विश्वविद्यालय जीवविज्ञान — वर्ष 1 · Bachelor Year 1

3किसी पुष्पी पौधे का कार्यात्मक संगठन

दो सौ वर्ष पुराना कोई बाँज ज़मीन के उसी वर्ग मीटर पर खड़ा है जिसमें वह अंकुरित हुआ था। उसने कभी कुछ खाया नहीं, कभी हिला नहीं, कभी अपना ताप बनाए नहीं रखा; फिर भी उसने चालीस टन लकड़ी बनाई है, और हर गरमी में वह पाँच सौ वर्ग मीटर पत्ती हवा में फैलाता है और उससे भी बड़ी जड़-सतह मिट्टी में। पुष्पी पौधा अध्याय 1 की समस्या का दूसरा उत्तर है: एक स्थिर स्वपोषी, जो अपने पर्यावरण से इस तरह नहीं मिलता कि अपने विनिमय भीतर कर ले, बल्कि इस तरह कि अपनी विनिमय सतहें बाहर की ओर, अनिश्चित काल तक, वहीं बढ़ाता जाए जहाँ प्रकाश और जल हों। यह अध्याय बताता है कि ऐसा शरीर कैसे संगठित है — उसके अंग, उसके ऊतक, वे सतहें जो वह फैलाता है, और वह वृद्धि जो उन्हें बनाती है।

गरमी में अकेला खड़ा एक बाँज। उसका शिखर प्रकाश रोकने के लिए फैली पत्तियों की एक सरणी है; घास के नीचे का जड़-तंत्र शिखर जितना चौड़ा है और उसकी सतह कई गुना बड़ी।

3.1 कायिक शरीर

परिभाषा 3.1 (जड़, तना, पत्ती)

किसी पुष्पी पौधे का कायिक शरीर तीन प्रकार के अंगों से बना है। जड़ पौधे को थामती है और मिट्टी से जल तथा खनिज आयन अवशोषित करती है; वह अपने सिरे से बढ़ती है, शाखाएँ निकालती है, और सिरे से ठीक पीछे मूलरोम धारण करती है। तना पत्तियों को प्रकाश की ओर ले जाता है और जड़ों तथा पत्तियों के बीच संवहन करता है; वह दोहराई गई इकाइयों से बना है, जिनमें हर एक में एक पर्वसंधि है जो एक पत्ती और एक कक्षस्थ कली धारण करती है, और दो पर्वसंधियों के बीच एक पर्वसंधि-अंतराल। पत्ती प्रकाश-संश्लेषण का अंग है: बड़ी सतह और छोटी मोटाई का एक चपटा फलक, जिसे एक पर्णवृंत थामता है। जड़ें मिलकर जड़-तंत्र बनाती हैं; तने और पत्तियाँ मिलकर प्ररोह-तंत्र।

प्रतिज्ञप्ति 3.2 (एक खंडीय, विवृत शरीर)

पौधे का शरीर खंडीय है: प्ररोह एक जैसी इकाइयों (पर्वसंधि, पत्ती, कली, पर्वसंधि-अंतराल) की एक शृंखला है जिन्हें कोई शीर्षस्थ कली एक के बाद एक जोड़ती जाती है, और हर कक्षस्थ कली नई शृंखला शुरू कर सकती है। वृद्धि अनिश्चित है: कोई वयस्क आकार नहीं होता, और पौधा जब तक जीता है तब तक खंड, और इस तरह सतह, जोड़ता जाता है। खंडों की संख्या और स्थान स्थल पर निर्भर करते हैं — प्रकाश, जल, क्षति — इसलिए वही जाति अलग-अलग जगहों पर अलग-अलग रूप लेती है। इसके विपरीत स्तनधारी का शरीर बंद है: उसके अंगों की संख्या नियत है और वह एक नियत आकार पर बढ़ना बंद कर देता है।

खंडों की चट्टी के रूप में प्ररोह। हर पर्वसंधि एक पत्ती और एक कक्षस्थ कली धारण करती है; शीर्षस्थ कली ऊपर खंड जोड़ती है, और कोई भी कक्षस्थ कली शाखा शुरू कर सकती है। जड़-तंत्र अपने सिरों से बढ़ता है।

3.2 प्राथमिक शरीर के ऊतक

परिभाषा 3.3 (त्वचीय, भरण और संवहनी ऊतक)

पौधे का हर अंग तीन ऊतक तंत्रों से बना है। त्वचीय ऊतक वह अधिचर्म है जो अंग को ढकती कोशिकाओं की एक ही परत है, हवा में मोमी उपचर्म से लिपी और रंध्रों से बिंधी हुई, और जड़ में मूलरोमों तक बढ़ी हुई। भरण ऊतक अंग को भरता है: मृदूतक (प्रकाश-संश्लेषण और संचय के लिए जीवित, पतली-भित्ति वाली कोशिकाएँ), स्थूलकोणोतक (असमान रूप से मोटी भित्तियों वाली जीवित कोशिकाएँ, जो युवा तनों का लचीला आधार हैं) और दृढ़ोतक (मोटी लिग्निनयुक्त भित्तियों वाली, परिपक्वता पर मृत कोशिकाएँ, जो कठोर आधार हैं: तंतु और अश्म कोशिकाएँ)। संवहनी ऊतक संवहन करता है: जाइलम जल और खनिज ऊपर की ओर खोखली, लिग्निनयुक्त, मृत वाहिनिकाओं और वाहिकाओं में ले जाता है (अध्याय 24); फ्लोएम शर्कराएँ जीवित चालनी नलिकाओं में ले जाता है, जिन्हें उनकी सहचर कोशिकाएँ जीवित रखती हैं।

किसी युवा द्विबीजपत्री तने की अनुप्रस्थ काट। संवहन पूल एक वलय बनाते हैं: हर पूल में जाइलम (लाल रंगा, लिग्निनयुक्त) केंद्र की ओर है और फ्लोएम बाहर की ओर, तंतुओं की एक टोपी के नीचे। वलय के भीतर मज्जा है; उसके बाहर वल्कुट और अधिचर्म।

किसी युवा द्विबीजपत्री जड़ की अनुप्रस्थ काट। एक ही केंद्रीय संवहन बेलन: जाइलम का एक तारा जिसके कोणों में फ्लोएम है, और जिसकी सीमा अंतस्त्वचा बनाती है; उसके चारों ओर एक चौड़ा वल्कुट; और बाहर मूलरोम धारण करती अधिचर्म।

प्रतिज्ञप्ति 3.4 (तने और जड़ में संवहनी ऊतकों का स्थान भिन्न है)

युवा तने में संवहनी ऊतक ऐसे पूल बनाते हैं जो एक वलय में सजे होते हैं (द्विबीजपत्री) या भरण ऊतक में बिखरे रहते हैं (एकबीजपत्री), और हर पूल में जाइलम केंद्र की ओर तथा फ्लोएम बाहर की ओर होता है; अंतस्त्वचा नहीं होती, और भरण ऊतक एक केंद्रीय मज्जा तथा एक बाहरी वल्कुट में बँटा होता है। युवा जड़ में एक ही केंद्रीय बेलन होता है: जाइलम एक तारा बनाता है (द्विबीजपत्रियों में दो से पाँच भुजाएँ, एकबीजपत्रियों में अनेक), फ्लोएम भुजाओं के बीच रहता है, और बेलन की सीमा अंतस्त्वचा बनाती है, यानी कोशिकाओं का वह वलय जिसकी अरीय भित्तियाँ एक जलरोधी पट्टी धारण करती हैं (अध्याय 23)। स्थान कार्य के अनुरूप है: तने को झुकने का प्रतिरोध करना होता है, और उसकी सतह के पास पूलों का एक वलय अपने द्रव्यमान के लिए सबसे कड़ा होता है; जड़ को खिंचाव का प्रतिरोध करना होता है, और केंद्रीय बेलन किसी रस्से की सजावट है।

विधि 3.5 (किसी पादप काट की पहचान)

अंतस्त्वचा सहित एक ही केंद्रीय संवहन बेलन: जड़। वलय में या बिखरे पूल, मज्जा के साथ: तना। दो अधिचर्मों और एक स्पंजी परत वाला कोई चपटा अंग: पत्ती।
थोड़ी जाइलम भुजाओं (2–5) वाली जड़: द्विबीजपत्री; मज्जा के चारों ओर अनेक भुजाएँ: एकबीजपत्री। एक ही वलय में पूलों वाला तना: द्विबीजपत्री; बिखरे पूल: एकबीजपत्री।
जाइलम अपनी बड़ी, मोटी-भित्ति वाली, खाली कोशिकाओं से पहचाना जाता है (सामान्य अभिरंजकों से लाल); फ्लोएम चालनी नलिकाओं और सहचर कोशिकाओं वाली छोटी जीवित कोशिकाओं से (हरा या नीला)।
तने की काट में जाइलम भीतर की ओर संकेत करता है और फ्लोएम बाहर की ओर। जड़ में जाइलम और फ्लोएम एक ही त्रिज्या पर एकांतर में आते हैं।

किसी पत्ती की अनुप्रस्थ काट। दोनों अधिचर्मों के बीच, हरितलवकों से भरी स्तंभाकार खंभ कोशिकाएँ प्रकाश की ओर मुँह किए हैं, और नीचे की ढीली स्पंजी कोशिकाएँ हवा की जगहें छोड़ती हैं जो रंध्रों से खुलती हैं। शिराएँ जल भीतर और शर्करा बाहर ले जाती हैं।

उदाहरण 3.6 (विनिमय कहाँ होते हैं)

कार्बन डाइऑक्साइड किसी पत्ती में उसके रंध्रों से घुसती है, स्पंजी परत की हवा की जगहें पार करती है और खंभ कोशिकाओं की गीली भित्तियों में घुल जाती है; जल शिराओं के जाइलम में आता है और उन्हीं रंध्रों से वाष्प के रूप में बाहर जाता है। जल और आयन जड़ में मूलरोमों से घुसते हैं और वल्कुट पार कर केंद्र के जाइलम तक जाते हैं। दोनों अंग अपनी विनिमय सतह बाहर रखते हैं और अपना संवहनी ऊतक बीच में।

3.3 स्थिर जीवन: सतहें

परिभाषा 3.7 (पर्ण क्षेत्रफल सूचकांक)

किसी पादप आवरण का पर्ण क्षेत्रफल सूचकांक $L$ प्रति एकांक भूमि-क्षेत्रफल पर कुल एकपार्श्वी पर्ण क्षेत्रफल है। जून में किसी घास के मैदान का $L \approx 3$ होता है, किसी पर्णपाती वन का $4\text{ to }6\,$ , और किसी उष्णकटिबंधीय वर्षावन का $8\,$ तक: मिट्टी के हर वर्ग मीटर के ऊपर पत्तियों की कई परतें चिनी होती हैं।

प्रतिज्ञप्ति 3.8 (किसी वितान द्वारा प्रकाश का अवरोधन)

पर्ण क्षेत्रफल सूचकांक $L$ के किसी वितान के नीचे ज़मीन तक पहुँचने वाले आपाती प्रकाश का भिन्न चरघातांकी रूप से घटता है,

\frac{I(L)}{I_0} = e^{-kL},

जिसमें विलोपन गुणांक $k$ $0.3$ (खड़ी पत्तियाँ) और $0.8$ (क्षैतिज पत्तियाँ) के बीच होता है, प्रायः $0.5$ । $L = 5$ का कोई वितान, जिसका $k = 0.5$ है, प्रकाश का $1 - e^{-2.5} = 92\,\%$ रोक लेता है।

उपपत्ति. वितान से नीचे उतरते हुए पर्ण क्षेत्रफल $\dd L$ की हर पतली परत अपने तक पहुँचे प्रकाश का $k\,\dd L$ भिन्न रोकती है, जहाँ $k$ वह भिन्न है जो एकांक पर्ण क्षेत्रफल से छायांकित क्षैतिज क्षेत्रफल का है (और जो पत्तियों के अभिविन्यास पर निर्भर है)। इसलिए $\dd I = -kI\,\dd L$ , जिसका हल चरघातांकी है। ∎

तीन पर्ण-अभिविन्यासों के लिए, पर्ण क्षेत्रफल सूचकांक के सापेक्ष वितान के नीचे का प्रकाश। L 6 से आगे पत्तियों की एक और परत लगभग कुछ नहीं कमाती, और इसीलिए वितान वहीं रुक जाते हैं। — तीन पर्ण-अभिविन्यासों के लिए, पर्ण क्षेत्रफल सूचकांक के सापेक्ष वितान के नीचे का प्रकाश। $L \approx 6$ से आगे पत्तियों की एक और परत लगभग कुछ नहीं कमाती, और इसीलिए वितान वहीं रुक जाते हैं।

प्रतिज्ञप्ति 3.9 (जड़ की सतह पत्ती की सतह से बड़ी होती है)

$0.05\,\mathrm{m}^{3}$ मिट्टी के डिब्बे में चार महीने उगाए गए एक ही राई के पौधे ने $620\,\mathrm{km}$ जड़ें बनाईं, जिनकी सतह $240\,\mathrm{m}^{2}$ थी, और $1.4 \times 10^{10}$ मूलरोम, जिनकी और $400\,\mathrm{m}^{2}$ : यानी अपनी पत्तियों से कोई सौ गुना सतह, जो मिट्टी में दस किलोमीटर जड़ प्रति लीटर के घनत्व से फैली थी। हर मूलरोम एक अधिचर्मी कोशिका का नलिकाकार विस्तार है, $5\text{ to }20\,\text{µ}\mathrm{m}$ चौड़ा और एक मिलीमीटर तक लंबा, और अधिकांश अवशोषण वहीं होता है; वे कुछ दिन जीते हैं और सिरे के आगे बढ़ने पर बदल दिए जाते हैं।

साक्ष्य. डिटमर (1937) ने एक राई के पौधे का पूरा जड़-तंत्र उसके डिब्बे से धोकर निकाला, हर जड़-कोटि तथा मूलरोमों के नमूने सूक्ष्मदर्शी में गिने और मापे, और उन्हें बढ़ाकर आँका: $13.8\,$ लाख जड़ें जिनका जोड़ $623\,\mathrm{km}$ था, और $14\,$ अरब रोम जिनका जोड़ $10\,620\,\mathrm{km}$ । मिट्टी का जल और खनिज इतने धीरे चलते हैं कि उन्हें लेने के लिए जड़ को उनसे एक मिलीमीटर के भीतर होना चाहिए; और यह विशाल लंबाई ही जड़ को हर बूँद की पहुँच में रखती है। ∎

किसी मूली के अंकुर पर, नंगे सिरे से कुछ मिलीमीटर पीछे, मूलरोम। हर रोम एक ही अधिचर्मी कोशिका है जो मिट्टी में बाहर बढ़ आई है; और मिलकर वे अवशोषक सतह को कई गुना कर देते हैं।

उदाहरण 3.10 (बाँज की दो सतहें)

जिस बाँज का शिखर $L = 5$ पर $100\,\mathrm{m}^{2}$ को छाया देता है वह $500\,\mathrm{m}^{2}$ पत्ती धारण करता है। उसकी महीन जड़ें, जो $100\,\mathrm{m}^{3}$ मिट्टी में कुछ किलोमीटर प्रति घन मीटर के हिसाब से फैली हैं, कई सौ वर्ग मीटर देती हैं, और उनके मूलरोम एक हज़ार और: यानी ज़मीन के उन्हीं वर्ग मीटरों पर, नीचे की अवशोषक सतह ऊपर की प्रकाश-संश्लेषी सतह से कई गुना है।

3.4 वृद्धि और रूप

परिभाषा 3.11 (विभज्योतक, प्राथमिक और द्वितीयक वृद्धि)

विभज्योतक छोटी, अविभेदित कोशिकाओं का वह ऊतक है जो विभाजित होता रहता है। हर प्ररोह और जड़ के सिरों पर बैठे शीर्षस्थ विभज्योतक प्राथमिक वृद्धि पैदा करते हैं: दीर्घीकरण, और ऊपर बताए प्राथमिक ऊतक। पार्श्व विभज्योतक — जाइलम और फ्लोएम के बीच का संवहनी एधा, तथा अधिचर्म के नीचे का कॉर्क एधा — द्वितीयक वृद्धि पैदा करते हैं: यानी मोटाई, जो पेड़ों और झाड़ियों के तनों तथा जड़ों में भीतर की ओर लकड़ी (द्वितीयक जाइलम) और बाहर की ओर छाल जोड़कर आती है। विभज्योतक की क्रिया की क्रियाविधियाँ वर्ष 2 के खंड की हैं।

किसी जड़-सिरे की अनुदैर्घ्य काट। रक्षक गोप के पीछे शीर्षस्थ विभज्योतक विभाजित होता है; उसकी उपजें लंबी होती हैं, फिर परिपक्व जड़ के ऊतकों में विभेदित होती हैं और मूलरोम उगाती हैं। पूरा क्रम कुछ मिलीमीटर घेरता है और जड़ के बढ़ने के साथ आगे खिसकता जाता है।

प्रतिज्ञप्ति 3.12 (रूप स्थल के अनुसार चलता है)

चूँकि उसकी वृद्धि खंडीय और अनिश्चित है, इसलिए पौधा अपना शरीर अपने स्थल के अनुसार ढालता है (लक्षणप्ररूपी सुनम्यता): खुले में उगा पेड़ नीचे से और चौड़ी शाखाएँ निकालता है, जबकि वही जाति वन में एक ऊँचा नंगा तना उगाती है; सूखी मिट्टी का पौधा अपनी वृद्धि का अधिक भाग जड़ों को देता है, और छाया का पौधा अधिक भाग पत्तियों को। सूखे आवासों की जातियाँ (शुष्कोद्भिद) मोटी उपचर्म, गड्ढों में धँसे या रोमों से रक्षित रंध्र, छोटी या गूदेदार पत्तियाँ और गहरी जड़ें रखती हैं; गीले आवासों की जातियाँ (जलोद्भिद) पतली उपचर्म, तैरती पत्तियों की ऊपरी सतह पर रंध्र, और हवा से भरा ऊतक (वायूतक) रखती हैं, जो अनॉक्सी कीचड़ की जड़ों तक ऑक्सीजन पहुँचाता है।

उदाहरण 3.13 (स्तनधारी और पौधा, आमने-सामने)

पोषण: स्तनधारी अपना कार्बनिक पदार्थ खाता है; पौधा उसे कार्बन डाइऑक्साइड, जल और प्रकाश से बनाता है। विनिमय सतहें: आंतरिक, नियत आकार की, रक्त से पोषित; बनाम बाहरी, बढ़ती हुई, हवा और मिट्टी से संवातित। आंतरिक पर्यावरण: अचर ताप और संघटन का नियंत्रित द्रव; बनाम कोई नहीं — कोशिकाएँ अपनी ही अंतर्वस्तु नियंत्रित करती हैं और पौधे का ताप हवा का ताप है। वृद्धि: एक नियत वयस्क रूप तक; बनाम विवृत और खंडीय, जीवन भर। गति: जंतु अपने भोजन तक जाता है; पौधा प्रकाश और जल की ओर बढ़ता है। समन्वय: सेकंडों से घंटों में तंत्रिकाएँ और हॉर्मोन; बनाम घंटों से दिनों में केवल हॉर्मोन। हर स्तंभ विवृत तंत्र होने का एक सुसंगत ढंग है।

3.5 अभ्यास

अभ्यास 3.1 ★

किसी पुष्पी पौधे के तीन कायिक अंग बताइए और हर एक का मुख्य कार्य।

हल

हल — अभ्यास 3.1.

जड़: लंगर डालना, जल और खनिज आयनों का अवशोषण। तना: पत्तियों को प्रकाश की ओर सहारा देना, जड़ों और पत्तियों के बीच चालन। पत्ती: प्रकाश-संश्लेषण (और गैस-विनिमय, वाष्पोत्सर्जन)।

अभ्यास 3.2 ★

प्ररोह के एक खंड की परिभाषा दीजिए और समझाइए कि “अनिश्चित वृद्धि” का अर्थ क्या है।

हल

हल — अभ्यास 3.2.

कोई मॉड्यूल एक पर्वसंधि है, उसकी पत्ती और कक्षस्थ कली के साथ, जोड़ नीचे का पर्व। अनिश्चित वृद्धि: कोई वयस्क आकार नहीं; शीर्षस्थ और कक्षस्थ कलियाँ जब तक पौधा जीता है तब तक मॉड्यूल जोड़ती रहती हैं।

अभ्यास 3.3 ★

हर ऊतक के लिए — अधिचर्म, मृदूतक, स्थूलकोणोतक, दृढ़ोतक, जाइलम, फ्लोएम — बताइए कि उसकी कोशिकाएँ परिपक्वता पर जीवित हैं या नहीं, और वह क्या करता है।

हल

हल — अभ्यास 3.3.

अधिचर्म: जीवित; ढँकना, उपत्वचा, रंध्र और मूलरोम। मृदूतक: जीवित; प्रकाश-संश्लेषण, संचय। स्थूलकोणोतक: जीवित; लचीला सहारा। दृढ़ोतक: मृत; कठोर सहारा। जाइलम की चालक कोशिकाएँ: मृत; जल का परिवहन। फ्लोएम की चालनी नलिकाएँ: जीवित (सहचर कोशिकाओं के साथ); शर्करा का परिवहन।

अभ्यास 3.4 ★

प्रकाश-अवरोधन वाले आलेख से बताइए कि $L = 3$ के किसी मैदान के नीचे, जिसका $k = 0.3$ है, और $L = 6$ के किसी चौड़ी-पत्ती वन के नीचे, जिसका $k = 0.5$ है, प्रकाश का कितना भिन्न ज़मीन तक पहुँचता है।

हल

हल — अभ्यास 3.4.

$e^{-0.9} = 0.41$ , यानी $41\,\%$ ; $e^{-3} = 0.05$ , यानी $5\,\%$ ।

अभ्यास 3.5 ★★

किसी काट में चार भुजाओं वाला केंद्रीय जाइलम तारा दिखता है, भुजाओं के बीच फ्लोएम, उसके चारों ओर मोटी अरीय भित्तियों वाली कोशिकाओं का एक वलय, और बाहर गोल कोशिकाओं का एक चौड़ा क्षेत्र। अंग और समूह पहचानिए, और हर एक को तय करने वाले दो लक्षण दीजिए।

हल

हल — अभ्यास 3.5.

किसी द्विबीजपत्री की जड़ (एक ही केंद्रीय स्तंभ, अंतस्त्वचा, किसी त्रिज्या पर एकांतर जाइलम तथा फ्लोएम; कम जाइलम-भुजाएँ, कोई केंद्रीय मज्जा नहीं)।

अभ्यास 3.6 ★★

किसी शहतीर और किसी रस्से की यांत्रिकी की सहायता से समझाइए कि संवहनी ऊतक तने में परिधीय वलय में और जड़ में केंद्रीय बेलन में क्यों रहता है।

हल

हल — अभ्यास 3.6.

किसी मुड़ते धरन पर प्रतिबल उसके पृष्ठ पर सबसे अधिक और उसके अक्ष के साथ बिलकुल शून्य होता है, इसलिए किसी परिधीय छल्ले में रखा पदार्थ सबसे कम द्रव्यमान से मुड़ने का प्रतिरोध करता है (एक नली)। तनाव में कोई रस्सी अपने काट भर एकसमान प्रतिबल में रहती है और स्वच्छंद मुड़ती है; कोई केंद्रीय लड़ी खिंचाव ढोती है जबकि वल्कुट लचीला रहता है, और उसमें से पार्श्व जड़ें निकल सकती हैं।

अभ्यास 3.7 ★★

किसी फ़सल का $L = 4$ और $k = 0.6$ है। वह प्रकाश का कितना भिन्न रोकती है? यदि $L$ 6 हो जाए तो अवरोधन कितना बढ़ेगा? अतिरिक्त पत्तियों के प्रतिफल पर टिप्पणी कीजिए।

हल

हल — अभ्यास 3.7.

$1 - e^{-2.4} = 0.91$ ; और $L = 6$ पर, $1 - e^{-3.6} = 0.97$ : पत्ती की दो और परतें प्रकाश का $6\,\%$ जोड़ती हैं जबकि $50\,\%$ अधिक पत्ती की कीमत पड़ती है।

अभ्यास 3.8 ★★

डिटमर के राई के पौधे में $623\,\mathrm{km}$ जड़ें और $240\,\mathrm{m}^{2}$ जड़-सतह थी। जड़ का माध्य व्यास निकालिए। यदि उसकी पत्तियाँ मिलकर $5\,\mathrm{m}^{2}$ थीं, तो जड़-और-रोम सतह का पत्ती-सतह से अनुपात क्या है?

हल

हल — अभ्यास 3.8.

$S = \pi d L$ : $d = 240/(\pi\times 623\,000) = 1.2 \times 10^{-4}\,\mathrm{m}$ , यानी लगभग $0.12\,\mathrm{mm}$ । $(240 + 400)/5 = 128$ ।

अभ्यास 3.9 ★★

मूलरोम $10\,\text{µ}\mathrm{m}$ चौड़े और $0.8\,\mathrm{mm}$ लंबे हैं, और जड़ के प्रति मिलीमीटर $250\,$ की संख्या में हैं। $0.4\,\mathrm{mm}$ व्यास की किसी जड़ की सतह को वे कितने गुणक से बढ़ा देते हैं?

हल

हल — अभ्यास 3.9.

प्रति mm जड़ का पृष्ठ: $\pi\times 0.4 = 1.26\,\mathrm{mm}^{2}$ । प्रति mm रोम: $250\times\pi\times 0.010\times 0.8 = 6.3\,\mathrm{mm}^{2}$ । कुल $7.5/1.26 = 6$ : रोम पृष्ठ को छह गुना कर देते हैं।

अभ्यास 3.10 ★★★

वन में खड़े किसी पेड़ का नंगा तना $20\,\mathrm{m}$ का है और शिखर छोटा; वही जाति खेत में चौड़ी है और $2\,\mathrm{m}$ से शाखित। खंडीय वृद्धि तथा छाया और प्रकाश में कक्षस्थ कलियों की नियति से दोनों रूप समझाइए, और बताइए कि इस सुनम्यता की क़ीमत क्या है और कमाई क्या।

हल

हल — अभ्यास 3.10.

वन में नीचे की कक्षस्थ कलियाँ छाया में रहती हैं; वे जो मॉड्यूल बनातीं वे अपनी कीमत नहीं चुका सकते, इसलिए वे सुप्त रह जाती हैं या उनकी शाखाएँ मर जाती हैं, और वृद्धि उस शीर्षस्थ कली को दे दी जाती है जो प्रकाश की ओर ऊपर दौड़ रही है। खेत में हर कली को उजाला मिलता है और हर शाखा कीमत चुकाती है, इसलिए शिखर नीचे तक भर जाता है। लागत: कोई ऊँचा पतला तना अनुत्पादक लकड़ी में एक बड़ा निवेश है, जो हवा के आगे भंगुर है; लाभ: पौधा अपने रूप को वहाँ से मिला लेता है जहाँ प्रकाश है, बिना किसी तय योजना के।

अभ्यास 3.11 ★★★

किसी शुष्कोद्भिद के रंध्र रोमों से अस्तरित गड्ढों में धँसे हैं। समझाइए कि इससे पत्ती की हवा की जगहों और वायु के बीच जलवाष्प की प्रवणता का क्या होता है, और कार्बन डाइऑक्साइड के ग्रहण में इसकी क्या क़ीमत चुकानी पड़ती है। यह सौदा मरुस्थल में अच्छा और वर्षावन में बुरा क्यों है?

हल

हल — अभ्यास 3.11.

गड्ढा और रोम छिद्र के ऊपर ठहरी, नम हवा की एक परत थामे रखते हैं; वायु-अवकाशों से चलती हवा तक वाष्प की प्रवणता एक लंबे रास्ते पर फैल जाती है और वाष्पोत्सर्जन गिर जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड को भी उसी लंबे रास्ते से भीतर विसरित होना पड़ता है, इसलिए ग्रहण भी गिरता है, हालाँकि कम, क्योंकि $\mathrm{CO_2}$ की प्रवणता वायुमंडल और पत्ती की खपत से तय होती है। किसी मरुस्थल में जल ही सीमाकारी संसाधन है और यह सौदा पौधे की जान बचाता है; किसी वर्षावन में जल मुफ़्त है और होड़ कार्बन की कमाई को ही पुरस्कृत करती है।

अभ्यास 3.12 ★★★

“पौधे का कोई आंतरिक पर्यावरण नहीं होता।” एक अनुच्छेद में चर्चा कीजिए: पौधे के पास वह क्या नहीं है जो स्तनधारी के पास है, इसके परिणामस्वरूप उसकी कोशिकाओं को किसका सामना करना पड़ता है, और वह उसकी जगह क्या करता है — सतहें, वृद्धि, और वह नियमन जो वह सचमुच करता है।

हल

हल — अभ्यास 3.12.

पौधे के पास ऐसा कोई नियमित बाह्यकोशिकीय तरल नहीं जो उसकी कोशिकाओं और बाहर के बीच अचर तापमान तथा संघटन पर थामा जाए: उसकी कोशिकाएँ मिट्टी के जल, हवा और धूप से सीधे मिलती हैं, और उसका तापमान हवा का ही तापमान है। इसलिए हर कोशिका अपनी झिल्ली और अपनी भित्ति के आरपार अपनी ही सामग्री (आयन, जल, pH) का नियमन करती है; पौधा अपने विनिमय पृष्ठ पर नियमित करता है (रंध्र खुलते और बंद होते हैं, अंतस्त्वचा चुनती है कि जाइलम में क्या घुसे) और अपने शरीर को वृद्धि से समायोजित करता है (सूखी मिट्टी में अधिक जड़ें, छाया में अधिक पत्तियाँ)। वह नियमन करता है, पर वह नियमन पृष्ठों पर और रूप में है, किसी निजी तरल में नहीं।

3.6 समस्या: किसी बाँज की सतहें

समस्या 3.1

सप्ताहांत समस्या — किसी बाँज की पत्तियाँ क्षेत्रफल से गिनी गईं, उसके रंध्र अरबों में, उसका कार्बन और जल किलोग्रामों में, और उसकी जड़ें किलोमीटरों में, और अंत में वह विनिमय सतह जो वह अपनी ज़मीन के हर वर्ग मीटर पर फैलाता है

किसी बाँज का शिखर $100\,\mathrm{m}^{2}$ ज़मीन को छाया देता है, जिसका पर्ण क्षेत्रफल सूचकांक $L = 5$ और विलोपन गुणांक $k = 0.5$ है। उसकी निचली पर्ण-सतहें प्रति वर्ग मिलीमीटर $150\,$ रंध्र धारण करती हैं; खुला रंध्री छिद्र $10\,\text{µ}\mathrm{m}$ गुणा $5\,\text{µ}\mathrm{m}$ का है। पूरे वितान और $12\,\mathrm{h}$ के दिन पर औसत निकालने पर पत्ती का हर वर्ग मीटर प्रति सेकंड $4\,\text{µ}\mathrm{mol}$ $\mathrm{CO_2}$ लेता है और $1\,\mathrm{mmol}$ जलवाष्प खोता है। महीन जड़ें (व्यास $0.5\,\mathrm{mm}$ ) शिखर के नीचे $1\,\mathrm{m}$ गहरी मिट्टी में $5\,\mathrm{km}$ प्रति घन मीटर की दर से चलती हैं; मूलरोम ( $10\,\text{µ}\mathrm{m}$ गुणा $0.5\,\mathrm{mm}$ ) महीन जड़ के प्रति मिलीमीटर $200\,$ की दर से उगते हैं। मोलर द्रव्यमान: $\mathrm{CO_2}$ $44\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ , C $12\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ , $\mathrm{H_2O}$ $18\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ।

भाग I — पत्तियाँ और प्रकाश।

शिखर का कुल एकपार्श्वी पर्ण क्षेत्रफल निकालिए।
ज़मीन तक पहुँचते प्रकाश का भिन्न और रोके गए प्रकाश का भिन्न निकालिए।
यदि बाँज का केवल $L = 2$ होता, और यदि $L = 8$ होता, तो रोका गया भिन्न निकालिए।
इन संख्याओं से समझाइए कि बाँज $L \approx 5$ पर क्यों रुक जाता है।
औसत पत्ती $50\,\mathrm{cm}^{2}$ की है। शिखर कितनी पत्तियाँ धारण करता है?

भाग II — रंध्र और कार्बन।

शिखर पर रंध्रों की संख्या निकालिए।
एक खुले छिद्र का क्षेत्रफल निकालिए, और निचली पर्ण-सतह का वह भिन्न भी जो खुले छिद्र घेरते हैं।
शिखर का $\mathrm{CO_2}$ ग्रहण मोल प्रति सेकंड में और ग्राम प्रति सेकंड में निकालिए।
$12\,\mathrm{h}$ के एक दिन में लिया गया $\mathrm{CO_2}$ किलोग्राम में निकालिए, और उसमें निहित कार्बन भी।
$150\,$ दिनों के किसी वृद्धि-काल में शिखर कितना कार्बन स्थिर करता है? यदि उसका आधा पेड़ स्वयं श्वसन में ख़र्च कर दे, तो वह कितने द्रव्यमान की लकड़ी ( $50\,\%$ कार्बन) जोड़ सकता है?

भाग III — जल।

शिखर से खोया जल मोल में और ग्राम प्रति सेकंड में निकालिए।
दैनिक जल-हानि लीटर में निकालिए।
खोए जल के अणुओं का, कमाए गए $\mathrm{CO_2}$ अणुओं से अनुपात निकालिए। वह इतना बड़ा क्यों है?
$100\,\mathrm{m}^{2}$ पर $2\,\mathrm{mm}$ वर्षा होती है। यदि उसका सब कुछ जड़ों तक पहुँचे तो वह कितने दिन के वाष्पोत्सर्जन की पूर्ति करती है?

भाग IV — जड़ें।

खोजी गई मिट्टी का आयतन और महीन जड़ों की कुल लंबाई निकालिए।
महीन जड़ों की सतह निकालिए (बेलन मानकर)।
मूलरोमों की संख्या निकालिए।
मूलरोमों की सतह निकालिए।
नीचे की कुल अवशोषक सतह निकालिए, और एकपार्श्वी पर्ण क्षेत्रफल से उसका अनुपात भी।
महीन जड़ें मिट्टी के आयतन के कितने भिन्न से $1\,\mathrm{mm}$ के भीतर हैं? (हर जड़ को $1\,\mathrm{mm}$ त्रिज्या के किसी बेलन का अक्ष मानिए।)
अध्याय के राई के पौधे ( $0.05\,\mathrm{m}^{3}$ में $620\,\mathrm{km}$ जड़ें) से तुलना कीजिए: दोनों में से कौन-सा पौधा अपनी मिट्टी को अधिक अच्छी तरह खोजता है, और कितने गुणक से?
द्विपार्श्वी पर्ण-सतह और जड़-सतह जोड़िए। ज़मीन के $100\,\mathrm{m}^{2}$ से भाग दीजिए।
इसकी तुलना मनुष्य के लिए मुड़ी हुई विनिमय सतहों ( $130\,\mathrm{m}^{2}$ ) और बाहरी सतह ( $2\,\mathrm{m}^{2}$ ) के अनुपात से कीजिए।
दो वाक्यों में समझाइए कि पौधे का अनुपात जीवन भर क्यों बढ़ता रह सकता है और स्तनधारी का क्यों नहीं।
परिणाम बताइए: कोई बाँज अपनी ज़मीन के प्रति वर्ग मीटर पर ऊपर और नीचे मिलाकर कितनी विनिमय सतह वर्ग मीटर में फैलाता है।

हल

हल — समस्या 3.1.

1. $5\times 100 = 500\,\mathrm{m}^{2}$ । 2. $e^{-2.5} = 0.082$ ज़मीन तक पहुँचता है; $92\,\%$ रोक लिया गया। 3. $L = 2$ : $1 - e^{-1} = 63\,\%$ ; $L = 8$ : $1 - e^{-4} = 98\,\%$ । 4. 2 से 5 तक शिखर $300\,\mathrm{m}^{2}$ पत्ती के बदले प्रकाश का $29\,\%$ कमाता है; 5 से 8 तक वह $6\,\%$ कमाता, और उसके लिए $300\,\mathrm{m}^{2}$ और चाहिए जिन्हें गढ़ना तथा जल पहुँचाना उतना ही महँगा है: अतिरिक्त पत्तियाँ कीमत नहीं चुकातीं। 5. $500/0.005 = 100\,000$ पत्तियाँ। 6. $500\times 10^6\,\mathrm{mm^2}\times 150 = 7.5 \times 10^{10}$ रंध्र। 7. $50\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ ; प्रति mm $^2$ : $150\times 50\times 10^{-6} = 7.5 \times 10^{-3}\,\mathrm{mm}^{2}$ , यानी पृष्ठ का $0.75\,\%$ । 8. $500\times 4\times 10^{-6} = 2 \times 10^{-3}\,\mathrm{mol}/\mathrm{s}$ , यानी $88\,\mathrm{mg}/\mathrm{s}$ । 9. $0.088\times 43\,200 = 3.8\,\mathrm{kg}$ जितनी $\mathrm{CO_2}$ , जिसमें $3.8\times 12/44 = 1.04\,\mathrm{kg}$ कार्बन है। 10. $150\times 1.04 = 156\,\mathrm{kg}$ कार्बन; उसका आधा, $78\,\mathrm{kg}$ , $50\,\%$ कार्बन वाली लकड़ी में: $156\,\mathrm{kg}$ लकड़ी। 11. $500\times 10^{-3} = 0.5\,\mathrm{mol}/\mathrm{s}$ , यानी $9\,\mathrm{g}/\mathrm{s}$ । 12. $9\times 43\,200 = 389\,\mathrm{kg}$ , यानी लगभग $390\,\mathrm{L}$ । 13. $0.5/(2\times 10^{-3}) = 250$ जल-अणु प्रति $\mathrm{CO_2}$ । जो छिद्र $\mathrm{CO_2}$ को भीतर आने देता है वही जल को बाहर जाने देता है; भीतर की हवा संतृप्त है जबकि $\mathrm{CO_2}$ बाहर की हवा का केवल $0.04\,\%$ है, इसलिए वाष्प की बाहरी प्रवणता $\mathrm{CO_2}$ की भीतरी प्रवणता से कहीं तीखी है। 14. $2\,\mathrm{mm}\times100\,\mathrm{m}^{2} = 200\,\mathrm{L}$ : यानी आधा दिन। 15. $100\,\mathrm{m}^{3}$ ; $5\times 100 = 500\,\mathrm{km}$ । 16. $\pi\times 0.5\times 10^{-3}\times 5\times 10^5 = 785\,\mathrm{m}^{2}$ । 17. $200\times 5\times 10^8\,\mathrm{mm} = 1 \times 10^{11}$ रोम। 18. हर एक $\pi\times 10^{-5}\times 5\times 10^{-4} = 1.57 \times 10^{-8}\,\mathrm{m}^{2}$ ; कुल $1570\,\mathrm{m}^{2}$ । 19. $785 + 1570 = 2355\,\mathrm{m}^{2}$ , यानी पर्ण-क्षेत्रफल का $4.7$ गुना। 20. $1\,\mathrm{mm}$ के भीतर आयतन: $\pi\times(10^{-3})^2\times 5 \times 10^5 = 1.6\,\mathrm{m}^{3}$ , यानी मिट्टी का $1.6\,\%$ । 21. राई: $0.05\,\mathrm{m}^{3}$ के बक्से में से $\pi\times 10^{-6}\times 6.2\times 10^5 = 1.95\,\mathrm{m}^{3}$ , यानी $3900\,\%$ : मिट्टी का हर बिंदु चालीस जड़ों से एक मिलीमीटर के भीतर है। राई अपनी मिट्टी को दो हज़ार गुने से भी अधिक गहराई से टटोलती है — चार महीने के बजट पर कोई फ़सली पौधा, और उसके सामने सौ घन मीटर टटोलता कोई वृक्ष। 22. $1000 + 2355 = 3355\,\mathrm{m}^{2}$ ; ज़मीन के प्रति वर्ग मीटर $34\,\mathrm{m}^{2}$ । 23. मनुष्य: $130/2 = 65$ ; बलूत का अनुपात मनुष्य के मुड़े हुए पृष्ठों के अनुपात का दुगना है, और वह भी बिना किसी मोड़ के। 24. बलूत हर साल मॉड्यूल, पत्तियाँ और जड़ें जोड़ता है, इसलिए उसके पृष्ठ उसकी उम्र के साथ बढ़ते हैं; स्तनधारी के पृष्ठ नियत अंग हैं, जो वयस्क आकार पर पूरे हो जाते हैं, और उसका अनुपात चढ़ाने का एकमात्र उपाय यही था कि परिवर्धन के दौरान उन्हें मोड़ दिया जाए। 25. ज़मीन के प्रति वर्ग मीटर लगभग $34\,\mathrm{m}^{2}$ विनिमय-पृष्ठ: ऊपर $10\,\mathrm{m}^{2}$ पत्ती (दोनों फलक) और नीचे $24\,\mathrm{m}^{2}$ जड़ तथा मूलरोम।

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