প্রতিকুল পরিবেশে কৃষি: বাঁচিয়ে রাখবে ব্যাকটেরিয়া

বিশ্বের বর্তমান জনসংখ্যা ৭ (সাত) বিলিয়ন যা ২০৩০ সালের মধ্যে বৃদ্ধি পেয়ে ৮.৫ (সাড়ে আট) বিলিয়ন হবে বলে আশা করা হচ্ছে। বিশ্বের প্রত্যাশিত বর্তমান জনসংখ্যা বৃদ্ধি ও আধুনিক শিল্পায়নের প্রভাবে সৃষ্ট পরিবেশের বির্পযয় উভয় সমস্যাকে বিবেচনা করলে এটা পরিস্কার যে আগামী ১০-২০ বৎসরের মধ্যে বিশ্ববাসীকে খাদ্য যোগাদন দেয়া বড়ধরনের চ্যালেঞ্জের বিয়ষ হবে দাঁড়াবে।

আর এটা এমনই এক সমস্যা যা সময়ের সাথে সাথে শুধু বাড়তেই থাকবে। তাই পরিবেশ বির্পযয় রোধ করে ক্রমবর্ধমান জনসংখ্যার খাদ্য সরবরাহ নিশ্চিত করার জন্য এখনই প্রয়োজন টেকসই ও পরিবেশ বান্ধব প্রযুক্তি/কৌশল উদ্ভাবন করে কৃষি উৎপাদন বৃদ্ধির কাজ শুরু করা। জনসংখ্যা বৃদ্ধি এবং শিল্পায়নের প্রভাবে পৃথিবীতে উৎপাদিত বর্জ্য শোষণ করার জন্য পৃথিবীর বায়ুমন্ডল, স্থলজ ও জলজ পরিবেশ যথেষ্ট নয়। ফল স্বরূপ বিষাক্ত ধাতু ও জৈব যৌগের মাধ্যমে আমাদের পরিবেশ ক্রমবর্ধমান হারে দুষিত হচ্ছে। তাই এই সমস্যার প্রকৃতি ও এর বিস্তৃতির মাত্রা স্বীকার করাই হচ্ছে সমস্যা সমাধানের প্রথম পদক্ষেপ।

কৃষিতে ব্যবহৃত অনেক পন্থা যেমন রাসায়নিক সার, আগাছানাশক, কীটনাশক প্রভৃতি ব্যবহারের বিষয়ে পুনরায় চিন্তা-ভাবনা করা প্রয়োজন কারণ এরা ব্যয়বহুল ও পরিবেশে অনেক ক্ষতিকর পদার্থ উৎপন্ন করে-যা মানুষ ও পরিবেশের জন্য ক্ষতি কর । তাই পরিবেশ দুষণ কমানো এবং প্রাকৃতিক সম্পদ রক্ষার জন্য কার্য্যকর জৈবিক পদ্ধতি উদ্ভাবন করা সময়ের দাবি ।

সাধারনভাবে উদ্ভিদের বৃদ্ধিতে প্রভাব বিস্তারকারী সমস্ত ব্যাকটেরিয়াকে বলা হয় উদ্ভিদের বৃদ্ধি সহায়ক ব্যাকটেরিয়া (Plant growth promoting bacteria, PGPB)। এরা বিভিন্ন ভাবে উদ্ভিদের বৃদ্ধিকে প্রভাবিত করতে পারে। যেমন উদ্ভিদকে প্রয়োজনীয় পুষ্টি উপাদান সরবরাহ করে সরাসরি উপকার করে অথবা উদ্ভিদের হরমোনের মাত্রা পরিবর্তন করে প্রতিকুল পরিবেশে উদ্ভিদকে টিকে থাকতে সাহায্য করে অথবা পরোক্ষ্য্ ভাবে উদ্ভিদের রোগ সৃষ্টিকারী জীবাণুর বৃদ্ধিকে হ্রাস করে/নিয়ন্ত্রণ করে উদ্ভিদের বৃদ্ধিকে ত্বরান্বিত করে অথবা উদ্ভিদকে ক্ষতিকর ভারী ধাতব পদার্থের প্রভাব হতে রক্ষা করে । তাই বিজ্ঞানীরা মনে করেন, পরিবর্তিত পরিবেশে কৃষিকে টেকসই করতে দরকার উদ্ভিদের বৃদ্ধি ত্বরান্তিতকারী ব্যাকটেরিয়ার উন্নত ব্যবহার নিশ্চিত করা এবং ট্রান্সজেনিক উদ্ভিদ উদ্ভাবন করা।

নাইট্রোজেন সংবদ্ধন (Nitrogen fixation)

মাটিতে বসবাসকারী এক ধরনের ব্যাকটেরিয়া লিগিউম ফসলের মূলে ও কিছু কিছু ক্ষেত্রে কান্ডের সাথে নডিউল তৈরী করে বাতাসের নাইট্রোজেন আবদ্ধ করে উদ্ভিদের প্রয়োজনীয় নাইট্রোজেন সরবরাহ করতে পারে ফলে ইউরিয়া সার ব্যবহারের প্রয়োজন হয় না। সাধারনভাবে এদেরকে বলা হয় রাইজোবিয়াম (Rhizobium) ব্যাকটেরিয়া। রাইজোবিয়াম জাতীয় ব্যাকটেরিয়া ছাড়াও মাটিতে মুক্ত ভাবে বসবাসকারী অনেক রকমের ব্যাকটেরিয়া যেমন- Azospirillum, Azotobacter, Frankia প্রভৃতি থাকে যারা বাতাসের নাইট্রোজেন আবদ্ধ করে গাছকে সরবরাহ করে থাকে।

বিজ্ঞানীরা রাইজোবিয়াম ব্যাকটেরিয়ার জিনগত কাঠামো পরিবর্তনের জন্য নীরলস ভাবে কাজে করে গেলেও নাইট্রোজেন সংবন্ধনকারী ব্যাকটেরিয়ার জিনগত কাঠামো পরিবর্তন করে উদ্ভিদের নাইট্রোজেন সংবন্ধনে খুব অল্প পরিমান সাফল্য পেয়েছেন। যেমন জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং পদ্ধতির মাধ্যমে পরিবর্তিত Rhizobium tropici ব্যাকটেরিয়াল স্ট্রেইন শিম গাছে ব্যবহার করে অব্যবহৃত গাছের তুলনায় ব্যবহৃত গাছে নডিউলের সংখ্যা ও গাছের ওজন বৃদ্ধি পেয়েছে তবে পরিবর্তিত ব্যাকটেরিয়াল স্ট্রেইন মাটিতে বেশীদিন টিকে থাকতে পারে নাই। নাইট্রোজিনেজ এনজাইমের একটি গুরুত্বপুর্ণ উপাদান হলো হিমোগ্লোবিন।

বিজ্ঞানীরা Rhizobium etli স্ট্রেইন এ গ্রাম নেগেটিভ ব্যাকটেরিয়ার হিমোগ্লোবিন স্থানান্তর করে দেখেছেন যে, রুপান্তরিত R. etli স্ট্রেইন এর শ্বসনের হার ২-৩ গুণ বেড়ে যায়। রূপান্তরিত এই স্ট্রেইন দ্বারা শিম জাতীয় গাছে ইনোকুলেশন করে দেখা গেছে যে, এর নাইট্রোজনেজ এনজাইম কায্যকারিতা ৬৮% বৃদ্ধি পায় এবং পাতায় নাইট্রোজেনের পরিমান ২৫-৩০% বৃদ্ধি পায় এবং বীজে নাইট্রোজেন বৃদ্ধি পায় ১৬%।

আয়রন সিকোয়েষ্ট্রেশন (Ferrous sequestration)

ভূপৃষ্টে বিদ্যমান বিভিন্ন ধাতব মৌল সমূহের মধ্যে আয়নের অবস্থান চতুর্থ। স্বাভাবিক/শুকনো মাটিতে অধিকাংশ আয়রন, ফেরিক আয়ন (Fet+3) হিসেবে থাকে বিধায় ব্যাকটেরিয়া এবং উদ্ভিদের কেউই তা গ্রহণ করতে পারে না। অনুজীব ও উদ্ভিদ উভয়েরই উচ্চ পরিমাণ আয়রন প্রয়োজন থাকলেও উদ্ভিদের মূলাঞ্চল/ রাইজেস্ফেয়ার থেকে এই আয়রন গ্রহন করা খুবই কঠিন যখন ব্যাকটেরিয়া, ছত্রাক এবং উদ্ভিদ একই সাথে প্রতিযোগিতার মাধ্যমে রাইজোস্ফেয়ার থেকে আয়রন গ্রহন করতে চায়।

আয়রন সীমিত মাটিতে বেঁচে থাকতে ব্যাকটেরিয়া স্বল্প আনবিক ওজন বিশিষ্ট বিশেষ ধরনের জৈব মলিকুল তথা সিডারোফর (Pseuderophore) উৎপন্ন করে এবং মেমব্রেন রিসেপটর সংশ্লেষণ করে। সিডারোফোরের প্রতি মাটিতে বিদ্যমান আয়রনের উচ্চ আসক্তি বিদ্যমান, যা মেমব্রেন রিসেপ্টরের (Membrane recptore) সাথে বিক্রিয়া করে, সিডারোফোর কমপ্লেক্স তৈরী করে । ফলে অনুজীব সহজেই রাইজোস্ফেয়ার থেকে আয়রন গ্রহন করতে পারে।

সিডারোফোর উৎপাদনকারী ব্যাকটেরিয়া ইনোকুল্যান্ট হিসেবে ব্যবহার ও রেডিও লেভেল (Radio leveled) আয়রন ব্যবহার করে স্থাপিত সিডারোফোর উৎপাদনকারী ব্যাকটেরিয়ার পরীক্ষণে দেখা গেছে যে, এরা আয়রনের ঘাটতিজনিত লক্ষণ কমিয়ে উদ্ভিদের আয়রন ও ক্লোরোফিলের পরিমাণ বৃদ্ধি করে এবং অধিকাংশ ক্ষেত্রে গাছের বৃদ্ধি ত্বরান্বিত করে।

সিডারোফোর উৎপাদনের মাধ্যমে ব্যাকটেরিয়া একদিকে নিজের দেহের বৃদ্ধির জন্য অধিক আয়রন গ্রহনের সুযোগ তৈরী করে মূলাঞ্চলে নিজেদের পরিমাণ বৃদ্ধি করে এবং অপর দিকে উদ্ভিদকে অধিক আয়রন গ্রহণের সুযোগ সৃষ্টি করে। জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং পদ্ধতির মাধ্যমে রুপান্তরিত ও স্বাভাবিক তামাক গাছ ব্যবহার করে দেখা গেছে যে, সিডারোফোর উৎপাদনকারী ব্যাকটেরিয়া দ্বারা পরিবর্তিত পরিবেশে উদ্ভিদ অধিক আয়রণ সংগ্রহ করে। ফলে ট্রান্সজেনিক উদ্ভিদের রাইজোস্ফেয়ারের অনুজীবের সংখ্যা ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হয়।

ফাইটোহরমোনের মাত্রার পরিবর্তন

বিভিন্ন হরমোন উদ্ভিদের বৃদ্ধি ও উন্নতি নিয়ন্ত্রণে এবং প্রতিকুল পরিবেশে টিকে থাকতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে থাকে। উদ্ভিদ তার জীবদ্দশায় (Life time) এক বা একাধিক প্রতিকুল পরিস্থিতির মুখোমুখি হয় যা তার বৃদ্ধি ও উন্নতিকে বাধাগ্রস্থ করে যতক্ষণ না উদ্ভিদ প্রতিকুল পরিবেশ অতিক্রম করতে পারে বা তা প্রতিরোধ করার জন্য প্রয়োজনীয় শ্বসন কৌশল/মেটাবলিজমকে পরিবর্তন ঘটাতে সক্ষম হয়।

উদ্ভিদ যখন প্রতিকুল পরিস্থিতির শিকার হয় তখন তার আভ্যন্তরিন ফাইটোহরমোন এর মাত্রা পরিবর্তন করে প্রতিকুল পরিবেশ মোকাবেলা করে থাকে। বিজ্ঞানীরা গবেষনায় দেখেছেন যে, উদ্ভিদ যখন তার ফাইটোহরমোনের মাত্রা পরিবর্তনের চেষ্টা করে তথন উদ্ভিদের মূলাঞ্চলে অবস্থিত অনুজীব সমূহ তাদের ফাইটোহরমোনের মাত্রা পরিবতর্ন করে। উদ্ভিদের হরমোনের মাত্রা পরিবর্তনে সাহায্য করে উপকারি ব্যাকটেরিয়া উদ্ভিদকে প্রতিকুল পরিবেশে টিকে থাকতে সাহায্য করে।

ট্রিহেলোজ (Trihalose) উৎপাদন

ট্রিহেলোজ (Trihalose) প্রকৃতিতে ব্যাপকভাবে বিদ্যমান একটি ডাই-স্যাকারাইড/ কাবো©হাইডেট যাতে দুই অনু গ্লকোজ থাকে। ব্যাকটেরিয়া, ছত্রাক, উদ্ভিদ, পোকা এবং অমেরুদন্ডী প্রানীতে ট্রিহেলোজ পাওয়া যায়। উচ্চ মাত্রার ট্রিহেলোজ বিভিন্ন প্রাণীকে প্রতিকুল পরিবেশে যেমন উচ্চ তাপমাত্রা, উচ্চ লবনাক্ততা ও খড়ায় টিকে থাকতে সাহায্য করে। ট্রিহ্যালোজ কোষকে শুষ্কতার হাত থেকে রক্ষা করার জন্য কোষের উপর জেলের আবরণ তৈরী করে কোষকে অতিরিক্ত খড়া, তাপমাত্রার ক্ষতিকর প্রভাব থেকে রক্ষা করতে পারে। এছাড়া কিছু কিছু প্রোটিনকে ভেঙ্গে যাওয়া ও জমাটবদ্ধ (degredation & aggregation) হওয়া থেকে রক্ষা করতে পারে বিধায় ট্রিহেলোজ উদ্ভিদকে উচ্চ ও নিম্ন তাপমাত্রার ক্ষতিকর প্রভাব থেকে রক্ষা করতে পারে।

জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং পদ্ধতির মাধ্যমে রূপান্তরিত Rhizobium etli strain যা অতিরিক্ত ট্রিহেলোজ উৎপাদনে সক্ষম তাদেরকে শিম ফসলে ব্যবহার করে দেখা গেছে যে, পরিবর্তিত Rhizobium strain শীম ফসলে অধিক নডিউল তৈরী করে, নাইট্রোজেন আবদ্ধ করে, অধিক বায়োমাস উৎপাদন করে এবং সর্বোপুরী শীম গাছকে প্রতিকুল পরিবেশে তথা অতিরিক্ত খড়ায় টিকে থাকতে সাহায্য করে। অনুরূপভাবে, জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং পদ্ধতির মাধ্যমে রূপান্তরিত Azospirillum brasilense ব্যাকটেরিয়াল স্ট্রেইন ভূট্টা ফসলে ব্যবহারের ফলে ভুট্রা অধিক খড়া সহনশীল হয় এবং অধিক ব্যায়োমাস উৎপন্ন করে থাকে।

এন্ট্রিফ্রিজ (anti-frezze) প্রোটিন উৎপাদন

সর্বজন স্বীকৃত যে, সঠিকবাবে কার্যকর হওয়ার জন্য উপকারি ব্যাকটেরিয়া ষ্ট্রেইনকে সকল পরিবেশে টিকে থাকতে হবে এবং বংশ বিস্তারে সক্ষম হতে হবে। অতিরিক্ত ঠান্ডা ও উত্তপ্ত আবহাওয়ায় কিছু কিছু প্যাথোজেনিক ছত্রাক মারাত্মক ধ্বংসাত্বক হয়ে উঠে বিশেষত যখন মাটির তাপমাত্রা খুব কম থাকে। এই সমস্ত আবহাওযায় ঠান্ডা সহনশীল উপকারি ষ্ট্রেইন ছত্রাক জনিত রোগ নিয়ন্ত্রনে বেশ কার্য্যকর ভূমিকা পালন করতে পারে।

বিজ্ঞানীরা ইতোমধ্যে কিছু কিছু উপকারি ষ্ট্রেইনের সন্ধান পেয়েছেন যারা নিম্ন তাপে এন্ট্রিফ্রিজ প্রোটিন তৈরী করতে পারে। ব্যাকটেরিয়া এন্ট্রিফ্রিজ প্রোটিন ব্যাকটেরিয়াল মেমব্রেনের বাহিরের দিকে স্বচ্ছ দানাদার লেয়ার তৈরী করতে পারে ফলে ব্যাকটেরিয়া তার বাহিরের মেমব্রেনকে পরিবেশের অতি নিম্নতাপমাত্রার ক্ষতিকর প্রভাব থেকে রক্ষা করে নিজেরা টিকে থাকতে পারে ও উদ্ভিদকে প্রতিকুল পরিবেশে বিশেষত নিম্ন তাপে বেঁচে থাকতে সহায়তা করে।

দুষিত মাটি পুনরুদ্ধার

বিভিন্ন ধরনের ভারী ধাতব পদার্থ যেমন লেড, ক্যাডমিয়াম, মারকারি, ক্রোমিয়াম, ইউরেনিয়াম, আর্সেনিক প্রভৃতি উদ্ভিদের ব্যবহারের জন্য উপকারী নয় । কিন্তু এই সমস্ত ধাতব পদার্থ যখন মাটিতে জমা হয় তখন এরা উদ্ভিদের সালোকসংশ্লেষনে বাধা দেয় এবং উদ্ভিদের বিভিন্ন অত্যাবশকীয় এনজাইমের কায্যকারিতায় প্রতিবন্দকতা তৈরী করে উদ্ভিদের বৃদ্বিকে মারান্তক ভাবে বাধা করে। ভারী ধাতব বিভিন্ন খাবারের সাথে মিশে মানব দেহে প্রবেশ করে মারান্তক স্বাস্হহানী ঘটায়। তাই মাটি থেকে এই সমস্ত ভারী ধাতব পদার্থ অপসারণ করা অতীব জরুরী।

বিভিন্ন ধরনের অনুজীব এই সমস্ত ক্ষতিকর ভারী ধাতব পদার্থকে খাবার হিসেবে গ্রহণ করে তাদের দৈহিক বৃদ্বি এবং উন্নতি ঘটায়। অনুজীবের দেহে বিশেষ ধরনের এনজাইম বিদ্যামান থাকায় এরা বিভিন্ন দুষিত পদার্থকে ধ্বংস করতে পারে এবং নিজেদের দেহের হোমিওস্টাসিস (Homeostasis) ধরে রাখতে পারে। অনুজীব ক্ষতিকর ভারী ধাতব পদার্থকে শোষণ করতে পারে, প্রয়োজনে ভারী ধাতব পদার্থকে জারিত এবং বিজারিত করে ধ্বংস করতে পারে । ফলে অনুজীব দুষিত মাটি পুনরোদ্বারে গুরূত্বপুর্ণ ভুমিকা পালন করতে পারে।

ব্যাকটেরিয়ার বাণিজ্যিক ব্যবহার

উদ্ভিদ ও উদ্ভিদের বৃদ্ধি ত্বরান্বিতকারী ব্যাকটেরিয়ার মধ্যকার কা্য্যকারিতার কৌশল সম্পর্কে মানুষের জ্ঞান সীমিত থাকলেও কিছু কিছু প্রজাতির ব্যাকটেরিয়াল ষ্ট্রেইন দীর্ঘকাল থেকে বাণিজ্যিকভাবে ব্যবহৃত হয়ে আসছে। বাণিজ্যিকভাবে ব্যবহৃত ব্যাকটেরিয়ার স্ট্রেইনগুলো Agrobacterium, Azospirillum, Azotobacter, Bacillus, Pseudomonas, Streptomyces, Rhizobium, Cyanobacteria, Serratia entomophilia, Streptomyces griseoviridis, Streptomyces spp., Streptomyces lydicus and varios Rhizobia spp. প্রভৃতি প্রজাতির অন্তর্ভূক্ত।

বিজ্ঞানিরা মনে করেন উদ্ভিদের বৃদ্ধি ত্বরান্বিতকারী ব্যাকটেরিয়ার সর্বাধিক বানিজ্যিকিকরনের জন্য কিছু সমস্যার দিকে মনোনিবেশ করা প্রয়োজন। যেমন, উদ্ভিদের বৃদ্ধি ত্বরান্বিতকারী ব্যাকটেরিয়ার স্ট্রেইন এর কায্যকারিতা ও ব্যবহারিক কাজের জন্য প্রয়োজনীয় গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ঠ যথাযথভাবে চিহ্নিত করতে হবে। বিভিন্ন উপকারি ব্যাকটেরিয়ার স্ট্রেইন এবং জেনেটিক্যালি মডিফাইড (Genetically modified) স্ট্রেইন পরিবেশে উন্মুক্ত করা বিষয়ে বিভিন্ন দেশের নিয়ন্ত্রক সংস্থার মধ্যে সাধারণ ঐক্যমত থাকা প্রয়োজন। সকল পরিবেশে সঠিক ভাবে কাজ করতে পারে এমন ব্যাকটেরিয়ার উপকারি স্ট্রেইনগুলো নির্বাচন করতে হবে এবং উদ্ভিদে প্রয়োগ করার জন্য আরো কার্য্যকর উপায় উদ্ভাবন করা প্রয়োজন।

উপসংহারে বলা যায়, পরিবর্তিত পরিবেশের প্রেক্ষিতে ব্যাকটেরিয়ার উপকারি ষ্ট্রেইনকে কৃষি উৎপাদনের অবিচ্ছেদ্য অংশ হিসেবে ব্যবহার করার সময় এসেছে। ইতোমধ্যে পৃথিবীর অনেক উন্নত দেশে এই সমস্ত ব্যাকটেরিয়া আশানুরূপ ভাবে ব্যবহার হয়ে আসছে এবং এদের ব্যবহার ক্রমান্বয়ে বাড়ছে। আশা করা যাচ্ছে যে, ব্যাকটেরিয়ার উপকারি ষ্ট্রেইন অদুর ভবিষ্যৎ প্রতিকুল পরিবেশে কৃষি উৎপাদন বৃদ্ধিতে এবং পরিবেশ দুষণকারী বিভিন্ন উপাদান শোষণ ও ধ্বংস করার কৌশল তথা রেমিডিয়েশনের অবিচ্ছেদ্য অংশ হিসেবে দেখা দিবে।

লেখকদ্বয়: বাংলাদেশ পরমাণু কৃষি গবেষণা ইনস্টিটিউট (বিনা)’র কৃষি বিজ্ঞানী