Lemna

Lemna es un género de plantas acuáticas que flotan libremente a las que se hace referencia con el nombre común de "lenteja de agua". Son miembros morfológicamente divergentes de la familia arum Araceae. Estas plantas de rápido crecimiento han encontrado usos como sistema modelo para estudios en ecología comunitaria, biología vegetal básica, ecotoxicología y producción de productos biofarmacéuticos, y como fuente de alimentos para animales para la agricultura y la acuicultura. Actualmente se reconocen 14 especies de Lemna.

Taxonomía

Estas lentejas de agua se ubicaban anteriormente en una familia de plantas con flores separada, las Lemnaceae, pero ahora se consideran miembros de Araceae.

Descripción

Lemna crecen como simples talos que flotan libremente sobre o justo debajo de la superficie del agua. La mayoría son pequeños, no superando los 5 mm de longitud, excepto Lemna trisulca, que es alargada y tiene una estructura ramificada. Los talos Lemna tienen una sola raíz, lo que distingue a este género de los géneros relacionados Wolffia (carece de raíces), Spirodela y Landoltia (tiene múltiples raíces).

Las plantas crecen principalmente por reproducción vegetativa: dos plantas hijas brotan de la planta adulta. Esta forma de crecimiento permite una colonización muy rápida de agua nueva. Las lentejas de agua son plantas con flores y se sabe que casi todas se reproducen sexualmente, florecen y producen semillas en condiciones adecuadas. Ciertas lentejas de agua (como L. gibba) son plantas de día largo, mientras que otras (como L. minor) son plantas de día corto.

Cuando Lemna invade una vía fluvial, se puede eliminar mecánicamente, añadiendo peces herbívoros (por ejemplo, carpa herbívora) o, aunque no sea aconsejable, tratarlo con un herbicida.

El rápido crecimiento de la lenteja de agua encuentra aplicación en la biorremediación de aguas contaminadas, en el tratamiento de aguas residuales municipales y como organismos de prueba para estudios ambientales. También se utiliza como sistema de expresión para la producción económica de productos biofarmacéuticos complejos.

La harina de lenteja de agua (lenteja de agua seca) es un buen alimento para el ganado. Contiene entre un 25% y un 45% de proteína (según las condiciones de crecimiento), un 4,4% de grasa y un 8% a 10% de fibra, medida en peso seco.

Como bioensayo

Las directrices de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos y la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) describen las pruebas de toxicidad utilizando L. gibba o L. minor como organismos de prueba. Ambas especies han sido estudiadas extensamente para su uso en pruebas de fitotoxicidad. En Lemna puede producirse variabilidad genética en las respuestas a sustancias tóxicas y los datos son insuficientes para recomendar un clon específico para realizar pruebas. La prueba de la EPA de EE. UU. utiliza una técnica aséptica. La prueba de la OCDE no se realiza de forma axénica, pero se toman medidas en etapas durante el procedimiento de prueba para mantener al mínimo la contaminación por otros organismos. Dependiendo de los objetivos de la prueba y de los requisitos reglamentarios, las pruebas pueden realizarse con renovación (semiestática y de flujo continuo) o sin renovación (estática) de la solución de prueba. La renovación es útil para sustancias que se pierden rápidamente de la solución como resultado de volatilización, fotodegradación, precipitación o biodegradación.

Producción de productos biofarmacéuticos

Lemna ha sido transformada por biólogos moleculares para expresar proteínas de interés farmacéutico. Se diseñaron construcciones de expresión para hacer que Lemna secrete las proteínas transformadas en el medio de crecimiento con un alto rendimiento. Dado que Lemna se cultiva en un medio simple, esto reduce sustancialmente la carga de la purificación de proteínas en la preparación de dichas proteínas para uso médico, lo que promete reducciones sustanciales en los costos de fabricación. Además, el huésped Lemna puede diseñarse para provocar la secreción de proteínas con patrones humanos de glicosilación, una mejora con respecto a los sistemas convencionales de expresión genética de plantas. Se están desarrollando varios productos de este tipo, incluidos anticuerpos monoclonales.

Cultivo de lenteja de agua

Se pueden lograr altos rendimientos de lenteja de agua con un alto contenido de proteínas para su uso en nutrición humana, alimentación animal y peces mediante un control cuidadoso de las condiciones de crecimiento. Aunque la lenteja de agua puede tolerar temperaturas que oscilan entre 6 °C (43 °F) y 33 °C (91 °F), el rango de crecimiento óptimo es de 20 °C (68 °F) a 28 °C (82 °F). El rango de pH aceptable es de 5 a 9, pero se obtiene un mejor crecimiento en el rango de pH de 6,5 a 7,5. Es deseable una profundidad mínima del agua de 1 pie (30 cm) para evitar cambios excesivos de temperatura. Los niveles elevados de nitrógeno, por ejemplo urea 20 mM, han proporcionado un contenido de proteína en el intervalo del 45% en peso seco. El agua normalmente puede contener 60 mg/L de nitrógeno soluble y 1 mg/L de fósforo. Se requiere fertilizante diariamente para un crecimiento óptimo.

La lenteja de agua se puede cultivar orgánicamente, con nutrientes provenientes de una variedad de fuentes, por ejemplo, orina humana, estiércol de ganado, desechos de cerdo, purines de plantas de biogás u otra materia orgánica en forma de purines. Debido al rápido crecimiento de la lenteja de agua, es necesaria una recolección diaria para lograr rendimientos óptimos. La recolección se realiza de forma que quede menos de 1 kg/m² de lenteja de agua. En condiciones óptimas, una granja de lenteja de agua puede producir de 10 a 30 toneladas de lenteja de agua seca por hectárea y año.

Especie

Clasificación infragenérica según Les et al. 2002.

Sección Alatae

• Lemna aequinoctialis Welw. – menor pato – tropical y subtropical
• Lemna perpusilla Torr. – duckweed minuto – este de Estados Unidos, Quebec

Sección Biformes

• Lemna tenera Kurz – Indochina, Sumatra, Territorio del Norte de Australia

Sección Lemna

• Lemna disperma Hegelm.
• Lemna ecuadoriensis Landolt
• Lemna gibba L. – dote gigantesca – generalizada
• Lemna japonica Landolt – Japón, China, Corea, Rusia Lejano Oriente
• Lemna minor L. – pato común – cosmopolita
• Lemna obscura Daubs – Estados Unidos, México, Bahamas, Colombia, Ecuador
• Lemna trisulca L. – duckweed de marfil – cosmopolita
• Lemna turionifera Landolt – Europa templada, Asia, Norteamérica

Sección Uninerves

• Lemna minuta Kunth – menos pato – Norte + Sudamérica
• Lemna valdiviana Phil. – Dockweed Valdivia – Norteamérica y Sudamérica
• Lemna yungensis Landolt Bolivia

Anteriormente colocado aquí

• Landoltia punctata (G.Mey.) Les " D.J.Crawford (como L. oligorrhiza Kurz y L. punctata G.Mey.)
• Spirodela polyrhiza Schleid. (como L. polyrhiza L.)
• Wolffia arrhiza Horkel ex Wimm. (como L. arrhiza L.)
• Wolffia globosa Hartog " Plas (como L. globosa Roxb.)

Lecturas generales

• Cross, J.W. (2006). Los encantos de Pato.
• Landolt, E. (1986) Investigaciones biosistémicas en la familia de paternas (Lemnaceae). Vol. 2. La familia de Lemnaceae – Un estudio monográfico. Parte 1 de la monografía: Morfología; karyología; ecología; distribución geográfica; posición sistemática; nomenclatura; descripciones. Veröff. Geobot. Inst., Stiftung Rübel, ETH, Zurich.