PPHYS 311 Lecture 30: पुनरीक्षण (Revision II): पादप श्वसन, पादप वृद्धि एवं फसल वृद्धि विश्लेषण (Lectures 16

AGRO PATH FINDER
PPHYS 311 · Crop Physiology — Final Notes

LECTURE 30 / 32 · PPHYS 311

पुनरीक्षण (Revision II): पादप श्वसन, पादप वृद्धि एवं फसल वृद्धि विश्लेषण (Lectures 16–19 Master Synthesis)

Revision: Respiration, Plant Growth and Development

High-Yield Master Revision of Lectures 16 to 19: Glycolysis, Link Reaction, Krebs Cycle, Mitochondrial ETC & 36/38 ATP Balance Sheet, PPP, RQ Values Master Chart, Sigmoid Growth Curve, Auxanometer & Crop Growth Analysis Formulas (CGR, RGR, NAR, LAI, LAD, LAR, SLA, SLW, HI)

विषय सूची · Quick Navigation

अधिगम उद्देश्य · Learning Objectives प्रस्तावना · Introduction महत्वपूर्ण परिभाषाएँ · Definitions वर्गीकरण · Classification महत्वपूर्ण सिद्धांत · Principles कार्यिकीय प्रक्रियाएँ · Detailed Topics तुलनात्मक सारणियाँ · Comparison Tables सूत्र एवं गणनाएँ · Calculations माइंड मैप · Mind Map प्रवाह चित्र · Flowchart परीक्षा टिप्स · Exam Tips त्वरित पुनरावृत्ति · Quick Revision MCQs — उत्तर एवं व्याख्या अति लघु उत्तरीय प्रश्न लघु उत्तरीय प्रश्न दीर्घ उत्तरीय प्रश्न परीक्षा वन-लाइनर्स

Original syllabus: Revision: Respiration, Plant Growth and Development (Theory • Lecture 30)

अध्ययन सामग्री: उपयोगकर्ता द्वारा उपलब्ध PPHYS 311 notes पर आधारित। किस्मों एवं तकनीकों के उदाहरणों को उनके स्रोत और क्षेत्रीय संदर्भ में पढ़ें।

अधिगम उद्देश्य · Learning Objectives

पादप श्वसन (Lectures 16–17) के तीनों चरणों (ग्लाइकोलाइसिस — कोशिकाद्रव्य, क्रेब्स चक्र — माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स, ETC — आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली), 36/38 ATP बैलेंस शीट, पेंटोज फॉस्फेट पथ (PPP) और श्वसन गुणांक (RQ) के सभी 8 मानक मानों का त्वरित पुनरीक्षण करना।
पादप वृद्धि एवं विभेदन (Lecture 18) के तीनों चरणों (Meristematic, Elongation, Maturation), सिग्मॉइड वृद्धि वक्र (Lag, Log/Exponential, Stationary), विभेदन $\to$ निर्विभेदन $\to$ पुनर्विभेदन, पूर्णशक्तता (Totipotency) और ऑक्सेनोमीटर सूत्र को दोहराना।
फसल वृद्धि विश्लेषण (Lecture 19) के सभी 9 वृद्धि सूचकांकों (CGR, RGR, NAR, LAI, LAD, LAR, SLA, SLW एवं Harvest Index – HI) के सूत्र, इकाइयाँ (Units) और संख्यात्मक संबंध ( $CGR = NAR \times LAI$ एवं $RGR = NAR \times LAR$ ) कंठस्थ करना।

प्रस्तावना · Introduction

यह व्याख्यान (Lecture 30) हमारे पाठ्यक्रम के व्याख्यान 16 से 19 (Lectures 16–19)—अर्थात् पादप श्वसन (Respiration), पादप वृद्धि एवं विभेदन (Plant Growth & Differentiation) और फसल वृद्धि विश्लेषण (Crop Growth Analysis)—का उच्च-उपज 'मास्टर पुनरीक्षण' (Master Revision) है! इस खंड से परीक्षा में सबसे ज्यादा ATP की संख्यात्मक गणना, श्वसन गुणांक (RQ) के मान और CGR, RGR, NAR, LAI व HI के सूत्र व इकाइयाँ पूछी जाती हैं। आइए इन सभी को एक क्रिस्टल-क्लियर रिवीजन चार्ट और संख्यात्मक अभ्यास के साथ पक्का करें!

महत्वपूर्ण परिभाषाएँ · Definitions

श्वसन का 38 ATP मास्टर बजट नियम (Master 38/36 ATP Rule per Glucose)

1 अणु ग्लूकोज के पूर्ण वायवीय ऑक्सीकरण में:
1. ग्लाइकोलाइसिस (कोशिकाद्रव्य): 2 शुद्ध ATP (SLP) + 2 NADH (= 6 या 4 ATP) = 8 या 6 ATP।
2. लिंक अभिक्रिया (2 Pyruvate $\to$ 2 Acetyl-CoA): 2 NADH = 6 ATP।
3. क्रेब्स चक्र (2 चक्कर — मैट्रिक्स): 2 ATP/GTP (SLP) + 6 NADH (18 ATP) + 2 ${FADH}_{2}$ (4 ATP) = 24 ATP।
• महायोग = 38 ATP (या मलेट-एस्पार्टेट बनाम ग्लिसरॉल-फॉस्फेट शटल के अनुसार 36 ATP)! (जबकि अवायवीय किण्वन में केवल 2 ATP बनते हैं!)

श्वसन गुणांक (RQ) के 6 स्वर्ण मान (Golden RQ Values)

$RQ = C O_{2} / O_{2}$ :
• कार्बोहाइड्रेट = 1.0 | वसा/तेल = 0.70 | प्रोटीन = 0.80–0.90 | रात्रि में CAM (*Opuntia*) = 0.0 | कार्बनिक अम्ल = >1.0 (मैलिक = 1.33, ऑक्सैलिक = 4.0) | अवायवीय श्वसन = $\infty$ (अनंत)!

फसल वृद्धि विश्लेषण के दो स्वर्ण संबंध (Two Golden Identities of Growth Analysis)

1. $CGR = NAR \times LAI$ ( ${g m}^{- 2} {day}^{- 1}$ )
2. $RGR = NAR \times LAR = NAR \times LWR \times SLA$ ( ${g g}^{- 1} {day}^{- 1}$ )

वर्गीकरण · Classification

1. पादप श्वसन (Lectures 16–17) के सर्वोच्च-उपज परीक्षा बिंदु

1. ग्लाइकोलाइसिस (EMP Pathway — कोशिकाद्रव्य): वायवीय व अवायवीय दोनों में समान; पेसमेकर एंजाइम = Phosphofructokinase (PFK); अंतिम उत्पाद = 2 पाइरुविक अम्ल (3C)।
2. क्रेब्स चक्र (TCA / Citric Acid Cycle — माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स): प्रथम उत्पाद = सिट्रिक अम्ल (6C); एकमात्र 5-C अम्ल = $α$ -Ketoglutaric acid; एकमात्र झिल्ली-बद्ध एंजाइम = Succinate dehydrogenase (Complex II)!
3. माइटोकॉन्ड्रियल ETC (आंतरिक झिल्ली / क्रिस्टी): 4 कॉम्प्लेक्स (I, II, III, IV) + Complex V ( $F_{0} - F_{1}$ ATP Synthase); अंतिम इलेक्ट्रॉन ग्राही = आणविक ऑक्सीजन ( $\frac{1}{2} O_{2} \to H_{2} O$ ); सायनाइड और CO Complex IV (Cytochrome $a - a_{3}$ oxidase) को रोकते हैं; पादप माइटोकॉन्ड्रिया में सायनाइड-प्रतिरोधी वैकल्पिक ऑक्सीडेज (AOX — ऊष्मा जनन) पाया जाता है!
4. पेंटोज फॉस्फेट पथ (PPP / HMP Shunt — कोशिकाद्रव्य): NADPH (वसा संश्लेषण हेतु), Ribose-5-P (DNA/RNA हेतु) और Erythrose-4-P (लिग्निन व फिनोलिक्स हेतु) बनाता है!
5. श्वसन कारक: $Q_{10} = 2.0 – 2.5$ ; Extinction point = 1–3% $O_{2}$ ; CA Storage = कम ताप ( $1 – 4^{\circ} C$ ) + कम $O_{2}$ ( $2 – 3 %$ ) + उच्च $C O_{2}$ ( $3 – 5 %$ )।

2. पादप वृद्धि एवं फसल वृद्धि विश्लेषण (Lectures 18–19) के सर्वोच्च-उपज परीक्षा बिंदु

1. वृद्धि के 3 चरण: Meristematic (Formative) $\to$ Elongation (अधिकतम वृद्धि!) $\to$ Maturation।
2. सिग्मॉइड वृद्धि वक्र (S-Curve — Sachs): Lag phase (धीमी) $\to$ Log / Exponential phase (अधिकतम तीव्र वृद्धि / Grand period of growth) $\to$ Stationary / Senescent phase।
3. अंकगणितीय बनाम ज्यामितीय वृद्धि: अंकगणितीय ( $L_{t} = L_{0} + r t$ — एक रेखीय वक्र) बनाम ज्यामितीय ( $W_{1} = W_{0} e^{r t}$ — सिग्मॉइड वक्र)।
4. विभेदन क्रम: Meristem $\overset{Differentiation}{\to}$ Parenchyma $\overset{Dedifferentiation}{\to}$ Callus / Cork Cambium $\overset{Redifferentiation}{\to}$ Secondary Xylem/Phloem/Bark!
5. सुघट्यता / विषमपर्णता (Plasticity / Heterophylly): विकासमूलक विषमपर्णता = धनिया, कपास, लार्कस्पर; पर्यावरणीय (जलीय) विषमपर्णता = बटरकप (*Ranunculus*) व सिंघाड़ा।
6. ऑक्सेनोमीटर सूत्र: $Actual Growth = \frac{Distance moved by pointer \times Radius of pulley (r)}{Length of pointer (L)}$ ।

महत्वपूर्ण सिद्धांत · Principles

फसल वृद्धि विश्लेषण के सभी 9 सूत्रों और इकाइयों का एकीकृत मास्टर चार्ट (Master Chart of All 9 Crop Growth Analysis Parameters): परीक्षा में सूत्र और इकाई का मिलान 100% आता है, जिसे नीचे तालिका 30.1 में संकलित किया गया है। विशेष ध्यान दें कि CGR में जमीन का क्षेत्रफल ( $P$ ) हर (Denominator) में आता है, RGR में पादप शुष्क भार ( $W$ ) हर में आता है, और NAR में पर्ण क्षेत्रफल ( $A$ ) हर में आता है!

कार्यिकीय प्रक्रियाएँ · Detailed Topics

1. पादप श्वसन, ATP बजट एवं श्वसन गुणांक (RQ) का त्वरित पुनरीक्षण

1. Master Revision of Respiration & RQ (श्वसन एवं श्वसन गुणांक का संपूर्ण सार)

श्वसन से संबंधित परीक्षा के 5 सबसे महत्वपूर्ण नियम:
1. ग्लूकोज का ऑक्सीकरण स्थान: ग्लाइकोलाइसिस और पेंटोज फॉस्फेट पथ (PPP) कोशिकाद्रव्य (Cytosol) में चलते हैं; लिंक अभिक्रिया और क्रेब्स चक्र माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में चलते हैं; और इलेक्ट्रॉन परिवहन शृंखला (ETC) आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली (Cristae) पर चलती है।
2. क्रेब्स चक्र के कार्बन संख्या नियम: 6-कार्बन अम्ल (Citric acid, cis-Aconitic acid, Isocitric acid)

\to

प्रथम विकार्बोक्सिलीकरण

\to

5-कार्बन अम्ल ( $α$ -Ketoglutaric acid)

\to

द्वितीय विकार्बोक्सिलीकरण

\to

4-कार्बन अम्ल (Succinyl-CoA, Succinic acid, Fumaric acid, Malic acid, OAA)!
3. सीधे ATP (Substrate-level phosphorylation – SLP) बनने के स्थान: ग्लाइकोलाइसिस में 4 ATP बनते हैं (2 खर्च होकर शुद्ध 2 ATP) और क्रेब्स चक्र में (Succinyl-CoA

\to

Succinate चरण पर) प्रति ग्लूकोज 2 GTP/ATP बनते हैं; अर्थात् बिना ETC के कुल 4 शुद्ध ATP बनते हैं!
4. ऑक्सीकरणीय फॉस्फोरिलीकरण (ETC):

1 NADH = 3 ATP

(आधुनिक:

2.5 ATP

) और

1 {FADH}_{2} = 2 ATP

(आधुनिक:

1.5 ATP

)।
5. गैनोंग रेस्पिरोमीटर: श्वसन गुणांक (

RQ = C O_{2} / O_{2}

) मापने का यंत्र जिसमें KOH द्वारा

C O_{2}

अवशोषित की जाती है।

मुख्य बिंदु · Key Points

ग्लाइकोलाइसिस + क्रेब्स चक्र में कुल 10 NADH (2 + 2 + 6) और 2 ${FADH}_{2}$ बनते हैं।
अवायवीय श्वसन में पाइरुवेट से इथेनॉल + $C O_{2}$ (यीस्ट व जलमग्न जड़ों में) बनता है और केवल 2 ATP मिलते हैं।
क्लाइमेक्टेरिक फलों (आम, केला, सेब, पपीता, टमाटर) में पकते समय एथिलीन और श्वसन में तीव्र उछाल आता है।

कृषीय महत्व · Agricultural Importance

कोल्ड स्टोरेज और CA स्टोरेज में श्वसन को विलुप्ति बिंदु (2–3% $O_{2}$ ) के पास रखकर फलों और बीजों की जीवन क्षमता महीनों तक सुरक्षित रखी जाती है।

2. फसल वृद्धि विश्लेषण (CGR, RGR, NAR, LAI, LAD, LAR, SLA, SLW, HI) का त्वरित पुनरीक्षण

2. Master Revision of Crop Growth Analysis: CGR, RGR, NAR, LAI & HI (फसल वृद्धि विश्लेषण का संपूर्ण सार)

नीचे दी गई तुलनात्मक तालिका 30.1 में फसल वृद्धि विश्लेषण के सभी 9 पैरामीटर, उनके वैज्ञानिक प्रतिपादक, सटीक गणितीय सूत्र और मानक इकाइयाँ (Units) दी गई हैं। इसके साथ ही दो मुख्य व्युत्पन्न संबंध याद रखें:
1. $CGR = NAR \times LAI$ (अर्थात् फसल की प्रति वर्ग मीटर दैनिक वृद्धि दर = पत्ती की शुद्ध प्रकाश-संश्लेषी दक्षता

\times

पर्ण क्षेत्र सूचकांक)!
2. $Economic Yield = Biological Yield \times Harvest Index (HI)$ (डोनल्ड, 1962)!

मुख्य बिंदु · Key Points

इष्टतम LAI (Optimum LAI): जब प्रकाश ग्रहण 95% और CGR सर्वोच्च (Maximum) होता है (धान/मक्का में 4 से 6)।
एकल पत्ती की मोटाई और प्रकाश-संश्लेषी क्षमता का सूचक = SLW (Specific Leaf Weight = $W_{L} / A$ )।
आधुनिक बौनी गेहूँ/धान किस्मों का Harvest Index (HI) = 45–50% और आलू/चुकंदर का 75–85% होता है।

कृषीय महत्व · Agricultural Importance

हरित क्रांति में गेहूँ और धान की पैदावार दोगुनी होने का मुख्य कार्यिकीय कारण जैविक उपज बढ़ना नहीं, बल्कि कटाई सूचकांक (HI) का 30% से बढ़कर 50% होना था!

तुलनात्मक सारणियाँ · Comparison Tables

तालिका 30.1: फसल वृद्धि विश्लेषण (Crop Growth Analysis) के सभी 9 मापदंडों की मास्टर सूत्र एवं इकाई तालिका

वृद्धि सूचकांक (Growth Parameter)	प्रतिपादक (Proposed By)	गणितीय सूत्र (Mathematical Formula)	मानक इकाई (Standard Unit)
1. CGR (Crop Growth Rate)	Watson (1958)	$CGR = \frac{1}{P} \cdot \frac{W_{2} - W_{1}}{t_{2} - t_{1}} = NAR \times LAI$	${g m}^{- 2} {day}^{- 1}$ (या ${kg ha}^{- 1} {day}^{- 1}$ )
2. RGR (Relative Growth Rate)	Blackman (1919)	$RGR = \frac{\ln W_{2} - \ln W_{1}}{t_{2} - t_{1}} = \frac{2.303 (\log_{10} W_{2} - \log_{10} W_{1})}{t_{2} - t_{1}}$	${g g}^{- 1} {day}^{- 1}$ (या ${day}^{- 1}$ )
3. NAR (Net Assimilation Rate / ULWR)	Gregory (1918) / Williams	$NAR = \frac{W_{2} - W_{1}}{t_{2} - t_{1}} \times \frac{\ln A_{2} - \ln A_{1}}{A_{2} - A_{1}}$	${g m}^{- 2} {(leaf area) day}^{- 1}$
4. LAI (Leaf Area Index)	D.J. Watson (1947)	$LAI = \frac{Total One-sided Leaf Area (A)}{Ground Area (P)}$	इकाई-रहित (Dimensionless — $m^{2} / m^{2}$ )
5. LAD (Leaf Area Duration)	Power et al. (1967)	$LAD = \frac{{LAI}_{1} + {LAI}_{2}}{2} \times (t_{2} - t_{1})$	दिन (Days) या सप्ताह (Weeks)
6. LAR (Leaf Area Ratio)	Briggs et al. (1920)	$LAR = \frac{Leaf Area (A)}{Total Plant Dry Weight (W)} = SLA \times LWR$	$m^{2} g^{- 1}$ (या ${cm}^{2} g^{- 1}$ )
7. SLA (Specific Leaf Area — पत्ती का पतलापन)	Kvet et al. (1971)	$SLA = \frac{Leaf Area (A)}{Leaf Dry Weight (W_{L})} = \frac{1}{SLW}$	${cm}^{2} g^{- 1}$ (या $m^{2} g^{- 1}$ )
8. SLW (Specific Leaf Weight — पत्ती की मोटाई)	Pearce et al. (1968)	$SLW = \frac{Leaf Dry Weight (W_{L})}{Leaf Area (A)} = \frac{1}{SLA}$	${g m}^{- 2}$ (या ${mg cm}^{- 2}$ )
9. HI (Harvest Index — कटाई सूचकांक)	C.M. Donald (1962)	$HI (\%) = \frac{Economic Yield (Grain)}{Biological Yield (Grain + Straw)} \times 100$	प्रतिशत (%) या अनुपात (इकाई-रहित)

सूत्र एवं गणनाएँ · Calculations

1. श्वसन ATP एवं फसल वृद्धि विश्लेषण (CGR, LAI, NAR, HI) का संयुक्त पुनरीक्षण अभ्यास

CGR = NAR × LAI | HI (%) = (Economic Yield / Biological Yield) × 100 | 1 Malate oxidation in Krebs = 1 NADH = 3 ATP

प्रश्न 1: यदि किसी सोयाबीन की फसल का पर्ण क्षेत्र सूचकांक ( $e x t L A I$ ) = $4.5$ है और शुद्ध स्वांगीकरण दर ( $e x t N A R$ ) = $6.0 {g m}^{- 2} {day}^{- 1}$ है, तो फसल वृद्धि दर ( $e x t C G R$ ) क्या होगी?
• $CGR = NAR \times LAI = 6.0 \times 4.5 =$ $27.0 {g m}^{- 2} {day}^{- 1}$ ( $= 270 {kg ha}^{- 1} {day}^{- 1}$ )!

प्रश्न 2: यदि गेहूँ की एक हेक्टेयर फसल से कुल जैविक उपज (दाना + भूसा) $125 क्विंटल/हेक्टेयर$ प्राप्त होती है और कटाई सूचकांक ( $e x t H I$ ) $40 %$ है, तो दाने और भूसे की उपज अलग-अलग ज्ञात कीजिए।
• आर्थिक (दाना) उपज = $125 \times (40 / 100) =$ $50 क्विंटल/हेक्टेयर$ दाना!
• भूसे (Straw) की उपज = $125 - 50 =$ $75 क्विंटल/हेक्टेयर$ भूसा!

माइंड मैप · Mind Map

[Lecture 30: मास्टर पुनरीक्षण II — श्वसन, पादप वृद्धि एवं फसल वृद्धि विश्लेषण (Lectures 16–19)]
  ├── 1. पादप श्वसन एवं ऊर्जा बजट (Lectures 16–17)
  │     ├── Glycolysis (कोशिकाद्रव्य): 1 Glucose ──► 2 Pyruvate + 2 net ATP + 2 NADH | पेसमेकर: PFK
  │     ├── Krebs Cycle (मैट्रिक्स): Citric acid (6C) ──► α-Ketoglutarate (5C) ──► Succinate (4C) | 2 GTP + 6 NADH + 2 FADH2
  │     ├── ETC (आंतरिक झिल्ली): Complex I–IV + Complex V (F0-F1 ATPase) | कुल = 38 या 36 ATP (अवायवीय = 2 ATP)
  │     └── RQ मान: कार्बोहाइड्रेट = 1.0 | वसा = 0.7 | प्रोटीन = 0.8–0.9 | रात्रि में CAM = 0 | मैलिक = 1.33, ऑक्सैलिक = 4.0 | अवायवीय = ∞
  ├── 2. पादप वृद्धि एवं विभेदन (Lecture 18)
  │     ├── 3 चरण: Meristematic ──► Elongation (अधिकतम वृद्धि) ──► Maturation
  │     ├── Sigmoid Curve (S-वक्र): Lag ──► Log / Exponential (Grand Period) ──► Stationary
  │     └── Totipotency (Haberlandt, 1902) | Differentiation ──► Dedifferentiation (Callus) ──► Redifferentiation | Auxanometer
  └── 3. फसल वृद्धि विश्लेषण (Lecture 19)
        ├── LAI (Watson, 1947) = A / P (इकाई-रहित) | CGR = (W2-W1) / [P(t2-t1)] = NAR × LAI (g m^-2 day^-1)
        ├── RGR (Blackman, 1919) = (ln W2 - ln W1) / (t2-t1) (g g^-1 day^-1) | NAR (Gregory, 1918)
        └── SLW = WL / A = 1 / SLA (पत्ती की मोटाई) | Harvest Index (Donald, 1962) = (Economic / Biological Yield) × 100

प्रवाह चित्र · Flowchart

[1 अणु ग्लूकोज के वायवीय श्वसन का त्वरित 38 / 36 ATP बैलेंस शीट आरेख]
  [1 ग्लूकोज (6C) — कोशिकाद्रव्य]
        │
        ├──► (1) 【ग्लाइकोलाइसिस】: 2 शुद्ध ATP (SLP) + 2 NADH (──► ETC से 6 या 4 ATP) ══════► 【8 या 6 ATP】
        ▼
  [2 पाइरुवेट (3C) — माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में प्रवेश]
        │
        ├──► (2) 【लिंक अभिक्रिया】: 2 Acetyl-CoA + 2 CO2 + 2 NADH (──► ETC से 6 ATP) ══════► 【6 ATP】
        ▼
  [2 एसिटाइल-CoA (2C) — क्रेब्स चक्र के 2 चक्कर]
        │
        └──► (3) 【क्रेब्स चक्र】: 2 GTP/ATP (SLP) + 6 NADH (18 ATP) + 2 FADH2 (4 ATP) ══════► 【24 ATP】
                                                                                              ───────────
                                                  ★ 【कुल शुद्ध वायवीय ऊर्जा उत्पादन = 38 या 36 ATP!】

परीक्षा टिप्स · Exam Tips

क्रेब्स चक्र का एकमात्र 5-कार्बन (5C) मध्यवर्ती अम्ल कौन सा है? उत्तर: अल्फा-कीटोग्लूटारिक अम्ल ( $α$ -Ketoglutaric acid)! और एकमात्र झिल्ली-बद्ध एंजाइम कौन सा है? उत्तर: सक्सिनेट डिहाइड्रोजिनेज (Succinate dehydrogenase — Complex II)!
फसल वृद्धि विश्लेषण के 3 सबसे ज्यादा पूछे जाने वाले वैज्ञानिक नाम:
• LAI = D.J. Watson (1947)
• RGR = V.H. Blackman (1919)
• Harvest Index (HI) = C.M. Donald (1962)!
सिग्मॉइड वृद्धि वक्र के किस चरण में वृद्धि की दर अधिकतम (Maximum) होती है? उत्तर: लॉग या घातांकीय चरण (Log / Exponential Phase — Grand Period of Growth) में!

त्वरित पुनरावृत्ति · Quick Revision

ग्लाइकोलाइसिस को EMP पथ (Embden, Meyerhof & Parnas) कहते हैं और इसका नियंत्रण एंजाइम PFK है।
माइटोकॉन्ड्रियल इलेक्ट्रॉन परिवहन शृंखला में अंतिम इलेक्ट्रॉन ग्राही ऑक्सीजन (O2) है जो जल (H2O) बनाती है।
ऑक्सैलिक अम्ल का श्वसन गुणांक (RQ) 4.0 और अंकुरित होते अरंडी/सरसों (वसा) का RQ 0.7 होता है।
फसल वृद्धि दर (CGR) पर्ण क्षेत्र सूचकांक (LAI) और शुद्ध स्वांगीकरण दर (NAR) के गुणनफल के बराबर होती है (CGR = LAI × NAR)।
दलहनी और तिलहनी फसलों का कटाई सूचकांक (HI = 20–30%) अनाज फसलों (45–50%) की तुलना में कम होता है।

MCQs — उत्तर एवं व्याख्या

1. एक अणु ग्लूकोज के पूर्ण वायवीय ऑक्सीकरण में 'केवल क्रेब्स चक्र के दो चक्करों' (Two turns of Krebs Cycle, लिंक अभिक्रिया को छोड़कर) से कुल कितने ATP प्राप्त होते हैं?

(A) 8 ATP
(B) 24 ATP (6 NADH से 18 ATP + 2 FADH2 से 4 ATP + 2 GTP से 2 ATP = 24 ATP!)
(C) 38 ATP
(D) 12 ATP

उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) — एक पाइरुवेट के क्रेब्स चक्र में 12 ATP बनते हैं, अतः 1 ग्लूकोज (2 एसिटाइल-CoA) के दो चक्करों में 24 ATP बनते हैं (लिंक अभिक्रिया के 6 ATP मिलाकर माइटोकॉन्ड्रिया में 30 ATP)।

2. क्रेब्स चक्र का वह एकमात्र एंजाइम कौन सा है जो माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में घुलित न रहकर 'आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली' (Inner Mitochondrial Membrane — Complex II) से जुड़ा रहता है?

(A) सिट्रेट सिंथेज
(B) सक्सिनेट डिहाइड्रोजिनेज (Succinate dehydrogenase — जो FAD को FADH2 में अपचयित करता है)
(C) मैलेट डिहाइड्रोजिनेज
(D) एकोनिटेज

उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) — सक्सिनेट डिहाइड्रोजिनेज क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन शृंखला (Complex II) दोनों का साझा झिल्ली-बद्ध एंजाइम है।

3. फसल वृद्धि दर (CGR), पर्ण क्षेत्र सूचकांक (LAI) और शुद्ध स्वांगीकरण दर (NAR) के बीच सही गणितीय संबंध क्या है?

(A) LAI = CGR × NAR
(B) CGR = NAR × LAI
(C) NAR = CGR × LAI
(D) CGR = NAR + LAI

उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) — चूँकि CGR = (dW/dt)/P, NAR = (dW/dt)/A और LAI = A/P; अतः NAR × LAI = [(dW/dt)/A] × (A/P) = (dW/dt)/P = CGR!

4. पौधों के सभी भागों या अंगों में पाए जाने वाले सार्वभौमिक 'S-आकार' के सिग्मॉइड वृद्धि वक्र (Sigmoid Growth Curve) के किस चरण में वृद्धि की दर सर्वोच्च होती है?

(A) लैग चरण (Lag phase)
(B) लॉग या घातांकीय चरण (Log / Exponential phase — जिसे 'Grand Period of Growth' कहते हैं)
(C) स्थिर चरण (Stationary phase)
(D) जीर्णता चरण

उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) — लैग चरण में वृद्धि धीमी होती है, लॉग/घातांकीय चरण में वृद्धि अधिकतम गति से होती है और स्थिर चरण में रुक जाती है।

5. 'पर्ण क्षेत्र सूचकांक' (Leaf Area Index – LAI) की अवधारणा किसने दी थी और इसकी इकाई (Unit) क्या है?

(A) ब्लैकमैन (1919) — g/day
(B) डी.जे. वाटसन (D.J. Watson, 1947) — यह 'इकाई-रहित' (Dimensionless / Unitless, m2/m2) होता है!
(C) डोनाल्ड (1962) — प्रतिशत
(D) ग्रेगरी (1918) — g/m2/day

उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) — वाटसन (1947) द्वारा प्रतिपादित LAI पर्ण क्षेत्रफल (m2) और भूमि क्षेत्रफल (m2) का अनुपात है, अतः इसकी कोई इकाई नहीं होती।

6. निम्नलिखित में से किस श्वसनीय क्रियाधार का श्वसन गुणांक (RQ) क्रमशः '0.70' और '4.0' होता है?

(A) कार्बोहाइड्रेट (0.70) एवं प्रोटीन (4.0)
(B) वसा / तेल (0.70) एवं ऑक्सैलिक अम्ल (4.0)
(C) मैलिक अम्ल (0.70) एवं वसा (4.0)
(D) अवायवीय श्वसन (0.70) एवं ग्लूकोज (4.0)

उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) — अंकुरित होते तैलीय बीजों (वसा) का RQ = 0.70 और कार्बनिक अम्ल ऑक्सैलिक अम्ल का RQ = 4.0 होता है।

7. एक पूर्णतः विभेदित जीवित मृदुतक (Parenchyma) कोशिका द्वारा पुनः विभाजन की क्षमता प्राप्त कर 'कैलस' (Callus) या 'काग एधा' (Cork cambium) बनाने की प्रक्रिया क्या कहलाती है?

(A) विभेदन (Differentiation)
(B) निर्विभेदन (Dedifferentiation)
(C) पुनर्विभेदन (Redifferentiation)
(D) जीर्णता

उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) — विभेदित कोशिका का पुनः विभज्योतकी बनना 'निर्विभेदन' (Dedifferentiation) और उससे पुनः स्थायी ऊतक बनना 'पुनर्विभेदन' कहलाता है।

8. 'विशिष्ट पर्ण भार' (Specific Leaf Weight – SLW = Leaf dry weight / Leaf area) पत्ती के किस गुण का प्रत्यक्ष सूचक है?

(A) पत्ती के पीलेपन का
(B) पत्ती की मोटाई (Leaf thickness) और प्रति इकाई क्षेत्रफल उच्च प्रकाश-संश्लेषी क्षमता (RuBisCO/क्लोरोफिल घनत्व) का
(C) केवल वाष्पोत्सर्जन का
(D) जड़ की गहराई का

उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) — उच्च SLW का अर्थ है कि पत्ती मोटी है और उसमें खंभ मृदुतक व क्लोरोप्लास्ट सघन हैं, जिससे उसकी NAR उच्च होती है।

9. यदि चाप ऑक्सेनोमीटर (Arc Auxanometer) में घिरनी की त्रिज्या 3 cm है, संकेतक सुई की लंबाई 30 cm है और सुई पैमाने पर 20 mm खिसकती है, तो पौधे की वास्तविक वृद्धि कितनी हुई?

(A) 20 mm
(B) 2.0 mm (सूत्र: वास्तविक वृद्धि = [20 × 3] / 30 = 2.0 mm)
(C) 200 mm
(D) 0.2 mm

उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) — आवर्धन = L / r = 30 / 3 = 10 गुना; अतः वास्तविक वृद्धि = 20 mm / 10 = 2.0 mm।

10. 'कटाई सूचकांक' (Harvest Index – HI) शब्द किसने दिया था और यह किस कार्यिकीय क्षमता को दर्शाता है?

(A) वाटसन — जल अवशोषण क्षमता
(B) सी.एम. डोनाल्ड (C.M. Donald, 1962) — कुल शुष्क पदार्थ का आर्थिक भागों (दाने/फल) में 'विभाजन दक्षता' (Partitioning efficiency)
(C) गार्नर — पुष्पन समय
(D) क्लेब्स — श्वसन दर

उत्तर एवं व्याख्या देखें

सही उत्तर: (B) — डोनाल्ड (1962) द्वारा दिया गया HI (Economic yield / Biological yield × 100) स्रोत से सिंक (दाने) में भोजन के स्थानांतरण की दक्षता बताता है।

अति लघु उत्तरीय प्रश्न

1. ग्लाइकोलाइसिस के किस चरण में सीधे ATP का संश्लेषण (Substrate-level phosphorylation) होता है?

1,3-BPG से 3-PGA बनने और PEP से Pyruvate बनने के दो चरणों में (कुल 4 ATP बनते हैं, शुद्ध लाभ 2 ATP)।

2. माइटोकॉन्ड्रियल इलेक्ट्रॉन परिवहन शृंखला में सायनाइड (CN-) और कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) किस कॉम्प्लेक्स को अवरुद्ध करते हैं?

कॉम्प्लेक्स IV (Cytochrome c oxidase / Cytochrome a-a3) को।

3. पौधों में प्रत्येक जीवित केंद्रक-युक्त कोशिका द्वारा संपूर्ण पौधा विकसित करने की क्षमता को क्या कहते हैं और यह शब्द किसने दिया?

पूर्णशक्तता (Cellular Totipotency); यह अवधारणा गॉटलीब हैबरलैंड्ट (Haberlandt, 1902) ने दी थी।

4. सापेक्ष वृद्धि दर (RGR) और शुद्ध स्वांगीकरण दर (NAR) की मानक इकाइयाँ लिखिए।

RGR की इकाई = g g^-1 day^-1; और NAR की इकाई = g m^-2 day^-1।

5. बटरकप (Ranunculus) में हवा और पानी के अंदर अलग-अलग आकार की पत्तियाँ बनने को क्या कहते हैं?

पर्यावरणीय विषमपर्णता (Environmental Heterophylly / Plasticity)।

लघु उत्तरीय प्रश्न

1. वायवीय श्वसन और अवायवीय श्वसन (किण्वन) में 5 मुख्य अंतर लिखिए।

1. वायवीय श्वसन में ऑक्सीजन (O2) अनिवार्य है, अवायवीय में अनुपस्थित। 2. वायवीय श्वसन कोशिकाद्रव्य और माइटोकॉन्ड्रिया दोनों में होता है, जबकि अवायवीय केवल कोशिकाद्रव्य में। 3. वायवीय में ग्लूकोज का पूर्ण ऑक्सीकरण होकर CO2 व H2O बनते हैं, जबकि अवायवीय में अपूर्ण ऑक्सीकरण होकर इथेनॉल + CO2 या लैक्टिक अम्ल बनता है। 4. वायवीय में प्रति ग्लूकोज 38 (या 36) ATP बनते हैं, जबकि अवायवीय में केवल 2 ATP बनते हैं। 5. वायवीय का RQ = 1.0 (कार्बोहाइड्रेट हेतु) और अवायवीय का RQ = ∞ (अनंत) होता है।

2. सिग्मॉइड वृद्धि वक्र (Sigmoid Growth Curve) के तीनों चरणों का संक्षेप में वर्णन कीजिए।

जब किसी पौधे या अंग के आकार/भार को समय के विरुद्ध आलेखित किया जाता है तो S-आकार का सिग्मॉइड वक्र मिलता है जिसके 3 चरण हैं: 1. लैग चरण (Lag phase): प्रारंभिक तैयारी का चरण जिसमें कोशिका विभाजन से वृद्धि अत्यंत धीमी होती है। 2. लॉग या घातांकीय चरण (Log / Exponential phase): इसे 'वृद्धि का महान काल' (Grand period of growth) कहते हैं जिसमें कोशिका दीर्करण से वृद्धि अधिकतम गति से होती है। 3. स्थिर चरण (Stationary phase): पोषक सीमा व परिपक्वन के कारण वृद्धि दर घटकर शून्य हो जाती है।

3. CGR, RGR और NAR की परिभाषा, सूत्र और इकाइयाँ लिखिए।

1. CGR (फसल वृद्धि दर): प्रति इकाई भूमि क्षेत्रफल पर प्रतिदिन बढ़ने वाला शुष्क भार; सूत्र: CGR = (W2 – W1) / [P(t2 – t1)]; इकाई: g m^-2 day^-1। 2. RGR (सापेक्ष वृद्धि दर): पहले से मौजूद प्रति ग्राम शुष्क पदार्थ पर प्रतिदिन बनने वाला नया शुष्क पदार्थ; सूत्र: RGR = (ln W2 – ln W1) / (t2 – t1); इकाई: g g^-1 day^-1। 3. NAR (शुद्ध स्वांगीकरण दर): प्रति इकाई पर्ण क्षेत्रफल द्वारा प्रतिदिन उत्पादित शुद्ध शुष्क भार; इकाई: g m^-2 day^-1।

4. पर्ण क्षेत्र सूचकांक (LAI) और इष्टतम पर्ण क्षेत्र सूचकांक (Optimum LAI) में क्या अंतर है?

वाटसन (1947) के अनुसार प्रति इकाई भूमि क्षेत्रफल पर उपस्थित कुल एक-तरफा हरे पर्ण क्षेत्रफल के अनुपात को पर्ण क्षेत्र सूचकांक (LAI = Leaf Area / Ground Area) कहते हैं। जब LAI बढ़कर उस स्तर (4 से 6) पर पहुँच जाता है जहाँ पर्ण-छत्र 95% सौर विकिरण ग्रहण करता है और फसल वृद्धि दर (CGR) अधिकतम होती है, उसे 'इष्टतम LAI' कहते हैं। इससे अधिक LAI होने पर निचली पत्तियों में छाया से श्वसन हानि बढ़ जाती है।

5. विभेदन (Differentiation), निर्विभेदन (Dedifferentiation) और पुनर्विभेदन (Redifferentiation) को उदाहरण सहित समझाइए।

1. विभेदन: विभज्योतक (Meristem) से बनी कोशिकाओं का विशिष्ट रूप व कार्य (जैसे मृदुतक या वाहिका) ग्रहण कर विभाजन क्षमता खो देना 'विभेदन' है। 2. निर्विभेदन: जीवित विभेदित मृदुतक कोशिकाओं द्वारा पुनः विभाजन की क्षमता प्राप्त कर विभज्योतकी बनना (जैसे अंतरापूलीय एधा, काग एधा या ऊतक संवर्धन में कैलस बनना) 'निर्विभेदन' है। 3. पुनर्विभेदन: निर्विभेदित एधा या कैलस से पुनः द्वितीयक जाइलम, द्वितीयक फ्लोएम या काग (छाल) का बनना 'पुनर्विभेदन' है।

दीर्घ उत्तरीय प्रश्न

1. ग्लूकोज के वायवीय श्वसन के तीनों चरणों (ग्लाइकोलाइसिस, क्रेब्स चक्र एवं इलेक्ट्रॉन परिवहन शृंखला) तथा 38/36 ATP बैलेंस शीट और श्वसन गुणांक (RQ) का समेकित पुनरीक्षण प्रस्तुत कीजिए।

तीनों चरणों के कोशिकांग स्थान, प्रमुख मध्यवर्ती यौगिक, एंजाइम, 38/36 ATP की चरणबद्ध गणना तालिका और सभी 8 क्रियाधारों के RQ मानों का सविस्तर वर्णन करें।

2. पादप वृद्धि एवं विकास के मूल सिद्धांतों—वृद्धि के चरण, सिग्मॉइड वृद्धि वक्र, वृद्धि का मापन (ऑक्सेनोमीटर) और विभेदन-निर्विभेदन-पुनर्विभेदन—की विवेचना कीजिए।

कोशिकीय वृद्धि के 3 चरण, अंकगणितीय बनाम ज्यामितीय वृद्धि, सिग्मॉइड वक्र का आरेख, ऑक्सेनोमीटर व क्रेस्कोग्राफ की कार्यविधि और पूर्णशक्तता व सुघट्यता का विस्तार से वर्णन करें।

3. फसल वृद्धि विश्लेषण (Crop Growth Analysis) के सभी प्रमुख मापदंडों (CGR, RGR, NAR, LAI, LAD, LAR, SLA, SLW एवं Harvest Index) के सूत्रों, इकाइयों और कृषि महत्व का वर्णन कीजिए।

तालिका 30.1 के सभी 9 सूचकांकों के सूत्र, इकाइयाँ, CGR = NAR × LAI तथा RGR = NAR × LAR संबंध और हरित क्रांति में कटाई सूचकांक (HI) व LAI प्रबंधन की भूमिका का वर्णन करें।

परीक्षा वन-लाइनर्स

पेंटोज फॉस्फेट पथ (PPP) कोशिकाद्रव्य में चलता है और वसा संश्लेषण के लिए NADPH तथा न्यूक्लिक अम्लों के लिए राइबोज-5-फॉस्फेट प्रदान करता है।
ऑल्टरनेटिव ऑक्सीडेज (AOX) पादप माइटोकॉन्ड्रिया में सायनाइड-प्रतिरोधी श्वसन और ताप-जनन (Thermogenesis) के लिए उत्तरदायी है।
पौधे की उम्र बढ़ने के साथ निचली पत्तियों पर छाया पड़ने से शुद्ध स्वांगीकरण दर (NAR) और सापेक्ष वृद्धि दर (RGR) धीरे-धीरे घटती जाती हैं।
पर्ण क्षेत्र अवधि (LAD) बताती है कि फसल का हरा पर्ण-छत्र कितने दिनों तक प्रकाश-संश्लेषी रूप से सक्रिय रहा।
आलू और चुकंदर जैसी कंद/मूल फसलों का कटाई सूचकांक (HI = 75–85%) सभी कृषि फसलों में सर्वोच्च होता है।

आधार: उपयोगकर्ता द्वारा उपलब्ध PPHYS 311 Smart Notes।

अधिगम उद्देश्य · Learning Objectives

प्रस्तावना · Introduction

महत्वपूर्ण परिभाषाएँ · Definitions

श्वसन का 38 ATP मास्टर बजट नियम (Master 38/36 ATP Rule per Glucose)

श्वसन गुणांक (RQ) के 6 स्वर्ण मान (Golden RQ Values)

फसल वृद्धि विश्लेषण के दो स्वर्ण संबंध (Two Golden Identities of Growth Analysis)

वर्गीकरण · Classification

1. पादप श्वसन (Lectures 16–17) के सर्वोच्च-उपज परीक्षा बिंदु

2. पादप वृद्धि एवं फसल वृद्धि विश्लेषण (Lectures 18–19) के सर्वोच्च-उपज परीक्षा बिंदु

महत्वपूर्ण सिद्धांत · Principles

कार्यिकीय प्रक्रियाएँ · Detailed Topics

1. Master Revision of Respiration & RQ (श्वसन एवं श्वसन गुणांक का संपूर्ण सार)

मुख्य बिंदु · Key Points

कृषीय महत्व · Agricultural Importance

2. Master Revision of Crop Growth Analysis: CGR, RGR, NAR, LAI & HI (फसल वृद्धि विश्लेषण का संपूर्ण सार)

मुख्य बिंदु · Key Points

कृषीय महत्व · Agricultural Importance

तुलनात्मक सारणियाँ · Comparison Tables

तालिका 30.1: फसल वृद्धि विश्लेषण (Crop Growth Analysis) के सभी 9 मापदंडों की मास्टर सूत्र एवं इकाई तालिका

सूत्र एवं गणनाएँ · Calculations

1. श्वसन ATP एवं फसल वृद्धि विश्लेषण (CGR, LAI, NAR, HI) का संयुक्त पुनरीक्षण अभ्यास

माइंड मैप · Mind Map

प्रवाह चित्र · Flowchart

परीक्षा टिप्स · Exam Tips

त्वरित पुनरावृत्ति · Quick Revision

MCQs — उत्तर एवं व्याख्या

3. फसल वृद्धि दर (CGR), पर्ण क्षेत्र सूचकांक (LAI) और शुद्ध स्वांगीकरण दर (NAR) के बीच सही गणितीय संबंध क्या है?

5. 'पर्ण क्षेत्र सूचकांक' (Leaf Area Index – LAI) की अवधारणा किसने दी थी और इसकी इकाई (Unit) क्या है?

6. निम्नलिखित में से किस श्वसनीय क्रियाधार का श्वसन गुणांक (RQ) क्रमशः '0.70' और '4.0' होता है?

8. 'विशिष्ट पर्ण भार' (Specific Leaf Weight – SLW = Leaf dry weight / Leaf area) पत्ती के किस गुण का प्रत्यक्ष सूचक है?

10. 'कटाई सूचकांक' (Harvest Index – HI) शब्द किसने दिया था और यह किस कार्यिकीय क्षमता को दर्शाता है?

अति लघु उत्तरीय प्रश्न

1. ग्लाइकोलाइसिस के किस चरण में सीधे ATP का संश्लेषण (Substrate-level phosphorylation) होता है?

4. सापेक्ष वृद्धि दर (RGR) और शुद्ध स्वांगीकरण दर (NAR) की मानक इकाइयाँ लिखिए।

5. बटरकप (Ranunculus) में हवा और पानी के अंदर अलग-अलग आकार की पत्तियाँ बनने को क्या कहते हैं?

लघु उत्तरीय प्रश्न

1. वायवीय श्वसन और अवायवीय श्वसन (किण्वन) में 5 मुख्य अंतर लिखिए।

2. सिग्मॉइड वृद्धि वक्र (Sigmoid Growth Curve) के तीनों चरणों का संक्षेप में वर्णन कीजिए।

3. CGR, RGR और NAR की परिभाषा, सूत्र और इकाइयाँ लिखिए।

4. पर्ण क्षेत्र सूचकांक (LAI) और इष्टतम पर्ण क्षेत्र सूचकांक (Optimum LAI) में क्या अंतर है?

5. विभेदन (Differentiation), निर्विभेदन (Dedifferentiation) और पुनर्विभेदन (Redifferentiation) को उदाहरण सहित समझाइए।

दीर्घ उत्तरीय प्रश्न

परीक्षा वन-लाइनर्स

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