Spirodela polyrhiza ( orth. var. S. polyrrhiza ) es una especie de lenteja de agua conocida con los nombres comunes de carne de pato común , [1] lenteja de agua mayor , [2] carne de pato grande , [3] lenteja de agua común y carne de pato . Se puede encontrar en casi todo el mundo en muchos tipos dehábitats de agua dulce . [4]
Spirodela polyrhiza es una planta acuática perenne que generalmente crece en densas colonias, formando una estera en la superficie del agua. Cada planta es un disco liso, redondo y plano de 0,5 a 1,0 cm de ancho. Su superficie superior es mayoritariamente verde, a veces roja, mientras que la superficie inferior es de color rojo oscuro. [5] Produce varias raíces diminutas y una bolsa que contiene flores masculinas y femeninas. La parte superior muere en el otoño y la planta a menudo pasa el invierno como turión . El turión se hunde hasta el fondo del cuerpo de agua y permanece en una fase latente , hasta que la temperatura del agua alcanza los 15 °C. Luego, los turiones germinan en el fondo del cuerpo de agua y comienzan un nuevo ciclo de vida. [6] Como esta especie vive en estanques y cuerpos de agua de movimiento lento, difiere en su desarrollo de las plantas terrestres en morfología y fisiología . Experimenta un crecimiento principalmente vegetativo en primavera y verano, formando nuevas frondas . Spirodela polyrhiza rara vez florece. [7] En otoño e invierno cambia a una fase latente representada por los turiones debido a la falta de nutrición y las temperaturas bajo cero. [ cita necesaria ]
Debido a su rápido crecimiento, contacto directo con los medios y tamaño pequeño del genoma (~150 Mb), S. polyrhiza es un sistema ideal para biocombustibles, biorremediación y ciclo del carbono. [4] En febrero de 2014 se publicó un estudio genómico completo de S. polyrhiza. Los resultados proporcionan información sobre cómo este organismo se adapta al crecimiento rápido y a un estilo de vida acuático. [8]
Los turiones fueron inducidos por la hormona vegetal ácido abscísico (ABA) en el laboratorio. Los investigadores informaron que los turiones eran ricos en pigmentación antocianina y tenían una densidad que los sumergía en medios líquidos. La microscopía electrónica de transmisión de turiones mostró, en comparación con las hojas, vacuolas encogidas , un espacio intercelular más pequeño y abundantes gránulos de almidón rodeados por membranas tilacoides . Los turiones acumularon más del 60% de almidón en masa seca después de dos semanas de tratamiento con ABA. [9]
Spirodela polyrhiza se encuentra en todo el mundo, concretamente en América del Norte , [10] Asia , [11] más raramente en América Central y del Sur , pero también en Europa Central . [12] Crece en climas tropicales y templados . [12] No es frecuente en Nueva Zelanda y sólo raramente en Australia . [5]
El cultivo a gran escala se realiza en tanques de agua al aire libre, principalmente en relación con el tratamiento de aguas residuales . Los tanques se alimentan con aguas residuales y la lenteja de agua flotante se recolecta de la superficie. Luego se utiliza como biocombustible a partir de aguas residuales industriales o como alimento para animales en instalaciones de tratamiento de aguas residuales agrícolas . [6]
Spirodela polyrhiza se puede utilizar para biorremediación , eliminando sustancias tóxicas del medio acuático así como para la limpieza de aguas eutróficas , especialmente en plantas de tratamiento de aguas residuales . También están ganando importancia sus usos como biocombustible y alimento para animales. Apenas se utiliza para la nutrición humana. [ cita necesaria ]
Debido a su capacidad para hiperacumular metales pesados y su alta absorción de nutrientes del agua, S. polyrhiza se utiliza para biorremediación. Los principales contaminantes que se pueden utilizar para remediar son el arsénico (As) y el mercurio (Hg) [13] y los nutrientes comunes de las aguas residuales, como el sulfato (SO 4 2- ), fosfato (PO 4 3- ) y nitrato (NO 3 − ). . [ cita necesaria ]
La lenteja de agua mayor mostró acumulación de arsénico en pruebas de laboratorio. Se encontró que la absorción de arsénico se correlacionaba negativamente con la absorción de fosfato y positivamente con la absorción de hierro . Esto indica que el fosfato y el arsénico compiten por la absorción por parte de S. polyrhiza , mientras que la absorción de arsénico es facilitada por los óxidos de hierro, porque muestra afinidad con la superficie de la raíz de S. polyrhiza , donde es absorbido. Se cree que la lenteja de agua desintoxica el arsénico al reducir el As (V) al As (III), menos tóxico. Surgen dificultades en el manejo de plantas con altos contenidos de As. Un posible uso de la biomasa que contiene As es la producción de carbón vegetal y gas como subproducto, que puede utilizarse como combustible. Los problemas de este enfoque son la baja calidad del carbón y las elevadas inversiones. Se cree que la quema directa o la quema del carbón libera arsénico al aire, lo que contaminaría el medio ambiente. Otras opciones para la producción de combustible serían la hidrólisis y la fermentación , que son económicamente inviables. La biomasa tendría que tratarse con ácidos fuertes y calor, dos procesos que requieren mucho capital. Una de las mejores opciones es la fabricación de briquetas , en la que las plantas se secan y se prensan para formar bolitas de briquetas. Esto plantea la cuestión de si el arsénico se libera al medio ambiente durante el proceso de combustión. También se considera la producción de biogás , pero nuevamente hay que evitar la redistribución del As. [13]
Se descubrió que Spirodela polyrhiza es un bioacumulador eficiente de cloruro de mercurio (HgCl 2 ) en entornos de laboratorio. Su biomasa vegetal mostró una concentración de cloruro de mercurio 1000 veces mayor que la de su medio acuático. Spirodela polyrhiza mostró el mayor factor de acumulación en comparación con Lemna gibba y L. minor , que también fueron investigadas. [14]
d Se ha utilizado lenteja de agua para eliminar contaminantes comunes de las aguas residuales. En un entorno de laboratorio, S. polyrhiza mostró una eficiencia máxima de eliminación del 90% de nitrato, 99,6% de fosfato y 69,8% de sulfato. La eficiencia para los tres contaminantes combinados fue del 85,6%, lo que lo convierte en un biorremediador ambiental y económicamente viable para el tratamiento de aguas residuales. [11]
Debido a la producción de almidón que ahorra espacio y al buen crecimiento en las aguas residuales animales, S. polyrhiza tiene un gran potencial en la producción de bioetanol . [15] A pesar de los problemas ambientales asociados con la producción y la competencia de la alimentación humana y animal, el maíz es la principal materia prima para el bioetanol. Spirodela polyrhiza podría producir hasta un 50% más de bioetanol en la misma superficie. [16] Al mismo tiempo, la producción de bioetanol a partir de S. polyrhiza no compite con la alimentación humana. La producción de bioetanol a partir de S. polyrhiza aún se encuentra en fase de desarrollo. [ cita necesaria ]
En la agricultura a pequeña escala, S. polyrhiza se utiliza como alimento para peces o aves. [17] Debido a su rápido crecimiento y alto contenido de proteínas, es un alimento interesante. Debido a problemas sanitarios y al riesgo de acumulación de metales pesados, todavía no se utiliza para la alimentación en sistemas ganaderos más grandes. [18] Para la trucha arco iris , se encontraron tasas de crecimiento más pobres cuando se agregó S. polyrhiza al alimento. [19] Para la tilapia ( Oreochromis niloticus L. ), se encontraron mayores ganancias de peso cuando el 30% de la harina de pescado en el alimento se reemplazó con S. polyrhiza . [20] Una revisión también ha demostrado que la lenteja de agua se puede utilizar en dietas para ganado vacuno, porcino y aves de corral. Sin embargo, surgen los problemas de contaminación por metales pesados y patógenos. [21]
Aunque otras especies de lenteja de agua, como Wolffia arrhiza , son consumidas por personas de zonas rurales, S.polyrhiza no se cultiva para consumo humano. [22] Esto se debe a las grandes preocupaciones sobre la acumulación de metales pesados y la posible contaminación con Escherichia coli o Clostridium botulinum . [18] A diferencia de W. arrhiza , S. polyrhiza contiene, como la mayoría de las especies de lenteja de agua, cristales de oxalato de calcio que se sabe que causan cálculos renales . [6]
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