Су құлпынайы: Биологиялық қасиеттері мен қолданылуы
Lemna
Су құлпынай (Lemna) – Araceae тұқымдасының суда жүзетін гүлді өсімдіктері. Экология, биология зерттеулерінде, мал азығы ретінде қолданылады. 14 түрі бар.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Lemna – Araceae тұқымдасының гүлді өсімдіктерінің туысы.
Genus of flowering plants in the family Araceae
Lemna – "duckweed" деген жалпы атаумен белгілі еркін жүзетін су өсімдіктерінің туысы. Олар арам тұқымдасының морфологиялық жағынан ерекшеленетін мүшелері. Бұл өсімдіктердің тез өсу қабілеті қоғамдық экология, өсімдіктердің негізгі биологиясы, экотоксикология, биофармацевтикалық өнімдерді өндіру салаларындағы зерттеулерде модельдік жүйе ретінде, сондай-ақ ауыл шаруашылығы және аквакультура үшін мал азығының көзі ретінде қолданылады. Қазіргі таңда Лемнаның 14 түрі анықталған.
Lemna is a genus of free floating aquatic plants referred to by the common name "duckweed". They are morphologically divergent members of the arum family Araceae. These rapidly growing plants have found uses as a model system for studies in community ecology, basic plant biology, ecotoxicology, and production of biopharmaceuticals, and as a source of animal feeds for agriculture and aquaculture. Currently, 14 species of Lemna are recognised.
Сипаттама
Лемна түрлері су бетінде немесе оның астында еркін жүзетін, қарапайым таллилер түрінде өседі. Көпшілігі 5 мм-ден аспайтын кішкентай, бірақ Lemna trisulca түрі созылыңқы және тармақты құрылымымен ерекшеленеді. Лемна таллилерінде бір тамыр болады, бұл оны туысқан Wolffia (тамыры жоқ), Spirodela және Landoltia (көп тамыры бар) тұқымдарынан ажыратады. Өсімдіктер көбінесе вегетативтік жолмен көбейеді: ересек өсімдіктен екі жас өсімдік жаралады. Мұндай өсу жаңа су кеңістіктерін тез мекендеуге мүмкіндік береді. Қазылтырлар гүлді өсімдіктер болып табылады және олардың көпшілігі жыныстық көбеюге қабілетті, гүлдейді және қолайлы жағдайларда тұқым береді. Кейбір қазылтырлар (мысалы, L. gibba) ұзақ күндік өсімдіктер, ал басқалары (мысалы, L. minor) қысқа күндік өсімдіктер болып саналады. Лемна су жолына енген жағдайда, оны механикалық түрде, шөп жейтін балықтарды (мысалы, ақ карп) қосу арқылы немесе, тиімсіз болғанымен, гербицидтермен өңдеу арқылы жоюға болады. Қазылтырлардың жылдам өсуі ластанған суларды тазартуда, қалалық сарқынды суларды өңдеуде және экологиялық зерттеулерде сынақ организмдері ретінде қолданылады. Сондай-ақ, ол күрделі биофармацевтикалық препараттарды экономикалық тұрғыдан тиімді өндіру үшін экспрессия жүйесі ретінде пайдаланылады. Қазылтыр ұны (кептірілген қазылтыр) малға жақсы жем болып табылады. Оның құрамында құрғақ салмағы бойынша 25–45% ақуыз (өсу жағдайларына байланысты), 4,4% май және 8–10% талшық бар.
Lemna species grow as simple free floating thalli on or just beneath the water surface. Most are small, not exceeding 5 mm in length, except Lemna trisulca, which is elongated and has a branched structure. Lemna thalli have a single root, which distinguishes this genus from the related genera Wolffia (lacks roots), Spirodela and Landoltia (have multiple roots). The plants grow mainly by vegetative reproduction: two daughter plants bud off from the adult plant. This form of growth allows very rapid colonisation of new water. Duckweeds are flowering plants, and nearly all of them are known to reproduce sexually, flowering and producing seed under appropriate conditions. Certain duckweeds (such as L. gibba) are long day plants, while others (such as L. minor) are short day plants. When Lemna invades a waterway, it can be removed mechanically, by the addition of herbivorous fish (e. g. grass carp), or, inadvisedly, treated with a herbicide. The rapid growth of duckweeds finds application in bioremediation of polluted waters, in municipal wastewater treatment and as test organisms for environmental studies. It is also being used as an expression system for economical production of complex biopharmaceuticals. Duckweed meal (dried duckweed) is a good cattle feed. It contains 25–45% protein (depending on the growth conditions), 4.4% fat, and 8–10% fibre, measured by dry weight.
Биологиялық сынақ ретінде
Экономикалық ынтымақтастық және даму ұйымы мен АҚШ-тың қоршаған ортаны қорғау агенттігінің (US EPA) нұсқаулықтары L. gibba немесе L. minor түрлерін сынақ организмдері ретінде пайдаланып, уыттылықты тексеру әдістерін сипаттайды. Бұл екі түр де фитотоксикалық сынақтарда қолдану үшін жан-жақты зерттелген. Лемнада зиянды заттарға жауап беруде генетикалық өзгергіштік болуы мүмкін, ал нақты клонды сынау үшін жеткілікті мәліметтер жоқ. АҚШ ЭҚА сынағында стерильдік сақталады. ЭЫДҰ сынағы аксендік жағдайда жүргізілмейді, бірақ сынақ барысында басқа организмдермен ластануды азайту үшін қадамдар жасалады. Сынақтың мақсатына және нормативтік талаптарына қарай, сынаманы жаңарумен (жартылай статикалық және ағынды) немесе жаңартпастан (статикалық) жүргізуге болады. Жаңару, ұшқындану, фотодеградация, тұнбаға түсу немесе биодеградация салдарынан ерітіндіден жылдам жоғалатын заттар үшін тиімді.
Organisation for Economic Co operation and Development and U. S. Environmental Protection Agency (US EPA) guidelines describe toxicity testing using L. gibba or L. minor as test organisms. Both of these species have been studied extensively for use in phytotoxicity tests. Genetic variability in responses to toxicants can occur in Lemna, and data are insufficient to recommend a specific clone for testing. The US EPA test uses aseptic technique. The OECD test is not conducted axenically, but steps are taken at stages during the test procedure to keep contamination by other organisms to a minimum. Depending on the objectives of the test and the regulatory requirements, testing may be performed with renewal (semistatic and flow through) or without renewal (static) of the test solution. Renewal is useful for substances that are rapidly lost from solution as a result of volatilisation, photodegradation, precipitation, or biodegradation.
Биофармацевтикалық өнімдерді өндіру
Лемна молекулалық биологтар тарапынан фармацевтикалық маңызы бар ақуыздарды өндіру үшін өзгертілді. Өндіріс конструкциялары Лемнаның трансформацияланған ақуыздарды өсіру ортасына жоғары деңгейде шығаруын қамтамасыз ету үшін жасалды. Лемна қарапайым ортада өсірілетіндіктен, бұл медициналық қолдануға арналған ақуыздарды тазарту процесін едәуір жеңілдетеді, соның салдарынан өндіріс шығындары күрт төмендеуі мүмкін. Бұдан өзге, Лемна иесін адамның гликозилдеу үлгісіне сәйкес ақуыздарды бөліп шығаруға бейімдеуге болады, бұл дәстүрлі өсімдік гендік экспрессия жүйелерінен үлкен артықшылық. Қазіргі таңдағыда моноклоналды антиденелер сияқты бірнеше өнімдер әзірленуде.
Lemna has been transformed by molecular biologists to express proteins of pharmaceutical interest. Expression constructs were engineered to cause Lemna to secrete the transformed proteins into the growth medium at high yield. Since the Lemna is grown on a simple medium, this substantially reduces the burden of protein purification in preparing such proteins for medical use, promising substantial reductions in manufacturing costs. In addition, the host Lemna can be engineered to cause secretion of proteins with human patterns of glycosylation, an improvement over conventional plant gene expression systems. Several such products are being developed, including monoclonal antibodies.
Қарақұм өсіру
Өсу шарттарын мұқият бақылау арқылы адам тамақтануына, мал және балықтарға арналған жоғары ақуызды шалқан қамыс өнімділігіне қол жеткізуге болады. Шалқан қамыс 6 °C (43 °F) –тан 33 °C (91 °F) дейінгі температураға төзімді болса да, оңтайлы өсу диапазоны 20 °C (68 °F) –тан 28 °C (82 °F) аралығында. Қабылданатын pH диапазоны 5-тен 9-ға дейін, бірақ pH 6.5-тен 7.5-ке дейінгі диапазонда жақсы өсуге қол жеткізіледі. Температураның күрт өзгеруіне жол бермеу үшін судың ең аз тереңдігі 1 фут (0 м) болуы тиіс. Жоғары азот деңгейі, мысалы 20 мМ мочевина, құрғақ салмақта 45%-ға дейін ақуыз қамтамасыз етеді. Суда әдетте 60 мг/л ерігіш азот және 1 мг/л фосфор болуы мүмкін. Оңтайлы өсу үшін тыңайтқыш күнделікті қолдану қажет. Шалқан қамысты органикалық түрде өсіруге болады, ал қоректік заттар әртүрлі көздерден, мысалы, адам зәрінен, ірі қара малдың тыңайтқышынан, шошқа қалдықтарынан, биогаз станциясының шламынан немесе шлам түріндегі басқа да органикалық заттардан алынуы мүмкін. Шалқан қамыстың жылдам өсуіне байланысты, оңтайлы өнімділікке қол жеткізу үшін күнделікті жинау қажет. Жинау кезінде 1 кг/м² шалқан қамыс қалдырылады. Оңтайлы жағдайларда, шалқан қамыс фермасы жылына гектарына 10-30 тонна құрғақ шалқан қамыс өндіруі мүмкін.
High yields of duckweed with a high protein content for use in human nutrition, animal and fish feed can be achieved by careful control of growth conditions. Although duckweed can tolerate temperatures ranging from 6 °C (43 °F) to 33 °C (91 °F), the optimal growth range is 20 °C (68 °F) to 28 °C (82 °F). The acceptable pH range is 5 to 9, but better growth is obtained in the pH range of 6.5 to 7.5. A minimum water depth of 1 feet (0 m) is desirable to prevent excessive temperature swings. High nitrogen levels, for example 20 mM urea, have provided a protein content in the range of 45% by dry weight. The water may typically contain 60 mg/L of soluble nitrogen and 1 mg/L of phosphorus. Fertiliser is required on a daily basis for optimal growth. Duckweed can be farmed organically, with nutrients being supplied from a variety of sources, for example human urine, cattle manure, pig waste, biogas plant slurry, or other organic matter in slurry form. Because of the rapid growth of duckweed, daily harvesting is necessary to achieve optimal yields. Harvesting is done such that less than 1 kg/m2 of duckweed remains. Under optimal conditions, a duckweed farm can produce 10 to 30 tons of dried duckweed per hectare per year.
Жалпы көрсеткіштер
Крос, Дж. В. (2006). "Даквидтің тартымдылығы". Ландолт, Э. (1986) Даквидтер (Lemnaceae) тұқымдасының биосистемдік зерттеулері. 2-том. Даквидтер (Lemnaceae) тұқымдасы – монографиялық зерттеу. Монографияның 1-бөлігі: Морфология; кариология; экология; географиялық таралу; жүйелік орналасу; номенклатура; сипаттамалар. Veröff. Geobot. Inst., Stiftung Rübel, ETH, Цюрих.
Cross, J. W. (2006). The Charms of Duckweed. Landolt, E. (1986) Biosystematic investigations in the family of duckweeds (Lemnaceae). Vol. 2. The family of Lemnaceae – A monographic study. Part 1 of the monograph: Morphology; karyology; ecology; geographic distribution; systematic position; nomenclature; descriptions. Veröff. Geobot. Inst., Stiftung Rübel, ETH, Zurich.