Photo-respiration & factors affecting respiration

Photorespiration (प्रकाश श्वसन):-  

- RuBisCO enzyme is dual in nature:-

(RuBisCO एंजाइम द्वैत प्रकृति का होता है:-)

i. Carboxylation (कार्बोक्सिलीकरण)

ii. Oxidation (ऑक्सीकरण)

- Due to the oxidation action of RuBisCO enzyme, there is unnecessary loss of absorbed CO2 as well as energy. This is called photo respiration.

(RuBisCO एंजाइम की ऑक्सीकरण क्रिया होने पर अवशोषित CO2 व ऊर्जा की अनाव्श्यक हानि होने लगती है। इसे प्रकाश श्वसन कहते हैं।)

- This is found in C3 plants.

(यह C3 पादपों में पाया जाता है।)

- This reduces productivity.

(इससे उत्पादकता कम हो जाती है।)

- 3 cell organelles participate in this –

(इसमें 3 कोशिकांग भाग लेते हैं – )

i. Chloroplast (हरितलवक)

ii. Peroxisome (परॉक्सीसोम)

iii. Mitochondria (माइटोकोंड्रिया)

Respiratory Quotient (श्वसन गुणांक):- The volume of carbon dioxide released over the volume of oxygen absorbed during respiration, is called respiratory quotient.

(श्वसन के दौरान अवशोषित ऑक्सीजन की मात्रा पर उत्पन्न कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा को श्वसन गुणांक कहा जाता है। यह श्वसन पदार्थ की  प्रकृति के बारे में बताता है।)

Factors affecting respiration (श्वसन को प्रभावित करने वाले कारक):- Many external and internal factors affecting the rate of respiration are as follows-

(श्वसन की दर को प्रभावित करने वाले अनेक बाह्य एवं आंतरिक कारक इस प्रकार हैं-)

(1). External factors (बाह्य कारक):-

(i). Temperature (तापमान):- With every 10°C rise of temperature from 0°C to 30°C the rate of respiration increases 2 to 2.5 times (i.e., temperature coefficient (Q10°) is = 2 to 2.5), following Vant Hoff’s Law.

[वैंट हॉफ के नियम के अनुसार, 0°C से 30°C तापमान में प्रत्येक 10°C तक की वृद्धि के साथ श्वसन की दर 2 से 2.5 गुना बढ़ जाती है (अर्थात, तापमान गुणांक, Q10° = 2 से 2.5 होता है)।]

Vant Hoffs rule (वैंट हॉफ का नियम):-It has been calculated that within limits, with every 10°C rise in temperature, the enzymatic reactions get doubled which can be expressed as:-

(ह गणना की गई है कि सीमा के भीतर, तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के साथ, एंजाइम अभिक्रिओं की दर दोगुनी हो जाती है जिसे इस प्रकार अभिव्यक्त किया जा सकता है:-)

Q10 = rate at (T + 10)°C / rate at T°C

[Q10 = (T + 10)°C पर दर / T°C पर दर]

Maximum rate of respiration takes place at 30°C,there is an initial rise, soon followed by a decline. Probably this is due to denaturation of enzymes at high temperature. Below 0°C the rate of respiration is greatly reduced although in some plants respiration takes place even at −20°C. Dormant seeds kept at 50°C survive.

(श्वसन की अधिकतम दर 30°C पर होती है, प्रारंभ में वृद्धि होती है, फिर शीघ्र ही गिरावट आती है। संभवतः यह उच्च तापमान पर एंजाइमों के विकृतीकरण के कारण होता है। 0°C से नीचे श्वसन की दर बहुत कम हो जाती है, हालांकि कुछ पौधों में श्वसन -20°C पर भी होता है। 50°C पर रखे सुषुप्त बीज जीवित रहते हैं।)

(ii) Supply of oxidisable food (ऑक्सीकरण योग्य भोजन की आपूर्ति):- Increase in soluble food content readily available for utilization as respiratory substrate, generally leads to an increase in the rate of respiration upto a certain point when some other factor becomes limiting. 

(घुलनशील खाद्य सामग्री में वृद्धि श्वसन अभिकारक के रूप में उपयोग के लिए आसानी से उपलब्ध हो जाती है, इससे एक निश्चित बिंदु तक श्वसन की दर में वृद्धि होती है जब कोई अन्य कारक सीमाकारी हो जाता है।)

(iii) Oxygen concentration of the atmosphere (वायुमंडल की ऑक्सीजन सांद्रता):- The amount of oxygen in the environment of plants is increased or reduced upto quite low values the rate of respiration is not effected. On decreasing the amount of oxygen to 1.9% in the environment aerobic respiration become negligible (extinction point of aerobic respiration) but anaerobic respiration takes place.

(पौधों के वातावरण में ऑक्सीजन की मात्रा काफी कम हो जाती है या अधिक हो जाती है, तो भी श्वसन की दर प्रभावित नहीं होती है। वातावरण में ऑक्सीजन की मात्रा को 1.9% तक कम करने पर वायवीय श्वसन नगण्य हो जाता है (वायवीय श्वसन का विलुप्त होने का बिंदु) परन्तु अवायवीय श्वसन होता है।)

(iv) Oxygen poisoning (ऑक्सीजन विषाक्तता):- The significant fall in respiration rate was observed in many tissues in pure O2,even at N.T.P. This inhibiting effect was also observed in green peas when they are exposed to pure oxygen exerting a pressure of 5 atm - the respiration rate fall rapidly. The oxygen poisoning effect was reversible, if the exposure to high oxygen pressure was not too prolonged.

(शुद्ध O2 में कई ऊतकों में श्वसन दर में महत्वपूर्ण गिरावट देखी गई, यहां तक ​​कि सामान्य ताप व दाब पर भी। यह अवरोधक प्रभाव हरी मटर में भी देखा गया था, जब वे 5 atm के दाब वाले शुद्ध ऑक्सीजन के संपर्क में आते हैं तो श्वसन दर तेजी से गिरती है। ऑक्सीजन विषाक्तता प्रभाव उत्क्रमणीय था, जब तक कि उच्च ऑक्सीजन दाब के संपर्क में बहुत लंबे समय तक नहीं रखा गया था।)

(v) Water (जल):- With increase in the amount of water the rate of respiration increases. In dry seeds, which have 8−12 percent of water the rate of respiration is very low but as the seeds imbibe water the respiration increases. As water is necessary for activity of enzymes.

(जल की मात्रा में वृद्धि से श्वसन की दर बढ़ जाती है। शुष्क बीजों में, जिनमें 8-12 प्रतिशत जल होता है, श्वसन की दर बहुत कम होती है, परन्तु जैसे-जैसे बीज जल का अंत:शोषण करते हैं, श्वसन बढ़ जाता है। क्योंकि एंजाइमों की क्रियाशीलता के लिए जल आवश्यक होता है।)

(vi) Light (प्रकाश):- Respiration takes place in night also which shows that light is not essential for respiration. But light effects the rate of respiration indirectly by increasing the rate of photosynthesis due to which concentration of respiratory substrates is increased. More the respiratory substrate more is the rate of respiration.

(श्वसन रात्रि में भी होता है जिससे पता चलता है कि श्वसन के लिए प्रकाश आवश्यक नहीं है। परन्तु प्रकाश प्रकाश संश्लेषण की दर को बढ़ाकर अप्रत्यक्ष रूप से श्वसन की दर को प्रभावित करता है जिसके कारण श्वसन अभिकारक की सांद्रता बढ़ जाती है। अधिक श्वसन अभिकारक उपलब्ध होने से श्वसन की दर अधिक होती है।)

(vii) Carbon dioxide (कार्बन डाइ ऑक्साइड):-  If the amount of CO2 in the air is more than the usual rate of respiration is decreased. Germination of seeds is reduced and rate of growth falls down. Heath, (1950) has shown that the stomata are closed at higher conc. of CO2, due to which oxygen does not penetrate the leaf and rate of respiration is lowered.

[यदि हवा में CO2 की मात्रा सामान्य से अधिक है तो श्वसन की दर कम हो जाती है। बीजों का अंकुरण कम हो जाता है और वृद्धि दर कम हो जाती है। हीथ, (1950) ने दिखाया है कि रंध्र CO2 की उच्च सांद्रता पर बंद हो जाते हैं। जिसके कारण ऑक्सीजन पत्ती में प्रवेश नहीं कर पाती है और श्वसन की दर कम हो जाती है।]

(viii) Inorganic salts (अकार्बनिक लवण):- The chlorides of alkali cations of Na  and K, as also the divalent cations of Li, and Ca and Mg, generally increase the rate of respiration as measured by the amount of CO2 evolved. Monovalent chlorides of K and Na increases the rate of respiration, while divalent chlorides of Li, Ca and Mg causes less increase in respiration.

(Na और K के क्षार धनायनों के क्लोराइड, साथ ही Li, और Ca और Mg के द्विसंयोजक धनायन, आमतौर पर श्वसन की दर को बढ़ाते हैं, जैसा कि विमुक्त CO2 की मात्रा से मापा जाता है। K और Na के एकसंयोजी क्लोराइड श्वसन की दर को बढ़ाते हैं, जबकि Li, Ca और Mg के द्विसंयोजी क्लोराइड श्वसन में कम वृद्धि करते हैं।)

(ix) Injury and effects of mechanical stimulation (यांत्रिक उत्संवेदन का प्रभाव व आघात):- Wounding or injury almost invariably results in an increase in the rate of respiration.

(घाव या चोट के परिणामस्वरूप लगभग हमेशा श्वसन की दर में वृद्धि होती है।)

(x) Effect of various chemical substances (विभिन्न रासायनिक पदार्थों का प्रभाव):- Certain enzymatic inhibitors like cyanides, azides, carbon monoxide, iodoacetate, malonate etc. reduce the rate of respiration even if they are present in very low concentration. However, various chemical substances such as chloroform, ether, acetone, morphine, etc., brings about an increase in respiratory activity.

(सायनाइड्स, एज़ाइड्स, कार्बन मोनोऑक्साइड, आयोडोएसीटेट, मैलोनेट आदि जैसे कुछ एंजाइमैटिक अवरोधक श्वसन की दर को कम करते हैं, भले ही वे बहुत कम सांद्रता में मौजूद हों। हालांकि, विभिन्न रासायनिक पदार्थ जैसे क्लोरोफॉर्म, ईथर, एसीटोन, मॉर्फिन आदि श्वसन क्रिया में वृद्धि करते हैं।)

(xi) Pollutants (प्रदूषक):- High concentration of gaseous air pollutants like SO2,NOX and O3 inhibit respiration by damaging cell membrane. These gaseous pollutant causes increase in pH which in turn affects the electron transport system thus inhibiting respiration. Heavy metal pollutant like lead (Pb) and cadmium (Cd) inhibit respiration by inactivating respiratory enzymes.

[SO2, NOX और O3 जैसे गैसीय वायु प्रदूषकों की उच्च सांद्रता कोशिका झिल्ली को नुकसान पहुँचाकर श्वसन को बाधित करती है। ये गैसीय प्रदूषक pH में वृद्धि का कारण बनते हैं जो इलेक्ट्रॉन परिवहन तंत्र को प्रभावित करता है जिससे श्वसन बाधित होता है। लेड (Pb) और कैडमियम (Cd) जैसे भारी धातु प्रदूषक श्वसन एंजाइमों को निष्क्रिय करके श्वसन को रोकते हैं।]

(2) Internal Factors (आंतरिक कारक):-

(i) Protoplasm (प्रोटोप्लाज्म):- The meristematic cells (dividing cells of root and shoot apex) have more protoplasm than mature cells. Hence, the meristematic cells have higher rate of respiration than the mature cells. Respiration rate high at growing regions like floral and vegetative buds, germinating seedlings, young leaves, stem and root apices.

[विभज्योत्तक कोशिकाओं (मूल और प्ररोह शिखाग्र की विभाजित कोशिकाओं) में स्थायी कोशिकाओं की तुलना में अधिक प्रोटोप्लाज्म होता है। इसलिए, विभज्योत्तक कोशिकाओं में स्थायी कोशिकाओं की तुलना में श्वसन की दर अधिक होती है। पुष्पीय और कायिक कलिकायों, अंकुरित अंकुरों, तरुण पत्तियों, प्ररोह और मूल शीखाग्र जैसे वृद्धि क्षेत्रों में श्वसन दर अधिक होती है।]

(ii) Respiratory substrate (श्वसन अभिकारक):- With the increase of in the amount of respiratory substrate, the rate of respiration increases.

(श्वसन अभिकारक की मात्रा में वृद्धि के साथ, श्वसन की दर बढ़ जाती है।)