Microbial community composition and glyphosate degraders of two soils under the influence of temperature, total organic carbon and pH.
Environ Pollut · 2022 · 297:118790 · PMID 35016983 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 비발암 건강영향 > 장내미생물 · 미생물
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글리포세이트는 토양 미생물에 의해 빠르게 분해되며 온도와 토양 특성에 영향을 받는다. 높은 온도와 총유기탄소(TOC) 및 낮은 pH는 Haplic Chernozem(Muskus et al., 2019)과 Humic Cambisol(Muskus et al., 2020)에서 $^{13}\text{C}_{315}\text{N}$-글리포세이트가 $\text{CO}_2$와 생물학적 비추출 잔류물(bioNERs)로 전환되는 속도를 증가시켰다. 그러나 현재까지 이 두 토양에서 온도와 TOC 또는 pH의 복합적인 효과가 미생물 군집 구성 및 글리포세이트 분해자에 대해 조사된 바는 없다. 인산지질 지방산 [PLFA] 바이오마커 분석을 $^{13}\text{C}$ 표지법과 결합하여 두 가지 토양 특성(pH, TOC)과 세 가지 온도($10^\circ\text{C}$, $20^\circ\text{C}$, $30^\circ\text{C}$)가 토양 미생물에 미치는 영향을 조사하였다. 배양 전, Haplic Chernozem과 Humic Cambisol의 특성은 다섯 가지 처리구로 조정되었다: (a) 대조군 (Haplic Chernozem: 2.1% TOC 및 pH 6.6; Humic Cambisol: 3% TOC 및 pH 7.0), (b) 3% TOC (Haplic Chernozem) 또는 4% TOC (Humic Cambisol), (c) 4% TOC (Haplic Chernozem) 또는 5% TOC (Humic Cambisol), (d) pH 6.0 (Haplic Chernozem) 또는 pH 6.5 (Humic Cambisol), 및 (e) 두 토양 모두에 대한 pH 5.5이다. 모든 처리구는 $50 \text{ mg kg}^{-1}$의 글리포세이트로 보강되었고 $10^\circ\text{C}$, $20^\circ\text{C}$ 또는 $30^\circ\text{C}$에서 배양되었다. 우리는 배양 온도에 따라 호흡, 미생물 바이오매스 및 글리포세이트 광물화가 증가함을 관찰하였다. Humic Cambisol의 경우 호흡과 미생물 바이오매스가 더 높았으나, Haplic Chernozem의 미생물이 글리포세이트 분해에 더 활성이 있었다. TOC 증가는 두 토양 모두에서 마이크로바이옴과 $^{13}\text{C}$-글리포세이트 분해자를 그람 양성균 쪽으로 이동시켰다. 그러나, 높은 온도에서 TOC 증가 또는 pH 감소와 함께 그람 음성균의 기아 상태를 나타내는 $^{13}\text{C}$-PLFAs의 풍부도는 증가하였다. 따라서 그람 음성균이 글리포세이트 분해의 초기 단계에 관여했을 수 있다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate can be degraded by soil microorganisms rapidly and is impacted by temperature and soil properties. Enhanced temperature and total organic carbon (TOC) as well as reduced pH increased the rate of 13C315N-glyphosate conversion to CO2 and biogenic non-extractable residues (bioNERs) in a Haplic Chernozem (Muskus et al., 2019) and in a Humic Cambisol (Muskus et al., 2020). To date; however, the combined effect of temperature and TOC or pH on microbial community composition and glyphosate degraders in these two soils has not been investigated. Phospholipid fatty acid [PLFA] biomarker analysis combined with 13C labeling was employed to investigate the effect of two soil properties (pH, TOC) and of three temperatures (10 °C, 20 °C, 30 °C) on soil microorganisms. Before incubation, the properties of a Haplic Chernozem and a Humic Cambisol were adjusted to obtain five treatments: (a) Control (Haplic Chernozem: 2.1% TOC and pH 6.6; Humic Cambisol: 3% TOC and pH 7.0), (b) 3% TOC (Haplic Chernozem) or 4% TOC (Humic Cambisol), (c) 4% TOC (Haplic Chernozem) or 5% TOC (Humic Cambisol), (d) pH 6.0 (Haplic Chernozem) or pH 6.5 (Humic Cambisol), and (e) pH 5.5 for both soils. All treatments were amended with 50 mg kg-1 glyphosate and incubated at 10 °C, 20 °C or 30 °C. We observed an increase in respiration, microbial biomass and glyphosate mineralization with incubation temperature. Although respiration and microbial biomass in the Humic Cambisol was higher, the microorganisms in the Haplic Chernozem were more active in glyphosate degradation. Increased TOC shifted the microbiome and the 13C-glyphosate degraders towards Gram-positive bacteria in both soils. However, the abundance of 13C-PLFAs indicative for the starvation of Gram-negative bacteria increased with increasing TOC or decreasing pH at higher temperatures. Gram-negative bacteria thus may have been involved in earlier stages of glyphosate degradation.| 저자 | Muskus, A. M.; Miltner, A.; Hamer, U.; Nowak, K. M. |
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| 저널 | Environmental pollution (Barking, Essex : 1987) |
| 권·호·쪽 | 297, 118790 |
| PMID | 35016983 |
| DOI | 10.1016/j.envpol.2022.118790 |
| MeSH | Carbon; Glycine; Hydrogen-Ion Concentration; Microbiota; Soil; Soil Microbiology; Temperature; Glyphosate |