📝 பயிற்சி

எல்லைத் தெரிவு செய்து, பகுதி I (MCQ) அல்லது பகுதி II (கட்டுரை) பயிற்சி செய்யுங்கள்.

ஒளித்தொகுப்பு · பகுதி II

அலகு 2 — ஒளித்தொகுப்பு

1. (அ) ஒளித்தொகுப்பின் வரையறையையும் சமனிட்ட வேதியியல் சமன்பாட்டையும் தருக. (3 புள்.)
(ஆ) ஒளித்தொகுப்புக்குத் தேவையான நான்கு கூறுகளை விளக்குக; ஒவ்வொன்றிலும் ஏன் தேவை என்பதைச் சுட்டிக்காட்டுக. (5 புள்.)
(இ) ஒளித்தொகுப்பின் சக்தி மாற்றத்தை ஒரு வரியில் சொல்க. (2 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

வரையறை — green plants + sunlight + CO₂ + H₂O → glucose + O₂.
Equation: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
நான்கு கூறுகள்: ஒளி, பச்சையம், CO₂, நீர்.
ஒவ்வொன்றின் வேலை.
சக்தி மாற்றம்: ஒளி → வேதியியல்.

(அ) ஒளித்தொகுப்பு என்பது பச்சைத் தாவரங்கள் சூரிய ஒளி சக்தியைப் பயன்படுத்தி, காற்றில் உள்ள CO₂-ஐயும் மண்ணில் உள்ள நீரையும் சேர்த்து குளுக்கோசை உற்பத்தி செய்து, அதே நேரத்தில் ஆக்சிசனை வெளியேற்றும் வேதியியல் தொகுப்புச் செயல்முறை.

சமனிட்ட சமன்பாடு:
6CO₂(வளி) + 6H₂O(திரவம்) ─[ஒளி + பச்சையம்]→ C₆H₁₂O₆(கனிய) + 6O₂(வளி)

(ஆ) நான்கு கூறுகள்:
(1) ஒளி — சக்தி மூலம். ATP/NADPH உருவாக்கம் ஒளி-தங்கிய (light-dependent) reactions-ல். ஒளி இல்லாமல் தொடக்க சக்தி கிடைக்காது.
(2) பச்சையம் (chlorophyll) — ஒளி சக்தியை உள்ளீர்க்கும் நிறமி. பசுங்கணிக thylakoid சவ்வில் பதிக்கப்பட்டுள்ளது. சிவப்பு + நீலம் கதிர்களை absorb செய்கின்றது.
(3) CO₂ — carbon ஆதாரம், Calvin cycle-ல் glucose-க்கு fix செய்யப்படுகின்றது. காற்றில் இருந்து stomata வழியாக.
(4) நீர் (H₂O) — hydrogen ஆதாரம் + photolysis-ஆல் O₂ வெளியீடு. வேர் வழியாக xylem ஊடாக.

(இ) சூரிய ஒளி சக்தி → குளுக்கோசின் வேதியியல் (C–C, C–H bond) சக்தியாக மாற்றப்படுகின்றது.

2. ஒளித்தொகுப்புக்குத் தேவையான கூறுகளில் CO₂ அவசியம் என்பதை நிரூபிக்க ஒரு பரிசோதனை வடிவமைத்து, தேவையான பொருட்கள், வழிமுறை, எதிர்பார்க்கப்படும் முடிவு ஆகியவற்றை விளக்குக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

இரண்டு ஒத்த தாவரம் A + B.
முதலில் 48 hr இருளில் destarch.
A — மணி + NaOH (CO₂ உறிஞ்சும்).
B — மணி + நீர் மட்டும் (control).
சூரியனில் 3 மணி → ஒரு இலை எடுத்து starch test.
A: blue-black இல்லை; B: blue-black உண்டு. முடிவு: CO₂ அவசியம்.

சோதனைப் பெயர்: ஒளித்தொகுப்புக்கு CO₂ அவசியம் என்பதை நிரூபித்தல் (செயற்பாடு 2.2).

தேவையான பொருட்கள்: 2 ஒத்த பசுந்தாவர சட்டிகள் (A, B); 2 கண்ணாடி மணிகள் (bell jar); KOH அல்லது NaOH கரைசல்; pure water; iodine கரைசல்; alcohol; கொதி நீர்; சட்டகம்.

வழிமுறை:
(1) தாவரம் A + B-ஐ 48 மணி இருளில் வையுங்கள் — ஏற்கனவே இலையில் இருந்த starch consumed ஆகும்.
(2) தாவரம் A-ன் சட்டிக்குள் ஒரு சிறு கிண்ணத்தில் NaOH கரைசல் வைக்கவும். மணியால் முழுவதையும் இறுக்கமாக மூடவும்.
(3) தாவரம் B-ன் சட்டிக்குள் நீர் நிறைந்த கிண்ணம் வைக்கவும். மணியால் மூடவும். (Control — CO₂ available.)
(4) இரண்டையும் 2-3 மணி சூரிய ஒளியில் வையுங்கள்.
(5) ஒவ்வொரு தாவரத்திலிருந்தும் ஒரு இலையை எடுத்து:
• கொதி நீரில் 2 நிமிடம் — uy இரக்கம்.
• கொதிக்கும் alcohol-ல் — chlorophyll நீக்கம் (decolorize).
• கொதி நீரில் கழுவிய இலைக்கு iodine கரைசல் சேர்க்கவும்.

எதிர்பார்க்கப்படும் முடிவு:
• தாவரம் A-ன் இலை → நிறம் மாறவில்லை (iodine yellow-brown). CO₂ absorbed by NaOH; ஒளித்தொகுப்பு நடக்கவில்லை; starch உருவாகவில்லை.
• தாவரம் B-ன் இலை → நீல-கருப்பு. CO₂ உள்ளது; ஒளித்தொகுப்பு நடந்து starch உருவாகியுள்ளது.

முடிவு: CO₂ இல்லாமல் ஒளித்தொகுப்பு நடக்காது — அதாவது CO₂ ஒளித்தொகுப்புக்கு அவசியம்.

Why this works (control logic): A + B இரண்டிலும் ஒளி, நீர், பச்சையம், வெப்பநிலை — அனைத்தும் ஒன்றுபோல. ஒரே ஒரு variable = CO₂ availability. ஆகவே, விளைவு வேறுபாடு CO₂-வுக்கே attributable.

3. (அ) ஒரு பச்சைத் தாவரத்தின் இலையில் ஒளித்தொகுப்பு நடைபெறும் இடம் எங்கே? — leaf → cell → organelle → molecular layer வரை விளக்குக. (5 புள்.)
(ஆ) Variegated இலை (கொலியம், கிராட்டன்) — ஒளித்தொகுப்பு சோதனைகளுக்கு ஏன் சிறந்த தேர்வு? (5 புள்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Leaf — palisade mesophyll > spongy mesophyll.
Cell — chloroplast organelle.
Chloroplast — outer + inner membrane + stroma + thylakoid stacks (grana).
Thylakoid membrane — chlorophyll embedded.
Variegated — green + white parts; built-in control.
Single leaf same conditions, only chlorophyll varies.

(அ) இலை → பசுங்கணிகம் → பச்சையம் — மூன்று உள்ளீரல் அடுக்குகள்:

Level 1 — Leaf anatomy: ஒரு பச்சை இலையை குறுக்கு வெட்டில் பார்த்தால் — மேல் epidermis, கீழே palisade mesophyll (நீளமான, செங்குத்து செல்கள், chloroplast-rich, primary photosynthesis site), அடுத்து spongy mesophyll (loose செல்கள், கலத்திடைவெளி பெரியது, gas exchange-க்கு). கீழ் epidermis-ல் stomata — CO₂ in, O₂ out.

Level 2 — Cellular: ஒரு palisade மாதிரி செல்-ல் சுமார் 30-50 பசுங்கணிகங்கள் — lens-shape, விரிவான surface area. Chloroplasts cyclosis (cytoplasmic streaming)-ஆல் ஒளி நோக்கி நகரக்கூடியவை.

Level 3 — Chloroplast architecture: Outer membrane + inner membrane + இடையே intermembrane space. உள்ளே stroma (கொலொடாய்டு பாகம், Calvin cycle நடைபெறும் இடம்). Stroma-ல் penny stacks போல grana (singular: granum) — ஒவ்வொரு granum-ம் thylakoid sacs-ஆல் ஆனது.

Level 4 — Molecular: Thylakoid சவ்வில் chlorophyll molecules + photosystems I & II + electron transport chain proteins embedded. இங்கே ஒளி → ATP/NADPH மாற்றம்.

(ஆ) Variegated இலை = built-in control: கொலியம் போன்ற variegated தாவரங்களின் ஒரே இலையில் — பச்சை பகுதி (chlorophyll-rich) + வெள்ளை/மஞ்சள் பகுதி (chlorophyll absent). இரண்டுக்கும் ஒளி, CO₂, நீர், வெப்பநிலை, mineral nutrients — அனைத்தும் ஒன்றுபோல. ஒரே ஒரு variable மட்டுமே வேறுபாடு = chlorophyll presence/absence.

ஆகவே:
(1) ஒரே இலையை iodine சோதனைக்கு உட்படுத்தும்போது — பச்சை பகுதி blue-black, வெள்ளை பகுதி brown.
(2) தனி இலை → split data, perfectly matched experimental + control conditions.
(3) இரண்டு வேறுவேறு தாவரங்களை ஒப்பிடுவதைவிட statistically reliable — variables கட்டுப்படுத்தப்படுகின்றன.
(4) Practical — fewer plants needed; same plant easier maintenance.

Conclusion: Single variegated leaf = compact, controlled experiment. Variegated தாவரங்களை இறை வேண்டி பாட நிறுவனங்களே வளர்க்கின்றனர் — இதே research utility-க்காக.

4. ஒரு பசுந்தாவரத்தின் இலையில் மாப்பொருள் சோதனை (iodine test) செய்வதன் முழு வழிமுறையை விளக்குக. ஒவ்வொரு படிமுறையின் காரணத்தையும் கூட சொல்க. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Step 1 — leaf detach.
Step 2 — கொதி நீரில் 1-2 நிமிடம் (uy + cell wall rupture).
Step 3 — கொதிக்கும் alcohol (chlorophyll decolorize).
Step 4 — கொதி நீரில் கழுவல் (alcohol stiffness soften).
Step 5 — iodine கரைசல் ஊற்றல்.
Step 6 — color observation: blue-black = starch present.

தேவையான பொருட்கள்: பசுந்தாவர இலை, தண்ணீர், alcohol, iodine கரைசல், boiling water bath, beaker, forceps, white tile.

Step-by-step procedure:

படி 1 — இலையை பறித்தல்: ஒளி படும் பகுதியிலிருந்து பசுமையான இலையை எடுக்க. காரணம்: Recently photosynthesised leaf-ல்தான் starch நிரம்பியிருக்கும்.

படி 2 — கொதி நீரில் 1-2 நிமிடம்: இலையை forceps-ஆல் boiling water-ல் வையுங்கள். காரணம்: இலை செல்லின் உயிரை killed; enzymes inactivate; cell walls denatured + ruptured. அதனால் subsequent reagents penetrate செய்ய முடிகின்றது. மேலும் starch granules gelatinise → iodine reaction efficient.

படி 3 — கொதிக்கும் alcohol bath: Beaker-ல் alcohol சேர்த்து இலையை அதில் வையுங்கள் (boiling water bath மேல், direct flame பயன்படுத்தாதீர்கள் — alcohol fire-prone). காரணம்: Chlorophyll lipid-soluble pigment — alcohol-ல் கரையும். இலை color-ஐ இழந்து மஞ்சள்-வெள்ளை ஆகும். Decolorised leaf-ல் iodine reaction color clearly தெரியும்.

படி 4 — கொதி நீரில் கழுவல்: Decolorised brittle இலையை மீண்டும் hot water-ல் dip செய்யுங்கள். காரணம்: Alcohol-induced brittleness mitigate; leaf soft + flexible ஆக்கி iodine penetration easy.

படி 5 — Iodine கரைசலை ஊற்றல்: White tile-ல் இலையை விரிக்கவும். Iodine கரைசலை droppingly cover செய்யவும். 1-2 நிமிடம் காத்திருங்கள்.

படி 6 — விளைவு observation:
• நீல-கருப்பு நிறம் = starch present = photosynthesis நடந்துள்ளது.
• மஞ்சள்/பழுப்பு நிறம் மட்டும் = starch absent (only iodine\'s native colour) = photosynthesis நடக்கவில்லை.

Underlying chemistry: Iodine (I₂) starch-ன் amylose helix-உள் uptake; color complex blue-black. Glycogen, cellulose-உடன் இவ்வாறு react ஆகாது — starch-specific test.

Safety: Alcohol flammable → direct flame-ல் boil செய்யாதீர்கள், water bath-ல் மட்டுமே.

5. ஒளித்தொகுப்பு செயல்முறை உலகுக்குச் செய்யும் நான்கு முக்கிய பயன்களை உதாரணங்களுடன் விளக்குக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Food — entire food chain depends on plant glucose.
O₂ — atmospheric oxygen supply.
CO₂ removal — greenhouse mitigation.
Fossil fuels — ancient photosynthesis energy.
Aquatic O₂ supply — fish survival.

(1) உணவின் ஆதாரம் (Food source for all life): பச்சைத் தாவரம் ஒளித்தொகுப்பின் மூலம் தயாரிக்கும் குளுக்கோசே — அனைத்து உயிரினங்களுக்கும் அடிப்படை உணவு. தாவரங்களை நேரடி உண்ணும் தாவரத் தீனிகள் (cow, deer, கோழி); தாவரத் தீனிகளை உண்ணும் இறைச்சித் தீனிகள் (singh, eagle); இறுதியாக மனிதன் — மூன்றும் ஒளித்தொகுப்பு energy-ஐ பல்வேறு உயிர் வடிவங்களாக transfer செய்கின்றனர். ஆகவே food chain-ன் தொடக்கம் = photosynthesis. நீங்கள் சாப்பிடும் தோசை, biriyani, அண்டா எல்லாம் ஆதியில் ஒளித்தொகுப்பின் தயாரிப்பே.

(2) வாயு மண்டலத்துக்கு O₂ வழங்கல்: நாம் சுவாசிக்கும் காற்றில் 21% ஆக்சிசன் — இவை யாவும் billions ஆண்டுகளாக ஒளித்தொகுப்பு அடிப்படையில் cyanobacteria + algae + plants ஆலே சேமிக்கப்பட்டது. ஒவ்வொரு பெரிய மரம் ஆண்டுக்கு ~118 kg O₂ வெளியேற்றுகின்றது — இரண்டு மனிதனின் ஆண்டு சுவாசத் தேவை.

(3) CO₂ அகற்றல் + பசுமைக் குடில் தடுப்பு: மனிதனின் தொழிற்சாலைகள், வாகனங்கள், கல்நிலக்கரி நிலையம் — அனைத்தும் CO₂-ஐ வெளியேற்றுகின்றன. ஒளித்தொகுப்பு இந்த CO₂-ஐ uptake செய்து carbon cycle-ஐ balance செய்கின்றது. ஒரு hectare அமேசோன் காடு ஆண்டுக்கு சுமார் 10 tonnes CO₂ absorb செய்கின்றது. Deforestation = double trouble (less absorption + emission). ஆகவே reforestation = climate solution.

(4) நீர்த்தாவரம் → நீர் O₂: ஆழ் ஏரிகள், கடல்களின் algae + நீர்த்தாவரங்கள் dissolved O₂-ஐ வெளியேற்றி மீன், கணுக்கால்கள், பவளப்பாறை உயிர்களுக்கு சுவாசம் வழங்குகின்றன. நீர்த்தாவரம் இல்லாத ஏரியில் dissolved O₂ குறைந்து fish kill நிகழும். Aquarium-களில் oxygenator plants நிலையாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

(5) புதைபடிவ எரிபொருட்கள் (bonus): நாம் இன்று எரிக்கும் கல்நிலக்கரி, பெட்ரோல், diesel — மில்லியன் ஆண்டுகள் முன் ஒளித்தொகுப்பு செய்து புதைந்த தாவர + algal mass-இலிருந்து உருவானவை. நாம் எரிக்கும் fuel = stored ancient sunlight.

Conclusion: ஒளித்தொகுப்பு என்பது வெறும் தாவர செயற்பாடல்ல — இது பூமியின் carbon, oxygen, energy cycles-ஐ ஓட்டும் fundamental life-support engine. தாவரம் இல்லாத பூமி = ஒரு வாரத்திற்குள் oxygen-less, food-less, lifeless planet.

6. செயற்பாடு 2.5 — ஒளித்தொகுப்பில் ஆக்சிசன் வெளியேற்றப்படுகின்றது என்பதைக் காட்டும் சோதனையை ஒரு படத்துடன் விளக்கி, வெளியேற்றப்பட்ட வளி ஆக்சிசன் என்று உறுதிப்படுத்தும் வழியையும் கூறுக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Apparatus — large beaker + funnel inverted + test tube on funnel stem.
Hydrilla / Elodea — submerged aquatic plant.
Sunlight 2-3 hr.
Gas bubbles collect in test tube.
Glowing wood splint test — splint rekindles → O₂.

சோதனைப் பெயர்: ஒளித்தொகுப்பில் O₂ வெளியீடு (செயற்பாடு 2.5).

தேவையான பொருட்கள்: நீர்த்தாவரம் (Hydrilla verticillata அல்லது Elodea); பெரிய glass beaker (1 L); குறுகிய stem-உடைய glass funnel; test tube; சூரிய ஒளி; எரியும் wooden splint.

Setup:
(1) Beaker-ல் தண்ணீர் (~3/4 fill) நிரப்பவும்.
(2) Hydrilla தாவரத்தின் கிளைகளை வெட்டி beaker-ல் வையுங்கள் — cut end கீழே இருக்க வேண்டும்.
(3) Funnel-ஐ inverted-ஆக தாவரத்தின் மீது வையுங்கள் — funnel mouth தாவரத்தை மூடும்.
(4) நீர் நிறைந்த ஒரு test tube-ஐ funnel stem மேல் inverted-ஆக வையுங்கள் — air bubble வராமல் carefully.
(5) முழு apparatus-ஐயும் சூரிய ஒளி நேராகப் படும் இடத்தில் வையுங்கள்.

Observation:
• 1-2 மணி நேரத்தில் — Hydrilla இலை மேற்பரப்பில் தொடர்ந்து சிறு குமிழ்கள் (bubbles) எழுந்து funnel வழியாக மேல் சென்று test tube-ல் சேகரிக்கப்படும்.
• 2-3 மணி நேரம் ஆனபின் test tube-ல் கணிசமான gas collect ஆகியிருக்கும்.

Gas-ன் தன்மையை சோதித்தல்:
(1) Test tube-ஐ thumb-ஆல் மூடி funnel-இலிருந்து carefully எடுக்கவும்.
(2) ஒரு புதிய wood splint-ஐ light pottu blow out செய்து glowing (கொதிக்கும் ஆனால் flame இல்லாத) நிலையில் இருக்கும்போது test tube-ல் insert செய்யவும்.
(3) Glowing splint relights with bright flame = O₂ உண்டு.

Why glowing splint test works: O₂ combustion-ஐ ஆதரிக்கும் வாயு. சாதாரண காற்றில் 21% O₂; ஆனால் ஒளித்தொகுப்பு bubble = pure O₂. அதனால் glowing splint immediately re-ignite ஆகும்.

Control variations:
• Dark-ல் வைத்த similar setup → no bubbles. ஆகவே bubbles photosynthesis-ஆலேயே.
• Boiled water (CO₂ removed) — bubble rate குறையும். ஆகவே CO₂ source = dissolved bicarbonate, photosynthesis-க்கு essential.

Conclusion: ஒளித்தொகுப்பின் by-product = O₂. (1) Bubble visible production + (2) glowing splint relighting = direct proof. சோதனை elegant + classroom-friendly.

7. ஒளித்தொகுப்பு VS சுவாசம் (respiration) — இரண்டையும் ஐந்து பண்புகளுடன் ஒப்பிட்டுக் காட்டுக. பகலில் ஒரு பச்சைத் தாவரம் இரண்டையும் ஒரே நேரத்தில் மேற்கொள்ளும் — net result என்ன? (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Substrate, product, energy direction, cell location, time of day.
Photosynthesis = CO₂ + H₂O → glucose + O₂ (anabolic, light).
Respiration = glucose + O₂ → CO₂ + H₂O + ATP (catabolic, anytime).
Daytime: P > R → net O₂ release, net CO₂ uptake.
Nighttime: P=0, R only → net O₂ uptake, CO₂ release.
Compensation point concept.

ஒப்பீடு அட்டவணை:

| பண்பு | ஒளித்தொகுப்பு | சுவாசம் |
|---|---|---|
| Substrate | CO₂ + H₂O | Glucose + O₂ |
| Product | Glucose + O₂ | CO₂ + H₂O + ATP |
| Energy flow | Sunlight stored as bonds (anabolic) | Bonds broken → ATP released (catabolic) |
| Cell organelle | Chloroplast | Mitochondrion + cytoplasm |
| Time of day | Daytime only (light needed) | 24 hours (continuous) |

பகலில் ஒரே நேரத்தில் இரண்டும் நடைபெறும்:
ஒரு பச்சைத் தாவரம் பகலில் ஒளித்தொகுப்பு + சுவாசம் இரண்டையும் சமமாக செய்கின்றது. நிகர விளைவு (net result) light intensity-ஐப் பொறுத்தது:

(அ) குறை light (காலையில், மாலையில், மேகமூட்டம்): Photosynthesis rate (P) குறைவு; Respiration (R) தொடரும். P ≈ R → no net gas exchange. இந்த நிலை compensation point.

(ஆ) நிறை light (மதியம், clear sunlight): P >> R. Tree consumes own respiratory CO₂ + extra atmospheric CO₂. Net: CO₂ uptake + O₂ release. நாம் காற்றில் கூர் pin O₂ measure செய்தால் — காலையில் < மதியம் < மாலை early. Tree forests humidity + cooler temperature குறிக்கும்.

(இ) இரவு (darkness): P = 0; R மட்டும். Net: O₂ uptake + CO₂ release. அதனாலேயே "bedroom-ல் plant இரவில் O₂ குறைக்கும்" மிகை — practically negligible amount.

Energy balance over 24 hours: ஒரு ஆரோக்கியமான பச்சைத் தாவரம் day-time photosynthesis surplus night-time respiration consumption-ஐ விட பெரியது. நிகர annual O₂ release positive — net carbon storage as biomass (இதே wood formation-க்கு underlying mechanism).

Symbiotic perspective: நாம் breathe out செய்யும் CO₂ — அதே CO₂ அருகில் உள்ள மரத்தின் ஒளித்தொகுப்புக்கு substrate ஆகின்றது; அந்த மரம் release செய்யும் O₂ — அதே நாம் breathe in செய்வது. மிக நெருங்கிய இரசாயன dance. காடுகள் destroyed ஆனால் இந்த dance broken → climate crisis.