금속 나노물질(EM)은 생화학적 특성과 적용 및 농도로 인해 식물의 성장과 발육에 부정적 또는 긍정적인 영향을 미친다. 이전 연구에서는 산화철(Fe3O4) 나노입자가 크기와 용량에 따라 담배(Nicotiana tabacum) 종자 발아에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그러나 중금속에 대한 EM 매개 담배 반응에 대해서는 거의 관심을 기울이지 않았다.

중국과학원의 산시농업대학(Shanxi Agricultural University) 시솽반나(Xishuangbanna) 열대식물원(XTBG) 연구원들은 식물의 나노입자 매개 카드뮴(Cd) 내성의 메커니즘을 조사했다. 연구원들은 이번 연구에서 중국 윈난성에서 재배되는 담배 품종인 ‘Yunyan 87(N. tabacum)’을 사용해 산화철 또는 산화아연(ZnO) 나노입자(NPs)가 담배 묘목의 성장과 매개 카드뮴 반응에 미치는 영향을 관찰했다.

‘나노바이오테크놀로지 저널(Journal of Nanobiotechnology)’에 실린 이번 연구 결과에 의하면, 먼저 담배 묘목 성장에 대한 매개 카드뮴의 영향을 결정하고 매개 카드뮴 처리가 식물의 높이, 새싹 무게, 뿌리 길이, 그리고 새싹 무게에서 성장 억제를 현저하게 유도한다는 것을 발견했다.

XTBG(열대식물원) 연구원들은 산화철과 산화아연 나노입자가 매개 카드뮴 반응을 매개하는 역할을 하는지 확인하기 위해 담배 묘목에 Fe3O4와 ZnONPs 및 이온 용액을 엽면 시비했다. 그 결과, Fe3O4와 ZnONPs는 매개 카드뮴(Cd) 스트레스 하에서 식물 성장을 완화하는데 큰 잠재력을 보여줬다.

또한 Cd 처리 묘목에 비해 Fe3O4와 ZnONPs 및 이온은 뿌리 성장과 새싹 중량을 상당히 촉진 시켰다. Fe3O4 또는 산화아연 나노입자(ZnO NPs)는 아미노산 등을 포함한 중요한 대사경로를 재프로그래밍 했으며, 이러한 경로에 관여하는 차등적으로 축적된 대사 산물은 식물의 성장과 밀접한 상관관계가 있는 것으로 확인됐다.

XTBG의 완진펑(Wan Jinpeng)은 “우리는 이번 연구를 통해 금속 나노입자가 식물 성장조절제 역할을 할 수 있고, 특히 중금속 오염 지역의 농작물 개선을 돕는 효과를 확인할 수 있었다”고 말했다