18.8 पादप विज्ञान और प्रकाश संश्लेषण

विषय: रेलवे NTPC – सामान्य विज्ञान (जीव विज्ञान) अध्याय: 18.8 पादप विज्ञान और प्रकाश संश्लेषण विषय-वस्तु: पादप, प्रकाश संश्लेषण

1. परिचय

पादप (पौधे) पृथ्वी पर जीवन के लिए आधारभूत हैं, क्योंकि ये सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित कर भोजन का निर्माण करते हैं। इस प्रक्रिया को प्रकाश संश्लेषण (Photosynthesis) कहते हैं। पादप वायुमंडल से कार्बन डाइऑक्साइड तथा मिट्टी से जल ग्रहण कर सूर्य प्रकाश की उपस्थिति में क्लोरोफिल की सहायता से ग्लूकोज और ऑक्सीजन बनाते हैं। प्रकाश संश्लेषण हरे पौधों, कुछ शैवाल तथा कुछ जीवाणुओं में होता है। प्रकाश संश्लेषण का अध्ययन करने वाला विज्ञान 'फोटोसिंथेसिस' विज्ञान है।

प्रकाश संश्लेषण न केवल पौधों के लिए भोजन बनाता है बल्कि वायुमंडल में ऑक्सीजन भी छोड़ता है, जो सभी जीवों के श्वसन के लिए आवश्यक है। इस प्रक्रिया के बिना पृथ्वी पर उच्च जीवन असंभव होता। प्रकाश संश्लेषण में सूर्य प्रकाश को 'प्रकाश प्रतिक्रिया' में ग्रहण किया जाता है तथा कार्बन स्थिरीकरण 'अंधकार प्रतिक्रिया' में होता है। रेलवे NTPC परीक्षा में प्रकाश संश्लेषण के समीकरण, आवश्यक तत्व, पादप के भागों तथा पादप विकास से संबंधित प्रश्न पूछे जाते हैं।

पादप विज्ञान (बॉटनी) पादपों के अध्ययन का विज्ञान है। पादप के मुख्य अंग हैं—जड़, तना, पत्ती, फूल, फल तथा बीज। पत्ती प्रकाश संश्लेषण का मुख्य अंग है, जिसमें क्लोरोफिल नामक हरित वर्णक होता है। इस अध्याय में पादप संरचना, प्रकाश संश्लेषण, पोषण, श्वसन तथा पादप विकास का विस्तृत अध्ययन किया गया है।

2. पादप के मुख्य अंग और उनके कार्य

पादप शरीर मुख्यतः दो भागों में विभाजित होता है—वायवीय भाग (तना, पत्तियाँ, फूल) तथा भूमिगत भाग (जड़ें)। पादप के प्रमुख अंग और उनके कार्य निम्न हैं:

• जड़ (Root): मिट्टी से जल तथा खनिज लवणों का अवशोषण; पादप को भूमि में स्थिर करती है। जड़ों के प्रकार—मूसला जड़ (एक मुख्य जड़) तथा रेशेदार जड़ (अनेक समान जड़ें)। मूसला जड़ वाले पौधों को द्विबीजपत्री तथा रेशेदार जड़ वाले पौधों को एकबीजपत्री कहते हैं।
• तना (Stem): जल, खनिज तथा भोजन का परिवहन; पत्तियों और फूलों को सहारा प्रदान करना। तने में पत्तियों के बीच का भाग गाँठ तथा गाँठों के बीच का भाग 'इंटरनोड' कहलाता है।
• पत्ती (Leaf): प्रकाश संश्लेषण का मुख्य अंग; यह वाष्पोत्सर्जन तथा गैसों के आदान-प्रदान में सहायक है। पत्ती की सतह पर सूक्ष्म रंध्र (Stomata) होते हैं, जो गैस विनिमय तथा वाष्पोत्सर्जन के द्वार हैं। रंध्र की सुरक्षा कोशिकाएँ रंध्र को खोलती-बंद करती हैं।
• फूल (Flower): जनन अंग; इसमें पुंकेसर (नर भाग) तथा स्त्रीकेसर (मादा भाग) होते हैं। परागण के बाद फल तथा बीज का निर्माण होता है।
• फल (Fruit) तथा बीज (Seed): बीज पादप का नई पीढ़ी का रूप है; फल बीजों की रक्षा करता है।

पादप की कोशिका संरचना: पादप कोशिका में कोशिका भित्ति, क्लोरोप्लास्ट, बड़ी रिक्तिका तथा केंद्रक होते हैं। क्लोरोप्लास्ट में हरित वर्णक क्लोरोफिल होता है। पादप विज्ञान में 'पेड़-पौधों का अध्ययन बॉटनी' कहलाता है तथा वृक्षों का अध्ययन 'डेंड्रोलॉजी'।

पादप पोषण: हरे पौधे अपना भोजन स्वयं बनाते हैं, इसलिए इन्हें 'स्वपोषी' (Autotrophs) कहते हैं। कवक जैसे जीव परपोषी (Heterotrophs) होते हैं। पादप मिट्टी से नाइट्रोजन, फॉस्फोरस, पोटेशियम जैसे खनिज ग्रहण करते हैं।

3. प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया

प्रकाश संश्लेषण पत्ती के क्लोरोप्लास्ट में होता है। इसकी पूरी प्रक्रिया दो चरणों में विभाजित है—प्रकाश प्रतिक्रिया तथा अंधकार प्रतिक्रिया।

• प्रकाश प्रतिक्रिया (Light Reaction): यह क्लोरोप्लास्ट के ग्रेना (थाइलेकॉइड) में सूर्य प्रकाश की उपस्थिति में होती है। इसमें जल का प्रकाशीय विघटन (फोटोलिसिस) होता है, जिससे ऑक्सीजन मुक्त होती है तथा ATP और NADPH का निर्माण होता है। इसीलिए ऑक्सीजन केवल प्रकाश प्रतिक्रिया में ही निकलती है।
• अंधकार प्रतिक्रिया (Dark Reaction): यह क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में होती है। इसमें प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती। कैल्विन चक्र (Melvin Calvin द्वारा) में CO2 का स्थिरीकरण होकर ग्लूकोज बनता है। अंधकार प्रतिक्रिया में प्रकाश प्रतिक्रिया के ATP तथा NADPH का उपयोग होता है।

प्रकाश संश्लेषण का समीकरण: 6CO2 + 12H2O → प्रकाश + क्लोरोफिल → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O। अर्थात् 6 अणु कार्बन डाइऑक्साइड और 12 अणु जल से 1 अणु ग्लूकोज तथा 6 अणु ऑक्सीजन बनते हैं। मुक्त ऑक्सीजन जल के फोटोलिसिस से आती है, CO2 से नहीं।

प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक तत्व: कार्बन डाइऑक्साइड, जल, सूर्य प्रकाश तथा क्लोरोफिल। हरा रंग क्लोरोफिल के कारण होता है, जो लाल तथा नीले प्रकाश को अधिक अवशोषित करता है। प्रकाश संश्लेषण के लिए सबसे उपयुक्त तरंगदैर्घ्य लाल प्रकाश है।

वाष्पोत्सर्जन (Transpiration): पत्तियों के रंध्रों द्वारा जलवाष्प का निष्कासन। यह जल परिवहन तथा पादप के ताप नियंत्रण में सहायक है। रंध्रों का खुलना-बंद होना सुरक्षा कोशिकाओं द्वारा नियंत्रित होता है। वाष्पोत्सर्जन से जड़ों में चूषण बल उत्पन्न होता है।

प्रकाश संश्लेषण के उत्पाद: ग्लूकोज (भोजन) तथा ऑक्सीजन। ग्लूकोज का उपयोग ऊर्जा के लिए श्वसन में होता है तथा अतिरिक्त भाग स्टार्च के रूप में संग्रहीत होता है।

4. पादप श्वसन, पोषण और पादप विकास

पादप भी श्वसन करते हैं, जिसमें ग्लूकोज का ऑक्सीकरण होकर ऊर्जा मुक्त होती है। पादप श्वसन दिन-रात दोनों समय होता है।

• पादप श्वसन: पादप रंध्रों, दालों (Lenticels) तथा जड़ के रोमों से ऑक्सीजन ग्रहण करते हैं। रात में प्रकाश संश्लेषण नहीं होता, केवल श्वसन चलता है। पादप श्वसन में ऊर्जा, CO2 तथा जल बनते हैं।
• पादप पोषण: हरे पौधे स्वपोषी हैं। कुछ पौधे कीटभक्षी (जैसे घटपर्णी, पिचर प्लांट) होते हैं जो नाइट्रोजन की कमी के लिए कीड़े खाते हैं। परजीवी पौधे (जैसे अमरबेल) दूसरे पौधों से भोजन लेते हैं।
• सहजीवी संबंध: राइज़ोबियम जीवाणु दलहन पौधों की जड़ों में नाइट्रोजन स्थिरीकरण करता है। लाइकेन शैवाल और कवक का सहजीवी संबंध है।
• पादप वृद्धि (Growth): पादप वृद्धि के लिए ऑक्सिन (पौधों में), जिबरेलिन, साइटोकाइनिन जैसे हार्मोन आवश्यक हैं। ऑक्सिन पादप वृद्धि को बढ़ाता है; प्रकाशानुवर्तन (Phototropism) तथा गुरुत्वानुवर्तन (Geotropism) इन्हीं हार्मोनों द्वारा होते हैं।
• फोटोट्रॉपिज्म: पौधे प्रकाश की ओर झुकते हैं (ऑक्सिन के असमान वितरण से)। भू-अनुवर्तन में जड़ भूमि की ओर तथा तना विपरीत ओर बढ़ता है।

पादप में परिवहन: जाइलम ऊतक जल और खनिज लवणों को जड़ से पत्तियों तक पहुँचाता है, जबकि फ्लोएम ऊतक भोजन को पत्तियों से अन्य भागों तक पहुँचाता है। जाइलम का अध्ययन कहता है कि जल का परिवहन वाष्पोत्सर्जन-चूषण बल द्वारा होता है। फ्लोएम में भोजन का परिवहन 'स्रोत से सिंक' की ओर होता है।

5. त्वरित पुनरावृत्ति तालिकाएँ

तालिका 1

प्रकाश संश्लेषण का चरण	स्थान	आवश्यकता	उत्पाद
प्रकाश प्रतिक्रिया	ग्रेना (थाइलेकॉइड)	प्रकाश	O2, ATP, NADPH
अंधकार प्रतिक्रिया	स्ट्रोमा	ATP, NADPH	ग्लूकोज

तालिका 2

पादप अंग	मुख्य कार्य
जड़	जल व खनिज अवशोषण
तना	परिवहन व सहारा
पत्ती	प्रकाश संश्लेषण
फूल	जनन
रंध्र	गैस विनिमय
जाइलम	जल परिवहन
फ्लोएम	भोजन परिवहन

6. माइंड मैप

flowchart TD
    A[पादप विज्ञान और प्रकाश संश्लेषण] --> B[पादप अंग]
    B --> B1[जड़]
    B --> B2[तना]
    B --> B3[पत्ती]
    B --> B4[फूल]
    A --> C[प्रकाश संश्लेषण]
    C --> C1[प्रकाश प्रतिक्रिया]
    C --> C2[अंधकार प्रतिक्रिया]
    C --> C3[ग्लूकोज + ऑक्सीजन]
    A --> D[आवश्यक तत्व]
    D --> D1[CO2]
    D --> D2[जल]
    D --> D3[प्रकाश]
    D --> D4[क्लोरोफिल]
    A --> E[पादप क्रियाएँ]
    E --> E1[वाष्पोत्सर्जन]
    E --> E2[श्वसन]
    E --> E3[परिवहन जाइलम-फ्लोएम]
    A --> F[हार्मोन]
    F --> F1[ऑक्सिन]
    F --> F2[जिबरेलिन]

7. महत्वपूर्ण आरेख (SVG)

8. सामान्य गलतियाँ

1. गलती: प्रकाश संश्लेषण में मुक्त ऑक्सीजन CO2 से आती है बताना। वास्तव में ऑक्सीजन जल के फोटोलिसिस से निकलती है।
2. गलती: प्रकाश संश्लेषण पादप श्वसन के बराबर मानना। प्रकाश संश्लेषण भोजन बनाता है, श्वसन ऊर्जा मुक्त करता है।
3. गलती: अंधकार प्रतिक्रिया में प्रकाश की आवश्यकता होती है बताना। अंधकार प्रतिक्रिया में प्रकाश की आवश्यकता नहीं होती।
4. गलती: जल परिवहन को फ्लोएम का कार्य बताना। जल परिवहन जाइलम में होता है, भोजन परिवहन फ्लोएम में।
5. गलती: प्रकाश संश्लेषण के लिए हरा प्रकाश सबसे उपयुक्त बताना। लाल प्रकाश सर्वाधिक उपयुक्त है; क्लोरोफिल हरा प्रकाश परावर्तित करता है।
6. गलती: रंध्र केवल वाष्पोत्सर्जन के लिए होते हैं बताना। रंध्र गैस विनिमय (CO2 ग्रहण तथा O2 निष्कासन) में भी सहायक हैं।

9. परीक्षा युक्तियाँ

1. प्रकाश संश्लेषण का समीकरण तथा ऑक्सीजन का स्रोत (जल) सदैव याद रखें।
2. प्रकाश प्रतिक्रिया (ग्रेना) और अंधकार प्रतिक्रिया (स्ट्रोमा) के स्थान को अलग-अलग रटें।
3. पादप अंगों (जड़, तना, पत्ती, फूल) तथा उनके कार्यों की तालिका बनाएँ।
4. जाइलम-फ्लोएम, रंध्र-सुरक्षा कोशिकाएँ, वाष्पोत्सर्जन जैसे युग्मों को स्पष्ट रखें।
5. पादप हार्मोनों (ऑक्सिन, जिबरेलिन) तथा उनके कार्यों को याद करें।

10. निष्कर्ष

पादप विज्ञान और प्रकाश संश्लेषण जीव विज्ञान का आधार हैं, क्योंकि यह प्रक्रिया पृथ्वी पर ऑक्सीजन तथा भोजन का प्राथमिक स्रोत है। पादप की संरचना, प्रकाश संश्लेषण के दो चरण, वाष्पोत्सर्जन, परिवहन तथा पादप पोषण NTPC परीक्षा के महत्वपूर्ण विषय हैं। समीकरण, स्थान तथा हार्मोनों की सही समझ से इस अध्याय के प्रश्न सरलता से हल होते हैं। नियमित अभ्यास से इस अध्याय में पूर्ण अंक प्राप्त किए जा सकते हैं।