Spirodela polyrhiza ( orth. var. S. polyrrhiza ) es una especie de lenteja de agua conocida por los nombres comunes de lenteja de agua común , [1] lenteja de agua mayor , [2] lenteja de agua grande , [3] lenteja de agua común y lenteja de agua dulce . Se puede encontrar en casi todo el mundo en muchos tipos dehábitat de agua dulce . [4]
Spirodela polyrhiza es una planta acuática perenne que crece generalmente en colonias densas, 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 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 principalmente un crecimiento vegetativo en primavera y verano, formando nuevas frondas . Spirodela polyrhiza rara vez florece. [7] En otoño e invierno pasa a una fase latente representada por los turiones debido a la falta de nutrición y las temperaturas gélidas. [ cita requerida ]
Debido a su rápido crecimiento, contacto directo con el medio y pequeño tamaño de su 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 exhaustivo de S. polyrhiza . Los resultados brindan 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 los turiones mostró, en comparación con las frondas , vacuolas encogidas, espacio intercelular más pequeño y abundantes gránulos de almidón rodeados de 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 solo raramente en Australia . [5]
El cultivo a gran escala se realiza en tanques de agua al aire libre, en su mayoría en conexión con el tratamiento de aguas residuales . Los tanques se alimentan con aguas residuales y la lenteja de agua flotante se cosecha de la superficie. Luego se utiliza como biocombustible a partir de aguas residuales industriales o como alimento para animales a partir de instalaciones de tratamiento de aguas residuales agrícolas . [6]
La Spirodela polyrhiza se puede utilizar para la biorremediación , eliminando sustancias tóxicas del medio acuático, así como para la limpieza de aguas eutróficas , especialmente en plantas de tratamiento de aguas residuales . Sus usos como biocombustible y alimento para animales también están ganando importancia. Apenas se utiliza para la nutrición humana. [ cita requerida ]
Debido a su capacidad de hiperacumular metales pesados y su alta absorción de nutrientes del agua, S. polyrhiza se utiliza para la biorremediación. Los principales contaminantes que se pueden remediar con esta técnica son el arsénico (As) y el mercurio (Hg) [13] y nutrientes comunes de las aguas residuales, como el sulfato (SO 4 2- ), el fosfato (PO 4 3- ) y el nitrato (NO 3 − ). [ cita requerida ]
La lenteja de agua mayor mostró acumulación de arsénico en pruebas de laboratorio. Se encontró que la absorción de arsénico estaba correlacionada negativamente con el fosfato y positivamente con la absorción de hierro . Esto indica que el fosfato y el arsénico compiten por la absorción por S. polyrhiza , mientras que la absorción de arsénico se ve facilitada por los óxidos de hierro, porque muestra una afinidad con la superficie de la raíz de S. polyrhiza , donde es absorbido. Se cree que la lenteja de agua mayor desintoxica el arsénico al reducir As (V) al menos tóxico As (III). Surgen dificultades con el manejo de las plantas con altos contenidos de As. Un posible uso de la biomasa que contiene As es la producción de carbón y gas como subproducto, que puede usarse como combustible. Los problemas con este enfoque son la baja calidad del carbón y las altas 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 no son económicamente viables. La biomasa debería tratarse con ácidos fuertes y calor, dos métodos que requieren un gran esfuerzo económico. La briquetación se considera una de las mejores opciones, en la que las plantas se secan y se prensan para formar briquetas. Esto plantea la cuestión de si el arsénico se libera de nuevo al medio ambiente durante el proceso de combustión. También se contempla la producción de biogás , pero una vez más, hay que evitar la redistribución del arsénico. [13]
Se ha descubierto 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 su entorno acuático. Spirodela polyrhiza mostró el factor de acumulación más alto en comparación con Lemna gibba y L. minor , que también fueron investigadas. [14]
La lenteja de agua se ha utilizado 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 la convierte en un biorremediador ambiental y económicamente viable para el tratamiento de aguas residuales. [11]
Debido a la producción de almidón que ocupa poco espacio y al buen crecimiento en 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 área. [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 todavía está en fase de desarrollo. [ cita requerida ]
En la agricultura a pequeña escala, S. polyrhiza se utiliza como alimento para peces o aves de corral. [17] Debido a su rápido crecimiento y alto contenido de proteínas, es un alimento interesante. Debido a los problemas sanitarios y al riesgo de acumulación de metales pesados, aún no se utiliza para la alimentación en sistemas de cría de animales 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, cerdos y aves de corral. Sin embargo, ocurren los problemas de metales pesados y contaminación por patógenos. [21]
Aunque otras especies de lenteja de agua, como Wolffia arrhiza , son consumidas por personas en áreas rurales, S. polyrhiza no se cultiva para el 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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