Oxidative degradation of glyphosate and aminomethylphosphonate by manganese oxide.
Environ Sci Technol · 2005 · 39:9223-8 · PMID 16382946 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 물질과 작용기전 > AMPA·분해 · AMPA
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글리포세이트(N-(phosphonomethyl)glycine)는 전 세계적으로 가장 흔하게 사용되는 제초제로, 대부분의 조건에서 미생물 과정을 통해 비교적 빠르게 토양에서 분해된다. 토양과 물에서 가장 빈번하게 검출되는 분해 산물은 AMPA(aminomethylphosphonic acid)이다. 본 연구에서는 환경적으로 현실적인 조건 하에서 글리포세이트와 AMPA의 비생물학적 분해 경로에 대한 최초의 증거를 보고한다. 토양에서 흔히 발견되는 망간 산화물인 버니스토(birnessite)의 희석 수용액에서, 여러 날에 걸쳐 용액 내 인산염 축적을 통해 글리포세이트와 AMPA 모두가 20°C에서 분해되었음을 확인하였다. 이러한 비생물학적 분해는 Mn 산화물 표면에서의 C-P 결합 절단을 포함하는 것으로 추론되나, 글리포세이트의 경우와 글리포세이트의 가능한 분해 산물인 사라코신(sarcosine)의 경우 C-N 결합 절단에 대한 증거도 발견되었다. 글리포세이트의 분해 속도는 AMPA보다 빨랐으며, 더 높은 온도(50°C)는 글리포세이트와 AMPA 모두의 더 빠른 분해를 유발하였다. 용액에 황산염을 첨가하는 것은 반응 속도에 뚜렷한 영향을 미치지 않았으나, $\text{Cu}^{2+}$ 첨가는 분해를 저해하였다. 이 금속 이온이 글리포세이트와 강하게 착물을 형성하기 때문에, 이러한 저해는 $\text{Cu}^{2+}$가 Mn 산화물 표면의 반응성 산화 부위에 대한 글리포세이트 배위를 제한하는 능력에 기인한다고 해석된다. 유사한 실험 설계를 사용하여 $\text{MnCl}_2$ (0.5 mM)의 당량 몰 용액에서는 글리포세이트 분해를 검출할 수 없었다. 그러나 글리포세이트가 존재하는 조건에서 ($\text{Mn}:\text{glyphosate}$ 몰비 4:1), $\text{Mn}^{2+}$의 산화가 용액 내와 불활성 표면 모두에서 향상됨을 입증하였다. 이 결과는 $\text{Mn}^{2+}$ 존재 하에서의 글리포세이트의 산화적 분해가 궁극적으로 망간의 자발적인 산소 매개 산화를 따를 수 있음을 시사한다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate (N-(phosphonomethyl)glycine), the most commonly used herbicide worldwide, degrades relatively rapidly in soils under most conditions, presumably by microbial processes. The most frequently detected degradation product in soil and water is AMPA (aminomethylphosphonic acid). We report the first evidence for an abiotic pathway of glyphosate and AMPA degradation under environmentally realistic conditions. Both glyphosate and AMPA degraded at 20 degrees C in dilute aqueous suspensions of birnessite, a manganese oxide common in soils, as evidenced by the accumulation of orthophosphate in solution over a period of several days. It is concluded that the abiotic degradation involved C-P bond cleavage at the Mn oxide surface, although evidence for C-N bond cleavage in the case of glyphosate and sarcosine, a likely degradation product of glyphosate, was found. The degradation of glyphosate was faster than that of AMPA, and higher temperature (50 degrees C) resulted in faster degradation of both glyphosate and AMPA. The addition of sulfate to the solution had no marked effect on the reaction rate, although Cu2+ addition inhibited degradation. As this metal ion complexes strongly with glyphosate, the inhibition can be attributed to the ability of Cu2+ to limit glyphosate coordination to reactive oxidation sites at the Mn oxide surface. Using a similar experimental design, we were unable to detect glyphosate degradation in an equimolar solution of MnCl2 (0.5 mM). However, we demonstrated that the oxidation of Mn2+ is enhanced both in solution and on an inert surface, in the presence of glyphosate (4:1 Mn-glyphosate molar ratio). This result suggests that the oxidative breakdown of glyphosate in the presence of Mn2+ may ultimately occur following the spontaneous oxygen-mediated oxidation of manganese.| 저자 | Barrett, K. A.; McBride, M. B. |
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| 저널 | Environmental science & technology |
| 권·호·쪽 | 39(23), 9223-8 |
| PMID | 16382946 |
| DOI | 10.1021/es051342d |
| MeSH | Glycine; Isoxazoles; Manganese Compounds; Organophosphonates; Oxidation-Reduction; Oxides; Tetrazoles; Glyphosate |