નાઇટ્રોજન સ્થાપક જીવાણુ (nitrogen fixing bacteria)

નાઇટ્રોજન સ્થાપક જીવાણુ (nitrogen fixing bacteria) : હવામાં રહેલ નાઇટ્રોજનનું અપચયન કરી તેને સંકીર્ણ પદાર્થમાં ફેરવવાની ક્ષમતા ધરાવતા સૂક્ષ્મજીવો. ડાયેઝોટ્રૉફ નામે ઓળખાતા આ બૅક્ટેરિયાનો સમૂહ મુક્ત નાઇટ્રોજન(N2)ને એમોનિયા(NH₃)માં ફેરવી શકે છે. વીજળી(lightning), પારજાંબલી કિરણો અને દહનને લીધે સ્થિરીકરણ થતું હોય છે. પણ  જેટલું વૈશ્વિક સ્થિરીકરણ માત્ર જૈવિક પ્રક્રિયાને આભારી હોય છે. વનસ્પતિઓની ઉત્પત્તિ અને વૃદ્ધિ માટે નાઇટ્રોજન અગત્યનો હોવાથી, સજીવોના જીવનની દૃષ્ટિએ નાઇટ્રોજન સ્થાપન અથવા સ્થિરીકરણ એક અગત્યની ઘટના છે.

જૈવિક નાઇટ્રોજન–સ્થિરીકરણ : માત્ર કેટલાક રસાયણપોષી બૅક્ટેરિયા (chemotrophs) અને પ્રકાશપોષી (phototroph) સાયનોબૅક્ટેરિયા નાઇટ્રોજનનું સ્થાપન કરી શકે છે. તેમના મુક્તજીવી (free living) અને સહજીવી (symbiotic)  એમ બે મુખ્ય સમૂહ છે.

આ પ્રક્રિયા માટે નાઇટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક અગત્યનો છે. આ ઉત્સેચક ઊંચા અણુભાર (~2,20,000) ધરાવતા Mo-Fe પ્રોટીન અથવા ડાય-નાઇટ્રોજનેઝ અને નીચા અણુભાર(~60,000) ધરાવતા Fe પ્રોટીન અથવા ડાયનાઇટ્રોજનેઝ રિડક્ટેઝ  એમ બે પ્રોટીનોનું બનેલું છે. બંનેમાં લોહ અને સલ્ફર તત્વો આવેલાં છે. પણ Mo-Fe પ્રોટીનમાં લોહ ઉપરાંત મોલિબ્ડિનમ પણ હોય છે.

આ બંને પ્રોટીનો હવામાંના ઑક્સિજનના સંપર્કમાં આવતાં વિઘટન પામે છે. તેથી તેમને સક્રિય રાખવા અવાતજીવી (anaerobic) પર્યાવરણ જરૂરી છે. વળી સ્થિરીકરણમાં ATPના રૂપમાં જૈવિક ઊર્જા, મૅગ્નેશિયમ આયનો અને અપચયનકારકની જરૂર પડે છે. અપચયનકારક તરીકે ફેરેડૉક્સિન અથવા ફ્લેવોડૉક્સિન જેવાં નાનાં પ્રોટીન કામ આપે છે. સ્થિરીકરણની પ્રક્રિયાને નાચે મુજબ સમજાવી શકાય :

નાઇટ્રોજનેઝ દ્વારા નાઇટ્રોજન સ્થિરીકરણ ઊર્જાની દૃષ્ટિએ ખર્ચાળ હોવાથી સ્થાપિત નાઇટ્રોજન ‘NH₃’ ઉપલબ્ધ ન હોય ત્યારે જ આ પ્રક્રિયા થતી હોય છે. નાઇટ્રોજનેઝ ઉત્સેચકના સંશ્લેષણ માટે ‘nif’ જનીનો અગત્યનાં છે. એમોનિયા અપ્રાપ્ય હોય ત્યારે આ જનીનિક સમૂહ ક્રિયાશીલ બની ઉત્સેચકનું સંશ્લેષણ કરે છે.

ડાયેઝોટ્રૉફના પ્રકારો :

(અ) મુક્ત-જીવી સૂક્ષ્મજીવો(microbes)ના કેટલાક પેટા વર્ગો નીચે પ્રમાણે છે :

(i) વાતજીવી (aerobes) : દા.ત., એઝોટોબૅક્ટર, મિથેનઉપચાયક બૅક્ટેરિયા, અને અન્ય 15 જેટલી પ્રજાતિઓ(genera). તેમને વૃદ્ધિ માટે હવા જોઈએ છે અને હવાની હાજરીમાં તે નાઇટ્રોજનનું સ્થાપન કરે છે.

(ii) વૈકલ્પિક અવાતજીવી (facultative anaerobic) : આ બૅક્ટેરિયા વ્યાપક છે. ક્લેબ્સિએલ્લા અને બૅસિલસ જેવી જાતિઓ ઘણા એવા વિભેદ (strains) ધરાવે છે જે હવાની ગેરહાજરીમાં જ નાઇટ્રોજન સ્થાપન કરી શકે છે. ક્લોસ્ટ્રિડિયમ અને કેટલાક સલ્ફેટ-અપચાયક જીવાણુઓ મુક્તજીવી અવાતજીવો છે.

(iii) પ્રકાશપોષી (phototrophs) : સાયનોબૅક્ટેરિયાની કેટલીક જાતો શુષ્ક (arid), ટુંડ્ર અને ડાંગરનાં ખેતરો જેવાં જલાક્રાન્ત (water-logged) ક્ષેત્રોની ઉત્પાદકતાની દૃષ્ટિએ ખૂબ અગત્યની છે.

(બ) સહજીવી (symbiotic) ડાયેઝોટ્રોફના પેટાવર્ગો નીચે પ્રમાણે છે :

(i) રાઇઝોબિયમ પ્રજાતિના (વાતજીવી) જીવાણુઓ : તે શિંબી (legume) કુળની વનસ્પતિના મૂળમાં આવેલ ગંડિકામાં રહે છે. ત્યાં તે ગ્રંથિકા(nodules)ના ઉદભવને ઉત્તેજિત (stimulate) કરી, તેમાં વાતજીવી રીતે નાઇટ્રોજનનું સ્થાપન કરે છે.

(ii) એઝોસ્પાયરિલમ અને એઝોબૅક્ટર જેવી જાતિઓ ખેતીવાડીમાં અગત્યની છે. તે મકાઈ, ડાંગર જેવી ઘાસ-જન્ય વનસ્પતિના સાતત્યમાં જીવન ગુજારે છે.

(iii) સાયનોબૅક્ટેરિયા (નીલહરિત લીલ) લાઇકન એઝોલા, સાયકડ, ગુન્નેરા જેવી દ્વિઅંગી વનસ્પતિના સહવાસમાં રહે છે.

(iv) કેટલાક ડાયેઝોટ્રોફિક બૅક્ટેરિયા વાગોળનાર સસ્તનો, ઊધઈ અને દરિયાઈ કાષ્ઠ-ખોદકો (marine wood-boring worms) જેવાં સજીવોના શરીરમાં પરજીવી તરીકે વાસ કરે છે.

નાઇટ્રોજન–સ્થાપક સૂક્ષ્મજીવોની અગત્ય : મોટા પ્રમાણમાં કરવામાં આવતા કૃત્રિમ ખાતરોના વપરાશને લીધે ક્રમશ: જમીનની ફળદ્રૂપતા ઘટી રહી છે અને પ્રદૂષણ વધી રહ્યું છે. તેને ટાળવા ખાતરને બદલે ઍનાબીના, નૉસ્ટૉક જેવા સાયનોબૅક્ટેરિયા ઉપરાંત રાઇઝોબિયમ, એઝોબૅક્ટર જેવા ડાયેઝોટ્રોફનો ફેલાવો ખેતરમાં કરી નાઇટ્રોજન-સ્થાપન કરવાના પ્રયોગો થાય છે. આનો લાભ કઠોળ, મગફળી, ડાંગર, મકાઈ જેવા પાકને મળી રહ્યો છે. વળી નાઇટ્રોજનસ્થાપક જીવાણુઓ સાથે સહજીવન પસાર કરી શકે તેવી વનસ્પતિ વિકસાવવાના પ્રયોગો પણ ચાલે છે. ઉપરાંત જનીનિક ઇજનેરી તકનીકની મદદથી નાઇટ્રોજનનું સ્થાપન થઈ શકે તેવી વનસ્પતિનું નિર્માણ કરવા તરફ વૈજ્ઞાનિકોનું ધ્યાન કેંદ્રિત થયું છે. આ દિશામાં કરવામાં આવતા સફળ પ્રયોગો માનવીની પ્રગતિનું અગત્યનું સોપાન બની રહેશે.

મૃગેશ શુક્લ