Лемноидеи
Лемноидеи | |
---|---|
Крупный план двух разных видов ряски: Spirodela Polyrhiza и Wolffia globosa : длина последних составляет менее 2 мм. | |
Научная классификация | |
Королевство: | Растения |
Клэйд : | Трахеофиты |
Клэйд : | покрытосеменные растения |
Клэйд : | Однодольные |
Заказ: | Алисмалес |
Семья: | Ароидные |
Подсемейство: | Лемноидеи |
Роды | |
Синонимы | |
Рясковые |
Lemnoideae — подсемейство цветущих водных растений , известных как ряска , водяная чечевица или водные линзы . Они плавают на или прямо под поверхностью неподвижных или медленно движущихся водоемов с пресной водой и водно-болотных угодий . Также известные как лавровый корень , они возникли из семейства арумовых или ароидных ( Araceae ). [1] поэтому часто относят к подсемейству Lemnoideae семейства Araceae. Другие классификации, особенно созданные до конца двадцатого века, выделяют их в отдельное семейство Lemnaceae .
Эти растения имеют простое строение, лишены явного стебля или листьев . Большая часть каждого растения представляет собой небольшую организованную структуру « таллом » или « вайя » толщиной всего в несколько клеток, часто с воздушными карманами ( аэренхимой ), которые позволяют ему плавать на поверхности воды или прямо под ней. В зависимости от вида каждое растение может не иметь корня или иметь один или несколько простых корешков. [2]
Размножение происходит в основном бесполым почкованием ( вегетативное размножение ), которое происходит из меристемы, заключенной в основании листа. Иногда три крошечных «цветка», состоящих из двух тычинок и пестика образуются половое размножение , с помощью которых происходит . Некоторые рассматривают этот «цветок» как псевдоантий , или уменьшенное соцветие , с тремя цветками, явно женскими или мужскими, происходящими от початка ароидных. Эволюция соцветия ряски остается неоднозначной из-за значительной эволюционной редукции этих растений от более ранних сородичей.
Цветок рода ряски Wolffia — самый маленький из известных, его длина составляет всего 0,3 мм. [3] Плод, образующийся в результате этого случайного размножения, представляет собой маточку , а семя образуется в мешке, содержащем воздух, который облегчает плавучесть.
Ряска в естественной среде
[ редактировать ]Одним из наиболее важных факторов, влияющих на распространение водно-болотных растений, и в частности водных растений, является доступность питательных веществ. [4] Ряска, как правило, ассоциируется с плодородными, даже эвтрофными условиями. Они могут распространяться, прилипая к перьям водоплавающих птиц, а также к коже или меху других земноводных животных и, таким образом, непреднамеренно переносясь в новые водоемы. [5] Растения также могут быть перенесены паводком или другой движущейся водой. В водоемах с постоянным течением или разливом растения сносятся по руслам и обычно не сильно размножаются, поскольку предпочитают стоячую воду. Однако в некоторых местах существует циклический характер, обусловленный погодными условиями, при котором растения сильно размножаются в периоды маловодия, прежде чем они уносятся с наступлением дождливых периодов.
Ряска является важным источником пищи с высоким содержанием белка для водоплавающих птиц и многих видов рыб . Крошечные растения служат укрытием для уязвимых мальков и головастиков многих рыб и амфибий . Растения используются в качестве убежища прудовыми видами, такими как лягушки-быки и тритоны , а также рыбами, такими как синежабрники . Они также обеспечивают тень и, хотя их часто путают, могут уменьшить рост некоторых фотоавтотрофных водорослей , вызванных светом .
Использование в качестве пищевой культуры для человека
[ редактировать ]Ряску употребляют в некоторых частях Юго-Восточной Азии, а именно в Лаосе , Таиланде и Мьянме . [6] его выращивают и как овощ Кроме того, в Израиле . [7] Он производит больше белка на квадратный метр, чем соевые бобы , поэтому иногда его называют важным потенциальным источником пищи. [8]
Некоторые первоначальные исследования относительно того, в какой степени ряска может быть представлена на европейских рынках, показывают, что потребители не возражают против этой идеи. [9] Проект НАСА « Пещеры Марса» определил ряску как главного кандидата для проектов по производству марсианских продуктов питания. [10]
Инвазивные виды
[ редактировать ]Несмотря на некоторые из этих преимуществ, поскольку ряска процветает в водно-болотных угодьях с высоким содержанием питательных веществ, растения можно рассматривать как неприятный вид, когда условия благоприятствуют чрезмерному размножению в средах с традиционно низким содержанием питательных веществ или олиготрофными .
Один из примеров этой проблемы возникает в Эверглейдс , преимущественно олиготрофной среде, когда избыточные химикаты (включая удобрения) переносятся ливневыми или поверхностными стоками в водные пути. [11]
Городские стоки и сельскохозяйственное загрязнение затем начинают поставлять повышенное количество питательных веществ в окружающие водно-болотные угодья и водные пути, что может привести к нарушению местной экологии. Эти условия позволяют вторжению быстрорастущих видов, таких как ряска, обосноваться, распространиться и вытеснить другие местные виды, такие как сорняк , и со временем привести к широкомасштабным изменениям в экологии местных сорняков и болотистых мест обитания в Эверглейдс. [12]
Таксономия
[ редактировать ]Ряски долгое время оставались таксономической загадкой, и их обычно считали отдельным семейством Lemnaceae. В основном они размножаются бесполым путем. Цветы, если они вообще есть, маленькие. Корни либо сильно редуцированы, либо отсутствуют вовсе. Их родство с Araceae подозревалось еще в 1876 году, но до появления молекулярной филогении проверить эту гипотезу было сложно.
Начиная с 1995 года, исследования начали подтверждать их принадлежность к семейству Araceae, и с тех пор большинство систематиков считают их частью этого семейства. [13]
Их положение внутри семьи было немного менее ясным; однако несколько исследований XXI века помещают их в положение, показанное ниже. [13] Хотя они принадлежат к тому же семейству, что и Пистия , другое водное растение, они не являются близкими родственниками. [13]
Ароидные |
| ||||||||||||||||||
Роды ряски : Spirodela , Landoltia , Lemna , Wolffiella и Wolffia .
ряски Размеры генома имеют десятикратный диапазон (150–1500 МБ), что потенциально представляет собой диплоиды или октаплоиды . Род Spirodela имеет наименьший размер генома (150 МБ, как у Arabidopsis thaliana ), тогда как наиболее производный род, Wolffia , содержит растения с самым большим размером генома (1500 МБ). [14] Секвенирование ДНК показало, что Wolffiella и Wolffia более тесно связаны, чем другие. Spirodela занимает базальное положение таксона, за ним следуют Lemna , Wolffiella и Wolffia , которая является наиболее производной. [15]
Для идентификации различных геномов ряски была разработана система молекулярной идентификации на основе ДНК на основе семи пластид -маркеров, предложенных Консорциумом по штрих-коду жизни . [16] atpF -atpH Некодирующий спейсер был выбран в качестве универсального ДНК- маркера штрих-кодирования для видовой идентификации ряски. [17]
Ископаемая запись
[ редактировать ]Вымершие свободно плавающие водные растения и пыльца , родственные Lemnoideae, впервые появляются в летописи окаменелостей во время позднего мела ( маастрихт ), о чем свидетельствуют плавающие листья, описанные как Aquaephyllum auriculatum из Патагонии , Аргентина лемноидной пыльцы , и род Pandaniidites . [18]
Окаменелости плавающих листьев с корешками из палеоцена южного Саскачевана , Канада , которые первоначально были описаны Джоном Уильямом Доусоном как Spirodela ) scutata в 1885 Lemna ( году, были переописаны как Limnobiophyllum . [19] Помимо западной части Северной Америки, Limnobiophyllum был обнаружен в палеоцене восточной России и миоцене Чешской Республики . [19] Необычно полные экземпляры из палеоцена Альберты , Канада, варьируются от одиночных листьев диаметром примерно до 4 см (1,6 дюйма) до розеток из четырех листьев, некоторые из которых были соединены с соседними растениями столонами , а некоторые из них несут остатки цветков с пыльниками , содержащими пыльцу Pandaniidites . [20] о появлении семян лемноидов, описанных как Lemnospermum . Сообщалось также [19]
Исследования и приложения
[ редактировать ]Исследования и применение ряски поддерживают две международные организации: Международная ассоциация ряски. [21] и Международный руководящий комитет по исследованиям и применению ряски. [22]
В июле 2008 года Министерства энергетики США (DOE) Объединенный институт генома объявил, что Программа общественного секвенирования будет финансировать секвенирование генома гигантской ряски Spirodela Polyrhiza . Это был приоритетный проект Министерства энергетики в 2009 году. Целью исследования было содействие новым программам по биомассе и биоэнергетике . [23] Результаты были опубликованы в феврале 2014 года. Они дают представление о том, как это растение адаптировано к быстрому росту и водному образу жизни. [24]
Потенциальный источник чистой энергии
[ редактировать ]Ряска изучается исследователями по всему миру как возможный источник чистой энергии. В США, помимо того, что ряска является предметом исследования Министерства энергетики, как Университет Рутгерса , так и Университет штата Северная Каролина реализуют текущие проекты, направленные на определение того, может ли ряска быть источником экономически эффективной, чистой и возобновляемой энергии . [25] [26] Ряска является хорошим кандидатом в качестве биотоплива , поскольку она быстро растет, производит в пять-шесть раз больше крахмала, чем кукуруза, на единицу площади и не способствует глобальному потеплению . [27] [28] Быстрый характер выращивания ряски показал, что она может удвоить биомассу за четыре с половиной дня. [29] [30] [31] Ряска удаляет углекислый газ из атмосферы и может иметь значение для смягчения последствий изменения климата . [32]
Фильтрация загрязнений и питательных веществ
[ редактировать ]Растения могут обеспечить удаление нитратов , если их выращивать, а ряска важна в процессе биоремедиации, поскольку она быстро растет, поглощая избыток минеральных питательных веществ, особенно азота и фосфатов . По этим причинам их рекламируют как очистители воды с неиспользованной ценностью. [33]
Швейцарский департамент водоснабжения и санитарии в развивающихся странах, связанный со Швейцарским федеральным институтом экологических наук и технологий, утверждает, что, помимо пищевой и сельскохозяйственной ценности, ряска также может использоваться для очистки сточных вод для улавливания токсинов и контроля запаха. и что если во время сбора урожая сохранять коврик из ряски для удаления захваченных ею токсинов, это предотвращает развитие водорослей и контролирует размножение комаров . [34] В той же публикации представлен обширный список литературы по многим темам, связанным с ряской.
Эти растения также могут играть роль в сохранении воды, поскольку покров из ряски снижает испарение воды по сравнению с водоемом аналогичного размера с чистой поверхностью.
Ряска также действует как биоремедиатор, эффективно фильтруя загрязняющие вещества, такие как бактерии, азот, фосфаты и другие питательные вещества, из естественных водоемов, искусственных водно-болотных угодий и сточных вод. [35] [36] [37]
- Ряска обыкновенная в Галисии , Испания
- Вода, поросшая ряской, окаймлена несколькими лысыми кипарисами .
- Озеро Мюллилампи с «островками» ряски, сфотографировано сверху. Орусъярви, Питкярантский район, Карелия, Россия.
Стартап microTERRA, базирующийся в Мексике, попытался использовать ряску для очистки воды на частных аквакультурных фермах. Растения используют азот и фосфор, получаемые из рыбных отходов, в качестве удобрения, одновременно очищая воду по мере ее роста. Затем вода может быть повторно использована фермерами, занимающимися аквакультурой , а ряска, в которой содержание белка составляет 35-42%, может быть собрана в качестве источника устойчивого растительного белка . [38]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Шех-Мэй Там; Питер К. Бойс; Тим М. Апсон; Дени Барабе; Энн Брюно; Феликс Форест; Джон С. Паркер (2004). «Межродовая и внутрисемейная филогения подсемейства Monsteroideae (Araceae), выявленная с помощью последовательностей <011>trnL-F хлоропластов» . Американский журнал ботаники . 91 (3): 490–498. дои : 10.3732/ajb.91.3.490 . ПМИД 21653404 .
- ^ Скалторп, Сирил Дункан (1985). Биология водных сосудистых растений . Научные книги Кельца. ISBN 978-3-87429-257-3 .
- ^ Ландольт, Элиас (1986). Биосистематические исследования семейства рясковых (Lemnaceae) Том 2: Семейство Lemnaceae: монографическое исследование. – Морфология, кариология, экология, географическое распространение, номенклатура, описания . Цюрих: Швейцарский федеральный технологический институт Цюриха.
- ^ Кедди, Пол А. (2010). «Плодородие» . Экология водно-болотных угодий: принципы и сохранение (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 79. ИСБН 978-0-521-73967-2 . Проверено 7 мая 2012 г.
- ^ Хатчинсон, Г. Эвелин (1975). Трактат по лимнологии . Том. 3: Лимнологическая ботаника. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья.
- ^ Аппенрот, К.Дж.; Шри, Канзас; Бём, В.; Хамманн, С.; Веттер, В.; Лейтерер, М.; Джарейс, Г. (2017). «Пищевая ценность ряски ( Lemnaceae ) как пищи человека». Пищевая химия . 217 : 266–273. doi : 10.1016/j.foodchem.2016.08.116 . ПМИД 27664634 . S2CID 6617534 .
- ^ «Ряска ряска гиббоус, ряска набухшая, ряска пустозвоны, база данных растений ряски PFAF» . pfaf.org . Проверено 4 января 2023 г.
- ^ Ландесман, Луи. «Страница приложения Dr. Wastewater's ряски» . Архивировано из оригинала 27 октября 2009 года . Проверено 31 января 2012 г.
- ^ де Бекелаар, Мирта Ф.; Зейнстра, Гертруда Г.; Мес, Джурриан Дж.; Фишер, Арнут Р.Х. (2019). «Ряска как пища человека: влияние контекста приема пищи и информации на приемлемость ряски голландскими потребителями» . Качество и предпочтения продуктов питания . 71 (1): 76–86. doi : 10.1016/j.foodqual.2018.06.005 .
- ^ «Плоские посевы для Марса» . Пещеры Марса (highmars.org) . Архивировано из оригинала 1 июля 2007 года . Проверено 11 января 2022 г.
- ^ Каннингем, Уильям; Каннингем, Мэри (2015). Наука об окружающей среде: глобальная проблема (13-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill Education. п. 415. ИСБН 9781259255724 .
- ^ Финкл, Чарльз; Маковски, Кристофер (2017). Прибрежные водно-болотные угодья: изменение и восстановление . Чам, Швейцария: Springer. п. 16. ISBN 9783319561783 . Проверено 1 января 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Кабрера, Лидия И.; Салазар, Херардо А.; Чейз, Марк В.; Мэйо, Саймон Дж.; Богнер, Йозеф; Давила, Патрисия (2008). «Филогенетические взаимоотношения ароидных и рясок (Araceae), выведенные на основе кодирующей и некодирующей пластидной ДНК» . Американский журнал ботаники . 95 (9): 1153–1165. дои : 10.3732/ajb.0800073 . ПМИД 21632433 .
- ^ Ван, Вэньцинь; Керстеттер, Рэндалл А.; Майкл, Тодд П. (2011). «Эволюция размера генома ряски ( Lemnaceae )» . Журнал ботаники . 2011 (570319): 1–9. дои : 10.1155/2011/570319 . ISSN 2090-0120 .
- ^ Ван, Вэньцинь; Мессинг, Иоахим; Бэджер, Джонатан Х. (2011). «Высокопроизводительное секвенирование трех геномов хлоропластов Lemnoideae (ряски) из тотальной ДНК» . ПЛОС ОДИН . 6 (9): e24670. Бибкод : 2011PLoSO...624670W . дои : 10.1371/journal.pone.0024670 . ПМК 3170387 . ПМИД 21931804 .
- ^ Холлингсворт, премьер-министр; и др. (июль 2009 г.). «Штрих-код ДНК для наземных растений» (PDF) . Труды Национальной академии наук . 106 (31): 12794–12797. дои : 10.1073/pnas.0905845106 . ПМЦ 2722355 . ПМИД 19666622 . Проверено 2 августа 2012 г.
- ^ Ван, Вэньцинь; Ву, Юнгруй; Ян, Ихэн; Ермакова Марина; Керстеттер, Рэндалл; Мессинг, Иоахим (2010). «Штрих-кодирование ДНК Lemnaceae , семейства водных однодольных» . Биология растений BMC . 10 (1): 205. дои : 10.1186/1471-2229-10-205 . ПМЦ 2956554 . ПМИД 20846439 .
- ^ Гальего, Дж.; Гандольфо, Массачусетс; Кунео, Северная Каролина; Замалоа, MC (2014). «Ископаемые Araceae из верхнего мела Патагонии, Аргентина, с учетом происхождения свободно плавающих водных ароидных». Обзор палеоботаники и палинологии . 211 : 78–86. Бибкод : 2014RPaPa.211...78G . дои : 10.1016/j.revpalbo.2014.08.017 . hdl : 11336/36506 .
- ^ Перейти обратно: а б с Квачек, З. (1995). « Лимнобиофиллум (Красилов) – ископаемое звено между Araceae и Lemnaceae». Водная ботаника . 50 : 49–61. дои : 10.1016/0304-3770(94)00442-О .
- ^ Стоки, РА; Хоффман, Г.Л.; Ротвелл, GW (1997). «Ископаемое однодольное растение Limnobiophyllum scutatum : раскрытие филогении Lemnaceae» . Американский журнал ботаники . 84 (3): 355–368. дои : 10.2307/2446009 . JSTOR 2446009 . ПМИД 21708589 . S2CID 20957240 .
- ^ «Международная ассоциация лемны (ILA)» (официальный сайт).
- ^ «Международный руководящий комитет по исследованиям и применению ряски (ISCDRA)» (официальный сайт).
- ^ «Секвенирование генома ряски имеет глобальные последствия» . Э! Новости науки (Esciencenews.com) . 8 июля 2008 года . Проверено 13 ноября 2011 г.
- ^ Ван, В.; и др. (2014). « Геном Spirodela polyrhiza позволяет понять ее неотенозную редукцию, быстрый рост и водный образ жизни» . Природные коммуникации . 5 : 3311. Бибкод : 2014NatCo...5.3311W . дои : 10.1038/ncomms4311 . ПМЦ 3948053 . ПМИД 24548928 .
- ^ Майкл, Тодд П. (2008). «Секвенирование генома ряски Spirodela polyrhiza : биотопливо, биоремедиация и культура с круговоротом углерода» (PDF) . Университет Рутгерса . Архивировано из оригинала (PDF) 3 октября 2011 года . Проверено 7 мая 2012 г.
- ^ «Исследователи находят топливо в необычных местах» . Ncsu.edu . Проверено 13 ноября 2011 г.
- ^ Симс, Брайан (nd). «Ряска обладает огромным потенциалом» . Biomassmagazine.com . Проверено 13 ноября 2011 г.
- ^ «Ряска — возможное решение энергетических потребностей, говорят исследователи» . Pressofatlanticcity.com. 3 мая 2010 г. Проверено 13 ноября 2011 г.
- ^ Файзал, Ахмад; Сембада, Анка Аваль; Прихарто, Нил (1 января 2021 г.). «Производство биоэтанола из четырех видов ряски (Landoltia punctata, Lemna aequinoctialis, Spirodela полирриза и Wolffia aрриза) путем оптимизации процесса осахаривания и ферментации с помощью Saccharomyces cerevisiae» . Саудовский журнал биологических наук . 28 (1): 294–301. Бибкод : 2021SJBS...28..294F . дои : 10.1016/j.sjbs.2020.10.002 . ISSN 1319-562X . ПМЦ 7785427 . ПМИД 33424309 .
- ^ Зиглер, П.; Адельманн, К.; Циммер, С.; Шмидт, К.; Аппенрот, К.-Й. (6 мая 2014 г.). Керентьес, Дж. (ред.). «Относительная скорость роста in vitro ряски (Lemnaceae) – наиболее быстрорастущих высших растений». Биология растений . 17 (с1): 33–41. дои : 10.1111/plb.12184 . ISSN 1435-8603 . ПМИД 24803032 .
- ^ Го, Линг; Фанг, Ян; Джин, Янлин; Он, Кайзе; Чжао, Хай (1 ноября 2023 г.). «Производство высококрахмалистой биомассы ряски и ее высокоэффективная переработка в биоэтанол» . Экологические технологии и инновации . 32 : 103296. Бибкод : 2023EnvTI..3203296G . дои : 10.1016/j.eti.2023.103296 . ISSN 2352-1864 .
- ^ «Углеродно-нейтральная энергетика» . Энергетическая независимость Америки . Проверено 13 ноября 2011 г.
- ^ «Очистка сточных вод ряски и повторное использование ее на корм (Западный берег)» . Idrc.ca. Архивировано из оригинала 8 июня 2011 года . Проверено 13 ноября 2011 г.
- ^ Икбал, Саша (март 1999 г.). «Аквакультура ряски: потенциал, возможности и ограничения для комбинированной очистки сточных вод и производства кормов для животных в развивающихся странах» (PDF) . Отчет САНДЕК . 6 (99) . Проверено 31 января 2012 г.
- ^ «Секвенирование генома ряски имеет глобальные последствия. Прудовая пена может устранить загрязнение, бороться с глобальным потеплением и уменьшить голод в мире» (пресс-релиз). Университет Рутгерса . 8 июля 2008 года . Проверено 10 марта 2022 г.
- ^ Кросс, Джон В. «Практическая ряска: области применения и спонсоры» . Мобот.орг . Проверено 13 ноября 2011 г.
- ^ Нибб, Уэйн (июль 2001 г. - июнь 2004 г.). «Биоремедиация отходов аквакультуры и деградированных водных путей с использованием рыбы» . Департамент инструментов первичной промышленности и рыболовства. Австралия: Правительство Квинсленда. Архивировано из оригинала 20 октября 2007 года . Проверено 6 февраля 2012 года .
- ^ «Три экоинноватора, борющиеся с загрязнением окружающей среды и изменением климата» . Журнал Колумбия . Проверено 24 ноября 2021 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Кросс, Джон В. «Чары ряски» . сайт mobot.org .
- Армстронг, Уэйн (nd). «Экспозиция В. П. Армстронга и макрофотографии Lemnaceae и их союзников (ряски)» . Слово Уэйна . Естественная история. Сан-Маркос, Калифорния: Колледж Паломар . Проверено 16 октября 2022 г.
- « Лемновые » . delta-intkey.com .
- получено из
- Уотсон, Л. и Даллвиц, М.Дж. (3 мая 2006 г.) [1992]. Семейства цветковых растений: описания, иллюстрации, идентификация, поиск информации . Архивировано из оригинала 3 января 2007 г. – на сайте delta-intkey.com.
- «Тест на ингибирование роста ряски» . Список стандартов. lemnatec.com . Архивировано из оригинала 27 января 2013 года.
- « Спиродела геномика» (сайт научно-исследовательской лаборатории). СпироделаБаза. Университет Рутгерса .