వృక్ష రాజ్యం & కిరణజన్య సంయోగక్రియ (Plants & Photosynthesis)

మొక్కలను వాటి నిర్మాణం, విత్తనాలు, పుష్పాల ఆధారంగా సమూహాలుగా విభజిస్తారు. ఈ క్రమం పరీక్షల్లో జతల ప్రశ్నలకు ఆధారం.

• వృక్ష రాజ్యంలోని ప్రధాన సమూహాలు (సరళం నుండి సంక్లిష్టానికి):
• థాలోఫైటా (Thallophyta): శైవలాలు (Algae), శిలీంధ్రాలు (Fungi). వేరు, కాండం, ఆకు తేడా ఉండదు.
• బ్రయోఫైటా (Bryophyta): నాచు మొక్కలు.
• టెరిడోఫైటా (Pteridophyta): ఫెర్న్లు.
• జిమ్నోస్పెర్మ్స్ (Gymnosperms): నగ్న బీజ మొక్కలు.
• ఆంజియోస్పెర్మ్స్ (Angiosperms): పుష్పించే మొక్కలు, బీజాలు ఫలం లోపల ఉంటాయి.
• వర్గీకరణ పితామహులు:
  1. అరిస్టాటిల్: జంతుశాస్త్ర పితామహుడు.
  2. థియోఫ్రాస్టస్: వృక్షశాస్త్ర పితామహుడు.
  3. కార్ల్ లిన్నేయస్ (Carl Linnaeus): వర్గీకరణ శాస్త్ర (Taxonomy) పితామహుడు; ద్వినామ నామకరణం (Binomial Nomenclature) ప్రతిపాదించారు; 'సిస్టమా నేచురే' గ్రంథం రాశారు.
• ఐదు రాజ్యాల వర్గీకరణ: ఆర్.హెచ్. విట్టేకర్ (R.H. Whittaker, 1969): మోనిరా, ప్రొటిస్టా, ఫంజై, ప్లాంటే, ఏనిమేలియా.
• వర్గీకరణ క్రమం (Hierarchy): రాజ్యం (Kingdom) – ఫైలం (Phylum/Division) – తరగతి (Class) – ఆర్డర్ (Order) – కుటుంబం (Family) – ప్రజాతి (Genus) – జాతి (Species).
• శైవలాలు (Algae): క్లోరోఫిల్ ఉంటుంది, స్వయంపోషకాలు. ఉదా: స్పైరోజైరా, క్లామిడోమోనాస్.
• శిలీంధ్రాలు (Fungi): క్లోరోఫిల్ ఉండదు, పరపోషకాలు. ఉదా: ఈస్ట్, పెన్సిలియం, పుట్టగొడుగులు. పెన్సిలిన్ ను పెన్సిలియం శిలీంధ్రం నుండి పొందుతారు.
• లైకెన్లు (Lichens): శైవలం + శిలీంధ్రం సహజీవనం.

నాచు మొక్కలు, ఫెర్న్లు పుష్పించని మొక్కలు. ఇవి పరిణామంలో మొక్కలు నీటి నుండి నేలకు రావడాన్ని చూపుతాయి.

• బ్రయోఫైటా (Bryophyta): తేమ ప్రదేశాల్లో పెరిగే చిన్న మొక్కలు.
• 'వృక్ష రాజ్యపు ఉభయచరాలు (Amphibians of the plant kingdom)' అంటారు
• నేలపై పెరిగినా, ఫలదీకరణానికి నీరు కావాలి.
• నిజమైన వేర్లు ఉండవు
• వేరు వంటి రైజాయిడ్లు (Rhizoids) ఉంటాయి.
• నిజమైన వాహక కణజాలం (xylem, phloem) ఉండదు.
• ఉదాహరణలు: మార్కాన్షియా (Marchantia), ఫ్యూనారియా (Funaria), స్ఫాగ్నమ్ (Sphagnum).
• స్ఫాగ్నమ్ (పీట్ నాచు) నీటిని ఎక్కువగా పీల్చుకుంటుంది
• తోటల్లో వాడతారు.
• టెరిడోఫైటా (Pteridophyta): నిజమైన వేరు, కాండం, ఆకులు ఉంటాయి.
• వాహక కణజాలం ఉంటుంది కాబట్టి వీటిని 'వాహక కణజాలం ఉన్న మొదటి మొక్కలు' అంటారు.
• పుష్పాలు, విత్తనాలు ఉండవు
• బీజాణువులు (Spores) ద్వారా వృద్ధి చెందుతాయి.
• ఉదాహరణలు: నెఫ్రోలెపిస్ (Nephrolepis), టెరిస్ (Pteris), సెలాజినెల్లా, ఈక్విసెటం.
• శిలాజ ఇంధనాలు: లక్షల సంవత్సరాల క్రితం పెద్ద ఫెర్న్లు భూమిలో కూరుకుపోయి బొగ్గుగా మారాయని భావిస్తారు.
• అలంకరణ: ఫెర్న్లను తోటల్లో అలంకరణ మొక్కలుగా పెంచుతారు.

రెండింటి మధ్య తేడా

• బ్రయోఫైటాలో వాహక కణజాలం లేదు
• టెరిడోఫైటాలో ఉంది.
• రెండింటికీ విత్తనాలు, పుష్పాలు లేవు.
• రెండింటిలో ఫలదీకరణానికి నీరు అవసరం.

విత్తనాలు ఉన్న మొక్కలను (Spermatophyta) రెండు రకాలుగా విభజిస్తారు: నగ్న బీజాలు, ఆవృత బీజాలు.

• జిమ్నోస్పెర్మ్స్ (Gymnosperms): 'జిమ్నో' అంటే నగ్నం. విత్తనాలు ఫలం లోపల కాకుండా బయటే ఉంటాయి.
• పుష్పాలు, ఫలాలు ఉండవు
• కోన్లు (Cones) ఉంటాయి.
• ఉదాహరణలు: సైకాస్ (Cycas), పైనస్ (Pinus), దేవదారు (Cedrus), థూజా.
• ప్రపంచంలో ఎత్తైన చెట్టు సీక్వోయా (Sequoia / Redwood) – ఇది జిమ్నోస్పెర్మ్.
• 'జీవించే శిలాజం (Living fossil)' అని సైకాస్‌ను, జింగో బైలోబాను అంటారు.
• ఆంజియోస్పెర్మ్స్ (Angiosperms): పుష్పించే మొక్కలు. విత్తనాలు అండాశయం నుండి ఏర్పడే ఫలం లోపల ఉంటాయి.
• భూమిపై అత్యధికంగా ఉన్న మొక్కల సమూహం.
• ద్వంద్వ ఫలదీకరణం (Double fertilization) ఈ సమూహంలోనే జరుగుతుంది.
• రెండు తరగతులు: ఏకదళ బీజాలు (Monocots), ద్విదళ బీజాలు (Dicots).
• ప్రత్యేకమైన మొక్కలు:
  1. రాఫ్లీషియా (Rafflesia): ప్రపంచంలో అతి పెద్ద పుష్పం; పరాన్నజీవి.
  2. వోల్ఫియా (Wolffia): అతి చిన్న పుష్ప మొక్కల్లో ఒకటి.
  3. మర్రి చెట్టు (Banyan): విస్తీర్ణంలో పెద్ద చెట్టు; భారత జాతీయ వృక్షం.
  4. కస్కుటా (Cuscuta / బంగారు తీగ): పరాన్నజీవి తీగ.

పుష్పించే మొక్కలను బీజంలోని బీజదళాల (Cotyledons) సంఖ్య ఆధారంగా రెండు తరగతులుగా విభజిస్తారు. వీటి మధ్య తేడాలు పరీక్షల్లో ఎక్కువగా అడుగుతారు.

• ఏకదళ బీజాలు (Monocots): విత్తనంలో ఒకే బీజదళం.
• వేరు వ్యవస్థ: గుబురు వేర్లు (Fibrous roots).
• ఆకుల్లో సమాంతర నరాల అమరిక (Parallel venation).
• పుష్ప భాగాలు 3 లేదా 3 గుణిజాలు.
• ఉదాహరణలు: వరి, గోధుమ, మొక్కజొన్న, చెరకు, కొబ్బరి, అరటి, ఉల్లి.
• ద్విదళ బీజాలు (Dicots): విత్తనంలో రెండు బీజదళాలు.
• వేరు వ్యవస్థ: మూల వేరు (Tap root).
• ఆకుల్లో జాల నరాల అమరిక (Reticulate venation).
• పుష్ప భాగాలు 4 లేదా 5 లేదా వాటి గుణిజాలు.
• ఉదాహరణలు: మామిడి, చింత, వేప, బఠాణీ, శనగ, పొద్దుతిరుగుడు, గులాబీ.
• కాండంలో వాహక కణజాలం:
  1. ఏకదళాల్లో వాహక కట్టలు చెల్లాచెదురుగా ఉంటాయి
  2. ద్విదళాల్లో వలయాకారంగా ఉంటాయి.
• ద్వితీయ పెరుగుదల (Secondary growth): ద్విదళాల్లో కాండం లావెక్కుతుంది (కేంబియం వల్ల). ఏకదళాల్లో సాధారణంగా ఉండదు.
• వార్షిక వలయాలు (Annual rings): చెట్టు కాండంలోని ఈ వలయాలను లెక్కించి వయసు తెలుసుకోవచ్చు (డెండ్రోక్రోనాలజీ).

గుర్తుంచుకునే చిట్కా 'ఏకదళం – ఒకటి – గుబురు వేర్లు – సమాంతర నరాలు'. 'ద్విదళం – రెండు – మూల వేరు – జాల నరాలు'.

ఆకుపచ్చ మొక్కలు సూర్యరశ్మి సహాయంతో నీరు, కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ నుండి ఆహారం (గ్లూకోజ్) తయారుచేసే ప్రక్రియను కిరణజన్య సంయోగక్రియ (Photosynthesis) అంటారు. భూమిపై జీవానికి ఇదే ఆధారం.

• సమీకరణం: 6CO₂ + 6H₂O + కాంతి శక్తి → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
• కావలసినవి: సూర్యరశ్మి, క్లోరోఫిల్ (పత్రహరితం), నీరు, కార్బన్ డై ఆక్సైడ్.
• జరిగే చోటు: ఆకులోని హరితరేణువులు (Chloroplasts).
• నీరు, CO₂ ప్రవేశం:
  1. నీరు వేర్ల ద్వారా
  2. CO₂ ఆకుల్లోని పత్రరంధ్రాల (Stomata) ద్వారా వస్తుంది.
• విడుదలయ్యే ఆక్సిజన్ ఎక్కడి నుండి? నీటి విచ్ఛిన్నం (Photolysis) నుండి వస్తుంది, CO₂ నుండి కాదు.
• ఇది రూబెన్ & కామెన్ (Ruben and Kamen, 1941) చేసిన ప్రయోగాల్లో నిరూపితమైంది.
• శాస్త్రవేత్తలు:
  1. జోసెఫ్ ప్రీస్ట్లీ (Priestley, 1774): మొక్కలు గాలిని 'శుద్ధి' చేస్తాయని చూపారు (ఆక్సిజన్ కనుగొన్న వారిలో ఒకరు).
  2. జాన్ ఇంజెన్‌హౌజ్ (Jan Ingenhousz): కాంతి అవసరమని చూపారు.
  3. జూలియస్ వాన్ సాచ్స్ (Julius von Sachs): ఆకుల్లో పిండి పదార్థం (Starch) తయారవుతుందని చూపారు.
• కాంతి రంగులు:
  1. ఎరుపు, నీలి కాంతిలో కిరణజన్య సంయోగక్రియ ఎక్కువ
  2. ఆకుపచ్చ కాంతిని ఎక్కువగా పరావర్తనం చేస్తుంది కాబట్టి ఆకులు ఆకుపచ్చగా కనిపిస్తాయి.
• ప్రయోగాలు:
  1. ఆకులో పిండి పదార్థం ఉందని చూపడానికి అయోడిన్ ద్రావణం వాడతారు
  2. పిండి ఉంటే నీలి నలుపు రంగు వస్తుంది.

కిరణజన్య సంయోగక్రియ రెండు దశల్లో జరుగుతుంది: కాంతి చర్య (Light reaction), నిష్కాంతి చర్య (Dark reaction).

• కాంతి చర్య (Light reaction): హరితరేణువులోని గ్రానా (Grana) లో జరుగుతుంది.
• కాంతి అవసరం.
• నీరు విచ్ఛిన్నమై ఆక్సిజన్ విడుదలవుతుంది.
• శక్తి ATP, NADPH రూపంలో నిల్వ అవుతుంది.
• నిష్కాంతి చర్య / కాల్విన్ చక్రం (Dark reaction / Calvin cycle): స్ట్రోమా (Stroma) లో జరుగుతుంది.
• నేరుగా కాంతి అవసరం లేదు
• కాంతి చర్యలో వచ్చిన ATP, NADPH ఉపయోగిస్తుంది.
• CO₂ గ్లూకోజ్‌గా మారుతుంది (స్థిరీకరణ).
• కాల్విన్ (Melvin Calvin) ఈ చక్రాన్ని కనుగొన్నారు.
• ఈ చక్రంలో కీలక ఎంజైమ్ రూబిస్కో (RuBisCO)
• ఇది భూమిపై అత్యంత సమృద్ధిగా ఉండే ఎంజైమ్ అని చెబుతారు.
• C3, C4, CAM మొక్కలు:
  1. C3 మొక్కలు: వరి, గోధుమ, బంగాళాదుంప (మొదటి స్థిర పదార్థం 3-కార్బన్ సమ్మేళనం).
  2. C4 మొక్కలు: మొక్కజొన్న, చెరకు, జొన్న (మొదటి స్థిర పదార్థం 4-కార్బన్ సమ్మేళనం); వేడి, ఎక్కువ కాంతిలో సమర్థవంతం.
  3. CAM మొక్కలు: కాక్టస్, అనాస, కలబంద; పగలు పత్రరంధ్రాలు మూసి, రాత్రి తెరుస్తాయి (ఎడారి మొక్కలు).
• కిరణజన్య సంయోగక్రియ ఎక్కువగా జరిగేది: శైవలాల్లో (సముద్రాల్లోని ఫైటోప్లాంక్టన్) భూమిపై ఉత్పత్తి అయ్యే ఆక్సిజన్‌లో పెద్ద భాగం వస్తుంది.
• ప్రభావితం చేసే అంశాలు: కాంతి తీవ్రత, CO₂ గాఢత, ఉష్ణోగ్రత, నీరు.

మొక్కల పెరుగుదల, పుష్పించడం, పండ్లు పండడం వంటి పనులను నియంత్రించే రసాయనాలను మొక్కల హార్మోన్లు (Phytohormones) అంటారు. ఏ హార్మోన్ ఏ పని చేస్తుందో పరీక్షల్లో తరచూ అడుగుతారు.

• ఆక్సిన్లు (Auxins): కాండం, వేర్ల కణాలు పొడవుగా పెరగడానికి.
• చార్లెస్ డార్విన్ ప్రయోగాలతో ప్రారంభమైంది
• ఫ్రిట్స్ వెంట్ (Went) ఓట్ మొలకల నుండి వేరు చేశారు.
• కాంతి వైపు వంగడం (ఫోటోట్రోపిజం) లో పాత్ర
• కాండం కొనలో తయారవుతుంది.
• కలుపు మొక్కలను చంపే 2,4-D కూడా కృత్రిమ ఆక్సిన్.
• జిబ్బరెల్లిన్లు (Gibberellins): కాండం పొడవు పెరగడం, విత్తనాల మొలకెత్తడం.
• జపాన్‌లో వరిలో 'బకానే (Bakanae)' తెగులు అధ్యయనంలో కనుగొన్నారు (కురోసావా)
• కారక శిలీంధ్రం జిబ్బరెల్లా.
• విత్తనం లేని ద్రాక్ష సాగులో వాడతారు.
• సైటోకైనిన్లు (Cytokinins):
  1. కణ విభజన
  2. ఆకులు వాడిపోవడాన్ని ఆలస్యం చేస్తాయి. స్కూగ్ & మిల్లర్ కైనెటిన్ కనుగొన్నారు.
• అబ్సిసిక్ ఆమ్లం (ABA):
  1. పెరుగుదలను అడ్డుకునే హార్మోన్
  2. 'ఒత్తిడి హార్మోన్ (Stress hormone)'. నీటి కొరత సమయంలో పత్రరంధ్రాలు మూసుకోవడానికి, విత్తన సుప్తావస్థకు.
• ఇథిలీన్ (Ethylene):
  1. వాయు రూపంలో ఉండే ఏకైక మొక్క హార్మోన్
  2. పండ్లు పండడాన్ని వేగవంతం చేస్తుంది. పచ్చి పండ్లను కృత్రిమంగా పండించడానికి వాడతారు.
• పెరుగుదలను ప్రోత్సహించేవి: ఆక్సిన్లు, జిబ్బరెల్లిన్లు, సైటోకైనిన్లు. నిరోధించేవి: ABA, ఇథిలీన్.

మొక్క వేర్ల నుండి నీరు, ఖనిజాలు ఆకులకు; ఆకుల్లో తయారైన ఆహారం ఇతర భాగాలకు చేరుతుంది. దీనికి ప్రత్యేక కణజాలాలు ఉన్నాయి.

• దారువు (Xylem):
  1. నీరు, ఖనిజాలను వేర్ల నుండి పైకి తీసుకెళ్తుంది. ఈ కణజాలం నిర్జీవ కణాలతో ఉంటుంది
  2. దృఢత్వం కూడా ఇస్తుంది.
• పోషక కణజాలం (Phloem):
  1. ఆకుల్లో తయారైన ఆహారాన్ని మొక్క అన్ని భాగాలకు చేరవేస్తుంది. ఇది జీవ కణాలతో ఉంటుంది
  2. రెండు దిశల్లో రవాణా జరుగుతుంది.
• భాష్పోత్సేకం (Transpiration): ఆకుల్లోని పత్రరంధ్రాల ద్వారా నీటి ఆవిరి బయటకు పోవడం.
• పత్రరంధ్రాలను చుట్టి ఉండే కణాలు రక్షక కణాలు (Guard cells).
• భాష్పోత్సేకం వల్ల నీరు పైకి లాగబడుతుంది
• మొక్క చల్లగా ఉంటుంది.
• ఎండ, గాలి వేగం ఎక్కువైతే భాష్పోత్సేకం పెరుగుతుంది
• తేమ ఎక్కువైతే తగ్గుతుంది.
• వేరు పీడనం (Root pressure): వేర్లు నీటిని పైకి నెట్టే చిన్న పీడనం.
• మొక్కల రకాల ఆహార పద్ధతులు:
  1. కీటకాహార మొక్కలు: నెపెంథిస్ (కూజా మొక్క), డ్రాసెరా, వీనస్ ఫ్లై ట్రాప్, యుట్రిక్యులేరియా.
  2. పరాన్నజీవులు: కస్కుటా (బంగారు తీగ), రాఫ్లీషియా.
  3. సహజీవనం: చిక్కుడు జాతి మొక్కల వేరు బుడిపెల్లో రైజోబియం బ్యాక్టీరియా వాతావరణ నైట్రోజన్‌ను స్థిరీకరిస్తుంది.
• నత్రజని స్థిరీకరణ: రైజోబియం (పప్పుధాన్యాల వేరు బుడిపెలు), అజటోబాక్టర్, నీలి ఆకుపచ్చ శైవలాలు (అనబీనా).