Myriophyllum spicatum-mediated removal of glyphosate and nutrients in agricultural small water bodies: Response of plant physiology and epiphytic microbe.
J Hazard Mater · 2026 · 503:141190 · PMID 41558355 · 등급8 기타 원저 · 발암성 > 산화스트레스·기전 · 환경
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글리포세이트(GLY) 제초제가 침수성 대형 식물에 미치는 영향은 강우 유출 및 농업용 관개수의 영향을 받는 소규모 수역에서 여전히 불분명하다. 본 연구에서는 Myriophyllum spicatum이 GLY에 노출된 습지에서 24일 동안 물의 질, 식물 생리 매개변수 및 부착 미생물 군집의 변화를 조사하기 위해 실험을 수행하였다. 식물이 없는 습지와 비교했을 때, M. spicatum은 10 mg/L GLY 조건에서 상부수의 GLY, 총인(total phosphorus), 총질소(total nitrogen) 및 암모늄 질소 제거율을 향상시켰으나, 20 mg/L 및 40 mg/L GLY에서는 장기간 노출 시간이 지남에 따라 영양분 제거 능력이 저하되었다. 이러한 결과는 M. spicatum이 GLY와 영양분 제거에 기여함을 보여준다. 높은 GLY 농도는 식물 잎의 말론디알데하이드 함량과 상대 전기전도도를 증가시키고 엽록소-a 함량을 감소시켰다. 부착 생물막에서 원핵생물 군집의 Shannon 값은 변화가 없었으나 진핵생물 군집에서는 감소하였다. GLY 스트레스 하에서 원핵생물 및 진핵생물 군집 모두에서 우점 분류군에 비해 열세 분류군의 틈새 폭과 수가 감소하는 것이 관찰되었다. 구조 방정식 모델 분석 결과, GLY는 환경 매개변수와 음의 상관관계를 보였으나 영양분 및 식물 생리 매개변수와 양의 상관관계를 보였으며, 수중 영양분은 부착 생물막 내 진핵생물 군집과 관련이 있었다. GLY는 원핵생물 군집에서 포도당 대사 및 글리포세이트 산화효소 경로를 자극했으나, 진핵생물 군집에서는 NAD/NADP-NADH/NADPH 상호전환을 억제하였다. 이러한 데이터는 GLY 농도가 항상 10 mg/L 미만일 경우, 소규모 수역에서 M. spicatum의 복원이 농업 지역의 수질 개선에 기여할 수 있음을 시사한다.ORIGINAL ABSTRACT
The impacts of herbicide glyphosate (GLY) on submerged macrophytes remain unclear in small water bodies, which receive pollutants from rainfall runoff and return water from farmland irrigation. In this study, an experiment was conducted to investigate the changes in water quality, plant physiological parameters and epiphytic microbial community in wetlands with Myriophyllum spicatum exposed to GLY for 24 days. Compared to wetlands without plants, M. spicatum enhanced GLY, total phosphorus, total nitrogen and ammonium nitrogen removal in overlying water at 10 mg/L GLY, but 20 and 40 mg/L GLY impaired nutrients removal with prolonged exposure time. These results demonstrate that M. spicatum contributed to the GLY and nutrients removal. High GLY concentration increased the malondialdehyde content and relative electrical conductivity and decreased chlorophyll-a content in plant leaves. Shannon values did not change in prokaryotic community but decreased in eukaryotic community in epiphytic biofilm. The decreased niche breadths and numbers of disadvantaged taxa were observed compared to advantaged taxa in both prokaryotic and eukaryotic communities under GLY stress. Structural equation model reveals that GLY was negatively related to environmental parameters but positively related to nutrients and plant physiological parameters, while aquatic nutrients were related to eukaryotic community in epiphytic biofilm. GLY stimulated the glucose metabolism and glyphosate oxidase pathway in prokaryotic community but inhibited NAD/NADP-NADH/NADPH interconversion in eukaryotic community. These data highlight that restoration of M. spicatum in small water bodies can improve water quality in agricultural areas, given that GLY concentrations are always below 10 mg/L.| 저자 | Ma, Y.; Yuan, Q.; Zhang, S.; Duan, R.; Jiang, Y.; Wanyan, J.; Qu, A. |
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| 저널 | Journal of hazardous materials |
| 권·호·쪽 | 503, 141190 |
| PMID | 41558355 |
| DOI | 10.1016/j.jhazmat.2026.141190 |
| MeSH | Glyphosate; Glycine; Herbicides; Water Pollutants, Chemical; Phosphorus; Magnoliopsida; Nitrogen; Wetlands; Agriculture; Biofilms; Chlorophyll |