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Multi-year and multi-site effects of recurrent glyphosate applications on the wheat rhizosphere microbiome.
Environ Res · 2022 · 215:114363 · PMID 36174759 · 등급7 종설·논평 원저 · 환경과 생태 > 토양생물·미생물 · 식물
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글리포세이트(N-(phosphonomethyl)glycine)는 전 세계적으로 광범위하게 사용되는 제초제이지만, 토양 미생물총에 미치는 영향은 일관적이지 않다. 제초제 재검토 및 등록 결정에 대한 과학적 근거를 제공하기 위해, 본 연구에서는 캐나다 프레리 지역 5개 지점에서 밀(Triticum aestivum L.)-콩(Pisum sativum L.)-카놀라(Brassica napus L.)-밀 작물 윤작을 통해 4년간(2013-2016) 글리포세이트를 연속적으로 처리하였다. 글리포세이트 처리량은 0, 1, 2, 4 및 8 kg ae ha-1이었으며, 매년 파종 전과 수확 후에 처리되었다. 연구 마지막 해에 밀 근권 토양을 채취하여 미생물 바이오매스 C(MBC), 미생물총의 구성 및 다양성, 그리고 $\beta$-글루코시다아제, N-아세틸-$\beta$-글루코사미니다아제, 산 인산모노에스테라아제, 아릴설페타아제의 활성을 분석하였다. 글리포세이트는 MBC, 원핵생물 및 진균의 구성과 다양성, 그리고 밀 근권 토양에서 측정한 네 가지 효소 중 세 가지의 활성에 영향을 미치지 않았다. 글리포세이트가 영향을 준 유일한 부분은 N-아세틸-$\beta$-글루코사미니다아제 활성이 처리량 증가에 따라 파동 모양으로 반응한 것이었다. 실험 지점들은 토양 pH와 유기 C에 의해 주도되는, 글리포세이트보다 훨씬 큰 영향이 토양 미생물총 구성과 효소 활성에 나타났다. 토양 pH는 Acidobacteriota의 상대적 풍부도와 양의 상관관계를 보였으나 Actinobacteriota 및 Basidiomycota와는 음의 상관관계를 보였다. 토양 유기 C는 Proteobacteriota 및 Verrucomicrobiota의 상대적 풍부도와 양의 상관관계가 있었으나 Crenachaeota의 상대적 풍부도와는 음의 상관관계를 보였다. 산 인산모노에스테라아제 활성은 Acidobacteriota의 상대적 풍부도가 증가함에 따라 감소하였으나 Actinobacteriota 및 Basidiomycota와는 증가하였다. N-아세틸-$\beta$-글루코사미니다아제 활성 역시 Actinobacteriota의 상대적 풍부도가 증가함에 따라 증가했으나 Mortierellomycota와는 감소하였다. $\beta$-글루코시다아제 활성은 Mortierellomycota의 상대적 풍부도가 증가함에 따라 감소하였다. 샘플의 최소 90%에서 관찰된 핵심 진균 종은 Humicola nigrescens, Gibberella tricincta 및 Giberella fujikuroi였다. 따라서 캐나다 프레리 지역에서의 이 다지점 연구는 지점 간 특성의 차이에도 불구하고, 다른 농도로 처리된 4년간의 글리포세이트 처리가 대부분의 토양 미생물 특성에 유의미한 영향을 미치지 않았음을 보여주었다. 그러나 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 제초제인 만큼, 토양 미생물총과 그 기능에 대한 글리포세이트의 영향은 계속 평가할 필요가 있다.
ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate (N-(phosphonomethyl)glycine) is broad-spectrum herbicide that is extensively used worldwide, but its effects on the soil microbiome are inconsistent. To provide a sound scientific basis for herbicide re-review and registration decisions, we conducted a four-year (2013-2016) study in which we consecutively applied glyphosate to a wheat (Triticum aestivum L.)-field pea (Pisum sativum L.)-canola (Brassica napus L.)-wheat crop rotation at five sites in the Canadian prairies. The glyphosate rates were 0, 1, 2, 4 and 8 kg ae ha-1, applied pre-seeding and post-harvest every year. The wheat rhizosphere was sampled in the final year of the study and analysed for microbial biomass C (MBC), the composition and diversity of the microbiome, and activities of β-glucosidase, N-acetyl-β-glucosiminidase, acid phosphomonoesterase and arylsulphatase. Glyphosate did not affect MBC, the composition and diversity of prokaryotes and fungi, and the activities of three of the four enzymes measured in the wheat rhizosphere. The one effect of glyphosate was a wave-like response of N-acetyl-β-glucosaminidase activity with increasing application rates. The experimental sites had much greater effects, driven by soil pH and organic C, on the soil microbiome composition and enzyme activities than glyphosate. Soil pH was positively correlated with the relative abundance of Acidobacteriota but negatively correlated with that of Actinobacteriota and Basidiomycota. Soil organic C was positively correlated with the relative abundances of Proteobacteriota and Verrucomicrobiota, but negatively correlated with the relative abundance of Crenachaeota. The activity of acid phosphomonoesterase declined with increasing relative abundance of Acidobacteriota, but increased with that of Actinobacteriota and Basidiomycota. The activity of N-acetyl-β-glucosaminidase also increased with increasing relative abundance of Actinobacteriota but decreased with that of Mortierellomycota. β-glucosidase activity also decreased with increasing relative abundance of Mortierellomycota. The core fungal species observed in at least 90% of the samples were Humicola nigrescens, Gibberella tricincta and Giberella fujikuroi. Therefore, this multi-site study on the Canadian prairies revealed no significant effects of 4-year applications of glyphosate applied at different rates on most soil microbial properties despite differences in the properties among sites. However, it is important to keep evaluating glyphosate effects on the soil microbiome and its functioning because it is the most widely used herbicide worldwide.
저자Lupwayi, N. Z.; Blackshaw, R. E.; Geddes, C. M.; Dunn, R.; Petri, R. M.
저널Environmental research
권·호·쪽215(Pt 3), 114363
PMID36174759
DOI10.1016/j.envres.2022.114363
MeSHArylsulfatases; Bacteria; Canada; Cellulases; Glycine; Herbicides; Hexosaminidases; Microbiota; Phosphoric Monoester Hydrolases; Rhizosphere; Soil; Soil Microbiology; Triticum; Glyphosate
APA 7판
Lupwayi, N. Z., Blackshaw, R. E., Geddes, C. M., Dunn, R., & Petri, R. M. (2022). Multi-year and multi-site effects of recurrent glyphosate applications on the wheat rhizosphere microbiome. Environ Res, 215(Pt 3), 114363. https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.114363
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