토양생태계 내 미세·나노플라스틱 순환 가능성 제시

플라스틱 사용량 증가에 따라 환경으로 유입되는 플라스틱 양 또한 증가하고 있다. 환경으로 유입된 플라스틱은 인위적, 환경적 요인에 의해 1㎜ 이하의 미세플라스틱으로 쪼개질 수 있다. 이러한 미세플라스틱은 생물종에 섭취 또는 흡수돼 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 미세·나노플라스틱의 전이에 관한 연구의 필요성이 대두됐다.

기존 연구에서는 토양환경에서 1 μm 이하의 나노플라스틱이 식물의 뿌리 발달 시 발생하는 틈(crack entry)을 통해 식물로 유입될 수 있음을 규명했다. 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.

연구 내용
주요한 식량자원이며 독성연구 표준시험종 완두(Pisum sativum)를 대상 시험종으로 선정했으며, 200nm의 형광 폴리스티렌 나노플라스틱을 모델 물질로 선정했다.

20mg/kg의 나노플라스틱에 노출된 토양에 완두를 식재해 60일간 배양했으며 생성된 완두콩을 수확했다. 공초점 레이저 주사 현미경을 활용해 수확된 완두콩을 관찰했다. 또한 수확된 완두콩을 플라스틱에 오염되지 않은 토양에 재식재해 14일간 배양한 뒤, 후세대 식물에서의 나노플라스틱의 분포를 관찰했다.

수확된 완두콩을 관찰한 결과, 노출군에서 대조군에 비해 유의한 녹색 형광이 관찰됐으며, 배아(embryo)와 떡잎(cotyledon)에서 각기 다른 형광분포가 확인됐다. 또한 새로 배양된 후세대 식물의 뿌리 및 줄기에서도 대조군 대비 유의한 형광이 관찰됐다. 특히, 이러한 형광은 식물의 표피보다는 세포간 및 세포내 공간에서 관찰돼 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 전이돼 소비자에 도달할 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 전이돼 소비자에게 도달할 수 있음을 짐작케 한다”라고 전했다.

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