The effect of Rhizobium-field pea symbiosis on host plant quality and subsequent herbivory by the pea leaf weevil, Sitona lineatus (Coleoptera: Curculionidae)

मिट्टी के नीचे छिपी दुनिया में, एक शांत साझेदारी ऊपर की पौधों की दुनिया के स्वास्थ्य को आकार देती है। कई पौधे, विशेष रूप से मटर और बीन्स जैसे फलियों के परिवार के, राइजोबियम (rhizobia) नामक सूक्ष्म बैक्टीरिया के साथ एक आपसी समझौता करते हैं। ये बैक्टीरिया पौधे की जड़ों पर छोटे उभारों में रहते हैं, जिन्हें नोड्यूल्स (nodules) कहा जाता है। रहने के लिए जगह और पौधे से मिलने वाली चीनी के बदले में, बैक्टीरिया एक महत्वपूर्ण सेवा करते हैं: वे हवा से नाइट्रोजन गैस को खींचते हैं और उसे उस रूप में परिवर्तित करते हैं जिसका उपयोग पौधा बढ़ने के लिए कर सकता है। यह प्रक्रिया, जिसे नाइट्रोजन स्थिरीकरण (nitrogen fixation) कहा जाता है, एक प्राकृतिक उर्वरक के रूप में कार्य करती है, जिससे पौधा बिना अतिरिक्त पोषक तत्वों की आवश्यकता के फल-फूल सकता है। हालाँकि, यह भूमिगत गठबंधन शून्य में मौजूद नहीं है। अतिरिक्त नाइट्रोजन पौधे की रसायन विज्ञान और पोषण संबंधी संरचना को बदल देता है, जो बदले में उन कीटों को प्रभावित करता है जो इसे खाते हैं। किसानों और पारिस्थितिकीविदों (ecologists) के लिए, इस श्रृंखला प्रतिक्रिया को समझना महत्वपूर्ण है। यदि बैक्टीरिया पौधे को अधिक पौष्टिक बनाते हैं, तो यह अधिक कीटों को आकर्षित कर सकता है। यदि वे इसे अधिक रक्षात्मक बनाते हैं, तो यह उन्हें दूर भगा सकता है। विकास और सुरक्षा के बीच का संतुलन यह निर्धारित करता है कि फसल का कितना हिस्सा कटाई तक जीवित रहता है।

अल्बर्टा विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने फील्ड पी (field pea) और मटर लीफ वीविल (pea leaf weevil) नामक एक सामान्य कीट का उपयोग करके इस नाजुक संतुलन को समझने का प्रयास किया। इन छोटे भृंगों (beetles) का एक जटिल जीवन चक्र होता है जो वर्ष के दौरान उनकी आवश्यकताओं को बदल देता है। वसंत में, वयस्क वीविल सर्दियों की नींद से जागते हैं, प्रजनन करते हैं और मिट्टी में अंडे देते हैं। इसके बाद उनके लार्वा निकलते हैं और विशेष रूप से जड़ के नोड्यूल्स को खाते हैं, यानी वे उन्हीं बैक्टीरिया को खाते हैं जो पौधे को बढ़ने में मदद करते हैं। बाद में, वर्ष के अंत में, वयस्कों की एक नई पीढ़ी निकलती है। ये पतझड़ वाले वयस्क प्रजनन नहीं करते हैं; इसके बजाय, वे सर्दियों के वापस आने से पहले ऊर्जा भंडार बनाने के लिए विभिन्न फलियों की पत्तियों को खाते हैं। शोधकर्ता यह जानना चाहते थे कि क्या जड़ों में नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया की उपस्थिति से पत्तियों की गुणवत्ता बदल जाती है और फलस्वरूप, क्या वीविल उन पौधों को पसंद करते हैं जिनमें ये सहायक बैक्टीरिया होते हैं या उन पौधों को जिनमें वे नहीं होते। वे यह भी जानना चाहते थे कि क्या वीविल का व्यवहार उनके वसंत प्रजनन चरण या उनके पतझड़ फीडिंग चरण के आधार पर बदल जाता है।

उत्तर खोजने के लिए, वैज्ञानिकों ने एक नियंत्रित वातावरण में फील्ड पी के पौधे उगाए और उन्हें चार अलग-अलग तरीकों से उपचारित किया। कुछ पौधों को नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया के एक स्ट्रेन (strain) से उपचारित किया गया, जबकि अन्य को एक उत्परिवर्तित (mutant) स्ट्रेन से उपचारित किया गया जो नोड्यूल्स तो बनाता है लेकिन नाइट्रोजन को स्थिर नहीं कर पाता। दो अन्य समूहों ने नियंत्रण (controls) के रूप में कार्य किया: एक को सिंथेटिक नाइट्रोजन उर्वरक मिला, और दूसरे को केवल पानी मिला। टीम ने पिंजरों में रखे गए इन पौधों में वयस्क वीविलों को पेश किया। उन्होंने परीक्षण विभिन्न समयों पर किए ताकि वीविल के प्राकृतिक चक्र से मेल खा सके, उन्होंने तब परीक्षण किया जब वे अभी-अभी सर्दियों से जागे थे, जब वे वसंत में सक्रिय थे, और जब वे पतझड़ में शीतकाल के लिए तैयारी कर रहे थे। शोधकर्ताओं ने पत्तियों पर छोड़े गए काटने के निशान, या खांचों (notches) की गिनती की ताकि कीटों द्वारा खाए जाने की मात्रा को मापा जा सके। उन्होंने पौधों की ऊंचाई भी मापी, जड़ के नोड्यूल्स की गिनती की, और पत्तियों की रासायनिक संरचना का विश्लेषण किया, विशेष रूप से नाइट्रोजन सामग्री और क्लोरोफिल स्तरों की जांच की, जो पौधे के हरेपन और स्वास्थ्य को दर्शाते हैं।

परिणामों से एक स्पष्ट पैटर्न का पता चला जो पूरी तरह से वीविल की भौतिक अवस्था पर निर्भर था। वसंत के वीविल, जो प्रजनन में व्यस्त थे, ने किसी भी पौधों के प्रति कोई प्राथमिकता नहीं दिखाई। उन्होंने नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले पौधों, गैर-स्थिरीकरण करने वाले पौधों और नियंत्रण समूहों से लगभग समान मात्रा में भोजन किया। इसी तरह, जो वीविल अभी सर्दियों से जागे थे, उन्होंने भी कोई मजबूत प्राथमिकता नहीं दिखाई। हालांकि, पतझड़ के वीविल ने एक अलग कहानी सुनाई। ये कीट, जो प्रजनन नहीं कर रहे थे और ठंडे महीनों से पहले ऊर्जा एकत्र करने पर केंद्रित थे, उन पौधों को अत्यधिक पसंद करते थे जिनमें नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया थे। उन्होंने अन्य समूहों की तुलना में नाइट्रोजन-स्थिरीकरक बैक्टीरिया वाले पौधों पर काफी अधिक काटने के निशान छोड़े।

यह प्राथमिकता शोधकर्ताओं के लिए रहस्य नहीं थी, क्योंकि पौधे स्वयं कहानी बता रहे थे। नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया के साथ डाले गए मटर के पौधे अन्य पौधों की तुलना में अधिक ऊंचे बढ़े और उनमें क्लोरोफिल और नाइट्रोजन के उच्च स्तर वाली पत्तियां विकसित हुईं। अनिवार्य रूप से, बैक्टीरिया ने पौधों को अधिक पौष्टिक और जीवंत बना दिया। पतझड़ के वीविल, जो ऊर्जा संचय की आवश्यकता से प्रेरित थे, सबसे पौष्टिक खाद्य स्रोत को चुनते हैं। यह निष्कर्ष इस विचार को चुनौती देता है कि लाभकारी बैक्टीरिया हमेशा पौधों को बुरा स्वाद देकर या रासायनिक रूप से उन्हें कीटों से बचाकर सुरक्षित रखते हैं। इसके बजाय, इस विशिष्ट मामले में, बैक्टीरिया ने पौधे को कीट के लिए एक बेहतर भोजन बना दिया। अध्ययन बताता है कि मटर लीफ़ वीविल की पतझड़ पीढ़ी के लिए, उच्च गुणवत्ता वाले पोषण की आवश्यकता किसी भी संभावित रासायनिक रक्षा को दरकिनार कर देती है। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि हालांकि नाइट्रोजन उर्वरक ने भी पौधों को बढ़ने में मदद की, लेकिन इसने वीविलों में प्राकृतिक बैक्टीरिया की साझेदारी जैसा स्तर की प्राथमिकता उत्पन्न नहीं की, जो यह संकेत देता है कि पौधे और बैक्टीरिया के बीच का संबंध केवल नाइट्रोजन से कहीं अधिक है।

यह कार्य इस बात पर प्रकाश डालता है कि कैसे एक कीट की आवश्यकताएं पौधे के साथ उसके संबंध को निर्धारित करती हैं। जब वीविल वसंत में प्रजनन पर केंद्रित थे, तो पौधों के बीच पोषण संबंधी अंतर मायने नहीं रखता था। लेकिन जब उनका लक्ष्य पतझड़ में उत्तरजीविता और ऊर्जा भंडारण में बदल गया, तो बैक्टीरिया से पोषित पौधों की श्रेष्ठ गुणवत्ता निर्णायक कारक बन गई। यह अंतर्दृष्टि हमें मिट्टी के सूक्ष्मजीवों द्वारा सतह के ऊपर की दुनिया को कैसे प्रभावित करने के बारे में हमारी समझ में एक नया आयाम जोड़ती है। यह सुझाव देती है कि कीटों के प्रबंधन के लिए कीट के विशिष्ट जीवन चरण और फसल की पोषण स्थिति को देखना आवश्यक हो सकता है। यह समझकर कि वे बैक्टीरिया जो वास्तव में पौधे की मदद करने के लिए हैं, उन्हें सर्दियों की तैयारी कर रहे भूखे कीटों के लिए अधिक आकर्षक बना सकते हैं, वैज्ञानिक यह बेहतर भविष्यवाणी कर सकते हैं कि ये कीट कब और कहां सबसे अधिक नुकसान पहुंचाएंगे। यह अध्ययन कोई सरल समाधान नहीं देता है, लेकिन यह उन अदृश्य शक्तियों की एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करता है जो मिट्टी, पौधों और उन्हें खाने वाले कीटों के बीच की अंतःक्रियाओं को आकार देती हैं।