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| ウキクサ | |
|---|---|
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科学的分類 
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| 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: | ウキクサ |
| 種： | S.ポリリザ
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| 二名法名 | |
| ウキクサ | |
Spirodela polyrhiza（学名：Orth. var. S. polyrrhiza ）は、ウキクサの一種で、一般名としてcommon duckmeat、 [1] greater duckweed、 [2] great duckmeat、 [3] common duckweed、 duckmeatで知られています。世界中の多くの種類の淡水生息地で見られます。 [4]
説明
Spirodela polyrhizaは多年生の水生植物で、通常は密集して生育し、水面にマットを形成します。各植物は、幅 0.5～1.0 cm の滑らかで丸い平らな円盤状です。上面は主に緑色で、時に赤色ですが、下面は暗赤色です。[5]小さな根を数本生成し、袋状の袋の中に雄花と雌花が入っています。上部は秋に枯れ、多くの場合、茎葉のまま越冬します。茎葉は水域の底に沈み、水温が 15 °C に達するまで休眠状態になります。その後、茎葉は水域の底で発芽し、新しいライフサイクルを開始します。[6]この種は池や流れの遅い水域に生息するため、陸生植物とは形態や生理学の発達が異なります。春と夏には主に栄養成長し、新しい葉を形成します。Spirodela polyrhizaが開花することはめったにありません。[7]秋から冬にかけては栄養不足と氷点下の気温により、胚乳が枯渇し休眠期に入ります。 [要出典]
S. polyrhizaは成長が早く、培地と直接接触し、ゲノムサイズが小さい（約150 Mb）ため、バイオ燃料、バイオレメディエーション、炭素循環に理想的なシステムです。[4] S. polyrhizaの包括的なゲノム研究は2014年2月に発表されました。その結果は、この生物が急速な成長と水生生活にどのように適応しているかについての洞察を提供します。[8]
アブシジン酸による頭頂葉誘導
実験室では、植物ホルモンのアブシジン酸（ABA）によって茎頂が誘導された。研究者らは、茎頂はアントシアニン色素が豊富で、液体培地に浸るほどの密度があると報告した。茎頂の透過型電子顕微鏡検査では、葉状体と比較して液胞が縮み、細胞間隙が小さく、チラコイド膜に囲まれたデンプン粒が豊富であることが示された。茎頂は、2週間のABA処理後、乾燥質量の60%以上のデンプンを蓄積した。[9]
分布
Spirodela polyrhizaは世界中に分布しており、北米[ 10]、 アジア[11]、まれに中南米、中央ヨーロッパにも分布しています。[12]熱帯気候と温帯気候で生育します。[12]ニュージーランドでは一般的ではなく、オーストラリアでもまれに見られます。[5]
栽培
大規模な栽培は、主に廃水処理に関連して屋外の水槽で行われます。水槽に廃水が供給され、浮遊するウキクサが表面から収穫されます。その後、産業廃水からのバイオ燃料として、または農業廃水処理施設からの動物飼料としてさらに使用されます。 [6]
使用
Spirodela polyrhiza はバイオレメディエーションに使用でき、水環境から有毒物質を除去したり、特に廃水処理場で富栄養化した水を浄化したりすることができます。バイオ燃料や動物飼料としての使用も重要性を増しています。人間の栄養にはほとんど使用されていません。[要出典]
バイオレメディエーション
S. polyrhizaは重金属を過剰に蓄積する 能力と水中の栄養素を大量に吸収する能力があるため、バイオレメディエーションに使用されています。修復に使用できる主な汚染物質は、ヒ素（As）と水銀（Hg）[13] 、および硫酸塩（SO 4 2-）、リン酸（PO 4 3-）、硝酸塩（NO 3 −）などの一般的な廃水栄養素です。[要出典]
砒素
オオウキクサは実験室試験でヒ素の蓄積を示した。ヒ素の吸収はリン酸と負の相関関係にあり、鉄の吸収と正の相関関係にあることがわかった。これは、リン酸とヒ素がS. polyrhizaによる吸収をめぐって競合する一方で、ヒ素の吸収は鉄酸化物によって促進されることを示す。これは、鉄酸化物がS. polyrhizaの根の表面と親和性を示し、そこで吸収されるためである。オオウキクサは、 As (V) をより毒性の低い As (III) に還元することでヒ素を解毒すると考えられている。 As 含有量が多い植物の管理には困難が生じる。 As を含むバイオマスの可能な用途の 1 つは、副産物として木炭とガスを生産することであり、これは燃料として使用できる。この方法の問題点は、木炭の品質が低く、投資額が高いことである。直接燃焼または石炭の燃焼は、ヒ素を空気中に放出し、環境を汚染すると考えられている。燃料生産の他の選択肢としては加水分解と発酵があるが、経済的に実現可能ではない。バイオマスは強酸と熱で処理する必要があり、どちらも資本集約的である。植物を乾燥させて圧縮し、ブリケット状にするブリケット化は最良の選択肢の1つと考えられている。この場合、燃焼プロセス中にヒ素が環境に放出されるかどうかという疑問が生じる。バイオガスの生産も検討されているが、やはりヒ素の再分配は避けなければならない。[13]
水銀
Spirodela polyrhizaは、実験室環境で塩化水銀（HgCl 2 ）の効率的な生物蓄積植物であることが判明しました。その植物バイオマスは、水生環境よりも1000倍高い塩化水銀濃度を示しました。Spirodela polyrhizaは、調査されたLemna gibbaやL. minorと比較して、最も高い蓄積係数を示しました。[14]
都市下水処理
dウキクサは、廃水から一般的な汚染物質を除去するために使用されています。実験室環境では、 S. polyrhizaは、硝酸塩の最大90％、リン酸塩の99.6％、硫酸塩の69.8％の除去効率を示しました。3つの汚染物質すべてを合わせた効率は85.6％であり、環境的にも経済的にも実行可能な廃水処理のバイオ修復剤となっています。[11]
バイオ燃料
スペース効率の良いデンプン生産と動物の廃水での良好な成長により、S. polyrhizaはバイオエタノール生産に大きな可能性を秘めています。 [15]生産に伴う環境問題や人間や動物の飼料との競合にもかかわらず、トウモロコシはバイオエタノールの主原料です。Spirodela polyrhizaは同じ面積で最大50％多くのバイオエタノールを生産できます。[16]同時に、S. polyrhizaからのバイオエタノール生産は人間の食料と競合しません。S . polyrhizaからのバイオエタノール生産はまだ開発段階にあります。[要出典]
動物飼料
小規模農業では、S. polyrhizaは魚や鶏の飼料として使用されています。[17]成長が早く、タンパク質含有量が高いため、興味深い飼料です。衛生上の問題と重金属蓄積のリスクがあるため、大規模な畜産システムの給餌にはまだ使用されていません。[18]ニジマスの場合、飼料にS. polyrhiza を追加すると成長率が悪くなることがわかりました。 [19]ティラピア ( Oreochromis niloticus L. ) の場合、飼料中の魚粉の 30% をS. polyrhizaに置き換えると、体重増加が大きくなりました。 [ 20]また、あるレビューでは、ウキクサは牛、豚、鶏の飼料に使用できることが示されています。しかし、重金属や病原体汚染の問題が発生します。[21]
人間の栄養
Wolffia arrhizaなどの他のウキクサ種は農村部の人々によって消費されていますが、S.polyrhizaは人間の食用には栽培されていません。[22]これは、重金属の蓄積と大腸菌やボツリヌス菌による汚染の可能性に対する懸念が高いためです。[18] W. arrhizaとは対照的に、S. polyrhizaにはほとんどのウキクサ種と同様に、腎臓結石を引き起こすことが知られているシュウ酸カルシウム結晶が含まれています。[6]
参考文献
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、 Spirodela polyrrhizaに関連するメディアがあります。
- ウキクサのゲノム解析
- ジェプソンマニュアルトリートメント
- 北アメリカの植物
- ワシントン・バーク博物館