Biogenic selenium nanoparticles from marine Pseudoalteromonas shioyasakiensis VB17: Physicochemical characterization and preliminary stimulation of seed germination
समुद्री जीवाणु *Pseudoalteromonas shioyasakiensis* VB17 का उपयोग स्थिर, प्रोटीन- और पॉलीसैकराइड-लेपित जैवजनित सेलेनियम नैनोकणों को संश्लेषित करने के लिए किया गया था जो विशिष्ट सूक्ष्मजीवों के प्रति कोई विषाक्तता प्रदर्शित नहीं करते हैं और गेहूं तथा कुट्टू में बीज अंकुरण और प्रारंभिक अंकुर वृद्धि को प्रभावी ढंग से बढ़ाते हैं।
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सेलेनियम एक सूक्ष्म तत्व है जो मनुष्यों और जानवरों के स्वास्थ्य में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जो कोशिकीय क्षति के विरुद्ध एक ढाल के रूप में कार्य करता है और हार्मोन को नियंत्रित करने में मदद करता है। हालांकि पौधों को जीवित रहने के लिए इसकी सख्त आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन इसकी सूक्ष्म मात्रा उनके लिए एक विटामिन की तरह काम कर सकती है, जिससे फसलें मजबूत बनती हैं और सूखे या नमकीन मिट्टी जैसी कठिन परिस्थितियों का बेहतर सामना कर पाती हैं। हालांकि, सेलेनियम एक दोधारी तलवार है। प्रकृति में पाए जाने वाले इसके सामान्य रासायनिक रूपों में, यह पौधों के लिए विषाक्त हो सकता है, जिससे अत्यधिक मात्रा में होने पर यह विकास को बाधित करने या अंकुर को नष्ट करने वाला तनाव पैदा कर सकता है। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से इस तत्व को पौधों तक सुरक्षित रूप से पहुँचाने का तरीका खोजा है, जिसका लक्ष्य एक ऐसा रूप प्रदान करना है जिसे पौधा विषाक्तता से पीड़ित हुए बिना आसानी से अवशोषित कर सके। एक आशाजनक समाधान इन कणों को इतना छोटा बनाने में निहित है कि उन्हें अरबवें मीटर में मापा जा सके। ये नैनोकण पौधों के जीव विज्ञान के साथ अनूठे तरीकों से अंतःक्रिया कर सकते हैं, जो तत्व के लाभ प्रदान करने के साथ-साथ इसके कच्चे रासायनिक रूपों के खतरों से बचने की क्षमता रखते हैं।
इन कणों को बनाने के लिए, शोधकर्ता अक्सर औद्योगिक कारखानों के बजाय प्रकृति की ओर देखते हैं। नैनोकणों के निर्माण के लिए कठोर रसायनों या उच्च ऊर्जा का उपयोग करने के बजाय, वैज्ञानिक सूक्ष्मजीवों की प्राकृतिक क्षमताओं का उपयोग कर सकते हैं। कुछ बैक्टीरिया सूक्ष्म कारखानों के रूप में कार्य करते हैं, जो अपने वातावरण से घुले हुए सेलेनियम को लेते हैं और उसे ठोस, हानिरहित कणों में बदल देते हैं। यह प्रक्रिया, जिसे 'बायोजेनिक सिंथेसिस' (biogenic synthesis) कहा जाता है, इन सामग्रियों के उत्पादन का एक अधिक हरित और टिकाऊ तरीका माना जाता है। उपयोग किए जाने वाले विशिष्ट बैक्टीरिया कणों के आकार, आकृति और सतह के गुणों को प्रभावित कर सकते हैं, जो बदले में यह निर्धारित करते हैं कि फसलों पर लागू करने पर वे कितनी अच्छी तरह काम करेंगे। चुनौती सही जीवाणु नस्ल और कणों को प्रभावी और सुरक्षित बनाने के लिए आदर्श परिस्थितियों को खोजने में निहित है।
हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने एक विशिष्ट समुद्री जीवाणु Pseudoalteromonas shioyarisensis VB17 की ओर ध्यान केंद्रित किया, जिसे मूल रूप से वियतनाम की न्हा ट्रांग खाड़ी के पानी से अलग किया गया था। टीम यह देखना चाहती थी कि क्या यह समुद्री सूक्ष्मजीव जहरीले सेलेनियम को उपयोगी नैनोकणों में कुशलतापूर्वक बदल सकता है और यदि हाँ, तो क्या वे कण पौधों को बढ़ने में मदद कर सकते हैं। उन्होंने शुरुआत में यह परीक्षण किया कि विभिन्न परिस्थितियों में बैक्टीरिया कैसे व्यवहार करते हैं। उन्होंने बैक्टीरिया को सेलेनियम की विभिन्न मात्राओं के साथ मिलाया और उत्पादन के लिए सही संतुलन खोजने हेतु बैक्टीरिया की कोशिकाओं की संख्या को समायोजित किया। उन्होंने पाया कि शुरुआत में अधिक बैक्टीरिया होने से जहरीले सेलेनियम को ठोस कणों में बदलने की प्रक्रिया तेज हो गई, लेकिन केवल एक सीमा तक। यदि सेलेनियम की सांद्रता बहुत अधिक थी, तो बहुत अधिक बैक्टीरिया होने से वास्तव में प्रक्रिया धीमी हो गई और रूपांतरित सेलेनियम की कुल मात्रा कम हो गई। शोधकर्ताओं ने एक विशिष्ट संतुलन की पहचान की: बैक्टीरिया की एक मध्यम संख्या को सेलेनियम की एक विशिष्ट, मध्यम मात्रा के साथ मिलाने से सबसे अच्छा परिणाम मिला। इन परिस्थितियों में, बैक्टीरिया ने तेजी से सेलेनियम को रूपांतरित किया, जिससे नैनोकणों का एक स्थिर निलंबन (suspension) तैयार हुआ।
एक बार नैनोकणों का उत्पादन हो जाने के बाद, शोधकर्ताओं ने यह समझने के लिए कि वे किस चीज से बने हैं और कैसे दिखते हैं, उनका बारीकी से परीक्षण किया। शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी और प्रकाश-आधारित विश्लेषण उपकरणों का उपयोग करते हुए, उन्होंने पाया कि कण मुख्य रूप से गोल या थोड़े अंडाकार आकार के थे। व्यक्तिगत कणों का आकार लगभग 80 से 135 नैनोमीटर के बीच था, जो अविश्वसनीय रूप से छोटा है, फिर भी उन्नत इमेजिंग उपकरणों के साथ देखे जाने के लिए पर्याप्त बड़ा है। इन कणों के भीतर, सेलेनियम ने एक क्रिस्टलीय संरचना बनाई, जिसका अर्थ है कि परमाणु एक व्यवस्थित, दोहराव वाले पैटर्न में व्यवस्थित थे, जो एक स्थिर और सुव्यवस्थित सामग्री का संकेत है। विश्लेषण से यह भी पता चला कि इन कणों की सतह प्राकृतिक जैविक अणुओं, विशेष रूप से प्रोटीन और शर्करा से ढकी हुई थी, जिन्हें बैक्टीरिया ने इस प्रक्रिया के दौरान छोड़ा था। ये कोटिंग्स एक सुरक्षात्मक कवच की तरह कार्य करती हैं, जो कणों को पानी में स्थिर रखती हैं और उन्हें तुरंत आपस में जुड़ने से रोकती हैं। कणों पर एक मजबूत नकारात्मक विद्युत आवेश भी था, जो उन्हें एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करने और तरल में निलंबित रहने में मदद करता है, जो पौधों पर उन्हें लगाने के लिए एक महत्वपूर्ण विशेषता है।
अगला कदम यह देखना था कि क्या ये जैविक रूप से निर्मित कण सुरक्षित और प्रभावी हैं। शोधकर्ताओं ने सबसे पहले यह सुनिश्चित करने के लिए सामान्य मृदा बैक्टीरिया और कवक (fungi) के विरुद्ध इनका परीक्षण किया कि वे लाभकारी सूक्ष्मजीवों को नुकसान न पहुँचाएँ। परीक्षण की गई सांद्रता पर, नैनोकणों ने इन सूक्ष्मजीवों को मारने या उनकी वृद्धि को रोकने के कोई संकेत नहीं दिखाए, जो सुझाव देते हैं कि वे मिट्टी के वातावरण के अनुकूल हैं। इसके बाद वे बीजों पर कणों का परीक्षण करने के लिए आगे बढ़े। उन्होंने गेहूं और कुट्टू (buckwheat) के बीजों को नैनोकणों के घोल से उपचारित किया और बिना उपचारित बीजों की तुलना में उनके विकास को देखा। परिणाम उत्साहजनक थे। उपचारित गेहूं के बीजों ने अधिक विश्वसनीयता से अंकुरण किया और मजबूत पौधे के रूप में विकसित हुए। युवा गेहूं के पौधों ने लंबी जड़ें और तने विकसित किए, और नियंत्रण समूह की तुलना में उनका कुल वजन काफी बढ़ गया। कुट्टू के बीजों में भी अंकुरण दर में उल्लेखनीय सुधार देखा गया, जिसमें बहुत अधिक बीज सफलतापूर्वक अंकुरित हुए।
ये निष्कर्ष बताते हैं कि समुद्री जीवाणु VB17 सेलेनियम नैनोकणों का एक सक्षम उत्पादक है जो लाभकारी सूक्ष्मजीवों के लिए सुरक्षित और पौधों के विकास के लिए फायदेमंद दोनों हैं। यह अध्ययन एक स्पष्ट उदाहरण प्रदान करता है कि कैसे एक विशिष्ट जीवाणु नस्ल को कणों के विशिष्ट गुणों, जैसे आकार और सतह की कोटिंग, के उत्पादन के लिए ट्यून किया जा सकता है, जो कृषि उपयोग के लिए आवश्यक हैं। हालांकि परिणाम आशाजनक हैं, शोधकर्ता नोट करते हैं कि यह जांच का प्रारंभिक चरण है। प्रयोग एक नियंत्रित प्रयोगशाला सेटिंग में किए गए थे, और केवल नैनोकणों की एक विशिष्ट सांद्रता का परीक्षण किया गया था। भविष्य के कार्यों में विभिन्न फसलों के लिए सर्वोत्तम खुराक निर्धारित करने और यह सत्यापित करने की आवश्यकता होगी कि क्या ये लाभ वास्तविक खेतों और ग्रीनहाउस में भी कायम रहते हैं। फिर भी, यह अध्ययन एक ऐसे भविष्य की ओर एक सम्मोहक झलक प्रदान करता है जहाँ समुद्री बैक्टीरिया भूमि-आधारित कृषि चुनौतियों को हल करने में मदद कर सकते हैं, जिससे एक संभावित रूप से जहरीले तत्व को स्वस्थ और अधिक लचीली फसलों के लिए एक उपकरण में बदला जा सकता है।
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