식물 성장에 필요한 영양분을 물에 섞어 공급해 작물을 재배하는 수경재배용 전자토양(eSoil)이 개발됐다. 이 전자토양에 식물을 심고 전기 자극을 가합면 식물 성장이 50%나 증가하는 것으로 나타났다.

26일 스웨덴 린셰핑대학 엘레니 스타브리니두 교수팀은 미국립과학원회보(PNAS)에서 생체 고분자인 셀룰로오스를 이용해 수경재배에서 흙 대신 식물이 뿌리를 내리는 기질로 사용할 수 있는 전기전도성 전자토양을 개발했다고 밝혔다.

또 이 전자토양에 사료용 보리를 심은 다음 저전력 전기 자극을 가하면서 재배한 결과 성장이 50% 증가하는 것으로 나타났다.

▲ 스웨덴 린셰핑대학 엘레니 스트브리니두 교수(왼쪽)와 알렉산드라 산덴 연구원(박사과정)이 전자토양(검은색, eSoil)에 심어진 보리에 전기 자극을 가하는 실험을 하고 있다.

스타브리니두 교수는 "세계인구는 증가하고 기후변화가 진행되고 있어 기존 농업 방식만으로는 지구의 식량 수요를 감당할 수 없다"며 "수경재배를 사용하면 도시에서도 통제된 환경에서 식량을 재배할 수 있다"고 말했다.

수경재배는 흙 없이 물과 영양분, 식물 뿌리가 붙을 수 있는 기질만 있으면 작물을 재배할 수 있다. 사용된 물의 재순환이 가능해 식물에 필요한 영양분을 정확히 공급하고 영양분 손실도 막을 수 있다.

수경재배는 또 대형 타워형 수직 재배로 공간 효율성을 극대화할 수 있어 도시 농업에 적합하며, 이미 상추, 허브 등 다양한 채소류 재배가 시도되고 있다.

연구팀은 식물 세포의 섬유질을 구성하는 흔한 생체 고분자인 셀룰로오스와 전도성 고분자(PEDOT:PSS)를 혼합해 전기가 흐를 수 있고 구조 내에 많은 구멍이 있는 전도성 전자토양을 만들었다.

또 이 전도성 전자토양에 보리를 심어 재배할 때 뿌리에 전기 자극을 가하면 성장이 전기를 가하지 않을 때보다 최대 50% 증가한다는 사실을 발견했다.

이들은 전자토양에 싹을 틔운 보리를 심고 물로 영양분을 공급하며 15일간 기르는 실험을 하면서 실험군에만 5~10일 사이에 0.5V의 전기 자극을 가했다.

그 결과 전기 자극을 받은 보리는 전체 길이가 평균 28.8㎝로 대조군(21.9㎝)보다 31.5% 더 많이 자란 것으로 나타났다. 15일 자란 식물체를 건조한 결과 전기 자극 그룹의 개체당 중량은 0.11g으로 대조군(0.074ｇ)보다 평균 50%가 무거웠다.

스타브리니두 교수는 "전기자극을 주면 더 적은 자원으로 더 빨리 묘목을 키울 수 있음을 확인했다"며 "묘목이 질소를 더 효과적으로 처리한다는 것을 발견했지만 전기 자극이 이 과정에 어떤 영향을 미치는지는 아직 명확하지 않다"고 말했다.

이어 "이 연구가 수경재배를 더 발전시킬 수 있는 새로운 연구에 길을 열어줄 것"며 "수경재배가 식량 안보 문제를 해결할 수 있다고 말할 수는 없지만 경작지가 적고 환경조건이 열악한 지역에서는 분명히 도움이 될 수 있다"고 강조했다.

◆ 출처 : PNAS, Eleni Stavrinidou et al., 'eSoil: A low-power bioelectronic growth scaffold that enhances crop seedling growth', https://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2304135120

<연합>

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