Effects of Drought Stress on Maize Susceptibility and Response to Fall Armyworm Infestation
이 연구는 가뭄 스트레스가 옥수수의 군수로마사막나방 피해와 수확량 손실을 현저히 악화시킨다는 점을 입증하며, 사하라 이남 아프리카를 위한 회복력 있는 유전자원을 개발하기 위해 두 가지 스트레스를 모두 육종 프로그램에 통합해야 할 결정적인 필요성을 강조한다.
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사하라 이남 아프리카 지역에서 옥수수는 단순한 작물 그 이상이며, 수백만 명의 식량 안보를 지탱하는 근간입니다. 그러나 이 중요한 식물은 기후가 변화함에 따라 점점 더 흔해지고 있는 이중의 위협에 직면해 있습니다. 한편으로는 토양이 가뭄, 즉 성장을 늦추고 수확량을 줄이는 수분 부족 현상으로 고통받고 있습니다. 다른 한편으로는 낙엽을 뜯어먹고 옥수수 속살까지 파고드는 '가을 군벌레(fall armyworm)'라고 알려진 탐욕스러운 곤충이 작물을 휩쓸고 있습니다. 수십 년 동안 과학자들은 스트레스를 받은 식물이 종종 해충에게 더 매력적인 대상이 되거나, 혹은 해충이 먹이원이 건조하고 질겨질 때 어려움을 겪을 수도 있다는 점을 이해해 왔습니다. 하지만 이 두 가지 힘이 동시에 닥쳤을 때 이들이 어떻게 상호작용하는지에 대한 실체는 여전히 불분명한 상태로 남아 있었습니다. 목마른 식물이 배고픈 곤충에게 더 쉬운 표적이 되는 것일까요, 아니면 수분 부족이 식물을 덜 영양가 있게 만들어 오히려 작물을 보호하게 되는 것일까요? 이러한 관계를 이해하는 것은 비가 적게 내리고 벌레가 들끓는 시즌을 견뎌내야 하는 농부들에게 매우 중요합니다.
이를 밝히기 위해 국제 옥수수 및 밀 개량 센터(CIMMYT)의 연구진은 케냐에서 옥서가 수분 부족과 곤충의 공격을 동시에 겪을 때 어떻게 반응하는지 관찰하기 위해 통제된 실험을 설정했습니다. 그들은 대규모 구역에서 인기 있는 상업용 옥수수 품종을 재배하며, 수분 공급을 세심하게 관리하여 두 가지 뚜렷한 환경을 조성했습니다. 한 그룹의 식물에는 충분한 물을 공급했고, 다른 그룹은 몇 주 동안 관수를 제한하는 엄격한 가뭄 조건을 적용했습니다. 이 습윤 구역과 건조 구역 내에서 과학자들은 다양한 방식으로 가을 군벌레를 도입했습니다. 일부 구역은 기준점으로 남겨두기 위해 그대로 두었고, 일부는 매우 취약한 옥수수 품종을 근처에 심어 곤충이 자연스럽게 이동해 오도록 했으며, 또 다른 구역은 유충을 직접 손으로 식물 위에 올려놓아 직접적으로 침입시켰습니다. 이러한 설정을 통해 연구팀은 습한 조건과 건조한 조건에서 곤충이 정확히 어느 정도의 피해를 입히는지, 그리고 식물의 성장과 최종 수확량에 두 가지 스트레스가 어떤 영향을 미치는지 비교할 수 있었습니다.
연구 결과는 옥수수 작물에 가혹한 현실을 보여주었습니다. 식물이 건조해졌을 때, 가을 군벌레에 훨씬 더 취약해졌습니다. 연구진은 가뭄 스트레스를 받은 식물이 물을 충분히 공급받은 식물에 비해 잎의 손상은 약 46%, 옥수수 이삭의 손상은 약 50% 더 많이 입었다는 사실을 발견했습니다. 수분 결핍이 식물을 더 단단하거나 덜 맛있게 만든 것이 아니라, 오히려 식물의 방어 능력이나 섭식으로부터 회복하는 능력을 약화시킨 것으로 보입니다. 건조한 식물은 곤서이 먹어치운 조직을 건강하고 물을 충분히 받은 식물만큼 빠르게 재생할 수 없었습니다. 이러한 회복력의 부족은 단순히 외관상의 문제가 아니라, 직접적인 식량 손실로 이어졌습니다. 건조하면서 동시에 군벌레의 공격을 받은 식물은 헥타르당 1톤 미만의 곡물을 생산하며 가장 적은 수확량을 기록했습니다. 이는 건강하고 물이 충분하며 해충이 없는 식물이 2.5톤 이상의 곡물을 생산하는 것과 비교하면 극심한 감소였습니다.
또한 연구는 곤충의 영향이 전적으로 식물이 보유한 수분량에 달려 있음을 보여주었습니다. 이상적인 관수 조건 하에서 가을 군벌레의 침입은 곡물 수확량을 약 32% 감소시켰습니다. 그러나 동일한 침입이 가뭄 스트레스를 받은 식물에 닥쳤을 때, 수확량 손실은 43%로 급증했습니다. 두 가지 스트레스의 결합은 각각의 개별적인 합보다 훨씬 더 치명적이었습니다. 건조한 상태에서 곤충의 공격을 받은 식물은 건조하기만 하거나 곤충의 공격만 받았던 식물보다 훨씬 더 짧게 자랐고 옥수수 이삭도 더 작았습니다. 실제로 가장 짧은 식물과 가장 작은 이삭은 가뭄과 인위적인 곤충 공격이 함께 일어난 구역에서 발견되었습니다. 연구진은 또한 곤생(ear rot), 즉 곡물을 부패시키는 곰팡이 질환이 물이 충분할 때 더 많이 발생한다는 점에 주목했는데, 이는 곤충이 만든 상처가 습한 환경에서 곰팡이가 더 쉽게 자리 잡을 수 있게 했음을 시사합니다.
결국, 이 연구는 가뭄이 옥수수를 가을 군벌레로부터 보호하는 것이 아니라 상황을 훨씬 더 악화시킨다는 것을 입증합니다. 수분 부족의 스트레스는 식물이 곤충과 싸우거나 입은 피해로부터 회복하는 것을 불가능하게 만듭니다. 농부와 육종가들에게 이는 곤충에 저항할 수 있는 옥수수 품종을 찾는 것만으로는 부족하며, 그 품종들이 가뭄 또한 견뎌낼 수 있어야 함을 의미합니다. 변화하는 기후 속에서 식량 안보를 확보하기 위해서는, 토양의 갈증과 해충의 허기를 동시에 견딜 수 있는 새로운 작물이 개발되어야 합니다. 이 연구 결과는 기후가 불리하게 돌아갈 때도 계속해서 식량을 생산할 수 있는 품종을 찾기 위해, 이러한 결합된 압박 조건 하에서 작물을 테스트하는 것이 필수적임을 시사합니다.
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