मानव कल्याण में सूक्ष्मजीव — किण्वन, वाहितमल उपचार व जैव-नियंत्रण

यह छोटा, विशुद्ध तथ्यात्मक अध्याय है जो लगभग पूर्णतः कौन-सा सूक्ष्मजीव कौन-सा कार्य करता से बना, अतः पूरी लड़ाई नाम-से-उपयोग युग्मन स्वच्छ रूप से सीखना है। उन्हें अनुप्रयोग से समूहित करें — भोजन व पेय, औद्योगिक उत्पाद, वाहितमल, बायोगैस, जैव-नियंत्रण, जैव-उर्वरक — व प्रत्येक समूह छोटी सूची है। दो नाम बार-बार आते व पहले स्थिर करने योग्य क्योंकि वे आधे अध्याय का आधार देते: *लैक्टोबैसिलस* (दही, व अनेक किण्वित भोजनों का जमाव) व *सैकरोमाइसीज़ सेरेविसी* (शराब बनाने वाली/बेकर की यीस्ट, रोटी, मद्य व अधिक के पीछे)। चिरसम्मत जाल किसी उत्पाद को गलत सूक्ष्मजीव देना, या वाहितमल उपचार की दो अवस्थाएँ भ्रमित करना है। युग्मन अभ्यास करें व अंक निश्चित हैं।

भोजन व उद्योग में सूक्ष्मजीव

प्रत्येक उत्पाद के पीछे का सूक्ष्मजीव
उत्पादसूक्ष्मजीवटिप्पणी
दहीलैक्टोबैसिलस (लैक्टिक अम्ल जीवाणु)विटामिन B₁₂ भी बढ़ाता; "जमाव"/टीका
रोटी, मद्यसैकरोमाइसीज़ सेरेविसी (यीस्ट)CO₂ आटा फुलाता; शर्करा को इथेनॉल में किण्वित करता
प्रतिजैविक: पेनिसिलिनपेनिसिलियम नोटेटम (कवक)अलेक्जेंडर फ्लेमिंग द्वारा खोजा गया
सिट्रिक अम्ल / एसिटिक अम्लएस्परजिलस नाइजर / एसिटोबैक्टर एसिटीऔद्योगिक कार्बनिक अम्ल
स्टैटिन (कोलेस्ट्रॉल-घटाने वाले)मोनैस्कस पर्प्यूरियस (यीस्ट)कोलेस्ट्रॉल संश्लेषण के एंज़ाइम को रोकते
🧠 लैक्टोबैसिलस व यीस्ट पर आधार बनाएँ, फिर शेष उनके चारों ओर टाँगें
क्योंकि यह अध्याय लगभग पूर्णतः नाम-मिलान है, कुशल मार्ग दो आधार जीव स्थिर करना व शेष को उनके विरुद्ध व्यवस्थित करना है। *लैक्टोबैसिलस* दही के पीछे का लैक्टिक-अम्ल जीवाणु है — वह दुग्ध शर्करा को लैक्टिक अम्ल में बदलता, जो दूध जमाता व उसकी विटामिन B₁₂ मात्रा भी बढ़ाता, व जो थोड़ा दही आप "जमाव" रूप में डालते वह बस इन जीवाणुओं का टीका है। *सैकरोमाइसीज़ सेरेविसी*, शराब बनाने वाली व बेकर की यीस्ट, रोटी (जो CO₂ वह छोड़ती वह आटा फुलाती) व मद्य (वह शर्करा को इथेनॉल में किण्वित करती) के पीछे है — अतः आटा फूलने या इथेनॉल उत्पादन का कोई प्रश्न यीस्ट की ओर संकेत करता। उन दो को बाँधकर, औद्योगिक उत्पाद दूसरी छोटी सूची बनाते: प्रतिजैविक पेनिसिलिन हेतु *पेनिसिलियम* (फ्लेमिंग), सिट्रिक अम्ल हेतु *एस्परजिलस नाइजर*, एसिटिक अम्ल हेतु *एसिटोबैक्टर*, ब्यूटिरिक अम्ल हेतु *क्लोस्ट्रिडियम ब्यूटिलिकम*, व स्टैटिन हेतु *मोनैस्कस*। परीक्षा लगभग कभी इन्हें समझाने को नहीं कहती; वह इन्हें युग्मित करने को कहती, अतः विजय शर्त गहरी समझ के स्थान पर स्वच्छ, अभ्यस्त सूची है।

वाहितमल उपचार व बायोगैस

  • वाहितमल उपचार की दो अवस्थाएँ। प्राथमिक उपचार भौतिक है — निस्यंदन व अवसादन ठोस हटाते (जमे ठोस "प्राथमिक आपंक")। द्वितीयक (जैविक) उपचार वातन टैंकों में सूक्ष्मजीव उपयोग करता: वे फ्लॉक बनाते व कार्बनिक पदार्थ खाते, BOD अत्यधिक घटाते।
  • BOD (जैवरासायनिक ऑक्सीजन माँग) कार्बनिक प्रदूषण मापता: जितना अधिक कार्बनिक पदार्थ, उतनी अधिक ऑक्सीजन सूक्ष्मजीव खाते, अतः उच्च BOD अत्यधिक प्रदूषित जल दर्शाता। द्वितीयक उपचार जल छोड़े जाने से पूर्व BOD घटाता।
  • बायोगैस (मुख्यतः मीथेन) मीथेनजन द्वारा बनती — अवायवीय आर्किबैक्टीरिया जैसे मीथेनोबैक्टीरियम — जो मवेशियों के रूमेन में भी रहते, इसीलिए गोबर-गैस संयंत्र का सामान्य भरण मवेशी गोबर है।
🎯 वाहितमल उन्हीं सूक्ष्मजीवों से क्यों साफ़ किया जाता जो उसमें रहते
गंदे जल को अधिक सूक्ष्मजीव जोड़कर साफ़ करना उल्टा लगता, परंतु ठीक इसी प्रकार द्वितीयक उपचार कार्य करता, व क्यों समझना दो-अवस्था रचना स्पष्ट बनाता। वाहितमल की समस्या स्वयं सूक्ष्मजीव नहीं बल्कि कार्बनिक पदार्थ का विशाल भार है, जो सीधे छोड़े जाने पर नदी से ऑक्सीजन छीनकर मछली मार देगा — यही उच्च BOD मापता। प्राथमिक उपचार केवल भौतिक ठोस हटाता; घुला व निलंबित कार्बनिक पदार्थ अब भी वहाँ। अतः द्वितीयक उपचार में वाहितमल वातन टैंकों में पंप होता व प्रबल रूप से ऑक्सीजनित होता, व प्राकृतिक रूप से उपस्थित वायवीय सूक्ष्मजीव बढ़ते, फ्लॉक में गुच्छित होते, व कार्बनिक पदार्थ को भोजन रूप में खाते — प्रभावतः प्रदूषण खाते। जैसे वे करते, BOD तीव्र गिरता, व पर्याप्त निम्न होने पर जल छोड़ने हेतु सुरक्षित। सूक्ष्मजीव फिर सक्रियित आपंक रूप में जमने दिए जाते, जिसका भाग टीका रूप में पुनःचक्रित व शेष अवायवीय पाचकों को भेजा जाता जो बायोगैस बनाते। अतः तर्क यह: प्रदूषण ही भोजन है, व नियंत्रित वातन के अंतर्गत सूक्ष्मजीवों को उसे खाने देना निपटान समस्या को स्वच्छ जल व ईंधन दोनों में बदलता।

जैव-नियंत्रण व जैव-उर्वरक

  • जैव-नियंत्रण रसायनों के स्थान पर पीड़कों के विरुद्ध जीवित जीव उपयोग करता: एफिड के विरुद्ध लेडीबर्ड भृंग, मच्छरों के विरुद्ध ड्रैगनफ्लाई, व जीवाणु बैसिलस थुरिंजिएंसिस (Bt) जिसका विष कीट लार्वा मारता — छिड़का, या Bt-फसलों में अभियांत्रित।
  • *ट्राइकोडर्मा* (एक कवक) पादप रोगजनक नियंत्रित करता, व बैकुलोवायरस (वंश न्यूक्लियोपॉलीहेड्रोवायरस) सँकरे-विस्तार कीट रोगजनक हैं — एक लाभ, क्योंकि वे लाभदायक कीट बचाते व वास्तव में जाति-विशिष्ट हैं।
  • जैव-उर्वरक मृदा पोषक समृद्ध करते: राइज़ोबियम लेग्यूम मूल ग्रंथिकाओं में नाइट्रोजन स्थिरीकरण करता; मुक्त-जीवी एज़ोटोबैक्टर व सायनोबैक्टीरियम एनाबीना नाइट्रोजन स्थिरीकरण करते; व कवकमूल (कवक–मूल साझेदारी, जैसे ग्लोमस) पादप को फास्फोरस अवशोषण में सहायता करता।
ℹ️ जाति-विशिष्ट जैव-नियंत्रण व्यापक रासायनिक छिड़काव से बेहतर क्यों
रासायनिक कीटनाशक भोथरा उपकरण है: वह लक्ष्य पीड़क मारता परंतु परागणकर्ता, पीड़क के प्राकृतिक परभक्षी व असंख्य हानिरहित कीट भी, व वह मृदा व खाद्य शृंखला में रहता। जैव-नियंत्रण इसलिए मूल्यवान क्योंकि अच्छे जैव-नियंत्रण कारक सँकरे-विस्तार हैं — वे केवल लक्ष्य पर आक्रमण करते व शेष सब को छोड़ देते। बैकुलोवायरस पाठ्यपुस्तकीय उदाहरण: कोई विषाणु मूलतः एक कीट जाति संक्रमित करता, अतः उसे छोड़ना फसल पीड़क मिटाता बिना उन मधुमक्खियों को छुए जो फसल परागित करतीं या उन लेडीबर्ड को जो अन्य पीड़क खातीं। बैसिलस थुरिंजिएंसिस समान — उसका विष केवल विशिष्ट कीट लार्वा की क्षारीय आंत में सक्रिय होता व मनुष्यों तथा अधिकांश अन्य प्राणियों हेतु हानिरहित। यह जाति-विशिष्टता ही पूरा विक्रय-बिंदु है, व इसीलिए जैव-नियंत्रण खेती के पारिस्थितिक, संधारणीय उपागम में फिट होता: एक सदस्य हटाने हेतु पूरे समुदाय को विषाक्त करने के स्थान पर, आप उस सदस्य का विशिष्ट प्राकृतिक शत्रु तैनात करते। जब प्रश्न पूछता "समेकित पीड़क प्रबंधन में बैकुलोवायरस क्यों वरीय", वह चाहा उत्तर ठीक यही सँकरी परपोषी परास है जो गैर-लक्ष्य व लाभदायक जातियाँ बचाती।

मुख्य बिंदु

  • दही = लैक्टोबैसिलस (विटामिन B₁₂ बढ़ाता); रोटी व मद्य = सैकरोमाइसीज़ सेरेविसी (यीस्ट)।
  • पेनिसिलिन पेनिसिलियम से (फ्लेमिंग); सिट्रिक अम्ल एस्परजिलस नाइजर से; स्टैटिन मोनैस्कस से।
  • वाहितमल: प्राथमिक = भौतिक (ठोस हटाए); द्वितीयक = जैविक (फ्लॉक में सूक्ष्मजीव BOD घटाते)।
  • उच्च BOD = अत्यधिक प्रदूषित जल; द्वितीयक उपचार छोड़ने से पूर्व BOD घटाता।
  • बायोगैस (मीथेन) मीथेनजन (जैसे मीथेनोबैक्टीरियम) बनाते, मवेशी रूमेन में भी पाए जाते।
  • जैव-नियंत्रण: एफिड के विरुद्ध लेडीबर्ड, बैसिलस थुरिंजिएंसिस (Bt) विष लार्वा मारता; बैकुलोवायरस जाति-विशिष्ट।
  • जैव-उर्वरक: राइज़ोबियम (ग्रंथिकाएँ) व एज़ोटोबैक्टर/एनाबीना नाइट्रोजन स्थिरीकरण करते; कवकमूल फास्फोरस ग्रहण में सहायता करता।
  • सँकरे-विस्तार जैव-नियंत्रण लाभदायक कीट बचाता — रासायनिक कीटनाशकों पर मुख्य लाभ।

अभ्यास प्रश्न (8)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. दूध से दही उत्पादन में उपयोग किया सूक्ष्मजीव है:

    1. लैक्टोबैसिलस
    2. सैकरोमाइसीज़ सेरेविसी
    3. पेनिसिलियम नोटेटम
    4. एस्परजिलस नाइजर
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — लैक्टोबैसिलस

    लैक्टोबैसिलस (लैक्टिक अम्ल जीवाणु) दूध को दही में जमाता व उसकी विटामिन B₁₂ मात्रा भी बढ़ाता। सैकरोमाइसीज़ रोटी व मद्य हेतु उपयोग की यीस्ट है, अतः उसे नाम लेना दही आधार को किण्वन आधार से भ्रमित करता है।

  2. किसी जल नमूने की उच्च जैवरासायनिक ऑक्सीजन माँग (BOD) दर्शाती है कि जल है:

    1. कार्बनिक पदार्थ से अत्यधिक प्रदूषित
    2. अति स्वच्छ व शुद्ध
    3. घुली ऑक्सीजन से समृद्ध
    4. सभी सूक्ष्मजीवों से मुक्त
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — कार्बनिक पदार्थ से अत्यधिक प्रदूषित

    जितना अधिक कार्बनिक पदार्थ, उतनी अधिक ऑक्सीजन सूक्ष्मजीव उसे तोड़ने में उपयोग करते, अतः उच्च BOD भारी कार्बनिक प्रदूषण दर्शाता। स्वच्छ जल का BOD निम्न होता, इसीलिए "अति स्वच्छ" विकल्प माप का अर्थ उलट देता है।

  3. बायोगैस (मुख्यतः मीथेन) किसकी क्रिया से बनती है?

    1. मीथेनजन (अवायवीय आर्किबैक्टीरिया)
    2. लैक्टोबैसिलस
    3. पेनिसिलियम
    4. वायवीय प्रोटोज़ोआ
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — मीथेनजन (अवायवीय आर्किबैक्टीरिया)

    मीथेनोबैक्टीरियम जैसे मीथेनजन मीथेन अवायवीय रूप से बनाते, व वे मवेशी रूमेन में भी रहते, इसीलिए गोबर बायोगैस संयंत्र भरता है। लैक्टोबैसिलस व पेनिसिलियम क्रमशः दही व प्रतिजैविक हेतु उपयोग होते, मीथेन उत्पादन हेतु नहीं।

  4. वाहितमल उपचार में फ्लॉक बनाते सूक्ष्मजीवों द्वारा निलंबित व घुले कार्बनिक पदार्थ का निष्कासन किस दौरान होता है?

    1. द्वितीयक (जैविक) उपचार
    2. प्राथमिक (भौतिक) उपचार
    3. केवल क्लोरीनीकरण
    4. केवल आपंक पाचन
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — द्वितीयक (जैविक) उपचार

    द्वितीयक उपचार वाहितमल वातित करता ताकि सूक्ष्मजीव बढ़ें, फ्लॉक बनाएँ व कार्बनिक भार खाएँ, BOD तीव्र घटाते। प्राथमिक उपचार केवल अवसादन व निस्यंदन से भौतिक ठोस हटाता, अतः वह घुला कार्बनिक पदार्थ नहीं संभाल सकता।

  5. प्रतिजैविक पेनिसिलिन किस कवक से प्राप्त होता है?

    1. पेनिसिलियम नोटेटम
    2. एस्परजिलस नाइजर
    3. मोनैस्कस पर्प्यूरियस
    4. ट्राइकोडर्मा
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — पेनिसिलियम नोटेटम

    पेनिसिलिन पेनिसिलियम नोटेटम से आता, अलेक्जेंडर फ्लेमिंग द्वारा खोजा गया। एस्परजिलस नाइजर सिट्रिक अम्ल बनाता व मोनैस्कस स्टैटिन बनाता, अतः वे पेनिसिलिन के स्रोत के स्थान पर भिन्न कवकों के औद्योगिक उत्पाद हैं।

  6. राइज़ोबियम जैव-उर्वरक रूप में कार्य करता क्योंकि वह:

    1. लेग्यूम की मूल ग्रंथिकाओं में वायुमंडलीय नाइट्रोजन स्थिरीकरण करता है
    2. मृदा में सेल्युलोज़ पचाता है
    3. कीट पीड़कों को सीधे मारता है
    4. पादप हेतु फास्फोरस अवशोषित करता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — लेग्यूम की मूल ग्रंथिकाओं में वायुमंडलीय नाइट्रोजन स्थिरीकरण करता है

    राइज़ोबियम लेग्यूम मूल ग्रंथिकाओं में सहजीवी रूप से रहता व वायुमंडलीय नाइट्रोजन को पादप उपयोग्य रूप में बदलता, मृदा समृद्ध करता। फास्फोरस अवशोषण कवकमूल का कार्य है, अतः वह विकल्प राइज़ोबियम को अन्य जैव-उर्वरक का कार्य सौंपता है।

  7. समेकित पीड़क प्रबंधन में जैव-नियंत्रण कारक रूप में बैकुलोवायरस का एक मुख्य लाभ यह कि वे:

    1. जाति-विशिष्ट हैं, लाभदायक व गैर-लक्ष्य कीट बचाते
    2. हर कीट को मारते जिससे वे संपर्क करते
    3. मृदा में विषैले अवशेष रूप में रहते
    4. केवल स्तनियों पर कार्य करते
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — जाति-विशिष्ट हैं, लाभदायक व गैर-लक्ष्य कीट बचाते

    बैकुलोवायरस की परपोषी परास बहुत सँकरी, मूलतः एक कीट जाति पर आक्रमण करते व परागणकर्ता तथा परभक्षी अहानित छोड़ते — जैव-नियंत्रण का पूरा उद्देश्य। हर कीट मारना व्यापक रासायनिक कीटनाशकों की विफलता होगी, जो इन विषाणुओं को मूल्यवान बनाने वाले का विपरीत है।

  8. रोटी के आटे का फूलना व शर्करा का इथेनॉल में किण्वन दोनों किससे होते हैं?

    1. सैकरोमाइसीज़ सेरेविसी
    2. लैक्टोबैसिलस
    3. क्लोस्ट्रिडियम
    4. राइज़ोबियम
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — सैकरोमाइसीज़ सेरेविसी

    यीस्ट (सैकरोमाइसीज़ सेरेविसी) CO₂ छोड़ती जो आटा फुलाती व शर्करा को इथेनॉल में किण्वित करती, अतः दोनों प्रभाव उसी जीव से जुड़ते। लैक्टोबैसिलस दही बनाता व राइज़ोबियम नाइट्रोजन स्थिरीकरण करता, इनमें कोई न रोटी फुलाता न इथेनॉल बनाता।