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IGNOU MZOE-005 Solved Question Paper PDF
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IGNOU MZOE-005 Previous Year Solved Question Paper in Hindi
Q1. ऑर्गेनोफॉस्फेट यौगिक क्या हैं? उनकी चारित्रिक विशेषताओं और उपयोगों का वर्णन कीजिए। इन्हें पर्यावरण के लिए हानिकारक क्यों माना जाता है?
Ans.
ऑर्गेनोफॉस्फेट (OP) यौगिक कार्बनिक यौगिक होते हैं जिनमें फॉस्फोरस होता है और ये फॉस्फोरिक एसिड के एस्टर होते हैं। वे तंत्रिका एजेंटों के रूप में कार्य करते हैं और कीटनाशकों के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।
चारित्रिक विशेषताएं:
- क्रिया का तरीका: ये एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ (AChE) नामक एक महत्वपूर्ण एंजाइम को अपरिवर्तनीय रूप से बाधित करके काम करते हैं। यह एंजाइम न्यूरोट्रांसमीटर एसिटाइलकोलाइन (ACh) को तोड़ता है। निषेध के कारण, ACh तंत्रिका अंत में जमा हो जाता है, जिससे लगातार तंत्रिका उत्तेजना, पक्षाघात और अंततः कीट की मृत्यु हो जाती है।
- अस्थिरता: ऑर्गेनोक्लोरीन कीटनाशकों की तुलना में, OP पर्यावरण में कम स्थायी होते हैं। वे हाइड्रोलिसिस और माइक्रोबियल क्षरण के माध्यम से अपेक्षाकृत जल्दी टूट जाते हैं।
- विषाक्तता: वे कीड़ों के लिए अत्यधिक विषैले होते हैं लेकिन स्तनधारियों सहित गैर-लक्षित जीवों के लिए भी तीव्र विषाक्तता प्रदर्शित करते हैं।
- घुलनशीलता: वे आम तौर पर वसा में घुलनशील होते हैं, जो उन्हें जीवों के वसायुक्त ऊतकों में जमा होने की अनुमति देता है।
उपयोग:
- कृषि: इनका उपयोग फसलों पर चबाने और चूसने वाले कीड़ों की एक विस्तृत श्रृंखला को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। उदाहरणों में मैलाथियान, पैराथियान और क्लोरपाइरीफोस शामिल हैं।
- सार्वजनिक स्वास्थ्य: इनका उपयोग मच्छरों, मक्खियों और अन्य वैक्टरों को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है जो मलेरिया, डेंगू और अन्य बीमारियों को फैलाते हैं।
- पशु चिकित्सा: इनका उपयोग पशुओं पर परजीवियों जैसे कि किलनी और पिस्सू को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है।
पर्यावरणीय हानि: इन्हें पर्यावरण के लिए हानिकारक माना जाता है क्योंकि:
- गैर-लक्षित जीवों पर प्रभाव: अपनी व्यापक-स्पेक्ट्रम गतिविधि के कारण, वे लाभकारी कीड़ों (जैसे परागणकर्ता और शिकारी), मछली, पक्षियों और अन्य वन्यजीवों को मार सकते हैं।
- मानव स्वास्थ्य जोखिम: मनुष्यों में तीव्र OP विषाक्तता गंभीर स्वास्थ्य समस्याएं पैदा कर सकती है, जिसमें श्वसन विफलता और मृत्यु शामिल है। दीर्घकालिक एक्सपोजर को न्यूरोलॉजिकल विकारों से जोड़ा गया है।
- जल संदूषण: कृषि क्षेत्रों से अपवाह जल स्रोतों को दूषित कर सकता है, जिससे जलीय जीवन को नुकसान पहुंचता है।
- प्रतिरोध का विकास: OP के व्यापक उपयोग से कई कीट प्रजातियों में प्रतिरोध का विकास हुआ है, जिससे वे कम प्रभावी हो गए हैं और अधिक विषैले विकल्पों के उपयोग की आवश्यकता होती है।
इन चिंताओं के कारण, कई देशों में कई ऑर्गेनोफॉस्फेट यौगिकों के उपयोग को प्रतिबंधित या प्रतिबंधित कर दिया गया है।
Q2. कीटों में निर्मोचन और कायांतरण को नियंत्रित करने वाले हार्मोनों के नाम बताइए। निर्मोचन और कायांतरण के हार्मोनल नियंत्रण का विस्तार से वर्णन कीजिए।
Ans. कीटों में निर्मोचन और कायांतरण को नियंत्रित करने वाले मुख्य हार्मोन हैं:
1. प्रोथोरैसिकोट्रोपिक हार्मोन (PTTH) या मस्तिष्क हार्मोन
2. एक्डाइसोन (निर्मोचन हार्मोन)
3. किशोर हार्मोन (JH)
निर्मोचन और कायांतरण का हार्मोनल नियंत्रण:
यह प्रक्रिया एक जटिल अंतःस्रावी मार्ग है जो कीट के विकास और वृद्धि के चरणों का समन्वय करती है।
1. निर्मोचन की शुरुआत (PTTH की भूमिका): निर्मोचन की प्रक्रिया मस्तिष्क में स्थित न्यूरोसेक्रेटरी कोशिकाओं (NSCs) से शुरू होती है। जब कीट एक निश्चित आकार तक पहुंच जाता है या विशिष्ट पर्यावरणीय संकेतों (जैसे फोटॉपीरियड या तापमान) का अनुभव करता है, तो ये कोशिकाएं प्रोथोरैसिकोट्रोपिक हार्मोन (PTTH) नामक एक पेप्टाइड हार्मोन को रक्त (हीमोलिम्फ) में छोड़ती हैं। PTTH हीमोलिम्फ के माध्यम से वक्ष में स्थित प्रोथोरैसिक ग्रंथियों तक जाता है।
2. निर्मोचन का प्रेरण (एक्डाइसोन की भूमिका): PTTH द्वारा उत्तेजित होने पर, प्रोथोरैसिक ग्रंथियां एक्डाइसोन नामक एक स्टेरॉयड हार्मोन का स्राव करती हैं। एक्डाइसोन एक ‘प्रो-हार्मोन’ है, जिसे परिधीय ऊतकों (जैसे वसा शरीर) में इसके अधिक सक्रिय रूप, 20-हाइड्रॉक्सीएक्डाइसोन (20-E) में परिवर्तित किया जाता है। 20-E निर्मोचन हार्मोन है। यह एपिडर्मल कोशिकाओं के जीन को सक्रिय करता है, जिससे निर्मोचन प्रक्रिया शुरू होती है, जिसमें शामिल हैं:
- एपोलाइसिस: पुराने क्यूटिकल का अंतर्निहित एपिडर्मिस से अलग होना।
- नए क्यूटिकल का स्राव: एपिडर्मल कोशिकाओं द्वारा एक नए, मुड़े हुए क्यूटिकल का निर्माण।
- एक्डाइसिस: पुराने क्यूटिकल (एक्सुविया) का झड़ना।
एक्डाइसोन के बिना निर्मोचन नहीं हो सकता।
3. कायांतरण का विनियमन (किशोर हार्मोन की भूमिका): निर्मोचन का परिणाम क्या होगा – चाहे कीट अगले लार्वा चरण में विकसित हो या कायांतरण से गुजरे – यह किशोर हार्मोन (JH) की उपस्थिति या अनुपस्थिति पर निर्भर करता है। JH मस्तिष्क के पास स्थित ग्रंथियों, कॉरपोरा अलाटा द्वारा स्रावित होता है।
- उच्च JH स्तर: जब एक्डाइसोन की उपस्थिति में JH का स्तर उच्च होता है, तो जीन जो लार्वा विशेषताओं को बनाए रखते हैं, सक्रिय होते हैं। परिणाम एक लार्वा-से-लार्वा निर्मोचन होता है। कीट बड़ा हो जाता है लेकिन अपनी लार्वा अवस्था में बना रहता है।
- निम्न JH स्तर: जैसे-जैसे कीट परिपक्व होता है, कॉरपोरा अलाटा कम JH का स्राव करता है। जब एक्डाइसोन की उपस्थिति में JH का स्तर गिरता है, तो प्यूपा-विशिष्ट जीन सक्रिय होते हैं। परिणाम एक लार्वा-से-प्यूपा निर्मोचन होता है।
- JH की अनुपस्थिति: प्यूपा चरण के दौरान, JH का स्राव पूरी तरह से बंद हो जाता है। जब एक्डाइसोन अकेले कार्य करता है (JH की अनुपस्थिति में), तो वयस्क-विशिष्ट जीन सक्रिय होते हैं। यह प्यूपा-से-वयस्क निर्मोचन की ओर जाता है, जो कायांतरण को पूरा करता है।
संक्षेप में, एक्डाइसोन “निर्मोचन” का संकेत देता है , जबकि JH निर्मोचन के “प्रकार” को निर्धारित करता है , इस प्रकार यह सुनिश्चित करता है कि कीट अपनी अपरिपक्व अवस्था को बनाए रखे जब तक कि वह वयस्क रूप में बदलने के लिए तैयार न हो जाए।
Q3. निम्नलिखित शब्दों को परिभाषित करें: (a) पीडोजेनेसिस (b) प्रतिभक्षी (c) जैवकीटनाशक (d) बहुभ्रूणता (e) प्रतिविष
Ans.
(a) पीडोजेनेसिस (Paedogenesis):
पीडोजेनेसिस, जिसे डिंभजनन भी कहा जाता है, पार्थेनोजेनेसिस (अनिषेकजनन) का एक रूप है जिसमें एक जीव अपने लार्वा या किशोर चरण में ही प्रजनन करता है। वयस्क चरण तक पहुंचे बिना ही यौन रूप से अपरिपक्व लार्वा संतान पैदा करता है। यह घटना कुछ कीटों, जैसे कुछ एफिड्स, पित्त मिज (उदाहरण के लिए, माइक्रोमाइसिस ), और कुछ भृंगों में देखी जाती है। यह तेजी से जनसंख्या वृद्धि की अनुमति देता है जब स्थितियां अनुकूल होती हैं क्योंकि यह वयस्क अवस्था तक पहुंचने के लिए आवश्यक समय और ऊर्जा को समाप्त कर देता है।
(b) प्रतिभक्षी (Antifeedant):
एक प्रतिभक्षी या भोजनरोधी एक रासायनिक पदार्थ है जो कीड़ों को पौधों या अन्य खाद्य स्रोतों पर भोजन करने से रोकता है। यह सीधे कीट को मारता नहीं है, बल्कि यह उसके व्यवहार को संशोधित करता है, जिससे वह भोजन करना बंद कर देता है और अंततः भुखमरी से मर सकता है या शिकारियों के प्रति अधिक संवेदनशील हो सकता है। नीम के पेड़ से प्राप्त एजाडिरेक्टिन एक प्रसिद्ध प्राकृतिक प्रतिभक्षी है। प्रतिभक्षी कीट प्रबंधन में उपयोगी होते हैं क्योंकि वे पारंपरिक कीटनाशकों की तुलना में पर्यावरण के लिए कम हानिकारक हो सकते हैं।
(c) जैवकीटनाशक (Biopesticide):
जैवकीटनाशक कुछ प्रकार के कीटनाशक होते हैं जो प्राकृतिक सामग्रियों जैसे जानवरों, पौधों, जीवाणुओं और कुछ खनिजों से प्राप्त होते हैं। इन्हें आम तौर पर पारंपरिक रासायनिक कीटनाशकों की तुलना में कम विषैला और अधिक पर्यावरण के अनुकूल माना जाता है। जैवकीटनाशकों के तीन मुख्य वर्ग हैं:
1. माइक्रोबियल कीटनाशक: इनमें सक्रिय संघटक के रूप में एक सूक्ष्मजीव (जैसे, बैक्टीरिया, कवक, वायरस) होता है। एक सामान्य उदाहरण बैसिलस थुरिंजिएन्सिस (Bt) है।
2. पादप-निगमित रक्षक (PIPs): ये वे कीटनाशक पदार्थ हैं जो पौधे आनुवंशिक सामग्री से उत्पन्न करते हैं जो उनमें डाली गई है।
3. जैव रासायनिक कीटनाशक: ये प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले पदार्थ हैं जो गैर-विषैले तंत्र द्वारा कीटों को नियंत्रित करते हैं, जैसे कीट सेक्स फेरोमोन जो संभोग में बाधा डालते हैं।
(d) बहुभ्रूणता (Polyembryony):
बहुभ्रूणता एक प्रजनन घटना है जिसमें एक एकल निषेचित अंडे से दो या दो से अधिक भ्रूण विकसित होते हैं। यह अलैंगिक प्रजनन का एक रूप है जो यौन प्रजनन के भीतर होता है। मनुष्यों में, यह समान जुड़वा बच्चों के निर्माण की ओर जाता है। कीड़ों में, यह परजीवी हाइमेनोप्टेरा (ततैया) की कई प्रजातियों में आम है। मादा एक मेजबान कीट के अंडे या लार्वा में एक अंडा देती है, और यह अंडा कई समान संतानों में विभाजित हो जाता है, जो सभी मेजबान पर भोजन करते हैं और अंततः उसे मार देते हैं।
(e) प्रतिविष (Antidote):
एक प्रतिविष एक पदार्थ है जो विषाक्तता के प्रभावों का मुकाबला कर सकता है। यह कई तरीकों से काम करता है, जैसे कि विष को निष्क्रिय करना, शरीर से उसके उन्मूलन को बढ़ावा देना, या विष द्वारा अवरुद्ध किए गए शरीर के कार्य को बहाल करना। कीट विज्ञान और विष विज्ञान के संदर्भ में, एक प्रतिविष का उपयोग कीटनाशक विषाक्तता के इलाज के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, एट्रोपिन और प्रालिडोक्साइम (2-PAM) ऑर्गेनोफॉस्फेट और कार्बामेट कीटनाशक विषाक्तता के लिए सामान्य प्रतिविष हैं, जो एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ एंजाइम पर उनके प्रभाव का मुकाबला करते हैं।
Q4. तीव्र विषाक्तता के विभिन्न सूचकांकों अर्थात, LD50, LC50 और LT50 की व्याख्या करें। इन मानों के महत्व पर चर्चा करें।
Ans. तीव्र विषाक्तता सूचकांक मानकीकृत माप हैं जिनका उपयोग किसी रसायन या विष की अल्पकालिक विषाक्तता का आकलन करने के लिए किया जाता है। वे विष विज्ञान और जोखिम मूल्यांकन में आवश्यक हैं। मुख्य सूचकांक LD50, LC50 और LT50 हैं।
1. LD50 (Lethal Dose, 50%):
- परिभाषा: LD50 एक विष की वह खुराक है जो एक परीक्षण आबादी के 50% को मारने के लिए आवश्यक होती है, जब इसे एक विशिष्ट मार्ग (जैसे, मौखिक, त्वचीय, अंतःशिरा) द्वारा दिया जाता है।
- इकाई: इसे आमतौर पर शरीर के वजन के प्रति किलोग्राम विष के मिलीग्राम (mg/kg) में व्यक्त किया जाता है।
- व्याख्या: कम LD50 मान उच्च विषाक्तता को इंगित करता है , क्योंकि परीक्षण आबादी के आधे हिस्से को मारने के लिए कम मात्रा में पदार्थ की आवश्यकता होती है। इसके विपरीत, एक उच्च LD50 मान कम तीव्र विषाक्तता को दर्शाता है।
2. LC50 (Lethal Concentration, 50%):
- परिभाषा: LC50 एक विष की वह सांद्रता है जो पर्यावरण (आमतौर पर पानी या हवा) में मौजूद होने पर, एक विशिष्ट अवधि के लिए संपर्क में आने पर एक परीक्षण आबादी के 50% को मार देती है।
- इकाई: इसे हवा में प्रति लीटर मिलीग्राम (mg/L) या हवा के लिए प्रति मिलियन भाग (ppm) में, या जलीय परीक्षणों के लिए पानी में प्रति लीटर मिलीग्राम (mg/L) में व्यक्त किया जाता है।
- व्याख्या: LD50 के समान, कम LC50 मान उच्च विषाक्तता को इंगित करता है । यह सूचकांक विशेष रूप से जलीय जीवों (जैसे, मछली) या उन जीवों के लिए प्रासंगिक है जो साँस द्वारा विषाक्त पदार्थों के संपर्क में आते हैं (जैसे, कीटनाशक स्प्रे के संपर्क में आने वाले कीड़े)।
3. LT50 (Lethal Time, 50%):
- परिभाषा: LT50 वह समय है जो किसी विष की एक निश्चित खुराक या सांद्रता के संपर्क में आने पर एक परीक्षण आबादी के 50% को मारने के लिए आवश्यक होता है।
- इकाई: इसे समय की इकाइयों में व्यक्त किया जाता है, जैसे मिनट या घंटे।
- व्याख्या: यह मापता है कि एक विष कितनी जल्दी काम करता है। एक छोटा LT50 मान एक तेजी से काम करने वाले विष को इंगित करता है । यह मान एक विशिष्ट खुराक या सांद्रता पर निर्भर करता है; उच्च सांद्रता आमतौर पर कम LT50 मान की ओर ले जाती है।
इन मानों का महत्व:
ये विषाक्तता सूचकांक कई कारणों से महत्वपूर्ण हैं:
- विषाक्तता की तुलना: वे वैज्ञानिकों को विभिन्न रसायनों की सापेक्ष तीव्र विषाक्तता की तुलना करने के लिए एक मानकीकृत तरीका प्रदान करते हैं। यह कीटनाशकों या दवाओं के विकास में महत्वपूर्ण है।
- जोखिम मूल्यांकन और विनियमन: नियामक एजेंसियां (जैसे EPA) इन मानों का उपयोग मनुष्यों और पर्यावरण के लिए रसायनों के जोखिम का आकलन करने के लिए करती हैं। वे इन आंकड़ों के आधार पर सुरक्षा दिशानिर्देश, लेबलिंग आवश्यकताएं और अनुमेय जोखिम सीमाएं निर्धारित करते हैं।
- वर्गीकरण: रसायनों को उनकी विषाक्तता के आधार पर वर्गीकृत और लेबल किया जाता है (उदाहरण के लिए, ‘अत्यधिक विषैला’, ‘मध्यम रूप से विषैला’), जो काफी हद तक उनके LD50/LC50 मानों पर आधारित होता है।
- प्रतिविष विकास: किसी विष की शक्ति को समझना प्रभावी प्रतिविष के विकास के लिए महत्वपूर्ण है।
- कीट नियंत्रण रणनीति: कीट विज्ञान में, ये मान कीटनाशकों की प्रभावकारिता का मूल्यांकन करने और लक्षित कीटों को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक उचित खुराक और अनुप्रयोग विधियों को निर्धारित करने में मदद करते हैं।
हालांकि ये मान उपयोगी हैं, उनकी सीमाएं हैं। वे केवल तीव्र मृत्यु दर को मापते हैं और पुरानी (दीर्घकालिक) विषाक्तता, उप-घातक प्रभाव (जैसे प्रजनन या व्यवहार पर प्रभाव), या विभिन्न प्रजातियों में विषाक्तता में भिन्नता को नहीं दर्शाते हैं।
Q5. (a) कीट में मैलपीगी नलिकाओं की संरचना और कार्य की व्याख्या करें। (b) हीमोलिम्फ के कार्यों पर चर्चा करें।
Ans. (a) कीट में मैलपीगी नलिकाओं की संरचना और कार्य:
मैलपीगी नलिकाएं कीटों और अन्य स्थलीय आर्थ्रोपोड्स की मुख्य उत्सर्जन और परासरण-नियामक अंग हैं।
संरचना:
- मैलपीगी नलिकाएं पतली, लंबी, अंधी-सिरे वाली नलिकाएं होती हैं जो मध्य-आंत्र और पश्च-आंत्र के जंक्शन पर पाचन तंत्र से निकलती हैं।
- उनकी संख्या कुछ से लेकर सौ से अधिक तक भिन्न हो सकती है।
- नलिकाएं हीमोलिम्फ में स्वतंत्र रूप से तैरती हैं, जो उन्हें पूरे शरीर गुहा (हीमोसील) से अपशिष्ट उत्पादों को सीधे अवशोषित करने की अनुमति देती है।
- प्रत्येक नलिका उपकला कोशिकाओं की एक एकल परत से बनी होती है। नलिकाओं को दो मुख्य क्षेत्रों में विभाजित किया जा सकता है:
- दूरस्थ क्षेत्र: यह अंधा, बंद सिरा है जो हीमोलिम्फ में तैरता है। यह प्राथमिक मूत्र के निर्माण के लिए जिम्मेदार है।
- समीपस्थ क्षेत्र: यह वह हिस्सा है जो आंत से जुड़ता है। यह प्राथमिक मूत्र के संशोधन, यानी पानी और आवश्यक आयनों के पुन: अवशोषण के लिए जिम्मेदार है।
कार्य:
मैलपीगी नलिकाओं के दो मुख्य कार्य हैं: उत्सर्जन और परासरण नियमन।
- उत्सर्जन (प्राथमिक मूत्र का निर्माण): दूरस्थ क्षेत्र की कोशिकाएं सक्रिय रूप से पोटेशियम आयनों (K+) और अक्सर सोडियम आयनों (Na+) को हीमोलिम्फ से नलिका के लुमेन में पंप करती हैं। यह एक परासरणी प्रवणता बनाता है जो पानी, अमीनो एसिड, शर्करा और नाइट्रोजनी अपशिष्ट (मुख्य रूप से यूरिक एसिड या इसके लवण) को निष्क्रिय रूप से लुमेन में खींचता है। इस तरल पदार्थ को प्राथमिक मूत्र कहा जाता है। यह प्रक्रिया निस्पंदन के बजाय स्राव पर आधारित है, जैसा कि कशेरुकी गुर्दे में होता है।
- परासरण नियमन (मूत्र का संशोधन): प्राथमिक मूत्र नलिकाओं से पश्च-आंत्र (विशेष रूप से मलाशय) में बहता है। यहां, समीपस्थ नलिकाओं और मलाशय की दीवार की विशेष कोशिकाएं अधिकांश पानी, आवश्यक आयनों (Na+, K+, Cl-), और शर्करा और अमीनो एसिड जैसे मूल्यवान solytes को वापस हीमोलिम्फ में सक्रिय रूप से पुन: अवशोषित करती हैं। नाइट्रोजनी अपशिष्ट, जैसे यूरिक एसिड, जो पानी में कम घुलनशील होता है, पीछे रह जाता है और मल के साथ लगभग सूखे रूप में उत्सर्जित होता है। यह कुशल जल पुन: अवशोषण स्थलीय कीटों के लिए एक महत्वपूर्ण जल संरक्षण अनुकूलन है।
(b) हीमोलिम्फ के कार्यों पर चर्चा करें:
हीमोलिम्फ कीटों का रक्त-समान तरल पदार्थ है, जो उनके खुले परिसंचरण तंत्र में घूमता है। यह कशेरुकी रक्त के विपरीत है क्योंकि इसमें आमतौर पर हीमोग्लोबिन जैसे श्वसन वर्णक नहीं होते हैं और इसलिए यह ऑक्सीजन परिवहन में प्रमुख भूमिका नहीं निभाता है। इसके विविध कार्य हैं:
- पदार्थों का परिवहन: हीमोलिम्फ शरीर के चारों ओर विभिन्न पदार्थों को वितरित करता है। यह पाचन तंत्र से वसा शरीर और मांसपेशियों जैसे ऊतकों तक पोषक तत्वों (शर्करा, लिपिड, अमीनो एसिड) का परिवहन करता है। यह ऊतकों से मैलपीगी नलिकाओं तक नाइट्रोजनी अपशिष्ट (जैसे यूरिक एसिड) भी ले जाता है।
- हार्मोन वितरण: अंतःस्रावी ग्रंथियों से निकलने वाले हार्मोन (जैसे एक्डाइसोन, किशोर हार्मोन) को उनके लक्ष्य अंगों तक पहुंचाने के लिए हीमोलिम्फ एक माध्यम के रूप में कार्य करता है, इस प्रकार वृद्धि, विकास और प्रजनन का समन्वय करता है।
- प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया (रक्षा): हीमोलिम्फ में हीमोसाइट्स नामक विभिन्न प्रकार की कोशिकाएं होती हैं। ये कोशिकाएं प्रतिरक्षा में महत्वपूर्ण होती हैं, जो निम्नलिखित प्रक्रियाओं में शामिल होती हैं:
- फैगोसाइटोसिस: बैक्टीरिया और अन्य छोटे विदेशी कणों को निगलना।
- एनकैप्सुलेशन: परजीवियों जैसे बड़े आक्रमणकारियों को घेरना और अलग करना।
- जमावट (थक्का जमना): घावों को सील करना और रक्तस्राव को रोकना।
हीमोलिम्फ में जीवाणुरोधी प्रोटीन भी होते हैं।
- हाइड्रोलिक कार्य: हीमोलिम्फ का दबाव शरीर के आकार और गति में भूमिका निभाता है। यह एक्डाइसिस (पुराने क्यूटिकल को झाड़ने) के दौरान और पंखों को फैलाने और वयस्क के उभरने के बाद क्यूटिकल को सख्त करने के लिए आवश्यक है।
- भंडारण: हीमोलिम्फ पानी, आयनों और पोषक तत्वों के लिए एक भंडार के रूप में कार्य करता है।
- परासरण दाब और pH का रखरखाव: यह पूरे शरीर में एक स्थिर आंतरिक वातावरण (होमियोस्टेसिस) बनाए रखने में मदद करता है।
Q6. (a) कीटों में आवेग संचरण प्रक्रिया की व्याख्या करें। (b) स्थलीय और जलीय कीटों में परासरण नियमन की प्रक्रिया की तुलना करें।
Ans. (a) कीटों में आवेग संचरण प्रक्रिया की व्याख्या करें:
कीटों में आवेग संचरण, जिसे तंत्रिका संचरण भी कहा जाता है, कशेरुकियों के समान सिद्धांतों का पालन करता है। इसमें एक न्यूरॉन के भीतर एक विद्युत संकेत (एक्शन पोटेंशिअल) और न्यूरॉन्स के बीच एक रासायनिक संकेत (सिनैप्टिक ट्रांसमिशन) शामिल है।
1. एक्शन पोटेंशिअल (एक न्यूरॉन के भीतर):
- विराम विभव: आराम की स्थिति में, एक न्यूरॉन एक विराम विभव बनाए रखता है, जहां कोशिका झिल्ली के अंदर का भाग बाहर की तुलना में नकारात्मक रूप से चार्ज होता है। यह सोडियम-पोटेशियम पंप द्वारा बनाए रखा जाता है जो सोडियम आयनों (Na+) को बाहर और पोटेशियम आयनों (K+) को अंदर पंप करता है।
- विध्रुवण: जब न्यूरॉन को उत्तेजित किया जाता है, तो वोल्टेज-गेटेड Na+ चैनल खुलते हैं। Na+ आयन तेजी से न्यूरॉन में प्रवाहित होते हैं, जिससे झिल्ली के अंदर का भाग सकारात्मक हो जाता है। यह विध्रुवण का एक तीव्र स्पाइक बनाता है जिसे एक्शन पोटेंशिअल कहा जाता है।
- पुनर्ध्रुवण: तुरंत बाद, Na+ चैनल बंद हो जाते हैं और वोल्टेज-गेटेड K+ चैनल खुल जाते हैं। K+ आयन कोशिका से बाहर निकलते हैं, जिससे झिल्ली विभव वापस अपने नकारात्मक विराम स्तर पर आ जाता है।
- संचरण: यह विध्रुवण और पुनर्ध्रुवण की लहर एक्सोन के साथ-साथ एक विद्युत आवेग के रूप में यात्रा करती है।
2. सिनैप्टिक ट्रांसमिशन (न्यूरॉन्स के बीच):
- जब एक्शन पोटेंशिअल एक्सोन टर्मिनल (प्रीसिनैप्टिक टर्मिनल) तक पहुंचता है, तो यह कैल्शियम आयन (Ca2+) चैनलों को खोलता है। Ca2+ का प्रवाह पुटिकाओं को प्रेरित करता है जिनमें न्यूरोट्रांसमीटर होते हैं, जो सिनैप्टिक फांक (दो न्यूरॉन्स के बीच की खाई) में मिल जाते हैं।
- कीटों में प्रमुख उत्तेजक न्यूरोट्रांसमीटर एसिटाइलकोलाइन (ACh) है, जबकि गामा-एमिनोब्यूट्रिक एसिड (GABA) एक प्रमुख निरोधात्मक न्यूरोट्रांसमीटर है।
- न्यूरोट्रांसमीटर सिनैप्टिक फांक में फैलते हैं और पोस्टसिनैप्टिक न्यूरॉन की झिल्ली पर विशिष्ट रिसेप्टर्स से जुड़ते हैं।
- यह जुड़ाव पोस्टसिनैप्टिक न्यूरॉन में आयन चैनलों को खोलता है, जिससे या तो उत्तेजना (विध्रुवण) या निषेध (अतिध्रुवण) होता है। यदि उत्तेजना एक सीमा तक पहुंच जाती है, तो यह अगले न्यूरॉन में एक नया एक्शन पोटेंशिअल उत्पन्न करती है।
- अंत में, एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ (AChE) जैसे एंजाइम सिग्नल को समाप्त करने के लिए सिनैप्टिक फांक में न्यूरोट्रांसमीटर को तोड़ देते हैं। कई कीटनाशक (जैसे, ऑर्गेनोफॉस्फेट) इस प्रक्रिया में हस्तक्षेप करके काम करते हैं।
(b) स्थलीय और जलीय कीटों में परासरण नियमन की प्रक्रिया की तुलना करें:
परासरण नियमन एक जीव के शरीर के तरल पदार्थों में पानी और विलेय सांद्रता का सक्रिय विनियमन है। स्थलीय और जलीय कीटों को बहुत अलग परासरणी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है और उन्होंने अलग-अलग अनुकूलन विकसित किए हैं।
स्थलीय कीट:
- मुख्य चुनौती: निर्जलीकरण (पानी की कमी) । उन्हें अपने शुष्क वातावरण में पानी का संरक्षण करना चाहिए।
- अनुकूलन:
- अभेद्य क्यूटिकल: मोमी एपिक्यूटिकल वाष्पीकरण के माध्यम से पानी के नुकसान को बहुत कम कर देता है।
- श्वसनिका नियंत्रण: श्वसनिका (स्पिरैकल), जो श्वसन के लिए गैस विनिमय छिद्र हैं, को पानी के नुकसान को कम करने के लिए खोला और बंद किया जा सकता है।
- कुशल उत्सर्जन: मैलपीगी नलिकाएं और मलाशय पानी के संरक्षण में महत्वपूर्ण हैं। मलाशय मूत्र और मल से लगभग सारा पानी पुन: अवशोषित कर लेता है, जिससे शुष्क यूरिक एसिड छर्रों का उत्सर्जन होता है।
- व्यवहार अनुकूलन: कई कीट शुष्क परिस्थितियों के दौरान निष्क्रिय रहते हैं या नम माइक्रोहैबिटेट की तलाश करते हैं।
- चयापचय जल: कुछ कीट, विशेष रूप से जो शुष्क खाद्य पदार्थों पर रहते हैं, अपने चयापचय से उत्पन्न पानी पर निर्भर हो सकते हैं।
जलीय कीट:
जलीय कीटों की चुनौतियां पानी की लवणता पर निर्भर करती हैं।
- मीठे पानी के कीट:
- मुख्य चुनौती: पानी का निरंतर प्रवाह और लवणों का नुकसान । उनका हीमोलिम्फ आसपास के मीठे पानी की तुलना में हाइपरटोनिक (अधिक सांद्रित) होता है।
- अनुकूलन:
- वे बड़ी मात्रा में बहुत पतला मूत्र उत्सर्जित करके अतिरिक्त पानी से छुटकारा पाते हैं।
- उनके पास अपेक्षाकृत अभेद्य क्यूटिकल होता है।
- वे गुदा पैपिला या क्लोराइड कोशिकाओं जैसी विशेष संरचनाओं का उपयोग करके पानी से सक्रिय रूप से लवणों को अवशोषित करते हैं।
- खारे पानी के कीट:
- मुख्य चुनौती: निर्जलीकरण और अतिरिक्त लवणों का अंतर्ग्रहण । उनका हीमोलिम्फ आसपास के खारे पानी की तुलना में हाइपोटोनिक (कम सांद्रित) होता है।
- अनुकूलन:
- वे पानी के नुकसान की भरपाई के लिए खारा पानी पीते हैं।
- वे मैलपीगी नलिकाओं के माध्यम से सक्रिय रूप से अतिरिक्त लवणों (जैसे, Mg2+, SO42-) का स्राव करते हैं।
- वे कशेरुकियों के समान, मलाशय के माध्यम से अपने शरीर के तरल पदार्थों के लिए आइसोटोनिक मूत्र उत्सर्जित करते हैं।
संक्षेप में, स्थलीय कीट पानी के संरक्षण के लिए अधिकतम अनुकूलित होते हैं, जबकि मीठे पानी के कीट अतिरिक्त पानी को बाहर निकालने और लवणों को बनाए रखने पर ध्यान केंद्रित करते हैं, और खारे पानी के कीट पानी को बनाए रखने और अतिरिक्त लवणों को बाहर निकालने पर ध्यान केंद्रित करते हैं।
Q7. (a) एक सुरक्षित कीटनाशक के रूप में नीम के तेल के स्रोत, सक्रिय संघटक और उपयोगों का वर्णन करें। (b) जलीय कीटों द्वारा नियोजित विभिन्न श्वसन विधियों पर चर्चा करें।
Ans. (a) एक सुरक्षित कीटनाशक के रूप में नीम के तेल के स्रोत, सक्रिय संघटक और उपयोग:
नीम का तेल एक प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला कीटनाशक है जो अपने व्यापक-स्पेक्ट्रम प्रभाव और पर्यावरणीय सुरक्षा के लिए जाना जाता है।
स्रोत:
नीम का तेल नीम के पेड़, Azadirachta indica के बीजों (गुठली) से निकाला जाता है, जो भारतीय उपमहाद्वीप का मूल निवासी है। तेल को आमतौर पर कोल्ड प्रेसिंग, सॉल्वेंट एक्सट्रैक्शन या स्टीम डिस्टिलेशन द्वारा प्राप्त किया जाता है।
सक्रिय संघटक:
नीम के तेल में कई टेट्रानोर्ट्रिटरपेनोइड्स होते हैं, जो लिमोनोइड्स नामक यौगिकों का एक समूह है। इनमें से सबसे महत्वपूर्ण और सबसे अच्छी तरह से अध्ययन किया गया सक्रिय संघटक एजाडिरेक्टिन (Azadirachtin) है। एजाडिरेक्टिन नीम के कीटनाशक गुणों के लिए काफी हद तक जिम्मेदार है। अन्य यौगिक जैसे निम्बिन, निम्बिडिन और सैलानिन भी इसकी गतिविधि में योगदान करते हैं।
उपयोग और क्रिया का तरीका:
नीम का तेल एक बहु-क्रिया कीटनाशक के रूप में काम करता है, जो 200 से अधिक कीट प्रजातियों को प्रभावित करता है। इसकी क्रिया के मुख्य तरीके हैं:
- प्रतिभक्षी (Antifeedant): एजाडिरेक्टिन एक शक्तिशाली प्रतिभक्षी है। जब कीड़े नीम के तेल से उपचारित पौधे की सतहों पर भोजन करने का प्रयास करते हैं, तो यह उनके मुखांगों में स्वाद रिसेप्टर्स को अवरुद्ध कर देता है, जिससे वे भोजन करना बंद कर देते हैं। इससे भुखमरी और अंततः मृत्यु हो जाती है।
- कीट वृद्धि नियामक (IGR): एजाडिरेक्टिन की संरचना निर्मोचन हार्मोन, एक्डाइसोन के समान है। यह एक्डाइसोन के संश्लेषण और रिलीज में हस्तक्षेप करता है, जिससे सामान्य निर्मोचन प्रक्रिया बाधित होती है। लार्वा ठीक से निर्मोचन करने में विफल रहते हैं और मर जाते हैं, या वे विकृत प्यूपा या वयस्क के रूप में विकसित होते हैं जो प्रजनन करने में असमर्थ होते हैं।
- अंडारोधी और विकर्षक (Oviposition Deterrent and Repellent): नीम का तेल मादा कीड़ों को उपचारित सतहों पर अंडे देने से रोकता है। यह एक विकर्षक के रूप में भी काम करता है, जो कीड़ों को फसलों से दूर भगाता है।
सुरक्षा:
नीम के तेल को एक सुरक्षित कीटनाशक माना जाता है क्योंकि:
- यह जैव निम्नीकरणीय (biodegradable) है और पर्यावरण में बना नहीं रहता है।
- यह स्तनधारियों, पक्षियों और लाभकारी कीड़ों जैसे मधुमक्खियों और लेडीबग्स के लिए अपेक्षाकृत गैर-विषैला है, क्योंकि यह मुख्य रूप से उन कीड़ों को प्रभावित करता है जो उपचारित पौधों को खाते हैं।
- यह जैविक खेती में उपयोग के लिए स्वीकृत है।
(b) जलीय कीटों द्वारा नियोजित विभिन्न श्वसन विधियों पर चर्चा करें।
जलीय कीटों ने पानी के नीचे सांस लेने की चुनौती से निपटने के लिए विभिन्न प्रकार के शारीरिक और व्यवहारिक अनुकूलन विकसित किए हैं। उनके श्वसन तंत्र वायुमंडलीय ऑक्सीजन का उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, इसलिए उन्होंने पानी में घुलित ऑक्सीजन निकालने या सतह से हवा प्राप्त करने के तरीके विकसित किए हैं।
1. त्वचीय श्वसन: कुछ छोटे, पतली त्वचा वाले जलीय लार्वा, जैसे कुछ डिप्टेरा (मिज) लार्वा, अपनी सामान्य शरीर की सतह के माध्यम से सीधे पानी से ऑक्सीजन ग्रहण कर सकते हैं। गैस विनिमय के लिए उनके पास कोई विशेष श्वसन संरचना नहीं होती है। यह केवल उन कीड़ों में कुशल है जिनका सतह-क्षेत्र-से-आयतन अनुपात अधिक होता है।
2. श्वासनली गलफड़े (Tracheal Gills): यह जलीय कीट लार्वा में सबसे आम अनुकूलन है। गलफड़े शरीर की दीवार के पतले विस्तार होते हैं जिनमें श्वासनली (ट्रैकिओल्स) का एक समृद्ध नेटवर्क होता है। पानी से ऑक्सीजन गलफड़ों की पतली दीवार में फैल जाती है और श्वासनली प्रणाली में प्रवेश करती है, जो इसे पूरे शरीर में वितरित करती है।
- उदाहरण: मईफ्लाई निम्फ (एपिमेरोप्टेरा) के पेट पर पत्ती जैसे या पंखदार गलफड़े होते हैं, और डैम्सेलफ्लाई निम्फ (ओडोनाटा) के पेट के अंत में तीन पुच्छीय गलफड़े होते हैं।
3. मलाशय श्वसन (Rectal Gills): ड्रैगनफ्लाई निम्फ (एनिसोप्टेरा) में, मलाशय को एक विशेष श्वसन कक्ष में संशोधित किया गया है जिसमें आंतरिक श्वासनली गलफड़े होते हैं। निम्फ पानी को अपने मलाशय में खींचता है और बाहर निकालता है, जिससे गलफड़ों पर ऑक्सीजन युक्त पानी बहता है। इस पानी को तेजी से बाहर निकालने से जेट प्रोपल्शन द्वारा गति भी होती है।
4. श्वसन साइफन (Breathing Siphons): कुछ जलीय कीट सतह से सीधे वायुमंडलीय ऑक्सीजन प्राप्त करने के लिए श्वास नलियों या साइफन का उपयोग करते हैं। ये संरचनाएं स्नोर्कल की तरह काम करती हैं। कीट पानी के नीचे रहता है जबकि साइफन की नोक पानी की सतह को तोड़ देती है।
- उदाहरण: मच्छर के लार्वा (कुलिसीडी) के पेट के अंत में एक छोटा साइफन होता है। पानी के भृंग (डाइटिसिडे) के लार्वा के पेट के सिरे पर एक लंबा साइफन होता है।
5. भौतिक गलफड़ा (Physical Gill) / वायु का बुलबुला श्वसन: कुछ जलीय भृंग और बग (हेमिप्टेरा) अपने साथ पानी के नीचे हवा का एक बुलबुला ले जाते हैं। यह बुलबुला उनके पंखों के नीचे या शरीर पर विशेष जल-विकर्षक बालों द्वारा gehalten किया जाता है। बुलबुला एक भौतिक गलफड़े के रूप में कार्य करता है। जैसे ही कीट बुलबुले में ऑक्सीजन का उपयोग करता है, पानी से ऑक्सीजन बुलबुले में फैल जाती है, जिससे आपूर्ति फिर से भर जाती है।
- उदाहरण: प्रीडेशियस डाइविंग बीटल (डाइटिसिडे) और वॉटर बोटमेन (कोरिक्लिडे)।
Q8. (a) कीट वृद्धि नियामक (IGRs) कीटनाशकों के रूप में कैसे कार्य करते हैं, इसकी व्याख्या करें। (b) कीटों में परिसंचरण की क्रियाविधि की व्याख्या करें।
Ans. (a) कीट वृद्धि नियामक (IGRs) कीटनाशकों के रूप में कैसे कार्य करते हैं, इसकी व्याख्या करें:
कीट वृद्धि नियामक (IGRs) ऐसे रसायन हैं जो कीड़ों की सामान्य वृद्धि, विकास और कायांतरण प्रक्रियाओं में हस्तक्षेप करते हैं। वे पारंपरिक न्यूरोटॉक्सिक कीटनाशकों की तरह सीधे कीटों को नहीं मारते, बल्कि वे उनके जीवन चक्र को बाधित करते हैं, जिससे अंततः मृत्यु हो जाती है या प्रजनन विफलता होती है। वे कीटों के लिए अधिक विशिष्ट होते हैं और स्तनधारियों के लिए कम विषैले होते हैं, जिससे वे एकीकृत कीट प्रबंधन (IPM) कार्यक्रमों में मूल्यवान उपकरण बन जाते हैं।
IGRs को दो मुख्य श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है:
1. काइटिन संश्लेषण अवरोधक (Chitin Synthesis Inhibitors – CSIs):
- क्रिया का तरीका: ये यौगिक काइटिन के उत्पादन को रोकते हैं, जो कीट के एक्सोस्केलेटन (क्यूटिकल) का एक महत्वपूर्ण संरचनात्मक घटक है। जब CSI के संपर्क में आने वाला कीट निर्मोचन करने का प्रयास करता है, तो यह एक कमजोर, दोषपूर्ण नया क्यूटिकल बनाता है। निर्मोचन के दौरान क्यूटिकल फट जाता है, या नया क्यूटिकल कीट के शरीर का समर्थन करने में असमर्थ होता है, जिसके परिणामस्वरूप कीट की मृत्यु हो जाती है।
- प्रभाव: वे मुख्य रूप से अपरिपक्व चरणों (लार्वा) पर प्रभावी होते हैं जो सक्रिय रूप से निर्मोचन कर रहे होते हैं। वे वयस्कों को सीधे प्रभावित नहीं करते हैं, लेकिन कुछ अंडे की व्यवहार्यता को कम कर सकते हैं।
- उदाहरण: बेंज़ोइलुरिया जैसे डिफ्लुबेंज़ुरोन (डिमिलिन) और लुफेनुरोन।
2. किशोर हार्मोन (JH) एनालॉग्स और मिमिक्स:
- क्रिया का तरीका: ये रसायन कीट के अपने किशोर हार्मोन (JH) की क्रिया की नकल करते हैं। JH कायांतरण को नियंत्रित करता है; इसकी उपस्थिति कीट को अपरिपक्व (लार्वा) अवस्था में रखती है। JH एनालॉग्स कृत्रिम रूप से कीट के शरीर में JH के स्तर को ऊंचा रखते हैं, तब भी जब यह स्वाभाविक रूप से गिरना चाहिए।
- प्रभाव: यह हार्मोनल असंतुलन सामान्य कायांतरण को रोकता है। लार्वा समय से पहले प्यूपा बनने का प्रयास कर सकता है, या वे प्यूपा बनने में पूरी तरह से विफल हो सकते हैं और एक और लार्वा चरण में निर्मोचन के बाद मर जाते हैं। यदि प्यूपा चरण पर लागू किया जाता है, तो वे वयस्क के उद्भव को रोक सकते हैं या गैर-व्यवहार्य, बाँझ वयस्कों का उत्पादन कर सकते हैं।
- उदाहरण: मेथोप्रिन, पाइरिप्रोक्सीफेन, और फेनोक्सीकार्ब।
संक्षेप में, IGRs कीटों की अनूठी शारीरिक प्रक्रियाओं (निर्मोचन और कायांतरण) को लक्षित करके कीटनाशकों के रूप में कार्य करते हैं, जो उन्हें पारंपरिक व्यापक-स्पेक्ट्रम कीटनाशकों के लिए एक सुरक्षित और अधिक चयनात्मक विकल्प बनाता है।
(b) कीटों में परिसंचरण की क्रियाविधि की व्याख्या करें:
कीटों में एक खुला परिसंचरण तंत्र होता है, जो कशेरुकियों के बंद तंत्र से बहुत अलग है जिसमें रक्त हमेशा वाहिकाओं (धमनियों, शिराओं, केशिकाओं) के भीतर समाहित रहता है। कीटों में, परिसंचारी तरल पदार्थ, जिसे हीमोलिम्फ कहा जाता है, शरीर के गुहा में सीधे ऊतकों और अंगों को स्नान कराता है।
मुख्य घटक:
- हीमोसील (Haemocoel): यह मुख्य शरीर गुहा है जो हीमोलिम्फ से भरी होती है। यह डायाफ्राम द्वारा साइनस (पेरिकार्डियल, पेरिवाइसरल, और पेरिन्यूरल साइनस) में विभाजित होता है जो हीमोलिम्फ के निर्देशित प्रवाह में मदद करता है।
- पृष्ठीय वाहिका (Dorsal Vessel): यह परिसंचरण तंत्र का मुख्य (और अक्सर एकमात्र) पंपिंग अंग है। यह शरीर की पृष्ठीय मध्य रेखा के साथ चलती है और दो भागों में विभाजित होती है:
- हृदय (Heart): वाहिका का पिछला, पेशीय भाग जो पेट में स्थित होता है। यह खंडित होता है और इसमें ओस्टिया नामक युग्मित छिद्र होते हैं, जो एक-तरफ़ा वाल्व के रूप में कार्य करते हैं।
- महाधमनी (Aorta): वाहिका का सरल, गैर-संकुचनशील अग्र भाग जो वक्ष से होकर सिर तक जाता है।
- हीमोलिम्फ (Haemolymph): यह कीट का “रक्त” है। यह पोषक तत्वों, अपशिष्टों और हार्मोनों का परिवहन करता है लेकिन आमतौर पर ऑक्सीजन का नहीं (क्योंकि ऑक्सीजन सीधे श्वासनली प्रणाली के माध्यम से ऊतकों तक पहुंचाई जाती है)।
परिसंचरण की क्रियाविधि:
- हृदय की दीवार में मांसपेशियां लयबद्ध रूप से संकुचित होती हैं, एक पश्च-से-अग्र पेरिस्टाल्टिक लहर में।
- जब हृदय फैलता (आराम करता) है, तो ओस्टिया खुल जाते हैं, जिससे हीमोसील से हीमोलिम्फ हृदय में प्रवेश करता है।
- जब हृदय संकुचित होता है, तो ओस्टिया पर वाल्व बंद हो जाते हैं, और हीमोलिम्फ को हृदय से आगे की ओर महाधमनी में पंप किया जाता है।
- हीमोलिम्फ महाधमनी से सिर के गुहा में खाली हो जाता है।
- सिर से, हीमोलिम्फ शरीर गुहा (हीमोसील) के माध्यम से पीछे की ओर और नीचे की ओर रिसता है, सीधे अंगों और ऊतकों को स्नान कराता है, जिससे पोषक तत्वों और अपशिष्टों का आदान-प्रदान होता है।
- जैसे ही यह पीछे की ओर बहता है, हीमोलिम्फ अंततः पेरिकार्डियल साइनस में लौटता है और ओस्टिया के माध्यम से फिर से हृदय में प्रवेश करता है, इस प्रकार सर्किट पूरा होता है।
इसके अतिरिक्त, सहायक स्पंदनात्मक अंग (छोटे, पेशीय पंप) अक्सर एंटीना, पैरों और पंखों के आधार पर पाए जाते हैं ताकि इन उपांगों में हीमोलिम्फ के परिसंचरण में सहायता मिल सके।
IGNOU MZOE-005 Previous Year Solved Question Paper in English
Q1. What are organophosphate compounds ? Describe their characteristic features and uses. Why are these considered harmful to the environment ?
Ans. Organophosphate (OP) compounds are a class of organic compounds containing phosphorus, and are esters of phosphoric acid. They function as nerve agents and are widely used as insecticides. Characteristic Features:
- Mode of Action: They work by irreversibly inhibiting a crucial enzyme called acetylcholinesterase (AChE). This enzyme breaks down the neurotransmitter acetylcholine (ACh). Due to the inhibition, ACh accumulates at nerve endings, causing continuous nerve stimulation, paralysis, and eventually the death of the insect.
- Non-persistence: Compared to organochlorine pesticides, OPs are less persistent in the environment. They break down relatively quickly through hydrolysis and microbial degradation.
- Toxicity: They are highly toxic to insects but also exhibit high acute toxicity to non-target organisms, including mammals.
- Solubility: They are generally fat-soluble, which allows them to accumulate in the fatty tissues of organisms.
Uses:
- Agriculture: They are used to control a wide range of chewing and sucking insects on crops. Examples include malathion, parathion, and chlorpyrifos.
- Public Health: They are used in vector control programs to manage mosquitoes, flies, and other vectors that transmit diseases like malaria, dengue, etc.
- Veterinary Medicine: They are used to control parasites on livestock, such as ticks and fleas.
Environmental Harm:
They are considered harmful to the environment because:
- Effects on Non-target Organisms: Due to their broad-spectrum activity, they can kill beneficial insects (like pollinators and predators), fish, birds, and other wildlife.
- Human Health Risks: Acute OP poisoning in humans can cause severe health issues, including respiratory failure and death. Chronic exposure has been linked to neurological disorders.
- Water Contamination: Runoff from agricultural fields can contaminate water sources, causing harm to aquatic life.
- Development of Resistance: The widespread use of OPs has led to the development of resistance in many insect species, making them less effective and necessitating the use of more toxic alternatives.
Due to these concerns, the use of many organophosphate compounds has been restricted or banned in several countries.
Q2. Name the hormones controlling moulting and metamorphosis in insects. Describe the hormonal control of moulting and metamorphosis in detail.
Ans. The main hormones controlling moulting and metamorphosis in insects are: 1. Prothoracicotropic hormone (PTTH) or Brain Hormone 2. Ecdysone (the moulting hormone) 3. Juvenile Hormone (JH)
Hormonal Control of Moulting and Metamorphosis: The process is a complex endocrine pathway that coordinates the stages of an insect’s growth and development.
1. Initiation of a Moult (Role of PTTH): The moulting process begins in the brain with specialized cells called neurosecretory cells (NSCs) . When the insect reaches a certain size or experiences specific environmental cues (like photoperiod or temperature), these cells release a peptide hormone called Prothoracicotropic hormone (PTTH) into the blood (haemolymph). PTTH travels via the haemolymph to the prothoracic glands , located in the thorax.
2. Induction of Moulting (Role of Ecdysone): Stimulated by PTTH, the prothoracic glands secrete a steroid hormone called Ecdysone . Ecdysone is a ‘pro-hormone’, which is converted in peripheral tissues (like the fat body) to its more active form, 20-hydroxyecdysone (20-E) . 20-E is the moulting hormone. It activates genes in the epidermal cells, triggering the moulting process, which involves:
- Apolysis: The separation of the old cuticle from the underlying epidermis.
- Secretion of a new cuticle: The formation of a new, folded cuticle by the epidermal cells.
- Ecdysis: The shedding of the old cuticle (the exuvia).
Without ecdysone, moulting cannot occur.
3. Regulation of Metamorphosis (Role of Juvenile Hormone): The outcome of the moult—whether the insect develops into the next larval stage or undergoes metamorphosis—is determined by the presence or absence of Juvenile Hormone (JH) . JH is secreted by a pair of glands called the corpora allata , located near the brain.
- High JH levels: When the level of JH is high in the presence of ecdysone, genes that maintain larval characteristics are activated. The result is a larva-to-larva moult . The insect gets bigger but remains in its larval form.
- Low JH levels: As the insect matures, the corpora allata secretes less JH. When the level of JH drops in the presence of ecdysone, pupa-specific genes are activated. The result is a larva-to-pupa moult .
- Absence of JH: During the pupal stage, the secretion of JH stops completely. When ecdysone acts alone (in the absence of JH), adult-specific genes are activated. This leads to a pupa-to-adult moult , completing metamorphosis.
In summary,
Ecdysone signals “to moult,”
while
JH determines the “type” of moult
, thus ensuring the insect maintains its immature status until it is ready to transform into the adult form.
Q3. Define the following terms: (a) Paedogenesis (b) Antifeedant (c) Biopesticide (d) Polyembryony (e) Antidote
Ans. (a) Paedogenesis: Paedogenesis, also known as juvenile reproduction, is a form of parthenogenesis in which an organism reproduces while in its larval or juvenile stage. Sexually immature larvae produce offspring without having reached the adult stage. This phenomenon is observed in some insects, such as certain aphids, gall midges (e.g., Micromalthus ), and some beetles. It allows for rapid population growth when conditions are favourable as it bypasses the time and energy required to reach the adult state.
(b) Antifeedant: An antifeedant is a chemical substance that deters insects from feeding on plants or other food sources. It does not kill the insect directly but modifies its behaviour, causing it to stop feeding and eventually die of starvation or become more susceptible to predators. Azadirachtin , derived from the neem tree, is a well-known natural antifeedant. Antifeedants are useful in pest management because they can be less harmful to the environment than conventional insecticides.
(c) Biopesticide: A biopesticide is a type of pesticide derived from natural materials such as animals, plants, bacteria, and certain minerals. They are generally considered less toxic and more environmentally friendly than conventional chemical pesticides. There are three main classes of biopesticides: 1. Microbial pesticides: These consist of a microorganism (e.g., a bacterium, fungus, virus) as the active ingredient. A common example is Bacillus thuringiensis (Bt). 2. Plant-Incorporated-Protectants (PIPs): These are pesticidal substances that plants produce from genetic material that has been added to the plant. 3. Biochemical pesticides: These are naturally occurring substances that control pests by non-toxic mechanisms, such as insect sex pheromones that interfere with mating.
(d) Polyembryony: Polyembryony is a reproductive phenomenon in which two or more embryos develop from a single fertilized egg. It is a form of asexual reproduction that occurs within sexual reproduction. In humans, it leads to the formation of identical twins. In insects, it is common in many species of parasitic Hymenoptera (wasps). The female lays a single egg into a host insect’s egg or larva, and this egg divides into multiple identical offspring, all of which feed on and eventually kill the host.
(e) Antidote: An antidote is a substance that can counteract the effects of a poison. It works in several ways, such as by inactivating the poison, promoting its elimination from the body, or restoring a body function that the poison has blocked. In the context of entomology and toxicology, an antidote is used to treat pesticide poisoning. For instance, atropine and pralidoxime (2-PAM) are common antidotes for organophosphate and carbamate insecticide poisoning, counteracting their effects on the acetylcholinesterase enzyme.
Q4. Explain the different indices of acute toxicity i.e., LD50, LC50 and LT50. Discuss the significance of these values.
Ans. Acute toxicity indices are standardized measures used to quantify the short-term toxicity of a chemical or toxin. They are essential in toxicology and risk assessment. The main indices are LD50, LC50, and LT50.
1. LD50 (Lethal Dose, 50%):
- Definition: The LD50 is the dose of a toxin required to kill 50% of a test population when administered by a specific route (e.g., oral, dermal, intravenous).
- Unit: It is typically expressed in milligrams of toxin per kilogram of body weight (mg/kg).
- Interpretation: A low LD50 value indicates high toxicity , as a smaller amount of the substance is needed to kill half the test population. Conversely, a high LD50 value reflects low acute toxicity.
2. LC50 (Lethal Concentration, 50%):
- Definition: The LC50 is the concentration of a toxin in the environment (usually water or air) that kills 50% of a test population when exposed for a specific duration.
- Unit: It is expressed as milligrams per litre (mg/L) in air or parts per million (ppm) for air, or as milligrams per litre (mg/L) in water for aquatic tests.
- Interpretation: Similar to LD50, a low LC50 value indicates high toxicity . This index is particularly relevant for aquatic organisms (e.g., fish) or for organisms exposed to toxins via inhalation (e.g., insects exposed to a pesticide spray).
3. LT50 (Lethal Time, 50%):
- Definition: The LT50 is the time required for a fixed dose or concentration of a toxin to kill 50% of a test population.
- Unit: It is expressed in units of time, such as minutes or hours.
- Interpretation: It measures how quickly a toxin acts. A short LT50 value indicates a fast-acting poison . This value is dependent on a specific dose or concentration; higher concentrations typically lead to lower LT50 values.
Significance of These Values: These toxicity indices are significant for several reasons:
- Comparison of Toxicity: They provide a standardized way for scientists to compare the relative acute toxicity of different chemicals. This is crucial in the development of pesticides or drugs.
- Risk Assessment and Regulation: Regulatory agencies (like the EPA) use these values to assess the risk of chemicals to humans and the environment. They set safety guidelines, labeling requirements, and permissible exposure limits based on these data.
- Classification: Chemicals are classified and labeled based on their toxicity (e.g., ‘highly toxic’, ‘moderately toxic’), which is largely based on their LD50/LC50 values.
- Antidote Development: Understanding the potency of a toxin is critical for the development of effective antidotes.
- Pest Control Strategy: In entomology, these values help evaluate the efficacy of insecticides and determine the proper dosages and application methods needed to control target pests.
While useful, these values have limitations. They only measure acute mortality and do not reflect chronic (long-term) toxicity, sub-lethal effects (e.g., impacts on reproduction or behaviour), or variations in toxicity across different species.
Q5. (a) Explain the structure and function of Malpighian tubules in insect. (b) Discuss the functions of haemolymph.
Ans. (a) Explain the structure and function of Malpighian tubules in insect: The Malpighian tubules are the main excretory and osmoregulatory organs of insects and other terrestrial arthropods.
Structure:
- Malpighian tubules are thin, long, blind-ended tubes that arise from the digestive tract at the junction of the midgut and hindgut.
- Their number can vary from a few to over a hundred.
- The tubules float freely in the haemolymph, which allows them to directly absorb waste products from the entire body cavity (haemocoel).
- Each tubule is composed of a single layer of epithelial cells. The tubules can be divided into two main regions:
- Distal region: This is the blind, closed end that floats in the haemolymph. It is responsible for the formation of primary urine.
- Proximal region: This is the part that joins the gut. It is responsible for the modification of the primary urine, i.e., reabsorption of water and essential ions.
Function: The Malpighian tubules have two primary functions: excretion and osmoregulation.
- Excretion (Formation of Primary Urine): The cells of the distal region actively pump potassium ions (K+) and often sodium ions (Na+) from the haemolymph into the lumen of the tubule. This creates an osmotic gradient that draws water, amino acids, sugars, and nitrogenous wastes (mainly uric acid or its salts) passively into the lumen. This fluid is called the primary urine . This process is based on secretion rather than filtration, as in the vertebrate kidney.
- Osmoregulation (Modification of Urine): The primary urine flows from the tubules into the hindgut (specifically the rectum). Here, specialized cells in the proximal tubules and the rectal wall actively reabsorb most of the water, essential ions (Na+, K+, Cl-), and valuable solutes like sugars and amino acids back into the haemolymph. The nitrogenous waste, such as uric acid, which is poorly soluble in water, is left behind and excreted in a nearly dry form along with the faeces. This efficient water reabsorption is a critical water conservation adaptation for terrestrial insects.
(b) Discuss the functions of haemolymph:
Haemolymph is the blood-like fluid of insects, circulating within their open circulatory system. It is unlike vertebrate blood as it generally lacks respiratory pigments like haemoglobin and therefore does not play a major role in oxygen transport. It has diverse functions:
- Transport of Substances: Haemolymph distributes various substances around the body. It transports nutrients (sugars, lipids, amino acids) from the digestive tract to tissues like the fat body and muscles. It also carries nitrogenous wastes (like uric acid) from the tissues to the Malpighian tubules.
- Hormone Distribution: Hormones (e.g., ecdysone, juvenile hormone) released from endocrine glands use the haemolymph as a medium to be delivered to their target organs, thus coordinating growth, development, and reproduction.
- Immune Response (Defense): The haemolymph contains various types of cells called haemocytes . These cells are crucial in immunity, involved in processes of:
- Phagocytosis: Engulfing bacteria and other small foreign particles.
- Encapsulation: Surrounding and isolating large invaders like parasites.
- Coagulation (clotting): Sealing wounds and preventing blood loss.
- Hydraulic Function: The pressure of the haemolymph plays a role in body shape and movement. It is essential during ecdysis (shedding the old cuticle) and for expanding the wings and hardening the cuticle after the adult emerges.
- Storage: Haemolymph acts as a reservoir for water, ions, and nutrients.
- Maintenance of Osmotic Pressure and pH: It helps maintain a stable internal environment (homeostasis) throughout the body.
Haemolymph also contains antimicrobial proteins.
Q6. (a) Explain the impulse transmission process in insects. (b) Compare the process of osmoregulation in terrestrial and aquatic insects.
Ans. (a) Explain the impulse transmission process in insects: Impulse transmission, or nerve transmission, in insects follows principles similar to those in vertebrates. It involves an electrical signal (action potential) within a neuron and a chemical signal (synaptic transmission) between neurons.
1. Action Potential (within a neuron):
- Resting Potential: At rest, a neuron maintains a resting potential , where the inside of the cell membrane is negatively charged relative to the outside. This is maintained by the sodium-potassium pump, which pumps sodium ions (Na+) out and potassium ions (K+) in.
- Depolarization: When the neuron is stimulated, voltage-gated Na+ channels open. Na+ ions rush into the neuron, making the inside of the membrane positive. This rapid spike of depolarization is the action potential .
- Repolarization: Immediately afterward, the Na+ channels close, and voltage-gated K+ channels open. K+ ions move out of the cell, returning the membrane potential to its negative resting level.
- Propagation: This wave of depolarization and repolarization travels along the axon as an electrical impulse.
2. Synaptic Transmission (between neurons):
- When the action potential reaches the axon terminal (presynaptic terminal), it opens calcium ion (Ca2+) channels. The influx of Ca2+ induces vesicles containing neurotransmitters to fuse with the membrane and release their contents into the synaptic cleft (the gap between two neurons).
- The major excitatory neurotransmitter in insects is acetylcholine (ACh) , while gamma-aminobutyric acid (GABA) is a major inhibitory one.
- The neurotransmitters diffuse across the synaptic cleft and bind to specific receptors on the membrane of the postsynaptic neuron.
- This binding opens ion channels in the postsynaptic neuron, causing either excitation (depolarization) or inhibition (hyperpolarization). If the excitation reaches a threshold, it generates a new action potential in the next neuron.
- Finally, enzymes like acetylcholinesterase (AChE) break down the neurotransmitter in the synaptic cleft to terminate the signal. Many insecticides (e.g., organophosphates) work by interfering with this process.
(b) Compare the process of osmoregulation in terrestrial and aquatic insects:
Osmoregulation is the active regulation of the water and solute concentrations of an organism’s body fluids. Terrestrial and aquatic insects face very different osmotic challenges and have evolved distinct adaptations.
Terrestrial Insects:
- Primary Challenge: Dehydration (water loss) . They must conserve water in their dry environment.
- Adaptations:
- Impermeable Cuticle: The waxy epicuticle greatly reduces water loss through evaporation.
- Spiracular Control: The spiracles, gas exchange pores for respiration, can be opened and closed to minimize water loss.
- Efficient Excretion: The Malpighian tubules and rectum are crucial for water conservation. The rectum reabsorbs almost all water from urine and faeces, leading to the excretion of dry uric acid pellets.
- Behavioural Adaptations: Many insects remain inactive during dry conditions or seek out moist microhabitats.
- Metabolic Water: Some insects, especially those living on dry food, can rely on water generated from their metabolism.
Aquatic Insects: The challenges for aquatic insects depend on the salinity of the water.
- Freshwater Insects:
- Primary Challenge: Constant influx of water and loss of salts . Their haemolymph is hypertonic (more concentrated) compared to the surrounding fresh water.
- Adaptations:
- They get rid of excess water by excreting large volumes of very dilute urine.
- They have a relatively impermeable cuticle.
- They actively absorb salts from the water using specialized structures like anal papillae or chloride cells.
- Saltwater Insects:
- Primary Challenge: Dehydration and ingestion of excess salts . Their haemolymph is hypotonic (less concentrated) compared to the surrounding salt water.
- Adaptations:
- They drink salt water to compensate for water loss.
- They actively secrete excess salts (e.g., Mg2+, SO42-) via the Malpighian tubules.
- They excrete a urine that is isotonic to their body fluids, similar to vertebrates, via the rectum.
In summary, terrestrial insects are maximally adapted for water conservation, while freshwater insects focus on expelling excess water and retaining salts, and saltwater insects focus on retaining water and expelling excess salts.
Q7. (a) Describe the source, active ingredient and uses of neem oil as a safe pesticide. (b) Discuss various respiratory methods employed by aquatic insects.
Ans. (a) Describe the source, active ingredient and uses of neem oil as a safe pesticide: Neem oil is a naturally occurring pesticide known for its broad-spectrum effects and environmental safety.
Source: Neem oil is extracted from the seeds (kernels) of the neem tree, Azadirachta indica , which is native to the Indian subcontinent. The oil is typically obtained by cold pressing, solvent extraction, or steam distillation.
Active Ingredient: Neem oil contains several tetranortriterpenoids, a group of compounds called limonoids. The most important and best-studied active ingredient among these is Azadirachtin . Azadirachtin is largely responsible for neem’s insecticidal properties. Other compounds like nimbin, nimbidin, and salannin also contribute to its activity.
Uses and Mode of Action: Neem oil works as a multi-action pesticide, affecting over 200 species of insects. Its main modes of action are:
- Antifeedant: Azadirachtin is a powerful antifeedant. When insects attempt to feed on plant surfaces treated with neem oil, it blocks taste receptors in their mouthparts, causing them to stop feeding. This leads to starvation and eventual death.
- Insect Growth Regulator (IGR): The structure of azadirachtin is similar to the moulting hormone, ecdysone. It interferes with the synthesis and release of ecdysone, disrupting the normal moulting process. Larvae fail to moult properly and die, or they develop into malformed pupae or adults that are unable to reproduce.
- Oviposition Deterrent and Repellent: Neem oil deters female insects from laying eggs on treated surfaces. It also acts as a repellent, driving insects away from crops.
Safety:
Neem oil is considered a safe pesticide because:
- It is biodegradable and does not persist in the environment.
- It is relatively non-toxic to mammals, birds, and beneficial insects like bees and ladybugs, as it primarily affects insects that eat the treated plants.
- It is approved for use in organic farming.
(b) Discuss various respiratory methods employed by aquatic insects.
Aquatic insects have evolved a variety of physiological and behavioural adaptations to overcome the challenge of breathing underwater. Their respiratory systems are designed to use atmospheric oxygen, so they have developed ways to either extract dissolved oxygen from the water or obtain air from the surface.
1. Cutaneous Respiration: Some small, thin-skinned aquatic larvae, such as certain Diptera (midge) larvae, can absorb oxygen directly from the water across their general body surface. They have no special respiratory structures for gas exchange. This is only efficient in insects with a high surface-area-to-volume ratio.
2. Tracheal Gills: This is the most common adaptation in aquatic insect larvae. Gills are thin extensions of the body wall containing a rich network of tracheae (tracheoles). Oxygen from the water diffuses across the thin wall of the gills and enters the tracheal system, which distributes it throughout the body.
- Examples: Mayfly nymphs (Ephemeroptera) have leaf-like or feathery gills on the abdomen, and damselfly nymphs (Odonata) have three caudal gills at the end of the abdomen.
3. Rectal Respiration: In dragonfly nymphs (Anisoptera), the rectum is modified into a special respiratory chamber containing internal tracheal gills. The nymph draws and expels water from its rectum, causing oxygenated water to flow over the gills. The rapid expulsion of this water also provides locomotion by jet propulsion.
4. Breathing Siphons: Some aquatic insects use breathing tubes, or siphons, to obtain atmospheric oxygen directly from the surface. These structures work like snorkels. The insect remains submerged while the tip of the siphon breaks the water surface.
- Examples: Mosquito larvae (Culicidae) have a short siphon at the end of their abdomen. The larvae of water beetles (Dytiscidae) have a long siphon at the abdominal tip.
5. Physical Gill / Air Bubble Respiration: Some aquatic beetles and bugs (Hemiptera) carry a bubble of air with them underwater. This bubble is held under their wings or by special water-repellent hairs on the body. The bubble acts as a physical gill. As the insect uses up the oxygen in the bubble, oxygen from the water diffuses into the bubble, replenishing the supply.
- Examples: Predaceous diving beetles (Dytiscidae) and water boatmen (Corixidae).
Q8. (a) Explain how do Insect Growth Regulators (IGRs) function as insecticides. (b) Explain the mechanism of circulation in insects.
Ans. (a) Explain how do Insect Growth Regulators (IGRs) function as insecticides: Insect Growth Regulators (IGRs) are chemicals that interfere with the normal growth, development, and metamorphosis processes of insects. They do not kill insects directly like conventional neurotoxic insecticides, but rather they disrupt their life cycle, ultimately leading to death or reproductive failure. They are more specific to insects and less toxic to mammals, making them valuable tools in Integrated Pest Management (IPM) programs.
IGRs can be classified into two main categories: 1. Chitin Synthesis Inhibitors (CSIs):
- Mode of Action: These compounds block the production of chitin, a critical structural component of the insect’s exoskeleton (cuticle). When an insect exposed to a CSI attempts to moult, it forms a weak, faulty new cuticle. The cuticle ruptures during moulting, or the new cuticle is unable to support the insect’s body, resulting in the insect’s death.
- Effect: They are primarily effective on immature stages (larvae) that are actively moulting. They do not directly affect adults, but some can reduce egg viability.
- Examples: Benzoylureas like diflubenzuron (Dimilin) and lufenuron.
2. Juvenile Hormone (JH) Analogs and Mimics:
- Mode of Action: These chemicals mimic the action of the insect’s own Juvenile Hormone (JH) . JH regulates metamorphosis; its presence keeps the insect in an immature (larval) state. JH analogs artificially keep the level of JH in the insect’s body high, even when it should naturally drop.
- Effect: This hormonal imbalance prevents normal metamorphosis. The larva may attempt to pupate prematurely, or they may fail to pupate altogether and die after moulting into another larval stage. If applied at the pupal stage, they can prevent adult emergence or produce non-viable, sterile adults.
- Examples: Methoprene, pyriproxyfen, and fenoxycarb.
In summary, IGRs function as insecticides by targeting the unique physiological processes of insects (moulting and metamorphosis), making them a safer and more selective alternative to traditional broad-spectrum pesticides.
(b) Explain the mechanism of circulation in insects: Insects have an open circulatory system , which is very different from the closed system of vertebrates where blood is always contained within vessels (arteries, veins, capillaries). In insects, the circulatory fluid, called haemolymph , directly bathes the tissues and organs in the body cavity.
Key Components:
- Haemocoel: This is the main body cavity that is filled with haemolymph. It is partitioned by diaphragms into sinuses (pericardial, perivisceral, and perineural sinuses) that help in the directed flow of haemolymph.
- Dorsal Vessel: This is the main (and often only) pumping organ of the circulatory system. It runs along the dorsal midline of the body and is divided into two parts:
- Heart: The posterior, muscular part of the vessel located in the abdomen. It is segmented and has paired openings called ostia , which act as one-way valves.
- Aorta: The simpler, non-contractile anterior part of the vessel that extends through the thorax to the head.
- Haemolymph: This is the insect “blood.” It transports nutrients, wastes, and hormones but typically not oxygen (as oxygen is delivered directly to tissues via the tracheal system).
Mechanism of Circulation:
- Muscles in the wall of the heart contract rhythmically, in a posterior-to-anterior peristaltic wave.
- When the heart expands (relaxes), the ostia open, allowing haemolymph from the haemocoel to enter the heart.
- When the heart contracts, the valves on the ostia close, and haemolymph is pumped forward from the heart into the aorta.
- The haemolymph is emptied from the aorta into the head cavity.
- From the head, the haemolymph percolates backward and downward through the body cavity (haemocoel), directly bathing the organs and tissues, allowing for the exchange of nutrients and wastes.
- As it flows posteriorly, the haemolymph eventually returns to the pericardial sinus and re-enters the heart through the ostia, thus completing the circuit.
Additionally,
accessory pulsatile organs
(small, muscular pumps) are often found at the base of antennae, legs, and wings to assist in the circulation of haemolymph into these appendages.
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