अध्याय 10 मानव कल्याण में सूक्ष्मजीव
अभ्यास
1. बैक्टीरिया को नंगी आँखों से नहीं देखा जा सकता, लेकिन इन्हें माइक्रोस्कोप की सहायता से देखा जा सकता है। यदि आपको अपने घर से अपने जीव विज्ञान प्रयोगशाला तक एक नमूना ले जाना है ताकि माइक्रोस्कोप की सहायता से सूक्ष्मजीवों की उपस्थिति दिखाई जा सके, तो आप कौन-सा नमूना ले जाएँगे और क्यों?
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उत्तर
दही का उपयोग सूक्ष्मजीवों के अध्ययन के लिए नमूने के रूप में किया जा सकता है। दही में अनेक लैक्टिक अम्ल बैक्टीरिया (LAB) या लैक्टोबेसिलस होते हैं। ये बैक्टीरिया अम्ल उत्पन्न करते हैं जो दूध के प्रोटीन को जमाते हैं और पचाते हैं। दही का एक छोटा-सा बूंद लाखों बैक्टीरिया समाहित करता है, जिन्हें सरलता से माइक्रोस्कोप के नीचे देखा जा सकता है।
2. उदाहरण दीजिए जो सिद्ध करें कि सूक्ष्मजीव चयापचय के दौरान गैसें मुक्त करते हैं।
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उत्तर
बैक्टीरिया के उदाहरण जो चयापचय के दौरान गैसें मुक्त करते हैं, इस प्रकार हैं:
(a) बैक्टीरिया और कवक किण्वन की प्रक्रिया करते हैं और इस प्रक्रिया के दौरान वे कार्बन डाइऑक्साइड मुक्त करते हैं। किण्वन वह प्रक्रिया है जिसमें जटिल कार्बनिक पदार्थ को सरल पदार्थ में बैक्टीरिया या खमीर की क्रिया से परिवर्तित किया जाता है। चीनी का किण्वन शराब उत्पन्न करता है जिसमें कार्बन डाइऑक्साइड और बहुत कम ऊर्जा मुक्त होती है।
$$ \text { ग्लूकोज } \xrightarrow[\text { ऑक्सीजन }]{\text { बिना }} \text { शराब }+ \text { ऊर्जा }+\mathrm{CO}_{2} $$
(b) इडली और डोसा बनाने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला आटा फूला हुआ दिखाई देता है। यह बैक्टीरिया की क्रिया के कारण होता है जो कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ता है। इस आटे से निकला यह $\mathrm{CO}_{2}$ आटे में फँस जाता है, जिससे उसे फूला हुआ रूप मिलता है।
3. आपको लैक्टिक अम्ल बैक्टीरिया किस खाद्य में मिलेगा? उसके कुछ उपयोगी अनुप्रयोगों का उल्लेख कीजिए।
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उत्तर
लैक्टिक अम्ल बैक्टीरिया दही में पाया जाता है। यही बैक्टीरिया दूध को दही में बदलने की प्रक्रिया को बढ़ावा देता है। बैक्टीरिया गुणन करता है और अपनी संख्या बढ़ाता है, जिससे दूध दही में परिवर्तित हो जाता है। ये दही में विटामिन $\mathrm{B}_{12}$ की मात्रा भी बढ़ाते हैं।
4. गेहूँ, चावल और चने (या उनके उत्पादों) से बनी कुछ पारंपरिक भारतीय खाद्य वस्तुओं के नाम बताइए जिनमें सूक्ष्मजीवों का उपयोग होता है।
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उत्तर
(a) गेहूँ:
उत्पाद: ब्रेड, केक आदि।
- चावल:
उत्पाद: इडली, डोसा
- चना:
उत्पाद: ढोकला, खांडवी
5. सूक्ष्मजीवों ने हानिकारक बैक्टीरिया के कारण होने वाली बीमारियों को नियंत्रित करने में किस प्रकार प्रमुख भूमिका निभाई है?
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उत्तर
कई सूक्ष्मजीव औषधियाँ तैयार करने के लिए प्रयोग किए जाते हैं। एंटीबायोटिक्स ऐसी दवाएँ हैं जो कुछ सूक्ष्मजीवों द्वारा अन्य रोग-कारक सूक्ष्मजीवों को मारने के लिए बनाई जाती हैं। ये दवाएँ आमतौर पर बैक्टीरिया और फफूंदों से प्राप्त की जाती हैं। ये या तो रोग-कारक सूक्ष्मजीवों को मारती हैं या उनकी वृद्धि को रोकती हैं। स्ट्रेप्टोमाइसिन, टेट्रासाइक्लिन और पेनिसिलिन सामान्य एंटीबायोटिक्स हैं। पेनिसिलियम नोटेटम रासायनिक पेनिसिलिन उत्पन्न करता है, जो शरीर में स्टेफिलोकोकी बैक्टीरिया की वृद्धि को रोकता है। एंटीबायोटिक्स बैक्टीरिया को उनकी कोशिका भित्तियों को कमजोर करके नष्ट करने के लिए बनाए जाते हैं। इस कमजोरी के परिणामस्वरूप, कुछ प्रतिरक्षा कोशिकाएँ जैसे श्वेत रक्त कोशिकाएँ बैक्टीरिया की कोशिका में प्रवेश करती हैं और कोशिका लिसिस का कारण बनती हैं। कोशिका लिसिस कोशिकाओं जैसे रक्त कोशिकाओं और बैक्टीरिया को नष्ट करने की प्रक्रिया है।
6. किसी दो फफूंद प्रजातियों के नाम बताइए, जो एंटीबायोटिक्स के उत्पादन में प्रयोग की जाती हैं।
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उत्तर
एंटीबायोटिक्स ऐसी दवाएँ हैं जो कुछ सूक्ष्मजीवों द्वारा अन्य रोग-कारक सूक्ष्मजीवों को मारने के लिए बनाई जाती हैं। ये दवाएँ आमतौर पर बैक्टीरिया और फफूंदों से प्राप्त की जाती हैं।
एंटीबायोटिक्स के उत्पादन में प्रयोग होने वाली फफूंद प्रजातियाँ हैं:
| एंटीबायोटिक | फफूंद स्रोत | |
|---|---|---|
| 1 | पेनिसिलिन | पेनिसिलियम नोटेटम |
| 2 | सेफेलोस्पोरिन | सेफेलोस्पोरियम एक्रेमोनियम |
7. सीवेज क्या है? सीवेज हमारे लिए किस प्रकार हानिकारक हो सकता है?
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उत्तर
सीवेज वह नगरपालिका अपशिष्ट पदार्थ है जो नालियों और सीवरों में बहाया जाता है। इसमें द्रव और ठोस दोनों प्रकार के अपशिष्ट होते हैं, जो कार्बनिक पदार्थों और सूक्ष्मजीवों से भरपूर होते हैं। इन सूक्ष्मजीवों में से कई रोगजनक होते हैं और कई जलजनित रोगों का कारण बन सकते हैं। सीवेज का पानी पीने के पानी को प्रदूषित करने का एक प्रमुख कारण है। इसलिए यह आवश्यक है कि सीवेज के पानी को ठीक से एकत्र किया जाए, उपचारित किया जाए और निपटाया जाए।
8. प्राथमिक और द्वितीयक सीवेज उपचार के बीच प्रमुख अंतर क्या है?
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उत्तर
| प्राथमिक सीवेज उपचार | द्वितीयक सीवेज उपचार | |
|---|---|---|
| 1. | यह एक यांत्रिक प्रक्रिया है जिसमें मोटे ठोस पदार्थों को हटाना शामिल है। |
1. यह एक जैविक प्रक्रिया है जिसमें सूक्ष्मजीवों की क्रिया शामिल है। |
| 2. | यह सस्ता और अपेक्षाकृत कम जटिल है। | 2. यह एक बहुत महंगी और जटिल प्रक्रिया है। |
9. क्या आपको लगता है कि सूक्ष्मजीवों का उपयोग ऊर्जा के स्रोत के रूप में भी किया जा सकता है? यदि हाँ, तो कैसे?
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उत्तर
हाँ, सूक्ष्मजीवों का उपयोग ऊर्जा के स्रोत के रूप में किया जा सकता है। मीथेन बैक्टीरियम जैसे जीवाणु गोबरगैस या बायोगैस उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।
बायोगैस का उत्पादन एक बायोगैस संयंत्र में एक अवायवीय प्रक्रिया है, जिसमें 10-15 फीट गहरा एक कंक्रीट टैंक होता है जिसमें पर्याप्त आउटलेट और इनलेट होते हैं। गोबर को पानी के साथ मिलाकर झागदार घोल बनाया जाता है और टैंक में डाला जाता है। टैंक के डाइजेस्टर में अनेक अवायवीय मीथेन उत्पादक जीवाणु भरे होते हैं, जो इस घोल से बायोगैस उत्पन्न करते हैं। बायोगैस को पाइप के माध्यम से निकाला जा सकता है जिसे ऊर्जा के स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता है, जबकि खर्च हुआ घोल आउटलेट से निकाला जाता है और उर्वरक के रूप में उपयोग किया जाता है।
10. सूक्ष्मजीवों का उपयोग रासायनिक उर्वरकों और कीटनाशकों के उपयोग को कम करने के लिए किया जा सकता है। समझाइए कि यह कैसे संभव हो सकता है।
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उत्तर
सूक्ष्मजीव जैविक खेती में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, जो रासायनिक उर्वरकों और कीटनाशकों के बिना की जाती है। जैव-उर्वरक जीवित जीव होते हैं जो मिट्टी की उर्वरता बढ़ाने में मदद करते हैं। इसमें लाभकारी सूक्ष्मजीवों का चयन शामिल होता है जो पोषक तत्वों की आपूर्ति के माध्यम से पौधों की वृद्धि में सुधार करने में मदद करते हैं। जैव-उर्वरकों को बीजों, जड़ों या मिट्टी में पोषक तत्वों की उपलब्धता को बढ़ाने के लिए पेश किया जाता है। इस प्रकार, वे मिट्टी को जैविक पोषक तत्वों से समृद्ध करने में अत्यंत लाभकारी होते हैं। बैक्टीरिया और सायनोबैक्टीरिया की कई प्रजातियों में मुक्त वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर करने की क्षमता होती है। राइजोबियम एक सहजीवी बैक्टीरिया है जो फलियों वाले पौधों की जड़ों के गांठों में पाया जाता है। अजोस्पिरिलियम और अजोटोबैक्टर मुक्त जीवित नाइट्रोजन स्थिर करने वाले बैक्टीरिया हैं, जबकि अनाबीना, नॉस्टॉक और ऑसिलेटोरिया नाइट्रोजन स्थिर करने वाले सायनोबैक्टीरिया के उदाहरण हैं। जैव-उर्वरक लागत प्रभावी और पर्यावरण के अनुकूल होते हैं।
सूक्ष्मजीव कीटों को नियंत्रित करने के लिए जैव-कीटनाशकों के रूप में भी कार्य कर सकते हैं। जैव-कीटनाशकों का एक उदाहरण बैसिलस थुरिंजिएंसिस है, जो एक विष उत्पन्न करता है जो कीटों को मारता है। सूखे बैक्टीरियल बीजाणुओं को पानी में मिलाकर खेतों में छिड़का जाता है। जब कीटों के लार्वे फसलों को खाते हैं, तो ये बैक्टीरियल बीजाणु लार्वे के आंत में प्रवेश करते हैं और विष छोड़ते हैं, जिससे वे मर जाते हैं। इसी प्रकार, ट्राइकोडर्मा मुक्त जीवित कवक होते हैं। वे उच्च पौधों की जड़ों में रहते हैं और उन्हें विभिन्न रोगजनकों से बचाते हैं।
बैक्युलोवायरस एक अन्य जैव-कीटनाशक है जिसे कीटों और अन्य आर्थ्रोपोड्स के विरुद्ध जैविक नियंत्रण एजेंट के रूप में प्रयोग किया जाता है।
11. तीन जल नमूनों अर्थात् नदी का पानी, अपरिष्कृत सीवेज पानी और एक सीवेज उपचार संयंत्र से निर्वहित द्वितीयक अपशिष्ट जल को BOD परीक्षण के लिए रखा गया। नमूनों को A, B और C लेबल किया गया; परंतु प्रयोगशाला परिचारक ने यह नोट नहीं किया कि कौन-सा कौन-सा है। तीनों नमूनों A, B और C के BOD मान क्रमशः 20mg/L, 8mg/L और 400mg/L दर्ज किए गए। कौन-सा जल नमून सबसे अधिक प्रदूषित है? क्या आप प्रत्येक को सही लेबल दे सकते हैं यह मानते हुए कि नदी का पानी अपेक्षाकृत स्वच्छ है?
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उत्तर
जैविक ऑक्सीजन मांग (BOD) वह विधि है जिससे यह निर्धारित किया जाता है कि जल आपूर्ति में उपस्थित अपशिष्ट को विघटित करने के लिए सूक्ष्मजीवों को कितनी ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। यदि जल आपूर्ति में कार्बनिक अपशिष्टों की मात्रा अधिक होती है, तो जल में उपस्थित विघटनकारी जीवाणुओं की संख्या भी अधिक होगी। परिणामस्वरूप, BOD मान बढ़ जाएगा।
इसलिए, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि यदि जल आपूर्ति अधिक प्रदूषित है, तो इसकी BOD मान अधिक होगा। उपरोक्त तीन नमूनों में से, नमूना C सबसे अधिक प्रदूषित है क्योंकि इसका अधिकतम BOD मान $400 \mathrm{mg} / \mathrm{L}$ है। अनुपचारित सीवेज जल के बाद, एक सीवेज उपचार संयंत्र से द्वितीयक निष्कासन सबसे अधिक प्रदूषित होता है। इस प्रकार, नमूना A एक सीवेज उपचार संयंत्र से द्वितीयक निष्कासन है और इसका BOD मान $20 \mathrm{mg} / \mathrm{L}$ है, जबकि नमूना B नदी का जल है और इसका BOD मान $8 \mathrm{mg} / \mathrm{L}$ है।
इसलिए, प्रत्येक नमूने के लिए सही लेबल इस प्रकार है:
| लेबल | BOD मान | नमूना |
|---|---|---|
| A. | $20 \mathrm{mg} / \mathrm{L}$ | सीवेज उपचार संयंत्र से द्वितीयक निष्कासन |
| B. | $8 \mathrm{mg} / \mathrm{L}$ | नदी का जल |
| C. | $400 \mathrm{mg} / \mathrm{L}$ | अनुपचारित सीवेज जल |
12. उन सूक्ष्मजीवों का नाम ज्ञात कीजिए जिनसे साइक्लोस्पोरिन A (एक प्रतिरक्षा-दमनकारी औषधि) और स्टेटिन (रक्त कोलेस्ट्रॉल घटाने वाले एजेंट) प्राप्त किए जाते हैं।
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उत्तर
| औषधि | कार्य | सूक्ष्मजीव | |
|---|---|---|---|
| 1. | साइक्लोस्पोरिन-A | प्रतिरक्षा-दमनकारी औषधि | Trichoderma polysporum |
| 2. | स्टेटिन | रक्त कोलेस्ट्रॉल घटाने वाला एजेंट | Monascus purpureus |
13. निम्नलिखित में सूक्ष्मजीवों की भूमिका ज्ञात कीजिए और इस पर अपने शिक्षक से चर्चा कीजिए। (a) एकल कोशिका प्रोटीन (SCP) (b) मिट्टी
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उत्तर
(क) एकल कोशिका प्रोटीन (SCP)
एकल कोशिका प्रोटीन एक प्रोटीन होता है जो कुछ सूक्ष्मजीवों से प्राप्त किया जाता है, जो पशु आहार में प्रोटीन का वैकल्पिक स्रोत बनता है। एकल कोशिका प्रोटीन की तैयारी में शामिल सूक्ष्मजीव शैवाल, यीस्ट या बैक्टीरिया होते हैं। इन सूक्ष्मजीवों को वांछित प्रोटीन प्राप्त करने के लिए औद्योगिक स्तर पर उगाया जाता है। उदाहरण के लिए, स्पिरुलिना को खलिहान, सीवेज और पशु खाद से प्राप्त अपशिष्ट पदार्थों पर उगाया जा सकता है। यह प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट, वसा, खनिज और विटामिन जैसे आहार पोषक तत्वों का एक समृद्ध पूरक के रूप में कार्य करता है। इसी प्रकार, माइक्रो-ऑर्गेनिज्म जैसे मेथिलोफिलस और मेथिलोट्रोफस में बायोमास उत्पादन की उच्च दर होती है। इनकी वृद्धि से बड़ी मात्रा में प्रोटीन उत्पन्न हो सकता है।
(ख) मिट्टी
सूक्ष्मजीव मिट्टी की उर्वरता बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। वे विघटन की प्रक्रिया द्वारा पोषक तत्वों से भरपूर ह्यूमस के निर्माण में मदद करते हैं। बैक्टीरिया और सायनोबैक्टीरिया की कई प्रजातियों में वायुमंडलीय नाइट्रोजन को उपयोगी रूप में स्थिर करने की क्षमता होती है। राइजोबियम एक सहजीवी बैक्टीरिया है जो फलियों वाले पौधों की जड़ों के गांठों में पाया जाता है। अजोस्पिरिलियम और अजोटोबैक्टर स्वतंत्र रूप से नाइट्रोजन स्थिर करने वाले बैक्टीरिया हैं, जबकि अनाबीना, नॉस्टॉक और ऑसिलेटोरिया नाइट्रोजन स्थिर करने वाले सायनोबैक्टीरिया के उदाहरण हैं।
14. निम्नलिखित को मानव समाज की भलाई के लिए उनके महत्व के घटते क्रम (सबसे महत्वपूर्ण पहले) में व्यवस्थित करें। अपने उत्तर के कारण दें।
बायोगैस, सिट्रिक एसिड, पेनिसिलिन और दही?
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उत्तर
उत्पादों को उनके घटते महत्व के अनुसार व्यवस्थित करने का क्रम इस प्रकार है:
पेनिसिलिन - बायोगैस - सिट्रिक अम्ल - दही
पेनिसिलिन मानव समाज के कल्याण के लिए सबसे महत्वपूर्ण उत्पाद है। यह एक एंटीबायोटिक है, जिसका उपयोग विभिन्न जीवाणुजनित रोगों को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। दूसरा सबसे महत्वपूर्ण उत्पाद बायोगैस है। यह ऊर्जा का एक पर्यावरण-अनुकूल स्रोत है। अगला महत्वपूर्ण उत्पाद सिट्रिक अम्ल है, जिसे खाद्य संरक्षक के रूप में उपयोग किया जाता है। सबसे कम महत्वपूर्ण उत्पाद दही है, जो दूध पर लैक्टोबेसिलस जीवाणुओं की क्रिया से प्राप्त एक खाद्य पदार्थ है।
इसलिए, उत्पाद उनके महत्व के घटते क्रम में इस प्रकार हैं:
पेनिसिलिन - बायोगैस - सिट्रिक अम्ल - दही
15. जैव उर्वरक मिट्टी की उर्वरता को कैसे बढ़ाते हैं?
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उत्तर
जैव-उर्वरक जीवित जीव होते हैं जो मिट्टी की उर्वरता बढ़ाने में मदद करते हैं। इसमें लाभकारी सूक्ष्मजीवों का चयन शामिल होता है जो पौधों को पोषक तत्वों की आपूर्ति के माध्यम से पौधों की वृद्धि में सुधार करने में मदद करते हैं। इन्हें बीजों, जड़ों या मिट्टी में पेश किया जाता है ताकि इनकी जैविक गतिविधि द्वारा पोषक तत्वों की उपलब्धता को बढ़ाया जा सके। इस प्रकार, वे मिट्टी को कार्बनिक पोषक तत्वों से समृद्ध करने में अत्यंत लाभकारी होते हैं। बैक्टीरिया और सायनोबैक्टीरिया की कई प्रजातियों में मुक्त वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर करने की क्षमता होती है। राइजोबियम एक सहजीवी बैक्टीरिया है जो फलियांदार पौधों की जड़ गांठों में पाया जाता है। एजोस्पिरिलियम और एजोटोबैक्टर मुक्त जीवित नाइट्रोजन स्थिर करने वाले बैक्टीरिया हैं, जबकि अनाबीना, नॉस्टॉक और ऑसिलिटोरिया नाइट्रोजन स्थिर करने वाले सायनोबैक्टीरिया के उदाहरण हैं। जैव-उर्वरक लागत प्रभावी और पर्यावरण के अनुकूल होते हैं।
BETA
