Lemna minor , lenteja de agua común [2] [3] o lenteja de agua menor , es una especie de planta acuática de agua dulce de la subfamilia Lemnoideae de la familia arum Araceae . [4] L. minor se utiliza como forraje para animales, biorremediador, para la recuperación de nutrientes de aguas residuales y otras aplicaciones.
Lemna minor es una planta acuática flotante de agua dulce , con una, dos, tres o cuatro hojas , cada una con una única raíz colgando en el agua. A medida que crecen más hojas, las plantas se dividen y se convierten en individuos separados. La raíz mide entre 1 y 2 cm de largo. Las hojas son ovaladas, de 1 a 8 mm de largo y de 0,6 a 5 mm de ancho, de color verde claro, con tres (raramente cinco) venas y pequeños espacios aéreos para ayudar a la flotación. Se reproduce principalmente vegetativamente por división. Las flores rara vez se producen y miden alrededor de 1 mm de diámetro, con una escama membranosa en forma de copa que contiene un solo óvulo y dos estambres. La semilla mide 1 mm de largo y tiene entre 8 y 15 nervaduras. Las aves son importantes en la dispersión de L. minor a nuevos sitios. La raíz pegajosa permite que la planta se adhiera al plumaje o a las patas de los pájaros y así pueda colonizar nuevos estanques. [ cita necesaria ]
Lemna minor tiene una distribución subcosmopolita y es originaria de la mayor parte de África , Asia , Europa y América del Norte . Está presente en todos los lugares donde se encuentran estanques de agua dulce y arroyos de movimiento lento , excepto en los climas árticos y subárticos. No se reporta como nativo de Australasia o Sudamérica , aunque está naturalizado allí. [ cita necesaria ]
Para condiciones óptimas de crecimiento se requieren valores de pH entre 6,5 y 8. L. minor puede crecer a temperaturas entre 6 y 33 °C. El crecimiento de las colonias es rápido y las plantas forman una alfombra que cubre los charcos de agua cuando las condiciones son adecuadas. En las regiones templadas , cuando las temperaturas caen por debajo de 6 a 7 °C, se producen órganos pequeños, densos y llenos de almidón llamados "turiones". Luego, las plantas quedan inactivas y se hunden en el suelo para pasar el invierno. La primavera siguiente, vuelven a crecer y vuelven a flotar a la superficie. [3] [5]
Las lentejas de agua en general necesitan algún esfuerzo de gestión para poder cultivarse. Las pequeñas plantas que flotan libremente son susceptibles de ser arrastradas hacia montones, lo que da como resultado una superficie de agua abierta que permite el crecimiento de algas . Por este motivo se recomiendan estanques largos y estrechos que discurran perpendicularmente al viento predominante. La distribución equitativa de los nutrientes añadidos en los estanques se puede lograr mediante varias entradas. Para mantener una densa capa de plantas en la superficie del agua y evitar una capa demasiado gruesa para el crecimiento, se requiere una recolección y reposición de nutrientes coordinadas. [6]
Los requisitos de fertilizante para el cultivo de lenteja de agua dependen de la fuente de agua y del aislamiento geográfico de L. minor que se utilice. [7] L. minor cultivada en estanques que se llenan de agua de lluvia, necesita una aplicación adicional de nitrógeno , fósforo y potasio . El nitrógeno Kjeldahl total no debe caer por debajo de 20 a 30 mg/L si se quieren mantener altas tasas de crecimiento y contenidos de proteína cruda. En cuanto al fósforo, se ha informado de un buen crecimiento en concentraciones entre 6 y 154 mg/L (no existe una sensibilidad notable a las altas concentraciones de fósforo en las tasas de crecimiento). [6] Los efluentes de la producción animal doméstica tienen concentraciones muy altas de amonio y otros minerales. A menudo es necesario diluirlos hasta alcanzar una concentración equilibrada de nutrientes. Para el aislado de L. minor 8627 cultivado en líquido de laguna porcina , las mejores tasas de producción se alcanzaron cuando se cultivó en líquido de laguna porcina diluido al 20% ( Nitrógeno Kjeldahl total : 54 mg/L, Amonio: 31 mg/L, Fósforo total: 16 mg/l). [8] Las aguas residuales, que a menudo tienen una concentración adecuada de potasio y fósforo, se pueden utilizar para cultivar lenteja de agua, pero es necesario ajustar las concentraciones de nitrógeno. [9]
Se ha demostrado que Lemna minor elimina metales pesados como plomo , cobre , zinc y arsénico de manera muy eficiente de aguas con concentraciones no letales. [10] Un estudio particular encontró que más del 70% del arsénico se eliminó después de 15 días en una concentración inicial de 0,5 mg/L. [11] Otro dice que la biomasa viable de L. minor eliminó el 85-90% de Pb(NO 3 ) 2 con una concentración inicial de 5 mg/L. Sin embargo, concentraciones más altas de plomo resultan en una disminución en la tasa de crecimiento relativa de L. minor . [12] Debido a que L. minor es tolerante a la temperatura, muestra un crecimiento rápido y es fácil de cosechar, tiene un alto potencial para el uso rentable en tratamientos de aguas residuales. [12] El tratamiento de aguas residuales de Devils Lake , ubicado en Dakota del Norte, EE. UU., utiliza estas propiedades beneficiosas de L. minor y otras plantas acuáticas en el tratamiento de aguas residuales municipales e industriales. [9] Después de un cierto período de crecimiento, las plantas se cosechan y se utilizan como enmienda del suelo, material de abono o fuente de proteínas para el ganado . [9] [13] En las regiones industriales afectadas, donde los metales pesados se acumulan en aguas, suelos y sedimentos debido a actividades antropogénicas como la minería y la quema de combustibles fósiles, la L. minor recolectada no debe reutilizarse, sino eliminarse en consecuencia. [13] [14] [15] Debido a que los metales pesados tienen efectos cancerígenos en los seres humanos, [16] persisten durante mucho tiempo en la naturaleza y se acumulan en los organismos vivos, su eliminación del medio ambiente es importante. [17] También se ha demostrado que Lemna minor elimina microcontaminantes orgánicos como productos farmacéuticos [18] y benzotriazoles de las aguas residuales. [19]
Dependiendo de la literatura se registran diferentes rendimientos de L. minor . Cultivado en condiciones ideales, se registraron rendimientos de hasta 73 toneladas de materia seca por hectárea y año. [20] La lenteja de agua común tiene un alto contenido de proteínas que varía del 20 al 40% según la temporada, el contenido de nutrientes del agua y las condiciones ambientales. No forma estructuras tisulares muy complejas y por lo tanto tiene un bajo contenido de fibra inferior al 5%. Básicamente todos sus tejidos pueden utilizarse como forraje para peces y aves y hacer de la lenteja de agua un interesante complemento alimenticio . [13]
Investigaciones experimentales han demostrado que L. minor es capaz de sustituir completamente la adición de soja en la dieta de los patos . Se puede cultivar directamente en la finca dando como resultado bajos costos de producción. Por tanto, el uso de lenteja de agua común como complemento alimenticio en dietas para pollos de engorde es muy rentable también desde el punto de vista económico. [21] Una investigación demostró que las costosas tortas de aceite de sésamo en las dietas de pollos podrían ser reemplazadas parcialmente por L. minor baratas con un mayor rendimiento de crecimiento de los pollos de engorde. Sin embargo, debido al menor contenido de proteínas digeribles en L. minor (68,9% frente a 89,9% en la torta de aceite de sésamo), la lenteja de agua común sólo podría utilizarse como complemento alimenticio en dietas para pollos de engorde . [22] Además, cuando se alimentó parcialmente a gallinas tendidas con L. minor seco (hasta 150 g/kg de forraje), las gallinas mostraron el mismo rendimiento que cuando se las alimentó con harina de pescado y pulimento de arroz, mientras que el color de la yema se vio afectado positivamente por la Dieta de lenteja de agua. [23]
Lemna minor, como planta acuática de rápido crecimiento, que acumula nitrógeno y fósforo y tiene un alto valor nutricional para el ganado, encuentra otra aplicación en la recuperación de nutrientes de las aguas residuales del ganado. [5] Se sabe que esta aplicación se ejecuta en sistemas agrícolas en el sudeste asiático, donde el estiércol y los excrementos se depositan en pequeños estanques eutróficos . El agua de estos estanques luego fertiliza estanques más grandes en los que se cultiva L. minor para su uso posterior como forraje para los patos. [20]
El cultivo de aislados geográficos seleccionados de L. minor en líquido diluido de laguna porcina en Carolina del Norte dio como resultado rendimientos de hasta 28,5 gm −2 día −1 (104,03 t ha −1 y −1 ) y la eliminación de más del 85% del nitrógeno total contenido y fósforo.
El pretratamiento anaeróbico (por ejemplo, mediante digestión anaeróbica en un UASB ) de las aguas residuales y la dilución del líquido por debajo de 100 mg/L de nitrógeno Kjeldahl total y 50 mg/L de fósforo total, condujeron al mejor rendimiento en cuanto a crecimiento y eliminación de nutrientes. [8] [24]
El cultivo de L. minor en aguas residuales pretratadas anaeróbicas es una aplicación de bajo costo, con el potencial de mejorar el estiércol doméstico mediante la producción de valiosos alimentos para animales. Además, la contaminación ambiental puede reducirse mediante la eliminación de nutrientes de los efluentes. [25] [26] [27]
Lemna minor es muy adecuada para la producción de bioetanol . Debido a su bajo contenido de celulosa (aproximadamente 10%) en comparación con las plantas terrestres, el procedimiento de conversión del almidón en etanol es relativamente sencillo. [28] Cultivada en agua diluida de laguna porcina, L. minor acumula 10,6% de almidón del peso seco total. En condiciones ideales en términos de disponibilidad de fosfatos, nitratos y azúcares y pH óptimo, la proporción de almidón con respecto al peso seco total es ligeramente mayor (12,5%). La supresión de la actividad fotosintética de L. minor cultivándola en la oscuridad y la adición de glucosa aumenta aún más la acumulación de almidón hasta un 36%. [28]
Después de la recolección, la hidrólisis enzimática libera hasta el 96,2% de la glucosa unida al almidón. [28] El rendimiento de etanol por peso seco en el proceso de fermentación posterior depende del contenido de glucosa y la disponibilidad de nutrientes en el medio de crecimiento, pero se puede comparar con el rendimiento de etanol de la lignocelulosa de cultivos energéticos como Miscanthus y Giant Reed . [28] [29] Pero a diferencia de estos cultivos energéticos, la biomasa de L. minor no requiere ningún tratamiento previo térmico o químico. [28]
Lemna japonica ha sido modificada genéticamente para producir hasta siete veces más aceite por acre que la soja. [30]
Lemna minor se utiliza comúnmente para la evaluación de la ecotoxicidad de microcontaminantes orgánicos e inorgánicos [31] , así como para evaluar la toxicidad de aguas residuales y lixiviados de vertederos . [32] La información sobre la metodología aplicada se proporciona en el protocolo pertinente de la OCDE. [33]
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