पादप वृद्धि एवं परिवर्धन | Plant Growth and Development
वृद्धि की दर
पादप हार्मोन (PGRs)
दीप्तिकालिता
वसंतीकरण
पादप वृद्धि एवं परिवर्धन
(Plant Growth and Development)
(Plant Growth and Development)
एक बीज के अंकुरण से लेकर विशाल वृक्ष बनने तक की अद्भुत प्रक्रिया और उसका नियंत्रण
जीवन का विकास
बीज कैसे जानता है कि उसे कब अंकुरित होना है और कब फूल देने हैं?
वृद्धि क्या है? (What is Growth?)
वृद्धि किसी भी जीवित जीव की सबसे मौलिक और स्पष्ट विशेषताओं में से एक है। वृद्धि को किसी अंग या उसके भाग या यहाँ तक कि एक एकल कोशिका के आकार, आयतन या भार में होने वाली एक अपरिवर्तनीय (Irreversible) और स्थायी वृद्धि के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। इसमें मेटाबॉलिक प्रक्रियाएं (कैटाबॉलिक और एनाबॉलिक दोनों) शामिल होती हैं और यह ऊर्जा के खर्च पर होती है।
पादप वृद्धि अद्वितीय है (Plant Growth is Unique)
पौधों की वृद्धि अद्वितीय है क्योंकि पौधों में अपने पूरे जीवन काल में असीमित (Unlimited) रूप से वृद्धि करने की क्षमता होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि उनके शरीर में विशिष्ट स्थानों पर विभज्योतक (Meristems) मौजूद होते हैं। मेरिस्टेम की कोशिकाओं में विभाजित होने और नई कोशिकाएं बनाने की क्षमता होती है। इस प्रकार की वृद्धि जहाँ नई कोशिकाएं हमेशा पौधे के शरीर में जुड़ती रहती हैं, 'खुला वृद्धि रूप' (Open form of growth) कहलाती है।
वृद्धि के चरण (Phases of Growth)
1. विभज्योतकी चरण (Meristematic phase): यह जड़ और प्ररोह के शीर्ष पर होता है। कोशिकाएं प्रोटोप्लाज्म से भरपूर होती हैं और उनमें बड़े केंद्रक होते हैं। कोशिका भित्ति पतली और सेल्यूलोज युक्त होती है।
2. दीर्घीकरण चरण (Elongation phase): मेरिस्टेमेटिक क्षेत्र के ठीक पीछे। कोशिकाएं बड़ी हो जाती हैं (वैक्यूल का निर्माण होता है) और नई सेल दीवार का जमाव होता है।
3. परिपक्वन चरण (Maturation phase): यह दीर्घीकरण क्षेत्र के पीछे होता है। कोशिकाएं अपना अधिकतम आकार प्राप्त कर लेती हैं और संरचनात्मक रूप से विशिष्ट हो जाती हैं।
वृद्धि दर (Growth Rates)
प्रति इकाई समय में वृद्धि की दर को वृद्धि दर कहा जाता है। इसे गणितीय रूप से व्यक्त किया जा सकता है:
अंकगणितीय वृद्धि (Arithmetic)
समसूत्री विभाजन के बाद, केवल एक संतति कोशिका विभाजित होती रहती है जबकि दूसरी परिपक्व (स्थायी) हो जाती है। यदि हम समय के विरुद्ध लंबाई का ग्राफ बनाएं, तो एक रैखिक वक्र (Linear curve) प्राप्त होता है।
गणितीय रूप: Lt = L0 + rt
गणितीय रूप: Lt = L0 + rt
ज्यामितीय वृद्धि (Geometric)
इसमें दोनों संतति कोशिकाएं विभाजित होने की क्षमता बरकरार रखती हैं। यह आमतौर पर अधिकांश जैविक प्रणालियों की विशेषता है। इसका ग्राफ एक सिग्मॉइड वक्र (S-curve) होता है (Lag phase, Log phase, Stationary phase)।
गणितीय रूप: W1 = W0 ert
गणितीय रूप: W1 = W0 ert
विभेदन, निर्विभेदन एवं पुनर्विभेदन
पौधों में कोशिकाएं लगातार बनती रहती हैं, लेकिन वे हमेशा एक जैसी नहीं रहतीं। उन्हें विभिन्न कार्य करने के लिए अपना रूप बदलना पड़ता है।
A
विभेदन (Differentiation): जब मेरिस्टेम से बनी नई कोशिकाएं परिपक्व होकर अपना विभाजन का गुण खो देती हैं और एक विशिष्ट कार्य (जैसे जाइलम वाहिका बनना) करने लगती हैं, तो इस प्रक्रिया को विभेदन कहते हैं। इस दौरान उनकी कोशिका भित्ति और प्रोटोप्लाज्म में संरचनात्मक परिवर्तन होते हैं।
B
निर्विभेदन (Dedifferentiation): पौधों की यह एक अद्भुत क्षमता है! कुछ परिस्थितियों में, जीवित विभेदित कोशिकाएं (जिन्होंने विभाजन की क्षमता खो दी थी) विभाजित होने की क्षमता वापस पा लेती हैं। इस प्रक्रिया को निर्विभेदन कहते हैं। (उदा: कॉर्टेक्स कोशिकाओं से कॉर्क कैम्बियम का बनना)।
C
पुनर्विभेदन (Redifferentiation): जब निर्विभेदित कोशिकाओं (जैसे कॉर्क कैम्बियम) द्वारा बनाई गई नई कोशिकाएं फिर से परिपक्व हो जाती हैं और अपना विभाजन का गुण खो देती हैं, तो इसे पुनर्विभेदन कहते हैं (उदा: कॉर्क का बनना)।
परिवर्धन (Development) और सुघट्यता (Plasticity)
परिवर्धन एक व्यापक शब्द है जिसमें किसी जीव के जीवन चक्र में होने वाले सभी परिवर्तन शामिल हैं—बीज के अंकुरण से लेकर मृत्यु (Senescence) तक।
पौधे पर्यावरण के अनुसार अलग-अलग मार्ग अपनाते हैं और विभिन्न संरचनाएं बनाते हैं। इस क्षमता को सुघट्यता (Plasticity) कहते हैं। उदाहरण के लिए विषमपर्णता (Heterophylly): कपास या धनिया में युवा पौधे की पत्तियां वयस्क पौधे से अलग होती हैं; या बटरकप (Buttercup) में पानी के अंदर और हवा में मौजूद पत्तियों का आकार अलग होता है।
पौधे पर्यावरण के अनुसार अलग-अलग मार्ग अपनाते हैं और विभिन्न संरचनाएं बनाते हैं। इस क्षमता को सुघट्यता (Plasticity) कहते हैं। उदाहरण के लिए विषमपर्णता (Heterophylly): कपास या धनिया में युवा पौधे की पत्तियां वयस्क पौधे से अलग होती हैं; या बटरकप (Buttercup) में पानी के अंदर और हवा में मौजूद पत्तियों का आकार अलग होता है।
पादप वृद्धि नियामक (Plant Growth Regulators - PGRs)
पौधों की वृद्धि और विकास केवल बाहरी कारकों (प्रकाश, पानी) द्वारा नहीं, बल्कि आंतरिक रासायनिक पदार्थों द्वारा भी नियंत्रित होता है। इन रसायनों को पादप वृद्धि नियामक या फाइटोहोर्मोन (Phytohormones) कहा जाता है। ये बहुत कम मात्रा में आवश्यक जटिल कार्बनिक अणु हैं।
PGRs को मोटे तौर पर दो समूहों में बांटा गया है:
1. वृद्धि वर्धक (Growth Promoters): जो वृद्धि को बढ़ावा देते हैं (उदा: ऑक्सिन, जिब्बेरेलिन, साइटोकाइनिन)।
2. वृद्धि निरोधक (Growth Inhibitors): जो वृद्धि को रोकते हैं और तनाव के प्रति प्रतिक्रिया करते हैं (उदा: एब्सिसिक अम्ल / ABA)। एथिलीन (Ethylene) दोनों समूहों में आ सकता है, लेकिन यह मुख्य रूप से एक निरोधक के रूप में कार्य करता है।
1. वृद्धि वर्धक (Growth Promoters): जो वृद्धि को बढ़ावा देते हैं (उदा: ऑक्सिन, जिब्बेरेलिन, साइटोकाइनिन)।
2. वृद्धि निरोधक (Growth Inhibitors): जो वृद्धि को रोकते हैं और तनाव के प्रति प्रतिक्रिया करते हैं (उदा: एब्सिसिक अम्ल / ABA)। एथिलीन (Ethylene) दोनों समूहों में आ सकता है, लेकिन यह मुख्य रूप से एक निरोधक के रूप में कार्य करता है।
प्रमुख पांच पादप हार्मोन:
1. ऑक्सिन (Auxins)
ग्रीक शब्द 'auxein' (बढ़ना) से। प्राकृतिक (IAA, IBA) और कृत्रिम (NAA, 2,4-D) रूप में पाए जाते हैं।
• शिखाग्र प्रधानता (Apical Dominance): शीर्ष कली (Apical bud) की उपस्थिति पार्श्व (Lateral) कलियों की वृद्धि को रोकती है। (चाय के बागानों में शीर्ष कली को काटने से झाड़ी घनी होती है)।
• ये तने की कटिंग में जड़ें (Rooting) निकालने में मदद करते हैं।
• ये बिना निषेचन के फल बनने (अनिषेकफलन / Parthenocarpy) को प्रेरित करते हैं, जैसे बीजरहित टमाटर।
• 2,4-D का व्यापक रूप से चौड़ी पत्ती वाले खरपतवारों (Weeds) को मारने के लिए उपयोग किया जाता है।
• शिखाग्र प्रधानता (Apical Dominance): शीर्ष कली (Apical bud) की उपस्थिति पार्श्व (Lateral) कलियों की वृद्धि को रोकती है। (चाय के बागानों में शीर्ष कली को काटने से झाड़ी घनी होती है)।
• ये तने की कटिंग में जड़ें (Rooting) निकालने में मदद करते हैं।
• ये बिना निषेचन के फल बनने (अनिषेकफलन / Parthenocarpy) को प्रेरित करते हैं, जैसे बीजरहित टमाटर।
• 2,4-D का व्यापक रूप से चौड़ी पत्ती वाले खरपतवारों (Weeds) को मारने के लिए उपयोग किया जाता है।
2. जिब्बेरेलिन (Gibberellins)
ये अम्लीय (Gibberellic acid - GA) होते हैं। 100 से अधिक प्रकार ज्ञात हैं (GA1, GA2, GA3...)।
• ये तने/अक्ष की लंबाई (Elongation) बढ़ाते हैं (गन्ने के खेत में छिड़कने से पैदावार 20 टन/एकड़ तक बढ़ जाती है)।
• सेब जैसे फलों को लंबा करने और उनका आकार सुधारने में मदद करते हैं।
• बोल्टिंग (Bolting): कुछ पौधों (जैसे गोभी, चुकंदर) में फूल आने से ठीक पहले तने की लंबाई में अचानक वृद्धि को बोल्टिंग कहते हैं, जिसे जिब्बेरेलिन प्रेरित करता है।
• ये बीज के अंकुरण (Seed germination) को तेज करते हैं।
• ये तने/अक्ष की लंबाई (Elongation) बढ़ाते हैं (गन्ने के खेत में छिड़कने से पैदावार 20 टन/एकड़ तक बढ़ जाती है)।
• सेब जैसे फलों को लंबा करने और उनका आकार सुधारने में मदद करते हैं।
• बोल्टिंग (Bolting): कुछ पौधों (जैसे गोभी, चुकंदर) में फूल आने से ठीक पहले तने की लंबाई में अचानक वृद्धि को बोल्टिंग कहते हैं, जिसे जिब्बेरेलिन प्रेरित करता है।
• ये बीज के अंकुरण (Seed germination) को तेज करते हैं।
3. साइटोकाइनिन (Cytokinins)
इनका मुख्य प्रभाव कोशिका विभाजन (Cell division - Cytokinesis) पर होता है। प्राकृतिक साइटोकाइनिन (Zeatin) तेजी से विभाजित होने वाले क्षेत्रों (जड़ के शीर्ष, विकासशील प्ररोह) में संश्लेषित होते हैं।
• ये नई पत्तियां, क्लोरोप्लास्ट और पार्श्व प्ररोह (Lateral shoots) बनाने में मदद करते हैं।
• ये शिखाग्र प्रधानता (Apical dominance) को दूर करने में मदद करते हैं (ऑक्सिन के विपरीत काम करते हैं)।
• ये पत्तियों को जल्दी बूढ़ा होने (Senescence) से रोकते हैं क्योंकि वे पोषक तत्वों के स्थानांतरण को बढ़ावा देते हैं।
• ये नई पत्तियां, क्लोरोप्लास्ट और पार्श्व प्ररोह (Lateral shoots) बनाने में मदद करते हैं।
• ये शिखाग्र प्रधानता (Apical dominance) को दूर करने में मदद करते हैं (ऑक्सिन के विपरीत काम करते हैं)।
• ये पत्तियों को जल्दी बूढ़ा होने (Senescence) से रोकते हैं क्योंकि वे पोषक तत्वों के स्थानांतरण को बढ़ावा देते हैं।
4. एथिलीन (Ethylene)
यह एक साधारण गैसीय (Gaseous) PGR है। यह पकने वाले फलों और जीर्ण (Senescent) ऊतकों द्वारा भारी मात्रा में संश्लेषित होता है।
• फलों को पकाना (Fruit ripening): यह इसका सबसे महत्वपूर्ण उपयोग है। यह श्वसन दर को बढ़ाता है (Climacteric)।
• यह पत्तियों और फूलों के गिरने (Abscission) को बढ़ावा देता है।
• ट्रिपल रिस्पांस (Triple response): बीजों में यह तने की क्षैतिज (Horizontal) वृद्धि, तने की चौड़ाई में वृद्धि और शीर्ष हुक (Apical hook) के निर्माण को प्रेरित करता है।
• यह कृषि में सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला हार्मोन है (एथेफॉन / Ethephon के रूप में)।
• फलों को पकाना (Fruit ripening): यह इसका सबसे महत्वपूर्ण उपयोग है। यह श्वसन दर को बढ़ाता है (Climacteric)।
• यह पत्तियों और फूलों के गिरने (Abscission) को बढ़ावा देता है।
• ट्रिपल रिस्पांस (Triple response): बीजों में यह तने की क्षैतिज (Horizontal) वृद्धि, तने की चौड़ाई में वृद्धि और शीर्ष हुक (Apical hook) के निर्माण को प्रेरित करता है।
• यह कृषि में सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला हार्मोन है (एथेफॉन / Ethephon के रूप में)।
5. एब्सिसिक अम्ल (Abscisic Acid - ABA)
इसे मुख्य रूप से वृद्धि रोकने वाले हार्मोन के रूप में जाना जाता है। इसे तनाव हार्मोन (Stress hormone) भी कहा जाता है क्योंकि यह पौधे को प्रतिकूल पर्यावरण से बचाता है।
• पानी की कमी होने पर यह रंध्रों (Stomata) को बंद कर देता है ताकि पानी भाप बनकर न उड़े।
• यह बीजों को अंकुरित होने से रोकता है (Seed dormancy), जिससे बीज सूखे और अन्य प्रतिकूल परिस्थितियों में जीवित रह पाते हैं।
• यह कई मायनों में जिब्बेरेलिन (GA) के विपरीत (Antagonist) कार्य करता है।
• पानी की कमी होने पर यह रंध्रों (Stomata) को बंद कर देता है ताकि पानी भाप बनकर न उड़े।
• यह बीजों को अंकुरित होने से रोकता है (Seed dormancy), जिससे बीज सूखे और अन्य प्रतिकूल परिस्थितियों में जीवित रह पाते हैं।
• यह कई मायनों में जिब्बेरेलिन (GA) के विपरीत (Antagonist) कार्य करता है।
दीप्तिकालिता (Photoperiodism) और वसंतीकरण (Vernalisation)
दीप्तिकालिता (Photoperiodism)
यह देखा गया है कि कुछ पौधों को फूल (Flowering) लाने के लिए प्रकाश (Light) की एक निश्चित अवधि की आवश्यकता होती है। दिन और रात की आपेक्षिक लंबाई के प्रति पौधे की प्रतिक्रिया (विशेषकर पुष्पन के लिए) को दीप्तिकालिता कहते हैं। इसके आधार पर पौधों को 3 समूहों में बांटा गया है:
1. अल्प प्रदीप्तकाली पौधे (Short Day Plants - SDP): इन्हें फूलने के लिए एक 'क्रांतिक अवधि' (Critical photoperiod) से कम प्रकाश की आवश्यकता होती है (यानी लंबी रातें)। उदा: क्राइसेंथेमम (गुलदाउदी)।
2. दीर्घ प्रदीप्तकाली पौधे (Long Day Plants - LDP): इन्हें फूलने के लिए क्रांतिक अवधि से अधिक प्रकाश की आवश्यकता होती है। उदा: मूली, पालक।
3. तटस्थ प्रदीप्तकाली पौधे (Day Neutral Plants - DNP): इन पौधों में प्रकाश की अवधि और पुष्पन के बीच कोई संबंध नहीं होता। उदा: टमाटर, सूरजमुखी।
*पत्तियां प्रकाश/अंधेरे की अवधि को महसूस करती हैं। माना जाता है कि पत्तियों में फ्लोरिजेन (Florigen) नामक एक हार्मोनल पदार्थ बनता है जो पुष्पन के लिए शीर्ष (Apex) की ओर जाता है।*
वसंतीकरण (Vernalisation)
कुछ पौधों में फूल आना मात्रात्मक या गुणात्मक रूप से कम तापमान (Low temperature / Cold exposure) पर निर्भर करता है। इस घटना को वसंतीकरण कहा जाता है।
महत्व: यह बढ़ते मौसम (Growing season) के दौरान पौधों को समय से पहले फूलने से रोकता है, जिससे उन्हें परिपक्व होने के लिए पर्याप्त समय मिल जाता है।
उदाहरण के लिए: गेहूं (Wheat) और जौ (Barley) की दो किस्में होती हैं—सर्दियों वाली और वसंत वाली। सर्दियों वाली किस्मों को शरद ऋतु में बोया जाता है; सर्दियों की ठंड उन्हें 'वसंतीकरण' प्रदान करती है, और वे अगली गर्मियों में फूलते और कटते हैं।
उदाहरण के लिए: गेहूं (Wheat) और जौ (Barley) की दो किस्में होती हैं—सर्दियों वाली और वसंत वाली। सर्दियों वाली किस्मों को शरद ऋतु में बोया जाता है; सर्दियों की ठंड उन्हें 'वसंतीकरण' प्रदान करती है, और वे अगली गर्मियों में फूलते और कटते हैं।
बीज प्रसुप्ति (Seed Dormancy)
कुछ बीज अनुकूल बाहरी परिस्थितियां (पानी, तापमान) होने पर भी अंकुरित नहीं होते हैं। इसे बीज प्रसुप्ति कहते हैं। यह प्रसुप्ति कठोर बीज आवरण, या एब्सिसिक एसिड (ABA) और फेनोलिक एसिड जैसे रासायनिक निरोधकों (Chemical inhibitors) की उपस्थिति के कारण होती है। इसे खुरचने (Scarification), चिलिंग (ठंड) या जिब्बेरेलिक एसिड (GA) के प्रयोग से दूर किया जा सकता है।
अध्याय का संपूर्ण सारांश (Chapter Summary)
पादप वृद्धि और परिवर्धन एक जटिल अंतर्संबंध है, जिसे आनुवंशिक कारकों (Genetic), बाह्य कारकों (प्रकाश, तापमान) और आंतरिक रसायनों (PGRs) द्वारा सटीक रूप से नियंत्रित किया जाता है।
वृद्धि व विभेदन
पौधों की वृद्धि असीमित (खुली) होती है। कोशिकाएं कार्य अनुसार विभेदित होती हैं।
वृद्धि वर्धक (Promoters)
ऑक्सिन (Apical dominance), जिब्बेरेलिन (लंबाई), साइटोकाइनिन (कोशिका विभाजन)।
निरोधक (Inhibitors)
ABA (तनाव हार्मोन, प्रसुप्ति)। एथिलीन एक गैसीय हार्मोन है जो फल पकाता है।
प्रकाश व ताप का प्रभाव
पुष्पन के लिए प्रकाश की अवधि (दीप्तिकालिता) और ठंडक (वसंतीकरण) आवश्यक है।