Ascophyllum nodosum Biofertilizer Buffers Triazole Fungicide Stress in Soybean by Sustaining Gas Exchange and Photosynthetic Function

당신이 가능한 한 가장 크고 건강한 대두를 키우려는 농부라고 상상해 보세요. 이를 위해 당신은 녹병이나 잎점무늬병과 같은 질병을 일으키는 곰팡이라는 보이지 않는 적들과 끊임없는 전쟁을 치러야 합니다. 이 전쟁에서 승리하기 위해 농부들은 살균제라는 강력한 화학 무기를 사용합니다. 이 화학 물질들을 식물을 위한 매우 강한 항생제라고 생각하면 됩니다. 이들은 나쁜 곰팡이를 죽이지만, 때때로 식물에게 약간의 '숙취'를 남기기도 합니다. 이 숙취를 **식물 독성(phytotoxicity)**이라고 부릅니다. 식물이 죽는 것은 아니지만, 식물이 기운이 없어 보이거나, 잎이 노랗게 변하거나, 혹은 햇빛을 제대로 마시고 먹는 데 어려움을 겪을 수도 있습니다.

이제, 해조류로 만든 '에너지 드링크'인 **바이오 비료(biofertilizer)**를 상상해 보세요. 과학자들은 오랫동안 이 해조류 음료가 식물이 스트레스로부터 회복하도록 돕는 방패나 완충제 역할을 할 수 있다고 의심해 왔습니다. 하지만 그렇다면 이 해조류 음료가 식물이 겪는 특정한 스트레스, 즉 살균제 화학 물질에 의한 스트레스를 다룰 때도 실제로 효과가 있을까요? 이것이 바로 연구자들이 던진 핵심 질문입니다. 그들은 이 해조류 부스터가 약물의 '숙취'를 막아, 화학 물질이 제 역할을 하는 동안에도 식물의 내부 엔진을 원활하게 계속 돌아가게 할 수 있는지 알고 싶었습니다.

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실험: 온실 속의 전투

브라질의 어느 햇살 가득한 온실에서, 한 팀의 과학자들이 이 아이디어를 테스트하기 위해 대규모 실험을 준비했습니다. 그들은 화분에 대두 식물(DM 56I59 RSF IPRO라는 특정 품종)을 키우고, "약물"과 "에너지 드링크"의 다양한 조합으로 처리했습니다.

그들은 12개의 서로 다른 식물 그룹을 만들었습니다. 어떤 그룹은 아무것도 받지 않았습니다(대조군). 어떤 그룹은 해조류 바이오 비료만 받았습니다. 나머지 그룹은 녹병 및 기타 질병과 싸우기 위해 사용되는 다섯 가지 유형의 트리아졸계 살균제를 받았습니다. 결정적으로, 모든 유형의 살균제에 대해 두 가지 버전을 준비했습니다. 하나는 식물이 오직 약물만 받는 버전이었고, 다른 하나는 식물이 약물과 함께 해조류 바이오 비료를 받는 버전이었습니다.

과학자들은 며칠 동안 이 식물들을 면밀히 관찰했습니다. 그들은 단순히 잎이 갈색인지 노란색인지 확인하기 위해 눈으로만 본 것이 아니라, 식물이 어떻게 "숨 쉬는지" 듣기 위해(가스 교환 측정) 그리고 잎이 햇빛을 얼마나 잘 에너지로 바꾸는지(엽록소 형광 측정) 보기 위해 첨단 도구를 사용했습니다. 그들은 살균제를 뿌린 후 12, 24, 48, 96시간마다 식물을 체크했습니다.

결과: 부분적인 구조 임무

연구 결과는 다음과 같았으며, 이는 단순히 "예, 구했습니다"라고 말할 수 있는 것보다 훨씬 더 미묘한 차이가 있었습니다.

1. "숙취"는 실재했지만, 경미했습니다
식물에 살균제만 뿌렸을 때, 식물은 실제로 조금 아파했습니다. 잎에는 황변이나 반점 같은 눈에 보이는 손상이 나타났습니다. 가장 심각한 범인은 **임피르플럭삼(impyrfluxam)과 프로티오코나졸(prothioconazole)**이 혼합된 제품이었으며, 이는 가장 눈에 띄는 손상(최악의 경우 약 8%의 손상)을 일으켰습니다. 그러나 손상이 치명적이지는 않았습니다. 식물이 죽지는 않았고, 단지 조금 힘들어 보일 뿐이었습니다.

2. 해조류는 흉터를 고치지 못했습니다
과학자들이 혼합물에 해조류 바이오 비료를 추가했을 때도, 식물에는 여전히 눈에 보이는 흉터가 남아 있었습니다. 해조류는 노란 반점을 완전히 지우거나 잎이 멍들어 보이는 것을 완전히 막아주지 못했습니다. 만약 당신이 눈으로만 식물을 본다면, 해조류는 마법의 지우개처럼 보이지 않을 것입니다. 손상은 여전히 존재했으며, 단지 약간 덜 심할 뿐이었습니다.

3. 하지만 내부에서는 엔진이 힘차게 돌아가고 있었습니다!
이 부분이 이야기가 흥미진진해지는 대목입니다. 외부적으로 식물은 여전히 조금 지쳐 보였지만, 내부적으로는 해조류와 함께할 때 훨씬 더 잘 작동했습니다.

• 더 잘 숨 쉬기: 해조류 처리를 받은 식물은 살균제만 처리받은 식물보다 훨씬 더 잘 숨을 쉬었습니다. 그들은 "기공"(잎의 작은 구멍)을 더 넓게 열어 공기를 더 많이 들이마시고 수증기를 내보냈습니다 이산화탄소를 흡수하는 효율도 높아졌습니다.
• 햇빛 먹기: 햇빛을 음식으로 바꾸는 속도(광합성)가 크게 뛰어올랐습니다. 예를 들어, 특정 살균제 혼합물은 식물의 음식 제조 속도를 22.07까지 떨어뜨렸지만, 해조류를 추가하자 이 수치가 29.96으로 다시 튀어 올랐습니다.
• 효율성: 식물은 흡수한 이산화탄소를 사용하는 데 있어 더 효율적이 되었습니다.

과학자들은 해조류가 생리적 완충제(physiological buffer) 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 해조류가 화학 물질이 식물을 타격하는 것을 막지는 못했지만, 식물이 충격을 받은 상태에서도 내부 시스템이 계속 작동할 수 있도록 도왔습니다. 그것은 마치 달리기 선수가 발목을 접질렸을 때, 그에게 지지력이 좋은 신발을 신겨주는 것과 같았습니다. 발목은 여전히 멍들어 있지만(가시적인 손상), 러너는 여전히 전력 질주할 수 있는 것(가스 교환 및 광합성)과 같습니다.

"배터리"는 어떠했나요?

연구진은 또한 식물의 "배터리", 즉 빛 에너지를 포착하는 잎 내부의 아주 작은 부분(광계 II, Photosystem II)을 확인했습니다. 놀랍게도 살균제는 이 배터리를 파괴하지 않았습니다. "배터리"의 효율은 해조류가 있든 없든 거의 동일하게 유지되었습니다.

이는 중요한 사실을 알려줍니다. 문제는 식물이 햇빛을 잡지 못하는 것이 아니었습니다. 문제는 살균제 때문에 식물의 호흡과 내부 화학 작ей이 엉망이 되어, 그 에너지를 사용하여 음식을 만드는 과정에 문제가 생겼다는 것이었습니다. 해조류는 "잡는" 부분이 아니라 "사용하는" 부분을 고치는 데 도움을 주었습니다.

결론

그래서 해조류가 구원 투수가 되었을까요? 예, 그리고 아니오입니다.

• 아니오, 그것은 식물을 완벽하게 보이게 만들지는 못했습니다. 살균제의 "숙취"로 인한 눈에 보이는 흉터는 여전히 남아 있었으며, 다만 약간 가벼워졌을 뿐입니다.
• 예, 그것은 식물의 기능 능력을 구했습니다. 그것은 가스 교환과 광합성이 강력하게 계속되도록 하여, 식물이 깊은 무기력 상태에 빠지는 것을 방지했습니다.

이 연구는 해조류 바이오 비료가 완전한 시각적 방패는 아닐지라도, 강력한 생리적 방패임을 시사합니다. 그것은 대두 식물이 질병 퇴치용 화학 물질의 타격을 받는 동안에도 내부 엔진을 힘차게 돌릴 수 있도록 돕습니다. 이는 농부들이 필수적인 약물을 사용하면서도, 그 과정에서 작물이 에너지와 성장 잠재력을 잃을까 봐 걱정하는 일을 줄여줌으로써 전체 농사 과정을 조금 더 지속 가능하고 식물에게 덜 스트레스가 적은 방식으로 만들어 줄 수 있음을 의미합니다.