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Lemna

Lemna

Lemna è un genere di piante acquatiche fluttuanti a cui fa riferimento il nome comune "lenticchia d'acqua". Sono membri morfologicamente divergenti della famiglia arum. Queste piante in rapida crescita hanno trovato impiego come sistema modello per studi di ecologia comunitaria, biologia vegetale di base, ecotossicologia e produzione di biofarmaci e come fonte di alimenti per animali per l'agricoltura e l'acquacoltura. Attualmente, sono riconosciute 14 specie di Lemna .

Tassonomia e abitudini di crescita

Queste lenticchie d'acqua erano precedentemente collocate in una famiglia di piante da fiore separata, le Lemnaceae, ma ora sono considerate membri delle Araceae.

Le specie di Lemna crescono come semplici talli fluttuanti sopra o appena sotto la superficie dell'acqua. La maggior parte sono piccoli, non più lunghi di 5 mm, tranne Lemna trisulca , che è allungata e ha una struttura ramificata. I Lemna thalli hanno un'unica radice, che distingue questo genere dai generi correlati Wolffia (manca di radici), Spirodela e Landoltia (hanno radici multiple).

Le piante crescono principalmente per riproduzione vegetativa: due piante figlie nascono dalla pianta adulta. Questa forma di crescita consente una colonizzazione molto rapida di nuova acqua. Le lenticchie d'acqua sono piante fiorite e quasi tutte sono conosciute per riprodursi sessualmente, fiorendo e producendo semi in condizioni appropriate. Alcune lenticchie d'acqua (come L. gibba ) sono piante di lunga durata, mentre altre (come L. minor ) sono piante di breve durata.

Quando Lemna invade un corso d'acqua, può essere rimosso meccanicamente, con l'aggiunta di pesci erbivori (ad es. Carpa erbacea) o, involontariamente, trattato con un erbicida.

La rapida crescita delle lenticchie d'acqua trova applicazione nel biorisanamento delle acque inquinate, nel trattamento delle acque reflue urbane e come organismi di prova per studi ambientali. Viene anche utilizzato come sistema di espressione per la produzione economica di biofarmaci complessi.

La farina di lenticchia d'acqua (lenticchia d'acqua essiccata) è un buon alimento per il bestiame. Contiene il 25–45% di proteine ​​(a seconda delle condizioni di crescita), il 4,4% di grassi e l'8–10% di fibre, misurate in peso secco.

Come un saggio biologico

Le linee guida dell'Organizzazione per la cooperazione e lo sviluppo economico e la US Environmental Protection Agency (US EPA) descrivono i test di tossicità usando L. gibba o L. minor come organismi di test. Entrambe queste specie sono state ampiamente studiate per l'uso nei test di fitotossicità. La variabilità genetica nelle risposte alle sostanze tossiche può verificarsi in Lemna e i dati non sono sufficienti per raccomandare un clone specifico per i test. Il test US EPA utilizza una tecnica asettica. Il test OCSE non viene condotto in modo assiale, ma durante la procedura del test vengono prese delle misure per ridurre al minimo la contaminazione da parte di altri organismi. A seconda degli obiettivi del test e dei requisiti normativi, i test possono essere eseguiti con rinnovo (semistatico e flow-through) o senza rinnovo (statico) della soluzione di test. Il rinnovo è utile per le sostanze che vengono rapidamente perse dalla soluzione a causa di volatilizzazione, fotodegradazione, precipitazione o biodegradazione.

Produzione di biofarmaci

Lemna è stata trasformata da biologi molecolari per esprimere proteine ​​di interesse farmaceutico. I costrutti di espressione sono stati progettati per indurre Lemna a secernere le proteine ​​trasformate nel mezzo di crescita ad alto rendimento. Poiché il Lemna viene coltivato su un terreno semplice, ciò riduce sostanzialmente l'onere della purificazione delle proteine ​​nella preparazione di tali proteine ​​per uso medico, promettendo una sostanziale riduzione dei costi di produzione. Inoltre, l'ospite Lemna può essere progettato per causare la secrezione di proteine ​​con modelli umani di glicosilazione, un miglioramento rispetto ai sistemi convenzionali di espressione genica delle piante. Diversi prodotti di questo tipo sono in fase di sviluppo, compresi gli anticorpi monoclonali.

Allevamento di lenticchie d'acqua

Elevate rese di lenticchia d'acqua con un alto contenuto di proteine ​​per l'uso negli alimenti per animali e pesci possono essere raggiunte da un attento controllo delle condizioni di crescita. Sebbene la lenticchia d'acqua possa tollerare temperature comprese tra 6 ° C (43 ° F) e 33 ° C (91 ° F), l'intervallo di crescita ottimale è compreso tra 20 ° C (68 ° F) e 28 ° C (82 ° F). L'intervallo di pH accettabile è da 5 a 9, ma si ottiene una crescita migliore nell'intervallo di pH da 6,5 ​​a 7,5. È consigliabile una profondità minima di 30 cm (1 piede) per evitare sbalzi di temperatura eccessivi. Alti livelli di azoto, ad esempio urea 20 mM, hanno fornito un contenuto proteico nell'intervallo del 45% in peso. L'acqua può in genere contenere 60 mg / l di azoto solubile e 1 mg / l di fosforo. Il fertilizzante è richiesto su base giornaliera per una crescita ottimale.

La lenticchia d'acqua può essere coltivata biologicamente, con sostanze nutritive fornite da una varietà di fonti, ad esempio letame di bestiame, rifiuti di maiale, liquame di impianti di biogas o altra materia organica in forma di liquame. A causa della rapida crescita della lenticchia d'acqua, la raccolta giornaliera è necessaria per ottenere rese ottimali. La raccolta viene effettuata in modo tale che rimanga meno di 1 kg / m2 di lenticchia d'acqua. In condizioni ottimali, un'azienda agricola di lenticchie d'acqua può produrre da 10 a 30 tonnellate di lenticchie secche per ettaro all'anno.

Specie selezionate

Sezione Alatae
  • Lemna aequinoctialis Welw. - meno lenticchia d'acqua - tropicale e subtropicale
  • Lemna perpusilla Torr. - minuto lenticchia d'acqua - Stati Uniti orientali, Quebec
Sezione Lemna
  • Lemna gibba L. - gibbosa - diffusa
  • Lemna minor L. - lenticchia d'acqua comune - cosmopolita
  • Lemna trisulca L. - edera lenticchia d'acqua - cosmopolita
Sezione Uninerves
  • Lemna minuta Kunth - meno lenticchia d'acqua - Nord + Sud America
  • Lemna valdiviana Phil. - Valdivia Valdivia - Nord e Sud America
sezione sconosciuta
  • Lemna japonica Landolt - Giappone, Cina, Corea, Estremo Oriente russo
  • Lemna obscura (Austin) Daubs - Stati Uniti, Messico, Bahamas, Colombia, Ecuador
  • Lemna tenera Kurz - Indocina, Sumatra, Territorio del Nord dell'Australia
  • Lemna turionifera Landolt - Europa temperata, Asia, Nord America
  • Lemna yungensis Landolt - Bolivia
Precedentemente collocato qui
  • Landoltia punctata (G.Mey.) Les & DJCrawford (con il nome L. oligorrhiza Kurz e L. punctata G.Mey.)
  • Spirodela polyrhiza (L.) Schleid. (con il nome L. polyrhiza L.)
  • Wolffia arrhiza (L.) Horkel ex Wimm. (con il nome L. arrhiza L.)