수경재배용 전자토양 개발…"전기 가하면 식물 성장 50% 증가"

스웨덴 린셰핑대학 엘레니 스트브리니두 교수(왼쪽)와 알렉산드라 산덴 연구원(박사과정)이 전자토양(검은색, eSoil)에 심어진 보리에 전기 자극을 가하는 실험을 하고 있다.

스웨덴 린셰핑대학 엘레니 스타브리니두 교수팀은 26일 미국립과학원회보(PNAS)에서 생체 고분자인 셀룰로오스를 이용해 수경재배에서 흙 대신 식물이 뿌리를 내리는 기질로 사용할 수 있는 전기전도성 전자토양을 개발했다고 밝혔다.

또 이 전자토양에 사료용 보리를 심은 다음 저전력 전기 자극을 가하면서 재배한 결과 성장이 50% 증가하는 것으로 나타났다.

스타브리니두 교수는 "세계인구는 증가하고 기후변화가 진행되고 있어 기존 농업 방식만으로는 지구의 식량 수요를 감당할 수 없다"며 "수경재배를 사용하면 도시에서도 통제된 환경에서 식량을 재배할 수 있다"고 말했다.

수경재배는 흙 없이 물과 영양분, 식물 뿌리가 붙을 수 있는 기질만 있으면 작물을 재배할 수 있다. 사용된 물의 재순환이 가능해 식물에 필요한 영양분을 정확히 공급하고 영양분 손실도 막을 수 있다.

수경재배는 또 대형 타워형 수직 재배로 공간 효율성을 극대화할 수 있어 도시 농업에 적합하며, 이미 상추, 허브 등 다양한 채소류 재배가 시도되고 있다.

전자토양 및 전기 자극을 이용한 보리 재배 비교 실험

연구팀은 식물 세포의 섬유질을 구성하는 흔한 생체 고분자인 셀룰로오스와 전도성 고분자(PEDOT:PSS)를 혼합해 전기가 흐를 수 있고 구조 내에 많은 구멍이 있는 전도성 전자토양을 만들었다.

또 이 전도성 전자토양에 보리를 심어 재배할 때 뿌리에 전기 자극을 가하면 성장이 전기를 가하지 않을 때보다 최대 50% 증가한다는 사실을 발견했다.

이들은 전자토양에 싹을 틔운 보리를 심고 물로 영양분을 공급하며 15일간 기르는 실험을 하면서 실험군에만 5~10일 사이에 0.5V의 전기 자극을 가했다.

그 결과 전기 자극을 받은 보리는 전체 길이가 평균 28.8㎝로 대조군(21.9㎝)보다 31.5% 더 많이 자란 것으로 나타났다. 15일 자란 식물체를 건조한 결과 전기 자극 그룹의 개체당 중량은 0.11g으로 대조군(0.074ｇ)보다 평균 50%가 무거웠다.

전자토양 및 전기자극을 이용한 보리 재배 실험

스타브리니두 교수는 "전기자극을 주면 더 적은 자원으로 더 빨리 묘목을 키울 수 있음을 확인했다"며 "묘목이 질소를 더 효과적으로 처리한다는 것을 발견했지만 전기 자극이 이 과정에 어떤 영향을 미치는지는 아직 명확하지 않다"고 말했다.

이어 "이 연구가 수경재배를 더 발전시킬 수 있는 새로운 연구에 길을 열어줄 것"며 "수경재배가 식량 안보 문제를 해결할 수 있다고 말할 수는 없지만 경작지가 적고 환경조건이 열악한 지역에서는 분명히 도움이 될 수 있다"고 강조했다.

◆ 출처 : PNAS, Eleni Stavrinidou et al., 'eSoil: A low-power bioelectronic growth scaffold that enhances crop seedling growth', ⇒ 바로가기

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