바이오인

완두가 흡수한 미세플라스틱, 열매 통해 후세대로 전달

토양생태계 내 미세·나노플라스틱 순환 가능성 제시

□ 국내연구진이 식물이 토양에서 흡수한 나노플라스틱이 열매를 통해 다음 세대로 전이될 수 있음을 발견하였다.

□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 건국대학교 안윤주 교수 연구팀이 완두를 대상으로 미세·나노플라스틱의 이동을 관찰한 결과, 미세·나노플라스틱에 노출된 식물에서 생산된 열매와 그 열매에서 성장한 후세대 식물에서도 미세플라스틱이 확인됐다고 밝혔다.

□ 식물은 인간과 동물의 식자원이다. 식물이 흡수한 미세·나노플라스틱은 먹이망을 통해 토양생태계로 전달될 수 있기 때문에 식물 내 미세·나노플라스틱의 이동에 관한 연구가 필요하다.

○ 안 교수팀은 선행 연구를 통해 식물이 토양환경에서 미세·나노플라스틱을 흡수하는 기작을 규명한 바 있다. 또한 식물이 흡수한 미세·나노플라스틱이 줄기와 잎 등 식물의 상부조직까지 도달하는 것을 확인하였다.

○ 하지만 미세·나노플라스틱에 노출된 식물의 열매를 비롯해 해당 식물의 후세대로의 나노플라스틱 전이에 관한 연구는 아직까지 매우 제한적인 실정이었다.

□ 연구팀은 중요 식량자원이자 독성연구 표준시험종인 완두(Pisum sativum)를 대상 시험종으로 선정하고, 미세·나노플라스틱에 노출시켜 열매인 완두콩 및 다음 세대 식물로의 전이를 확인하였다.

□ 연구팀은 200 nm 크기의 형광 폴리스티렌 미세·나노플라스틱으로 오염된 토양에 완두를 약 60일간 노출시킨 후 완두콩을 수확하였다.

○ 수확한 완두콩을 공초점 레이저 주사현미경으로 관찰한 결과, 완두콩의 배아와 떡잎에서 미세·나노플라스틱이 확인되었다.

○ 또한 수확한 완두콩을 미세·나노플라스틱에 오염되지 않은 토양에 재식재하여 14일간 배양한 뒤 관찰한 결과, 표피보다 세포간 및 세포내 공간에서 미세·나노플라스틱이 관찰되었다.

□ 이는 미세·나노플라스틱이 외부에서 유입된 것이 아닌 수확한 완두콩 내 배아와 떡잎에 분포했던 미세·나노플라스틱이 식물 전체 세포로 이동하였음을 보여준다.

○ 즉, 미세·나노플라스틱에 직접 노출되지 않은 후세대 식물도 어미세대 식물을 통해 미세·나노플라스틱에 노출될 수 있음을 시사한다.

□ 안윤주 교수는 “이번 연구는 미세·나노플라스틱에 노출된 식물이 생산한 열매와 그 열매로부터 기인하는 후세대 식물로의 미세·나노플라스틱의 순환 가능성을 제시한 것”이라며, “이를 통해 미세·나노플라스틱이 인간과 동물이 섭취하는 열매에 전이되어 소비자에게 도달할 수 있음을 짐작케 한다”라고 전했다.

□ 이 연구는 과학기술정보통신부와 교육부, 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 및 이공분야학문후속세대양성사업으로 수행되었으며, 환경과학분야 국제학술지 저널 오브 해저드스 머티리얼스(Journal of Hazardous Materials)에 1월 14일 온라인 게재되었다.

 ■︎ 주요 내용 설명

1. 연구의 필요성

○ 플라스틱 사용량 증가에 따라 환경으로 유입되는 플라스틱 양 또한 증가하고 있다. 환경으로 유입된 플라스틱은 인위적, 환경적 요인에 의하여 1㎜ 이하의 미세플라스틱으로 쪼개질 수 있다. 이러한 미세플라스틱은 생물종에 섭취 또는 흡수되어 영향을 미치고, 생태계의 교란을 야기할 수 있다.

○ 식물은 인간 및 동물의 식자원으로, 식물로 흡수된 미세 및 나노플라스틱은 영양단계를 통해 상위 생물군에 전달될 수 있다. 이에 식물 내 미세ㆍ나노플라스틱의 전이에 관한 연구의 필요성이 대두되었다.

○ 기존 연구에서는 토양환경에서 1 μm 이하의 나노플라스틱이 식물의 뿌리 발달 시 발생하는 틈(crack entry)을 통해 식물로 유입될 수 있음을 규명하였다. 또한 뿌리로 흡수된 나노플라스틱이 관다발조직을 통해 줄기와 잎 등의 식물 상부 조직으로 도달하는 것을 확인한 바 있다. 그러나 노출 이후 발생하는 열매로의 나노플라스틱 전이는 관찰된 바 없으며, 후세대로의 나노플라스틱 전이에 관한 연구 또한 매우 제한적이다.

2. 연구내용

○ 주요한 식량자원이며 독성연구 표준시험종 완두(Pisum sativum)를 대상 시험종으로 선정하였으며, 200nm의 형광 폴리스티렌 나노플라스틱을 모델 물질로 선정하였다.

○ 20mg/kg의 나노플라스틱에 노출된 토양에 완두를 식재하여 60일간 배양하였으며 생성된 완두콩을 수확하였다. 공초점 레이저 주사 현미경을 활용하여 수확된 완두콩을 관찰하였다. 또한 수확된 완두콩을 플라스틱에 오염되지 않은 토양에 재식재하여 14일간 배양한 뒤, 후세대 식물에서의 나노플라스틱의 분포를 관찰하였다.

○ 수확된 완두콩을 관찰한 결과, 노출군에서 대조군에 비해 유의한 녹색 형광이 관찰되었으며, 배아(embryo)와 떡잎(cotyledon)에서 각기 다른 형광분포가 확인되었다. 또한 새로 배양된 후세대 식물의 뿌리 및 줄기에서도 대조군 대비 유의한 형광이 관찰되었다. 특히, 이러한 형광은 식물의 표피보다는 세포간 및 세포내 공간에서 관찰되어 나노플라스틱이 외부로부터 유입된 것이 아닌 식물 자체에서 순환된 것임을 보여준다.

○ 이는 나노플라스틱에 직접 노출되지 않은 후세대 식물이 모체식물을 통해 나노플라스틱에 노출될 수 있음을 시사한다. 또한 세대전이를 통해 나노플라스틱이 인간과 동물이 섭취하는 열매에 전이되어 소비자에 도달할 수 있음을 시사한다.

3. 연구성과/기대효과

○ 본 연구는 토양환경 내 나노플라스틱이 농작물에 노출되어 후세대 농작물에까지 도달할 수 있음을 발견한 사례로, 토양환경으로 유입된 미세ㆍ나노플라스틱이 생물종을 통해 순환할 수 있음을 시사한다.

■︎ 그림 설명

(그림1) 노출식물로부터 수확된 완두 및 후세대 식물로 전이된 나노플라스틱

나노플라스틱에 노출된 어미세대의 완두로부터 수확된 완두콩과 이를 재식재한 후세대 식물에서 나노플라스틱의 녹색 형광이 확인되었다. 이는 토양환경 내에서 식물의 뿌리, 줄기 뿐 아니라 열매로까지 나노플라스틱이 전이되어 후세대 식물에도 전이될 수 있음을 나타낸다.

(그림2) 나노플라스틱의 식물 후세대 전이

토양 내 나노플라스틱이 식물에 노출되면, 뿌리와 줄기를 통해 열매까지 도달할 수 있다. 열매가 다시 토양에 심어지는 경우, 나노플라스틱이 식물의 뿌리와 줄기 등으로 이동하여 토양환경으로 배출될 수 있다.

■︎ 연구 이야기

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

□ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소는 무엇인지? 어떻게 극복(해결)하였는지?

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

□ 꼭 이루고 싶은 목표나 후속 연구계획은?

...................(계속)

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