농촌진흥청(청장 허태웅)은 특정 음파를 처리하면 식물의 생장이 촉진되는 것을 확인하고, 그 원리를 과학적으로 밝혔다.
식물은 사람이 들을 수 없는 소리, 볼 수 없는 색깔의 파장까지 구별할 수 있을 만큼 인간의 오감을 능가하는 다양한 인지능력을 보유하고 있는 것으로 보고됐다.
농촌진흥청은 그동안 음파를 이용해 수확한 토마토 열매의 익는 속도를 늦추는 기술을 개발하고, 그 원인을 과학적 구명하는 등 음파를 이용한 농업형질 개선 기술을 연구해 왔다.
연구진이 모델(본보기) 식물인 애기장대 종자에 특정 단일(single) 또는 복합(dual) 음파를 처리한 결과, 뿌리의 길이가 길어진 것을 확인했다.
식물호르몬인 옥신(auxin)과 사이토키닌(cytokinin)은 식물의 생장‧발달과 밀접한 관련이 있는데, 옥신의 비율이 사이토키닌보다 높은 경우 뿌리 생장이 촉진되지만, 낮으면 줄기 생장이 촉진된다.
특정 음파를 처리한 애기장대 뿌리의 생육이 촉진된 원인을 밝히기 위해 옥신과 사이토키닌 생합성 관련 유전자의 발현량을 분석한 결과, 옥신 생합성 유전자의 발현은 늘고 사이토키닌 생합성 유전자 발현은 줄었다.
또한, 옥신을 전달하는 유전자 발현은 현저히 증가했고, 사이토키닌을 인지하고 전달하는 유전자 발현은 감소했다.
음파 처리한 애기장대 뿌리에서 호르몬 농도를 측정한 결과, 옥신 농도는 높았고 사이토키닌 농도는 낮았다.
이를 통해 특정 음파를 처리했을 때 유전자들의 발현이 조절되고 옥신과 사이토키닌의 전달도 조절돼 옥신과 사이토키닌의 비율이 변화함에 따라 세포분열이 촉진되고 세포 수도 증가해 뿌리가 길어진 것으로 추정된다.
호박 종자에도 이 기술을 적용한 결과, 종자 발아 시기가 빨라지고 뿌리가 길어진 것이 관찰돼 음파처리에 의한 식물 생장 촉진 효과는 다른 작물에서도 나타나는 것으로 확인됐다.
연구 결과, 종자에 음파 처리 시 뿌리 생장이 촉진되는 것은 식물의 성장 호르몬 체계의 변화 때문으로 추정된다. 이 기술을 통해 외래 유전자 도입 등 복잡한 과정 없이 유전자의 인위적인 발현 조절로 농업형질 개선이 가능하다.
이번 연구 결과는 국제분자과학학회지(IJMS, IF:4.556)에 논문 게재했고, 특허등록1) 을 완료했다.
농촌진흥청 생물소재공학과 정미정 과장은 “특정 음파처리에 의한 작물의 생장 촉진은 비료 사용 절감, 비료 남용에 따른 토양오염 등을 방지할 수 있어 지속 가능한 농업생태계 유지에 적합한 기술이라고 할 수 있다.”라며, “지속적인 연구를 통해 농업 현장에 적용 가능한 기술로 발전시킬 수 있도록 노력하겠다.”라고 말했다.
한국생명공학연구원 이효준 박사는 “농업형질을 개선하기 위해 기존에 이용하던 전통육종은 긴 기간과 비용이 소요됐으나 음파처리 기술은 이를 획기적으로 줄일 수 있는 기술이다.”라며,
“이번 연구로 음파를 재배 조건 중의 하나로 추가할 수 있으며, 현재 답보 상태에 놓여 있는 식물 생산성을 높이는 데 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 전했다.
