Лемна минор - Lemna minor

Лемна минор
Eendekroos dicht bijeen.JPG
Научная классификация редактировать
Королевство:Plantae
Clade:Трахеофиты
Clade:Покрытосеменные
Clade:Однодольные
Заказ:Двулистные
Семья:Araceae
Род:Лемна
Разновидность:
L. minor
Биномиальное имя
Лемна минор

Лемна минор, то ряска обыкновенная[2][3] или малая ряска, является видом водных пресноводных растений подсемейства Lemnoideae семейства arum Araceae.[4] L. minor используется в качестве корма для животных, биоремедиатора, для восстановления питательных веществ в сточных водах и в других целях.

Описание

Лемна минор это плавающая пресная вода водное растение, с одним, двумя, тремя или четырьмя листья у каждого есть один корень висит в воде. По мере того, как растет больше листьев, растения делятся и становятся отдельными особями. Корень 1–2 см длиной. Листья овальные, длиной 1–8 мм и шириной 0,6–5 мм, светло-зеленые, с тремя (реже пятью) жилками и небольшими воздушными пространствами для облегчения плавучести. Размножается преимущественно вегетативным путем делением. Цветки образуются редко, их диаметр составляет около 1 мм, с чашевидной перепончатой ​​чешуей, содержащей одну семяпочку и две тычинки. В семя длиной 1 мм, ребристый с 8-15 ребрами. Птицы важны для рассеивания L. minor на новые сайты. Клейкий корень позволяет растению прилипать к оперению или лапам птиц и тем самым заселять новые пруды.

Распределение

Лемна минор имеет субкосмополитичный распространение и является родным для большинства Африка, Азия, Европа и Северная Америка. Он присутствует везде пресная вода пруды и медлительный потоки встречаются, кроме арктического и субарктического климата. Он не считается родным в Австралазия или Южная Америка хотя это натурализованный Там.

Выращивание

Колония на небольшом бассейне

Для оптимальных условий роста значения pH требуется от 6,5 до 8. L. minor может расти при температуре от 6 до 33 ° C. Рост колоний происходит быстро, и при подходящих условиях растения образуют ковровое покрытие неподвижных луж. В умеренный В регионах, когда температура опускается ниже 6–7 ° C, образуются маленькие, плотные, заполненные крахмалом органы, называемые «турионами». Затем растения переходят в состояние покоя и опускаются на землю для перезимовки. Следующей весной они снова начинают расти и снова всплывают на поверхность.[3][5]

Ряски в общем, для развития необходимы некоторые управленческие усилия. Небольшие свободно плавающие растения могут быть снесены в кучи, в результате чего открытая поверхность воды позволяет водоросль рост. По этой причине рекомендуется использовать длинные узкие пруды, идущие перпендикулярно преобладающему ветру. Равномерное распределение добавленных питательных веществ в прудах может быть достигнуто за счет нескольких входов. Для поддержания плотного покрова растений на поверхности воды и предотвращения слишком толстого слоя для роста требуется скоординированный сбор урожая и восполнение питательных веществ.[6]

В удобрение требования для выращивания ряска зависят от источника воды и географической изоляции L. minor что используется.[7] L. minor выращенные в прудах, наполненных дождевой водой, нуждаются в дополнительном применении азот, фосфор и калий. Общий азот по Кьельдалю не должна опускаться ниже 20–30 мг / л при высоких темпах роста и сырой белок содержание должно быть сохранено. Что касается фосфора, то хороший рост отмечен при концентрациях от 6 до 154 мг / л (нет заметной чувствительности высоких концентраций фосфора к скорости роста).[6] В сточных водах домашнего животноводства очень высокая концентрация аммония и других минералов. Их часто нужно разбавлять до сбалансированной концентрации питательных веществ. Для L. minor изолят 8627, культивируемый в жидкость из свиной лагуны, наилучшая производительность была достигнута при выращивании в жидкость из свиной лагуны разбавлен до 20% (Общий азот по Кьельдалю: 54 мг / л, аммоний: 31 мг / л, общий фосфор: 16 мг / л).[8] Сточные воды, которые часто имеют достаточную концентрацию калия и фосфора, можно использовать для выращивания ряски, но необходимо регулировать концентрацию азота.[9]

Использует

Биоремедиация

Лемна минор было показано, что удаляет тяжелые металлы, такие как вести, медь, цинк и мышьяк очень эффективно из вод с нелетальными концентрациями.[10] Одно конкретное исследование показало, что более 70% мышьяка было удалено через 15 дней при начальной концентрации 0,5 мг / л.[11] Другой говорит, что жизнеспособный L. minor биомасса удалена 85-90% Pb (НЕТ3)2 с начальной концентрацией 5 мг / л. Однако более высокие концентрации свинца приводят к снижению относительной скорости роста L. minor.[12] Потому что L. minor устойчив к температурам, быстро растет и легко собирается, имеет высокий потенциал для рентабельного использования при очистке сточных вод.[12] В Devils Lake очистка сточных вод, расположенная в Северной Дакоте, США, использует эти полезные свойства L. minor и другие водные установки для очистки городских и промышленных сточных вод.[9] После определенного периода выращивания растения собирают и используют в качестве удобрения почвы, материала для компоста или источника белка для домашний скот.[9][13] В промышленно пострадавших регионах, где тяжелые металлы накапливаются в водах, почвах и отложениях из-за антропогенной деятельности, такой как добыча и сжигание ископаемого топлива, собранные L. minor не следует использовать повторно, а утилизировать соответствующим образом.[13][14][15] Потому что у тяжелых металлов есть канцерогенный эффекты у людей,[16] долго сохраняются в природе и накапливаются в живых организмах, важно их удаление из окружающей среды.[17]Лемна минор также было показано, что удаляет органические микрозагрязнители, такие как фармацевтические препараты. [18] и бензотриазолы [19] из сточных вод.

Корм для скота

В зависимости от литературы, разные выходы L. minor зарегистрированы. При выращивании в идеальных условиях была зафиксирована урожайность до 73 тонн сухого вещества с гектара в год.[20] Ряска обыкновенная имеет высокое содержание белка, которое варьируется от 20 до 40% в зависимости от сезона, содержания питательных веществ в воде и условий окружающей среды. Он не создает очень сложные тканевые структуры и поэтому имеет низкий волокно содержание менее 5%. Практически все его ткани можно использовать на корм рыбам и птицам и сделать ряску интересной пищевой добавкой.[13]

Экспериментальные исследования показали, что L. minor способен полностью заменить надстройку соевые бобы в диете утки. Его можно выращивать прямо на ферме, что снижает производственные затраты. Поэтому использование ряски обыкновенной в качестве пищевой добавки в бройлер диеты очень выгодны и с экономической точки зрения.[21] Исследование показало, что дорогие лепешки из кунжутного масла в куриных диетах частично можно заменить дешевыми. L. minor с повышенными показателями роста бройлеров. Тем не менее, из-за более низкого содержания усвояемых белков в L. minor (68,9% по сравнению с 89,9% в кунжутном жмыхе), ряска обыкновенная может использоваться только в качестве пищевой добавки в бройлер диеты.[22] Также при кормлении несушек частично вялеными L. minor (до 150 г / кг корма), курица показала те же показатели, что и при кормлении рыбной мукой и рисовым лаком, в то время как желток на цвет положительно повлияла диета из ряски.[23]

Восстановление питательных веществ из сточных вод

Лемна минор как быстрорастущее водное растение, накапливающее азот и фосфор с высокой питательной ценностью для домашнего скота, находит другое применение в регенерации питательных веществ из сточных вод домашнего скота.[5] Известно, что это приложение выполняется в сельскохозяйственных системах Юго-Восточной Азии, где навоз и экскременты хранятся в небольших эвтрофный пруды. Вода из этих прудов удобряет большие пруды, на которых L. minor выращивается для дальнейшего использования на корм уткам.[20]

Выращивание избранных географических изолятов L. minor на разведенных свиньях лагунная жидкость в Северная Каролина дала урожайность до 28,5 г м3.−2 день−1 (104,03 т га−1 у−1) и удаление более 85% от общего количества азота и фосфора.

Предварительная анаэробная обработка (например, посредством анаэробного переваривания в UASB ) сточных вод и разбавление жидкости ниже 100 мг / л общий азот по Кьельдалю и 50 мг / л общего фосфора, обеспечивали наилучшие показатели роста и удаления питательных веществ.[8][24]

Выращивание L. minor Предварительно очищенные анаэробные сточные воды не требуют больших затрат и могут улучшить качество бытового навоза за счет производства ценных кормов для животных. Кроме того, загрязнение окружающей среды можно уменьшить за счет удаления питательных веществ из сточных вод.[25][26][27]

Биотопливо

Лемна минор очень подходит для биоэтанол производство. Из-за низкого содержания целлюлозы (примерно 10%) по сравнению с наземными растениями процедура преобразования крахмала в этанол относительно проста.[28] Выращенный в разбавленной воде свиной лагуны, L. minor накапливает 10,6% крахмала от общей сухой массы. В идеальных условиях с точки зрения доступности фосфатов, нитратов и сахара и оптимального pH доля крахмала в общем сухом весе немного выше (12,5%). Подавление фотосинтетической активности L. minor за счет выращивания в темноте и добавления глюкозы накопление крахмала увеличивается до 36%.[28]

После сбора ферментативный гидролиз высвобождает до 96,2% глюкозы, связанной с крахмалом.[28] Выход этанола на сухой вес в последующих ферментация процесс зависит от содержания глюкозы и доступности питательных веществ в питательной среде, но его можно сравнить с выходом этанола из лигноцеллюлоза энергетических культур, таких как Мискантус и Гигантский тростник.[28][29] Но в отличие от этих энергетических культур, L. minor биомасса не требует предварительной термической или химической обработки.[28]

Эксперименты по экотоксичности

Лемна минор обычно используется для оценки экотоксичности органических и неорганических микрозагрязнителей[30] а также для оценки токсичности сточных вод и продуктов выщелачивания со свалок.[31] Информация о применяемой методологии представлена ​​в соответствующем протоколе ОЭСР.[32]

Рекомендации

  1. ^ Лэнсдаун, Р.В. (2019). "Лемна минор". Красный список видов, находящихся под угрозой исчезновения МСОП. 2019: e.T164057A120125670. Дои:10.2305 / IUCN.UK.2019-2.RLTS.T164057A120125670.en.
  2. ^ "Список BSBI 2007". Ботаническое общество Великобритании и Ирландии. Архивировано из оригинал (XLS) на 2015-01-25. Получено 2014-10-17.
  3. ^ а б "Лемна минор". Служба охраны природных ресурсов База данных РАСТЕНИЙ. USDA. Получено 24 января 2016.
  4. ^ Klaus J .; Николай Б .; Эрик Л. (2013). «Отличие ряски по отдельности: технологии генотипирования Lemnaceae». 应用 与 环境 生物学 报. 19: 1–10. Дои:10.3724 / sp.j.1145.2013.00001.
  5. ^ а б Ленг (1995). «Ряска: потенциальный корм с высоким содержанием белка для домашних животных и рыб». Исследования животноводства для развития сельских районов. 7 (1): 1–12.
  6. ^ а б Хасан, М.Р. (2009). «Использование водорослей и водных макрофитов в качестве корма в маломасштабной аквакультуре - обзор». Технический документ ФАО по рыболовству и аквакультуре.
  7. ^ Бергманн, Б.А. (2000). «Отбор in vitro географических изолятов ряски для потенциального использования в обновлении сточных вод лагуны свиней». Биоресурсные технологии. 73 (1): 13–20. Дои:10.1016 / s0960-8524 (99) 00137-6.
  8. ^ а б Ченг, Дж. (2002b). «Удаление питательных веществ из жидкости свиной лагуны с помощью Lemna Minor 8627». Транзакции ASAE. 45 (4): 1003–1010. Дои:10.13031/2013.9953.
  9. ^ а б c «Система очистки сточных вод Lemna». Национальная корпорация по применению экологических технологий. 412: 826–5511.
  10. ^ Сасмаз М, Топал Э.И., Обек Э, Сасмаз А (2015). «Потенциал Lemna gibba L. и Lemna minor L. по удалению Cu, Pb, Zn и As из воды галерей в горнодобывающей зоне в Кебане, Турция». Журнал экологического менеджмента. 163: 246–253. Дои:10.1016 / j.jenvman.2015.08.029. HDL:11508/8876. PMID  26332457.
  11. ^ Госвами К., Маджумдер А., Мисра А.К., Бандйопадхьяй К. (2014). «Поглощение мышьяка Lemna minor в гидропонной системе, международный». Журнал фиторемедиации. 16 (12): 1221–1227. Дои:10.1080/15226514.2013.821452. PMID  24933913.
  12. ^ а б Рахмани Г.Н., Штернберг СП (1999). «Биохимическое удаление свинца из воды с помощью Lemna minor». Биоресурсные технологии. 70 (3): 225–230. Дои:10.1016 / s0960-8524 (99) 00050-4.
  13. ^ а б c Skillicorn P, Spira W и Journey W (1993), Аквакультура ряски - новая система водного земледелия для развивающихся стран, Международный банк реконструкции и развития / Всемирный банк
  14. ^ Уильям С. Хиллман; Дадли Д. Калли младший (1978). «Использование ряски». Американский ученый. 66 (4): 442–451.
  15. ^ ОЭСР (2003 г.), Техническое руководство по экологически обоснованному регулированию конкретных потоков отходов: бывшие в употреблении и утиль персональных компьютеров. Рабочая группа Организации экономического сотрудничества и развития по предотвращению и переработке отходов.
  16. ^ Хуанг Дж. В., Пойнтон С. Ю., Кочиан Л. В., Элесс М. П. (2004). «Фитофильтрация мышьяка из питьевой воды с использованием гипераккумулирующих мышьяка папоротников». Environ Sci Technol. 38 (12): 3412–3417. Bibcode:2004EnST ... 38.3412H. Дои:10.1021 / es0351645. PMID  15260342.
  17. ^ Бэби Дж., Радж Дж., Биби Э. Т., Санкарганеш П., Дживита М. В., Аджиша С. С., Раджан С. С. (2010). «Токсическое действие тяжелых металлов на водную среду». Международный журнал биологических и химических наук. 4 (4): 939–952. Дои:10.4314 / ijbcs.v4i4.62976.
  18. ^ Ятру Э.И., Гатиду Г., Дамалас Д., Томайдис Н.С., Стасинакис А.С. (2017) Судьба антимикробных препаратов в системах очистки сточных вод ряски Lemna minor. Журнал опасных материалов 330, 116-126, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2017.02.005
  19. ^ Гатиду Г., Урсузиду М., Стефанату А., Стасинакис А.С. (2017) Механизмы удаления бензотриазолов в системах очистки сточных вод ряски Lemna minor. Наука об окружающей среде в целом 596-597, 12-17, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.04.051
  20. ^ а б Ленг (1999). «Ряска: крошечное водное растение с огромным потенциалом для сельского хозяйства и окружающей среды». Ряска: крошечное водное растение с огромным потенциалом для сельского хозяйства и окружающей среды.. ФАО. Получено 2016-11-20.
  21. ^ Мэн, Буй Сюань; Огл, Брайан; Линдберг, Ян Эрик (2001). «Использование ряски в качестве белковой добавки при выращивании уток». Азиатско-Австралазийский журнал наук о животных. 14 (12): 1741–1746. Дои:10.5713 / ajas.2001.1741.
  22. ^ Ahammad, M. U .; Swapon, M. S. R; Yeasmin, T .; Rahman, M. S .; Али, М. С. (2003). «Замена кунжутного жмыха ряской (Lemna minor) в рационе бройлеров». Биологические науки. 16: 1450–1453.
  23. ^ Актер М., Чоудхури С. Д., С. Д., Актер Ю., Хатун М. А. (2011). «Влияние еды из ряски (Lemna minor) на диету несушек и их производительность». Журнал исследовательских публикаций Бангладеш. 5: 252–261.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  24. ^ Эль-Шафай (2007). «Восстановление питательных веществ из хозяйственно-бытовых сточных вод с использованием системы прудов с ряской UASB». Биоресурсные технологии. 98 (4): 798–807. Дои:10.1016 / j.biortech.2006.03.011. PMID  16713255.
  25. ^ Бергманн, Б.А. (2000). «Удаление питательных веществ из сточных вод лагуны свиней с помощью ряски». Транзакции ASAE. 42 (2): 263–269. Дои:10.13031/2013.2701.
  26. ^ Кайседо, Дж. Р. (2002). «Влияние предварительной анаэробной обработки на экологические и физико-химические характеристики стабилизационных прудов на основе ряски». Водные науки и технологии. 45 (1): 83–89. Дои:10.2166 / wst.2002.0012.
  27. ^ Родриго, А. (2012). «Высокая скорость удаления питательных веществ из свиноводства и производство белковой биомассы в полномасштабных прудах с ряской». Биоресурсные технологии. 112: 98–104. Дои:10.1016 / j.biortech.2012.02.083. PMID  22425517.
  28. ^ а б c d е Гэ Х, Чжан Н., Филлипс Г.К., Сюй Дж. (2012). «Выращивание Lemna minor в сельскохозяйственных сточных водах и преобразование биомассы ряски в этанол». Биоресурсные технологии. 124: 485–488. Дои:10.1016 / j.biortech.2012.08.050. PMID  22985823.
  29. ^ Ge X .; Горелка ДМ; Xu J; Филипс GC; Сивакумар Г (2011). «Производство биоэтанола из специальных энергетических культур и отходов в Арканзасе, США». Биотехнологический журнал. 6 (1): 66–73. Дои:10.1002 / биот.201000240. PMID  21086455.
  30. ^ Гатиду, Грузия; Стасинакис, Афанасиос С .; Ятру, Евангелия И. (1 января 2015 г.). «Оценка одиночной и совместной токсичности трех гербицидов фенилмочевины с использованием биоанализов Lemna minor и Vibrio fischeri». Атмосфера. 119: S69 – S74. Дои:10.1016 / j.chemosphere.2014.04.030.
  31. ^ Nika, M. C .; Ntaiou, K .; Elytis, K .; Thomaidi, V. S .; Gatidou, G .; Kalantzi, O.I .; Thomaidis, N. S .; Стасинакис, А.С. (15 июля 2020 г.). «Широкомасштабный целевой анализ возникающих загрязняющих веществ в фильтрах свалок и оценка рисков с использованием методологии Risk Quotient». Журнал опасных материалов. 394: 122493. Дои:10.1016 / j.jhazmat.2020.122493.
  32. ^ «Тест № 221: Тест на подавление роста Lemna sp.». Руководящие принципы ОЭСР по тестированию химических веществ, раздел 2. Издательство ОЭСР. 2006 г. Дои:10.1787 / 9789264016194-ru. ISBN  978-92-64-01619-4.