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미세플라스틱, 식물에도 흡수되어 성장 저해

美ㆍ中 연구팀, 애기장대 생물량ㆍ높이 등 낮게 나타나

입력시간 : 2020-07-03 14:49       최종수정: 2020-07-03 14:51
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각종 화장품에 사용되는 마이크로플라스틱 및 나노플라스틱이 바다와 수산물에 미치는 소비자들과 환경보호주의자들의 우려가 갈수록 고조되기에 이른 가운데 비단 사람이나 동물 뿐 아니라 식물의 생장에도 유해한 영향을 미칠 수 있음을 입증한 연구결과가 공개되어 걱정이 앞서게 하고 있다.


지금까지 마이크로플라스틱 및 나노플라스틱이 농업용 토지를 비롯한 육지환경에 미치는 영향에 대해 규명된 내용이 그리 많지 않았기 때문.


미국 매사추세츠주 앰허스트에 소재한 앰허스트대학 농과대학의 바오샨 싱 박사 연구팀은 학술저널 ‘네이처 나노테크놀로지’誌(Nature nanotechnology)에 지난달 22일 관련 연구보고서를 게재했다.


이 연구보고서의 제목은 ‘다른 전하를 띄는 나노플라스틱들이 애기장대에 확연하게 축적되는 기전의 입증’이다.


싱 박사는 “지금까지 나노플라스틱이 육상식물의 내부로 흡수됨을 직접적으로 입증한 증거자료는 부재했다”고 지적했다.


하지만 이번 연구결과를 보면 나노플라스틱이 표면 전하(電荷)에 따라 식물 내부에 축적될 수 있음이 직접적으로 입증된 것이라고 싱 박사는 의의를 강조했다.


특히 이처럼 식물 내부에 나노플라스틱이 축적되면 생태계에 직접적인 영향을 미칠 수 있을 뿐 아니라 농업의 지속가능성과 식품 안전성과도 관련이 있을 수 있을 것으로 보인다고 싱 박사는 강조했다.


싱 박사는 뒤이어 이 같은 추정이 이번 연구에서 양전하(陽電荷) 또는 음전하(陰電荷)를 띄는 나노플라스틱이 각종 실험모델로 빈도높게 사용되고 있는 유채과 1년초 식물의 일종인 애기장대(Arabidopsis thaliana)의 내부에 축적된 것으로 관찰된 것에 근거를 두고 제시하는 것이라고 덧붙였다.


이와 관련, 싱 박사는 세계 각국에서 폭넓게 사용되고 있는 데다 환경 잔류성으로 인해 플라스틱 폐기물이 대량으로 배출되어 쌓이고 있는 현실을 상기시켰다.


그리고 이번 연구를 통해 나노플라스틱이 뿌리에서부터 새순에 이르기까지 식물 내부로 흡수되고 축적된다는 사실을 현미경과 분자학적‧유전학적 방법론을 사용한 연구로 조직 및 분자적 차원에서 입증할 수 있었다고 설명했다.


이 대목에서 싱 박사는 나노플라스틱의 입자들이 단백질이나 바이러스에 비견할 수 있을 만큼 크기가 작지만, 풍화와 침식을 거치는 과정에서 플라스틱 고유의 물리적‧화학적 성질이 변화되면서 표면전하를 방출하게 된다고 지적했다.


바로 이 같은 이유 때문에 환경 속으로 배출된 나노플라스틱 입자들은 실험실에서 흔히 사용되는 완전히 새로운 폴리스티렌 나노플라스틱의 입자들과는 사뭇 다를 수 밖에 없다는 것이다.


싱 박사 연구팀은 이 같은 점을 감안해 표면에 양전하 또는 음전하를 띄는 폴리스티렌 나노플라스틱을 별도로 합성한 후 실험에 사용했다.


대규모 실험은 중국 샹동(山東)대학 환경공학대학의 지안-쳉 유안 연구원과 슈-구앙 왕 연구원팀에 의해 이루어졌다.


중국 연구팀은 서로 다른 전하를 띄고 형광표시를 거친 나노플라스틱이 다량 포함된 토양에서 애기장대를 키우면서 해당식물의 중량, 높이, 엽록소 조성물 및 뿌리의 성장도 등을 평가하는 실험을 진행했다.


그 결과 7주가 지난 뒤 연구팀은 나노플라스틱에 노출되었던 애기장대의 생물량(biomass)과 높이가 대조그룹에 비해 낮게 나타났음을 관찰할 수 있었다.


이 같은 결과에 대해 싱 박사는 “나노플라스틱이 실험모델로 사용된 애기장대의 총 생물량을 줄인 것”이라고 분석했다. 나노플라스틱에 노출된 애기장대의 크기가 작았을 뿐 아니라 뿌리 또한 훨씬 작게 나타났다는 것.


식물의 생물량이 이처럼 줄어든 것은 바꿔 말하면 식용작물의 수확량이 떨어지고 영양학적 가치마저 저하될 것임을 의미한다고 싱 박사는 문제를 제기했다.


그는 뒤이어 양전하를 띄는 나노플라스틱 입자들의 경우 식물 내부로 흡수되는 양이 상대적으로 많지 않은 것으로 나타났지만, 식물에는 더 유해할 수 있다고 지적했다.


싱 박사는 “구체적인 사유는 아직 정확히 알 수 없지만, 양전하를 띄는 나노플라스틱이 수분, 영양소 및 뿌리와 상호작용해 다양한 유전자들의 발현을 촉발시키는 것으로 보인다”고 피력했다.


이 부분은 식용작물을 대상으로 후속연구가 뒤따라야 할 것이며, 결과가 도출되기 전까지는 수확량이나 식량작물의 안전성에 미치는 영향에 대해 예단할 수 없을 것이라고 유보적인 입장을 밝히기도 했다.


한편 연구팀은 묘목을 분석해 양전하를 띄는 나노플라스틱에 뿌리가 나타내는 민감성을 관찰하는 연구도 진행했다.


이를 통해 연구팀은 10일 동안 나노플라스틱에 노출시킨 묘목의 성장이 대조그룹에 비해 억제되었음을 확인했다.


연구팀은 이에 RNA 염기서열 전사체(轉寫體) 분석법을 사용해 뿌리와 새순을 분석한 결과 정량적 중합효소 연쇄반응(PCR) 분석을 통해 3개 뿌리 유전자들과 4개 새순 유전자들이 관여했음을 관찰할 수 있었다.


싱 박사는 “표면전하의 유형과 무관하게 애기장대가 200nm 이하 크기의 나노플라스틱을 흡수하고 전달할 수 있는 것으로 나타났다”며 “예를 들면 양전하를 띄거나 음전하를 띄는 나노플라스틱이 서로 다르게 뿌리의 조직 내부로 흡수되고 전달되었음을 입증한 것”이라고 결론지었다.

 
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