Model Answer
0 min readIntroduction
नाइट्रोजन पृथ्वी पर जीवन के लिए एक आवश्यक तत्व है, जो प्रोटीन, न्यूक्लिक अम्ल (DNA, RNA) और क्लोरोफिल जैसे महत्वपूर्ण जैविक अणुओं का एक घटक है। वायुमंडल में लगभग 78% नाइट्रोजन गैस (N₂) के रूप में मौजूद है, लेकिन पौधे और अधिकांश जीव इसे सीधे उपयोग नहीं कर सकते। इस गैसीय नाइट्रोजन को अमोनिया (NH₃), नाइट्रेट (NO₃⁻) और नाइट्राइट (NO₂⁻) जैसे पौधों द्वारा अवशोषित किए जा सकने वाले रूपों में परिवर्तित करने की प्रक्रिया को नाइट्रोजन स्थिरीकरण कहा जाता है। जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण वह प्राकृतिक प्रक्रिया है जिसमें कुछ सूक्ष्मजीव वायुमंडलीय नाइट्रोजन को इस उपयोगी रूप में परिवर्तित करते हैं, जो कृषि और पारिस्थितिक तंत्रों के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। यह रासायनिक उर्वरकों पर निर्भरता कम करके मृदा की उर्वरता बढ़ाने और टिकाऊ कृषि को बढ़ावा देने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण क्या है?
जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण (BNF) वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा कुछ प्रोकैरियोटिक सूक्ष्मजीव (जैसे बैक्टीरिया और साइनोबैक्टीरिया) वायुमंडलीय नाइट्रोजन (N₂) को अमोनिया (NH₃) में परिवर्तित करते हैं। यह प्रक्रिया एक विशिष्ट एंजाइम कॉम्प्लेक्स, नाइट्रोजनेज द्वारा उत्प्रेरित होती है, जो ऑक्सीजन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है। अमोनिया को तब पौधों द्वारा सीधे उपयोग किया जा सकता है या मिट्टी में अन्य नाइट्रोजन यौगिकों में परिवर्तित किया जा सकता है। यह प्रक्रिया नाइट्रोजन चक्र का एक अभिन्न अंग है और पृथ्वी पर जीवन के लिए आवश्यक है, क्योंकि यह पौधों और अंततः खाद्य श्रृंखला में नाइट्रोजन की आपूर्ति का प्राथमिक स्रोत है। डच सूक्ष्म जीवविज्ञानी मार्टिनस बेजरिनक ने 1901 में जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण की खोज की थी।
सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण की प्रक्रिया
सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण सूक्ष्मजीवों और उच्च पौधों के बीच एक पारस्परिक रूप से लाभकारी संबंध (सहजीवन) को संदर्भित करता है, जहां सूक्ष्मजीव वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर करते हैं और बदले में पौधे से कार्बोहाइड्रेट और आश्रय प्राप्त करते हैं। यह जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण का सबसे कुशल प्रकार है।
1. लेग्यूमिनस पौधे और राइज़ोबियम बैक्टीरिया:
यह सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण का सबसे प्रसिद्ध और अध्ययन किया गया उदाहरण है।
- पहचान और आकर्षण: लेग्यूमिनस पौधे (जैसे मटर, चना, मूंगफली, सोयाबीन) अपनी जड़ों से विशेष रासायनिक यौगिक, फ्लेवोनोइड्स, छोड़ते हैं। ये फ्लेवोनोइड्स मिट्टी में मौजूद राइज़ोबियम बैक्टीरिया को जड़ों की ओर आकर्षित करते हैं।
- संक्रमण और जड़ ग्रंथिका का निर्माण: राइज़ोबियम बैक्टीरिया जड़ के बालों में प्रवेश करते हैं और संक्रमण सूत्र (Infection Thread) बनाते हैं। यह संक्रमण सूत्र कॉर्टेक्स कोशिकाओं में बढ़ता है, जिससे कोशिकाओं का गुणन होता है और जड़ पर विशिष्ट संरचनाएं बनती हैं जिन्हें जड़ ग्रंथिका (Root Nodules) कहा जाता है।
- नाइट्रोजनेज एंजाइम की भूमिका: ग्रंथिकाओं के अंदर, राइज़ोबियम बैक्टीरिया रूपांतरित होकर बैक्टीरियोइड्स बन जाते हैं। ये बैक्टीरियोइड्स नाइट्रोजनेज एंजाइम का उत्पादन करते हैं, जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन (N₂) को अमोनिया (NH₃) में बदलने के लिए जिम्मेदार होता है। नाइट्रोजनेज ऑक्सीजन के प्रति बहुत संवेदनशील होता है, इसलिए ग्रंथिकाओं में लेगहीमोग्लोबिन नामक एक प्रोटीन होता है, जो ऑक्सीजन के स्तर को नियंत्रित करता है और एंजाइम को निष्क्रिय होने से बचाता है। लेगहीमोग्लोबिन ग्रंथिकाओं को लाल रंग देता है।
- पोषक तत्वों का आदान-प्रदान: पौधे प्रकाश संश्लेषण द्वारा उत्पादित कार्बोहाइड्रेट को बैक्टीरियोइड्स को ऊर्जा के स्रोत के रूप में प्रदान करते हैं। बदले में, बैक्टीरियोइड्स द्वारा स्थिर की गई अमोनिया पौधे को नाइट्रोजन स्रोत के रूप में उपलब्ध होती है, जिसका उपयोग पौधे प्रोटीन और अन्य नाइट्रोजन युक्त यौगिकों के संश्लेषण के लिए करते हैं।
सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण के अन्य उदाहरण:
- एक्टिनोराइजल पौधे और फ्रैंकिया (Frankia) बैक्टीरिया: कुछ गैर-लेग्यूमिनस पौधे, जैसे एल्डर (Alnus) और कैसुरीना (Casuarina), फ्रैंकिया नामक एक्टिनोमाइसेट्स के साथ सहजीवी संबंध बनाते हैं, जो जड़ ग्रंथिकाओं में नाइट्रोजन स्थिरीकरण करते हैं।
- एजोला (Azolla) और एनाबीना एजोली (Anabaena azollae): एजोला एक जलीय फर्न है जो धान के खेतों में पाया जाता है। इसकी पत्तियों में साइनोबैक्टीरियम एनाबीना एजोली के साथ सहजीवी संबंध होता है, जो नाइट्रोजन स्थिरीकरण करता है। यह धान की खेती में हरी खाद के रूप में महत्वपूर्ण है।
- साइनोबैक्टीरिया और लाइकेन: कुछ लाइकेन, जो शैवाल और कवक के बीच सहजीवी संबंध होते हैं, उनमें साइनोबैक्टीरिया (जैसे नोस्टॉक) भी शामिल होते हैं, जो नाइट्रोजन स्थिरीकरण कर सकते हैं।
जैविक और रासायनिक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के बीच अंतर
| विशेषता | जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण | रासायनिक नाइट्रोजन स्थिरीकरण (हेबर-बॉश प्रक्रिया) |
|---|---|---|
| प्रक्रिया | सूक्ष्मजीवों द्वारा वायुमंडलीय N₂ को अमोनिया में बदलना। | उच्च तापमान और दाब पर N₂ और H₂ से अमोनिया का औद्योगिक उत्पादन। |
| शामिल कारक | नाइट्रोजनेज एंजाइम और सूक्ष्मजीव (जैसे राइज़ोबियम, फ्रैंकिया)। | लोहे-आधारित उत्प्रेरक, उच्च ऊर्जा इनपुट। |
| ऊर्जा स्रोत | पौधे से प्राप्त कार्बोहाइड्रेट (सहजीवी) या जैविक पदार्थों का अपघटन। | जीवाश्म ईंधन से प्राप्त ऊर्जा। |
| पर्यावरणीय प्रभाव | पर्यावरण के अनुकूल, मृदा स्वास्थ्य में सुधार, रासायनिक उर्वरकों पर निर्भरता कम। | ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन (N₂O), जल प्रदूषण (नाइट्रेट लीचिंग)। |
| लागत | कम लागत प्रभावी (किसानों के लिए)। | उच्च ऊर्जा लागत और उत्पादन लागत। |
Conclusion
जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण, विशेष रूप से सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण, प्रकृति की एक अविश्वसनीय प्रक्रिया है जो पौधों को आवश्यक नाइट्रोजन प्रदान करके पारिस्थितिक तंत्रों और कृषि उत्पादकता को बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। लेग्यूमिनस पौधों और राइज़ोबियम जैसे सूक्ष्मजीवों के बीच यह सहजीवी संबंध रासायनिक उर्वरकों पर निर्भरता कम करके, मृदा स्वास्थ्य में सुधार करके और पर्यावरणीय प्रदूषण को कम करके टिकाऊ कृषि प्रथाओं के लिए एक प्राकृतिक और लागत प्रभावी समाधान प्रस्तुत करता है। जलवायु परिवर्तन और पर्यावरणीय स्थिरता की बढ़ती चिंताओं के मद्देनजर, जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण तंत्र को समझना और उनका लाभ उठाना भविष्य की खाद्य सुरक्षा और पारिस्थितिक संतुलन के लिए आवश्यक है।
Answer Length
This is a comprehensive model answer for learning purposes and may exceed the word limit. In the exam, always adhere to the prescribed word count.