Rhizobacterial volatile organic compounds from perennial wheat and their potential to suppress phytopathogenic fungi
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि बारहमासी गेहूं से अलग किए गए राइजोबैक्टीरियल स्ट्रेन, वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों के उत्सर्जन के माध्यम से, विशेष रूप से एस्परगिलस फ्लेवस, फाइटोपैथोजेनिक कवक को दबा सकते हैं, जिसमें डाइमिथाइल डाइसल्फाइड और डाइमिथाइल ट्राइसल्फाइड को प्रमुख निरोधात्मक एजेंटों के रूप में पहचाना गया है।
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सदियों से, किसान उन कवक (फंगल) रोगों के खिलाफ एक शांत युद्ध लड़ते आए हैं जो अनाज को खेत में सड़ा देते हैं और भंडारण में उसे खराब कर देते हैं। ये सूक्ष्म हमलावर, जैसे कि फ्यूसेरियम (fusarium) और एस्परगिलस (aspergillus) संक्रमण पैदा करने वाले कवक, फसलों को तबाह कर सकते हैं और खाद्य सुरक्षा के लिए खतरा पैदा कर सकते हैं। जैसे-जैसे वैश्विक जलवायु बदल रही है, इन खतरों के अधिक अप्रत्याशित होने की उम्मीद है, जिससे वैज्ञानिक समाधानों के लिए पारंपरिक रासायनिक स्प्रे से परे देखने के लिए मजबूर हो रहे हैं। एक आशाजनक मार्ग स्वयं मिट्टी में निहित है, विशेष रूप से पौधों की जड़ों और वहां रहने वाले बैक्टीरिया के बीच होने वाली अदृश्य रासायनिक बातचीत में। कुछ लाभकारी बैक्टीरिया, जिन्हें 'प्लांट ग्रोथ-प्रमोटिंग राइजोबैक्टीरिया' कहा जाता है, न केवल पौधों को पोषक तत्व अवशोषित करने में मदद करते हैं; बल्कि वे वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों (volatile organic compounds) नामक अदृश्य गैसों का एक बादल भी छोड़ते हैं। ये गैसें हवा के माध्यम से यात्रा कर सकती हैं और प्राकृतिक हथियारों के रूप में कार्य कर सकती हैं, जो जहरीले रसायनों की आवश्यकता के बिना हानिकारक कवक की वृद्धि को रोक सकती हैं।
इटली के यूनिवर्सिटी ऑफ पार्मा के शोधकर्ताओं ने एक अद्वितीय प्रकार की फसल का उपयोग करके इस प्राकृतिक रक्षा प्रणाली की जांच करने का निर्णय लिया: बारहमासी गेहूं (perennial wheat)। उस गेहूं के विपरीत जिसे हम आमतौर पर खाते हैं, जिसे साल में एक बार काटा जाता है और फिर से बोया जाता है, बारहमासी गेहूं कई वर्षों तक जीवित रहता है, जो गहरे और जटिल जड़ तंत्र विकसित करता है जो मिट्टी के बैक्टीरिया के समृद्ध समुदायों को बढ़ावा देता है। टीम ने इस फसल की एक विशिष्ट किस्म पर ध्यान केंद्रित किया, जिसे OK72 के रूप में जाना जाता है, जिसने पहले से ही एक गतिशील और सक्रिय भूमिगत पारिस्थितिकी तंत्र दिखाया था। उन्होंने इस गेहूं की जड़ों से दस अलग-अलग बैक्टीरिया के उपभेदों (strains) को अलग किया और यह देखने के लिए आगे बढ़े कि क्या इन बैक्टीरिया द्वारा छोड़ी गई गैसें तीन खतरनाक कवक प्रजातियों: एस्परगिलस फ्लेवस (Aspergillus flavus), फ्यूसेरियम प्रोलिफेरेटम (Fusarium proliferatum), और फ्यूसेरियम वर्टिसिलियोइड्स (Fusarium verticillioides) की वृद्धि को रोक सकती हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए कि वे केवल गैसों के प्रभाव को माप रहे हैं न कि प्रत्यक्ष संपर्क या तरल रसायनों को, वैज्ञानिकों ने बैक्टीरिया और कवक को अलग-अलग डिशों में रखा, और उन्हें एक साथ सील कर दिया ताकि केवल हवा ही उनके बीच से गुजर सके।
परिणामों ने दिखाया कि बैक्टीरियल गैसें वास्तव में प्रभावी थीं, हालांकि उनकी शक्ति विशिष्ट बैक्टीरिया और विशिष्ट कवक के आधार पर भिन्न होती थी। सीलबंद वातावरण में, बैक्टीरियल उत्सर्जन ने कवक की वृद्धि को शून्य से लेकर लगभग सैंतालीस प्रतिशत तक धीमा कर दिया। कुछ बैक्टीरियल स्ट्रेन विशेषज्ञों की तरह कार्य करते थे, जो उच्च सटीकता के साथ एक प्रकार के कवक को लक्षित करते थे, जबकि अन्य सामान्यवादियों (generalists) की तरह व्यवहार करते थे, जो सभी तीन के विरुद्ध व्यापक सुरक्षा प्रदान करते थे। यह भिन्नता बताती है कि प्रकृति ने पहले से ही जैविक एजेंटों का एक विविध टूलकिट प्रदान किया है, जिनमें से प्रत्येक के पास रक्षा के लिए अपनी अनूठी रणनीति है। शोधकर्ताओं ने फिर ठीक से यह पहचानने की ओर अपना ध्यान केंद्रित किया कि कौन सी गैसें इस निषेध (inhibition) के लिए जिम्मेदार थीं। हवा में रासायनिक हस्ताक्षरों (chemical signatures) का पता लगाने के लिए संवेदनशील उपकरणों का उपयोग करते हुए, उन्होंने विभिन्न प्रयोगों में चालीस-छह अलग-अलग वाष्पशील यौगिकों का पता लगाया।
विश्लेषण ने विशिष्ट रसायनों को रक्षा की सफलता से जोड़ने वाला एक स्पष्ट पैटर्न प्रकट किया। हालांकि उत्पन्न गैस की कुल मात्रा इस बात की सटीक भविष्यवाणी नहीं करती थी कि कवक को कितनी अच्छी तरह रोका जाएगा, लेकिन कुछ सल्फर युक्त यौगिकों की उपस्थिति ने ऐसा किया। विशेष रूप से, दो गैसें, डाइमिथाइल डाइसल्फाइड (dimethyl disulfide) और डाइमिथाइल ट्राइसल्फाइड (dimethyl trisulfide), लगातार हवा में दिखाई दीं जब बैक्टीरिया ने एस्परगिलस फ्लेवस की वृद्धि को सफलतापूर्वक दबा दिया था। ये सल्फर यौगिक तब अनुपस्थित थे जब बैक्टीरिया कवक को रोकने में विफल रहे थे। यह खोज एक विशिष्ट रासायनिक तंत्र की ओर इशारा करती है जहाँ ये सल्फर गैसें संभवतः कवक की कोशिका भित्तियों को नुकसान पहुँचाती हैं या उनके आंतरिक संतुलन को बाधित करती हैं, जिससे प्रभावी रूप से उनकी वृद्धि रुक जाती है। दिलचस्प बात यह है कि अध्ययन में एक अन्य यौगिक, एसिटोइन (acetoin) भी पाया गया, जो तब दिखाई देता था जब बैक्टीरिया कवक को रोकने में विफल रहता था, जो यह सुझाव देता है कि यह जीत के बजाय उस संघर्ष का संकेत है जिसे बैक्टीरिया हार रहा है।
अध्ययन में एक एकल "जादुई गोली" (magic bullet) गैस नहीं मिली जो हर स्थिति में काम करती हो। इसके बजाय, साक्ष्य बताते हैं कि बैक्टीरिया रसायनों के एक जटिल मिश्रण को छोड़ते हैं, और इस मिश्रण की प्रभावशीलता विशिष्ट बैक्टीरिया और कवक के संयोजन पर निर्भर करती है। जबकि सल्फर यौगिक एक प्रमुख रोगजनक के विरुद्ध प्रमुख खिलाड़ी के रूप में उभरे, मिश्रण में पता लगाए गए अन्य गैसों, जैसे कि कुछ अल्कोहल और कीटोन, को अन्य अध्ययनों में एंटीफंगल गुणों के लिए जाना जाता है। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि देखा गया संरक्षण संभवतः कई अलग-अलग गैसों की संयुक्त कार्रवाई से आता है जो एक साथ मिलकर काम करती हैं, न कि एक एकल प्रमुख रसायन से। यह कार्य बारहमासी गेहूं के जड़ बैक्टीरिया को प्राकृतिक जैव-नियंत्रण एजेंटों के स्रोत के रूप में उपयोग करने की क्षमता को उजागर करता है, जो मिट्टी की रासायनिक भाषा का लाभ उठाकर कवक रोगों से फसलों की रक्षा करने का एक सतत तरीका प्रदान करता है।
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