Enhancement of essential oil yield in Ocimum americanum L. across ontogenetic phases by Bacillus subtilis MTCC 8141 and Trichoderma harzianum MTCC 936 and its termiticidal efficacy against Odontotermes parvidens

수 세기 동안 농부들은 작물을 파괴하는 곤충을 막기 위해 합성 화학 물질에 의존해 왔습니다. 이러한 인공 독극물은 빠르게 효과를 나타내지만, 환경적 피해를 남기고, 표적이 아닌 생물들에게도 해를 끼치며, 결국 곤충들이 독성에 면역을 갖게 만듭니다. 이에 대응하여 과학자들은 자연의 자체적인 화학 무기인 에센셜 오일에 주목했습니다. 에센셜 오일은 많은 식물 내부에서 발견되는 향기롭고 휘발성이 있는 액체로, 다양한 방식으로 곤충을 죽이거나 쫓아낼 수 있는 복잡한 화합물 혼합물을 포함하고 있습니다. 단 하나의 합성 화학 물질이 곤충의 신체 중 단 한 부분만을 공격하는 것과 달리, 이러한 천연 오일은 종종 여러 방면에서 동시에 공격하므로 해충 방제를 위한 유망하고 생분해 가능한 대안이 됩니다. 그러나 식물이 생산하는 오일의 양과 그 안의 특정 화학 성분은 식물의 연령과 뿌리 주변 토양에 무엇이 살고 있는지에 따라 급격하게 변할 수 있습니다.

인도의 연구진은 유익한 토양 미생물을 사용하여 특정 식물인 야생 바질의 일종인 Ocimum americanum의 천연 살충제 생산을 높일 수 있을지 알아보기 위해 연구를 시작했습니다. 그들은 두 가지 미세한 조력자, 즉 Bacillus subtilis라는 박테리아와 Trichoderma harzianum이라는 곰팡이에 집중했습니다. 이 생물들은 영양분을 더 쉽게 이용할 수 있게 만들고 식물 자체의 방어 기제를 자극함으로써 식물의 성장을 돕는 것으로 알려져 있습니다. 연구팀은 이 미생물들을 토양에 추가하는 것이 식물을 더 크게 만들 뿐만 아니라, 에센셜 오일의 생산량을 늘리고 그 화학적 구성을 변화시켜 파괴적인 해충인 흰개미에 대해 더 효과적으로 만들 수 있는지 알고 싶었습니다. 또한 식물이 어린 잎 단계에서 꽃이 피는 번식 단계로 넘어감에 따라 오일 함량이 변동하기 때문에, 식물을 수확하는 완벽한 시기를 찾아내야 했습니다.

과학자들은 들판에서 바질 식물을 재배하며 네 그룹으로 나누었습니다. 한 그룹은 아무런 처리를 하지 않은 대조군 역할을 했습니다. 나머지 세 그룹은 박테리아 단독 처리, 곰팡이 단독 처리, 또는 두 가지의 혼합 처리 그룹이었습니다. 그들은 식물의 세 가지 뚜렷한 생애 단계, 즉 개화 전, 개화 중, 그리고 개화가 끝난 후를 모니터링했습니다. 각 단계마다 잎을 채취하여 추출할 수 있는 오일의 양을 측정했습니다. 결과에 따르면 미생물 처리를 받은 식물들이 처리되지 않은 식물보다 눈에 띄게 크게 자랐습니다. 가장 극적인 성장은 꽃이 피는 시기에 나타났는데, 두 미생물을 모두 처리하거나 박테리아만 처리한 식물이 가장 무거운 잎을 생산했습니다. 더 중요한 것은, 잎에서 추출된 에센셜 오일의 양이 이 개화 단계에서 정점에 달했다는 점입니다. 박테리아만 처리한 식물은 1.28%의 가장 높은 오일 농도를 나타냈으며, 혼합 처리구가 1.27%로 그 뒤를 바짝 쫓았는데, 이는 처리되지 않은 식물의 0.90%와 대조적입니다.

이 오일이 왜 효과적인지를 이해하기 위해 연구진은 화학적 구성을 분석했습니다. 그들은 오일이 강한 향과 살충 특성으로 알려진 캠퍼(camphor)라는 화합물에 의해 지배된다는 것을 발견했습니다. 박테리아 처리를 받은 식물에서는 캠퍼가 오일의 절반 이상을 차지했는데, 이는 처리되지 않은 식물보다 높은 비율입니다. 이는 미생물이 단순히 오일의 부피를 늘린 것이 아니라, 식물이 더 고품질의 강력한 버전의 오일을 생산하도록 영향을 미쳤음을 시사합니다. 연구진은 이후 세 가지 다른 방법을 사용하여 특정 흰개미 종인 Odontotermes parvidens를 대상으로 이 오일을 테스트했습니다. 첫 번째 테스트에서는 흰개미를 오일에 직접 노출시켰습니다. 두 번째로는 오일의 증기가 직접적인 접촉 없이 흰개미 주변 공간을 채우도록 했습니다. 세 번째로는 오일이 흰개미를 쫓아낼 수 있는지 테스트했습니다.

결과는 놀라웠습니다. 미생물 처리를 받은 식물에서 얻은 에센셜 오일은 처리되지 않은 식물의 오일보다 훨씬 더 효과적이었습니다. 박테리아 처리를 받은 식물이나 혼합 처리를 받은 식물의 오일에 노출되었을 때, 흰개미는 훨씬 더 빠른 속도로 죽었습니다. 테스트한 가장 높은 농도에서, 이 오일들은 직접 접촉 시 1시간 이내에, 그리고 증기에 노출되었을 때 1시간 이내에 100%의 흰개미를 죽였습니다. 처리되지 않은 오일도 흰개미를 죽였지만, 동일한 결과를 얻기 위해서는 더 오랜 시간이 걸리고 더 높은 농도가 필요했습니다. 또한, 이 오일들은 강력한 기피제 역할을 했습니다. 흰개미에게 처리된 구역과 깨끗한 구역 중 하나를 선택하게 했을 때, 흰개미들은 압도적으로 처리된 쪽을 피했으며, 미생물 처리된 오일은 가장 높은 농도에서 흰개미들을 완전히 쫓아버렸습니다. 이 연구는 식물을 적절한 시기(꽃이 필 때)에 수확하는 것과 토양에 이러한 특정 미생물을 접종하는 것을 결로히는 것이 흰개미 관리를 위한 강력하고 자연적인 도구를 만든다는 것을 확인해 주었습니다.

이 연구는 식물과 토양 속 미생물 사이의 관계를 활용하여 더 효과적인 천연 살충제를 생산할 수 있음을 보여줍니다. 단순히 이 유익한 박테리아와 곰팡이를 토양에 추가하고 식물이 꽃이 피는 단계에 도달하기를 기다리는 것만으로도, 농부들은 더 크고 해충과 싸우는 데 필요한 특정 화학 물질이 더 풍부한 작물을 수확할 수 있을 것입니다. 이 연구는 이러한 접근 방식이 가혹한 합성 화학 물질의 필요성을 줄이는 동시에, 식물 스스로를 보호하기 위한 생물학적 기제를 활용함으로써 지속 가능한 해충 관리의 실행 가능한 경로를 제공한다고 제안합니다.