अध्याय 12 खनिज पोषण
सभी जीवित जीवों की मूलभूत आवश्यकताएँ मूलतः एक समान होती हैं। उन्हें वृद्धि और विकास के लिए कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन और वसा जैसे बड़े अणुओं, जल और खनिजों की आवश्यकता होती है।
यह अध्याय मुख्यतः अजैविक पोषण पर केंद्रित है, जिसमें आप पौधों की वृद्धि और विकास के लिए आवश्यक तत्वों की पहचान के तरीकों और आवश्यकता स्थापित करने के मानदंडों का अध्ययन करेंगे। आप आवश्यक तत्वों की भूमिका, उनकी प्रमुख कमी के लक्षण और इन आवश्यक तत्वों के अवशोषण की क्रिया-विधि का भी अध्ययन करेंगे। यह अध्याय आपको जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के महत्व और उसकी क्रिया-विधि से भी संक्षेप में परिचित कराता है।
12.1 पौधों की खनिज आवश्यकताओं का अध्ययन करने की विधियाँ
1860 में जूलियस वॉन सैक्स, एक प्रसिद्ध जर्मन वनस्पतिशास्त्री ने पहली बार प्रदर्शित किया कि पौधों को मिट्टी की पूर्ण अनुपस्थिति में एक निर्धारित पोषक विलयन में पूर्ण विकसित किया जा सकता है। पौधों को पोषक विलयन में उगाने की इस तकनीक को हाइड्रोपोनिक्स कहा जाता है। तब से, पौधों के लिए आवश्यक खनिज पोषकों को निर्धारित करने के लिए कई सुधरी हुई विधियों का प्रयोग किया गया है। इन सभी विधियों का सार यह है कि पौधों को मिट्टी रहित, निर्धारित खनिज विलयन में उगाया जाता है। इन विधियों के लिए शुद्ध जल और खनिज पोषक लवणों की आवश्यकता होती है। क्या आप बता सकते हैं कि ऐसा करना इतना आवश्यक क्यों है?
पौधों की जड़ों को पोषक विलयनों में डुबोकर किए गए एक श्रृंखला प्रयोगों में जिसमें किसी तत्व को जोड़ा/प्रतिस्थापित/हटाया या विभिन्न सांद्रताओं में दिया गया, एक ऐसा खनिज विलयन प्राप्त किया गया जो पौधों की वृद्धि के लिए उपयुक्त था। इस विधि से आवश्यक तत्वों की पहचान की गई और उनकी कमी के लक्षणों की खोज हुई। हाइड्रोपोनिक्स को टमाटर, बीजरहित खीरा और सलाद जैसी सब्जियों के व्यावसायिक उत्पादन की तकनीक के रूप में सफलतापूर्वक प्रयोग किया गया है। यह जोर देकर कहा जाना चाहिए कि इष्टतम वृद्धि प्राप्त करने के लिए पोषक विलयनों को पर्याप्त रूप से वातित किया जाना चाहिए। यदि विलयनों को ठीक से वातित नहीं किया जाता तो क्या होता? हाइड्रोपोनिक तकनीक के आरेखीय दृश्य चित्र 12.1 और 12.2 में दिए गए हैं।
12.2 आवश्यक खनिज तत्व
मिट्टी में मौजूद अधिकांश खनिज पौधों की जड़ों के माध्यम से प्रवेश कर सकते हैं। वास्तव में, अब तक खोजे गए 105 तत्वों में से साठ से अधिक तत्व विभिन्न पौधों में पाए जाते हैं। कुछ पौधों की प्रजातियाँ सेलेनियम का संचय करती हैं, कुछ अन्य सोना, जबकि परमाणु परीक्षण स्थलों के पास उगने वाले कुछ पौधे रेडियोधर्मी स्ट्रॉन्शियम को ग्रहण करते हैं। ऐसी तकनीकें हैं जो बहुत कम सांद्रता (10-8 g/mL) पर भी खनिजों का पता लगा सकती हैं। सवाल यह है कि क्या पौधों में मौजूद सभी विविध खनिज तत्व, उदाहरण के लिए ऊपर उल्लिखित सोना और सेलेनियम, वास्तव में पौधों के लिए आवश्यक हैं? हम यह कैसे तय करें कि पौधों के लिए क्या आवश्यक है और क्या नहीं?
12.2.1 आवश्यकता के मानदंड
किसी तत्व की आवश्यकता के मानदंड नीचे दिए गए हैं:
(a) तत्व सामान्य वृद्धि और प्रजनन के लिए पूर्णतः आवश्यक होना चाहिए। तत्व की अनुपस्थिति में पौधे अपना जीवन चक्र पूरा नहीं करते या बीज नहीं बनाते।
(b) तत्व की आवश्यकता विशिष्ट होनी चाहिए और किसी अन्य तत्व से प्रतिस्थापित नहीं की जा सकती। दूसरे शब्दों में, किसी एक तत्व की कमी को किसी अन्य तत्व की आपूर्ति करके पूरा नहीं किया जा सकता।
(c) तत्व सीधे पौधे के चयापचय में शामिल होना चाहिए।
उपरोक्त मानदंडों के आधार पर केवल कुछ ही तत्व पौधों की वृद्धि और चयापचय के लिए पूर्णतः आवश्यक पाए गए हैं। इन तत्वों को उनकी मात्रात्मक आवश्यकता के आधार पर दो व्यापक श्रेणियों में विभाजित किया गया है।
(i) मैक्रोन्यूट्रिएंट्स, और
(ii) माइक्रोन्यूट्रिएंट्स
मैक्रोन्यूट्रिएंट्स सामान्यतः पौधों के ऊतकों में बड़ी मात्रा में पाए जाते हैं (10 मिमोल किग्रा-1 शुष्क पदार्थ से अधिक)। इन मैक्रोन्यूट्रिएंट्स में कार्बन, हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, फॉस्फोरस, सल्फर, पोटैशियम, कैल्शियम और मैग्नीशियम शामिल हैं। इनमें से कार्बन, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन मुख्यतः CO2 और H2O से प्राप्त होते हैं, जबकि शेष मिट्टी से खनिज पोषण के रूप में अवशोषित होते हैं।
सूक्ष्म पोषक तत्व या ट्रेस एलिमेंट्स बहुत कम मात्रा में आवश्यक होते हैं (10 मिमोल किग्रा-1 शुष्क पदार्थ से कम)। इनमें आयरन, मैंगनीज, कॉपर, मोलिब्डेनम, जिंक, बोरॉन, क्लोरीन और निकेल शामिल हैं।
उपरोक्त 17 आवश्यक तत्वों के अतिरिक्त कुछ लाभकारी तत्व भी होते हैं जैसे सोडियम, सिलिकॉन, कोबाल्ट और सेलेनियम। ये उच्च पौधों द्वारा आवश्यक होते हैं।
आवश्यक तत्वों को उनके विविध कार्यों के आधार पर चार व्यापक श्रेणियों में भी वर्गीकृत किया जा सकता है। ये श्रेणियाँ हैं: (i) आवश्यक तत्व जैव अणुओं के घटक के रूप में और इस प्रकार कोशिकाओं के संरचनात्मक तत्व (जैसे कार्बन, हाइड्रोजन, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन)।
(ii) आवश्यक तत्व जो पौधों में ऊर्जा-संबंधी रासायनिक यौगिकों के घटक होते हैं (जैसे क्लोरोफिल में मैग्नीशियम और ATP में फॉस्फोरस)।
(iii) आवश्यक तत्व जो एंजाइमों को सक्रिय या निष्क्रिय करते हैं, उदाहरण के लिए Mg2+ दोनों राइब्यूलोज़ बिस्फ़ोस्फेट कार्बोक्सिलेज़-ऑक्सीजनेज़ और फ़ॉस्फ़ोएनॉल पाइरुवेट कार्बोक्सिलेज़ के लिए एक सक्रियक है, जो दोनों प्रकाश संश्लेषण कार्बन निर्धारण में महत्वपूर्ण एंजाइम हैं; Zn2+ अल्कोहल डिहाइड्रोजनेज़ का सक्रियक है और Mo नाइट्रोजनेज़ का नाइट्रोजन चयापचय के दौरान। क्या आप इस श्रेणी में आने वाले कुछ और तत्वों का नाम बता सकते हैं? इसके लिए, आपको पहले अध्ययन किए गए कुछ जैव रासायनिक पथों को याद करना होगा।
(iv) कुछ आवश्यक तत्व कोशिका के परासरणीय विभव को बदल सकते हैं। पोटैशियम स्टोमेटा के खुलने और बंद होने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। आपको कोशिका के जल विभव को निर्धारित करने में सॉल्यूट्स के रूप में खनिजों की भूमिका याद हो सकती है।
12.2.2 मैक्रो- और माइक्रो-न्यूट्रिएंट्स की भूमिका
आवश्यक तत्व कई कार्य करते हैं। वे पादप कोशिकाओं में विभिन्न उपापचयी प्रक्रियाओं में भाग लेते हैं जैसे कोशिका झिल्ली की पारगम्यता, कोशिका रस की परासरण सांद्रता का रखरखाव, इलेक्ट्रॉन-परिवहन प्रणालियाँ, बफ़रिंग क्रिया, एंजाइमी क्रियाकलाप और मैक्रोअणुओं और सह-एंजाइमों के प्रमुख घटक के रूप में कार्य करते हैं।
आवश्यक पोषक तत्वों के विभिन्न रूप और कार्य नीचे दिए गए हैं।
नाइट्रोजन: यह पौधों द्वारा सबसे अधिक मात्रा में आवश्यक पोषक तत्व है। यह मुख्यतः NO3– के रूप में अवशोषित होता है, यद्यपि कुछ मात्रा में NO2– या NH4+ के रूप में भी लिया जाता है। नाइट्रोजन पौधे के सभी भागों के लिए आवश्यक होता है, विशेषतः मेरिस्टेमेटिक ऊतकों और चयापचय-सक्रिय कोशिकाओं के लिए। नाइट्रोजन प्रोटीन, न्यूक्लिक अम्ल, विटामिन और हार्मोन का एक प्रमुख घटक है।
फॉस्फोरस: फॉस्फोरस पौधों द्वारा मिट्टी से फॉस्फेट आयनों के रूप में अवशोषित किया जाता है (या तो H2PO−4 या HPO2−4 के रूप में)। फॉस्फोरस कोशिका झिल्ली, कुछ प्रोटीन, सभी न्यूक्लिक अम्ल और न्यूक्लियोटाइड्स का घटक है और सभी फॉस्फोरिलेशन अभिक्रियाओं के लिए आवश्यक है।
पोटैशियम: यह पोटैशियम आयन (K+) के रूप में अवशोषित होता है। पौधों में यह मेरिस्टेमेटिक ऊतकों, कलियों, पत्तियों और जड़ों की नोक में अधिक मात्रा में आवश्यक होता है। पोटैशियम कोशिकाओं में ऋणायन-धनायन संतुलन बनाए रखने में सहायक होता है और प्रोटीन संश्लेषण, रंध्रों का खुलना-बंद होना, एंजाइमों की सक्रियता और कोशिकाओं की तुर्गीदता बनाए रखने में शामिल होता है।
कैल्शियम: पौधा मिट्टी से कैल्शियम आयनों (Ca2+) के रूप में कैल्शियम को अवशोषित करता है। कैल्शियम की आवश्यकता मेरिस्टेमेटिक और विभेदीकरण हो रही ऊतकों को होती है। कोशिका विभाजन के दौरान इसका उपयोग कोशिका भित्ति के संश्लेषण में होता है, विशेष रूप से मध्य लेमेला में कैल्शियम पेक्टेट के रूप में। यह माइटोटिक स्पिंडल के निर्माण के दौरान भी आवश्यक होता है। यह वृद्ध पत्तियों में संचित होता है। यह कोशिका झिल्ली की सामान्य कार्यप्रणाली में शामिल होता है। यह कुछ एंजाइमों को सक्रिय करता है और उपापचयी गतिविधियों को नियंत्रित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
मैग्नीशियम: इसे पौधे द्वैध Mg2+ के रूप में अवशोषित करते हैं। यह श्वसन और प्रकाश संश्लेषण के एंजाइमों को सक्रिय करता है और DNA तथा RNA के संश्लेषण में शामिल होता है। मैग्नीशियम क्लोरोफिल की वलय संरचना का एक घटक है और राइबोसोम संरचना को बनाए रखने में मदद करता है।
सल्फर: पौधे सल्फर को सल्फेट (SO2− 4 ) के रूप में प्राप्त करते हैं। सल्फर दो अमीनो अम्लों - सिस्टीन और मेथियोनिन में उपस्थित होता है और कई सहएंजाइमों, विटामिनों (थायमिन, बायोटिन, सहएंजाइम A) और फेरेडॉक्सिन का मुख्य घटक है।
आयरन: पौधे आयरन को फेरिक आयनों (Fe3+) के रूप में प्राप्त करते हैं। इसकी आवश्यकता अन्य सूक्ष्म पोषक तत्वों की तुलना में अधिक मात्रा में होती है। यह इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण में शामिल प्रोटीनों जैसे फेरेडॉक्सिन और साइटोक्रोम्स का एक महत्वपूर्ण घटक है। यह इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण के दौरान Fe2+ से Fe3+ तक उत्क्रमणीय रूप से ऑक्सीकृत होता है। यह कैटलेज एंजाइम को सक्रिय करता है और क्लोरोफिल के निर्माण के लिए आवश्यक है।
मैंगनीज: यह मैंगनीज़ आयनों (Mn2+) के रूप में अवशोषित होता है। यह प्रकाश संश्लेषण, श्वसन और नाइट्रोजन चयापचय में शामिल कई एंजाइमों को सक्रिय करता है। प्रकाश संश्लेषण के दौरान ऑक्सीजन मुक्त करने के लिए जल के विघटन में मैंगनीज़ का सबसे अच्छी तरह परिभाषित कार्य है।
जिंक: पौधे जिंक को Zn2+ आयनों के रूप में प्राप्त करते हैं। यह विभिन्न एंजाइमों, विशेष रूप से कार्बोक्सिलेज़ को सक्रिय करता है। यह ऑक्सिन के संश्लेषण के लिए भी आवश्यक है।
कॉपर: यह क्यूप्रिक आयनों (Cu2+) के रूप में अवशोषित होता है। यह पौधों में समग्र चयापचय के लिए आवश्यक है। लोहे की तरह, यह रेडॉक्स अभिक्रियाओं में शामिल कुछ एंजाइमों से जुड़ा होता है और Cu+ से Cu2+ में प्रतिवर्ती रूप से ऑक्सीकृत होता है।
बोरॉन: यह BO3− या B4O2− के रूप में अवशोषित होता है। बोरॉन Ca के अवशोषण और उपयोग, झिल्ली कार्य, पराग अंकुरण, कोशिका विस्तार, कोशिका विभेदन और कार्बोहाइड्रेट स्थानांतरण के लिए आवश्यक होता है।
मोलिब्डेनम: पौधे इसे मोलिब्डेट आयनों (MoO2+) के रूप में प्राप्त करते हैं। यह कई एंजाइमों का एक घटक है, जिनमें नाइट्रोजनेज और नाइट्रेट रिडक्टेज शामिल हैं, जो दोनों नाइट्रोजन चयापचय में भाग लेते हैं।
क्लोरीन: यह क्लोराइड एनियन (Cl–) के रूप में अवशोषित होता है। Na+ और K+ के साथ, यह कोशिकाओं में विलयन सांद्रता और एनियन-केशन संतुलन निर्धारित करने में मदद करता है। यह प्रकाश संश्लेषण में जल-विघटन अभिक्रिया के लिए आवश्यक होता है, एक अभिक्रिया जो ऑक्सीजन उत्सर्जन की ओर ले जाती है।
12.2.3 आवश्यक तत्वों की कमी के लक्षण
जब भी किसी आवश्यक तत्व की आपूर्ति सीमित हो जाती है, पौधे की वृद्धि बाधित होती है। आवश्यक तत्व की वह सांद्रता जिससे नीचे पौधे की वृद्धि बाधित होती है, को महत्वपूर्ण सांद्रता कहा जाता है। जब तत्व महत्वपूर्ण सांद्रता से नीचे उपस्थित होता है, तो उसे न्यूनतम कहा जाता है। चूंकि प्रत्येक तत्व का पौधों में एक या अधिक विशिष्ट संरचनात्मक या कार्यात्मक भूमिका होती है, किसी विशेष तत्व की अनुपस्थिति में पौधे कुछ विशिष्ट आकृति-विज्ञान संबंधी परिवर्तन दिखाते हैं। ये आकृति-विज्ञान संबंधी परिवर्तन कुछ तत्वों की कमी के संकेतक होते हैं और इन्हें न्यूनता लक्षण कहा जाता है। न्यूनता लक्षण तत्व से तत्व में भिन्न होते हैं और जब पौधे को न्यून खनिज पोषक प्रदान किया जाता है तो ये गायब हो जाते हैं। हालांकि, यदि कमी जारी रहती है, तो यह अंततः पौधे की मृत्यु का कारण बन सकती है। पौधे के वे भाग जिनमें न्यूनता लक्षण दिखाई देते हैं, वे तत्व की पौधे में गतिशीलता पर भी निर्भर करते हैं। उन तत्वों के लिए जो सक्रिय रूप से पौधों के भीतर स्थानांतरित होते हैं और युवा विकसित हो रहे ऊतकों में निर्यात किए जाते हैं, न्यूनता लक्षण पहले वृद्ध ऊतकों में दिखाई देते हैं। उदाहरण के लिए, नाइट्रोजन, पोटैशियम और मैग्नीशियम की न्यूनता लक्षण पहले वृद्ध पत्तियों में दिखाई देते हैं। वृद्ध पत्तियों में, इन तत्वों को युक्त जैव-अणु टूट जाते हैं, जिससे ये तत्व युवा पत्तियों में स्थानांतरित होने के लिए उपलब्ध हो जाते हैं।
कमी के लक्षण आमतौर पर युवा ऊतकों में पहले दिखाई देते हैं जब तत्व अपेक्षाकृत गतिहीन होते हैं और परिपक्व अंगों से बाहर नहीं पहुँचाए जाते हैं, उदाहरण के लिए, तत्व जैसे सल्फर और कैल्शियम कोशिका की संरचनात्मक घटक का हिस्सा होते हैं और इसलिए आसानी से मुक्त नहीं होते हैं। पौधों की खनिज पोषण का यह पहलू कृषि और बागवानी के लिए बहुत महत्वपूर्ण और उपयोगी है।
पौधों में दिखाई देने वाले कमी लक्षणों में क्लोरोसिस, नेक्रोसिस, पौधे की वृद्धि रुकना, पत्तियों और कलियों का समय से पहले गिरना, और कोशिका विभाजन की अवरुद्ध होना शामिल हैं। क्लोरोसिस क्लोरोफिल की हानि है जिससे पत्तियों में पीलापन आता है। यह लक्षण तत्वों N, K, Mg, S, Fe, Mn, Zn और Mo की कमी के कारण होता है। इसी तरह, नेक्रोसिस, या ऊतक, विशेष रूप से पत्ती के ऊतक की मृत्यु, Ca, Mg, Cu, K की कमी के कारण होती है। N, K, S, Mo की कमी या कम स्तर कोशिका विभाजन को रोकता है। कुछ तत्व जैसे N, S, Mo यदि पौधों में उनकी सांद्रता कम हो तो फूलने में देरी करते हैं।
आप ऊपर से देख सकते हैं कि किसी भी तत्व की कमी से कई लक्षण उत्पन्न हो सकते हैं और वही लक्षण कई अलग-अलग तत्वों में से किसी एक की कमी के कारण भी हो सकते हैं। इसलिए, कमी वाले तत्व की पहचान करने के लिए, एक को पौधे के सभी विभिन्न भागों में विकसित होने वाले सभी लक्षणों का अध्ययन करना होता है और उन्हें उपलब्ध मानक तालिकाओं से तुलना करनी होती है। हमें यह भी जागरूक होना चाहिए कि विभिन्न पौधे एक ही तत्व की कमी पर भी अलग-अलग प्रतिक्रिया देते हैं।
12.2.4 सूक्ष्म पोषक तत्वों की विषाक्तता
सूक्ष्म पोषक तत्वों की आवश्यकता हमेशा कम मात्रा में होती है जबकि उनकी मध्यम कमी से कमी के लक्षण दिखाई देते हैं और मध्यम वृद्धि से विषाक्तता। दूसरे शब्दों में, ऐसा सांद्रता का संकीर्ण परिसर होता है जिस पर तत्व इष्टतम होते हैं। किसी भी खनिज आयन की ऊतकों में ऐसी सांद्रता जो ऊतकों के शुष्क भार को लगभग 10 प्रतिशत तक घटा दे, विषाक्त मानी जाती है। ऐसी महत्वपूर्ण सांद्रताएं विभिन्न सूक्ष्म पोषक तत्वों के बीच व्यापक रूप से भिन्न होती हैं। विषाक्तता के लक्षणों की पहचान करना कठिन होता है। किसी भी तत्व के लिए विषाक्तता स्तर भी विभिन्न पौधों के लिए भिन्न होते हैं। कई बार, किसी तत्व की अधिकता दूसरे तत्व के अवशोषण को रोक सकती है। उदाहरण के लिए, मैंगनीज विषाक्तता का प्रमुख लक्ष्य पीले वाहिकाओं से घिरे भूरे धब्बों की उपस्थिति है। यह जानना महत्वपूर्ण है कि मैंगनीज आयरन और मैग्नीशियम के साथ अवशोषण के लिए प्रतिस्पर्धा करता है और एंजाइमों से बंधने के लिए मैग्नीशियम के साथ। मैंगनीज शूट एपेक्स में कैल्शियम के स्थानांतरण को भी रोकता है। इसलिए, मैंगनीज की अधिकता वास्तव में आयरन, मैग्नीशियम और कैल्शियम की कमी को उत्पन्न कर सकती है। इस प्रकार, जो लक्षण मैंगनीज विषाक्तता के रूप में दिखाई देते हैं, वे वास्तव में आयरन, मैग्नीशियम और कैल्शियम की कमी के लक्षण हो सकते हैं। क्या यह ज्ञान किसी किसान के लिए उपयोगी हो सकता है? एक माली के लिए? या यहां तक कि आपके अपने किचन-गार्डन के लिए?
12.3 तत्वों के अवशोषण की क्रियाविधि
पौधों द्वारा तत्वों के अवशोषण के तंत्र पर अधिकांश अध्ययन पृथक कोशिकाओं, ऊतकों या अंगों में किए गए हैं। इन अध्ययनों से पता चला है कि अवशोषण की प्रक्रिया को दो मुख्य चरणों में विभाजित किया जा सकता है। पहले चरण में, कोशिकाओं के ‘मुक्त स्थान’ या ‘बाह्य स्थान’ — एपोप्लास्ट में आयनों का प्रारंभिक तेज़ अवशोषण निष्क्रिय होता है। दूसरे चरण में, आयन धीरे-धीरे कोशिकाओं के ‘आंतरिक स्थान’ — सिम्प्लास्ट में लिए जाते हैं। एपोप्लास्ट में आयनों का निष्क्रिय गति आमतौर पर आयन-चैनलों के माध्यम से होती है, जो पारगामी झिल्ली प्रोटीन होते हैं और चयनात्मक छिद्रों के रूप में कार्य करते हैं। दूसरी ओर, सिम्प्लास्ट में आयनों का प्रवेश या बाहर निकलना उपापचयी ऊर्जा के व्यय की आवश्यकता होती है, जो एक सक्रिय प्रक्रिया है। आयनों की गति को सामान्यतः प्रवाह कहा जाता है; कोशिकाओं के अंदर की ओर गति अंतःप्रवाह और बाहर की ओर गति बहिःप्रवाह है। आपने अध्याय 11 में पौधों में खनिज पोषक तत्वों के अवशोषण और स्थानांतरण के पहलुओं को पढ़ा है।
12.4 विलेयों का स्थानांतरण
खनिज लवण जल के आरोही प्रवाह के साथ जाइलम के माध्यम से स्थानांतरित होते हैं, जो वाष्पोत्सर्जन खिंचाव द्वारा पौधे में ऊपर की ओर खींचा जाता है। जाइलम रस के विश्लेषण से इसमें खनिज लवणों की उपस्थिति का पता चलता है। खनिज तत्वों के रेडियोआइसोटोप के उपयोग से यह दृष्टिकोण भी पुष्ट होता है कि वे जाइलम के माध्यम से परिवहित होते हैं। आपने अध्याय 11 में जाइलम में जल की गति पर पहले ही चर्चा की है।
12.5 आवश्यक तत्वों के भंडार के रूप में मिट्टी
पौधों की वृद्धि और विकास के लिए आवश्यक अधिकांश पोषक तत्व जड़ों के लिए उपलब्ध होते हैं क्योंकि चट्टानों के क्षरण और टूटने की प्रक्रिया होती है। ये प्रक्रियाएँ मिट्टी को घुले हुए आयनों और अकार्बनिक लवणों से समृद्ध करती हैं। चूँकि ये चट्टानों के खनिजों से प्राप्त होते हैं, इसलिए पौधों के पोषण में इनकी भूमिका को खनिज पोषण कहा जाता है। मिट्टी विभिन्न प्रकार के पदार्थों से बनी होती है। मिट्टी न केवल खनिजों की आपूर्ति करती है, बल्कि नाइट्रोजन स्थिर करने वाले जीवाणुओं और अन्य सूक्ष्मजीवों को आश्रय देती है, जल को धारण करती है, जड़ों को वायु की आपूर्ति करती है और एक ऐसा आधार बनाती है जो पौधे को स्थिर करता है। चूँकि आवश्यक खनिजों की कमी फसल उत्पादन को प्रभावित करती है, इसलिए अक्सर उर्वरकों के माध्यम से उनकी आपूर्ति करने की आवश्यकता होती है। सूक्ष्म-पोषक तत्व (N, P, K, S आदि) और सूक्ष्म-पोषक तत्व (Cu, Zn, Fe, Mn आदि) दोनों ही उर्वरकों के घटक होते हैं और आवश्यकतानुसार लगाए जाते हैं।
12.6 नाइट्रोजन का चयापचय
12.6.1 नाइट्रोजन चक्र
कार्बन, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के अतिरिक्त, नाइट्रोजन जीवित जीवों में सबसे अधिक पाया जाने वाला तत्व है। नाइट्रोजन अमीनो अम्लों, प्रोटीनों, हार्मोनों, क्लोरोफिल और कई विटामिनों का एक घटक है। पौधे मिट्टी में उपलब्ध सीमित नाइट्रोजन के लिए सूक्ष्मजीवों से प्रतिस्पर्धा करते हैं। इस प्रकार, नाइट्रोजन प्राकृतिक और कृषि पारिस्थितिक तंत्र दोनों के लिए एक सीमित पोषक तत्व है।
नाइट्रोजन दो नाइट्रोजन परमाणुओं के रूप में मौजूद होता है जो एक बहुत मजबूट ट्रिपल सहसंयोजक बंध (N ≡ N) द्वारा जुड़े होते हैं। नाइट्रोजन (N₂) को अमोनिया में बदलने की प्रक्रिया को नाइट्रोजन स्थिरीकरण कहा जाता है। प्रकृति में, बिजली और पराबैंगनी विकिरण नाइट्रोजन को नाइट्रोजन ऑक्साइड्स (NO, NO₂, N₂O) में बदलने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्रदान करते हैं। औद्योगिक दहन, वन fires, ऑटोमोबाइल निकास और बिजली उत्पादन स्टेशन भी वायुमंडलीय नाइट्रोजन ऑक्साइड्स के स्रोत हैं। मृत पौधों और जानवरों के कार्बनिक नाइट्रोजन के अपघटन से अमोनिया बनना अमोनिफिकेशन कहलाता है। इस अमोनिया का कुछ भाग वाष्पीकृत होकर वायुमंडल में वापस चला जाता है लेकिन अधिकांश भाग मिट्टी के बैक्टीरिया द्वारा निम्न चरणों में नाइट्रेट में बदल दिया जाता है:
$2 \mathrm{NH}_3+3 \mathrm{O}_2 \longrightarrow 2 \mathrm{NO}_2^{-}+2 \mathrm{H}^{+}+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ …. (i)
$2 \mathrm{NO}_2^{-}+\mathrm{O}_2 \longrightarrow 2 \mathrm{NO}_3^{-}$ …… (ii)
अमोनिया को पहले Nitrosomonas और/या Nitrococcus बैक्टीरिया द्वारा नाइट्राइट में ऑक्सीकृत किया जाता है। नाइट्राइट को आगे Nitrobacter बैक्टीरिया की सहायता से नाइट्रेट में ऑक्सीकृत किया जाता है। इन चरणों को नाइट्रिफिकेशन कहा जाता है (चित्र 12.3)। ये नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया रसायनिक स्वपोषी होते हैं।
इस प्रकार बना नाइट्रेट पौधों द्वारा अवशोषित किया जाता है और पत्तियों तक पहुँचाया जाता है। पत्तियों में यह अपचयित होकर अमोनिया बनाता है जो अंततः अमीनो अम्लों के अमीन समूह का निर्माण करता है। मिट्टी में मौजूद नाइट्रेट अपचयन की प्रक्रिया द्वारा नाइट्रोजन में भी अपचयित हो जाता है। अपचयन जीवाणु Pseudomonas और Thiobacillus द्वारा किया जाता है।
12.6.2 जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण
बहुत कम जीवित जीव वायु में प्रचुर मात्रा में उपलब्ध N2 रूप में नाइट्रोजन का उपयोग कर सकते हैं। केवल कुछ प्रोकैरियोटिक प्रजातियाँ नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने में सक्षम हैं। जीवित जीवों द्वारा नाइट्रोजन को अमोनिया में अपचयित करने को जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण कहा जाता है। एंजाइम नाइट्रोजनेज, जो नाइट्रोजन अपचयन कर सकता है, विशेष रूप से प्रोकैरियोट्स में पाया जाता है। ऐसे सूक्ष्मजीव N2-स्थिरकर्ता कहलाते हैं। नाइट्रोजनेज
[\mathrm{N} \equiv \mathrm{N} \xrightarrow{\text { नाइट्रोजनेज }} \mathrm{NH}_3]
नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले सूक्ष्मजीव स्वतंत्र रहने वाले या सहजीवी हो सकते हैं। स्वतंत्र रहने वाले, वायुजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले सूक्ष्मजीवों के उदाहरण Azotobacter और Beijerinckia हैं जबकि Rhodospirillum अवायुजीवी और स्वतंत्र रहने वाला है। इसके अतिरिक्त, कई सायनोबैक्टीरिया जैसे Anabaena और Nostoc भी स्वतंत्र रहने वाले नाइट्रोजन स्थिरकर्ता हैं।
सहजीवी जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण
जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण की कई प्रकार की सहजीवी संघटनाएँ ज्ञात हैं। इनमें सबसे प्रमुख है लेग्यूम-जीवाणु सम्बन्ध। छड़ाकार Rhizobium की प्रजातियों का ऐसा सम्बन्ध अल्फाल्फा, स्वीट क्लोवर, स्वीट मटर, मसूर, बगीचे की मटर, ब्रॉड बीन, क्लोवर बीन्स आदि कई लेग्यूमों की जड़ों से होता है। जड़ों पर सबसे सामान्य संघटना गाँठों (नोड्यूल्स) के रूप में होती है। ये गाँठें जड़ों पर छोटी-छोटी उभरी हुई वृद्धियाँ होती हैं। सूक्ष्मजीव Frankia भी गैर-लेग्यूमीनस पौधों (जैसे Alnus) की जड़ों पर नाइट्रोजन स्थिर करने वाली गाँठें बनाता है। Rhizibium और Frankia दोनों मिट्टी में स्वतंत्र रूप से जीवित रहते हैं, परन्तु सहजीवी के रूप में वे वायुमण्डलीय नाइट्रोजन को स्थिर कर सकते हैं।
किसी सामान्य दाल के पौधे को फूल आने से ठीक पहले उपर से उखाड़ लीजिए। आपको जड़ों पर लगभग गोलाकार उभार दिखाई देंगे। ये गाँठें हैं। यदि आप इन्हें चीरकर देखें तो आप पाएँगे कि इनका केन्द्रीय भाग लाल या गुलाबी है। गाँठों को गुलाबी क्या बनाता है? यह लेग्यूमीनस हीमोग्लोबिन या लेग-हीमोग्लोबिन की उपस्थिति के कारण होता है।
गाँठ निर्माण
गाँठ निर्माण में Rhizobium और मेज़बान पौधे की जड़ों के बीच कई बातचीत की एक क्रमबद्ध श्रृंखला शामिल होती है। गाँठ निर्माण के प्रमुख चरण इस प्रकार संक्षेपित हैं:
राइज़ोबिया गुणन करते हैं और जड़ों के आसपास उपनिवेशित होते हैं तथा एपिडर्मल और जड़-बाल कोशिकाओं से जुड़ जाते हैं। जड़-बाल मुड़ते हैं और बैक्टीरिया जड़-बाल में आक्रमण करते हैं। एक संक्रमण-धागा बनता है जो बैक्टीरिया को जड़ के कोर्टेक्स में ले जाता है, जहाँ वे जड़ के कोर्टेक्स में गांठ निर्माण की शुरुआत करते हैं। फिर बैक्टीरिया धागे से कोशिकाओं में मुक्त हो जाते हैं जिससे विशिष्ट नाइट्रोजन स्थिरीकरण कोशिकाओं का विभेदन होता है। इस प्रकार बनी गांठ, पोषक तत्वों के आदान-प्रदान के लिए मेज़बान के साथ प्रत्यक्ष संवहनी संबंध स्थापित करती है। ये घटनाएँ चित्र 12.4 में दिखाई गई हैं।
गांठ में सभी आवश्यक जैव-रासायनिक घटक होते हैं, जैसे कि एंजाइम नाइट्रोजनेज और लेगहीमोग्लोबिन। एंजाइम नाइट्रोजनेज एक Mo-Fe प्रोटीन है और वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में बदलने की अभिक्रिया को उत्प्रेरित करता है, (चित्र 12.5) नाइट्रोजन स्थिरीकरण का पहला स्थिर उत्पाद।
अभिक्रिया इस प्रकार है:
$\mathrm{N}_2+8 \mathrm{e}^{-}+8 \mathrm{H}^{+}+16 \mathrm{ATP} \longrightarrow 2 \mathrm{NH}_3+\mathrm{H}_2+16 \mathrm{ADP}+16 \mathrm{P}_i$
एंजाइम नाइट्रोजिनेज आण्विक ऑक्सीजन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है; इसे अवायवीय (anaerobic) परिस्थितियों की आवश्यकता होती है। गांठों (nodules) में ऐसे अनुकूलन होते हैं जो यह सुनिश्चित करते हैं कि यह एंजाइम ऑक्सीजन से सुरक्षित रहे। इन एंजाइमों की रक्षा के लिए, गांठ में एक ऑक्सीजन स्कैवेंजर होता है जिसे लेग-हीमोग्लोबिन (leg-haemoglobin) कहा जाता है। यह देखना रोचक है कि ये सूक्ष्मजीव स्वतंत्र रूप से जीवित रहते समय एरोबिक (aerobic) परिस्थितियों में रहते हैं (जहाँ नाइट्रोजिनेज कार्यात्मक नहीं होता), लेकिन नाइट्रोजन स्थिरीकरण (nitrogen-fixing) की घटना के दौरान वे अवायवीय (anaerobic) हो जाते हैं (इस प्रकार नाइट्रोजिनेज एंजाइम की रक्षा करते हैं)। आपने ऊपर दी गई अभिक्रिया में देखा होगा कि नाइट्रोजिनेज द्वारा अमोनिया संश्लेषण के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है (प्रत्येक NH3 उत्पादन के लिए 8 ATP)। इस प्रकार आवश्यक ऊर्जा, मेजबान कोशिकाओं के श्वसन (respiration) से प्राप्त होती है।
अमोनिया की दिशा (Fate of ammonia): शारीरिक pH पर, अमोनिया प्रोटोनेट होकर NH+4 (अमोनियम) आयन बनाता है। जबकि अधिकांस पौधे नाइट्रेट के साथ-साथ अमोनियम आयनों को भी आत्मसात कर सकते हैं, बाद वाला पौधों के लिए काफी विषाक्त होता है और इसलिए वे इसे संचित नहीं कर सकते। अब हम देखते हैं कि NH+4 का उपयोग पौधों में अमीनो अम्लों के संश्लेषण के लिए कैसे किया जाता है। इसके दो मुख्य तरीके हैं:
(i) अपचायी अमीनीकरण (Reductive amination): इन प्रक्रियाओं में, अमोनिया α-कीटोग्लूटारिक अम्ल से अभिक्रिया करता है और ग्लूटामिक अम्ल बनाता है जैसा कि नीचे दी गई समीकरण में दर्शाया गया है:
$\alpha$ - केटोग्लूटारिक अम्ल $+\mathrm{NH}_4^{+}+\mathrm{NADPH} \xrightarrow[\text { डिहाइड्रोजनेज }]{\text { ग्लूटामेट }}$ ग्लूटामेट $+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}+\mathrm{NADP}$
(ii) ट्रांसऐमिनेशन : इसमें एक अमीनो अम्ल से अमीनो समूह को एक केटो अम्ल के केटो समूह में स्थानांतरित किया जाता है। ग्लूटामिक अम्ल मुख्य अमीनो अम्ल है जिससे NH2, अमीनो समूह का स्थानांतरण होता है और अन्य अमीनो अम्ल ट्रांसऐमिनेशन के माध्यम से बनते हैं। एंजाइम ट्रांसऐमिनेज ऐसी सभी अभिक्रियाओं को उत्प्रेरित करता है। उदाहरण के लिए,
दो सबसे महत्वपूर्ण एमाइड्स - एस्पैरैजिन और ग्लूटैमिन - जो पौधों में पाए जाते हैं, प्रोटीन की संरचनात्मक इकाई होते हैं। ये दो अमीनो अम्लों, अर्थात् एस्पार्टिक अम्ल और ग्लूटामिक अम्ल से क्रमशः प्रत्येक में एक अतिरिक्त अमीनो समूह जोड़कर बनते हैं। अम्ल के हाइड्रॉक्सिल भाग को एक अन्य NH2– मूलक द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। चूँकि एमाइड्स में अमीनो अम्लों की तुलना में अधिक नाइट्रोजन होता है, वे पौधे के अन्य भागों में जाइलम नलिकाओं के माध्यम से परिवहित होते हैं। इसके अतिरिक्त, वाष्पोत्सर्जन प्रवाह के साथ-साथ कुछ पौधों (जैसे सोयाबीन) की गांठें स्थिरित नाइट्रोजन को यूराइड्स के रूप में निर्यात करती हैं। ये यौगिक भी विशेष रूप से उच्च नाइट्रोजन से कार्बन अनुपात रखते हैं।
सारांश
पौधे अपने अकार्बनिक पोषक तत्व वायु, जल और मिट्टी से प्राप्त करते हैं। पौधे खनिज तत्वों की एक विस्तृत श्रृंखला को अवशोषित करते हैं। वे सभी खनिज तत्व जो वे अवशोषित करते हैं, पौधों के लिए आवश्यक नहीं होते हैं। अब तक खोजे गए 105 से अधिक तत्वों में से, 21 से कम तत्व सामान्य पौधे की वृद्धि और विकास के लिए आवश्यक और लाभकारी हैं। बड़ी मात्रा में आवश्यक तत्वों को मैक्रोन्यूट्रिएंट्स कहा जाता है जबकि कम मात्रा में या अल्प मात्रा में आवश्यक तत्वों को सूक्ष्म पोषक तत्व कहा जाता है। ये तत्व या तो प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट, वसा, न्यूक्लिक अम्ल आदि के आवश्यक घटक होते हैं,
और/या विभिन्न चयापचय प्रक्रियाओं में भाग लेते हैं। इनमें से प्रत्येक आवश्यक तत्व की कमी लक्षणों को कमी लक्षण कहा जाता है। क्लोरोसिस, नेक्रोसिस, अवरुद्ध वृद्धि, कोशिका विभाजन में बाधा आदि कुछ प्रमुख कमी लक्षण हैं। पौधे खनिजों को जड़ों के माध्यम से निष्क्रिय या सक्रिय प्रक्रियाओं द्वारा अवशोषित करते हैं। इन्हें जल परिवहन के साथ-साथ जाइलम के माध्यम से जीव के सभी भागों तक पहुंचाया जाता है।
नाइट्रोजन जीवन के अस्तित्व के लिए अत्यंत आवश्यक है। पौधे वायुमंडलीय नाइट्रोजन को सीधे उपयोग नहीं कर सकते। परंतु कुछ पौधे N2-स्थिरकारी जीवाणुओं, विशेषकर फलियों की जड़ों, के सहयोग से इस वायुमंडलीय नाइट्रोजन को जैविक रूप से उपयोगी रूपों में स्थिरित कर सकते हैं। नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए एक प्रबल अपचायक एजेंट और ATP के रूप में ऊर्जा आवश्यक होती है। N2-स्थिरीकरण नाइट्रोजन-स्थिरकारी सूक्ष्मजीवों, मुख्यतः राइजोबियम की सहायता से संपन्न होता है। जैविक N2 स्थिरीकरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने वाला एंजाइम नाइट्रोजनेस ऑक्सीजन के प्रति अत्यंत संवेदनशील होता है। अधिकांश प्रक्रियाएं अवायवीय वातावरण में होती हैं। आवश्यक ATP की ऊर्जा मेजबान कोशिकाओं के श्वसन द्वारा प्रदान की जाती है। N2 स्थिरीकरण के बाद उत्पन्न अमोनिया को अमीनो समूह के रूप में अमीनो अम्लों में समाहित किया जाता है।
अभ्यास
1. ‘सभी तत्व जो एक पौधे में उपस्थित होते हैं, उसकी जीवित रहने के लिए आवश्यक नहीं होते हैं।’ टिप्पणी कीजिए।
उत्तर पौधे मिट्टी से विभिन्न प्रकार के पोषक तत्वों को अवशोषित करते हैं। हालांकि, कोई पोषक तत्व पौधे के लिए अनावश्यक होता है यदि वह पौधे की शरीर-क्रिया और चयापचय में शामिल नहीं होता है। उदाहरण के लिए, रेडियोधर्मी स्थलों के पास उगने वाले पौधे रेडियोधर्मी धातुओं को संचित करते हैं। इसी प्रकार, खनन स्थलों के पास उगने वाले पौधों में सोना और सेलेनियम संचित होते हैं। हालांकि, इसका अर्थ यह नहीं है कि रेडियोधर्मी धातुएँ, सोना या सेलेनियम इन पौधों के जीवित रहने के लिए आवश्यक पोषक तत्व हैं।Show Answer
उत्तर हाइड्रोपोनिक्स मिट्टी की अनुपस्थिति में पोषक विलयन में पौधों को उगाने की कला है। चूँकि पौधों की जड़ें विलयन की सीमित मात्रा के संपर्क में होती हैं, इसलिए संभावना होती है कि जड़ों में ऑक्सीजन और अन्य खनिजों की सांद्रता घट जाएगी। इसलिए, हाइड्रोपोनिक्स का उपयोग करके खनिज पोषण के अध्ययनों में, पौधों की इष्टतम वृद्धि बनाए रखने के लिए जल और पोषक लवणों की शुद्धिकरण आवश्यक है।Show Answer
उत्तर मैक्रोन्यूट्रिएंट्स: ये वे पोषक तत्व हैं जो पौधों को बड़ी मात्रा में चाहिए होते हैं। ये पौधों के ऊतकों में $10 mmole^{-1}$ से अधिक शुष्क पदार्थ के रूप में मौजूद होते हैं। उदाहरणों में हाइड्रोजन, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन शामिल हैं। माइक्रोन्यूट्रिएंट्स: इन्हें ट्रेस एलिमेंट्स भी कहा जाता है और ये पौधों के शरीर में बहुत कम मात्रा में, अर्थात् $10 mmole^{-1}$ से कम शुष्क पदार्थ के रूप में मौजूद होते हैं। उदाहरणों में कोबाल्ट, मैंगनीज, जिंक आदि शामिल हैं। लाभकारी पोषक तत्व: ये वे पौधों के पोषक तत्व हैं जो आवश्यक नहीं हो सकते, लेकिन पौधों के लिए लाभकारी होते हैं। सोडियम, सिलिकॉन, कोबाल्ट और सेलेनियम उच्च पौधों के लिए लाभकारी होते हैं। विषाक्त तत्व: माइक्रोन्यूट्रिएंट्स पौधों को छोटी मात्रा में आवश्यक होते हैं। इन पोषक तत्वों की अधिकता पौधों में विषाक्तता उत्पन्न कर सकती है। उदाहरण के लिए, जब मैंगनीज बड़ी मात्रा में मौजूद होता है, तो ये आयरन, मैग्नीशियम और कैल्शियम की कमी उत्पन्न करता है क्योंकि ये उनके चयापचय में हस्तक्षेप करता है। आवश्यक तत्व: ये तत्व पौधों की वृद्धि और प्रजनन के लिए पूर्णतः आवश्यक होते हैं। इन तत्वों की आवश्यकता विशिष्ट और अप्रतिस्थापनीय होती है। इन्हें आगे मैक्रो और माइक्रो-न्यूट्रिएंट्स में वर्गीकृत किया जाता है।Show Answer
उत्तर पौधों में उत्पन्न होने वाले पांच मुख्य कमी लक्षण हैं: क्लोरोसिस या क्लोरोफिल की हानि के कारण पत्तियों का पीलापन होता है। यह नाइट्रोजन, पोटैशियम, मैग्नीशियम, सल्फर, आयरन, मैंगनीज, जिंक और मोलिब्डेनम की कमी के कारण होता है। नेक्रोसिस पादप ऊतकों की मृत्यु है जो कैल्शियम, मैग्नीशियम, कॉपर और पोटैशियम की कमी के परिणामस्वरूप होता है। कोशिका विभाजन की अवरुद्धता नाइट्रोजन, पोटैशियम, सल्फर और मोलिब्डेनम की कमी के कारण होती है। विलंबित फूल आना नाइट्रोजन, सल्फर और मोलिब्डेनम की कमी के कारण होता है। पौधे की अवरुद्ध वृद्धि कॉपर और सल्फर की कमी के परिणामस्वरूप होती है।Show Answer
उत्तर पौधों में किसी पोषक तत्व की कमी से कई लक्षण उत्पन्न हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, नाइट्रोजन की कमी से क्लोरोसिस और विलंबित फूल आना होता है। इसी प्रकार, किसी एक पोषक तत्व की कमी से वही लक्षण उत्पन्न हो सकते हैं जो किसी अन्य पोषक तत्व की कमी से होते हैं। उदाहरण के लिए, नेक्रोसिस कैल्शियम, मैग्नीशियम, कॉपर और पोटैशियम की कमी के कारण होता है। एक अन्य बिंदु पर विचार किया जाना चाहिए कि विभिन्न पौधे एक ही पोषक तत्व की कमी पर भिन्न-भिन्न प्रतिक्रिया देते हैं। इसलिए किसी पौधे में किस पोषक तत्व की कमी है, यह पहचानने के लिए उसके विभिन्न भागों में उत्पन्न हुए सभी लक्षणों का अध्ययन किया जाना चाहिए और उपलब्ध मानक तालिकाओं से तुलना की जानी चाहिए।Show Answer
उत्तर कमी के लक्षण पौधों में आकृति-विज्ञान संबंधी परिवर्तन होते हैं, जो पोषक तत्वों की कमी को दर्शाते हैं। कमी के लक्षण एक तत्व से दूसरे तत्व में भिन्न होते हैं। पौधे के जिस भाग में कमी का लक्षण प्रकट होता है, वह पौधे में कमी वाले तत्व की गतिशीलता पर निर्भर करता है। नाइट्रोजन, पोटैशियम और मैग्नीशियम जैसे तत्व अत्यधिक गतिशील होते हैं। ये तत्व परिपक्व अंगों से पौधे के नए भागों की ओर स्थानांतरित होते हैं। इसलिए, इन तत्वों की कमी के लक्षण पहले पौधे के पुराने भागों में प्रकट होते हैं। कैल्शियम और सल्फर जैसे तत्व अपेक्षाकृत गतिहीन होते हैं। ये तत्व पौधे के पुराने भागों से बाहर नहीं पहुँचाए जाते हैं। इसलिए, इन तत्वों की कमी के लक्षण पहले पौधे के नए भागों में प्रकट होते हैं।Show Answer
उत्तर पौधों की जड़ों द्वारा मिट्टी के पोषक तत्वों का अवशोषण दो मुख्य चरणों में होता है - एपोप्लास्ट और सिम्प्लास्ट। प्रारंभिक चरण या एपोप्लास्ट के दौरान, मिट्टी से पोषक तत्व तेजी से पौधे की कोशिकाओं के खाली स्थानों में लिए जाते हैं। यह प्रक्रिया निष्क्रिय होती है और यह आमतौर पर ट्रांस-मेम्ब्रेन प्रोटीन और आयन-चैनलों के माध्यम से होती है। दूसरे चरण या सिम्प्लास्ट में, आयनों को धीरे-धीरे कोशिकाओं के आंतरिक स्थानों में लिया जाता है। इस पथ में सामान्यतः ATP के रूप में ऊर्जा का व्यय शामिल होता है।Show Answer
उत्तर Rhizobium एक सहजीवी जीवाणु है जो फलियों वाले पौधों की जड़ गांठों में पाया जाता है। Rhizobium द्वारा नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने के लिए मूलभूत आवश्यकताएँ इस प्रकार हैं: (a) नाइट्रोजनेस नामक एंजाइम की उपस्थिति (b) लेग-हीमोग्लोबिन की उपस्थिति (c) इलेक्ट्रॉन वाहक के रूप में नॉन-हीम आयरन प्रोटीन, फेरेडॉक्सिन (d) ATP का निरंतर आपूर्ति (e) सह-कारक के रूप में Mg²⁺ आयन Rhizobium में नाइट्रोजनेस नामक एंजाइम होता है — एक Mo-Fe प्रोटीन — जो वायुमंडलीय मुक्त नाइट्रोजन को अमोनिया में बदलने में सहायता करता है। अभिक्रिया इस प्रकार है: $N_2+8 e^{-}+8 H^{+}+16 ATP \to 2 NH_3+H_2+16 ADP+16 Pi$ Rhizobium जीवाणु मुक्त जीवन-शैली में एरोबिक रूप में जीते हैं, परंतु नाइट्रोजन स्थिरीकरण के दौरान वे अनॉक्सिक परिस्थितियों की आवश्यकता रखते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि नाइट्रोजनेस एंजाइम आण्विक ऑक्सीजन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है। गांठों में लेगहीमोग्लोबिन होता है, जो नाइट्रोजनेस को ऑक्सीजन से बचाता है।Show Answer
उत्तर रूट नोड्यूल्स के निर्माण में कई बातचीत शामिल होती हैं। राइज़ोबियम जीवाणु विभाजित होकर कॉलोनियाँ बनाते हैं। ये रूट बालों और एपिडर्मल कोशिकाओं से जुड़ जाते हैं। रूट बाल मुड़ जाते हैं और जीवाणुओं द्वारा आक्रमण किया जाता है। इस आक्रमण के बाद एक संक्रमण धागा बनता है जो जीवाणुओं को जड़ के कोर्टेक्स तक ले जाता है। जीवाणु छड़ाकार बैक्टेरॉयड्स में संशोधित हो जाते हैं। परिणामस्वरूप, कोर्टेक्स और पेरिसाइकल की कोशिकाएँ विभाजित होती हैं, जिससे रूट नोड्यूल्स का निर्माण होता है। नोड्यूल्स अंत में पोषक तत्वों के आदान-प्रदान के लिए जड़ों के वैस्कुलर ऊतकों से जुड़ जाते हैं।Show Answer
(a) बोरॉन की कमी से मोटी धुरी बनती है।
(b) प्रत्येक खनिज तत्व जो कोशिका में उपस्थित होता है, कोशिका को आवश्यक होता है।
(c) नाइट्रोजन एक पोषक तत्व के रूप में पौधों में अत्यधिक गतिहीन होता है।
(d) सूक्ष्म पोषक तत्वों की आवश्यकता स्थापित करना बहुत आसान होता है क्योंकि इनकी आवश्यकता केवल अल्प मात्रा में होती है।
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उत्तर
(a) सत्य
(b) कोशिका में उपस्थित सभी खनिज तत्व कोशिका के लिए आवश्यक नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, रेडियोधर्मी खनन स्थलों के पास उगने वाले पौधे बड़ी मात्रा में रेडियोधर्मी यौगिकों को संचित करते हैं। ये यौगिक पौधों के लिए आवश्यक नहीं होते हैं।
(c) नाइट्रोजन एक पोषक तत्व के रूप में पौधों में अत्यधिक गतिशील होता है। इसे पौधे के पुराने और परिपक्व भागों से युवा भागों में स्थानांतरित किया जा सकता है।
(d) सत्य
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