Введение
Lemna – род цветущих растений семейства Araceae. Лемна – это род свободно плавающих водных растений, известных под общим названием «водяная линза». Они представляют собой морфологически разнообразную группу растений семейства арум (Araceae). Эти быстрорастущие растения находят применение в качестве модельной системы для исследований в области экологии сообществ, фундаментальной биологии растений, экотоксикологии и производства биофармацевтических препаратов, а также как источник кормов для животных в сельском хозяйстве и аквакультуре. В настоящее время выделяют 14 видов лемны.
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.
Описание
Виды рода Лемна растут как простые свободно плавающие талломы на поверхности воды или непосредственно под ней. Большинство из них небольшие, не превышают 5 мм в длину, за исключением Lemna trisulca, которая вытянутая и имеет разветвленную структуру. Талломы Лемны имеют один корень, что отличает этот род от родственных родов Wolffia (не имеет корней), Spirodela и Landoltia (имеют несколько корней). Растения растут преимущественно вегетативным путем: от взрослого растения отделяются два дочерних растения в виде почек. Эта форма роста обеспечивает очень быстрое заселение новых водоемов. Ряска – цветущее растение, и почти все виды способны к половому размножению, цветению и образованию семян при подходящих условиях. Некоторые виды (например, L. gibba) являются растениями длинного дня, в то время как другие (например, L. minor) – растениями короткого дня. При попадании Лемны в водоем, её можно удалить механически, добавить травоядных рыб (например, травяного карпа) или, нежелательно, обработать гербицидом. Быстрый рост ряски находит применение в биоремедиации загрязненных вод, в очистке муниципальных сточных вод и в качестве модельных организмов для экологических исследований. Она также используется в качестве экспрессионной системы для экономичного производства сложных биофармацевтических препаратов. Мука из ряски (высушенная ряска) является хорошим кормом для скота. Она содержит 25–45% белка (в зависимости от условий выращивания), 4,4% жира и 8–10% клетчатки, определяемых по сухому весу.
В качестве биоанализа
Руководства Организации экономического сотрудничества и развития и Агентства по охране окружающей среды США (US EPA) описывают тестирование токсичности с использованием *L. gibba* или *L. minor* в качестве тестовых организмов. Оба этих вида широко изучались для применения в тестах фитотоксичности. У *Lemna* может наблюдаться генетическая изменчивость в ответах на токсиканты, и данных недостаточно для рекомендации конкретного клона для тестирования. Тест US EPA выполняется с использованием асептической техники. Тест OECD не проводится в асептических условиях, но на этапах процедуры тестирования принимаются меры для минимизации загрязнения другими организмами. В зависимости от целей теста и нормативных требований, тестирование может проводиться с обновлением (полустатическое и проточное) или без обновления (статическое) тестового раствора. Обновление полезно для веществ, которые быстро теряются из раствора в результате испарения, фотодеградации, осаждения или биодеградации.
Производство биофармацевтических препаратов
Лемна была модифицирована молекулярными биологами для экспрессии белков, представляющих фармацевтический интерес. Конструкции для экспрессии были разработаны таким образом, чтобы Lemna выделяла трансформированные белки в питательную среду с высокой продуктивностью. Поскольку Lemna выращивается на простой среде, это существенно упрощает очистку белков при подготовке их для медицинского применения, что позволяет значительно снизить производственные затраты. Кроме того, Lemna может быть генетически модифицирована для секреции белков с паттернами гликозилирования, характерными для человека, что является улучшением по сравнению с традиционными системами экспрессии генов растений. В настоящее время разрабатывается несколько таких продуктов, включая моноклональные антитела.
Выращивание утка
Высокий урожай ряски с высоким содержанием белка для использования в питании человека, животных и рыб можно получить путем тщательного контроля условий выращивания. Хотя ряска может переносить температуры от 6 °C (43 °F) до 33 °C (91 °F), оптимальный диапазон для роста составляет от 20 °C (68 °F) до 28 °C (82 °F). Допустимый диапазон pH – от 5 до 9, но лучший рост достигается при pH от 6,5 до 7,5. Минимальная глубина воды 30 см (0 м) желательна для предотвращения резких колебаний температуры. Высокие уровни азота, например, 20 мМ мочевины, обеспечивают содержание белка до 45% по сухому весу. Вода обычно содержит 60 мг/л растворимого азота и 1 мг/л фосфора. Для оптимального роста требуется ежедневное внесение удобрений. Ряску можно выращивать органически, используя питательные вещества из различных источников, например, человеческой мочи, коровьего навоза, свиных отходов, шлама биогазовых установок или других органических веществ в жидком виде. Из-за быстрого роста ряски необходима ежедневная уборка для достижения оптимальной урожайности. Уборка проводится таким образом, чтобы на поверхности оставалось менее 1 кг/м2 ряски. В оптимальных условиях ферма может производить от 10 до 30 тонн сушеной ряски с гектара в год.
Общие показания
Кросс, Дж. У. (2006). Очарование ряски. Ландольт, Э. (1986) Биосистемные исследования семейства рясковых (Lemnaceae). Т. 2. Семейство Lemnaceae – монографическое исследование. Часть 1 монографии: Морфология; кариология; экология; географическое распространение; систематическое положение; номенклатура; описания. Veröff. Geobot. Inst., Stiftung Rübel, ETH, Цюрих.