Photorespiration and its significance; Productivity of C₄ plants and CAM adaptations
Photorespiration and its significance; Productivity of C₄ plants and CAM adaptations (प्रकाश श्वसन और उसका महत्व; C₄ पौधों की उत्पादकता और CAM अनुकूलन):-
Mechanism of Photorespiration (प्रकाश श्वसन की क्रियाविधि):-
- 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)
.png)
Significance of Photorespiration (प्रकाश श्वसन का महत्व):-
i. Energy Cost (ऊर्जा की खपत):- Photorespiration consumes energy and reduces the efficiency of photosynthesis. It requires ATP and reduces the overall energy yield from photosynthesis, which can be a disadvantage in environments where water or nutrients are limited.
(प्रकाश श्वसन ऊर्जा की खपत करती है और प्रकाशसंश्लेषण की दक्षता को कम करती है। इसके लिए ATP की आवश्यकता होती है और यह प्रकाशसंश्लेषण से प्राप्त कुल ऊर्जा को घटा देती है, जो सीमित जल या पोषक तत्वों की परिस्थितियों में हानिकारक हो सकता है।)
ii. Carbon Loss (कार्बन की क्षति):- It results in the loss of fixed carbon, which could otherwise be used to build sugars and other important compounds. This can impact plant growth and productivity, particularly under stressful conditions.
(यह फिक्स किए गए कार्बन के नुकसान का कारण बनती है, जिसे अन्य महत्वपूर्ण यौगिकों और शर्करा का निर्माण करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। यह पौधों की वृद्धि और उत्पादकता को प्रभावित कर सकता है, विशेष रूप से तनावपूर्ण परिस्थितियों में।)
iii. Oxygen and Carbon Dioxide Balance (ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड का संतुलन):- Photorespiration helps regulate the balance between oxygen and carbon dioxide in plant tissues. It can be a mechanism to protect plants from damage caused by excess oxygen.
(प्रकाश श्वसन पौधों की ऊतकों में ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड के बीच संतुलन को नियंत्रित करने में मदद करती है। यह अतिरिक्त ऑक्सीजन के कारण होने वाली क्षति से पौधों की रक्षा करने का एक तंत्र हो सकता है।)
iv. Evolutionary Aspect (विकासात्मक दृष्टिकोण):- The presence of photorespiration indicates an evolutionary trade-off. While it is less efficient than photosynthesis, it has been conserved because it may offer advantages in specific environmental conditions or stress situations.
(प्रकाश श्वसन की उपस्थिति एक विकासात्मक समझौते को दर्शाती है। जबकि यह प्रकाशसंश्लेषण की तुलना में कम प्रभावी है, इसे विशिष्ट पर्यावरणीय स्थितियों या तनाव स्थितियों में लाभ हो सकता है, इसीलिए इसे संरक्षित किया गया है।)
v. Biotechnological Interest (जीवविज्ञानिक रुचि):- Understanding photorespiration can lead to the development of crops with improved photosynthetic efficiency. Researchers are exploring ways to minimize photorespiration to enhance crop yields and improve agricultural sustainability.
(प्रकाश श्वसन को समझना अधिक कुशल प्रकाशसंश्लेषण वाले फसलों के विकास में सहायक हो सकता है। शोधकर्ता प्रकाश श्वसन को न्यूनतम करने के तरीकों की खोज कर रहे हैं ताकि फसल की उपज में सुधार हो सके और कृषि की स्थिरता बढ़ सके।)
Productivity of C₄ Plants (C₄ पौधों की उत्पादकता):- C₄ plants possess a specialized photosynthetic pathway that concentrates CO₂ around the enzyme Rubisco, thereby reducing photorespiration and increasing photosynthetic efficiency.
(C₄ पौधों में प्रकाश संश्लेषण का एक विशेष मार्ग होता है, जिसमें CO₂ को रूबिस्को एंजाइम के पास अधिक मात्रा में एकत्रित किया जाता है। इससे फोटोश्वसन कम होता है और प्रकाश संश्लेषण की दक्षता बढ़ती है।)
Why are C₄ Plants More Productive? (सी₄ पौधे अधिक उत्पादक क्यों होते हैं?):-
> Very low photorespiration
(फोटोश्वसन अत्यंत कम)
> High photosynthetic efficiency
(प्रकाश संश्लेषण की उच्च दक्षता)
> Efficient use of sunlight
(सूर्य के प्रकाश का बेहतर उपयोग)
> High Water Use Efficiency (WUE)
(जल उपयोग दक्षता अधिक)
> Better Nitrogen Use Efficiency
(नाइट्रोजन उपयोग दक्षता अधिक)
> High productivity under high temperature (30–40°C)
[उच्च तापमान (30–40°C) पर अधिक उत्पादक]
> Higher biomass production
(अधिक जैवभार उत्पादन)
> Better drought tolerance
(सूखा सहनशीलता अधिक)
Productivity Characteristics (उत्पादकता की विशेषताएँ):-
> Produce 30–50% more biomass than many C₃ plants.
(कई C₃ पौधों की तुलना में 30–50% अधिक जैवभार उत्पन्न करते हैं।)
> Photosynthesis remains high under intense sunlight.
(तेज धूप में भी प्रकाश संश्लेषण उच्च रहता है।)
> Better adapted to tropical and subtropical climates.
(उष्ण एवं उपोष्ण जलवायु के लिए उपयुक्त।)
> Higher crop yield.
(अधिक उपज।)
> Lower transpiration losses.
(वाष्पोत्सर्जन कम होता है।)
Examples of C₄ Plants (C₄ पौधों के उदाहरण):-
> Maize (मक्का)
> Sugarcane (गन्ना)
> Sorghum (ज्वार)
> Pearl millet (बाजरा)
> Amaranthus (चौलाई)
CAM Adaptations (CAM पौधों के अनुकूलन):- CAM (Crassulacean Acid Metabolism) is an adaptation in xerophytic plants in which stomata open at night and remain closed during the day to reduce water loss.
(CAM शुष्क क्षेत्रों के पौधों का एक अनुकूलन है, जिसमें रंध्र रात में खुलते हैं और दिन में बंद रहते हैं ताकि जल की हानि कम हो।)
Major CAM Adaptations (मुख्य अनुकूलन):-
i. Night Opening of Stomata (रंध्रों का रात में खुलना):-
> Stomata open at night.
(रंध्र रात में खुलते हैं।)
> CO₂ enters the leaf.
(CO₂ अंदर प्रवेश करती है।)
> Water loss is minimized.
(जल की हानि कम होती है।)
ii. CO₂ Fixation at Night (रात में CO₂ का स्थिरीकरण):-
> CO₂ combines with PEP.
(CO₂, PEP से जुड़ती है।)
> Oxaloacetic acid (OAA) is formed.
[ऑक्जेलोएसीटिक अम्ल (OAA) बनता है।]
> OAA is converted into malic acid.
(OAA से मैलिक अम्ल बनता है।)
iii. Storage of Malic Acid (मैलिक अम्ल का भंडारण):- Malic acid is stored in vacuoles during the night.
(रात में मैलिक अम्ल वैक्यूल में संग्रहित रहता है।)
iv. Daytime Decarboxylation (दिन के समय डीकार्बोक्सिलेशन):-
> During the day, malic acid releases CO₂.
(दिन में मैलिक अम्ल CO₂ छोड़ता है।)
> Calvin cycle proceeds while stomata remain closed.
(रंध्र बंद रहते हुए भी कैल्विन चक्र चलती रहती है।)
v. Succulent Leaves (गुदेदार पत्तियां):- Thick, fleshy leaves store water.
(मोटी एवं रसीली पत्तियाँ जल का भंडारण करती हैं।)
vi. Thick Cuticle (मोटी क्यूटिकल):- Reduces evaporation.
(मोटी क्यूटिकल वाष्पीकरण कम करती है।)
vii. Reduced Leaf Area (पत्तियों का कम क्षेत्रफल):- Small leaves reduce transpiration.
(छोटी पत्तियाँ वाष्पोत्सर्जन कम करती हैं।)
Advantages of CAM Plants (CAM पौधों के लाभ):-
> Very high water use efficiency
(अत्यधिक जल उपयोग दक्षता)
> Survive in deserts
(रेगिस्तान में जीवित रहते हैं)
> Reduced transpiration
(वाष्पोत्सर्जन कम)
> Better drought tolerance
(अधिक सूखा सहनशील)
> Efficient carbon fixation under water stress
(जल की कमी में भी प्रभावी CO₂ स्थिरीकरण)
Examples of CAM Plants (CAM पौधों के उदाहरण):-
> Cactus (कैक्टस)
> Opuntia (नागफनी)
> Pineapple (अनानास)
> Agave (अगेव)
> Aloe vera (घृतकुमारी)
> Kalanchoe (कलान्कोई)