Systemic protection of rice against African rice gall midge (Orseolia oryzivora) through seed coat treatment with selected botanical extracts

서아프리카의 습하고 물이 고인 논에서 쌀 농가들은 조용하지만 파괴적인 적인 아프리카 벼혹파리(African rice gall midge)에 직면해 있습니다. 이 작은 파리는 벼 잎에 알을 낳으며, 알에서 깨어난 유충은 식물의 중심부로 기어가 들어가 영양분을 섭취합니다. 그곳에서 유충은 벼가 자신을 둘러싸는 '은빛 줄기(silver shoot)'라고 불리는 기이한 속이 빈 관을 형성하도록 유도합니다. 이 보호 껍질 안에서 유충은 방해받지 않고 먹이를 먹으며, 이는 식물의 곡립 생산 능력을 파괴합니다. 해충들이 식물 내부에 매우 효과적으로 숨어 있기 때문에, 잎에 화학 물질을 뿌리는 것은 큰 효과가 없습니다. 독극물이 숨겨진 유충에게 도달하지 못하기 때문입니다. 게다가 이러한 화학 물질의 과도한 사용은 환경과 인간의 건강을 해칩니다. 수십 년 동안 과학자들은 전통적인 살포 방식의 부수적인 피해 없이 해충이 서식하는 곳까지 도달할 수 있는 방법을 찾기 위해, 벼를 안에서부터 밖으로 보호할 방법을 연구해 왔습니다.

최근 나이지리아의 한 연구팀은 식물 자체에 뿌리를 둔 해결책을 탐구했습니다. 그들은 흔한 잡초와 허브의 추출물에 벼 씨앗을 담가두는 것이 자라나는 벼 식물을 혹파리에 대항하는 요새로 바꿀 수 있는지 조사했습니다. 연구는 세 가지 특정 식물인 Ageratum conyzoides, Chromolaena odorata, 그리고 Ocimum gratissimum에 초점을 맞추었습니다. 이 식물들은 곤충을 퇴치하거나 죽일 수 있는 천연 화학 물질을 함유하고 있는 것으로 알려져 있습니다. 연구진은 이 화학 물질들이 벼 씨앗에 흡수되어, 식물이 자람에 따라 위로 이동하여 혹파리 유충이 공격하는 연약한 성장 끝부분에 도달할 수 있을지 궁금해했습니다. 만약 성공한다면, 이는 농부가 씨앗을 한 번만 처리함으로써 식물이 싹트는 순간부터 스스로의 방어 체계를 갖게 된다는 것을 의미합니다.

이를 테스트하기 위해 과학자들은 이바단에 있는 열대농업국제연구소(International Institute of Tropical Agriculture)의 통제된 환경에서 실험을 진행했습니다. 그들은 두 종류의 벼 씨앗을 선택했는데, 하나는 혹파리에 중간 정도의 저항성을 가진 품종이었고, 다른 하나는 저항성이 매우 낮은 품종이었습니다. 그들은 특정 용매를 사용하여 활성 화학 물질을 추출함으로써 세 가지 식물의 추출물을 준비했습니다. 그런 다음, 매우 희석된 농도부터 꽤 농축된 농도에 이르기까지 다양한 농도의 액체 추출물에 벼 씨앗을 담가 두었습니다. 씨앗을 꼬박 하루 동안 담가 둔 후, 연구진은 이를 화분에 심고 온실에서 키웠습니다. 묘목이 자리를 잡자, 연구진은 실제 논에서 일어나는 상황을 모방하기 위해 성체 혹파리를 케이지 안에 투입하여 알을 낳고 번식을 시작하게 했습니다.

결과는 씨앗이 실제로 식물 추출물을 흡수하여 자라는 식물로 보호 성분을 전달했음을 보여주었습니다. 몇 주 후 연구진이 벼 식물을 확인했을 때, 처리된 씨앗이 손상된 줄기의 수를 현저히 줄였다는 것을 발견했습니다. 가장 효과적인 처리는 Ageratum conxyzoides 추출물이었습니다. 중간 정도의 저항성을 가진 벼 품종을 이 추출물의 20% 용액에 담갔을 때, 손상된 줄기가 단 하나도 발생하지 않았습니다. 놀랍게도, 동일한 추출물을 10%의 더 낮은 농도로 사용했을 때도 이 저항성 벼 품종을 완벽하게 보호했습니다. 저항성이 낮은 품종의 경우, 동일한 추출물의 20% 용액만이 완전한 보호를 달rick했습니다. 다른 두 식물 추출물도 효과가 있었지만, 완전히 효과를 발휘하려면 더 높은 농도가 필요했으며, 테스트된 어떤 수준에서도 저항성이 낮은 품종의 침입을 완전히 막지는 못했습니다.

이 처리는 단순히 해충을 막는 것 이상으로 벼의 성장을 도왔습니다. 연구진은 식물의 높이, 줄기 수, 그리고 곡립의 무게를 측정했습니다. 식물 추출물로부터 강력한 보호를 받은 벼 식물은 보호를 거의 받지 못하거나 전혀 받지 못한 식물보다 더 높게 자랐고, 더 많은 줄기를 생산했으며, 더 많은 곡립을 수확했습니다. 중간 정도의 저항성을 가진 벼 품종은 모든 측정 항목에서 저항성이 낮은 품종보다 일관되게 우수한 성과를 보였는데, 이는 자연적으로 강한 식물 품종과 식물 추출물 처리를 결합하는 것이 강력한 시너지 방어 체계를 구축한다는 것을 시사합니다. 이 연구는 특정 식물 추출물에 씨앗을 담그는 것이 혹파리로부터 벼를 보호하는 실행 가능하고 친환경적인 방법이며, 숨어 있는 유충에게 도달하는 데 오랫동안 실패했던 가혹한 화학 물질에 대한 유망한 대안임을 결론짓고 있습니다.