Microbial-Assisted Phytoremediation of Glyphosate-Contaminated Soil by Medicago sativa: Biochemical and Detoxification Responses, Gene Expression, and Dissipation Kinetics.
Toxics · 2026 · 14 · PMID 42515186 · 등급6 세포·모델 in vitro · 발암성 > 산화스트레스·기전 · 사람
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초록 전문 번역 · gemma4:e4b
글리포세이트(GLY)는 전 세계적으로 가장 광범위하게 사용되는 제초제 중 하나로, 토양과 수생태계에 빈번하게 오염되어 인간 건강, 비표적 생물체, 토양 미생물 군집 및 환경 지속가능성에 심각한 위협을 가한다. 본 연구에서는 온실 조건에서 메디카고 사티바(MS)를 이용한 식물정화법을 통해 오염된 토양으로부터 GLY를 제거하는 것을 평가하였으며, 이 과정에서 두 가지 박테리아 생물제인 바실루스 종 h10(BS)과 녹농균 KZFS4(PA)의 접종을 통해 정화 효율을 향상시켰다. GLY 스트레스에 노출된 MS의 뿌리와 잎에서 초산화효소(SOD), 카탈라아제(CAT), 과산화수소($\text{H}_2\text{O}_2$), 그리고 말론디알데하이드(MDA)를 포함한 생화학적 매개변이와 해독 관련 유전자 발현을 조사하였다. MS 단독 처리군과 비교하여, BS + PA 접종 후의 MS, 그리고 MS + PA 및 MS + BS 순서로 적용했을 때 1일, 3일, 7일, 10일 경과 후 토양 내 GLY 잔류량이 유의하게 감소하였고 식물 뿌리와 잎에서의 GLY 축적량이 증가하였다. 시험관 내 배치 평형 실험에서는 BS와 PA가 각각 33.63 $\mu\text{g}\ \text{g}^{-1}$ 및 40.56 $\mu\text{g}\ \text{g}^{-1}$의 GLY를 탈착시켜 토양으로부터의 제거를 촉진함을 보여주었다. GLY의 잔류성은 처리하지 않은 오염된 토양에서 가장 높았으며, 반감기($t_{1/2}$)는 52.66일이었으나, 무균화된 오염토양 대비 MS와 BS 및 PA를 함께 처리한 토양에서는 가장 짧은 반감기(6.69일)가 기록되었다. 또한, BS와 PA의 접종은 MS 조직 내 SOD 및 CAT 활성을 현저히 증가시켰으며, $\text{H}_2\text{O}_2$와 MDA 축적을 유의하게 감소시켜 산화 스트레스 완화를 나타냈다. GLY 노출은 MS에서 사이토크롬 P450, 글루타티온 S-전달효소(GST), 당화효소(GTs), 그리고 ABC 수송체 등 해독 관련 유전자들의 상당한 상향 조절을 유발하였다. 이러한 결과들은 BS와 PA를 식물정화법에 통합하는 것이 오염된 토양과 식물 내 GLY의 분해를 효과적으로 가속화하고 농약 관련 독성을 감소시킴을 입증한다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate (GLY), one of the most extensively applied broad-spectrum herbicides worldwide, frequently contaminates soil and aquatic ecosystems, posing serious threats to human health, non-target organisms, soil microbial communities, and environmental sustainability. In the present study, phytoremediation using Medicago sativa (MS) was evaluated for the removal of GLY from contaminated soil under greenhouse conditions, with remediation efficiency enhanced through inoculation with two bacterial bioagents, Bacillus sp. h10 (BS) and Pseudomonas aeruginosa KZFS4 (PA). Biochemical parameters, including superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), hydrogen peroxide (H2O2), and malondialdehyde (MDA), together with detoxification-related gene expression, were investigated in the roots and leaves of MS exposed to GLY stress. The combined application of MS with BS + PA, followed by MS + PA and MS + BS, significantly decreased GLY residues in soil and increased GLY accumulation in plant roots and leaves after 1, 3, 7, and 10 days compared with MS treatment alone. In vitro batch equilibrium experiments demonstrated that BS and PA desorbed 33.63 and 40.56 µg g-1 of GLY, respectively, thereby enhancing its removal from soil. The persistence of GLY was highest in contaminated soil without treatment, exhibiting a half-life (t1/2) of 52.66 days, whereas the shortest half-life (6.69 days) was recorded in soil treated with MS combined with BS and PA relative to sterilized contaminated soil. Furthermore, inoculation with BS and PA markedly increased SOD and CAT activities in MS tissues, while significantly reducing H2O2 and MDA accumulation, indicating alleviation of oxidative stress. GLY exposure also triggered substantial upregulation of detoxification-associated genes, including cytochrome P450, glutathione S-transferases (GST), glycosyltransferases (GTs), and ABC transporters in MS. These findings demonstrate that the integration of BS and PA with phytoremediation effectively accelerates GLY dissipation and reduces pesticide-associated toxicity in contaminated soils and plants.| 저자 | Aioub, A. A. A.; Omar, A. F.; Hashem, A. S.; Kesba, H.; El-Ganainy, S.; Elmenofy, W.; El-Mogy, M.; Almaghaslah, M.; Shukry, M.; Lijun, Z.; Zhang, Q.; Wahab, S. I. Z. A. |
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| 저널 | Toxics |
| 권·호·쪽 | 14(7) |
| PMID | 42515186 |
| DOI | 10.1021/acs.chemrestox.7b00166 |