ウキクサ科

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ウキクサ科
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2つの異なるウキクサの種類のクローズアップ:SpirodelapolyrrhizaWolffiaglobosa:後者の長さは2mm未満です。
科学的分類 e
王国: 植物
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: オモダカ目
家族: サトイモ科
亜科: ウキクサ科
同義語

ウキクサ科

ウキクサ科は、ウキクサレンティル、または水レンズとして知られている顕花水生植物の亜科ですそれらは、淡水湿地の静止した、または動きの遅い物体の表面上または表面のすぐ下に浮かんでいます。ベイルートとしても知られ、それらはサトイモ科またはサトイモ科(サトイモ科)内から発生しました[1]。そのため、サトイモ科内のサブファミリーLemnoideaeとして分類されることがよくあります他の分類、特に20世紀の終わりより前に作成された分類は、それらを別の家族、ウキクサ科として配置します。

これらの植物は単純な構造をしており、明らかながありません。各植物の大部分は、小さな組織化された「葉状体」または「葉状」構造であり、わずか数細胞の厚さであり、多くの場合、水面上または水面直下に浮かぶことができるエアポケット(気孔)があります。種によっては、各植物に根がない場合や、1つまたは複数の単純な細根がある場合があります。[2]

生殖は主に無性 出芽栄養繁殖)によって行われ、これは葉の基部に囲まれた分裂組織から発生します。時折、2つの雄しべ雌しべからなる3つの小さな「花」が生成され、それによって有性生殖が起こります。一部の人々は、この「花」を偽花、または花序の減少と見なし、3つの花は明確に雌または雄であり、サトイモ科のspadixに由来します。ウキクサの花序の進化は、これらの植物が以前の親類からかなり進化的に減少したため、あいまいなままです。

ウキクサ属Wolffiaの花は、知られている中で最も小さく、長さはわずか0.3mmです。[3]この時折の繁殖によって生産される果実は卵形嚢であり、種子は浮揚を容易にする空気が入った袋の中で生産されます。

さまざまな環境でのウキクサ

湿地植物、特に水生植物の分布に影響を与えるより重要な要因の1つは、栄養素の利用可能性です。[4]ウキクサは、肥沃な、さらには富栄養化状態に関連する傾向があります。それらは、水鳥や小型哺乳類によって広がり、不注意に足や体に運ばれ[5]、水を動かすことによっても広がる可能性があります。一定の流れまたはオーバーフローのある水域では、植物は水路を運ばれ、大きく増殖しません。いくつかの場所では、気象パターンによって引き起こされる周期的なパターンが存在し、植物は低水流期間中に大きく増殖し、その後雨期が続くと運び去られます。

ウキクサは水鳥にとって重要な高タンパクの食料源です小さな植物は、多くの水生種の稚魚を覆います。植物は、ウシガエルなどの池の水種やブルーギルなどの魚の避難所として使用されます。それらはまた日陰を提供し、しばしばそれらと混同されますが、光合成独立栄養藻類の特定の光生成成長を減らすことができます。

ウキクサは東南アジアの一部の地域で人間に食べられています。大豆よりも多くのタンパク質が含まれているため、重要な潜在的な食料源として引用されることがあります。[6] [7]ヨーロッパ市場にウキクサがどの程度導入される可能性があるかについてのいくつかの初期調査は、このアイデアに対する消費者の反対をほとんど示していません。[8] NASAの火星の洞窟プロジェクトは、ウキクサを火星で食糧を育てる最有力候補として特定しました。[9]

植物は、収穫された場合、硝酸塩の除去を提供できます。ウキクサは急速に成長し、過剰なミネラル栄養素、特に窒素リン酸塩を吸収するため、バイオレメディエーションのプロセスで重要です。これらの理由から、それらは未開発の価値のある浄水器として宣伝されています。[10]

スイス連邦環境科学技術研究所に関連する発展途上国のスイス水衛生局は、ウキクサは食品や農業の価値だけでなく、毒素を捕獲するための廃水処理や臭気の抑制にも使用できると主張しています。そして、それによって捕獲された毒素を除去するために収穫中にウキクサのマットが維持される場合、それは藻類の発生を防ぎ、の繁殖を制御します。[11]同じ出版物は、多くのウキクサ関連のトピックに関する参考文献の広範なリストを提供しています。

これらの植物は、ウキクサの覆いが、表面が透明な同様のサイズの水域の速度と比較して水の 蒸発を減らすため、水の保全にも役割を果たす可能性があります。

これらの利点のいくつかにもかかわらず、ウキクサは栄養価の高い湿地環境で繁殖するため、伝統的に栄養素が少ないか貧栄養である環境で過度に増殖する条件が許される場合、ウキクサは厄介な種と見なすことができます。この問題の一例は、過剰な化学物質(肥料を含む)が嵐の流出または表面の流出によって水路に運ばれるときに、ほとんど貧栄養の環境であるエバーグレーズ内で発生します。[12]都市流出水農業汚染 次に、周囲の湿地や水路に栄養素のレベルを上げ始めます。これは、在来の生態系に混乱を引き起こす可能性があります。これらの条件は、ウキクサなどの成長の早い種の侵入が定着し、広がり、ノコギリなどの他の在来種を追い出すことを可能にし、時間の経過とともに、エバーグレーズ内の在来種のノコギリソウとスラフ生息地の生態に広範な変化をもたらします。[13]

分類法

ウキクサは、Alismatalesとサトイモ科に属しています。(a)は、リブロース-1,5-ビスリン酸カルボキシラーゼの大サブユニット遺伝子に基づく系統樹です。(b)は、ウキクサのクローン、栄養繁殖を示す、スピロデラの腹側の概略図です。娘の葉(F1)は、栄養ノード(No)から始まり、母葉F0から始まり、茎(Sti)によって付着したままになります。これは、最終的には壊れて、新しい植物クラスターを解放します。娘の葉は、完全に成熟する前に、すでに新しい葉(F2)を開始している可能性があります。根は前葉(P)に付着しています。(c)は、いくつかの静脈と枝分かれしていない根を持つ葉のような体から、ウキクサ科の葉状体のような形態への漸進的な減少を示しています。

ウキクサは長い間分類学的な謎であり、通常は彼ら自身の家族であるウキクサ科と見なされてきました。彼らは主に無性生殖をします。花は、あるとしても小さいです。根は非常に減少しているか、完全に存在していません。彼らは1876年までサトイモ科と関係があると疑われていましたが、分子系統学が出現するまで、この仮説を検証することは困難でした。

1995年以降、研究はサトイモ科での彼らの配置を確認し始め、それ以来、ほとんどの分類学者は彼らをその家族の一員であると考えています。[14]

彼らの家族内での彼らの立場は少しはっきりしていませんが、いくつかの21世紀の研究は彼らを以下に示す立場に置いています。[14]それらは別の水生植物であるピスティアと同じ家族に属していますが、密接に関連しているわけではありません。[14]

Gymnostachydoideae

ザゼンソウ科(ザゼンソウとゴールデンクラブ)

ウキクサ科(ウキクサ)

サトイモ科のほとんど

ウキクサ属は次のとおりです。SpirodelaLandoltiaLemnaWolffiella、およびWolffia

ウキクサのゲノムサイズは10倍の範囲(150〜1,500 MB)であり、2倍体から8倍体を表す可能性があります。スピロデラの祖先の属は最小のゲノムサイズ(150 MB、シロイヌナズナに類似)を持ち、最も派生した属であるウルフフィアは最大のゲノムサイズ(1,500 MB)の植物を含みます。[15] DNA配列決定は、WolffiellaWolffiaが他よりも密接に関連していることを示しています。Spirodelaは分類群の基本位置にあり、LemnaWolffiella、および 最も派生したウルフフィア。[16]

スピロデラ

レムナ

ウルフフィエラ

ウルフフィア

さまざまなウキクサのゲノムを識別するために、生命のバーコードのためのコンソーシアムによって提案された7つの色素体マーカーに基づいてDNAベースの分子識別システムが開発されました[17] atpF -atpHノンコーディングスペーサーは、ウキクサの種レベルの同定のための普遍的なDNAバーコーディングマーカーとして選択されました。[18]

化石記録

白亜紀後期マーストリヒチアン)の化石記録に最初に現れるのはアルゼンチンパタゴニア産のAquaephyllum auriculatumと呼ばれる浮遊葉と、ウキクサ属の花粉である[19]

カナダのサスカチュワン州南部新世からの細根を持つ浮遊葉の化石は、1885年にジョンウィリアムドーソンによってLemnaSpirodelascutataと最初に記述されていましたが、 Limnobiophyllumと再記述されています。[20]北アメリカ西部に加えて、Limnobiophyllumはロシア東部の暁新世とチェコ共和国の中新世から報告さいる[20]アルバータ州の暁新世からの異常に完全な標本、カナダでは、直径約4 cmまでの単葉から、最大4枚の葉のロゼットまであり、そのうちのいくつかはストロンによって隣接する植物に接続されており、そのうちのいくつかはパンダニダイト花粉を含むが付いたの残骸を持っています。[21] Lemnospermumと呼ばれるlemnoidシードの発生も報告されています。[20]

研究と応用

ウキクサの研究と応用は、国際レムナ協会[22]とアオウキクサの研究と応用に関する国際運営委員会の2つの国際組織によって推進されています。[23]

2008年7月、米国エネルギー省(DOE)の合同ゲノム研究所は、コミュニティシーケンスプログラムが巨大なウキクサSpirodelapolyrhizaのゲノムのシーケンスに資金を提供すると発表しましたこれは2009年のDOEの優先プロジェクトでした。この研究は、新しいバイオマスおよびバイオエネルギープログラムを促進することを目的としていました。[24]結果は、2014年2月に公開されました。これらの結果は、この植物が急速な成長と水生生物のライフスタイル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。[25]

潜在的なクリーンエネルギー源

ウキクサは、クリーンエネルギーの可能な供給源として世界中の研究者によって研究されています。米国では、DOEによる研究の対象であることに加えて、ラトガーズ大学ノースカロライナ州立大学の両方が、ウキクサが費用効果が高く、クリーンで、再生可能なエネルギーの供給源であるかどうかを判断するプロジェクトを進行中です。[26] [27]ウキクサは急速に成長し、単位面積あたりトウモロコシの5〜6倍のデンプンを生成し、地球温暖化に寄与しないため、バイオ燃料として適しています。[28] [29]ウキクサは大気から二酸化炭素を除去し、気候変動の緩和[30]

汚染物質と栄養素のろ過

ウキクサは、バクテリア、窒素、リン酸塩、その他の栄養素などの汚染物質を、自然に発生する水域、人工湿地、廃水から効果的にろ過することにより、バイオレメディエーターとしても機能します。[31] [32] [33]

Poitevin Marsh(Marais Poitevin、フランス)の運河を「緑のヴェネツィア」に変える:

メキシコに拠点を置く新興企業のmicroTERRAは、個人所有の養殖場でウキクサをきれいな水として使用しようと試みました。植物は魚の排泄物から生成された窒素とリンを肥料として使用し、同時に水が成長するにつれて水をきれいにします。その後、水は養殖農家によって再利用され、タンパク質含有量が35〜42%のウキクサは、持続可能なタンパク質の供給源として収穫されます。[34]

も参照してください

参照

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外部リンク