Glyphosate excessive use chronically disrupts the shikimate pathway and can affect photosynthesis and yield in citrus trees.
Chemosphere · 2022 · 308:136468 · PMID 36116622 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 직업
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글리포세이트의 과도한 사용이 브라질 감귤류 과수원에서 보고되고 있으나, 그 영향에 대해서는 추측만 존재하며 발표된 연구들은 상반되고 결론을 내리기 어렵다. 본 연구는 글리포세이트가 $\sim$4년생 감귤류 식물의 잎에 직접 침적되는 것을 시뮬레이션하여 가능한 유해 영향을 기술하는 것을 목표로 하였다. 주요 결과로, 글리포세이트 dosis >360 g ae ha$^{-1}$은 잎의 시키미산 축적을 증가시켰으며(대조군 대비 최대 2.3배), 이는 240일 간격 후에도 두 번째 글리포세이트 살포 후에 더욱 증가하였다(대조군 대비 최대 3.5배). 흥미롭게도, 시키미산 축적은 특정 시점에서 제초제에 대한 용량-반응 관계와 관련되는 경우도 있었으나, 이러한 축적은 정해진 날짜에 최고점에 도달하였다. 이러한 축적은 글리포세이트 살포 몇 달 후에도 순광합 감소와 직접적으로 상관관계가 있었다. 광계 II를 통한 전자 전달 기반의 양자 생산성 및 최대 17%까지의 명백한 전자 전달 감소도 실험 기간 전체에 걸쳐 관찰되었다. 유사하게, 두 번째 살포 후 글리포세이트가 살포된 잎의 $\text{CO}_2$ 동화 기반 양자 생산성은 대조군 대비 최대 네 배까지 감소하였다. 글리포세이트 dosis >360 g ae ha$^{-1}$은 카르복실화 효율이 감소함에 따라 기공 전도도와 증산량을 증가시켰으며, 이는 캘빈-벤슨 회로에서 탄소 유출을 입증하였다. 이러한 대사적 및 생리적 장애는 잠재적인 광산화 손상과 광호흡의 증가를 시사하며, 이는 감귤류 식물이 글리포세이트 효과에 대한 완화 전략일 수 있으나 그 비용으로 감귤 과실 수확량 감소(최대 57%)를 초래한다. 따라서 글리포세이트는 증상이 나타나지 않을 때에도 시키미산 경로와 광합성의 만성적인 장애로 인해 시간이 지남에 따라 감귤류 식물에 독성을 유발하는 것으로 결론지었다. 본 연구는 글리포세이트가 시키미산 경로를 넘어 감귤나무에 손상을 입히는 방식을 보여준 최초의 보고이다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate excessive use is reported in Brazilian citrus orchards, whereas there is speculation about its consequences and the published studies are contradictory and inconclusive. This study aimed to describe the possible harmful effects by simulating glyphosate drift directly to the leaves of ∼4-yr-old citrus plants. As major results, glyphosate doses >360 g ae ha-1 increased the shikimate accumulation in leaves (up to 2.3-times above control), which was increased after a second glyphosate application (up to 3.5-times above control), even after a 240-d interval. Interestingly, shikimate accumulation was occasionally related to a dose-response of the herbicide at specific times; however, the doses had their accumulation peak on determined dates. These accumulations were directly correlated to reduced net photosynthesis even months after the glyphosate sprays. Quantum productivity based on electron transport through the photosystem II and apparent electron transport reductions up to 17% were also observed during the entire experiment course. Similarly, quantum productivity based on CO2 assimilation of glyphosate sprayed leaves decreased up to four times compared to the control after the second application. Glyphosate doses >360 g ae ha-1 increased stomatal conductance and transpiration as the carboxylation efficiency decreased, evidencing a carbon drainage in the Calvin-Benson cycle. These metabolic and physiological disturbances suggest possible photooxidative damage and an increase in photorespiration, which may be a mitigation strategy by the citrus plants to glyphosate effects, by the cost of reducing the citrus fruit yield (up to 57%). It is concluded that glyphosate phytotoxicity damages citrus plants over time due to chronic disturbances in the shikimate pathway and photosynthesis, even when there are no symptoms. This study is the first report to demonstrate how glyphosate damages citrus trees beyond the shikimate pathway.| 저자 | Martinelli, R.; Rufino, L. R.; de Melo, A. C.; Alcántara-de la Cruz, R.; da Silva, M. F. D. G. F.; da Silva, J. R.; Boaretto, R. M.; Monquero, P. A.; Mattos, D.; de Azevedo, F. A. |
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| 저널 | Chemosphere |
| 권·호·쪽 | 308(Pt 3), 136468 |
| PMID | 36116622 |
| DOI | 10.1016/j.chemosphere.2022.136468 |
| MeSH | Carbon; Carbon Dioxide; Citrus; Glycine; Herbicides; Photosynthesis; Photosystem II Protein Complex; Plant Leaves; Shikimic Acid; Trees; Glyphosate |