Biological nitrogen fixation: symbiotic, associative and asymbiotic

Biological nitrogen fixation: symbiotic, associative and asymbiotic (जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण: सहजीवी, संबंधी और असहजीवी):- Biological Nitrogen Fixation (BNF) is a natural process where atmospheric nitrogen (N₂) is converted into ammonia (NH₃) by certain microorganisms. It plays a vital role in the nitrogen cycle, enriching soil fertility. BNF can be categorized into three types: symbiotic, associative, and asymbiotic (free-living). 

[जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण (BNF) एक प्राकृतिक प्रक्रिया है जिसमें कुछ सूक्ष्मजीव वातावरणीय नाइट्रोजन (N₂) को अमोनिया (NH₃) में परिवर्तित करते हैं। यह नाइट्रोजन चक्र का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है और मिट्टी की उर्वरता को बढ़ाता है। जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण को तीन प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: सहजीवी, सहायक (एसोसिएटिव) और असहजीवी (स्वतंत्र-जीवी)।]

Symbiotic Nitrogen Fixation (सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण):- In this process, nitrogen-fixing microorganisms form a mutualistic association with plants. Both the microorganism and the host plant benefit: the plant gets fixed nitrogen for growth, and the microorganism receives shelter and nutrients (carbohydrates).

[इस प्रक्रिया में, नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले सूक्ष्मजीव पौधों के साथ सहजीवी संबंध बनाते हैं। इसमें पौधे और सूक्ष्मजीव दोनों को लाभ होता है: पौधे को नाइट्रोजन प्राप्त होता है और सूक्ष्मजीव को आश्रय और पोषक तत्व (कार्बोहाइड्रेट) मिलते हैं।]

Mechanism (क्रियाविधि):-

> Microorganisms like Rhizobium form nodules on the roots of leguminous plants (e.g., peas, beans, clover).

[राइजोबियम जैसे सूक्ष्मजीव फलियों वाले पौधों (जैसे मटर, बीन्स, क्लोवर) की जड़ों पर गांठें बनाते हैं।]

> The enzyme nitrogenase converts atmospheric nitrogen into ammonia under anaerobic conditions.

(एंजाइम नाइट्रोजेनेज़ ऑक्सीजन रहित स्थितियों में वातावरणीय नाइट्रोजन को अमोनिया में परिवर्तित करता है।)

> Ammonia is further converted into amino acids and used by the plant.

(अमोनिया आगे अमीनो एसिड में परिवर्तित होकर पौधों द्वारा उपयोग किया जाता है।)

Key Steps (मुख्य चरण):-

Recognition (पहचान):- The host plant recognizes compatible bacteria (e.g., Rhizobium).

[पौधा अनुकूल बैक्टीरिया को पहचानता है (जैसे Rhizobium)।]

Infection (संक्रमण):- Bacteria invade the root hairs and form infection threads.

(बैक्टीरिया जड़ के रोमों में प्रवेश करते हैं और संक्रमण तन्तु बनाते हैं।)

Nodule Formation (गांठ निर्माण):- Specialized structures (nodules) form, where nitrogen fixation occurs.

[विशेष संरचनाएं (गांठें) बनती हैं, जहाँ नाइट्रोजन स्थिरीकरण होता है।]

Nitrogen Fixation (नाइट्रोजन स्थिरीकरण):- Nitrogenase converts N₂ → NH₃ in an oxygen-free environment.

(नाइट्रोजेनेज़ एंजाइम N₂ → NH₃ में परिवर्तित करता है।)

Examples of Symbiotic Nitrogen Fixers (सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण के उदाहरण):-

Rhizobium (राइजोबियम):- Symbiotic with legumes.

(लेग्युम पौधों के साथ सहजीवी।)

Frankia (फ्रैंकिया):- Symbiotic with non-leguminous plants like Casuarina.

(गैर-लेग्युम पौधों जैसे Casuarina के साथ सहजीवी।)

Anabaena-Azolla (एनाबीना-एज़ोला):- Cyanobacteria associated with Azolla (water fern).

[Azolla (जल फर्न) के साथ सायनोबैक्टीरिया का संबंध।]

Associative Nitrogen Fixation (सहायक नाइट्रोजन स्थिरीकरण):- In associative nitrogen fixation, nitrogen-fixing bacteria live near or on the root surfaces of plants but do not form specialized structures like nodules. This association is less intimate than symbiotic relationships but still contributes to nitrogen availability.

[सहायक नाइट्रोजन स्थिरीकरण में, नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया पौधों की जड़ों के पास रहते हैं या सतह पर रहते हैं लेकिन विशेष संरचनाएँ (गांठें) नहीं बनाते। यह सहजीवी संबंध से कम घनिष्ठ होता है लेकिन फिर भी नाइट्रोजन उपलब्ध कराता है।]

Characteristics (विशेषताएँ):-

> These bacteria colonize the rhizosphere (root zone) or live as endophytes (inside roots).

[ये बैक्टीरिया जड़ों के आस-पास की मिट्टी (राइजोस्फीयर) में रहते हैं या अंदर प्रवेश कर सकते हैं (एंडोफाइट्स)।]

> They benefit from the plant's root exudates (carbohydrates and other nutrients).

[ये पौधे की जड़ों से निकलने वाले पोषक तत्वों से लाभ प्राप्त करते हैं।]

> The fixed nitrogen is shared with the host plant, enhancing its growth.

(स्थिर नाइट्रोजन का कुछ हिस्सा पौधों के साथ साझा किया जाता है।)

Examples of Associative Nitrogen Fixers (सहायक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के उदाहरण):-

Azospirillum (एज़ोस्पाइरिलम):- Associates with cereals like wheat, maize, and rice.

(गेहूं, मक्का और धान जैसे अनाजों के साथ संबंध।)

Herbaspirillum (हर्बेस्पाइरिलम):- Associates with sugarcane and other grasses.

(गन्ना और घासों के साथ संबंध।)

Acetobacter (एसीटोबैक्टर):- Found in sugarcane roots, fixes nitrogen and promotes growth.

(गन्ने की जड़ों में पाए जाते हैं, नाइट्रोजन स्थिरीकरण करते हैं और पौधों की वृद्धि में मदद करते हैं।)

Importance (महत्व):-

> Common in non-leguminous crops (e.g., cereals, grasses).

[यह मुख्य रूप से गैर-लेग्युम पौधों (जैसे अनाज, घास) में होता है।]

> Enhances plant growth and reduces the need for synthetic nitrogen fertilizers.

(पौधों की वृद्धि को बढ़ावा देता है और रासायनिक उर्वरकों की आवश्यकता को कम करता है।)

Asymbiotic (Free-Living) Nitrogen Fixation (असहजीवी (स्वतंत्र-जीवी) नाइट्रोजन स्थिरीकरण):- In asymbiotic nitrogen fixation, free-living nitrogen-fixing bacteria or cyanobacteria fix nitrogen independently, without forming associations with plants.

(असहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण में, नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया या सायनोबैक्टीरिया स्वतंत्र रूप से रहते हैं और पौधों के बिना ही नाइट्रोजन स्थिर करते हैं।)

Characteristics (विशेषताएँ):-

> These microorganisms are found in soil, water, or other habitats.

(ये सूक्ष्मजीव मिट्टी, पानी या अन्य स्थानों में पाए जाते हैं।)

> They fix nitrogen aerobically or anaerobically depending on the organism.

(ये नाइट्रोजन को वायवीय या अवायवीय स्थितियों में स्थिर करते हैं।)

> Fixed nitrogen is released into the soil or water and becomes available for plants indirectly.

(स्थिर नाइट्रोजन मिट्टी या पानी में छोड़ दिया जाता है और पौधों को अप्रत्यक्ष रूप से उपलब्ध होता है।)

Examples of Asymbiotic Nitrogen Fixers (असहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण के उदाहरण):-

Aerobic Bacteria (वायवीय जीवाणु):-

Azotobacter (एज़ोटोबैक्टर):- Fixes nitrogen in aerobic soil conditions.

(वायवीय मिट्टी में नाइट्रोजन स्थिर करता है।)

Beijerinckia (बेइजेरिन्किया):- Another aerobic nitrogen-fixing bacterium.

(एक अन्य वायवीय नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाला बैक्टीरिया।)

Anaerobic Bacteria (अवायवीय जीवाणु):-

Clostridium (क्लोस्ट्रीडियम):- Fixes nitrogen in oxygen-free conditions.

(ऑक्सीजन रहित परिस्थितियों में नाइट्रोजन स्थिर करता है।)

Cyanobacteria (Blue-Green Algae) [सायनोबैक्टीरिया (नील हरित शैवाल)]:-

Nostoc, Anabaena, Spirulina (नॉस्टोक, एनाबेना, स्पाइरुलिना):- Photosynthetic and fix nitrogen in aquatic environments.

(ये जलवायु में नाइट्रोजन स्थिर करते हैं।)

Importance (महत्व):-

> Enriches soil nitrogen in natural ecosystems.

(प्राकृतिक पारिस्थितिकी तंत्र में मिट्टी की नाइट्रोजन को समृद्ध करता है।)

> Plays a key role in paddy fields and aquatic environments.

(धान के खेतों और जलवायु वातावरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।)

> Contributes to the nitrogen cycle without a direct plant association.

(पौधों के साथ बिना किसी संबंध के नाइट्रोजन चक्र में योगदान देता है।)