प्रकाश संश्लेषण के लिए प्रकाश की आवश्यकता

प्रकाश संश्लेषण क्या है?

सभी सजीव सूर्य से प्राप्त ऊर्जा पर निर्भर होते हैं। पादपों और अन्य जीवों जैसे सायनोबैक्टीरिया में प्रकाश संश्लेषण एक जैविक प्रक्रिया है। इस प्रक्रिया में सौर ऊर्जा, रासायनिक ऊर्जा में रूपांतरित होती है।रासायनिक ऊर्जा का उपयोग ATP उत्पन्न करने के लिए कोशिकीय श्वसन में किया जाता है, जिसका उपयोग उपापचयी गतिविधियों के लिए किया जाता है। यह प्रक्रिया उपचयी और ऊष्माशोषी है, कार्बन डाइऑक्साइड, जल, सूर्य के प्रकाश और प्रकाश संचयन वर्णक की सहायता से कार्बोहाइड्रेट का संश्लेषण करता है।

इस प्रक्रिया में सौर विकिरण में ऊर्जा का स्थानांतरण और उपापचयी पथ के माध्यम से उपयोग करने योग्य रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित होता है। प्रकाश संश्लेषण का महत्व इस प्रकार है: विश्व स्तर पर, महासागरों और अलवणीय जल में शैवाल प्रकाश संश्लेषक सक्रियता का 90% करते हैं। वायुमंडलीय ऑक्सीजन का योगदान मुख्य रूप से इस प्रक्रिया द्वारा होता है, और इस प्रक्रिया द्वारा सजीवों के लिए भोजन प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से उत्पादित होता है। प्रकाश संश्लेषण भी ईंधन समृद्ध – कोयला, तेल, पीट, लकड़ी और गोबर के रूप में मानव जाति को विशाल ऊर्जा भंडार प्रदान करता है।

प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया का आरेख

प्रकाश अभिक्रिया

अप्रकाश अभिक्रिया

प्रकाश संश्लेषण दो चरणों में होता है:

• प्रकाश अभिक्रिया: यह एक प्रकाश रासायनिक चरण है जो प्रकाश में होता है। यह प्रक्रिया हरितलवक के ग्रेना अर्थात थाइलेकोइड झिल्ली में होता है। इन झिल्लियों में कुछ अभिन्न झिल्ली प्रोटीन होते हैं जो प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं। इस प्रक्रिया के दौरान, NAD+ , NADPH में अपचयित हो जाता है, ATP उत्पन्न होता है, और जल के अणु हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभक्त हो जाते हैं।इस प्रक्रिया में, ऑक्सीजन रंध्र छिद्रों के माध्यम से मुक्त होती है।  
• अप्रकाश अभिक्रिया:  एक जैव रासायनिक चरण प्रकाश की उपस्थिति या अनुपस्थिति में होती है। यह उपापचयी पथ हरितलवक के  स्ट्रोमा में होता है। इस प्रक्रिया के दौरान, प्रकाश अभिक्रियाओं के उत्पादों, अर्थात ATP और NADPH, का उपयोग ग्लूकोज अणु में कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं के स्थिरीकरण में किया जाता है।

एक प्ररूपी प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया में, कार्बन डाइऑक्साइड के 6 अणुओं से ग्लूकोज अणु को संश्लेषित करने के लिए ATP के 18 अणुओं की आवश्यकता होती है।

प्रकाश संश्लेषण अनिवार्य क्यों हैं?

प्रकाश संश्लेषण की क्रियाविधि दो चरणों में होती है: प्रकाश अभिक्रिया और अप्रकाश अभिक्रिया।

प्रकाश अभिक्रिया के लिए आवश्यकता: 

• प्रकाश: दृश्य प्रकाश क्षेत्र की इष्टतम तरंगदैर्ध्य हैं – नीला  परास ( 425 – 450 nm) और लाल परास ( 600 – 700 nm).
• फोटोसिस्टम I और II:  ये प्रोटीन संकुल हैं जो एक अभिक्रिया केंद्र और प्रकाश-संग्रहण संकुल से बने होते हैं, दोनों प्रकाश को अवशोषित करने और इलेक्ट्रॉन उत्पन्न करने में शामिल होते हैं। 
• जल-विघटन प्रोटीन संकुल, जल के अणुओं के विघटन से संबंधित होता है।
• अंगभूत प्रोटीन संकुल का समुच्चय- फोटोसिस्टम I और II, साइटोक्रोम b6f  संकुल और ATP सिंथेज, जो ATP और NADPH का उत्पादन करते हैं।

प्रकाश अभिक्रिया की पूरी प्रक्रिया हरितलवक की थाइलेकोइड झिल्ली में होती है। 

अप्रकाश अभिक्रिया के लिए आवश्यकता: 

• अप्रकाश अभिक्रिया में शामिल मुख्य एंजाइम RuBisCO (राइबुलोज 1-5 बिसफॉस्फेट कार्बोक्सिलेज ऑक्सीजिनेज) है। फॉस्फोरिलीकरण, अपचयन, समावयवन और क्रियात्मक समूहों के स्थानांतरण के लिए अन्य एंजाइमों की भी आवश्यकता होती है।

प्रकाश संश्लेषण को प्रभावित करने वाले कारक कौन-से हैं?

वे कारक जो मुख्य रूप से प्रकाश संश्लेषण की दर को प्रभावित करते हैं, इस प्रकार हैं: 

• प्रकाश तीव्रता: जैसे-जैसे प्रकाश की तीव्रता बढ़ती है, प्रकाश पर निर्भर अभिक्रियाओं की दर भी बढ़ती है। पत्ती पर जितने अधिक फोटॉन गिरते हैं, उतने ही अधिक पर्णहरित वर्णक आयनित होते हैं, और अधिक ATP और NADPH उत्पन्न होते हैं। जैसे-जैसे प्रकाश की तीव्रता बढ़ती है, प्रकाश संश्लेषण की दर स्थिर रहती है, जो कुछ अन्य सीमांत कारकों के कारण होती है। 
• कार्बन डाइऑक्साइड: कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता प्रकाश संश्लेषण की दर के अनुक्रमानुपाती होती है। हालांकि, जब कार्बन डाइऑक्साइड स्थिरीकरण की दर अधिकतम स्तर तक पहुंच जाती है, तो प्रकाश संश्लेषण की दर स्थिर रहती है।
• प्रकाश-स्वतंत्र अभिक्रिया (अप्रकाशी अभिक्रिया) ताप पर निर्भर करती है। जब प्रकाश संश्लेषक एंजाइम इष्टतम ताप पर होते हैं, तो प्रकाश संश्लेषण की संपूर्ण दर में वृद्धि हो जाती है। जब ताप इष्टतम मानों से  अधिक होता है, तो एंजाइम के विकृतीकरण के कारण प्रकाश संश्लेषण दर कम हो जाती है।

प्रकाश संश्लेषण की दर सीमांत कारकों द्वारा भी नियंत्रित होती है। सीमांत कारकों के नियम के अनुसार, प्रकाश संश्लेषण की दर न्यूनतम आपूर्ति वाले कारक (सीमांत कारक) द्वारा सीमित होगी। उदाहरण के लिए, दिन के दौरान प्रकाश की तीव्रता में भिन्नता के कारण प्रकाश, प्रकाश संश्लेषण का सीमांत कारक है, यद्यपि कार्बन डाइऑक्साइड की उच्च सांद्रता होती है।

प्रकाश संश्लेषण के लिए प्रकाश क्यों आवश्यक है?

प्रकाश संश्लेषण वह प्रक्रिया है जो सौर ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करती है। फोटॉन की ऊर्जा का उपयोग करते हुए, ऊर्जा-समृद्ध अणु, अर्थात कार्बोहाइड्रेट, कार्बन डाइऑक्साइड और जल से संश्लेषित होते हैं। सूर्य के प्रकाश में फोटॉन पर्णहरित वर्णक द्वारा अवशोषित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप प्रकाश तंत्र I और II में इलेक्ट्रॉनों उत्तेजित होता है, इन उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों को एक इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में पारित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप ATPs और NADPH का उत्पादन होता है।

प्रकाश संश्लेषण होने के लिए, प्रकाश इष्टतम तरंगदैर्ध्य अर्थात दृश्य प्रकाश क्षेत्र-नीला परास (425 – 450 nm) और लाल परास (600 – 700 nm) से बना होना चाहिए। प्रकाश संश्लेषण में प्रकाश का महत्व एक विलगित पादप की सहायता से प्रायोगिक रूप से सिद्ध किया जाता है। इस प्रयोग में, पत्ती को एक काली पट्टी से ढक दिया गया है, और पत्ती के भागमें सूर्य का प्रकाश नहीं पहुंचता है। पत्ती के ढके हुए भाग में प्रकाश संश्लेषण नहीं होता है, जिसकी पुष्टि आयोडीन परीक्षण द्वारा की जाती है।

प्रकाश संश्लेषण प्रयोग के लिए प्रकाश अनिवार्य है

प्रयोग का शीर्षक – प्रकाश संश्लेषण के लिए प्रकाश अनिवार्य है। 

प्रयोग का विवरण –  प्रकाश संश्लेषण वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा पादप CO₂, जल, सूर्य के प्रकाश और पर्णहरित का उपयोग करके कार्बोहाइड्रेट का संश्लेषण करते हैं। जानें कि प्रकाश संश्लेषण के लिए प्रकाश किस प्रकार अनिवार्य  है।

प्रयोग का उद्देश्य – यह दिखाने के लिए है कि प्रकाश संश्लेषण के लिए प्रकाश अनिवार्य है।

आवश्यक सामग्री– गमले में स्टार्चरहित पौधा, मोटे काले कागज की पट्टी,पेपर क्लिप, ऐल्कोहॉल, आयोडीन विलयन, बीकर (250 ml),बर्नर, त्रिपाद स्टैंड, तार का जाली, क्वथन नली,चिमटी,पेट्री डिश।

कार्यविधि

विद्यार्थी प्रयोग करने के लिए नीचे दिए गए चरणों की जाँच कर सकते हैं।

• चरण 1: एक स्टार्च रहित पौधा लें। मोटे काले कागज की पट्टियों और पेपर क्लिप का उपयोग करते हुए, पौधे की अक्षुण्ण पत्ती के एक भाग को ढक दें। आप एक ही पौधे की कई पत्तियों को काले कागज की पट्टियों और क्लिप से ढक सकते हैं। इस व्यवस्था को लगभग दो घंटे के लिए तेज धूप में रखें।
• चरण 2: एक बीकर में लगभग 150 ml जल लें और इसे उबालें।
• चरण 3: गमले में लगे पौधे से प्रायोगिक पत्तियों को तोड़ लें और उनमें से काली कागज की पट्टियों को हटा दें। इन पत्तियों को कुछ देर तक उबलते जल में तब तक रखें जब तक पत्तियाँ कोमल न हो जाएं। जल गर्म करना बंद कर दें। बीकर को त्रिपाद स्टैंड से हटा दें। इसे लगभग 60°C तक ठंडा होने दें।
• चरण 4: पत्तियों को ऐल्कोहॉल युक्त क्वथन नली में स्थानांतरित करें।
• चरण 5: लगभग 60°C गर्म जल वाले बीकर में क्वथन नली (ऐल्कोहॉल में प्रायोगिक पत्तियों वाली) को रखें। पत्तियाँ रंगहीन होने तक क्वथन नली को बीकर में रखें।
• चरण 6: एक पेट्री डिश में कुछ आयोडीन विलयन लें। 
• चरण 7: पत्तियों को जल में धोएं और उन्हें पेट्री डिश में आयोडीन के विलयन में डुबोएं।
• चरण 8: लगभग पाँच मिनट के बाद, आयोडीन के विलयन से पत्तियों को हटा दें, उन्हें जल से धो लें और पत्तियों के अनावृत भाग और आवृत (काले कागज से ढके) भाग के रंगों का प्रेक्षण करें।

सावधानियाँ

प्रयोग करने से पहले विद्यार्थियों को सावधानियों को ध्यान से पढ़ना चाहिए।

• एक स्वस्थ पौधे वाले गमले का उपयोग करें।
• चूंकि ऐल्कोहॉल अत्यधिक ज्वलनशील होता है, इसलिए इसे सीधे आँच पर गर्म नहीं किया जाना चाहिए। 
• संतोषजनक परिणाम प्राप्त करने के लिए पौधे को पूरी तरह से स्टार्चरहित करने की आवश्यकता होती है।
• पत्तियों को विच्छेदन या टूटने से बचाने के लिए उन्हें काटते या क्लिप लगाते समय सावधान रहना चाहिए।

प्रकाश संश्लेषण के लिए प्रकाश की आवश्यकता प्रयोग पर अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

विद्यार्थी नीचे दिए गए प्रयोग से FAQs संबंधित सबसे सामान्य रूप से पूछे जाने वाले प्रश्नों की जाँच कर सकते हैं: