안전성평가연구소(KIT) 환경독성영향연구센터(황유식 박사) 연구팀은 금속나노입자와 농작물의 종류에 따라 토양-식물체간 축적 및 전이가 크게 다를 수 있음은 물론 Micro-XRF 활용으로 금속나노입자가 식물종별로 어떻게 분포되는지 확인했다고 밝혔다.
최근 제조나노물질, 초미세플라스틱 등 나노입자에 대한 인체 및 환경 유해성과 관련해 많은 연구들이 진행되고 있으며 이에 토양 속 금속나노입자에 주목해 토양-식물체간 전이와 축적성에 대해 연구했다.
특히 해당 연구에 활용한 Micro-XRF(X-ray Fluorescence) 기술은 형광 X선을 통해 특정 부분에 어떤 화학 성분이 존재하는지 높은 정확도로 빠르고 비파괴적으로 분석할 수 있어 미술품 재료나 문화재 재질 확인을 위해 활용되고 있다.
이번 연구를 위해 4종류의 작물(상추, 순무, 청경채, 토마토)을 파종했으며 금속산화 나노입자(ZnO NP(산화아연 나노입자), CuO NP(산화구리 나노입자))와 금속이온(Zn2+, Cu2+)을 농도별로 노출한 뒤 금속산화 나노입자와 금속이온에 의해 나타나는 식물 독성을 평가했다.
식물체 내 축적과 전이량을 평가하기 위해 잎, 줄기, 뿌리, 열매 등 기관별로 분리한 뒤 분석된 농도를 활용해 나노물질별, 식물종별 생물농축계수(BCF)와 전이계수(TF)를 계산했으며 Micro-XRF를 활용해 식물체의 금속나노입자의 분포를 확인했다.
식물 독성 연구 결과, 순무에서 사람이 섭취하는 구근 부위가 독성 영향으로 성장하지 못했으며 토마토를 제외한 작물의 잎에서 백화현상과 괴사현상 등이 관찰됐다.
또한 토양-식물체간 축적성 및 전이가 식물 및 금속나노물질 종류에 따라 다름을 확인했으며 생물농축계수(BCF)값이 4종의 식물 중 상추와 순무에서 가장 높게 나타나고 전이계수(TF)값은 청경채와 토마토에서 상대적으로 높게 나타났다. 또한 전체적으로 ZnO 나노입자의 토양-식물체간 흡수와 전이가 CuO 나노입자보다 5~10배 더 높은 것을 확인했다.
생물농축계수(Bioconcentration Factor, BCF)란 생물체에 오염물질이 축적되었을 때, 환경 중에 존재하는 농도와 생물체에 존재하는 물질의 농도 비율로 생물 농축의 정도를 수치화 한 것이다.
전이계수(Translocation Factor, TF)란 식물 뿌리와 잎에 축적된 농도 비율로 식물이 뿌리에서 잎까지 물질을 이동시키는 능력을 나타내는 수치이다.
황유식 환경독성영향연구센터 박사는 “이번 연구는 작물 및 나노입자 종류에 따른 금속나노입자의 식물 축적 및 전이를 확인한 것으로, 향후 안전한 농작물 관리와 농작물 섭취 경로에 따른 인체 및 생태 노출량과 위해성을 파악하는데 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.
향후 연구팀은 다양한 토양 속 나노물질과 식물체간 분석을 통해 데이터를 확보해 나갈 예정이며, 이러한 기초자료를 바탕으로 금속 나노입자 외에 초미세플라스틱 및 초미세먼지 등의 오염물질 연구에도 적용을 확대해 나갈 계획이다.
한편 해당 연구는 한국연구재단(중견연구자지원사업)의 ‘금속나노입자의 토양-식물체간 전이 메커니즘 및 예측 연구’과제의 결과로 환경과학 분야 권위학회지인 ‘Science of The Total Environment’ 학술지에 지난 1월 게재됐다.
