সালোকসংশ্লেষণ যা করে
গাছ, শ্যাওলা আর সায়ানোব্যাকটেরিয়া আলোর শক্তি দিয়ে কার্বন ডাইঅক্সাইড আর পানি থেকে শর্করা গড়ে, আর অক্সিজেন ছেড়ে দেয়:
6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
তা ঘটে দুটি জোড়া অংশে। আলো-নির্ভর বিক্রিয়ায়, যা ক্লোরোপ্লাস্টের থাইলাকয়েড পর্দায়, ক্লোরোফিল আলো শোষণ করে আর ওই শক্তি পানি ভাঙতে কাজে লাগে, যা অক্সিজেন ছেড়ে দেয়, আর ATP ও NADPH বানাতে। ক্যালভিন চক্রে, যা থাইলাকয়েডের চারপাশে স্ট্রোমায়, রুবিস্কো এনজাইম কার্বন ডাইঅক্সাইড বেঁধে নেয় আর ATP ও NADPH তা শর্করায় বদলে দেয়। প্রথম অংশে আলো দরকার; দ্বিতীয়টিতে কার্বন ডাইঅক্সাইড, আর প্রতিটি এনজাইম বিক্রিয়ার গুচ্ছের মতোই তা গরমে দ্রুত চলে।
সীমিতকারী উপাদান
1905-এ ফ্রেডরিক ব্ল্যাকম্যান দেখান, একটি ঘটনা কয়েকটি উপাদানের ওপরে নির্ভর করলে তার হার পিছিয়ে রাখে সেই উপাদানটি, যা সবচেয়ে কম জোগানে আছে, অর্থাৎ সীমিতকারী উপাদান। কার্বন ডাইঅক্সাইডে টান পড়লে একটি গাছকে আরও আলো দিলে বেশি কিছুই হয় না; আরও কার্বন ডাইঅক্সাইড দিন আর হার চড়তেই থাকে, যতক্ষণ না বদলে আলো, কিংবা তাপমাত্রা, সীমা হয়ে দাঁড়ায়। তাই সালোকসংশ্লেষণের প্রতিটি হারের বাঁকই ওঠে আর তারপর চ্যাপ্টা হয়ে যায়: ওই সমান জায়গাটিই যেখানে আরেকটি উপাদান দায়িত্ব নিয়ে নিয়েছে।
- আলোর তীব্রতা আলোর বিক্রিয়া সীমায় বাঁধে। নিভু আলোয় হার আলোর প্রায় সমানুপাতী।
- কার্বন ডাইঅক্সাইড ক্যালভিন চক্র সীমায় বাঁধে। পানিতে থাকা গাছ তা গুলে থাকা CO₂ আর হাইড্রোজেনকার্বনেট আয়ন হিসেবে তুলে নেয়, আর তাই সোডিয়াম হাইড্রোজেনকার্বনেট (NaHCO₃) জুড়লে সেগুলো দ্রুত চলে।
- তাপমাত্রা এনজাইমের বেগ ঠিক করে দেয়: প্রতি 10 °C ওঠায় মোটামুটি দ্বিগুণ (প্রায় 2-র একটি Q₁₀), যতক্ষণ না একটি সবচেয়ে ভালো বিন্দুর ওপরে এনজাইমের ক্ষতি শুরু হয় আর হার খাড়াভাবে নেমে যায়।
আলো আর দূরত্ব: বর্গের ব্যস্ত সূত্র
একটি ছোট বাতির আলো এমন একটি গোলক জুড়ে ছড়িয়ে পড়ে, যার ক্ষেত্রফল দূরত্বের বর্গের সঙ্গে বাড়ে, তাই তীব্রতা 1 ÷ d² হিসেবে নামে। একটি বাতি 10 cm থেকে 20 cm-এ সরালে আলোর এক-চতুর্থাংশ থাকে; 30 cm-এ এক-নবমাংশ। তাই বাতির পরীক্ষার ফল প্রায়ই দূরত্বের বিপরীতে না আঁকে 1 ÷ d²-র বিপরীতেই আঁকা হয়, যা আলোর তীব্রতার সমানুপাতী।
শ্বসন আর পূরণের বিন্দু
একটি গাছ সবসময়ই শ্বসন করে, অক্সিজেন ব্যবহার করে, দিনে আর রাতে। ছেড়ে দেওয়া অক্সিজেন হিসেবে আপনি যা মাপেন তা নিট হার: মোট সালোকসংশ্লেষণ থেকে শ্বসন বাদ। নিভু আলোয় দুটি সমান হয়ে যেতে পারে, তাই গাছ থেকে কোনো অক্সিজেনই বেরোয় না। যে আলোর তীব্রতায় তা ঘটে তাই পূরণের বিন্দু। তার নিচে গাছ যতটা শর্করা বানায় তার চেয়ে বেশি খরচ করে।
পানাগাছের পরীক্ষা
পানাগাছের (Elodea কিংবা Cabomba) একটি ডগা পানির একটি নলে উল্টো করে বসানো হয়, কাটা প্রান্ত ওপরে, আর তার পাশে একটি বাতি। সালোকসংশ্লেষণের অক্সিজেন কাণ্ডের বাতাসের ফাঁকে জমে আর কাটা প্রান্ত থেকে বুদবুদের একটি ধারা হয়ে বেরিয়ে যায়। কয়েকটি বাতির দূরত্বে এক মিনিটে বুদবুদ গুনুন, কিংবা একটি কেশনলে গ্যাসটি জমিয়ে তার দৈর্ঘ্য মাপুন, আর হারের একটি মাপ আপনার হাতে এসে গেল। পানিতে সোডিয়াম হাইড্রোজেনকার্বনেট গাছটিকে কার্বন ডাইঅক্সাইডে টান পড়া থেকে বাঁচায়, আর নলটির চারপাশে একটি পানির বিকার তাপমাত্রা সমান রাখে।
একটি কষে দেখানো উদাহরণ
সিমুলেশনটি শুরু হয় বাতি 20 cm দূরে, সাদা আলো, প্রতি লিটারে 1 g সোডিয়াম হাইড্রোজেনকার্বনেট আর 25 °C-এ পানি নিয়ে।
- আলো: বাতিটি 10 cm-এ প্রতি m² প্রতি সেকেন্ডে 800 µmol ফোটন দেয়, তাই 20 cm-এ I = 800 × (10 ÷ 20)² = 200।
- কেবল আলোতেই চলতে পারত J = 0.1 × 0.75 × 200 = মিনিটে 15 বুদবুদ (সাদা আলোয় 0.75)।
- কার্বন ডাইঅক্সাইড: 1 g NaHCO₃ (প্রতি মোলে 84 g) মানে 11.9 mM, আর তার সঙ্গে পানি থেকে 0.5 mM, তাই C = 12.4 mM আর C ÷ (C + 2) = 0.86।
- তাপমাত্রা: 25 °C-এ এনজাইম তাদের সেরার 0.65-তে চলে, তাই তারা সবচেয়ে বেশি পারত P_max = 60 × 0.65 × 0.86 = মিনিটে 33.6 বুদবুদ।
- J P_max-র অনেক নিচে, তাই আলোই হার সীমায় বাঁধে। মোট সালোকসংশ্লেষণ দাঁড়ায় 14.0, শ্বসন নেয় 3, আর মিনিটে 11 বুদবুদ ছাড়া হয়।
বাতি 10 cm-এ সরান আর আলো চার গুণ হয়ে 800 হয়, J হয় 60, আর নিট হার ওঠে মিনিটে 27.4 বুদবুদে: চার গুণ নয়, কারণ হারটি এখন P_max-র কাছে। আলো আর সীমিতকারী নয়; 25 °C-এ তাপমাত্রাই। পানি 35 °C-এ গরম করলে নিট হার ওঠে 34.6-এ, আর সোডিয়াম হাইড্রোজেনকার্বনেট 10 g/L-এ বাড়ালে তা কেবল 30.9-এই যায়।
সিমুলেশনটি ব্যবহার করা
সালোকসংশ্লেষণ আর সীমিতকারী উপাদানের সিমুলেটর-এ দেখে নেওয়ার মতো কিছু:
- বাতির দূরত্বের বিপরীতে হারটি আঁকুন আর 10, 20, 40 আর 80 cm-এ বুদবুদ গুনুন; তারপর একই আলোর তীব্রতার বিপরীতে আঁকে বাঁকটি চ্যাপ্টা হতে দেখুন।
- বাতি প্রায় 45 cm পেরিয়ে সরান: পূরণের বিন্দুর নিচে বুদবুদ থেমে যায়, যদিও গাছটি তখনো সালোকসংশ্লেষণ করছে।
- বাতি কাছে রেখে সোডিয়াম হাইড্রোজেনকার্বনেট 0-তে বসান: বাতি যত উজ্জ্বলই হোক কার্বন ডাইঅক্সাইড হারটি মিনিটে 5 বুদবুদের নিচেই বেঁধে রাখে।
- তাপমাত্রার বিপরীতে আঁকুন: হার 33 °C-র কাছে একটি সেরা বিন্দুতে ওঠে আর 45 °C-এ ভেঙে পড়ে, যেখানে শ্বসন সালোকসংশ্লেষণকে ছাপিয়ে যায়।
- সবুজ আলোয় বদলে নিন: একই দূরত্বে লাল আলো যা দেয় তার একটি ভগ্নাংশে হার নেমে যায়।
আদলটি যা ধরে নেয়
- আলোর একটি বিন্দু উৎস, যা অবিকল বর্গের ব্যস্ত সূত্র মেনে চলে, আর ঘর থেকে কোনো আলো নেই।
- হারটি হলো আলো আর এনজাইম যতটা চলতে দেয় তার মধ্যে ছোটটি, আর দুটির মাঝে একটি মসৃণ মোড় (0.9 বাঁকের একটি অ-আয়তাকার অধিবৃত্ত), যেমন পাতার সালোকসংশ্লেষণের চলতি আদলে।
- কার্বন ডাইঅক্সাইড একটি ভরে-যাওয়া বাঁক মেনে চলে, C ÷ (C + 2 mM), আর গুলে থাকা CO₂ ও হাইড্রোজেনকার্বনেটকে সমানভাবে কাজের ধরা হয়।
- তাপমাত্রা 2-র একটি Q₁₀ নিয়ে এনজাইম দ্রুত করে আর 37 °C-এ একটি মাঝবিন্দু নিয়ে তাদের ক্ষতি করে; ক্ষতি সঙ্গে সঙ্গেই হয় আর পুরোপুরিই ফিরে আসে।
- শ্বসন 25 °C-এ মিনিটে 3 বুদবুদ, প্রতি 10 °C-এ দ্বিগুণ, আর আলো ও অন্ধকারে একই।
- প্রতিটি বুদবুদই একই মাপের আর কেবল সালোকসংশ্লেষণের অক্সিজেনেই গড়া; গোনা আদলের হারের চারপাশে এলোমেলো (পোয়াসঁ) সংখ্যা হিসেবে ছড়িয়ে পড়ে।
- রং ঢোকে প্রতিটি বাতির একটি দক্ষতা হিসেবে: একই ফোটনের প্রবাহে লাল 1, সাদা আর নীল 0.75, সবুজ 0.3।
কিনারার বেলা
- বাতি খুব কাছে: 5 cm-এ আলো 3,200 µmol m⁻² s⁻¹, অর্থাৎ পুরো রোদের চেয়েও বেশি, কিন্তু 10 cm-র তুলনায় হার কেবল 27.4 থেকে মিনিটে 30 বুদবুদেই ওঠে: বাঁকটি ভরে গেছে।
- পূরণের বিন্দু: তার নিচে নিট হার শূন্য হিসেবে দেখানো হয়; গাছটি কিছুই করছে না এমন নয়, তবে তার সব অক্সিজেন নিজেই ব্যবহার করে।
- কোনো সোডিয়াম হাইড্রোজেনকার্বনেট নেই: কেবল পানির 0.5 mM পড়ে থাকে, আর কার্বন ডাইঅক্সাইড সবকিছুই সীমায় বাঁধে।
- গরম পানি: প্রায় 42 °C থেকে এনজাইম ব্যর্থ হয় আর শ্বসন, যা তখনো বাড়ছে, সালোকসংশ্লেষণকে ছাপিয়ে যায়, তাই বাতি যত উজ্জ্বলই হোক কোনো বুদবুদই হয় না।
- বরফের কাছে: 0 °C-এ এনজাইম তাদের সেরার প্রায় এক-দশমাংশে চলে, তাই উজ্জ্বল আলোতেও অল্প বুদবুদই হয়।
আদলটি কোথায় আর ঠিক থাকে না
- বাতি পানি গরম করে। নলের কাছে একটি তন্তুর কিংবা হ্যালোজেন বাতি তা গরম করে, তাই বাতি সরালে আলোর সঙ্গে তাপমাত্রাও বদলায়। LED বাতি কিংবা বাতি আর গাছের মাঝে একটি পানির ট্যাংক তা এড়িয়ে যায়।
- কাছের বাতি বিন্দু নয়। গাছের থেকে বাতির কয়েক ব্যাসের ভেতরে আলো আর 1 ÷ d² হিসেবে নামে না, আর গাছের কিছু অংশ অন্য অংশের ছায়ায় পড়ে।
- বুদবুদ একটি মোটা মাপ। সেগুলোর মাপে হেরফের হয়, কিছু অক্সিজেন বুদবুদ হওয়ার আগেই গুলে যায়, আর গ্যাসটিতে নাইট্রোজেন ও কার্বন ডাইঅক্সাইডও থাকে। গ্যাসের আয়তন মাপা, কিংবা একটি প্রোব দিয়ে গুলে থাকা অক্সিজেন মাপা আরও নিখুঁত।
- ক্ষতি ফিরে আসে না। তাপে বিকৃত হওয়া এনজাইম পানি ঠান্ডা হলে সামলে ওঠে না, আর খুব উজ্জ্বল আলো ফোটোসিস্টেমের ক্ষতি করে (আলোর বাধা), যা হারটি একটি সমান জায়গায় না রেখে নামিয়ে দেয়।
- সবুজ আলো অকেজো নয়। পানাগাছের সরু পাতা অল্পই সবুজ আলো শোষণ করে, কিন্তু মোটা পাতায় সবুজ আলো বারবার পার হওয়ায় শোষিত হয়; ফসলের পাতায় ম্যাকক্রির মাপজোকে দেখা গেছে সবুজ ফোটন লালের প্রায় 70% কাজের।
- গাছটি বদলায়। ঘণ্টার পরিসরে গাছ উজ্জ্বল আলোয় তাদের আলো-তোলার কলকাঠি বন্ধ করে দেয়, থির পানিতে কার্বন ডাইঅক্সাইড খরচ করে ফেলে, আর তাপমাত্রায় অভ্যস্ত হয়ে যায়, তাই একটি লম্বা পরীক্ষা আদল থেকে সরে যায়।
- আলোক-শ্বসন। রুবিস্কো অক্সিজেনের সঙ্গেও বিক্রিয়া করে আর শক্তি নষ্ট করে, আর গরমে ও কার্বন ডাইঅক্সাইড কম থাকলে তা আরও বেশি; সরল তাপমাত্রার বাঁকটি এটি একটিই উপাদানে ভাঁজ করে নেয়।
পাশের সরঞ্জাম
মোলারিটির হিসাব আর মোলার ভরের হিসাব দিয়ে সোডিয়াম হাইড্রোজেনকার্বনেটের দ্রবণ বানিয়ে নিন, যেমন দেওয়া একটি মোলারিটির দ্রবণ কীভাবে বানাবেন-এ বলা আছে। এনজাইম গতিবিদ্যার সিমুলেটর দেখায় এনজাইম তাপমাত্রা আর ক্রিয়ক্ষেত্রে কীভাবে সাড়া দেয়, আর স্পেকট্রোফোটোমিটার আর বিয়ার-লামবার্ট সূত্রের সিমুলেটর মাপে ক্লোরোফিলের মতো রঞ্জক প্রতিটি রঙের আলো কীভাবে শোষণ করে। তাপমাত্রার রূপান্তরকারী পানির তাপমাত্রা বদলে দেয়।