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IGNOU BBYCT-137 Solved Question Paper PDF Download

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IGNOU BBYCT-137 Solved Question Paper PDF

IGNOU Previous Year Solved Question Papers

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IGNOU BBYCT-137 Previous Year Solved Question Paper in Hindi

Q1. (a) बताइए कि निम्नलिखित कथन सत्य हैं या असत्य : (i) फॉस्फोइनोल पाइरुवेट (पी.ई.पी.) एन.ए.डी.पी. के स्थान पर एन.ए.डी.पी.एच. का उत्पादन करता है। (ii) तत्व सोडियम पादप कोशिकाओं की स्फीति को बनाए रखने में मुख्य भूमिका निभाता है। (iii) RuBP की पी.ई.पी. की तुलना में CO₂ के लिए अधिक बंधुता होती है। (iv) एथिलीन एक गैसीय हाइड्रोकार्बन है। (b) रिक्त स्थानों को भरिए : (i) जल की उपरिगामी गति ______ कहलाती है। (ii) शर्कराओं का उत्पादन C₄ पादपों के ______ में होता है। (iii) ______ फलीदार (लैग्यूमीनस) पौधों में नाइट्रोजिनेज की ऑक्सीजन संवेदनशीलता से सुरक्षा करता है। (iv) ______ सबसे व्यापक रूप से वितरित प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला ऑक्सिन है। (c) कॉलम ‘अ’ में दिए गए मदों का कॉलम ‘ब’ के मदों से मिलान कीजिए : कॉलम A (i) कोएन्जाइम A, (ii) हीम, (iii) सॅम्नर, (iv) कोबाल्ट; कॉलम B (1) नाइट्रेट रिडक्टेज, (2) यूरिएज, (3) कैटालेज, (4) विटामिन व्युत्पन्न कोएन्जाइम

Ans. (a) सत्य या असत्य:

  • (i) असत्य । फॉस्फोइनोल पाइरुवेट (PEP) सीधे NADPH का उत्पादन नहीं करता है। C₄ पादपों में, PEP पहले CO₂ को ग्रहण करके ऑक्जालोएसीटेट बनाता है, जो बाद में मैलेट में परिवर्तित हो सकता है। मैलेट के डीकार्बाक्सिलेशन के दौरान NADPH का उत्पादन होता है, लेकिन यह एक अप्रत्यक्ष प्रक्रिया है।
  • (ii) असत्य । पादप कोशिकाओं की स्फीति को बनाए रखने में मुख्य भूमिका पोटेशियम (K⁺) आयन की होती है, विशेषकर रक्षक कोशिकाओं में।
  • (iii) असत्य । PEP कार्बोक्सिलेज एंजाइम की CO₂ (HCO₃⁻ के रूप में) के लिए बंधुता RuBP कार्बोक्सिलेज (RuBisCO) की तुलना में बहुत अधिक होती है।
  • (iv) सत्य । एथिलीन (C₂H₄) एक साधारण गैसीय हाइड्रोकार्बन है जो पादप हार्मोन के रूप में कार्य करता है।

(b) रिक्त स्थान भरिए:

  • (i) जल की उपरिगामी गति रसारोहण (Ascent of sap) कहलाती है।
  • (ii) शर्कराओं का उत्पादन C₄ पादपों के पूलाच्छद कोशिकाओं (Bundle sheath cells) में होता है।
  • (iii) लेगहीमोग्लोबिन (Leghaemoglobin) फलीदार (लैग्यूमीनस) पौधों में नाइट्रोजिनेज की ऑक्सीजन संवेदनशीलता से सुरक्षा करता है।
  • (iv) इंडोल-3-एसिटिक एसिड (IAA) सबसे व्यापक रूप से वितरित प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला ऑक्सिन है।

(c) मिलान कीजिए:

  • (i) कोएन्जाइम A – (4) विटामिन व्युत्पन्न कोएन्जाइम
  • (ii) हीम – (3) कैटालेज
  • (iii) सॅम्नर – (2) यूरिएज
  • (iv) कोबाल्ट – (1) नाइट्रेट रिडक्टेज ( नोट: यह मिलान उन्मूलन द्वारा किया गया है; जैविक रूप से, नाइट्रेट रिडक्टेज में कोबाल्ट के बजाय मोलिब्डेनम होता है। प्रश्न में त्रुटि हो सकती है। )

Q2. निम्नलिखित के जोड़ों के बीच अन्तर बताइए : (अ) विसरण और परासरण (ब) C₃ और C₄ पादप (स) प्रतिस्पर्धी और अप्रतिस्पर्धी संदमन (द) वाष्पोत्सर्जन और बिन्दुस्राव

Ans. (अ) विसरण और परासरण

  • विसरण: यह किसी भी पदार्थ (ठोस, द्रव, गैस) के अणुओं का उनकी उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से निम्न सांद्रता वाले क्षेत्र की ओर गति करना है। इसके लिए किसी झिल्ली की आवश्यकता नहीं होती है।
  • परासरण: यह एक विशेष प्रकार का विसरण है जिसमें विलायक (आमतौर पर जल) के अणु एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली के पार उच्च विलायक सांद्रता (निम्न विलेय सांद्रता) से निम्न विलायक सांद्रता (उच्च विलेय सांद्रता) वाले क्षेत्र की ओर गति करते हैं।

(ब) C₃ और C₄ पादप

  • C₃ पादप: इनमें कार्बन डाइऑक्साइड स्थिरीकरण का पहला स्थायी उत्पाद 3-कार्बन वाला यौगिक (3-फॉस्फोग्लिसरेट) होता है। CO₂ का स्थिरीकरण RuBisCO एंजाइम द्वारा किया जाता है। इनमें प्रकाश-श्वसन अधिक होता है। उदाहरण: गेहूँ, चावल।
  • C₄ पादप: इनमें पहला स्थायी उत्पाद 4-कार्बन वाला यौगिक (ऑक्जालोएसिटेट) होता है। CO₂ का स्थिरीकरण पहले मेसोफिल कोशिकाओं में PEP कार्बोक्सिलेज द्वारा होता है और फिर CO₂ को पूलाच्छद कोशिकाओं में भेजा जाता है जहाँ इसे RuBisCO द्वारा पुनः स्थिर किया जाता है। इनमें क्रांज़ शारीरिकी (Kranz anatomy) पाई जाती है और प्रकाश-श्वसन नगण्य होता है। उदाहरण: मक्का, गन्ना।

(स) प्रतिस्पर्धी और अप्रतिस्पर्धी संदमन

  • प्रतिस्पर्धी संदमन: इसमें संदमक अणु की संरचना सबस्ट्रेट से मिलती-जुलती होती है और यह एंजाइम के सक्रिय स्थल के लिए सबस्ट्रेट के साथ प्रतिस्पर्धा करता है। सबस्ट्रेट की सांद्रता बढ़ाकर इस संदमन को कम किया जा सकता है। इसमें Vmax अपरिवर्तित रहता है जबकि Km बढ़ जाता है।
  • अप्रतिस्पर्धी संदमन: इसमें संदमक एंजाइम के सक्रिय स्थल के अलावा किसी अन्य स्थल (एलोस्टेरिक स्थल) पर जुड़ता है। यह एंजाइम की संरचना को बदल देता है, जिससे उसकी क्रियाशीलता कम हो जाती है। सबस्ट्रेट की सांद्रता बढ़ाकर इसे कम नहीं किया जा सकता। इसमें Vmax कम हो जाता है जबकि Km अपरिवर्तित रहता है।

(द) वाष्पोत्सर्जन और बिन्दुस्राव

  • वाष्पोत्सर्जन: यह पौधे के वायवीय भागों (मुख्य रूप से रंध्रों) से जल का वाष्प के रूप में क्षय होना है। यह प्रक्रिया दिन के समय होती है और यह एक नियंत्रित प्रक्रिया है। इसमें शुद्ध जल का क्षय होता है।
  • बिन्दुस्राव: यह पत्तियों के किनारों पर स्थित विशेष छिद्रों (जल रंध्रों या हाइडाथोड्स) से जल का बूंदों के रूप में क्षय होना है। यह रात में या सुबह के समय होता है जब आर्द्रता अधिक और वाष्पोत्सर्जन कम होता है। इसमें निकलने वाले जल में लवण और शर्करा घुले होते हैं। यह एक अनियंत्रित प्रक्रिया है।

Q3. (a) जल विभव और उसके घटकों के विषय में वर्णन कीजिए। (b) प्रकाश-श्वसन की प्रक्रिया का संक्षिप्त वर्णन कीजिए।

Ans. (a) जल विभव और उसके घटक

जल विभव (Water Potential, Ψw): जल विभव जल की प्रति इकाई आयतन स्थितिज ऊर्जा का एक माप है, जो संदर्भ स्थितियों में शुद्ध जल की तुलना में होता है। यह जल की गति की दिशा निर्धारित करता है; जल हमेशा उच्च जल विभव वाले क्षेत्र से निम्न जल विभव वाले क्षेत्र की ओर बढ़ता है। इसकी इकाई पास्कल (Pa) या बार (bar) होती है।

जल विभव के मुख्य घटक निम्नलिखित हैं:

  • विलेय विभव (Solute Potential, Ψs): इसे परासरणी विभव भी कहते हैं। यह घुले हुए विलेयों के प्रभाव को दर्शाता है। विलेय जल की मुक्त ऊर्जा को कम कर देते हैं, इसलिए विलेय विभव का मान हमेशा ऋणात्मक होता है। जितने अधिक विलेय होंगे, Ψs उतना ही अधिक ऋणात्मक होगा।
  • दाब विभव (Pressure Potential, Ψp): यह तंत्र में मौजूद द्रवस्थैतिक दाब है। पादप कोशिकाओं में, यह कोशिका भित्ति द्वारा लगाया गया स्फीति दाब (turgor pressure) होता है और इसका मान आमतौर पर धनात्मक होता है। जाइलम में तनाव के कारण यह ऋणात्मक भी हो सकता है।
  • मैट्रिक विभव (Matric Potential, Ψm): यह वह बल है जिससे जल सतहों (जैसे मिट्टी के कण, कोशिका भित्ति) से जुड़ा रहता है। रसधानीयुक्त पादप कोशिकाओं के लिए इसका मान नगण्य होता है, इसलिए इसे अक्सर समीकरण में शामिल नहीं किया जाता है।

जल विभव का समीकरण है: Ψw = Ψs + Ψp (b) प्रकाश-श्वसन की प्रक्रिया प्रकाश-श्वसन एक प्रकाश-निर्भर उपापचयी प्रक्रिया है जो C₃ पादपों में होती है, जिसमें RuBisCO एंजाइम CO₂ के बजाय O₂ को RuBP से जोड़ता है। यह प्रक्रिया उच्च तापमान, उच्च प्रकाश तीव्रता और उच्च O₂/कम CO₂ सांद्रता की स्थितियों में होती है। इसे C₂ चक्र भी कहा जाता है।

यह प्रक्रिया तीन कोशिकांगों में होती है:

  1. हरितलवक (Chloroplast): RuBisCO एंजाइम RuBP के साथ ऑक्सीजन को जोड़कर एक अणु 3-फॉस्फोग्लिसरेट (3-PGA) और एक अणु 2-फॉस्फोग्लाइकोलेट का निर्माण करता है। 3-PGA केल्विन चक्र में उपयोग हो जाता है।
  2. परऑक्सीसोम (Peroxisome): फॉस्फोग्लाइकोलेट से ग्लाइकोलेट बनता है और परऑक्सीसोम में प्रवेश करता है। यहाँ ग्लाइकोलेट ऑक्सीकृत होकर ग्लाइऑक्सीलेट और फिर ग्लाइसिन में परिवर्तित हो जाता है। इस प्रक्रिया में H₂O₂, एक विषाक्त पदार्थ, बनता है जिसे कैटालेज एंजाइम द्वारा तोड़ दिया जाता है।
  3. माइटोकॉन्ड्रिया (Mitochondrion): ग्लाइसिन के दो अणु माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करते हैं और एक सेरीन अणु बनाने के लिए संयुक्त होते हैं। इस प्रक्रिया में, पहले से स्थिर एक CO₂ अणु और अमोनिया (NH₃) मुक्त होते हैं।

प्रकाश-श्वसन एक व्यर्थ प्रक्रिया मानी जाती है क्योंकि यह ऊर्जा (ATP और NADPH) की खपत करती है और CO₂ को मुक्त करती है, जिससे प्रकाश संश्लेषण की दक्षता लगभग 25% तक कम हो जाती है। हालांकि, यह माना जाता है कि यह उच्च प्रकाश तीव्रता के तहत फोटो-ऑक्सीडेटिव क्षति से पौधे की रक्षा कर सकता है।

Q4. (a) फोटोसिस्टम-II / प्रकाशतंत्र-II की संरचना और कार्यों का विस्तृत वर्णन कीजिए। (b) ए. टी. पी. संश्लेषण के रसोपरासरणी मॉडल की क्रियाविधि को समझाइए।

Ans. (a) प्रकाशतंत्र-II (Photosystem-II, PS-II) की संरचना और कार्य प्रकाशतंत्र-II क्लोरोप्लास्ट के ग्रैना थाइलाकोइड्स की झिल्ली में स्थित एक बहु-प्रोटीन कॉम्प्लेक्स है। यह प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाओं का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।

संरचना:

  • अभिक्रिया केंद्र (Reaction Center): इसके केंद्र में P680 होता है, जो क्लोरोफिल ‘a’ अणुओं का एक विशेष जोड़ा है। यह 680 nm तरंगदैर्ध्य के प्रकाश को अवशोषित करता है। इसके साथ D1 और D2 नामक प्रोटीन और प्राथमिक इलेक्ट्रॉन ग्राही (फियोफाइटिन) जुड़े होते हैं।
  • प्रकाश-संग्राहक कॉम्प्लेक्स (Light-Harvesting Complex, LHCII): यह अभिक्रिया केंद्र के चारों ओर स्थित होता है और इसमें क्लोरोफिल ‘a’, क्लोरोफिल ‘b’ और कैरोटीनॉयड जैसे सहायक वर्णक होते हैं। ये वर्णक प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित कर अभिक्रिया केंद्र P680 तक पहुंचाते हैं।
  • ऑक्सीजन-उत्पादक कॉम्प्लेक्स (Oxygen-Evolving Complex, OEC): यह कॉम्प्लेक्स P680 से जुड़ा होता है और इसमें मैंगनीज (Mn), कैल्शियम (Ca²⁺) और क्लोराइड (Cl⁻) आयन होते हैं। यह जल के अणुओं को तोड़ने के लिए जिम्मेदार होता है।

कार्य:

  1. प्रकाश का अवशोषण: LHCII के वर्णक फोटॉन को अवशोषित करते हैं और ऊर्जा को P680 तक स्थानांतरित करते हैं।
  2. जल का प्रकाश-अपघटन (Photolysis of Water): उत्तेजित P680 से एक इलेक्ट्रॉन निकल जाता है। इस इलेक्ट्रॉन की कमी को पूरा करने के लिए, OEC जल के अणु (H₂O) को तोड़ता है, जिससे इलेक्ट्रॉन (e⁻), प्रोटॉन (H⁺) और ऑक्सीजन (O₂) गैस उत्पन्न होती है। यही प्रक्रिया वायुमंडलीय ऑक्सीजन का स्रोत है। (2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂)
  3. इलेक्ट्रॉन परिवहन: P680 से निकला उच्च-ऊर्जा वाला इलेक्ट्रॉन एक इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (फियोफाइटिन, प्लास्टोक्विनोन, साइटोक्रोम b6f कॉम्प्लेक्स) से होकर प्रकाशतंत्र-I की ओर बढ़ता है।

(b) ए.टी.पी. संश्लेषण का रसोपरासरणी मॉडल (Chemiosmotic Model) पीटर मिशेल द्वारा प्रस्तावित रसोपरासरणी परिकल्पना यह बताती है कि इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (ETC) से प्राप्त ऊर्जा का उपयोग करके ATP का संश्लेषण कैसे होता है। यह प्रक्रिया प्रकाश संश्लेषण (फोटोफॉस्फोराइलेशन) और श्वसन (ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन) दोनों में होती है।

इसकी क्रियाविधि के मुख्य चरण हैं:

  1. प्रोटॉन प्रवणता का निर्माण: प्रकाश संश्लेषण के दौरान, जब इलेक्ट्रॉन PS-II से PS-I की ओर इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से गुजरते हैं, तो इस ऊर्जा का उपयोग करके प्रोटॉन (H⁺) को क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा से थाइलाकोइड के ल्यूमेन (अंदर) में पंप किया जाता है। इसके अतिरिक्त, जल के अपघटन से भी ल्यूमेन में प्रोटॉन मुक्त होते हैं। इसके परिणामस्वरूप, ल्यूमेन में प्रोटॉन की सांद्रता बढ़ जाती है और स्ट्रोमा में कम हो जाती है, जिससे थाइलाकोइड झिल्ली के पार एक प्रोटॉन प्रवणता (या प्रोटॉन मोटिव बल) स्थापित हो जाती है।
  2. ATP सिंथेज की भूमिका: थाइलाकोइड झिल्ली में ATP सिंथेज नामक एक एंजाइम कॉम्प्लेक्स होता है। इसके दो भाग होते हैं:
    • F₀ भाग: यह झिल्ली में एक चैनल बनाता है जिसके माध्यम से प्रोटॉन अपनी प्रवणता के अनुसार ल्यूमेन से स्ट्रोमा में वापस जाते हैं।
    • F₁ भाग: यह स्ट्रोमा की ओर निकला हुआ एक उत्प्रेरक सिरा है।
  3. ATP का संश्लेषण: जब प्रोटॉन F₀ चैनल से होकर गुजरते हैं, तो इससे उत्पन्न ऊर्जा F₁ भाग में एक घूर्णी गति उत्पन्न करती है। यह घूर्णी ऊर्जा F₁ भाग में संरचनात्मक परिवर्तन लाती है, जिससे यह ADP और अकार्बनिक फॉस्फेट (Pi) को जोड़कर ATP का निर्माण करता है। इस प्रक्रिया को फॉस्फोराइलेशन कहते हैं।

Q5. (अ) जड़ों में आयनों की अरीय गति/अभिगमन का संक्षिप्त वर्णन कीजिए। (ब) ऑक्सीकारक तनाव क्या है और यह किस प्रकार पौधों को प्रभावित करता है?

Ans. (अ) जड़ों में आयनों की अरीय गति पौधे मिट्टी से खनिज आयनों को जड़ों द्वारा अवशोषित करते हैं। जड़ के बाह्यत्वचा (epidermis) से लेकर केंद्र में स्थित जाइलम तक आयनों की इस गति को अरीय गति या अभिगमन कहा जाता है। यह गति मुख्य रूप से दो पथों द्वारा होती है:

  1. एपोप्लास्ट पथ (Apoplast Pathway): इस पथ में, जल और आयन जड़ के निर्जीव भागों, यानी कोशिका भित्तियों और अंतरकोशिकीय स्थानों से होकर गुजरते हैं। यह एक तीव्र और निष्क्रिय प्रक्रिया है। यह पथ एंडोडर्मिस (अंतस्त्वचा) पर आकर रुक जाता है क्योंकि वहां कैस्पेरियन पट्टी (Casparian strip) होती है, जो सुबेरिन नामक जल-अभेद्य पदार्थ से बनी होती है।
  2. सिम्प्लास्ट पथ (Symplast Pathway): इस पथ में, आयन जड़ के जीवित भागों, यानी कोशिकाद्रव्य से होकर गुजरते हैं। कोशिकाएं एक-दूसरे से प्लाज्मोडेस्मेटा (plasmodesmata) नामक जीवद्रव्यी तंतुओं से जुड़ी होती हैं, जो इस गति को संभव बनाते हैं। इस पथ में प्रवेश के लिए आयनों को कम से कम एक बार कोशिका झिल्ली को पार करना पड़ता है, इसलिए यह एक चयनात्मक और सक्रिय प्रक्रिया है।

प्रक्रिया: आयन एपोप्लास्ट और सिम्प्लास्ट दोनों पथों से तब तक गति करते हैं जब तक वे एंडोडर्मिस तक नहीं पहुंच जाते। कैस्पेरियन पट्टी एपोप्लास्ट पथ को अवरुद्ध कर देती है, जिससे सभी आयनों और जल को एंडोडर्मल कोशिकाओं की झिल्ली को पार करके सिम्प्लास्ट में प्रवेश करने के लिए मजबूर होना पड़ता है। यह एक चयनात्मक फिल्टर के रूप में कार्य करता है। एंडोडर्मिस को पार करने के बाद, आयनों को सक्रिय रूप से जाइलम वाहिकाओं में लोड किया जाता है, जहाँ से उन्हें पौधे के बाकी हिस्सों में पहुँचाया जाता है। (ब) ऑक्सीकारक तनाव और पौधों पर इसका प्रभाव

ऑक्सीकारक तनाव (Oxidative Stress): यह एक ऐसी स्थिति है जो पौधे में प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (Reactive Oxygen Species, ROS) के उत्पादन और उन्हें निष्क्रिय करने वाली एंटीऑक्सीडेंट रक्षा प्रणालियों के बीच असंतुलन के कारण उत्पन्न होती है।

ROS अत्यंत प्रतिक्रियाशील अणु होते हैं, जैसे सुपरऑक्साइड रेडिकल (O₂⁻), हाइड्रोजन परॉक्साइड (H₂O₂), और हाइड्रॉक्सिल रेडिकल (•OH)। ये प्रकाश संश्लेषण और श्वसन जैसी सामान्य उपापचयी प्रक्रियाओं के उप-उत्पाद हैं, लेकिन सूखा, उच्च प्रकाश, लवणता और गर्मी जैसे पर्यावरणीय तनावों के तहत इनका उत्पादन बहुत बढ़ जाता है।

पौधों पर प्रभाव:

  • लिपिड परऑक्सीडेशन: ROS कोशिका झिल्लियों में मौजूद पॉलीअनसेचुरेटेड फैटी एसिड पर हमला करते हैं, जिससे झिल्ली की अखंडता नष्ट हो जाती है और कोशिका सामग्री का रिसाव होता है।
  • प्रोटीन क्षति: ROS अमीनो एसिड को ऑक्सीकृत कर सकते हैं, जिससे एंजाइम और संरचनात्मक प्रोटीन निष्क्रिय हो जाते हैं।
    • डीएनए क्षति: ROS डीएनए स्ट्रैंड में टूट-फूट और उत्परिवर्तन का कारण बन सकते हैं, जिससे आनुवंशिक अखंडता प्रभावित होती है।
    • प्रकाश संश्लेषण में बाधा: ROS प्रकाश संश्लेषण तंत्र के घटकों, विशेष रूप से PS-II, को नुकसान पहुंचा सकते हैं, जिससे प्रकाश संश्लेषण की दक्षता कम हो जाती है।

गंभीर ऑक्सीकारक तनाव अंततः क्रमादेशित कोशिका मृत्यु (programmed cell death) और पौधे की मृत्यु का कारण बन सकता है। पौधे इस तनाव से निपटने के लिए एंजाइमी (जैसे, सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेस, कैटालेज) और गैर-एंजाइमी (जैसे, एस्कॉर्बिक एसिड, ग्लूटाथियोन) एंटीऑक्सीडेंट का उपयोग करते हैं।

Q6. (अ) एंजाइम क्रिया को प्रभावित करने वाले विभिन्न कारकों की विवेचना कीजिए। (ब) ऑक्सिन किस प्रकार पादप वृद्धि को प्रभावित करते हैं, इसका वर्णन कीजिए।

Ans. (अ) एंजाइम क्रिया को प्रभावित करने वाले कारक एंजाइम जैविक उत्प्रेरक हैं जिनकी गतिविधि कई कारकों से प्रभावित होती है:

  1. तापमान: प्रत्येक एंजाइम एक इष्टतम तापमान पर सर्वाधिक सक्रिय होता है। इस तापमान से कम या अधिक होने पर एंजाइम की क्रियाशीलता कम हो जाती है। बहुत अधिक तापमान पर, एंजाइम की त्रि-आयामी संरचना नष्ट हो जाती है (विकृतीकरण), जिससे उसकी क्रियाशीलता समाप्त हो जाती है।
  2. pH: प्रत्येक एंजाइम एक विशिष्ट इष्टतम pH पर कार्य करता है। pH में अत्यधिक परिवर्तन (बहुत अम्लीय या क्षारीय) सक्रिय स्थल में अमीनो एसिड की आयनिक अवस्था को बदल सकता है, जिससे एंजाइम विकृत हो जाता है और उसकी गतिविधि कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, पेप्सिन अम्लीय माध्यम (pH ~2) में और ट्रिप्सिन क्षारीय माध्यम (pH ~8) में कार्य करता है।
  3. एंजाइम की सांद्रता: यदि सबस्ट्रेट की मात्रा पर्याप्त हो, तो अभिक्रिया की दर एंजाइम की सांद्रता के सीधे आनुपातिक होती है। अधिक एंजाइम का अर्थ है अधिक सक्रिय स्थलों की उपलब्धता।
  4. सबस्ट्रेट की सांद्रता: एक निश्चित एंजाइम सांद्रता पर, सबस्ट्रेट की सांद्रता बढ़ाने से अभिक्रिया की दर तब तक बढ़ती है जब तक कि सभी एंजाइम सबस्ट्रेट से संतृप्त न हो जाएं। इस बिंदु पर, दर स्थिर हो जाती है (Vmax तक पहुंच जाती है)।
  5. संदमक (Inhibitors): कुछ रासायनिक पदार्थ एंजाइम की क्रिया को रोकते या कम करते हैं, जिन्हें संदमक कहते हैं। ये प्रतिस्पर्धी, अप्रतिस्पर्धी या अन्य प्रकार के हो सकते हैं।
  6. सक्रियक (Activators): कुछ एंजाइमों को अपनी गतिविधि के लिए सह-कारकों (जैसे धातु आयन – Mg²⁺, Zn²⁺) या सह-एंजाइमों (जैसे NAD, FAD) की आवश्यकता होती है। इनकी उपस्थिति एंजाइम की क्रियाशीलता के लिए अनिवार्य होती है।

(ब) पादप वृद्धि पर ऑक्सिन का प्रभाव ऑक्सिन (जैसे इंडोल-3-एसिटिक एसिड, IAA) एक प्रमुख पादप हार्मोन है जो वृद्धि और विकास के कई पहलुओं को नियंत्रित करता है:

  • कोशिका दीर्घीकरण (Cell Elongation): यह ऑक्सिन का प्राथमिक कार्य है। अम्ल वृद्धि परिकल्पना (Acid Growth Hypothesis) के अनुसार, ऑक्सिन कोशिका झिल्ली में प्रोटॉन पंप (H⁺-ATPase) को उत्तेजित करता है। यह प्रोटॉन को कोशिका भित्ति में पंप करता है, जिससे उसका pH कम हो जाता है। यह अम्लीय वातावरण एक्सपैंसिन (expansin) नामक एंजाइमों को सक्रिय करता है, जो सेलूलोज माइक्रोफाइब्रिल के बीच के बंधनों को ढीला कर देते हैं, जिससे कोशिका भित्ति अधिक लचीली हो जाती है। फिर स्फीति दाब के कारण कोशिका का विस्तार होता है।
  • शीर्ष प्रमुखता (Apical Dominance): शीर्षस्थ कलिका में उत्पन्न ऑक्सिन पार्श्व (कक्षीय) कलिकाओं की वृद्धि को रोकता है। इससे पौधा झाड़ीदार होने के बजाय लंबा होता है। शीर्षस्थ कलिका को हटाने से ऑक्सिन का स्रोत हट जाता है, जिससे पार्श्व कलिकाएं बढ़ने लगती हैं।
  • जड़ निर्माण (Root Formation): ऑक्सिन अपस्थानिक और पार्श्व जड़ों के निर्माण को बढ़ावा देता है। इसका उपयोग बागवानी में कलमों में जड़ें उगाने के लिए रूटिंग हार्मोन के रूप में व्यापक रूप से किया जाता है।
  • अनुवर्तन गतियाँ (Tropisms): ऑक्सिन प्रकाशानुवर्तन (प्रकाश की ओर वृद्धि) और गुरुत्वानुवर्तन (गुरुत्वाकर्षण के प्रति प्रतिक्रिया) जैसी गतियों को नियंत्रित करता है। प्रकाशानुवर्तन में, प्रकाश के कारण ऑक्सिन तने के छाया वाले हिस्से की ओर चला जाता है, जिससे वहाँ अधिक कोशिका दीर्घीकरण होता है और तना प्रकाश की ओर झुक जाता है।
  • फल विकास (Fruit Development): ऑक्सिन फल की वृद्धि और विकास में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है और अनिषेकफलन (parthenocarpy) को प्रेरित कर सकता है।

Q7. निम्नलिखित में से किन्हीं चार पर लघु टिप्पणियाँ लिखिए : (क) फाइकोबिलिन (ख) जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण (ग) कृत्रिम वृद्धि हॉर्मोन (घ) प्रकाश-कालक्रम (ङ) वाहक प्रोटीन

Ans. (क) फाइकोबिलिन (Phycobilins) फाइकोबिलिन सहायक प्रकाश संश्लेषक वर्णक हैं जो साइनोबैक्टीरिया (नील-हरित शैवाल) और रोडोफाइटा (लाल शैवाल) में पाए जाते हैं। ये जल में घुलनशील होते हैं और प्रोटीन से जुड़े होते हैं, जिन्हें फाइकोबिलिप्रोटीन कहा जाता है। इनके दो मुख्य प्रकार हैं: फाइकोएरिथ्रिन (लाल वर्णक) और फाइकोसायनिन (नीला वर्णक)। ये वर्णक प्रकाश स्पेक्ट्रम के उस हिस्से (500-650 nm, हरा-पीला-नारंगी) को अवशोषित करते हैं जिसे क्लोरोफिल कुशलता से अवशोषित नहीं कर पाता है। यह क्षमता इन जीवों को गहरे पानी में जीवित रहने में मदद करती है, जहाँ केवल हरी-नीली रोशनी पहुँचती है। फाइकोबिलिन द्वारा अवशोषित प्रकाश ऊर्जा को प्रकाशतंत्र के क्लोरोफिल ‘a’ में स्थानांतरित कर दिया जाता है।

(ख) जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण (Biological Nitrogen Fixation) यह वह प्रक्रिया है जिसमें कुछ सूक्ष्मजीव वायुमंडलीय नाइट्रोजन गैस (N₂), जो कि अक्रिय होती है, को अमोनिया (NH₃) या अन्य नाइट्रोजन यौगिकों में परिवर्तित करते हैं, जिन्हें पौधे उपयोग कर सकते हैं। यह कार्य केवल कुछ प्रोकैरियोटिक जीव (डायजोट्रॉफ्स) ही कर सकते हैं। यह दो प्रकार का होता है:

  • सहजीवी: जैसे राइजोबियम बैक्टीरिया जो फलीदार पौधों (जैसे मटर, सेम) की जड़ों में गांठें (nodules) बनाकर रहते हैं।
  • असहजीवी: जैसे एज़ोटोबैक्टर (वायवीय) और क्लोस्ट्रीडियम (अवायवीय) बैक्टीरिया।

यह रूपांतरण नाइट्रोजिनेज एंजाइम कॉम्प्लेक्स द्वारा किया जाता है, जो ऑक्सीजन के प्रति अत्यंत संवेदनशील होता है। फलीदार पौधों में, लेगहीमोग्लोबिन नामक प्रोटीन ऑक्सीजन को बांधकर नाइट्रोजिनेज के लिए आवश्यक अवायवीय वातावरण बनाता है। यह एक अत्यधिक ऊर्जा-खपत वाली प्रक्रिया है।

(ग) कृत्रिम वृद्धि हॉर्मोन (Synthetic Growth Hormones) ये मानव निर्मित रासायनिक यौगिक हैं जो प्राकृतिक पादप हार्मोन (फाइटोहार्मोन) के प्रभावों की नकल करते हैं। ये अक्सर अपने प्राकृतिक समकक्षों की तुलना में अधिक स्थिर और शक्तिशाली होते हैं।

  • कृत्रिम ऑक्सिन (जैसे 2,4-D, NAA): इनका उपयोग कलमों में जड़ें उगाने, खरपतवारनाशी (2,4-D), और फलों को समय से पहले गिरने से रोकने के लिए किया जाता है।
  • कृत्रिम साइटोकिनिन (जैसे काइनेटिन): ऊतक संवर्धन में कोशिका विभाजन और प्ररोह निर्माण को बढ़ावा देने और सब्जियों को ताजा रखने के लिए उपयोग किया जाता है।
  • एथिलीन-विमोचन यौगिक (जैसे इथेफॉन): फलों को समान रूप से पकाने (केले, टमाटर में) और अनानास में पुष्पन को प्रेरित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

(घ) दीप्तिकालिता (Photoperiodism) यह किसी जीव की दिन या रात की लंबाई के प्रति शारीरिक प्रतिक्रिया है। पौधों में, यह मुख्य रूप से पुष्पन को प्रभावित करती है। इस प्रतिक्रिया के आधार पर पौधों को तीन श्रेणियों में बांटा गया है:

  • अल्प-प्रदीप्तकाली पौधे (Short-Day Plants): ये पौधे तब फूलते हैं जब दिन की लंबाई एक निश्चित क्रांतिक अवधि से कम होती है (यानी, रातें लंबी होती हैं)। उदाहरण: सोयाबीन, गुलदाउदी।
  • दीर्घ-प्रदीप्तकाली पौधे (Long-Day Plants): ये पौधे तब फूलते हैं जब दिन की लंबाई एक क्रांतिक अवधि से अधिक होती है (यानी, रातें छोटी होती हैं)। उदाहरण: पालक, गेहूँ।
  • दिवस-निरपेक्ष पौधे (Day-Neutral Plants): इनमें पुष्पन दिन की लंबाई से प्रभावित नहीं होता है। उदाहरण: टमाटर, मक्का।

प्रकाश की अवधि को ग्रहण करने वाला वर्णक फाइटोक्रोम है, जो इस प्रतिक्रिया को नियंत्रित करता है।

(ङ) वाहक प्रोटीन (Carrier Proteins) वाहक प्रोटीन (जिन्हें ट्रांसपोर्टर या परमीएज भी कहा जाता है) झिल्ली में एकीकृत प्रोटीन होते हैं जो सुगम विसरण (facilitated diffusion) और सक्रिय परिवहन (active transport) में शामिल होते हैं। ये चैनल प्रोटीन के विपरीत काम करते हैं; ये एक पोर बनाने के बजाय, परिवहन किए जाने वाले विशिष्ट विलेय से बंधते हैं। इस बंधन के कारण वाहक प्रोटीन में एक संरचनात्मक परिवर्तन होता है, जो विलेय को झिल्ली के एक तरफ से दूसरी तरफ स्थानांतरित कर देता है। इनकी विशेषताएं हैं:

  • विशिष्टता: ये एक विशेष अणु के लिए विशिष्ट होते हैं।
  • संतृप्ति: जब सभी वाहक प्रोटीन व्यस्त हो जाते हैं तो परिवहन दर अधिकतम हो जाती है।

सुगम विसरण में, वे सांद्रता प्रवणता के साथ परिवहन करते हैं, जबकि सक्रिय परिवहन में, वे ऊर्जा (जैसे ATP) का उपयोग करके सांद्रता प्रवणता के विरुद्ध परिवहन करते हैं।

IGNOU BBYCT-137 Previous Year Solved Question Paper in English

Q1. (a) State whether the following statements are True or False : (i) Phosphoenol Pyruvate (PEP) generates NADPH in place of NADP. (ii) The element sodium plays a key role in maintaining the turgor of plant cells. (iii) RuBP has a higher affinity for CO₂ than PEP. (iv) Ethylene is a gaseous hydrocarbon. (b) Fill in the blanks : (i) The upward movement of water is known as ______. (ii) Sugars are produced in ______ of C₄ plants. (iii) ______ protects nitrogenase against oxygen sensitivity in leguminous plants. (iv) ______ is the most widely distributed naturally occurring auxin. (c) Match the items given under Column A with those given in Column B: Column A (i) Coenzyme A, (ii) Haem, (iii) Sumner, (iv) Cobalt; Column B (1) Nitrate reductase, (2) Urease, (3) Catalase, (4) Vitamin derived coenzyme

Ans. (a) True or False:

  • (i) False . Phosphoenol Pyruvate (PEP) does not directly generate NADPH. In C₄ plants, PEP’s role is to fix CO₂ to form oxaloacetate. Oxaloacetate can be converted to malate, and during the decarboxylation of malate, NADPH is generated. So, the process is indirect.
  • (ii) False . The key element in maintaining the turgor of most plant cells, especially guard cells, is Potassium (K⁺) .
  • (iii) False . The enzyme PEP carboxylase, which uses PEP, has a much higher affinity for CO₂ (as bicarbonate, HCO₃⁻) than the enzyme RuBisCO, which uses RuBP.
  • (iv) True . Ethylene (C₂H₄) is a simple hydrocarbon that exists as a gas at biological temperatures and functions as a plant hormone.

(b) Fill in the blanks:

  • (i) The upward movement of water is known as ascent of sap .
  • (ii) Sugars are produced in bundle sheath cells of C₄ plants.
  • (iii) Leghaemoglobin protects nitrogenase against oxygen sensitivity in leguminous plants.
  • (iv) Indole-3-acetic acid (IAA) is the most widely distributed naturally occurring auxin.

(c) Match the columns:

  • (i) Coenzyme A – (4) Vitamin derived coenzyme
  • (ii) Haem – (3) Catalase
  • (iii) Sumner – (2) Urease
  • (iv) Cobalt – (1) Nitrate reductase ( Note: This match is by elimination; biologically, nitrate reductase contains molybdenum, not cobalt. The question may be flawed. )

Q2. Differentiate between the following pairs of terms : (a) Diffusion and Osmosis (b) C₃ and C₄ plants (c) Competitive and Non-competitive inhibition (d) Transpiration and Guttation

Ans. (a) Diffusion and Osmosis

  • Diffusion: It is the net movement of any substance (solid, liquid, or gas) from an area of higher concentration to an area of lower concentration. It does not require a semi-permeable membrane.
  • Osmosis: It is a special type of diffusion involving the movement of a solvent (usually water) across a semi-permeable membrane from a region of high solvent concentration (low solute concentration) to a region of low solvent concentration (high solute concentration).

(b)

C₃ and C₄ plants

  • C₃ plants: The first stable product of carbon fixation is a 3-carbon compound (3-Phosphoglycerate). CO₂ is fixed by the enzyme RuBisCO. They exhibit a high rate of photorespiration. Examples include rice, wheat, and soybeans.
  • C₄ plants: The first stable product is a 4-carbon compound (Oxaloacetate). They have a special ‘Kranz anatomy’. CO₂ is first fixed by PEP carboxylase in the mesophyll cells and then transported to bundle sheath cells where it is re-fixed by RuBisCO. Photorespiration is negligible, making them more efficient in hot, dry conditions. Examples include maize, sugarcane, and sorghum.

(c)

Competitive and Non-competitive inhibition

  • Competitive inhibition: The inhibitor molecule resembles the substrate and competes for the same active site on the enzyme. This inhibition can be overcome by increasing the substrate concentration. It increases the Km but does not change the Vmax.
  • Non-competitive inhibition: The inhibitor binds to the enzyme at a site other than the active site (an allosteric site). This binding alters the enzyme’s shape and reduces its activity. It cannot be overcome by increasing substrate concentration. It decreases the Vmax but does not change the Km.

(d)

Transpiration and Guttation

  • Transpiration: It is the loss of water from the plant in the form of water vapor , primarily through stomata on the leaves. It occurs mainly during the day and is a regulated process. The water lost is pure.
  • Guttation: It is the loss of water in the form of liquid droplets from the margins of leaves through special pores called hydathodes. It typically occurs during the night or early morning when humidity is high and transpiration is low. The exuded water contains dissolved salts and sugars. It is not a regulated process.

Q3. (a) Explain water potential and its components. (b) Give a brief account on the photorespiration process.

Ans. (a) Water Potential and its Components Water potential (Ψw) is a fundamental concept in plant physiology that measures the potential energy of water in a system relative to pure, free water at the same temperature and pressure. It determines the direction of water movement; water always moves from an area of higher water potential to an area of lower water potential. It is expressed in units of pressure, such as megapascals (MPa). The total water potential is the sum of its component potentials:

  • Solute Potential (Ψs): Also known as osmotic potential, it accounts for the effect of dissolved solutes. Solutes reduce the free energy of water, so the addition of solutes always lowers the water potential. Therefore, Ψs is always a negative value. The more solutes, the more negative the Ψs.
  • Pressure Potential (Ψp): This component represents the physical hydrostatic pressure on the water. In a plant cell, this is the turgor pressure exerted by the cell content against the cell wall, which is typically positive . In the xylem, tension can lead to a negative pressure potential.
  • Matric Potential (Ψm): This reflects the adhesion of water to surfaces, such as soil particles or cell walls. In fully hydrated plant cells, it is usually negligible and often omitted from the equation.

The relationship is summarized by the equation:

Ψw = Ψs + Ψp

(b) The Photorespiration Process Photorespiration is a light-dependent metabolic pathway that occurs in C₃ plants when the enzyme RuBisCO acts on oxygen (O₂) instead of carbon dioxide (CO₂). This “wasteful” process typically occurs under conditions of high temperature, high light intensity, and a high O₂ to CO₂ ratio, often when stomata close to conserve water. The process involves three organelles: the chloroplast, peroxisome, and mitochondrion.

  1. Chloroplast: RuBisCO catalyzes the oxygenation of Ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP), producing one molecule of 3-phosphoglycerate (3-PGA), which can enter the Calvin cycle, and one molecule of a 2-carbon compound, 2-phosphoglycolate.
  2. Peroxisome: The 2-phosphoglycolate is dephosphorylated to glycolate in the chloroplast, which then moves to the peroxisome. Here, glycolate is oxidized to glyoxylate, producing hydrogen peroxide (H₂O₂), which is detoxified by catalase. Glyoxylate is then converted to the amino acid glycine.
  3. Mitochondrion: Two molecules of glycine are transported into the mitochondrion. They are converted into one molecule of the amino acid serine, releasing one molecule of CO₂ and one molecule of ammonia (NH₃) in the process.

Photorespiration is considered wasteful because it consumes ATP and NADPH, and it releases previously fixed carbon as CO₂, thereby reducing the overall efficiency of photosynthesis by as much as 25%. However, it may play a role in protecting the plant from photo-oxidative damage under high light stress.

Q4. (a) Give a detailed account on the structure and functions of Photosystem-II. (b) Explain the chemiosmatic model mechanism for ATP synthesis.

Ans. (a) Structure and Functions of Photosystem II (PSII) Photosystem II is a large multi-protein complex embedded in the thylakoid membranes of chloroplasts, primarily in the grana stacks. It is the first complex in the light-dependent reactions of photosynthesis. Structure:

  • Reaction Center Core: At its heart is the reaction center, which contains a special pair of chlorophyll a molecules known as P680 because they best absorb light at a wavelength of 680 nm. It also includes primary electron acceptors (like pheophytin) and is surrounded by the D1 and D2 proteins.
  • Light-Harvesting Complex (LHCII): Surrounding the core is an antenna system composed of chlorophyll a, chlorophyll b, and carotenoids. These pigments capture light energy and funnel it to the P680 reaction center.
  • Oxygen-Evolving Complex (OEC): Located on the lumenal side of the thylakoid membrane, this complex contains a cluster of manganese (Mn), calcium (Ca²⁺), and chloride (Cl⁻) ions. It is responsible for splitting water molecules.


Functions:

  1. Light Absorption: The antenna pigments of LHCII absorb photons, and the excitation energy is transferred to the P680 reaction center.
  2. Charge Separation: The energy excites P680, causing it to donate an electron to a primary electron acceptor, pheophytin. This leaves P680 in an oxidized, highly reactive state (P680⁺).
  3. Water Splitting (Photolysis): To replace its lost electron, the powerful oxidant P680⁺ extracts an electron from water. The OEC catalyzes this reaction: 2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂ . This process releases electrons for the transport chain, protons into the thylakoid lumen, and is the source of nearly all atmospheric oxygen.
  4. Electron Transport: The energized electron from P680 is passed along an electron transport chain (to plastoquinone, cytochrome b₆f complex, and plastocyanin) towards Photosystem I.

(b)

Chemiosmotic Model for ATP Synthesis

The chemiosmotic model, proposed by Peter Mitchell, explains how the energy released from electron transport is used to generate ATP. This mechanism is central to both photosynthesis (photophosphorylation) and cellular respiration (oxidative phosphorylation).

The mechanism involves two key steps:

  1. Establishment of a Proton Motive Force: During the light-dependent reactions of photosynthesis, the movement of electrons through the electron transport chain (from PSII to PSI) provides energy to pump protons (H⁺) from the chloroplast stroma into the thylakoid lumen. Additionally, the splitting of water by PSII releases protons into the lumen, and the reduction of NADP⁺ in the stroma consumes protons. This results in the accumulation of a high concentration of H⁺ inside the lumen relative to the stroma, creating a strong electrochemical gradient known as the proton-motive force . This force consists of a chemical gradient (difference in H⁺ concentration) and an electrical gradient (charge difference across the membrane).
  2. ATP Synthesis via ATP Synthase: Embedded in the thylakoid membrane is a large enzyme complex called ATP Synthase . This enzyme has two main components:
    • F₀ unit: A transmembrane channel that allows protons to flow down their electrochemical gradient from the lumen back into the stroma.
    • F₁ unit: A catalytic “knob” that protrudes into the stroma.

    The flow of protons through the F₀ channel causes the F₁ unit to rotate. This rotational energy induces a conformational change in the F₁ subunit, which drives the synthesis of

    ATP

    from ADP and inorganic phosphate (Pi). The energy stored in the proton gradient is thus converted into the chemical energy of ATP.

Q5. (a) Briefly describe the radial movement of ions in roots. (b) What is oxidative stress and how does it affect plants?

Ans. (a) Radial Movement of Ions in Roots The radial movement of ions describes their transport from the soil solution, across the root, and into the central vascular cylinder (xylem). This journey involves crossing several layers of cells: the epidermis, cortex, endodermis, and pericycle. There are two primary pathways for this movement:

  1. The Apoplast Pathway: In this pathway, water and dissolved ions move through the non-living parts of the root, which include the cell walls and the intercellular spaces. This is a rapid, non-selective pathway. However, the apoplastic route is blocked at the endodermis by the Casparian strip , a band of waterproof, suberin-impregnated cell wall material.
  2. The Symplast Pathway: In this pathway, ions move through the living part of the cells, from the cytoplasm of one cell to the next via intercellular connections called plasmodesmata . To enter the symplast, ions must first cross the plasma membrane of an epidermal or cortex cell, making this a selective and regulated process.


Overall Process:

Ions can travel via either pathway through the cortex. Upon reaching the endodermis, the Casparian strip forces any ions traveling in the apoplast to cross the endodermal plasma membrane and enter the symplast. This ensures that the plant has selective control over which substances enter the xylem. Once past the endodermis, ions are actively loaded from the pericycle cells into the xylem vessels for long-distance transport to the shoot.

(b)

Oxidative Stress and its Effects on Plants

Oxidative stress

is a state of physiological stress caused by an imbalance between the production of reactive oxygen species (ROS) and a plant’s ability to detoxify these reactive products or repair the resulting damage.


Reactive Oxygen Species (ROS)

are highly reactive molecules and free radicals derived from molecular oxygen. Common ROS include the superoxide radical (O₂⁻), hydrogen peroxide (H₂O₂), and the hydroxyl radical (•OH). While they are normal by-products of metabolic processes like photosynthesis and respiration, their production can dramatically increase under adverse environmental conditions such as drought, salinity, high light, and extreme temperatures.


Effects on Plants:

When the production of ROS overwhelms the plant’s antioxidant defense systems, they can cause significant damage to cellular components.

  • Lipid Peroxidation: ROS attack polyunsaturated fatty acids in cell membranes, leading to a loss of membrane fluidity and integrity, causing leakage of cellular contents.
  • Protein Damage: ROS can oxidize amino acids, causing proteins to lose their function. This can inactivate critical enzymes and damage structural proteins.
  • DNA Damage: ROS can cause breaks in DNA strands and chemical modifications of bases, leading to mutations and compromising the plant’s genetic integrity.
  • Inhibition of Photosynthesis: The photosynthetic machinery, especially Photosystem II, is highly susceptible to damage by ROS, leading to a decline in photosynthetic efficiency.

Severe oxidative stress can ultimately trigger programmed cell death and lead to the death of the plant. Plants have evolved complex antioxidant systems (both enzymatic and non-enzymatic) to scavenge ROS and mitigate this damage.

Q6. (a) Discuss the various factors that affect the enzyme activity. (b) Describe how auxins affect plant growth.

Ans. (a) Factors Affecting Enzyme Activity Enzymes are highly specific biological catalysts, and their activity is influenced by several factors:

  1. Temperature: Each enzyme has an optimal temperature at which its activity is maximal. As temperature increases towards the optimum, the reaction rate increases. However, temperatures above the optimum cause the enzyme to denature (lose its three-dimensional structure), leading to a rapid loss of activity. Low temperatures decrease activity but usually do not cause irreversible damage.
  2. pH: Every enzyme has an optimal pH range for its activity. Extreme pH values (highly acidic or alkaline) can alter the charge on the amino acids in the active site and disrupt the enzyme’s tertiary structure, leading to denaturation and inactivation. For instance, pepsin in the stomach works best at a very low pH (~2), while trypsin in the small intestine has an optimal pH of around 8.
  3. Enzyme Concentration: Assuming the substrate is not limiting, the rate of reaction is directly proportional to the concentration of the enzyme. The more enzyme molecules available, the more active sites there are to bind with the substrate, leading to a faster reaction rate.
  4. Substrate Concentration: As the concentration of the substrate increases (with a fixed enzyme concentration), the reaction rate increases until it reaches a maximum velocity (Vmax). At this point, the enzyme is said to be saturated with the substrate, and further increases in substrate concentration do not increase the reaction rate.
  5. Inhibitors: The presence of certain chemical substances, called inhibitors, can reduce or block enzyme activity. These can be competitive (compete for the active site) or non-competitive (bind to an allosteric site).
  6. Activators: Some enzymes require the presence of non-protein molecules called cofactors (e.g., metal ions like Mg²⁺, Zn²⁺) or coenzymes (organic molecules, often derived from vitamins) to be active.

(b)

How Auxins Affect Plant Growth

Auxins, with Indole-3-acetic acid (IAA) being the most common natural example, are a class of plant hormones that play a crucial role in regulating plant growth and development.

  • Cell Elongation: This is the most well-known effect of auxins. According to the Acid Growth Hypothesis , auxin promotes cell elongation primarily in stems and coleoptiles. It stimulates proton pumps (H⁺-ATPases) in the plasma membrane, which pump protons into the cell wall region. The resulting decrease in pH activates enzymes called expansins , which loosen the bonds holding the cell wall components together. This increases wall extensibility, allowing the cell to expand under the force of turgor pressure.
  • Apical Dominance: Auxin produced in the apical (terminal) bud diffuses downwards and inhibits the growth of the lateral (axillary) buds. This phenomenon ensures that the plant invests its energy in growing taller to compete for light. If the apical bud is removed, the source of auxin is eliminated, and the lateral buds begin to grow.
  • Root Initiation: While high concentrations of auxin can inhibit root elongation, it is crucial for initiating the formation of lateral and adventitious roots. This property is exploited commercially, as synthetic auxins are used as rooting powders to propagate plants from cuttings.
  • Tropisms: Auxin mediates plant responses to environmental stimuli, such as phototropism (growth towards light) and gravitropism (growth in response to gravity). In phototropism, unilateral light causes auxin to migrate to the shaded side of the stem, promoting greater cell elongation there and causing the stem to bend towards the light source.
  • Fruit Development: Auxins are involved in the growth and development of fruits and can be used to induce the development of seedless (parthenocarpic) fruits.

Q7. Write short notes on any four of the following : (a) Phycobilins (b) Biological Nitrogen fixation (c) Synthetic Growth Hormones (d) Photoperiodism (e) Carrier proteins

Ans. (a) Phycobilins Phycobilins are water-soluble accessory photosynthetic pigments found in cyanobacteria and red algae (Rhodophyta). They are proteins that are covalently linked to light-absorbing chromophores. The entire pigment-protein complex is called a phycobiliprotein. The two main types are phycoerythrin (a red pigment) and phycocyanin (a blue pigment). These pigments absorb light in the green, yellow, and orange regions of the spectrum (approx. 500-650 nm), wavelengths that are poorly absorbed by chlorophylls. This allows these organisms to thrive in aquatic environments at depths where blue-green light penetrates. The energy captured by phycobilins is efficiently transferred to the chlorophyll a in the reaction centers of the photosystems. (b) Biological Nitrogen Fixation Biological nitrogen fixation is the process by which atmospheric nitrogen gas (N₂), which is largely inert and unavailable to most organisms, is converted into ammonia (NH₃) or related nitrogenous compounds. This vital process is carried out by a specialized group of prokaryotes called diazotrophs. The conversion is catalyzed by an enzyme complex called nitrogenase , which is extremely sensitive to oxygen. There are two main types:

  • Symbiotic fixation: Bacteria like Rhizobium form nodules on the roots of leguminous plants (e.g., peas, beans), fixing nitrogen in exchange for carbohydrates. A protein called leghaemoglobin maintains the low-oxygen environment needed for nitrogenase to function.
  • Non-symbiotic fixation: Performed by free-living bacteria in the soil, such as the aerobic Azotobacter and the anaerobic Clostridium , and by some cyanobacteria like Nostoc .

The process is highly energy-intensive, requiring 16 ATP molecules to fix one molecule of N₂.

(c)

Synthetic Growth Hormones

Synthetic growth hormones are man-made chemical compounds designed to mimic the effects of natural plant hormones (phytohormones). They are often used in agriculture and horticulture because they can be more potent, stable, and cost-effective than their natural counterparts. Examples include:

  • Synthetic Auxins (e.g., Naphthaleneacetic acid (NAA), 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D)): Used as rooting agents for cuttings, to prevent premature fruit drop, and, at high concentrations, as selective herbicides against broadleaf weeds (e.g., 2,4-D).
  • Synthetic Cytokinins (e.g., Kinetin, Benzyladenine): Used in plant tissue culture to promote cell division and shoot formation, and to delay senescence in leafy vegetables and cut flowers.
  • Ethephon: A compound that releases ethylene gas upon application. It is used to promote uniform fruit ripening (in tomatoes, bananas), induce flowering in pineapples, and stimulate latex flow in rubber trees.

(d)

Photoperiodism

Photoperiodism is the physiological response of plants to the relative lengths of day and night, particularly concerning the induction of flowering. Based on their photoperiodic requirements, plants are classified into three main groups:

  1. Short-Day Plants (SDPs): These plants flower only when the day length is shorter than a certain critical duration. In reality, they are long-night plants, as they require an uninterrupted period of darkness that exceeds a critical length. Examples include chrysanthemums and soybeans.
  2. Long-Day Plants (LDPs): These plants flower when the day length exceeds a critical duration. They are essentially short-night plants. Examples include spinach, lettuce, and wheat.
  3. Day-Neutral Plants (DNPs): Flowering in these plants is not controlled by day length but by other factors such as developmental maturity or temperature. Examples include tomatoes, maize, and cucumbers.

The pigment responsible for perceiving the photoperiod is

phytochrome

.

(e)

Carrier Proteins

Carrier proteins, also known as transporters or permeases, are integral membrane proteins that facilitate the movement of specific ions and small molecules (like sugars and amino acids) across a biological membrane. Unlike channel proteins that form a simple pore, carriers operate by binding to the specific solute they transport. This binding induces a

conformational change

in the protein’s structure. This change in shape effectively moves the solute from one side of the membrane to the other, where it is released. Key characteristics of carrier-mediated transport include:

  • Specificity: Each carrier protein is highly specific for the molecule(s) it transports.
  • Saturation: The rate of transport reaches a maximum (Vmax) when all carrier proteins are occupied, a phenomenon similar to enzyme kinetics.

Carrier proteins are involved in both

facilitated diffusion

(movement down a concentration gradient, no energy required) and

active transport

(movement against a concentration gradient, requires energy).


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