How do glyphosate and AMPA alter the microbial community structure and phosphorus cycle in rice-crayfish systems?
Environ Res · 2024 · 260:119679 · PMID 39059622 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 환경과 생태 > 수생생물 · 환경시료 · AMPA
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글리포세이트는 벼-가재 양식 지역에서 흔히 사용되는 유기인계 제초제로, 지역적 인 순환 과정에 영향을 미치고 미생물 군집 구조를 변화시킬 수 있다. 그러나 글리포세이트 잔류물이 벼-가재 시스템에 미치는 영향은 아직 불분명하다. 본 연구에서는 논밭, 번식 도랑 및 함양 하천과 같은 벼-가재 시스템에서 글리포세이트와 그 주요 분해 산물의 공간적 및 시간적 분포 특성뿐만 아니라, 미생물 군집 및 인 순환에 대한 글리포세이트의 영향 메커니즘을 평가하였다. 벼-가재 시스템에서 글리포세이트와 아미노메틸포스폰산(AMPA)의 검출률은 100%였다. 수상 및 토양/퇴적물 내 글리포세이트 농도는 각각 최대 $0.012 \mu\text{g/L}$ 및 $7.480 \mu\text{g/kg}$이었으며, AMPA 농도는 각각 최대 $17.435 \mu\text{g/L}$ 및 $13.200 \mu\text{g/kg}$이었다. 글리포세이트 농도는 강우량이나 채집 지점에 의해 영향을 받지 않았으나, 함양 하천의 수상 내 AMPA 농도는 강우량에 의해 영향을 받았다. 글리포세이트 농도는 RBG-16-58-14 풍부도와 유의미하고 양의 상관관계를 보였으며, AMPA 농도는 Actinobacteria 및 Lysobacter 풍부도와 유의미하고 양의 상관관계, 그리고 Cyanobacteria 풍부도와는 음의 상관관계($P < 0.05$)를 보였다. phoD, phnK, ppx 유전자의 가장 높은 풍부도는 모든 토양/퇴적물에서 발견되었다. 토양/퇴적물 내 글리포세이트 농도는 유기인 분해 효소를 암호화하는 phoD 유전자와 다인 무기인산염($\text{Pi}$) 가수분해효소를 암호화하는 ppx 유전자 풍부도와 유의미하고 양의 상관관계를 보였으며($P < 0.05$), 또한 글리포세이트 농도는 $\text{Ca}$-결합 $\text{Pi}$ 함량과 유의미하고 양의 상관관계가 있었다($P < 0.05$). 이는 글리포세이트가 phoD 및 ppx 유전자 풍부도를 증가시킴으로써 벼-가재 시스템에서 안정적인 $\text{Pi}$ 생성을 촉진할 수 있음을 시사한다. 본 연구 결과는 벼-가재 시스템에서 인 순환에 대한 글리포세이트의 영향 메커니즘을 밝히고 글리포세이트의 위험성 평가 기반을 제공하였다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate, a commonly used organophosphorus herbicide in rice-crayfish cropping regions, may alter regional phosphorus cycle processes while affecting the structure of microbial communities. However, the effects of glyphosate residues on rice-crayfish systems remain unclear. In this study, we assessed the spatial and temporal distribution characteristics of glyphosate and its primary degradation products, as well as the impact mechanisms of glyphosate on microbial communities and the phosphorus cycle in rice-crayfish systems such as paddy fields, breeding ditches and recharge rivers. The detection rates of glyphosate and aminomethylphosphonic acid (AMPA) were 100% in rice-crayfish systems. Concentrations of glyphosate in the water phase and soil/sediment were as high as 0.012 μg/L and 7.480 μg/kg, respectively, and concentrations of AMPA were as high as 17.435 μg/L and 13.200 μg/kg, respectively. Glyphosate concentrations were not affected by rainfall or sampling site, but concentrations of AMPA in the water phase of recharge rivers were affected by rainfall. The glyphosate concentration was significantly and positively correlated with RBG-16-58-14 abundance, and the AMPA concentration was significantly and positively correlated with Actinobacteria and Lysobacter abundance, and negatively correlated with Cyanobacteria abundance (P < 0.05). The highest abundances of phoD, phnK, and ppx genes were found in all soils/sediments. Glyphosate concentration in soil/sediment was significantly and positively correlated with the abundance of phoD gene encoding an organophosphorus-degrading enzyme and ppx gene encoding poly inorganic phosphate (Pi) hydrolase (P < 0.05). In addition, the glyphosate concentration was significantly and positively correlated with the Ca-bonded Pi content (P < 0.05). This implies that glyphosate may promote the production of stable Pi in rice-crayfish systems by increasing the abundance of phoD and ppx genes. The results of this study reveal the impact mechanism of glyphosate on the phosphorus cycle in rice-crayfish systems and provide a basis for the risk assessment of glyphosate.| 저자 | Qu, M.; Cheng, X.; Xu, Q.; Hu, Y.; Liu, X.; Mei, Y. |
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| 저널 | Environmental research |
| 권·호·쪽 | 260, 119679 |
| PMID | 39059622 |
| DOI | 10.1016/j.envres.2024.119679 |
| MeSH | Glyphosate; Glycine; Animals; Phosphorus; Herbicides; Organophosphonates; Oryza; Microbiota; Water Pollutants, Chemical; Soil Microbiology |