Biological Nitrogen Fixation Questions in Hindi

(B) $nitrogenase$ एंजाइम आणविक ऑक्सीजन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है और इसे प्रभावी ढंग से कार्य करने के लिए अवायवीय वातावरण की आवश्यकता होती है। लेग्यूम पौधों की जड़ ग्रंथियों में,$leghemoglobin$ एक ऑक्सीजन स्केवेंजर (oxygen scavenger) के रूप में कार्य करता है। यह ऑक्सीजन के साथ जुड़कर मुक्त ऑक्सीजन की सांद्रता को बहुत कम रखता है,जिससे $nitrogenase$ एंजाइम को ऑक्सीडेटिव क्षति से बचाया जा सके और नाइट्रोजन स्थिरीकरण की प्रक्रिया कुशलतापूर्वक जारी रहे।

(B) हेटरोसिस्ट (Heterocysts) कुछ तंतुमय सायनोबैक्टीरिया (नील-हरित शैवाल) जैसे $Nostoc$ और $Anabaena$ में पाए जाने वाले विशिष्ट,मोटी दीवार वाली कोशिकाएं हैं।
ये कोशिकाएं नाइट्रोजन स्थिरीकरण का स्थल होती हैं।
हेटरोसिस्ट में $Nitrogenase$ एंजाइम उपस्थित होता है,जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में बदलने के लिए जिम्मेदार होता है।
$Nitrogenase$ ऑक्सीजन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है,और हेटरोसिस्ट इस एंजाइम की सुरक्षा के लिए अवायवीय (anaerobic) वातावरण प्रदान करते हैं,जिससे यह प्रभावी ढंग से कार्य कर सके।

(A) जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में परिवर्तित किया जाता है।
यह प्रक्रिया $Rhizobium$,$Azotobacter$ और $Clostridium$ जैसे नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया द्वारा नाइट्रोजनज एंजाइम का उपयोग करके की जाती है।
इसलिए,सही रूपांतरण $N_2 \rightarrow NH_3$ है।

(A) मृदा की उर्वरता मुख्य रूप से मिट्टी में नाइट्रोजनयुक्त यौगिकों को जोड़ने से बढ़ती है। नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया,जैसे $Rhizobium$,$Azotobacter$ और $Anabaena$,वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में परिवर्तित करते हैं,जिसे पौधे अवशोषित कर विकास के लिए उपयोग कर सकते हैं। यह प्रक्रिया मिट्टी में नाइट्रोजन की मात्रा को बढ़ाती है,जिससे इसकी उर्वरता में सुधार होता है। इसके विपरीत,विनाइट्रीकरण (Denitrifying) बैक्टीरिया नाइट्रेट्स को वापस वायुमंडलीय नाइट्रोजन में बदल देते हैं,जिससे मृदा की उर्वरता कम हो जाती है। प्लाज्मालेमा और कोशिका झिल्ली कोशिकीय संरचनाएं हैं और इनका मृदा की उर्वरता में कोई योगदान नहीं होता है।

(D) फलीदार पौधों की जड़ ग्रंथियों में $Rhizobium$ द्वारा नाइट्रोजन स्थिरीकरण एक जटिल जैव रासायनिक प्रक्रिया है।
यह प्रक्रिया ऑक्सीजन की उपस्थिति के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होती है।
$Rhizobium$ एक ऑक्सीजन-अवशोषक वर्णक उत्पन्न करता है जिसे $leghemoglobin$ (जिसे अक्सर 'ऑक्सीजन बफर' कहा जाता है) कहते हैं।
$Leghemoglobin$ ग्रंथियों में ऑक्सीजन की कम सांद्रता बनाए रखता है,जो $nitrogenase$ एंजाइम की सक्रियता के लिए आवश्यक है।
चूंकि दिए गए विकल्पों (पोटेशियम,नाइट्रोजन,फास्फोरस) में से कोई भी सीधे तौर पर इस प्रक्रिया को प्रेरित नहीं करता है,इसलिए सही उत्तर $D$ है।

(D) $Sesbania \text{ } rostrata$ एक फलीदार (leguminous) पौधा है जिसे हरी खाद के रूप में अत्यधिक महत्व दिया जाता है। इस पौधे की अनूठी विशेषता यह है कि यह न केवल अपनी जड़ों पर, बल्कि अपने तने पर भी नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाली ग्रंथिकाएं (nodules) बनाता है। यह दोहरी ग्रंथिका निर्माण इसे अन्य प्रजातियों की तुलना में अधिक कुशलता से वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर करने में सक्षम बनाता है, जिससे यह मिट्टी की उर्वरता बढ़ाने के लिए जैविक नाइट्रोजन का एक उत्कृष्ट स्रोत बन जाता है।

(D) $Sesbania$ $rostrata$ एक फलीदार पौधा है जिसे हरी खाद के रूप में अत्यधिक महत्व दिया जाता है। अन्य प्रजातियों की तुलना में इसे प्राथमिकता देने का मुख्य कारण इसकी जड़ों और तनों दोनों में नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाली ग्रंथिकाएं बनाने की अनूठी क्षमता है। यह दोहरी ग्रंथिका (dual nodulation) पौधे को वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अधिक कुशलता से स्थिर करने की अनुमति देती है,जिससे जब इसे हरी खाद के रूप में उपयोग किया जाता है,तो मिट्टी में नाइट्रोजन की मात्रा काफी बढ़ जाती है।

(C) $Rhizobium$ एक सहजीवी नाइट्रोजन-स्थिरीकरण बैक्टीरिया है जो आमतौर पर लेग्युमिनस (दलहनी) पौधों (जैसे मटर,बीन्स आदि) की जड़ों में मूल ग्रंथिकाएं (root nodules) बनाता है।
गेहूं एक अनाज की फसल है और यह $Rhizobium$ के साथ सहजीवी संबंध नहीं बनाता है।
इसलिए,गेहूं के खेत में $Rhizobium$ डालने से नाइट्रोजन का महत्वपूर्ण स्थिरीकरण नहीं होगा,क्योंकि इन बैक्टीरिया को संक्रमण स्थापित करने और वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर करने के लिए विशिष्ट मेजबान पौधे के संकेतों की आवश्यकता होती है।
परिणामस्वरूप,केवल इन बैक्टीरिया को जोड़ने से मिट्टी में नाइट्रोजन की मात्रा में उल्लेखनीय वृद्धि नहीं होगी।

(C) $Anabaena$,$Nostoc$ और $Oscillatoria$ सभी $Cyanobacteria$ (नील-हरित शैवाल) हैं जो प्रकाश-स्वपोषी (photoautotrophic) होते हैं,जिसका अर्थ है कि वे अपना भोजन स्वयं बनाने के लिए प्रकाश संश्लेषण करते हैं।
$Azospirillum$ एक नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाला जीवाणु है जो रसायन-परपोषी (chemoheterotrophic) है; यह ऊर्जा और कार्बन के लिए कार्बनिक यौगिकों पर निर्भर करता है और अक्सर घास और अनाज की जड़ों के साथ सहजीवन में रहता है।
इसलिए,$Azospirillum$ असंगत है क्योंकि यह प्रकाश-स्वपोषी नहीं है।

(B) जो बैक्टीरिया मिट्टी में स्वतंत्र रूप से रहकर वायुमंडलीय नाइट्रोजन का स्थिरीकरण करते हैं,उन्हें मुक्त-जीवी नाइट्रोजन स्थिरीकारक बैक्टीरिया कहा जाता है।
$Azospirillum$ और $Azotobacter$ मुक्त-जीवी नाइट्रोजन स्थिरीकारक बैक्टीरिया के प्रसिद्ध उदाहरण हैं।
$Pseudomonas$ सामान्यतः विनाइट्रीकरण (denitrification) में शामिल होता है,और $Nostoc$ एक साइनोबैक्टीरिया है जो मुक्त-जीवी या सहजीवी हो सकता है,लेकिन मानक पाठ्यपुस्तक वर्गीकरण के अनुसार मुक्त-जीवी नाइट्रोजन स्थिरीकारक के रूप में $Azospirillum$ और $Azotobacter$ मुख्य उदाहरण हैं।
अतः,सही युग्म $(ii)$ और $(iii)$ है।

(C) $Rhizobium$ एक सहजीवी बैक्टीरिया है जो लेग्युमिनस (दलहनी) पौधों की जड़ ग्रंथियों में रहता है।
इसमें नाइट्रोजनस एंजाइम होता है,जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में बदलने में सक्षम है,जिसे पौधे आसानी से अवशोषित कर सकते हैं और विकास के लिए उपयोग कर सकते हैं।
इस प्रक्रिया को जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के रूप में जाना जाता है।

(D) नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया सहजीवी या मुक्त-जीवी हो सकते हैं।
$Rhizobium$ एक सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाला बैक्टीरिया है जो लेग्यूमिनस पौधों की जड़ ग्रंथियों में रहता है।
$Azospirillum$ और $Azotobacter$ मिट्टी में पाए जाने वाले मुक्त-जीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया के उदाहरण हैं।
इसलिए,$Azospirillum$ और $Azotobacter$ दोनों मुक्त-जीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले हैं।

(D) नाइट्रोजन स्थिरीकरण वह प्रक्रिया है जिसमें वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में परिवर्तित किया जाता है,जिसका उपयोग पौधे कर सकते हैं।
कई बैक्टीरिया वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर करने में सक्षम हैं।
$Azospirillum$ और $Azotobacter$ मिट्टी में पाए जाने वाले मुक्त-जीवी नाइट्रोजन-स्थिरीकरण बैक्टीरिया के प्रसिद्ध उदाहरण हैं।
$Nostoc$ एक साइनोबैक्टीरिया है जो नाइट्रोजन को स्थिर कर सकता है,लेकिन यह अक्सर सहजीवी संबंधों (जैसे,$Anthoceros$ या $Cycas$ की जड़ों में) या कॉलोनियों में पाया जाता है,हालांकि यह मुक्त-जीवी भी हो सकता है।
चूंकि $Azospirillum$ और $Azotobacter$ दोनों ही मुक्त-जीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण के क्लासिक उदाहरण हैं,इसलिए सबसे उपयुक्त उत्तर $(A)$ और $(B)$ दोनों है।

(A) सही उत्तर $A$ है। $Azospirillum$ एक मुक्त-जीवी जीवाणु है जो मिट्टी में रहता है और वायुमंडलीय नाइट्रोजन का स्थिरीकरण करता है।
$Rhizobium$ एक सहजीवी जीवाणु है जो लेग्युमिनस (दलहनी) पौधों की जड़ ग्रंथियों में रहता है।
$Lactobacillus$ का उपयोग दूध से दही बनाने में किया जाता है।
$Pseudomonas$ सामान्यतः मिट्टी का जीवाणु है जो अपघटन और विनाइट्रीकरण (denitrification) में शामिल होता है,लेकिन यह मुख्य रूप से जैव उर्वरक के संदर्भ में मुक्त-जीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण के रूप में नहीं जाना जाता है।

(B) एज़ोस्पिरिलम ग्राम-नेगेटिव,नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया का एक वंश है जो घास और अनाज सहित विभिन्न पौधों की जड़ों के साथ निकट संबंध में रहते हैं। यह वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को मृदा में स्थिर करके एक जैव उर्वरक के रूप में कार्य करता है,इसे अमोनिया $(NH_3)$ में परिवर्तित करता है,जिसे पौधों द्वारा आसानी से अवशोषित किया जा सकता है। यह प्रक्रिया फसलों की वृद्धि और उपज बढ़ाने में मदद करती है।

(C) नाइट्रोजन स्थिरीकरण वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में बदलने की प्रक्रिया है।
यह प्रक्रिया नाइट्रोजनेज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है।
नाइट्रोजनेज एक जटिल मेटालोप्रोटीन है जिसे अपनी उत्प्रेरक गतिविधि के लिए आवश्यक कोफ़ैक्टर्स के रूप में मोलिब्डेनम $(Mo)$ और आयरन $(Fe)$ की आवश्यकता होती है।
इसलिए,राइजोबियम जैसे नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले जीवों के लिए मोलिब्डेनम $(Mo)$ एक महत्वपूर्ण सूक्ष्म पोषक तत्व है।

(D) नाइट्रोजन-स्थिरीकरण वह प्रक्रिया है जिसमें वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में परिवर्तित किया जाता है।
यह प्रक्रिया नाइट्रोजनेज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है।
मोलिब्डेनम $(Mo)$ नाइट्रोजनेज एंजाइम कॉम्प्लेक्स का एक महत्वपूर्ण घटक है,जो पौधों में,विशेष रूप से लेग्यूम (दलहनी) पौधों में जैविक नाइट्रोजन-स्थिरीकरण के लिए आवश्यक है।
अतः,नाइट्रोजन-स्थिरीकरण में शामिल खनिज तत्व मोलिब्डेनम है।

(D) नाइट्रोजिनेज जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार एक जटिल एंजाइम है। यह दो प्रोटीन घटकों से बना होता है: $Fe$ प्रोटीन और $MoFe$ प्रोटीन। दोनों घटकों में इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण और उत्प्रेरक गतिविधि के लिए आयरन $(Fe)$ एक महत्वपूर्ण सह-कारक (cofactor) के रूप में मौजूद होता है। इसलिए,नाइट्रोजिनेज की सक्रियता के लिए आयरन आवश्यक है।

(D) नाइट्रोजनएज़ एंजाइम कॉम्प्लेक्स एक $Mo-Fe$ प्रोटीन है। यह दो घटकों से बना होता है: $Fe$ प्रोटीन (डाइनाइट्रोजनएज़ रिडक्टेस) और $Mo-Fe$ प्रोटीन (डाइनाइट्रोजनएज़)। इसकी उत्प्रेरक सक्रियता के लिए आयरन $(Fe)$ और मोलिब्डेनम $(Mo)$ दोनों आवश्यक हैं। दिए गए विकल्पों में से,आयरन $(Fe)$ नाइट्रोजनएज़ एंजाइम कॉम्प्लेक्स की संरचना और कार्य के लिए आवश्यक खनिज है।

(A) नाइट्रोजिनेज एंजाइम जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार एक जटिल मेटलोप्रोटीन है।
इसकी उत्प्रेरक सक्रियता के लिए विशिष्ट धातु सहकारकों की आवश्यकता होती है।
इस एंजाइम में मोलिब्डेनम-आयरन $(MoFe)$ प्रोटीन और आयरन $(Fe)$ प्रोटीन होता है।
मोलिब्डेनम नाइट्रोजिनेज एंजाइम कॉम्प्लेक्स का एक अनिवार्य घटक है,विशेष रूप से $Fe-Mo$ सहकारक के भीतर,जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में अपचयित करने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।

(B) सही उत्तर $B$ है।
कई मुक्त-जीवी बैक्टीरिया और नील-हरित शैवाल वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर करने में सक्षम हैं।
$Rhodospirillum$ एक मुक्त-जीवी,प्रकाश संश्लेषी,अवायवीय,नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाला,गैर-सल्फर बैक्टीरिया है।
यह प्रकाश की उपस्थिति में और $O_2$ की अनुपस्थिति में जीवाणु प्रकाश संश्लेषण नामक प्रक्रिया द्वारा अपना कार्बनिक भोजन संश्लेषित करने में सक्षम है।
$Beijernickia$ और $Azotobacter$ मुक्त-जीवी लेकिन वायवीय नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया हैं।
$Rhizobium$ एक सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाला बैक्टीरिया है।

(D) $Casuarinaceae$ द्विबीजपत्री पुष्पी पादपों का एक कुल है जिसे $Fagales$ गण में रखा गया है।
$Casuarina$ इस कुल का एक सदस्य है,जो अपनी लटकती हुई शाखाओं,सदाबहार प्रकृति और एकलिंगी या द्विलिंगी होने के लिए जाना जाता है।
$Casuarina$ की जड़ों में नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाली ग्रंथिकाएं होती हैं जिनमें $Frankia$ नामक मृदा एक्टिनोमाइसेट्स पाए जाते हैं,जो कि तंतुमय बैक्टीरिया हैं।

(C) : लेगहीमोग्लोबिन लेग्यूम पौधों की जड़ की ग्रंथियों में पाया जाने वाला एक गुलाबी रंग का वर्णक है। यह एक ऑक्सीजन स्केवेंजर (ऑक्सीजन अवशोषक) के रूप में कार्य करता है और नाइट्रोजनिएज एंजाइम को ऑक्सीजन के विषाक्त प्रभाव से बचाता है,क्योंकि नाइट्रोजनिएज एंजाइम आणविक ऑक्सीजन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है।

(D) सही उत्तर $(d)$ है। नाइट्रोजनज (nitrogenase) एंजाइम एक $Mo-Fe$ प्रोटीन है जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में बदलने के लिए उत्प्रेरक का कार्य करता है,जो जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण का पहला स्थिर उत्पाद है।
नाइट्रोजन स्थिरीकरण अक्रिय वायुमंडलीय डाइनाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया,अमीनो एसिड आदि जैसे उपयोगी नाइट्रोजनयुक्त यौगिकों में बदलने की प्रक्रिया है।
जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण मुक्त-जीवी और सहजीवी दोनों प्रकार के सूक्ष्मजीवों द्वारा किया जाता है।
लेग्यूम पौधों में,सहजीवी नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया (जैसे $Rhizobium$) जड़ की ग्रंथियों (root nodules) में रहते हैं।
ये ग्रंथियां नाइट्रोजन स्थिरीकरण की प्रक्रिया को सुगम बनाने के लिए नाइट्रोजनज एंजाइम और ऑक्सीजन-अवशोषक वर्णक लेगहीमोग्लोबिन सहित आवश्यक वातावरण प्रदान करती हैं।

(A) : नाइट्रोजनसे (nitrogenase) एंजाइम प्रोकैरियोटिक नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले जीवों में पाया जाता है। जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण की प्रक्रिया अत्यधिक ऊर्जा-खपत वाली होती है और $N_2$ को $NH_3$ में अपचयित करने के लिए बड़ी मात्रा में $ATP$ की आवश्यकता होती है। इसे निम्नलिखित समीकरण द्वारा दर्शाया गया है:
$N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16ATP \xrightarrow{Nitrogenase} 2NH_3 + H_2 + 16ADP + 16P_i$

(B) लेग्यूम पौधों की मूल ग्रंथिकाओं में नाइट्रोजिनेज एंजाइम और लेगहीमोग्लोबिन प्रोटीन होता है।
नाइट्रोजिनेज वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में बदलने के लिए उत्प्रेरक का कार्य करता है।
यह एंजाइम आणविक ऑक्सीजन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है और इसे प्रभावी ढंग से कार्य करने के लिए अवायवीय स्थितियों की आवश्यकता होती है।
ग्रंथिकाओं में विशिष्ट अनुकूलन होते हैं जो यह सुनिश्चित करते हैं कि एंजाइम ऑक्सीजन से सुरक्षित रहे।
लेगहीमोग्लोबिन एक ऑक्सीजन स्केवेंजर (ऑक्सीजन अवशोषक) के रूप में कार्य करता है,जो ऑक्सीजन के साथ जुड़कर ग्रंथिका के भीतर ऑक्सीजन के स्तर को कम रखता है ताकि नाइट्रोजिनेज एंजाइम को निष्क्रिय होने से बचाया जा सके।

(A) सही उत्तर $Azotobacter$ है।
$Azotobacter$ मुक्त-जीवी डायज़ोट्रोफिक बैक्टीरिया का एक वंश है जो मिट्टी में पाए जाते हैं और स्वतंत्र रूप से वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर करने में सक्षम होते हैं।
$Rhizobium$ एक सहजीवी नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाला बैक्टीरिया है जो लेग्यूमिनस (दलहनी) पौधों की जड़ ग्रंथियों में रहता है।
$Cyanobacteria$ (जैसे $Anabaena$ और $Nostoc$) नाइट्रोजन का स्थिरीकरण कर सकते हैं,लेकिन मिट्टी में रहने वाले मुक्त-जीवी बैक्टीरिया के संदर्भ में,$Azotobacter$ $NCERT$ पाठ्यपुस्तक में दिया गया प्रमुख उदाहरण है।

(A) नाइट्रोजन स्थिरीकरण वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में बदलने की प्रक्रिया है।
मुक्तजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले सूक्ष्मजीव वायवीय (aerobic) या अवायवीय (anaerobic) हो सकते हैं।
$Azotobacter$ और $Beijerinckia$ मुक्तजीवी,वायवीय नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया के प्रसिद्ध उदाहरण हैं।
$Rhodospirillum$ एक अवायवीय नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाला बैक्टीरिया है।
$Anabaena$ और $Nostoc$ मुक्तजीवी या सहजीवी साइनोबैक्टीरिया हैं जो नाइट्रोजन का स्थिरीकरण करते हैं,लेकिन इस विशिष्ट प्रश्न के संदर्भ में उन्हें $Azotobacter$ की तरह सख्ती से वायवीय के रूप में वर्गीकृत नहीं किया जाता है।
अतः,सही विकल्प $A$ है।

(D) जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण का समीकरण इस प्रकार है: $N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16 \, ATP \rightarrow 2NH_3 + H_2 + 16 \, ADP + 16 \, Pi$.
दिए गए समीकरण के साथ तुलना करने पर: $a + 8e^- + b + 16 \, ATP \rightarrow c + d + 16 \, ADP + 16 \, Pi$.
हमें प्राप्त होता है कि $a = N_2$,$b = 8H^+$,$c = 2NH_3$,और $d = H_2$.
अतः,विकल्प $D$ सही उत्तर है।

(B) $Azotobacter$ एक मुक्त-जीवी,वायवीय और अप्रकाशसंश्लेषी जीवाणु है जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन का स्थिरीकरण करता है।
$Rhizobium$ एक सहजीवी नाइट्रोजन-स्थिरीकारक है।
$Rhodospirillum$ एक प्रकाशसंश्लेषी जीवाणु है।
$Nostoc$ एक प्रकाशसंश्लेषी सायनोबैक्टीरिया है जो नाइट्रोजन का स्थिरीकरण कर सकता है।

(B) जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण विभिन्न प्रोकैरियोट्स द्वारा किया जाता है।
$Azotobacter$ और $Beijerinckia$ मुक्त-जीवी,वायवीय नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया के उदाहरण हैं।
$Rhodospirillum$ एक मुक्त-जीवी,अवायवीय नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया का उदाहरण है।
$Anabaena$ और $Nostoc$ मुक्त-जीवी साइनोबैक्टीरिया हैं जो हेटेरोसिस्ट नामक विशेष कोशिकाओं में नाइट्रोजन का स्थिरीकरण करते हैं।
अतः,सही विकल्प $B$ है।

(A) जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण की प्रक्रिया नाइट्रोजनएज़ एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है। नाइट्रोजन के अमोनिया में अपचयन (reduction) के लिए कुल समीकरण इस प्रकार है:
$N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16 ATP \rightarrow 2NH_3 + H_2 + 16 ADP + 16 Pi$।
दिए गए समीकरण $N_2 + 8e^- + X + 16 ATP \rightleftharpoons 2NH_3 + Y + 16 ADP + 16 Pi$ के साथ तुलना करने पर,हम पहचान सकते हैं कि $X = 8H^+$ और $Y = H_2$ है।
अतः,सही विकल्प $A$ है।

(C) यहाँ उल्लिखित लाल रंग का हीमोप्रोटीन $Leghemoglobin$ (लेगहीमोग्लोबिन) है।
यह लेग्यूम पौधों की जड़ की ग्रंथियों में पाया जाता है।
$Leghemoglobin$ एक ऑक्सीजन स्केवेंजर के रूप में कार्य करता है,जिसका अर्थ है कि इसमें ऑक्सीजन के लिए बहुत उच्च आकर्षण शक्ति होती है।
यह $Nitrogenase$ (नाइट्रोजनेज) एंजाइम को ऑक्सीजन के निरोधात्मक प्रभावों से बचाता है,क्योंकि $Nitrogenase$ ऑक्सीजन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है और जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के दौरान कुशलतापूर्वक कार्य करने के लिए इसे अवायवीय स्थितियों की आवश्यकता होती है।

(A) नाइट्रोजनेज एंजाइम,जो जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार है,आणविक ऑक्सीजन $(O_2)$ के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है।
फलीदार पौधों की मूल ग्रंथिकाओं में,नाइट्रोजन स्थिरीकरण अवायवीय वातावरण में होता है।
लेगहीमोग्लोबिन मूल ग्रंथिकाओं में मौजूद एक ऑक्सीजन-अवशोषक वर्णक है जो ऑक्सीजन के साथ जुड़ जाता है,जिससे ऑक्सीजन की सांद्रता कम बनी रहती है।
यह सुरक्षा सुनिश्चित करती है कि नाइट्रोजनेज एंजाइम कार्यात्मक बना रहे और ऑक्सीजन द्वारा निष्क्रिय न हो।

(A) नाइट्रोजिनेज एंजाइम,जो जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार है,आणविक ऑक्सीजन $(O_2)$ के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है।
इसे प्रभावी ढंग से कार्य करने के लिए अवायवीय (anaerobic) स्थितियों की आवश्यकता होती है।
फलीदार पौधों की मूल ग्रंथिकाओं में,लेग-हीमोग्लोबिन एंजाइम एक ऑक्सीजन स्केवेंजर के रूप में कार्य करता है।
यह ऑक्सीजन के साथ जुड़कर अवायवीय वातावरण बनाता है,जिससे नाइट्रोजिनेज एंजाइम को ऑक्सीडेटिव क्षति से बचाया जा सके।
इसलिए,कथन $A$ और कथन $R$ दोनों सही हैं।

(D) $Azotobacter$ और $Beijerinckia$ वायवीय मुक्त-जीवी नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया हैं।
$Frankia$ एक सहजीवी नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाला बैक्टीरिया है जो $Alnus$ जैसे गैर-फलीदार पौधों में मूल ग्रंथिकाएं (root nodules) उत्पन्न करता है।
$Rhodospirillum$ एक अवायवीय मुक्त-जीवी नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाला बैक्टीरिया है।

(B) नाइट्रोजनेज एंजाइम जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए आवश्यक है।
यह एक जटिल मेटालोप्रोटीन है जिसे अपनी संरचना और उत्प्रेरक गतिविधि के लिए सह-कारक के रूप में $Mo$ (मोलिब्डेनम) और $Fe$ (आयरन) दोनों की आवश्यकता होती है।
विशेष रूप से,$Mo$ $Fe-Mo$ प्रोटीन (डाइनाइट्रोजनेज) का एक महत्वपूर्ण घटक है,जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में अपचयित करने के लिए जिम्मेदार है।
इसलिए,नाइट्रोजनेज एंजाइम कॉम्प्लेक्स के सक्रियण और उचित कार्यप्रणाली के लिए मोलिब्डेनम $(Mo)$ मुख्य तत्व है।

(C) जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण की प्रक्रिया नाइट्रोजन एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है।
नाइट्रोजन के अमोनिया में अपचयन के लिए कुल समीकरण इस प्रकार है:
$N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16ATP \rightarrow 2NH_3 + H_2 + 16ADP + 16Pi$.
इस समीकरण के अनुसार,$2$ अणु $NH_3$ उत्पन्न करने के लिए $16$ $ATP$ अणुओं की आवश्यकता होती है।
इसलिए,प्रत्येक $NH_3$ अणु के उत्पादन के लिए $16 / 2 = 8$ $ATP$ अणुओं की आवश्यकता होती है।

(A) दी गई अभिक्रिया नाइट्रोजन एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण प्रक्रिया को दर्शाती है।
नाइट्रोजन $(N_2)$ के एक अणु का अमोनिया $(NH_3)$ के दो अणुओं में अपचयन (reduction) के लिए संतुलित समीकरण इस प्रकार है:
$N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16 ATP \rightarrow 2NH_3 + H_2 + 16 ADP + 16Pi$
यहाँ,प्रत्येक $N_2$ अणु के अपचयन के लिए $16$ $ATP$ अणुओं की आवश्यकता होती है,जिसके परिणामस्वरूप $2$ अणु $NH_3$ और $1$ अणु $H_2$ गैस का उत्पादन होता है।

(D) आइए प्रत्येक युग्म का विश्लेषण करें:
$(I)$ Beijerinckia एक मुक्तजीवी,वायवीय,नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाला जीवाणु है। यह कथन सही है।
$(II)$ Rhodospirillum एक अवायवीय,नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाला जीवाणु है,वायवीय नहीं। यह कथन गलत है।
$(III)$ Bacillus एक मुक्तजीवी,नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाला जीवाणु है। यह कथन सही है।
$(IV)$ Anabaena एक साइनोबैक्टीरिया है,लेकिन Azotobacter एक मुक्तजीवी वायवीय जीवाणु है,साइनोबैक्टीरिया नहीं। यह कथन गलत है।
अतः,गलत युग्म $(II)$ और $(IV)$ हैं।

(D) $A-$ यह कथन गलत है क्योंकि $Frankia$ $Alnus$ जैसे गैर-फलीदार पौधों की जड़ों पर नाइट्रोजन स्थिरीकरण ग्रंथिकाएं बनाता है।
$R-$ यह कथन सही है। $Rhizobium$ और $Frankia$ दोनों मिट्टी में मुक्त-जीवी बैक्टीरिया हैं,लेकिन वे वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर करने के लिए विशिष्ट पौधों के साथ सहजीवी संबंध स्थापित करते हैं।
अतः,$A$ गलत है और $R$ सही है।

(D) वायुमंडलीय नाइट्रोजन स्थिरीकरण वह प्रक्रिया है जिसमें वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में परिवर्तित किया जाता है,जिसका उपयोग पौधों द्वारा किया जा सकता है।
$Anabaena$ तंतुमय साइनोबैक्टीरिया का एक वंश है जो प्लवक के रूप में मौजूद होता है।
इन जीवों में हेटरोसिस्ट्स (heterocysts) नामक विशेष कोशिकाएं होती हैं,जो नाइट्रोजनज एंजाइम के कार्य करने के लिए अवायवीय वातावरण प्रदान करती हैं।
वायुमंडलीय नाइट्रोजन के जैविक स्थिरीकरण के लिए नाइट्रोजनज एंजाइम आवश्यक है।
$Albugo$,$Cystopus$ और $Aprolegnia$ कवक या कवक जैसे जीव हैं जो नाइट्रोजन स्थिरीकरण नहीं करते हैं।

(D) सही उत्तर $D$ है।
$Nostoc$ साइनोबैक्टीरिया का एक वंश है जो मुक्त-जीवी,वायवीय और प्रकाश संश्लेषण करने में सक्षम है।
इसमें हेटरोसिस्ट नामक विशेष कोशिकाएं होती हैं जो नाइट्रोजन स्थिरीकरण का कार्य करती हैं।
$Rhizobium$ एक सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाला जीव है।
$Azotobacter$ और $Azospirillum$ मुक्त-जीवी,वायवीय नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले जीव हैं लेकिन वे प्रकाश संश्लेषी नहीं होते हैं।

(A) नाइट्रोजन स्थिरीकरण वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में बदलने की प्रक्रिया है।
यह अभिक्रिया नाइट्रोजिनेज नामक एंजाइम कॉम्प्लेक्स द्वारा उत्प्रेरित होती है।
नाइट्रोजिनेज एक मोलिब्डेनम-आयरन प्रोटीन है और यह विशेष रूप से कुछ प्रोकैरियोट्स (डायज़ोट्रोप्स) में पाया जाता है।
अतः,सही विकल्प $A$ है।

(B) धान के खेत जलमग्न वातावरण होते हैं जहाँ विशिष्ट नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया पनपते हैं।
$Azospirillum$ एक मुक्त-जीवी,नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाला बैक्टीरिया है जो आमतौर पर धान (चावल) सहित घास के पौधों की जड़ों से जुड़ा होता है,जहाँ यह वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर करता है।
$Rhizobium$ आमतौर पर लेग्युमिनस (दलहनी) पौधों से जुड़ा होता है।
$Oscillatoria$ एक साइनोबैक्टीरिया है,लेकिन धान की फसल के राइजोस्फीयर में नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए $Azospirillum$ सबसे सटीक उत्तर है।
$Frankia$ $Alnus$ जैसे गैर-दलहनी पौधों से जुड़ा होता है।

(B) नाइट्रोजन स्थिरीकरण वायुमंडलीय नाइट्रोजन $(N_2)$ को अमोनिया $(NH_3)$ में बदलने की प्रक्रिया है।
यह प्रक्रिया नाइट्रोजनेज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है।
नाइट्रोजनेज एंजाइम एक जटिल मेटालोप्रोटीन है जिसमें आयरन $(Fe)$ और मोलिब्डेनम $(Mo)$ दोनों होते हैं।
मोलिब्डेनम नाइट्रोजनेज एंजाइम कॉम्प्लेक्स का एक आवश्यक घटक है,जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन के अपचयन (reduction) के लिए आवश्यक है।
इसलिए,$Mo$ नाइट्रोजन स्थिरीकरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

(B) नाइट्रोजिनेज एंजाइम,जो जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार है,आणविक ऑक्सीजन $(O_2)$ के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है।
लेग्युमिनोसी कुल के पौधों की मूल ग्रंथिकाओं में नाइट्रोजिनेज एंजाइम को प्रभावी ढंग से कार्य करने के लिए अवायवीय (anaerobic) वातावरण की आवश्यकता होती है।
लेगहीमोग्लोबिन मूल ग्रंथिकाओं में मौजूद एक गुलाबी रंग का वर्णक है जो ऑक्सीजन स्केवेंजर (oxygen scavenger) के रूप में कार्य करता है।
यह ऑक्सीजन के साथ उच्च आकर्षण रखता है,जिससे ग्रंथिका में मुक्त $O_2$ की सांद्रता कम बनी रहती है। यह नाइट्रोजिनेज एंजाइम को ऑक्सीडेटिव क्षति से बचाता है और इसकी इष्टतम सक्रियता सुनिश्चित करता है।

(C) फलीदार पौधों में,जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण नाइट्रोजनज एंजाइम द्वारा किया जाता है।
नाइट्रोजन के अपचयन (reduction) के लिए कुल समीकरण है: $N_2 + 8e^- + 8H^+ + 16ATP \rightarrow 2NH_3 + H_2 + 16ADP + 16Pi$.
समीकरण में दिखाए अनुसार,नाइट्रोजन स्थिरीकरण का पहला स्थिर उत्पाद अमोनिया $(NH_3)$ है।
इसके बाद अमोनिया को स्वांगीकरण (assimilation) की प्रक्रिया के माध्यम से ग्लूटामेट जैसे अमीनो एसिड में संसाधित किया जाता है।

(B) $Nitrogenase$ एंजाइम आणविक ऑक्सीजन $(O_2)$ के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है और इसके द्वारा निष्क्रिय हो जाता है।
फलीदार पौधों की जड़ ग्रंथियों में $Leghemoglobin$ नामक एक विशेष ऑक्सीजन स्केवेंजर (ऑक्सीजन अवशोषक) मौजूद होता है।
$Leghemoglobin$ ऑक्सीजन के साथ जुड़कर एक अवायवीय वातावरण बनाता है,जिससे $Nitrogenase$ एंजाइम को ऑक्सीडेटिव क्षति से बचाया जाता है और यह वायुमंडलीय नाइट्रोजन के स्थिरीकरण में कुशलतापूर्वक कार्य कर पाता है।

(B) सही उत्तर $B$ है।
$Rhodospirillum$ एक मुक्तजीवी,अवायवीय (anaerobic),नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाला जीवाणु है।
$Beijerinckia$ और $Azotobacter$ मुक्तजीवी,वायवीय (aerobic),नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले जीवाणु हैं।
$Rhizobium$ एक सहजीवी,नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाला जीवाणु है जो लेग्यूमिनस पौधों की जड़ ग्रंथियों में पाया जाता है।