アオウキクサ

アオウキクサ
保全状況
軽度懸念  （IUCN 3.1）[1]
科学的分類
王国：	植物界
クレード:	維管束植物
クレード:	被子植物
クレード:	単子葉植物
注文：	アリスマタレス
家族：	サトイモ科
属:	レムナ
種：	L.マイナー
二名法名
アオウキクサ L.

ウキクサ^{[2] [3]}または小型ウキクサとも呼ばれるLemna minorは、サトイモ科Lemnoideae亜科の水生淡水植物の一種です。 ^[4] L. minorは、動物の飼料、バイオレメディエーター、廃水栄養素の回収、その他の用途に使用されています。

Lemna minorは淡水に浮遊する水生植物で、1 枚、2 枚、3 枚、または 4 枚の葉があり、それぞれに 1 つの根が水中に垂れ下がっている。葉が増えると、植物は分裂して別々の個体になる。根の長さは 1～2 cm である。葉は楕円形で、長さ 1～8 mm、幅 0.6～5 mm で、薄緑色で、3 本 (まれに 5 本) の葉脈と、浮力を助ける小さな空気空間がある。主に分裂によって栄養繁殖する。花はめったに咲かず、直径約 1 mm で、カップ状の膜状の鱗片には 1 つの胚珠と 2 つの雄しべがある。種子は長さ 1 mm で、8～15 本の肋がある。鳥はL. minor を新しい場所に分散させる上で重要である。粘着性のある根により、この植物は鳥の羽毛や足に付着することができ、それによって新しい池に定着することができる。^[要出典]

Lemna minor は亜世界的に分布しており、アフリカ、アジア、ヨーロッパ、北アメリカのほとんどの地域に自生しています。北極および亜北極気候を除き、淡水 池や流れの緩やかな小川がある場所ならどこにでも生息しています。オーストラリアや南アメリカでは帰化していますが、原産地としては報告されていません。^[要出典]

最適な生育条件には、pH 値が6.5 から 8 の間であることが必要です。L . minor は6 から 33 °C の温度で生育できます。コロニーの成長は速く、条件が適していれば、植物は静かな池を覆うカーペットを形成します。温帯地域では、温度が 6 から 7 °C 以下に下がると、「turion」と呼ばれる小さくて密度の高いデンプン質の詰まった器官が生成されます。その後、植物は休眠状態になり、冬を越すために地面に沈みます。翌春、植物は再び成長を再開し、再び表面に浮かび上がります。^{[3] [5]}

一般的に、ウキクサの栽培にはある程度の管理が必要です。浮遊性の小さな植物は、吹き飛ばされて山積みになりやすく、その結果、水面が開いて藻類が繁殖するようになります。このため、卓越風に対して垂直に走る細長い池が推奨されます。池に追加された栄養素を均等に分配するには、複数の入口を設ける必要があります。水面の植物の密集を維持し、成長に適さないほど厚い層にならないようにするには、調整された収穫と栄養素の補充が必要です。^[6]

ウキクサの栽培に必要な肥料は、水源と、使用されるL. minorの地理的隔離によって異なります。 ^[7]雨水で満たされた池で栽培されたL. minorには、窒素、リン、カリウムを追加で施用する必要があります。高い成長率と粗タンパク質含有量を維持するには、ケルダール窒素の総量は20～30 mg/Lを下回ってはなりません。リンに関しては、6～154 mg/Lの濃度で良好な成長が報告されています（成長率に対する高リン濃度の顕著な感受性はありません）。^[6]家畜生産からの排水には、アンモニウムやその他のミネラルの濃度が非常に高くなっています。バランスの取れた栄養濃度にするために、希釈する必要があることがよくあります。豚のラグーン液で培養されたL. minor分離株86​​27の場合、豚のラグーン液を20％に希釈して培養すると最高の生産率が得られました（ケルダール法による総窒素：54 mg/L、アンモニウム：31 mg/L、総リン：16 mg/L）。^[8]カリウムとリンの濃度が十分であることが多い下水はウキクサの栽培に使用できますが、窒素濃度を調整する必要があります。^[9]

Lemna minorは、鉛、銅、亜鉛、ヒ素などの重金属を非致死濃度で水から非常に効率的に除去することが示されています。^[10]ある研究では、初期濃度0.5 mg/Lで15日後に70％以上のヒ素が除去されたことがわかりました。^[11]別の研究では、生存可能なL. minorバイオマスは初期濃度5 mg/LでPb（NO ₃）₂の85-90％を除去したと述べています。ただし、鉛濃度が高くなると、 L. minorの相対的な成長率が低下します。^[12] L. minorは温度耐性があり、成長が速く、収穫が容易なため、廃水処理においてコスト効率の高い使用に大きな可能性を秘めています。^[12]米国ノースダコタ州にあるデビルズレイク廃水処理場では、 L. minorやその他の水生植物のこれらの有益な特性を都市および産業廃水の処理に利用しています。^[9]一定の生育期間の後、この植物は収穫され、土壌改良剤、堆肥、家畜のタンパク源として使用されます。^{[9] [13]}採掘や化石燃料の燃焼などの人為的活動により、水、土壌、堆積物に重金属が蓄積する産業の影響を受けた地域では、収穫されたL. minorは再利用せず、適切に処分する必要があります。^{[13] [14] [15]}重金属はヒトに対して発がん性があり、 ^[16]自然界に長く残留して生物に蓄積するため、環境から除去することが重要です。^[17] Lemna minorは、医薬品^[18]や廃水からベンゾトリアゾールなどの有機微量汚染物質を除去することも示されています。 ^[19]

文献によって、L. minorの収量は異なります。理想的な条件下で栽培した場合、1 ヘクタールあたり年間最大 73 トンの乾物収量が記録されています。^[20]一般的なウキクサは、季節、水の栄養含有量、環境条件に応じて 20 ～ 40% の範囲で変化する高タンパク質含有量を持っています。非常に複雑な組織構造を形成しないため、繊維含有量は 5% 未満と低くなっています。基本的に、その組織はすべて魚や家禽の飼料として使用でき、ウキクサは興味深い食品サプリメントとなっています。^[13]

実験的調査により、L. minor はアヒルの飼料中の大豆の追加分を完全に置き換えることができることが示されています。農場で直接栽培できるため、生産コストが低く抑えられます。したがって、ブロイラーの飼料 にウキクサを食品サプリメントとして使用することは、経済的観点からも非常に有益です。^[21]ある調査により、鶏の飼料中の高価なゴマ油かすを安価なL. minorに部分的に置き換えることで、ブロイラーの成長パフォーマンスが向上することが示されました。ただし、 L. minorの消化可能なタンパク質含有量が低いため(ゴマ油かすの 89.9% と比較して 68.9%)、ウキクサはブロイラーの飼料の食品サプリメントとしてのみ使用できます。^[22]また、産卵鶏に部分的に乾燥したL. mino r（飼料1kgあたり最大150g）を与えた場合、鶏は魚粉と米粉を与えたときと同様のパフォーマンスを示しましたが、卵黄の色はウキクサの餌によって良い影響を受けました。^[23]

成長が早く、窒素とリンを蓄積し、家畜にとって栄養価の高い水生植物であるLemna minorは、家畜の廃水からの栄養回収にも応用されています。 ^[5]この用途は東南アジアの農業システムで実行されていることが知られており、そこでは肥料と排泄物が小さな富栄養池に堆積されます。これらの池の水は、より大きな池を肥やし、そこでL. minorが栽培され、アヒルの飼料としてさらに使用されます。^[20]

ノースカロライナ州の豚のラグーンの希釈液でL. minorの特定の地理的分離株を栽培したところ、最大28.5 gm ⁻² day ⁻¹（104.03 t ha ⁻¹ y ⁻¹）の収量が得られ、含まれる窒素とリンの総量の85％以上が除去されました。

廃水の嫌気性前処理（例えばUASBでの嫌気性消化）と液体の希釈により、総ケルダール窒素100 mg/L以下、総リン50 mg/L以下となり、成長と栄養素除去に関して最良の結果が得られました。^{[8] [24]}

嫌気性前処理された廃水でL. minorを栽培することは低コストの応用であり、貴重な動物飼料を生産することで家畜の糞尿を改善する可能性があります。さらに、排水から栄養素を除去することで環境汚染を軽減することができます。^{[25] [26] [27]}

Lemna minorはバイオエタノールの生産に非常に適しています。陸上植物に比べてセルロース含有量が低い（約10％）ため、デンプンをエタノールに変換する手順は比較的簡単です。^[28]豚のラグーンで希釈した水で育ったL. minorは、総乾燥重量の10.6％のデンプンを蓄積します。リン酸塩、硝酸塩、糖の利用可能性と最適なpHの点で理想的な条件下では、総乾燥重量に対するデンプンの割合はわずかに高くなります（12.5％）。L. minorを暗所で栽培して光合成活性を抑制し、グルコースを添加すると、デンプンの蓄積がさらに36％まで増加します。^[28]

収穫後、酵素加水分解によりデンプンに結合したグルコースの最大96.2%が放出されます。^{[28]その後の}発酵プロセスにおける乾燥重量あたりのエタノール収量は、成長培地中のグルコース含有量と栄養素の利用可能性に依存しますが、ミスカンサスやジャイアントリードなどのエネルギー作物のリグノセルロースからのエタノール収量と比較することができます。^{[28] [29]}しかし、これらのエネルギー作物とは対照的に、L. minorバイオマスは熱的または化学的前処理を必要としません。^[28]

アオウキクサは遺伝子組み換えにより、1エーカー当たり大豆の7倍もの油を生産できるようになった。^[30]

Lemna minorは、有機および無機微量汚染物質の生態毒性評価^[31]や、廃水や埋立地 浸出液の毒性評価によく使用されます。^[32]適用された方法論に関する情報は、関連するOECD議定書に記載されています。^[33]