Spirodela polyrhiza ( орт . Var . S. polyrrhiza ) - это вид ряски, известный под общими названиями: обыкновенная утка , [1] большая ряска , [2] большая утка , [3] обыкновенная ряска и утиное мясо . Его можно найти почти во всем мире во многих пресноводных средах обитания. [4]
Spirodela polyrhiza | |
---|---|
Научная классификация | |
Королевство: | Plantae |
Клэйд : | Трахеофиты |
Клэйд : | Покрытосеменные |
Клэйд : | Однодольные |
Заказ: | Двулистные |
Семья: | Araceae |
Род: | Спиродела |
Разновидность: | S. polyrhiza |
Биномиальное имя | |
Spirodela polyrhiza |
Описание
S. Polyrhiza - это многолетнее водное растение, обычно растущее плотными колониями, образующими на поверхности воды мат. Каждое растение представляет собой гладкий, круглый, плоский диск шириной от 0,5 до 1,0 см. Его верхняя поверхность в основном зеленая, иногда красная, а нижняя - темно-красная. [5] Он дает несколько мелких корней и мешочек с мужскими и женскими цветками. Осенью верхняя часть отмирает, и растение часто перезимовывает турион . Турион опускается на дно водоема и находится в фазе покоя , пока температура воды не достигнет 15 ° C. Затем турионы прорастают на дне водоема и начинают новый жизненный цикл. [6] S. polyrhiza, обитающая в прудах и медленно движущихся водоемах, отличается от наземных растений по морфологии и физиологии . Весной и летом он испытывает в основном вегетативный рост, образуя новые листья . S. polyrhiza редко цветет. [7] Осенью и зимой он переходит в фазу покоя, представленную турионами, из- за недостаточного питания и отрицательных температур. [ необходима цитата ]
S.polyrhiza - идеальная система для биотоплива, биоремедиации и круговорота углерода из-за его аспектов быстрого роста, прямого контакта со средой и небольшого размера генома (~ 150 МБ). [4] Комплексное геномное исследование S. polyrhiza было опубликовано в феврале 2014 года. Результаты дают представление о том, как этот организм адаптирован к быстрому росту и водному образу жизни. [8]
Индукция туриона абсцизовой кислотой
Турионы были индуцированы растительным гормоном абсцизовой кислотой (ABA) в лаборатории. Исследователи сообщили, что турионы были богаты антоциановой пигментацией и имели плотность, которая позволяла им погружаться в жидкую среду. Просвечивающая электронная микроскопия турионов показала по сравнению с листами сморщенные вакуоли , меньшее межклеточное пространство и обильные гранулы крахмала, окруженные тилакоидными мембранами. Турионы накапливали более 60% крахмала в сухой массе после двух недель обработки АБК. [9]
Распределение
С. polyrhiza встречается во всем мире, а именно в Северной Америке , [10] Азия , [11] , реже в Центральной и Южной Америке , но и в Центральной Европе . [12] Произрастает в тропическом и умеренном климате. [12] Это не распространено в Новой Зеландии и очень редко в Австралии . [5]
Выращивание
Крупномасштабное культивирование производится в открытых резервуарах для воды, в основном в связи с очисткой сточных вод. В цистерны подают сточные воды, а плавающую ряску убирают с поверхности. Затем его используют в качестве биотоплива из промышленных сточных вод или в качестве корма для животных на очистных сооружениях сельскохозяйственных сточных вод . [6]
Использовать
S. Polyrhiza может использоваться для биоремедиации , удаления токсичных веществ из водной среды, а также для очистки эвтрофных вод, особенно на очистных сооружениях. Его использование в качестве биотоплива и корма для животных также приобретает все большее значение. В пищу человека он практически не употребляется. [ необходима цитата ]
Биоремедиация
S. polyrhiza из-за своей способности накапливать тяжелые металлы и высокого поглощения питательных веществ из воды используется для биоремедиации. Основными загрязнителями, которые он может использовать для восстановления, являются мышьяк (As) и ртуть (Hg) [13], а также обычные питательные вещества сточных вод, такие как сульфат (SO 4 2- ), фосфат (PO 4 3- ) и нитраты (NO 3 - ). . [ необходима цитата ]
Мышьяк
В лабораторных исследованиях ряска большая показала накопление мышьяка. Было обнаружено, что поглощение мышьяка отрицательно коррелировало с фосфатом и положительно коррелировало с поглощением железа . Это указывает на то, что фосфат и мышьяк конкурируют за поглощение S. polyrhiza, в то время как абсорбция мышьяка облегчается оксидами железа, поскольку он проявляет сродство к поверхности корня S. polyrhiza, где он поглощается. Считается, что S. polyrhiza выводит токсины из мышьяка, восстанавливая As (V) до менее токсичного As (III). Возникают трудности с обработкой растений с высоким содержанием As. Одним из возможных вариантов использования биомассы, содержащей As, является производство древесного угля и газа в качестве побочного продукта, который можно использовать в качестве топлива. Проблемы с этим подходом - низкое качество древесного угля и большие капиталовложения. Считается, что при прямом сжигании или сжигании угля в воздух выделяется мышьяк, который загрязняет окружающую среду. Другими вариантами производства топлива могут быть гидролиз и ферментация , которые экономически невыполнимы. Биомассы должны быть обработаны с сильными кислотами и тепла, которые являются и капиталоемким. Одним из лучших вариантов считается брикетирование , при котором растения сушат и прессуют в гранулы из брикетов. Это поднимает вопрос о том, попадает ли мышьяк обратно в окружающую среду в процессе горения. Также рассматривается производство биогаза , но, опять же, следует избегать перераспределения As. [13]
Меркурий
С. polyrhiza Было обнаружено , что эффективное био аккумулятор из хлорида ртути (HgCl 2 ) в настройках труда. В его растительной биомассе концентрация хлорида ртути в 1000 раз выше, чем в водной среде. Spirodela polyrhiza показала более высокий фактор накопления по сравнению с Lemna gibba и Lemna minor , которые также были исследованы. [14]
Очистка городских сточных вод
S. Polyrhiza использовалась для удаления обычных загрязнителей из сточных вод. В лабораторных условиях S. Polyrhiza продемонстрировала максимальную эффективность удаления нитратов 90%, фосфатов 99,6% и сульфатов 69,8%. Эффективность всех трех питательных веществ вместе составила 85,6%, что делает его экологически и экономически жизнеспособным биоремедиатором для очистки сточных вод. [11]
Биотопливо
S. polyrhiza обладает большим потенциалом в производстве биоэтанола благодаря компактному производству крахмала и хорошему росту сточных вод животных. [15] Несмотря на экологические проблемы, связанные с производством и конкуренцией со стороны кормов для людей и животных, кукуруза является основным сырьем для биоэтанола. S. polyrhiza может производить на той же площади на 50% больше биоэтанола. [16] В то же время производство биоэтанола из S. polyrhiza не конкурирует с продуктами питания человека. Производство биоэтанола из S. polyrhiza все еще находится в стадии разработки. [ необходима цитата ]
Корма для животных
В мелкомасштабном сельском хозяйстве S. polyrhiza используется в качестве корма для рыбы или птицы. [17] Благодаря быстрому росту и высокому содержанию белка это интересный корм. Из-за санитарных проблем и риска накопления тяжелых металлов он еще не используется для кормления в более крупных системах животноводства. [18] Для радужной форели , более бедные темпы роста были обнаружены , когда С. polyrhiza был добавлен в корм. [19] Для тилапии ( Oreochromis niloticus L. ) был обнаружен больший прирост веса, когда 30% рыбной муки в корме было заменено S. polyrhiza. [20] Обзор также показал, что ряску можно использовать в рационах крупного рогатого скота, свиней и птицы. Однако возникают проблемы, связанные с загрязнением тяжелыми металлами и патогенами. [21]
Питание человека
Хотя другие виды ряски, такие как Wolffia arrhiza , потребляются людьми в сельской местности, S.polyrhiza не культивируется для потребления человеком. [22] Это из - за высоких опасений относительно накопления тяжелых металлов и возможного загрязнения с кишечной палочки или клостридий ботулизма . [18] В отличие от W. arrhiza , S. polyrhiza, как и большинство видов ряски, содержит кристаллы оксалата кальция, которые, как известно, вызывают камни в почках . [6]
Рекомендации
- ^ Whisenant, Стивен Г. (2018). "Общие пастбищные растения Западного Центрального Техаса Джорджа Кленденина, Министерство сельского хозяйства США - Служба охраны природных ресурсов" . Исследование Великих равнин . 28 (2): 219. DOI : 10,1353 / gpr.2018.0043 . ISSN 2334-2463 . S2CID 135339526 .
- ^ Аткинсон, Р. (июль 1998 г.). "Одуванчики Великобритании и Ирландии. Справочник BSBI № 9. А.А. Дудман и А.Дж. Ричардс. Иллюстрации Ольги Стюарт. Под редакцией PH Oswald. Лондон: Ботаническое общество Британских островов. 1997. 344 стр. ISBN 0 901158 25 9. 17,50 фунтов стерлингов (мягкая обложка) " . Эдинбургский ботанический журнал . 55 (2): 321–322. DOI : 10.1017 / s0960428600002249 . ISSN 0960-4286 .
- ^ 국립 수목원 (Корея) (август 2015 г.). Hanbando chasaeng singmul yŏngŏ irŭm mongnokchip = английские названия корейских местных растений . Кунгнип Сумогван (Корея), Корея (Южная). Sallimch'ŏng., 국립 수목원 (Корея) ,, Корея (Южная). 산림청. Kyŏnggi-do P'och'ŏn-si. ISBN 978-89-97450-98-5. OCLC 921358336 .
- ^ а б Ван, Вэньцинь; Kerstetter, Randall A .; Майкл, Тодд П. (28 июля 2011 г.). «Эволюция размера генома ряски (Lemnaceae)» . Журнал ботаники . 2011 : 1–9. DOI : 10.1155 / 2011/570319 . ISSN 2090-0120 .
- ^ а б Обердорфер, Эрих 1905-2002. Pflanzensoziologische Exkursionsflora für Deutschland und angrenzende Gebiete (8., stark überarb. Und erg. Aufl ed.). Штутгарт. ISBN 978-3-8001-3476-2. OCLC 50980051 .
- ^ а б в Цао, Хиеу X .; Fourounjian, Пол; Ван, Вэньцинь (2018), Хуссейн, Чаудхери Мустансар (ред.), «Важность и потенциал ряски как модельного и культурного растения для применения на основе биомассы и не только» , Справочник по управлению экологическими материалами , Cham: Springer International Publishing, стр. 1–16, DOI : 10.1007 / 978-3-319-58538-3_67-1 , ISBN 978-3-319-58538-3, получено 2020-11-28
- ^ Ландольт, Канделер, Элиас, Риклеф (1987). Биосистемные исследования в семействе ряски (Lemnaceae): (Том 4): Семейство Lemnaceae - монографическое исследование. Том 2, (Фитохимия; физиология; применение; библиография) . Цюрих: Geobotanisches Institut der ETH.
- ^ Wang, W .; Haberer, G .; Gundlach, H .; Gläßer, C .; Nussbaumer, T .; Луо, MC; Ломсадзе, А .; Бородовский, М .; Керстеттер, РА; Shanklin, J .; Байрант, DW (май 2014 г.). «Геном Spirodela polyrhiza раскрывает суть ее неотенозного сокращения, быстрого роста и водного образа жизни» . Nature Communications . 5 (1): 3311. Bibcode : 2014NatCo ... 5.3311W . DOI : 10.1038 / ncomms4311 . ISSN 2041-1723 . PMC 3948053 . PMID 24548928 .
- ^ Ван, Вэньцинь; Мессинг, Иоахим (2012). «Анализ экспрессии АДФ-глюкозопирофосфорилазы во время образования туриона, индуцированного абсцизовой кислотой в Spirodela polyrhiza (большая ряска)» . BMC Plant Biology . 12 (1): 5. DOI : 10,1186 / 1471-2229-12-5 . ISSN 1471-2229 . S2CID 5491282 .
- ^ "Spirodela polyrrhiza (обычная утиная мука): займись ботаникой" . gobotany.nativeplanttrust.org . Проверено 6 ноября 2020 .
- ^ а б Панди, Неха; Гусаин, Рита; Сутар, Суриндра (август 2020 г.). «Изучение эффективности семян гуаровой смолы (Cyamopsis tetragonoloba), ряски (Spirodela polyrhiza) и листьев индийской сливы (Ziziphus mauritiana) при очистке городских сточных вод» . Журнал чистого производства . 264 : 121680. дои : 10.1016 / j.jclepro.2020.121680 . ISSN 0959-6526 .
- ^ а б "Spirodela polyrhiza" . Flowgrow . Проверено 6 ноября 2020 .
- ^ а б Рахман, М. Азизур; Хасегава, Х. (апрель 2011 г.). «Водный мышьяк: фиторемедиация с использованием плавающих макрофитов» . Chemosphere . 83 (5): 633–646. Bibcode : 2011Chmsp..83..633R . DOI : 10.1016 / j.chemosphere.2011.02.045 . hdl : 10453/18087 . ISSN 0045-6535 . PMID 21435676 .
- ^ Ян, Цзинцзин; Ли, Гаоцзе; Бишопп, Энтони; Heenatigala, PPM; Ху, Шики; Чен, Ян; Ву, Чжиган; Кумар, Санджит; Дуань, Пэнфэй; Яо, Лунгуан; Хоу, Хунвэй (2018-04-16). «Сравнение роста на хлориде ртути для трех видов Lemnaceae показывает различия в динамике роста, которые влияют на их пригодность для использования в мониторинге или восстановлении экосистем, загрязненных ртутью» . Границы химии . 6 : 112. Bibcode : 2018FrCh .... 6..112Y . DOI : 10.3389 / fchem.2018.00112 . ISSN 2296-2646 . PMC 5911492 . PMID 29713627 .
- ^ Cui, W .; Ченг, JJ (2014-07-01). «Выращивание ряски для производства биотоплива: обзор» . Биология растений . 17 : 16–23. DOI : 10.1111 / plb.12216 . ISSN 1435-8603 . PMID 24985498 .
- ^ Сюй, Цзеле; Цуй, Вэйхуа; Ченг, Джей Дж .; Стомп, Анне-М. (Октябрь 2011 г.). «Производство ряски с высоким содержанием крахмала и ее переработка в биоэтанол» . Биосистемная инженерия . 110 (2): 67–72. DOI : 10.1016 / j.biosystemseng.2011.06.007 . ISSN 1537-5110 .
- ^ Rusoff, Louis L .; Blakeney, Ernest W .; Калли, Дадли Д. (1 июля 1980 г.). «Ряска (семейство Lemnaceae): потенциальный источник белка и аминокислот» . Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 28 (4): 848–850. DOI : 10.1021 / jf60230a040 . ISSN 0021-8561 . PMID 7462500 .
- ^ а б van der Spiegel, M .; Ноордэм, штат Мичиган; ван дер Фельс-Клеркс, HJ (2013-10-15). «Безопасность новых источников белка (насекомые, микроводоросли, морские водоросли, ряска и рапс) и законодательные аспекты их применения в производстве продуктов питания и кормов» . Комплексные обзоры в области пищевой науки и безопасности пищевых продуктов . 12 (6): 662–678. DOI : 10.1111 / 1541-4337.12032 . ISSN 1541-4337 .
- ^ Штадтландер, Тимо; Фёрстер, Свенья; Росскотен, Деннис; Лейбер, Флориан (август 2019 г.). «Ряска, выращенная в жидком навозе (Spirodela polyrhiza), как средство рециркуляции азота в корм для мальков радужной форели» . Журнал чистого производства . 228 : 86–93. DOI : 10.1016 / j.jclepro.2019.04.196 . ISSN 0959-6526 .
- ^ Фасакин Э.А.; Балогун AM; Фасуру, Бельгия (май 1999 г.). «Использование ряски Spirodela polyrrhiza L. Schleiden в качестве белкового корма в практических диетах для тилапии, Oreochromis niloticus L.» Исследования аквакультуры . 30 (5): 313–318. DOI : 10.1046 / j.1365-2109.1999.00318.x . ISSN 1355-557X .
- ^ Сонта, Марцин; Рекель, Анна; Баторская, Мартина (2019-04-01). «Использование ряски (Lemna L.) в устойчивом животноводстве и аквакультуре - обзор» . Анналы зоотехники . 19 (2): 257–271. DOI : 10.2478 / aoas-2018-0048 . ISSN 2300-8733 . S2CID 91812255 .
- ^ Appenroth, Klaus-J .; Sree, K. Sowjanya; Бог, Мануэла; Эккер, Йозеф; Силигер, Клодин; Бём, Фолькер; Лорковски, Стефан; Соммер, Катрин; Веттер, Уолтер; Тользин-Банаш, Карла; Кирмс, Рита (29.10.2018). «Пищевая ценность видов ряски рода Wolffia (Lemnaceae) в качестве пищи для человека» . Границы химии . 6 : 483. Bibcode : 2018FrCh .... 6..483A . DOI : 10.3389 / fchem.2018.00483 . ISSN 2296-2646 . PMC 6215809 . PMID 30420949 .
Внешние ссылки
- Геномика Spirodela polyrhiza
- Ручное лечение Jepson
- Флора Северной Америки
- Вашингтонский музей Берка