पादप प्रोटोप्लास्ट संवर्धन में शामिल विभिन्न चरणों की व्याख्या कीजिए। इस तकनीक की प्रमुख सीमाओं का उल्लेख कीजिए। कायिक संकरण की फ़सल सुधार में क्या भूमिका है ?

पादप प्रोटोप्लास्ट संवर्धन में शामिल विभिन्न चरण

पादप प्रोटोप्लास्ट संवर्धन एक जटिल प्रक्रिया है जिसमें कई चरण शामिल होते हैं, जिनका उद्देश्य कोशिका भित्ति रहित कोशिकाओं को पुनर्जीवित करना और उन्हें पूर्ण पौधे में विकसित करना होता है।

• 1. प्रोटोप्लास्ट का पृथक्करण (Isolation of Protoplasts):
  • पादप सामग्री का चयन: स्वस्थ, युवा और सक्रिय रूप से विभाजित होने वाली पत्तियों या अन्य पादप ऊतकों का चयन किया जाता है।
  • नसबंदी: पादप सामग्री को सूक्ष्मजीवों से मुक्त करने के लिए उचित रूप से निष्फल किया जाता है।
  • कोशिका भित्ति का पाचन: पादप ऊतक को एंजाइमों (जैसे सेल्युलेस, पेक्टिनेस, हेमीसेल्युलेस) के एक मिश्रण में डुबोया जाता है। ये एंजाइम कोशिका भित्ति को पचाते हैं, जिससे कोशिकाएँ अपनी भित्ति खो देती हैं और प्रोटोप्लास्ट बन जाती हैं। यह प्रक्रिया आमतौर पर आइसोटोनिक माध्यम में की जाती है ताकि परासरण के कारण प्रोटोप्लास्ट फटे नहीं।
• 2. प्रोटोप्लास्ट का शुद्धिकरण (Purification of Protoplasts):
  • धुलाई और छानना: एंजाइम मिश्रण से प्रोटोप्लास्ट को अलग करने के लिए उन्हें धोया जाता है और फ़िल्टर किया जाता है।
  • अपकेंद्रीकरण (Centrifugation): प्रोटोप्लास्ट को अपकेंद्रीकरण द्वारा मृत कोशिकाओं, अवांछित मलबे और बिना पाचित ऊतकों से अलग किया जाता है।
• 3. प्रोटोप्लास्ट का संवर्धन (Culture of Protoplasts):
  • संवर्धन माध्यम: शुद्ध प्रोटोप्लास्ट को एक उपयुक्त तरल या अर्ध-ठोस संवर्धन माध्यम में स्थानांतरित किया जाता है। इस माध्यम में आवश्यक पोषक तत्व, विटामिन, हार्मोन (ऑक्सिन, साइटोकिनिन) और एक ऑस्मोटिक स्टेबलाइजर (जैसे मैनिटॉल या सॉर्बिटॉल) होते हैं।
  • पोषक तत्वों की आपूर्ति: प्रोटोप्लास्ट को अपनी कोशिका भित्ति को पुनर्जीवित करने और विभाजित होने के लिए विशिष्ट पोषक तत्वों और हार्मोन की आवश्यकता होती है।
  • पर्यावरणीय स्थितियाँ: संवर्धन को नियंत्रित तापमान, प्रकाश और आर्द्रता की स्थिति में इनक्यूबेट किया जाता है। प्रोटोप्लास्ट धीरे-धीरे एक नई कोशिका भित्ति का निर्माण करते हैं और विभाजित होना शुरू कर देते हैं, जिससे कोशिकाओं का एक समूह जिसे 'कैलस' कहा जाता है, बनता है।
• 4. पौधे का पुनर्जनन (Plant Regeneration):
  • कैलस से पौधा: कैलस को एक भिन्न संवर्धन माध्यम में स्थानांतरित किया जाता है जिसमें हार्मोन का एक अलग संतुलन होता है। यह माध्यम कैलस को शूट (प्ररोह) और रूट (जड़) संरचनाओं में विभेदित होने के लिए प्रेरित करता है।
  • पौधों काhardening: एक बार जब छोटे पौधे (प्लांटलेट्स) विकसित हो जाते हैं, तो उन्हें धीरे-धीरे ग्रीनहाउस स्थितियों के अनुकूल बनाया जाता है (hardening)।
  • स्थानांतरण: hardened प्लांटलेट्स को अंततः मिट्टी में स्थानांतरित कर दिया जाता है, जहाँ वे पूर्ण पौधों के रूप में विकसित होते हैं।

इस तकनीक की प्रमुख सीमाएँ

हालांकि प्रोटोप्लास्ट संवर्धन एक शक्तिशाली तकनीक है, इसकी कुछ महत्वपूर्ण सीमाएँ भी हैं:

• 1. कम पुनर्जनन क्षमता (Low Regeneration Efficiency): सभी पादप प्रजातियाँ प्रोटोप्लास्ट से आसानी से पुनर्जीवित नहीं हो सकतीं। कई प्रजातियों में, विशेषकर महत्वपूर्ण फसलों में, प्रोटोप्लास्ट से पूर्ण पौधे प्राप्त करना मुश्किल या असंभव होता है।
• 2. अनुवांशिक अस्थिरता (Genetic Instability): संवर्धन के दौरान प्रोटोप्लास्ट में गुणसूत्र संबंधी असामान्यताएँ (जैसे पॉलीप्लॉइडी, ऐन्यूप्लॉइडी) और अन्य आनुवंशिक परिवर्तन (सोमाक्लोनल भिन्नता) हो सकते हैं। यह अवांछित परिवर्तन पैदा कर सकता है।
• 3. संदूषण का खतरा (Risk of Contamination): कोशिका भित्ति रहित प्रोटोप्लास्ट सूक्ष्मजीवों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं। संवर्धन के दौरान जीवाणु और कवक संदूषण एक बड़ी समस्या हो सकती है।
• 4. विशिष्ट विशेषज्ञता की आवश्यकता (Need for Specific Expertise): प्रोटोप्लास्ट संवर्धन एक अत्यधिक विशिष्ट और तकनीकी रूप से मांग वाली प्रक्रिया है जिसके लिए विशेष उपकरणों, बाँझ स्थितियों और कुशल कर्मियों की आवश्यकता होती है।
• 5. जीवन क्षमता बनाए रखना कठिन (Difficulty in Maintaining Viability): प्रोटोप्लास्ट बहुत नाजुक होते हैं और संवर्धन प्रक्रिया के दौरान उनकी जीवन क्षमता को बनाए रखना चुनौतीपूर्ण हो सकता है।
• 6. प्रोटोप्लास्ट संलयन की कठिनाई (Difficulty in Protoplast Fusion): जबकि प्रोटोप्लास्ट संलयन कायिक संकरण के लिए महत्वपूर्ण है, विभिन्न प्रजातियों के प्रोटोप्लास्ट को कुशलता से संलयित करना और व्यवहार्य संकर प्राप्त करना हमेशा आसान नहीं होता है।

कायिक संकरण की फ़सल सुधार में भूमिका

कायिक संकरण, या प्रोटोप्लास्ट संलयन, एक ऐसी तकनीक है जिसमें विभिन्न प्रजातियों या वंशों के दो प्रोटोप्लास्ट का संलयन करके एक संकर कोशिका बनाई जाती है। यह तकनीक पारंपरिक यौन प्रजनन की बाधाओं को दूर करती है और फसल सुधार में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है:

• 1. अंतर-विशिष्ट और अंतर-जेनेरिक संकर (Interspecific and Intergeneric Hybrids):
  • कायिक संकरण उन पौधों के बीच संकर बनाने में सक्षम बनाता है जो यौन रूप से संगत नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, पोटैटो (Potato) और टोमैटो (Tomato) के प्रोटोप्लास्ट को संलयित करके पोमैटो (Pomato) बनाया गया था (हालांकि व्यावसायिक रूप से सफल नहीं)।
  • यह विभिन्न प्रजातियों के वांछित लक्षणों (जैसे रोग प्रतिरोधक क्षमता, कीट प्रतिरोध, पर्यावरण तनाव सहिष्णुता) को एक ही पौधे में संयोजित करने का अवसर प्रदान करता है।
• 2. रोग प्रतिरोधी किस्में विकसित करना (Developing Disease-Resistant Varieties):
  • जंगली प्रजातियों से रोग प्रतिरोधक जीनों को खेती की जाने वाली फसलों में स्थानांतरित करने के लिए कायिक संकरण का उपयोग किया जा सकता है, जिससे नई, प्रतिरोधी किस्में बनती हैं।
  • उदाहरण के लिए, Solanum tuberosum (आलू) में Solanum brevidens (एक जंगली प्रजाति) से रोग प्रतिरोधक क्षमता का स्थानांतरण।
• 3. कीट प्रतिरोध में सुधार (Improving Pest Resistance):
  • यह तकनीक उन जीनों को पेश करने की अनुमति देती है जो कीटों के लिए विषाक्त यौगिकों का उत्पादन करते हैं या कीटों के प्रति पौधे की प्राकृतिक रक्षा तंत्र को बढ़ाते हैं।
• 4. पर्यावरण तनाव सहिष्णुता (Environmental Stress Tolerance):
  • लवणता, सूखा, ठंड या भारी धातु विषाक्तता जैसे अजैविक तनावों के प्रति सहिष्णुता के लिए जिम्मेदार जीनों को एक प्रजाति से दूसरी प्रजाति में स्थानांतरित किया जा सकता है। यह सीमांत भूमि पर भी फसलों की खेती की संभावना बढ़ाता है।
• 5. नई फसल प्रजातियों का निर्माण (Creation of New Crop Species):
  • कायिक संकरण के माध्यम से पूरी तरह से नई फसल प्रजातियों का विकास संभव है, जिनमें दोनों मूल प्रजातियों के वांछित लक्षण हों। यह जैव विविधता और कृषि उत्पादकता में वृद्धि कर सकता है।
• 6. कोशिकांग संकरण (Cybridization):
  • यह प्रोटोप्लास्ट संलयन का एक प्रकार है जहां एक प्रजाति का नाभिक दूसरी प्रजाति के कोशिका द्रव्य के साथ संयुक्त होता है। यह विशेष रूप से कोशिका द्रव्य-विरासत वाले लक्षणों, जैसे कि नर बंध्यता (cytoplasmic male sterility) के हस्तांतरण के लिए उपयोगी है, जो संकर बीज उत्पादन में महत्वपूर्ण है।