Lemna minor , la 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 Araceae . [4] L. minor se utiliza como forraje animal, biorremediador, para la recuperación de nutrientes de aguas residuales y otras aplicaciones.
Lemna minor es una planta acuática de agua dulce flotante , con una, dos, tres o cuatro hojas , cada una con una sola raíz que cuelga en el agua. A medida que crecen más hojas, las plantas se dividen y se convierten en individuos separados. La raíz mide 1-2 cm de largo. Las hojas son ovaladas, de 1-8 mm de largo y 0,6-5 mm de ancho, de color verde claro, con tres (raramente cinco) venas y pequeños espacios de aire para ayudar a la flotación. Se reproduce principalmente vegetativamente por división. Rara vez produce flores 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, con 8-15 costillas. 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 las patas de las aves y, por lo tanto, puede colonizar nuevos estanques. [ cita requerida ]
Lemna minor tiene una distribución subcosmopolita y es nativa de la mayor parte de África , Asia , Europa y América del Norte . Está presente en todos los lugares donde hay estanques de agua dulce y arroyos de corriente lenta , excepto en climas árticos y subárticos. No se la conoce como nativa de Australasia o América del Sur , aunque está naturalizada allí. [ cita requerida ]
Para unas 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 charcas quietas cuando las condiciones son adecuadas. En las regiones templadas , cuando las temperaturas caen por debajo de los 6 a 7 °C, se producen órganos pequeños, densos y llenos de almidón llamados "turiones". Las plantas entran entonces en letargo y se hunden en el suelo para pasar el invierno. La primavera siguiente, vuelven a crecer y flotan de nuevo a la superficie. [3] [5]
En general, las lentejas de agua requieren cierto esfuerzo de manejo para su cultivo. Las pequeñas plantas que flotan libremente son susceptibles de ser arrastradas por el viento y formar montones, lo que hace que la superficie del agua quede abierta, lo que permite el crecimiento de algas . Por este motivo, se recomiendan estanques largos y estrechos que corran perpendicularmente al viento predominante. La distribución equitativa de los nutrientes añadidos en los estanques se puede lograr mediante varias entradas. Para mantener una cubierta densa de plantas en la superficie del agua y evitar una capa demasiado gruesa para el crecimiento, se requiere una cosecha y reposición coordinadas de nutrientes. [6]
Los requerimientos de fertilizantes para el cultivo de lenteja de agua dependen de la fuente de agua y del aislado geográfico de L. minor que se utilice. [7] L. minor cultivada en estanques que se llenan con agua de lluvia, necesita una aplicación adicional de nitrógeno , fósforo y potasio . El nitrógeno Kjeldahl total no debe caer por debajo de 20-30 mg/L si se quieren mantener altas tasas de crecimiento y contenidos de proteína cruda . Con respecto al fósforo, se ha reportado un buen crecimiento en concentraciones entre 6 y 154 mg/L (no hay una sensibilidad notable para 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 necesitan ser diluidos a una concentración equilibrada de nutrientes. En el caso del aislado 8627 de L. minor 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 total Kjeldahl : 54 mg/L, amonio: 31 mg/L, fósforo total: 16 mg/L). [8] El agua de alcantarillado, que a menudo tiene una concentración adecuada de potasio y fósforo, se puede 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 en particular encontró que más del 70% del arsénico se eliminó después de 15 días con una concentración inicial de 0,5 mg/L. [11] Otro dice que la biomasa viable de L. minor eliminó el 85-90% de Pb(NO3 ) 2 con una concentración inicial de 5 mg/L. Sin embargo, las concentraciones de plomo más altas dan como resultado una disminución en la tasa de crecimiento relativo 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 compost o fuente de proteínas para el ganado . [9] [13] En las regiones afectadas por la industria, 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 cosechada no debe reutilizarse, sino eliminarse en consecuencia. [13] [14] [15] Debido a que los metales pesados tienen efectos cancerígenos en los humanos, [16] persisten 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]
Según la literatura, se han registrado diferentes rendimientos de L. minor . Cultivada en condiciones ideales, se han registrado 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% dependiendo de la estación, el contenido de nutrientes del agua y las condiciones ambientales. No construye estructuras de tejido muy complejas y, por lo tanto, tiene un bajo contenido de fibra, inferior al 5%. Básicamente, todos sus tejidos se pueden utilizar como forraje para peces y aves de corral y hacen de la lenteja de agua un complemento alimenticio interesante . [13]
Las investigaciones experimentales han demostrado que L. minor es capaz de reemplazar completamente el agregado de soja en la dieta de los patos . Puede cultivarse directamente en la granja, lo que resulta en bajos costos de producción. Por lo tanto, el uso de lenteja de agua común como suplemento alimenticio en dietas de pollos de engorde es muy rentable también desde un punto de vista económico. [21] Una investigación mostró que las costosas tortas de aceite de sésamo en las dietas de pollos podrían reemplazarse parcialmente por L. minor barata con un mayor rendimiento de crecimiento de los pollos de engorde. Sin embargo, debido a un menor contenido de proteínas digestibles en L. minor (68,9% en comparación con el 89,9% en la torta de aceite de sésamo), la lenteja de agua común solo podría usarse como suplemento alimenticio en dietas de pollos de engorde . [22] Además, cuando se alimenta a las gallinas ponedoras parcialmente con L. minor seca (hasta 150 g / kg de forraje), la gallina mostró el mismo rendimiento que cuando se alimenta 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]
La 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 lleva a cabo en sistemas agrícolas del sudeste asiático, donde el estiércol y los excrementos se depositan en pequeños estanques eutróficos . El agua de esos estanques luego fertiliza estanques más grandes en los que se cultiva L. minor para su uso posterior como forraje para 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 g −2 día −1 (104,03 t ha −1 año −1 ) y la eliminación de más del 85 % del nitrógeno y fósforo totales contenidos.
El pretratamiento anaeróbico (por ejemplo, a través de la digestión anaeróbica en un UASB ) de las aguas residuales y la dilución del líquido a menos de 100 mg/L de nitrógeno Kjeldahl total y 50 mg/L de fósforo total, condujeron al mejor desempeño en cuanto a crecimiento y eliminación de nutrientes. [8] [24]
El cultivo de L. minor en aguas residuales pretratadas anaeróbicamente es una aplicación de bajo costo, con el potencial de mejorar el estiércol doméstico al producir alimento valioso para animales. Además, la contaminación ambiental se puede reducir mediante la eliminación de nutrientes de los efluentes. [25] [26] [27]
La 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 fácil. [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 fosfato, nitrato y azúcar y pH óptimo, la proporción de almidón con respecto al peso seco total es ligeramente superior (12,5%). La supresión de la actividad fotosintética de L. minor mediante su cultivo en la oscuridad y la adición de glucosa aumenta aún más la acumulación de almidón hasta un 36%. [28]
Después de la cosecha, 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 los rendimientos 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 pretratamiento térmico o químico. [28]
La Lemna japonica ha sido modificada genéticamente para producir hasta siete veces más aceite por acre que la soja. [30]
La Lemna minor se utiliza habitualmente para la evaluación de la ecotoxicidad de microcontaminantes orgánicos e inorgánicos [31], así como para evaluar la toxicidad de los lixiviados de aguas residuales y vertederos . [32] La información sobre la metodología aplicada se proporciona en el protocolo pertinente de la OCDE. [33]
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