Degradation of commercial glyphosate-based herbicide via advanced oxidative processes in aqueous media and phytotoxicity evaluation using maize seeds.
Sci Total Environ · 2022 · 840:156656 · PMID 35709990 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 발암성 > 산화스트레스·기전 · 사람 · 제형(GBH)
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글리포세이트는 광범위하고 비선택적인 후발생계 전신 해충 방제제로 작용하는 제초제이다. 최근 몇 년간 많은 국가에서 지속적이고 증가하며 과도하게 사용되는 이 글리포세이트는 수역에서의 존재와 비표적 생물에 미치는 영향으로 인해 환경과 인간 건강에 심각한 위협을 제기하고 있다. 이러한 맥락에서, 글리포세이트 및 그 부산물의 비선택적 분해를 목표로 하는 공정 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 상업 제품인 Roundup®의 글리포세이트 산화를 목적으로 펜톤(Fenton), 전기-펜톤(electro-Fenton), 광전기산화(photoelectro-oxidation), 및 광전기-펜톤(photoelectro-Fenton) 등 다양한 고급 산화 공정을 적용하였다. 생성된 산화 생성물과 옥수수 종자 발아에 대한 식물독성학적 영향도 분석하였다. 각 처리 후 화학적 산소 요구량(COD), 총 유기 탄소(TOC), 글리포세이트 분해, 및 산화 부산물 생성을 분석하였다. 처리된 용액을 이용하여 24 °C에서 광주기를 12시간으로 설정한 발아 챔버에서 7일 동안 옥수수 종자를 발아시켰다. 발아율(%), 단백질 및 과산화수소($\text{H}_2\text{O}_2$) 함량, 지질 과산화 정도(MDA), 그리고 초과산화효소(SOD), 과산화효소(POD), 카탈라아제(CAT) 활성을 측정하였다. 광전기-펜톤 처리가 글리포세이트 분해에 가장 효과적이었으며, 글리포세이트 결합을 파괴하는 데 시너지적으로 작용하여 비독성 단쇄 분자를 생성하였다. 옥수수 종자 발아는 만족스러웠다(> 50%), 그러나 반응성 산소종(ROS)의 지속적인 생성이 $\text{SOD}$, $\text{CAT}$, 및 $\text{POD}$ 효소의 항산화 활성을 증가시켜 ROS에 대한 보상적 작용을 하였고, 이로써 광합성 장치를 유지시켰다. 또한, 낮은 농도의 글리포세이트 존재 하에서도 글리포세이트의 자극 효과인 호르메시스(Hormesis)가 관찰되었다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate is a herbicide that acts as a broad-spectrum, non-selective, post-emergence systemic pest controller. Its continuing, increasing, and excessive use in many countries in recent years poses a significant threat to the environment and human health due to the prevalence of this herbicide in water bodies and its impact on non-target organisms. In this context, it is essential to develop processes aimed at the non-selective degradation of glyphosate and its by-products. In this study, various advanced oxidative processes were applied: Fenton, electro-Fenton, photoelectro-oxidation, and photoelectro-Fenton, with the objective of oxidizing glyphosate in the commercial product Roundup®. The resultant oxidation products and the phytotoxicological effect on maize seed germination were also analyzed. Following each treatment, chemical oxygen demand (COD), total organic carbon (TOC), glyphosate degradation, and oxidation by-product formation were analyzed. The treated solutions were used to germinate maize seeds for 7 days in a germination chamber applying a photoperiod of 12 h at 24 °C. The % of germination, protein and hydrogen peroxide (H2O2) content, lipid peroxidation extent (MDA), and superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), and catalase (CAT) activities were determined. The photoelectro-Fenton treatment was the most effective in degrading glyphosate, operating synergistically to break glyphosate bonds, thereby generating non-toxic short-chain molecules. Maize seed germination was satisfactory (> 50 %), but the persistent formation of reactive oxygen species (ROS) led to increased antioxidant activities of SOD, CAT, and POD enzymes acting in a compensatory manner against ROS, thus sustaining the photosynthetic apparatus. Hormesis, a stimulatory effect of glyphosate, was also observed in the presence of low concentrations of glyphosate.| 저자 | da Silva, V. E. C.; Tadayozzi, Y. S.; Putti, F. F.; Santos, F. A.; Forti, J. C. |
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| 저널 | The Science of the total environment |
| 권·호·쪽 | 840, 156656 |
| PMID | 35709990 |
| DOI | 10.1016/j.scitotenv.2022.156656 |
| MeSH | Antioxidants; Glycine; Herbicides; Hydrogen Peroxide; Oxidation-Reduction; Oxidative Stress; Reactive Oxygen Species; Seeds; Superoxide Dismutase; Water; Zea mays; Glyphosate |