मानव कल्याण में सूक्ष्मजीव (Microbes in Human Welfare)

सूक्ष्मजीव प्रतिदिन हमारे भोजन तथा औद्योगिक उत्पादन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं:

A. घरेलू उत्पादों में सूक्ष्मजीव:

• 1. दूध से दही का निर्माण: लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया (LAB) जैसे Lactobacillus दूध में उचित ताप पर वृद्धि करते हैं। ये लैक्टोज शर्करा को लैक्टिक अम्ल में बदलकर दूध की कैसिइन प्रोटीन को जमा (Coagulate) देते हैं और आंशिक रूप से पचा देते हैं। लाभ: दही पोषण की दृष्टि से दूध से अधिक लाभदायक है क्योंकि यह विटामिन $B_{12}$ की मात्रा को अत्यधिक बढ़ा देता है। साथ ही हमारे आमाशय में हानिकारक रोगजनक जीवाणुओं की वृद्धि को रोकता है।
• 2. आटे का किण्वन (Dough Fermentation):
  • डोसा एवं इडली के आटे का किण्वन जीवाणुओं द्वारा होता है; इसमें उभरी हुई फूली हुई संरचना $CO_2$ गैस के उत्पादन के कारण होती है।
  • ब्रेड बनाने में बेकर्स यीस्ट (Saccharomyces cerevisiae) का उपयोग किया जाता है।
• 3. पारंपरिक खाद्य एवं पेय: दक्षिणी भारत का पारंपरिक पेय 'टॉडी' (Toddy) ताड़ के वृक्षों के रस को किण्वित करके बनाया जाता है। सोयाबीन, बांस के प्ररोहों तथा मछलियों को किण्वित करके स्वादिष्ट व्यंजन तैयार किए जाते हैं।
• 4. पनीर (Cheese):
  • स्विस पनीर (Swiss Cheese): इसमें बड़े-बड़े छिद्र होते हैं, जो Propionibacterium sharmanii जीवाणु द्वारा भारी मात्रा में $CO_2$ उत्पन्न करने के कारण बनते हैं।
  • रॉकफोर्ट पनीर (Roquefort Cheese): यह एक विशेष कवक Penicillium roqueforti के संवर्धन द्वारा विशिष्ट स्वाद एवं सुगंध से परिपक्व (Ripened) की जाती है।

B. औद्योगिक उत्पादों में सूक्ष्मजीव:

उद्योगों में सूक्ष्मजीवों को बड़े बर्तनों में उगाया जाता है जिन्हें किण्वक (Fermentors / Bioreactors) कहते हैं।

• किण्वित पेय (Fermented Beverages): ब्रूअर्स यीस्ट (Saccharomyces cerevisiae) धान्य अनाजों एवं फलों के रसों का किण्वन कर एथेनॉल बनाती है।
  • बिना आसवन वाले पेय (Without Distillation): वाइन (Wine) एवं बियर (Beer) — इनमें एल्कोहल प्रतिशत कम ($3-12\%$) होता है।
  • आसवन द्वारा निर्मित पेय (With Distillation): व्हिस्की, ब्रांडी तथा रम — किण्वित रस के आसवन से बनते हैं, अतः एल्कोहल प्रतिशत अधिक ($40-50\%$) होता है।
• प्रतिजैविक (Antibiotics): 20वीं सदी की सबसे महत्वपूर्ण खोज।
  • 1928 में सर अलेक्जेंडर फ्लेमिंग ने देखा कि Staphylococcus संवर्धन प्लेट पर कवक Penicillium notatum उगने से जीवाणु नष्ट हो गए। उन्होंने इससे पेनिसिलिन (Penicillin) की खोज की।
  • अर्न्स्ट चेन एवं हॉवर्ड फ्लोरे ने द्वितीय विश्व युद्ध में घायल अमेरिकी सैनिकों के इलाज हेतु पेनिसिलिन की संपूर्ण क्षमता को प्रतिजैविक के रूप में स्थापित किया। (1945 में तीनों को नोबेल पुरस्कार मिला)।
• रसायन, एंजाइम एवं जैव-सक्रिय अणु:

नगरों एवं कस्बों से निकलने वाला व्यर्थ अपशिष्ट जल वाहितमल (Sewage) कहलाता है, जिसका प्रमुख घटक मानव मल-मूत्र और कार्बनिक अपशिष्ट होता है। इसमें भारी संख्या में रोगजनक जीवाणु होते हैं, अतः इसे सीधे नदियों या नालों में नहीं बहाया जा सकता। वाहितमल का उपचार नगर निगमों द्वारा STP में दो मुख्य चरणों में किया जाता है:

1. प्राथमिक उपचार (Primary Treatment - भौतिक प्रक्रिया):

इसमें वाहितमल में से तैरते हुए एवं भारी ठोस कणों को भौतिक रूप से अलग किया जाता है:

• क्रमिक निस्पंदन (Sequential Filtration): तैरते हुए कूड़े-कर्कट (पॉलीथिन, पत्ते, कागज) को जालीदार छन्नों द्वारा छाना जाता है।
• अवसादन (Sedimentation): ग्रिट चैंबर में बालू, कंकड़-पत्थर और मिट्टी के कण पेंदे में बैठ जाते हैं। प्राथमिक अवसादन टैंक में नीचे बैठा ठोस पदार्थ प्राथमिक आपंक (Primary Sludge) कहलाता है, तथा ऊपर तैरने वाला मैला जल प्राथमिक बहिःस्राव (Primary Effluent) कहलाता है जिसे द्वितीयक उपचार हेतु भेजा जाता है।

2. द्वितीयक उपचार / जैविक उपचार (Secondary / Biological Treatment):

यह पूर्णतः सूक्ष्मजीवों द्वारा संचालित जैविक प्रक्रिया है:

1. वायवीय टैंक (Aeration Tank): प्राथमिक बहिःस्राव को बड़े वायवीय टैंकों में लगातार यांत्रिक रूप से हिलाया जाता है और संपीडित वायु फूंकी जाती है। इससे अत्यधिक उपयोगी वायवीय सूक्ष्मजीवों की तीव्र वृद्धि होती है और वे ऊर्णक (Flocs) बना लेते हैं।
   • ऊर्णक (Flocs): जीवाणुओं के ऐसे झुंड हैं जो कवक के तंतुओं के साथ जुड़कर जाल जैसी संरचना बना लेते हैं।
2. बीओडी (BOD - Biochemical Oxygen Demand) में कमी: ये वायवीय सूक्ष्मजीव वृद्धि करते समय बहिःस्राव में मौजूद घुलित कार्बनिक पदार्थों के एक बड़े हिस्से का उपभोग कर लेते हैं। इसके फलस्वरूप बहिःस्राव की बीओडी अत्यधिक घट जाती है।
   • BOD की परिभाषा: जल के 1 लीटर में उपस्थित संपूर्ण कार्बनिक पदार्थों को जीवाणुओं द्वारा ऑक्सीकृत करने के लिए आवश्यक ऑक्सीजन की मात्रा को BOD कहते हैं। BOD जल के प्रदूषण का सीधा माप है; जल में जितना अधिक कार्बनिक प्रदूषण होगा, उसकी BOD उतनी ही अधिक होगी।
3. अवसादन टैंक एवं सक्रियित आपंक (Activated Sludge): जब BOD पर्याप्त कम हो जाती है, तो बहिःस्राव को निसादन टैंक (Settling tank) में भेजा जाता है जहाँ ऊर्णकों को नीचे बैठने दिया जाता है। यह बैठा हुआ अवसाद सक्रियित आपंक (Activated Sludge) कहलाता है।
4. पुनर्चक्रण एवं अवायवीय आपंक संपाचित्र (Anaerobic Sludge Digester):
   • सक्रियित आपंक का एक छोटा सा भाग प्रारंभिक निवेसद्रव्य (Inoculum / जामन) के रूप में वापस वायवीय टैंक में पंप कर दिया जाता है।
   • आपंक का अधिकांश बड़ा भाग बड़े अवायवीय आपंक संपाचित्रों में भेजा जाता है। यहाँ अवायवीय जीवाणु (मिथेनोजेन्स) ऊर्णक के जीवाणुओं और कवकों का अवायवीय पाचन करते हैं।
5. बायोगैस उत्पादन: अवायवीय पाचन के दौरान गैसों का मिश्रण उत्पन्न होता है जिसमें मुख्यतः मेथेन ($CH_4$), हाइड्रोजन सल्फाइड ($H_2S$), तथा कार्बन डाइऑक्साइड ($CO_2$) होती हैं। इस गैस को बायोगैस (Biogas) कहते हैं जो ज्वलनशील होती है और ऊर्जा का उत्कृष्ट स्रोत है।

अब उपचारित बहिःस्राव को सुरक्षित रूप से प्राकृतिक जलस्रोतों (गंगा, यमुना आदि नदियों) में छोड़ दिया जाता है। केंद्रीय पर्यावरण एवं वन मंत्रालय ने भारत की प्रमुख नदियों को प्रदूषण से बचाने हेतु गंगा एक्शन प्लान (GAP) तथा यमुना एक्शन प्लान (YAP) प्रारंभ किए हैं।

बायोगैस उत्पादन में सूक्ष्मजीव (Microbes in Biogas Production):

बायोगैस गैसों का एक मिश्रण (मुख्यतः मेथेन) है जो सूक्ष्मजीवों की सक्रियता से उत्पन्न होता है। सेल्यूलोज पर अवायवीय रूप से वृद्धि करने वाले जीवाणु मिथेनोजेन्स (Methanogens) कहलाते हैं, जिनका प्रमुख उदाहरण Methanobacterium है। ये जीवाणु वाहितमल के अवायवीय संपाचित्रों में तथा मवेशियों (गायों, भैंसों) के रूमेन (प्रथम आमाशय) में प्रचुर मात्रा में पाए जाते हैं। गोबर में सेल्यूलोज प्रचुर मात्रा में होता है, अतः गोबर से बायोगैस (गोबर गैस) का प्रचुर उत्पादन किया जाता है। भारत में बायोगैस तकनीक के विकास में भारतीय कृषि अनुसंधान संस्थान (IARI) तथा खादी एवं ग्रामोद्योग आयोग (KVIC) ने अग्रणी भूमिका निभाई।

बायोगैस संयंत्र की संरचना:

• ईंटों व सीमेंट से बना 10 से 15 फीट गहरा एक कंक्रीट टैंक (पाचक टैंक) होता है।
• एक प्रवेश कक्ष (Inlet) होता है जहाँ गोबर और जल को मिलाकर घोल (Slurry) बनाया जाता है और टैंक में डाला जाता है।
• पाचक के ऊपर एक तैरता हुआ लोहे का गैस धारक (Floating gas holder) ढक्कन होता है, जो गैस बनने के साथ-साथ ऊपर उठता जाता है।
• गैस धारक में एक आउटलेट पाइप होता है जिससे बायोगैस को घरों में रसोई गैस व प्रकाश हेतु भेजा जाता है।
• उपयोग के बाद बची हुई गाद (Spent Slurry) दूसरे आउटलेट से बाहर निकलती है जिसका उपयोग उत्कृष्ट जैविक खाद के रूप में खेतों में किया जाता है।

जैव-नियंत्रण कारक के रूप में सूक्ष्मजीव (Microbes as Biocontrol Agents):

कीटनाशकों एवं खरपतवारनाशकों के विषैले रासायनिक दुष्प्रभावों से बचने हेतु जैविक विधियों द्वारा पादप रोगों एवं पीड़कों का नियंत्रण जैव-नियंत्रण कहलाता है। यह एकीकृत पीड़क प्रबंधन (IPM) का मुख्य अंग है:

1. लेडीबर्ड भृंग (Ladybird Beetle): लाल और काले रंग की यह भृंग एफिड्स (माहू / चूसक कीड़ों) से छुटकारा दिलाती है।
2. व्याध पतंग (Dragonflies): यह मच्छरों के लार्वा का भक्षण कर मच्छरों की आबादी को नियंत्रित करती है।
3. बैसिलस थुरिंजिएंसिस (Bacillus thuringiensis - Bt):
   यह जीवाणु तितलियों के कैटरपिलर (इल्ली) को नष्ट करने हेतु प्रयुक्त होता है। इसके शुष्क बीजाणु (Spores) पानी में घोलकर सरसों, फलों के वृक्षों पर छिड़के जाते हैं। जब कीट का लार्वा इन्हें खाता है, तो आंत के क्षारीय माध्यम में यह विष सक्रिय होकर आंत की भित्ति में छिद्र कर देता है और लार्वा मर जाता है (अन्य कीटों को कोई हानि नहीं पहुंचती)। आजकल आनुवंशिक इंजीनियरिंग द्वारा इसके 'cry' जीन को सीधे पादपों में डालकर Bt-कपास (Bt-Cotton) जैसी कीट-प्रतिरोधी फसलें विकसित की गई हैं।
4. ट्राइकोडर्मा (Trichoderma): मृदा में स्वतंत्र रूप से रहने वाला कवक जो पादपों की जड़ों के पारिस्थितिक तंत्र में रहता है और अनेक मृदा-जनित पादप रोगजनकों का जैविक नियंत्रण करता है।
5. बैक्यूलोवायरस (Baculoviruses - वंश Nucleopolyhedrovirus):
   ये विषाणु कीटों तथा अन्य संधिशोथों (Arthropods) पर हमला करते हैं। विशेषता: ये संकीर्ण स्पेक्ट्रम (Narrow-spectrum) वाले, प्रजाति-विशिष्ट (Species-specific) जैव-कीटनाशक हैं। इनका पौधों, स्तनधारियों, पक्षियों, मछलियों अथवा लाभकारी गैर-लक्ष्य कीटों (जैसे मधुमक्खी) पर कोई नकारात्मक प्रभाव नहीं पड़ता। अतः यह संवेदनशील पारिस्थितिक क्षेत्रों में IPM हेतु सर्वोत्तम हैं।

रासायनिक उर्वरकों के अत्यधिक उपयोग से मृदा प्रदूषण, भूजल संदूषण तथा भूमि की उर्वरा शक्ति में भारी गिरावट आई है। अतः आज जैविक खेती (Organic Farming) में जैव-उर्वरकों का प्रयोग अनिवार्य हो गया है। जैव-उर्वरक वे सजीव जीव हैं जो अपनी जैविक क्रियाओं द्वारा मृदा में पोषक तत्वों (विशेषकर नाइट्रोजन एवं फॉस्फोरस) की मात्रा और उपलब्धता को बढ़ाते हैं। जैव-उर्वरकों के तीन मुख्य स्रोत हैं:

1. जीवाणु (Bacteria):

• राइजोबियम (Rhizobium): लेग्युमिनस (दलहनी) पादपों की जड़ों में ग्रंथिकाएं (Root nodules) बनाकर सहजीवी रूप में रहता है। यह वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर करके कार्बनिक रूपों में बदलता है जिसे पादप पोषक के रूप में उपयोग करते हैं।
• स्वतंत्र-जीवी नाइट्रोजन स्थिरीकारक जीवाणु: मृदा में स्वतंत्र रूप से रहने वाले जीवाणु जैसे Azotobacter (वायवीय) तथा Azospirillum वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर कर मृदा की उर्वरता बढ़ाते हैं।

2. कवक—कवकमूल (Mycorrhiza):

कवकों का उच्च पादपों (जैसे पाइनस, आर्किड्स) की जड़ों के साथ सहजीवी संबंध कवकमूल कहलाता है। इस सहजीविता में अधिकांश कवक Glomus वंश के सदस्य होते हैं।

पादप को कवकमूल से होने वाले 4 प्रमुख लाभ:

1. फॉस्फोरस का अवशोषण: कवक जाल मृदा से अविलेय फॉस्फोरस को अवशोषित करके पादप को उपलब्ध कराता है।
2. मूल रोगजनकों से सुरक्षा: कवक आवरण जड़ को मृदा-जनित रोगजनक कवकों व जीवाणुओं के संक्रमण से बचाता है।
3. लवणता एवं सूखे के प्रति सहनशीलता: यह पादप की सूखा तथा अत्यधिक लवणता सहने की क्षमता को बढ़ाता है।
4. समग्र पादप वृद्धि: बीजों के अंकुरण तथा पादप की समग्र वृद्धि व विकास में उल्लेखनीय सुधार करता है। (बदले में पादप कवक को शर्करा व आश्रय प्रदान करता है)।

3. सायनोबैक्टीरिया (Cyanobacteria / नील-हरित शैवाल):

ये स्वपोषी सूक्ष्मजीव हैं जो जलीय तथा स्थलीय पर्यावरण में विस्तृत रूप से पाए जाते हैं। इनमें से अनेक वायुमंडलीय नाइट्रोजन का स्थिरीकरण करते हैं जैसे Anabaena, Nostoc, Oscillatoria आदि। धान (चावल) के खेतों में सायनोबैक्टीरिया सबसे महत्वपूर्ण जैव-उर्वरक का कार्य करते हैं। ये मृदा में कार्बनिक पदार्थ की मात्रा बढ़ाते हैं जिससे भूमि की उर्वरता निरंतर बनी रहती है।