Plant growth-promoting rhizobacteria alleviate drought-stress in upland rice
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि सूखा-संवेदनशील पहाड़ी चावल की लैंड्रेस 'सामंबाया ब्रांको' (Samambaia Branco) को विशिष्ट पादप विकास-बढ़ाने वाले राइजोबैक्टर (PGPR) के साथ टीकाकरण करने से मजबूत जड़ संरचनात्मक परिवर्तनों को प्रेरित करके, परासरण समायोजन के माध्यम से जल स्थिति को बढ़ाकर और जल उपयोग दक्षता को अनुकूलित करके सूखे के तनाव को महत्वपूर्ण रूप से कम किया जाता है, जो अंततः अनाज की उपज को संरक्षित करता है।
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सूखा हमारे द्वारा उगाई जाने वाली खाद्य सामग्री के लिए सबसे निरंतर खतरों में से एक है, जो बारिश न होने पर उपजाऊ खेतों को बंजर भूमि में बदलने में सक्षम है। पौधों के पास सूखे के दौर से बचने के अपने तरीके होते हैं, जैसे कि पानी को बाहर निकलने से रोकने के लिए अपनी पत्तियों पर मौजूद सूक्ष्म छिद्रों को बंद करना या नमी खोजने के लिए गहरी जड़ें फैलाना। हालांकि, इन प्राकृतिक रक्षा प्रणालियों की अपनी सीमाएं होती हैं, विशेष रूप से उन फसलों के लिए जो स्वाभाविक रूप से कठोर नहीं होती हैं। हाल के वर्षों में, वैज्ञानिकों ने मदद के लिए मिट्टी के नीचे की सूक्ष्म दुनिया की ओर देखना शुरू किया है। उन्होंने खोजा है कि कुछ लाभकारी बैक्टीरिया, जो पौधों की जड़ों के ठीक आसपास रहते हैं, जीवित रहने में भागीदार के रूप में कार्य कर सकते हैं। ये सूक्ष्मजीव, जिन्हें 'प्लांट ग्रोथ-प्रमोटिंग राइजोबैक्टीरिया' कहा जाता है, हार्मोन बना सकते हैं, पौधों को पोषक तत्व अवशोषित करने में मदद कर सकते हैं, और यहाँ तक कि ऐसे रासायनिक परिवर्तन भी ला सकते हैं जो पौधे को तनाव के प्रति अधिक लचीला बनाते हैं। शोधकर्ता अब यह सवाल पूछ रहे हैं कि क्या हम बदलते जलवायु के कारण बार-बार होने वाले गंभीर सूखे से संवेदनशील फसलों को बचाने के लिए इन नन्हे सहयोगियों का उपयोग कर सकते हैं।
ब्राजील में एक नियंत्रित ग्रीनहाउस वातावरण में, वैज्ञानिकों की एक टीम ने 'समबांबिया ब्रांको' नामक चावल की एक विशिष्ट किस्म का उपयोग करके इस विचार का परीक्षण किया। यह किस्म शुष्क परिस्थितियों के प्रति संवेदनशील मानी जाती है, जो यह देखने के लिए एक आदर्श उम्मीदवार है कि क्या बैक्टीरिया की थोड़ी सी मदद से बड़ा अंतर आ सकता है। शोधकर्ताओं ने इन चावल के पौधों को मिट्टी के ऊंचे स्तंभों में उगाया और उन्हें एक सावधानीपूर्वक प्रबंधित सूखे के अधीन किया। उन्होंने कुछ पौधों को छह दिनों तक पानी देना बंद कर दिया और फिर दस दिनों के लिए सामान्य मात्रा का केवल आधा पानी प्रदान किया, जो एक गंभीर सूखे की नकल थी। साथ ही, उन्होंने अन्य पौधों को तीन अलग-अलग प्रकार के लाभकारी बैक्टीरिया से उपचारित किया: बैसिलस टोयोनेंसिस (Bacillus toyonensis), बर्कहोल्डरिया एसपी (Burkholderia sp.), और सेराटिया मारसेसेंस (Serratia marcescens)। इन बैक्टीरिया को पौधे लगाने से पहले बीजों में लगाया गया, मिट्टी में मिलाया गया, और बाद में विकास चक्र के दौरान पत्तियों पर छिड़का गया। लक्ष्य यह देखना था कि क्या बैक्टीरिया यह बदल सकते हैं कि पौधे सूखे के समय कैसे दिखते हैं, वे पानी का उपयोग कैसे करते हैं, और वे कितना अनाज उत्पादन करते हैं।
परिणामों ने दिखाया कि बिना उपचार वाले पौधों पर सूखे ने गहरा प्रभाव डाला। मदद के बिना, चावल के पौधों को अपने आंतरिक जल स्तर को बनाए रखने के लिए संघर्ष करना पड़ा, और प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से भोजन बनाने की उनकी क्षमता काफी कम हो गई। तनाव की अवधि के अंत तक, बिना उपचार वाले पौधों की संभावित अनाज उपज में लगभग 28 प्रतिशत की कमी आई, और कई फूलों का विकास बीजों में नहीं हो सका। हालांकि, जिन पौधों को लाभकारी बैक्टीरिया से उपचारित किया गया था, वे बहुत बेहतर स्थिति में रहे। सबसे आश्चर्यजनक बदलाव जमीन के नीचे हुआ। बैक्टीरिया ने चावल की जड़ों को लंबा, मोटा और अधिक फैला हुआ विकसित होने के लिए प्रोत्साहित किया। औसतन, उपचारित पौधों ने बिना उपचार वाले पौधों की तुलना में लगभग 30 प्रतिशत लंबी और 34 प्रतिशत अधिक सतह क्षेत्र वाली जड़ प्रणाली विकसित की। इस विस्तारित नेटवर्क ने पौधों को सूखती मिट्टी में अधिक पानी तक पहुँचने में सक्षम बनाया, जो एक अधिक कुशल स्पंज की तरह काम करता है।
चूंकि जड़ें पानी खोजने में बेहतर थीं, इसलिए उपचारित पौधों की पत्तियां स्वस्थ बनी रहीं। जबकि बिना उपचार वाले पौधों के आंतरिक जल दबाव में भारी गिरावट देखी गई, बैक्टीरिया-उपचारित पौधों ने उच्च जल स्तर बनाए रखा। इस हाइड्रोलिक लाभ ने उन्हें अपने स्टोमेटा (पत्तियों पर मौजूद सूक्ष्म छिद्रों) को विकास के लिए कार्बन डाइऑक्साइड लेने हेतु पर्याप्त खुला रखने में मदद की, बिना बहुत अधिक पानी खोए। नतीजतन, इन पौधों ने पानी का अधिक कुशलता से उपयोग किया, जिससे वे प्रत्येक बूंद के उपयोग से अधिक विकास प्राप्त कर सके। बैक्टीरिया ने पौधों को उनके आंतरिक ऊर्जा भंडार को प्रबंधित करने में भी मदद की। तनाव के दौरान, पौधे अपने संग्रहीत स्टार्च को तोड़ते हैं और उसे ग्लूकोज और फ्रक्टोज जैसे सरल शर्करा में परिवर्तित करते हैं। ये शर्करा एक प्राकृतिक एंटीफ्रीज के रूप में कार्य करती हैं, जो पौधे की कोशिकाओं को सूखने और ढहने से बचाने में मदद करती हैं। बैक्टीरिया से उपचारित पौधों ने इन शर्कराओं के अधिक प्रभावी बदलाव को दिखाया, विशेष रूप से बैसिलस टोयोनेंसिस और सेराटिया मारसेसेंस से उपचारित पौधों ने, जिसने उन्हें सूखे के दौरान अपनी संरचना बनाए रखने में मदद की।
जब पानी आखिरकार वापस आया, तो जिन पौधों को बैक्टीरिया का उपचार मिला था, उनमें प्रकाश संश्लेषण की मशीनरी में बिना उपचार वाले पौधों के समान ही सुधार देखा गया। अध्ययन के अंतिम चरण में, सूखे के तनाव वाले दोनों प्रकार के पौधों (उपचारित और गैर-उपचारित) ने प्रकाश संश्लेषण की दर को अच्छी तरह से सींचे गए पौधों के स्तर के बराबर बहाल कर दिया। हालांकि, सूखे के कारण पानी के नुकसान और छिद्रों के खुलने की प्रक्रिया का पूर्ण सुधार सभी सूखे से प्रभावित पौधों के लिए अधूरा रहा। प्रकाश संश्लेषण में इस साझा सुधार पैटर्न के बावजूद, बैक्टीरिया-उपचारित पौधों ने तनाव की अवधि के दौरान पहले ही बेहतर जल स्थिति और अधिक कुशल जल उपयोग स्थापित कर लिया था। यह लचीलापन सीधे तौर पर फसल में भी दिखा। हालांकि सूखे ने सभी की कुल उपज को कम कर दिया, लेकिन लाभकारी बैक्टीरिया वाले पौधों ने बिना उपचार वाले पौधों की तुलना में काफी कम अनाज का नुकसान किया। बैक्टीरिया ने फूलों को बांझ होने से रोकने में मदद की, जिससे अधिक अनाज वास्तव में बन सके। अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि इन सूक्ष्मजीवी भागीदारों ने केवल मामूली बढ़ावा ही नहीं दिया; उन्होंने मौलिक रूप से इस बात को बदल दिया कि पौधा अपने पर्यावरण के साथ कैसे क्रिया करता है, जिससे एक संवेदनशील फसल एक ऐसी फसल में बदल गई जो पानी की भारी कमी को सह सकती है।
शोधकर्ताओं ने नोट किया कि हालांकि ग्रीनहाउस में ये परिणाम प्रभावशाली थे, लेकिन वास्तविक दुनिया अधिक जटिल है। मिट्टी के प्रकार, तापमान और खेत में अन्य सूक्ष्मजीवों की उपस्थिति जैसे कारक इस बात को प्रभावित कर सकते हैं कि ये बैक्टीरिया नियंत्रित सेटिंग के बाहर कितनी अच्छी तरह काम करते हैं। फिर भी, यह अध्ययन इस बात का पुख्ता प्रमाण देता है कि विशिष्ट लाभकारी बैक्टीरिया के उपभेदों (strains) का उपयोग सूखे के प्रति संवेदनशील फसलों की रक्षा करने का एक टिकाऊ तरीका हो सकता है। पौधे की पानी खोजने की प्राकृतिक क्षमता और तनाव प्रबंधन को बढ़ाकर, ये सूक्ष्मजीव किसानों के लिए एक आशाजनक उपकरण पेश करते हैं, जो भारी रासायनिक इनपुट या बड़े सिंचाई प्रोजेक्ट्स पर निर्भर हुए बिना, अनिश्चित जलवायु का सामना कर रहे किसानों की मदद कर सकते हैं।
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