Ecological risk assessment of glyphosate and its possible effect on bacterial community in surface sediments of a typical shallow Lake, northern China.
Ecotoxicol Environ Saf · 2023 · 249:114445 · PMID 38321664 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 환경과 생태 > 수계 오염 · 미생물 · 환경
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글리포세이트는 전 세계적으로 널리 사용되는 제초제이며, 수생태계에서 광범위하게 존재하는 것이 생물체에 위협을 가한다. 본 연구에서는 16S rRNA 고속 처리 시퀀싱을 기반으로 북중국의 대형 얕은 호수 퇴적층 서식 유기체에 대한 글리포세이트의 잠재적 생태학적 위험을 평가하고, 글리포세이트가 퇴적물 부착 박테리아 군집의 구조 및 예측 기능에 미치는 영향을 평가하였다. 결과적으로, 글리포세이트는 퇴적층 서식 유기체에 대해 중간에서 높은 농도(최대 8.63 mg/kg)와 만성적 위험을 나타냈으며 (10% 샘플이 중간에서 높은 위험 지수를 보임), 특히 8월의 농경지 및 주거 지역 근처 현장에서 두드러졌다. 16S rRNA 서열 기반 박테리아 군집 식별 결과, 우점 문(phylum)인 Proteobacteria와 Campilobacterota (예: Steroidobacteraceae, Thiobacillus, Gallionellaceae, Sulfurimonadaceae)의 일부 종은 자극받은 반면, Actinobacteriota, Acidobacteriota 및 Firmicutes의 우점 문에 속하는 일부 종(예: Nocardioidaceae, Microtrichales, Vicinamibacteraceae, Paenisporosarcina)은 글리포세이트 축적에 의해 억제되었다. 자극받은 종들은 황 산화, 황산염 감소, 철 감소 또는 질산염 환원 박테리아와 관련이 있었고; 억제된 종들은 식물성 박테리아 내생체, 다인산 축적 유기체(PAOs) 및 탈질균과 관련이 있었다. 이에 상응하여, 원핵생물 분류군 기능 주석 분석에 따르면 "아황산염 호흡", "질소 호흡", "방향족 화합물 분해" 및 "질산화"와 같은 박테리아 대사 기능은 촉진되었으나, "셀룰로분해", "망간 산화", "무산소 광합성 황 산화" 및 "질산염 탈질"는 억제된 것으로 예측되었다. 이러한 결과들은 통제 실험의 실제 결과가 부족하여 글리포세이트가 박테리아 군집에 미치는 영향을 부분적으로만 시사할 수 있지만, 확인된 Steroidobacteraceae는 향후 생태학적 영향 및 글리포세이트의 생물정화 메커니즘 연구에서 생물지표로 간주될 수 있다. 본 연구는 부영양 호수에서 글리포세이트가 기여하는 바에 따라 생물다양성 및 박테리아 대사 기능 고갈에 대한 우려를 제기하고자 한다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate is a widely used herbicide worldwide and its prevalent presence in aquatic ecosystems poses a threat to living organisms. This study evaluated potential ecological risk of glyphosate to sediment-dwelling organisms and assessed the probable effect of glyphosate on structure and predicated function of sediment-attached bacterial communities from a large shallow lake in northern China based on 16S rRNA high-throughput sequencing. Results suggested that glyphosate showed a medium to high concentration (up to 8.63 mg/kg) and chronic risk to sediment-dwelling organisms (10% samples exhibiting medium to high risk quotient), especially in sites nearby farmland and residential areas in August. Bacterial community identification based on 16S rRNA sequence indicated some species of dominant phylum Proteobacteria and Campilobacterota (e.g., Steroidobacteraceae, Thiobacillus, Gallionellaceae, Sulfurimonadaceae) were stimulated while some species of dominant phylum Actinobacteriota, Acidobacteriota and Firmicutes (e.g., Nocardioidaceae, Microtrichales, Vicinamibacteraceae, Paenisporosarcina) were inhibited by glyphosate accumulation. The stimulating species were related to sulfur-oxidizing, sulfate-, iron-, or nitrate-reducing bacteria; The inhibiting species were related to plant bacterial endophytes, polyphosphate-accumulating organisms (PAOs) and denitrifers. Correspondingly, promoted bacterial metabolic functions of "sulfite respiration", "nitrogen respiration", "aromatic compound degradation" and "nitrification" but suppressed "cellulolysis", "manganese oxidation", "anoxygenic photoautotrophy S oxidizing" and "nitrate denitrification" were predicated on functional annotation of prokaryotic taxa. Although these results could only partly suggest the impacts of glyphosate on the bacterial communities due to the lack of actual results from control experiments, the identified Steroidobacteraceae could be thought as a bioindicator in the future mechanism study for the ecological effect and bioremediation of glyphosate. This work intends to arise the concern about the depletion of biodiversity and bacterial metabolic functions with contribution of glyphosate in part in eutrophic lakes.| 저자 | Xiao, R.; Kuang, B.; Hu, Y.; Wang, Y.; Bai, J.; Zhang, L.; Wang, C.; Wei, Z.; Zhang, K.; Jorquera, M. A.; Campos, M.; Acuña, J. J.; Pan, W. |
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| 저널 | Ecotoxicology and environmental safety |
| 권·호·쪽 | 249, 114445 |
| PMID | 38321664 |
| DOI | 10.1016/j.ecoenv.2022.114445 |
| MeSH | Lakes; Ecosystem; RNA, Ribosomal, 16S; Glyphosate; Nitrates; Bacteria; China; Geologic Sediments |