई कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली ऑक्सीजन पानी के अणुओं के विभाजन $(photolysis \text{ } of \text{ } water)$ से प्राप्त होती है, न कि कार्बन डाइऑक्साइड $(CO_2)$ से।

(D) प्रकाश संश्लेषण के अध्ययन में,कार्बन के पथ और ऑक्सीजन के स्रोत का पता लगाने के लिए रेडियोधर्मी समस्थानिकों का उपयोग किया गया था।
$1$. मेल्विन केल्विन ने केल्विन चक्र (अंधकार अभिक्रिया) में कार्बन के पथ का पता लगाने के लिए रेडियोधर्मी समस्थानिक $C^{14}$ का उपयोग किया था।
$2$. वैज्ञानिकों ने ऑक्सीजन के भारी समस्थानिक $O^{18}$ का उपयोग करके यह प्रदर्शित किया कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली ऑक्सीजन पानी $(H_2O)$ से आती है,न कि कार्बन डाइऑक्साइड $(CO_2)$ से।

(B) जैन इंगनहौस $(1730–1799)$ ने जलीय पौधों के साथ प्रयोगों की एक श्रृंखला की।
उन्होंने दिखाया कि तेज धूप में,पौधे के हरे भागों के चारों ओर छोटे बुलबुले बनते हैं,जबकि अंधेरे में ऐसा नहीं होता है।
बाद में उन्होंने पहचान की कि ये बुलबुले ऑक्सीजन $(O_2)$ के थे।
उन्होंने यह भी प्रदर्शित किया कि हरे पौधे केवल सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में ही ऑक्सीजन छोड़ते हैं और प्रकाश संश्लेषण के लिए कार्बन डाइऑक्साइड $(CO_2)$ लेते हैं।