Rhizobacteria
રાઇઝોબેક્ટેરિયા એ મૂળ સાથે સંકળાયેલા બેક્ટેરિયા છે જે છોડના વિકાસ પર હાનિકારક (પરોપજીવી જાતો), તટસ્થ અથવા ફાયદાકારક અસર કરી શકે છે. આ નામ ગ્રીક શબ્દ રિઝા પરથી આવ્યું છે, જેનો અર્થ થાય છે મૂળ. આ શબ્દ સામાન્ય રીતે એવા બેક્ટેરિયાનો ઉલ્લેખ કરે છે જે ઘણા છોડ (પારસ્પરિકતા) સાથે સહજીવી સંબંધો બનાવે છે. રાઇઝોબેક્ટેરિયાને ઘણીવાર છોડની વૃદ્ધિને પ્રોત્સાહન આપતા રાઇઝોબેક્ટેરિયા અથવા પી. જી. પી. આર. તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. પી. જી. પી. આર. શબ્દનો ઉપયોગ સૌપ્રથમ 1970ના દાયકાના અંતમાં જોસેફ ડબલ્યુ. ક્લોઇપર દ્વારા કરવામાં આવ્યો હતો અને તે વૈજ્ઞાનિક સાહિત્યમાં સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાય છે. સામાન્ય રીતે, લગભગ 2-5% રાઇઝોસ્ફિયર બેક્ટેરિયા પી. જી. પી. આર છે. તેઓ બાયોફર્ટિલાઇઝરમાં ઉપયોગમાં લેવાતા સુક્ષ્મસજીવોના મહત્વપૂર્ણ જૂથ છે. વિશ્વભરમાં પાકને મળતા નાઇટ્રોજન પુરવઠામાં લગભગ 65 ટકા હિસ્સો બાયોફર્ટિલાઇઝેશનનો છે. પી. જી. પી. આર. યજમાન છોડની વિવિધ પ્રજાતિઓ સાથે જુદા જુદા સંબંધો ધરાવે છે. સંબંધોના બે મુખ્ય વર્ગો રાઇઝોસ્ફેરિક અને એન્ડોફાઇટિક છે. રાઇઝોસ્ફેરિક સંબંધોમાં પી. જી. પી. આર. નો સમાવેશ થાય છે જે મૂળની સપાટી અથવા યજમાન છોડની સુપરફિસિયલ ઇન્ટરસેલ્યુલર જગ્યાઓને વસાહત કરે છે, જે ઘણીવાર મૂળ ગાંઠો બનાવે છે. રાઇઝોસ્ફિયરમાં જોવા મળતી પ્રબળ પ્રજાતિ એઝોસ્પિરિલમ જાતિના સૂક્ષ્મજીવ છે. એન્ડોફાઇટિક સંબંધોમાં એપોપ્લાસ્ટિક જગ્યામાં યજમાન છોડની અંદર રહેતા અને વધતા પી. જી. પી. આર. નો સમાવેશ થાય છે. નાઇટ્રોજન ફિક્સેશન નાઇટ્રોજન ફિક્સેશન એ રાઇઝોબેક્ટેરિયા દ્વારા કરવામાં આવતી સૌથી ફાયદાકારક પ્રક્રિયાઓમાંની એક છે. નાઇટ્રોજન એ છોડ માટે એક મહત્વપૂર્ણ પોષક તત્વ છે અને વાયુયુક્ત નાઇટ્રોજન (N2) તેમને ઉપલબ્ધ નથી કારણ કે બે અણુઓ વચ્ચેના ત્રિબંધને તોડવા માટે જરૂરી ઉચ્ચ ઊર્જાને કારણે. રાઇઝોબેક્ટેરિયા, નાઇટ્રોજન સ્થિરીકરણ દ્વારા, વાયુયુક્ત નાઇટ્રોજન (N2) ને એમોનિયા (NH3) માં રૂપાંતરિત કરવામાં સક્ષમ છે, જે તેને યજમાન છોડ માટે ઉપલબ્ધ પોષક તત્વ બનાવે છે જે છોડના વિકાસને ટેકો આપી શકે છે અને વધારી શકે છે. યજમાન છોડ બેક્ટેરિયાને એમિનો એસિડ પ્રદાન કરે છે જેથી તેમને એમોનિયાને આત્મસાત કરવાની જરૂર ન પડે. પછી એમિનો એસિડને નવા સ્થિર નાઇટ્રોજન સાથે પ્લાન્ટમાં પાછા મોકલવામાં આવે છે. નાઇટ્રોજેનેઝ એ નાઇટ્રોજન ફિક્સેશનમાં સામેલ એન્ઝાઇમ છે અને તેને એનારોબિક પરિસ્થિતિઓની જરૂર પડે છે. મૂળની ગાંઠોની અંદરના પટલ આ શરતો પૂરી પાડવા માટે સક્ષમ છે. રાઇઝોબેક્ટેરિયાને ચયાપચય માટે ઓક્સિજનની જરૂર પડે છે, તેથી ઓક્સિજન લેગહેમોગ્લોબિન નામના હિમોગ્લોબિન પ્રોટીન દ્વારા પ્રદાન કરવામાં આવે છે જે ગાંઠોની અંદર ઉત્પન્ન થાય છે. કઠોળ એ નાઇટ્રોજન-ફિક્સિંગ પાક તરીકે જાણીતા છે અને જમીનની તંદુરસ્તી જાળવવા માટે સદીઓથી પાકની ફેરબદલીમાં તેનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. સહજીવી સંબંધો રાઇઝોબેક્ટેરિયા અને તેમના યજમાન છોડ વચ્ચેનો સહજીવી સંબંધ ખર્ચ વગરનો નથી. રાઇઝોબેક્ટેરિયા દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવેલ વધારાના ઉપલબ્ધ પોષક તત્ત્વોથી લાભ મેળવવા માટે, તેને રાઇઝોબેક્ટેરિયાને રહેવા માટે સ્થાન અને યોગ્ય પરિસ્થિતિઓ પૂરી પાડવાની જરૂર છે. રાઇઝોબેક્ટેરિયા માટે મૂળ ગાંઠો બનાવવા અને જાળવવા માટે છોડના કુલ પ્રકાશસંશ્લેષણ ઉત્પાદનના 12-25% ની વચ્ચે ખર્ચ થઈ શકે છે. પોષક તત્ત્વોની અનુપલબ્ધતાને કારણે કઠોળ ઘણીવાર પ્રારંભિક ક્રમિક વાતાવરણમાં વસવાટ કરવા સક્ષમ હોય છે. એકવાર વસાહત થયા પછી, જોકે, રાઇઝોબેક્ટેરિયા છોડની આસપાસની જમીનને વધુ પોષકતત્વોથી સમૃદ્ધ બનાવે છે, જે બદલામાં અન્ય છોડ સાથે સ્પર્ધા તરફ દોરી શકે છે. સંક્ષિપ્તમાં, સહજીવન સંબંધ વધેલી સ્પર્ધા તરફ દોરી શકે છે. પી. જી. પી. આર. પોષક તત્ત્વોના અનુપલબ્ધ સ્વરૂપોના દ્રાવ્યકરણ દ્વારા અને સાઇડરોફોર્સના ઉત્પાદન દ્વારા પોષક તત્ત્વોની ઉપલબ્ધતામાં વધારો કરે છે જે પોષક પરિવહનને સરળ બનાવવામાં મદદ કરે છે. છોડના વિકાસ માટે મર્યાદિત પોષક તત્વ ફોસ્ફરસ જમીનમાં પુષ્કળ પ્રમાણમાં હોઈ શકે છે, પરંતુ તે સામાન્ય રીતે અદ્રાવ્ય સ્વરૂપોમાં જોવા મળે છે. છોડના રાઇઝોસ્ફિયરમાં જોવા મળતા રાઇઝોબેક્ટેરિયા દ્વારા મુક્ત કાર્બનિક એસિડ અને ફોસ્ફોટેસ ફોસ્ફરસના અદ્રાવ્ય સ્વરૂપોને H2PO4− જેવા છોડ-ઉપલબ્ધ સ્વરૂપોમાં રૂપાંતરિત કરવામાં મદદ કરે છે. પી. જી. પી. આર. બેક્ટેરિયામાં સ્યુડોમોનાસ પુટીડા, એઝોસ્પિરિલમ ફ્લોરોસેન્સ અને એઝોસ્પિરિલમ લિપોફેરમનો સમાવેશ થાય છે અને કઠોળ સાથે સંકળાયેલા નોંધપાત્ર નાઇટ્રોજન-ફિક્સિંગ બેક્ટેરિયામાં એલોરિઝોબિયમ, એઝોર્હિઝોબિયમ, બ્રેડરીઝોબિયમ અને રાઇઝોબિયમનો સમાવેશ થાય છે. માઇક્રોબાયલ ઇનોક્યુલન્ટ્સ પાક માટે ફાયદાકારક હોઈ શકે છે, તેમ છતાં તેનો ઔદ્યોગિક કૃષિમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થતો નથી, કારણ કે મોટા પાયે ઉપયોગ કરવાની તકનીકો હજુ આર્થિક રીતે સધ્ધર બનવાની બાકી છે. એક નોંધપાત્ર અપવાદ એ છે કે વટાણા જેવા કઠોળ માટે રાઇઝોબિયલ ઇનોક્યુલન્ટ્સનો ઉપયોગ. પી. જી. પી. આર. સાથે ઇનોક્યુલેશન કાર્યક્ષમ નાઇટ્રોજન ફિક્સેશનની ખાતરી કરે છે, અને તેઓ 100 વર્ષથી વધુ સમયથી ઉત્તર અમેરિકાની કૃષિમાં કાર્યરત છે. છોડની વૃદ્ધિને પ્રોત્સાહન આપતા રાઇઝોબેક્ટેરિયા છોડની વૃદ્ધિને પ્રોત્સાહન આપતા રાઇઝોબેક્ટેરિયા (પીજીપીઆર) ને સૌપ્રથમ ક્લોઇપર અને શ્રોથ દ્વારા માટીના બેક્ટેરિયા તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યા હતા જે બીજ પર ઇનોક્યુલેશન પછી છોડના મૂળમાં વસવાટ કરે છે અને જે છોડની વૃદ્ધિને વધારે છે. વસાહતીકરણની પ્રક્રિયામાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છેઃ બીજ પર ઇનોક્યુલેશન ટકી રહેવાની ક્ષમતા, બીજ બહાર નીકળવાના પ્રતિભાવમાં વાતાવરણ (બીજની આસપાસના પ્રદેશ) માં ગુણાકાર કરવાની ક્ષમતા, મૂળની સપાટી સાથે જોડાવાની ક્ષમતા અને વિકાસશીલ મૂળ પ્રણાલીને વસાહત બનાવવાની ક્ષમતા. ખેતરમાં પી. જી. પી. આર. ની બિનઅસરકતા ઘણીવાર છોડના મૂળને વસવાટ કરવાની તેમની અસમર્થતાને આભારી છે. વિવિધ બેક્ટેરિયાના લક્ષણો અને ચોક્કસ જનીનો આ પ્રક્રિયામાં ફાળો આપે છે, પરંતુ માત્ર થોડા જ ઓળખી કાઢવામાં આવ્યા છે. તેમાં ગતિશીલતા, બીજ અને મૂળના ઉત્સર્જનમાં કેમોટેક્સિસ, પિલી અથવા ફિમ્બ્રિયાનું ઉત્પાદન, ચોક્કસ કોષ સપાટી ઘટકોનું ઉત્પાદન, મૂળના ઉત્સર્જનના ચોક્કસ ઘટકોનો ઉપયોગ કરવાની ક્ષમતા, પ્રોટીન સ્ત્રાવ અને કોરમ સેન્સિંગનો સમાવેશ થાય છે. આ લાક્ષણિકતાઓની અભિવ્યક્તિમાં બદલાયેલ મ્યુટન્ટ્સની પેઢી વસાહતીકરણની પ્રક્રિયામાં દરેક વ્યક્તિ ભજવે છે તે ચોક્કસ ભૂમિકાની આપણી સમજણમાં મદદ કરે છે. જનીન ફ્યુઝન તકનીકો પર આધાર રાખતી બિન-પક્ષપાતી સ્ક્રિનિંગ વ્યૂહરચનાનો ઉપયોગ કરીને નવા, અગાઉ બિન-લાક્ષણિક જનીનોની ઓળખમાં પ્રગતિ કરવામાં આવી રહી છે. આ વ્યૂહરચનાઓ વસાહતીકરણ દરમિયાન વ્યક્ત થયેલા જનીનોને શોધવા માટે રિપોર્ટર ટ્રાન્સપોસન્સ અને ઈન વિટ્રો એક્સપ્રેશન ટેકનોલોજી (IVET) નો ઉપયોગ કરે છે. ગ્રીન ફ્લોરોસન્ટ પ્રોટીન અથવા ફ્લોરોસન્ટ એન્ટિબોડીઝ જેવા મોલેક્યુલર માર્કર્સનો ઉપયોગ કરીને, કોન્ફોકલ લેસર સ્કેનીંગ માઇક્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ કરીને મૂળ પર વ્યક્તિગત રાઇઝોબેક્ટેરિયાના સ્થાનનું નિરીક્ષણ કરવું શક્ય છે. આ અભિગમને રાઇઝોસ્ફિયરમાં રાઇઝોબેક્ટેરિયલ તાણની ચયાપચયની પ્રવૃત્તિ પર નજર રાખવા માટે આરઆરએનએ-લક્ષિત તપાસ સાથે પણ જોડવામાં આવ્યો છે અને દર્શાવ્યું છે કે મૂળની ટોચ પર સ્થિત બેક્ટેરિયા સૌથી વધુ સક્રિય હતા. પી. જી. પી. આર. ક્રિયા પદ્ધતિઓ પ્રત્યક્ષ અને પરોક્ષ માધ્યમો દ્વારા છોડની વૃદ્ધિમાં વધારો કરે છે, પરંતુ તેમાં સામેલ ચોક્કસ પદ્ધતિઓ તમામ સારી રીતે દર્શાવવામાં આવી નથી. પી. જી. પી. આર. દ્વારા છોડના વિકાસને પ્રોત્સાહન આપવાની સીધી પદ્ધતિઓ છોડના પેથોજેન્સ અથવા અન્ય રાઇઝોસ્ફિયર સુક્ષ્મસજીવોની ગેરહાજરીમાં દર્શાવી શકાય છે, જ્યારે પરોક્ષ પદ્ધતિઓમાં પાકની ઉપજ પર છોડના પેથોજેન્સની હાનિકારક અસરોને ઘટાડવા માટે પી. જી. પી. આર. ની ક્ષમતા સામેલ છે. પી. જી. પી. આર. વિવિધ પદ્ધતિઓ દ્વારા છોડની વૃદ્ધિને સીધી રીતે વધારવા માટે નોંધવામાં આવ્યા છેઃ છોડમાં સ્થાનાંતરિત વાતાવરણીય નાઇટ્રોજનનું સ્થિરીકરણ, સાઇડોરોફોર્સનું ઉત્પાદન કે જે આયર્નને ચીલેટ કરે છે અને તેને છોડના મૂળ સુધી ઉપલબ્ધ કરાવે છે, ફોસ્ફરસ જેવા ખનિજોના દ્રાવ્યકરણ અને ફાયટોહોર્મોન્સનું સંશ્લેષણ. પી. જી. પી. આર. ની હાજરીમાં મૂળની સપાટી પર ચોક્કસ આયન પ્રવાહમાં વધારો થવાને કારણે ખનિજ ગ્રહણમાં સીધી વૃદ્ધિ પણ નોંધવામાં આવી છે. પી. જી. પી. આર. તાણ પ્રકંદમંડળમાં આમાંથી એક અથવા વધુ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરી શકે છે. માઇક્રોબાયલ અને પ્લાન્ટ મ્યુટન્ટ્સનો ઉપયોગ કરતા મોલેક્યુલર અભિગમોમાં ચોક્કસ ફાયટોહોર્મોનનું સંશ્લેષણ કરવાની અથવા તેનો પ્રતિસાદ આપવાની તેમની ક્ષમતામાં ફેરફાર થયો છે, જેનાથી પી. જી. પી. આર. દ્વારા છોડની વૃદ્ધિ વધારવાની સીધી પદ્ધતિ તરીકે ફાયટોહોર્મોન સંશ્લેષણની ભૂમિકાની સમજમાં વધારો થયો છે. પી. જી. પી. આર. કે જે ઓક્સિન, ગિબ્બેરેલિન અને કાઇનેટિનનું સંશ્લેષણ કરે છે અથવા જે છોડના ઇથિલિન સંશ્લેષણમાં દખલ કરે છે તેની ઓળખ કરવામાં આવી છે. જૈવિક ખાતર અને જૈવ જંતુનાશકોમાં પી. જી. પી. આર. નો વિકાસ પાકની ઉપજ વધારવા અને રોગની ઘટનાઓ ઘટાડવાની એક નવીન રીત હોઈ શકે છે, જ્યારે રાસાયણિક જંતુનાશકો અને ખાતરો પરની નિર્ભરતા ઘટી શકે છે જે ઘણીવાર સ્થાનિક ઇકોલોજી અને પર્યાવરણ પર હાનિકારક અસરો કરી શકે છે. રોગકારક ભૂમિકાઓ સુગર બીટ પાક પર હાથ ધરાયેલા અભ્યાસોમાં જાણવા મળ્યું છે કે કેટલાક મૂળ-વસાહતી બેક્ટેરિયા હાનિકારક રાઇઝોબેક્ટેરિયા (ડી. આર. બી.) હતા. ડી. આર. બી. દ્વારા રસી અપાયેલા સુગર બીટ બીજમાં અંકુરણ દર, મૂળના જખમ, મૂળના વિસ્તરણમાં ઘટાડો, મૂળની વિકૃતિઓ, ફૂગના ચેપમાં વધારો અને છોડની વૃદ્ધિમાં ઘટાડો થયો હતો. એક ટ્રાયલમાં સુગર બીટની ઉપજમાં 48 ટકાનો ઘટાડો થયો હતો. રાઇઝોબેક્ટેરિયાના છ પ્રકારોને ડી. આર. બી. તરીકે ઓળખવામાં આવ્યા છે. આ જાતિઓ એન્ટરોબેક્ટર, ક્લેબસિએલા, સિટ્રોબેક્ટર, ફ્લેવોબેક્ટેરિયમ, એક્રોમોબેક્ટર અને આર્થ્રોબેક્ટર જાતિમાં છે. હજુ સુધી વર્ણવવાની બાકી રહેલી મોટી સંખ્યામાં વર્ગીકરણ પ્રજાતિઓને કારણે, સંપૂર્ણ લાક્ષણિકતા શક્ય બની શકી નથી કારણ કે ડી. આર. બી. અત્યંત પરિવર્તનશીલ છે. પી. જી. પી. આર. ની હાજરી સુગર બીટના મૂળ પર ડી. આર. બી. ના વસાહતીકરણને ઘટાડવા અને અટકાવવા માટે સાબિત થઈ છે. પી. જી. પી. આર. અને ડી. આર. બી. દ્વારા રસી અપાયેલ જમીનના ઉત્પાદનમાં 39 ટકાનો વધારો થયો હતો જ્યારે માત્ર ડી. આર. બી. દ્વારા સારવાર કરાયેલ જમીનના ઉત્પાદનમાં 30 ટકાનો ઘટાડો થયો હતો. બાયોકન્ટ્રોલ રાઇઝોબેક્ટેરિયા અન્ય બેક્ટેરિયા અને ફૂગને કારણે થતા છોડના રોગોને નિયંત્રિત કરવામાં પણ સક્ષમ છે. પ્રેરિત પ્રણાલીગત પ્રતિકાર દ્વારા અને એન્ટીફંગલ મેટાબોલાઇટ્સના ઉત્પાદન દ્વારા રોગને દબાવી દેવામાં આવે છે. છોડની વૃદ્ધિમાં સુધારો કરવા અને કૃષિ પાકોના રોગ પ્રતિકારકતામાં સુધારો કરવા માટે સ્યુડોમોનાસ બાયોકન્ટ્રોલ તાણમાં આનુવંશિક રીતે ફેરફાર કરવામાં આવ્યો છે. કૃષિમાં, ઇનોક્યુલન્ટ બેક્ટેરિયાને ઘણીવાર વાવણી પહેલાં બિયારણના કોટ પર લાગુ કરવામાં આવે છે. રસી વગરના બીજ પાક પર નોંધપાત્ર ફાયદાકારક અસરો પેદા કરવા માટે રાઇઝોસ્ફિયરની અંદર પૂરતી મોટી રાઇઝોબેક્ટેરિયલ વસ્તી સ્થાપિત કરે તેવી શક્યતા વધુ હોય છે. તેઓ પશુઓમાં રોગકારક સૂક્ષ્મજીવાણુઓનો પણ સામનો કરી શકે છે. વિવિધ ઘાસની પ્રજાતિઓ તેમના પોતાના પ્રકાંડને વિવિધ માત્રામાં નિયંત્રિત કરે છે અને વિવિધ સુક્ષ્મજીવાણુઓની તરફેણ કરે છે. કિસેલકોવા અને અન્ય 2015 માં ઘાસની પ્રજાતિઓ કે જે મૂળ રાઇઝોબેક્ટેરિયાને પ્રોત્સાહિત કરવા માટે જાણીતી છે તે ગાયના મળના બેક્ટેરિયાના એન્ટિબાયોટિક પ્રતિકાર જનીનોની જમીનની અંદર ફેલાવાને અટકાવે છે. સંદર્ભો બેક્ટેરિયા માટી જીવવિજ્ઞાન વનસ્પતિશાસ્ત્ર