중국의 한 연구팀은 농업 폐기물 바이오매스에서 추출한 탄소 기반 나노소재를 성공적으로 개발했습니다. 이 소재는 식물 광합성을 향상시키고 작물 성장을 자극할 수 있습니다.
이 획기적인 성과는 중국과학원 산하 선전선진기술원(Shenzhen Institutes of Advanced Technology)의 과학자들과 상하이 교통대학교(Shanghai Jiao Tong University) 연구진의 공동 연구로 이루어졌으며, 연구 결과는 커뮤니케이션즈 머티리얼즈(Communications Materials) 저널에 게재되었습니다.
탄소 양자점(carbon quantum dots)으로 알려진 이 신소재는 짚, 잎, 잡초와 같은 유기 폐기물을 합성의 기초로 활용합니다. 연구에 따르면, 이 양자점은 일반적으로 식물이 흡수하지 못하는 자외선과 낮은 효율로 흡수되는 녹색광을 적색광으로 변환하는 능력을 가지고 있습니다. 이러한 변환은 식물의 광 흡수 효율을 높여 광합성의 효율을 크게 향상시킵니다. 연구진은 탄소 양자점이 흡수된 광자에서 전자를 여기시켜 광합성 전자 전달계에 추가적인 전자를 공급함으로써 이러한 효과를 달성한다고 설명합니다.
실험 환경에서 연구진은 나노물질을 남세균의 액체 배양 배지에 첨가하고 식물에 직접 적용했습니다. 그 결과, 성장과 CO2 고정 속도가 유의미하게 증가했습니다. 글리세롤을 생성하는 남세균의 CO2.4 고정 속도는 2배 증가했고, 글리세롤 생성도 2.2배 급증했습니다. 한편, 모델 식물인 애기장대의 바이오매스는 1.8배 증가했습니다.
이 연구는 낮은 생산 비용과 높은 생체적합성을 강조하는 이 소재의 추가적인 장점을 제시하며, 이는 이 소재가 미래 농업 분야뿐만 아니라 태양열 바이오 제조 공정에도 중요한 역할을 할 수 있음을 시사합니다. 또한 초기 실험 결과, 개구리밥, 땅콩, 옥수수, 콩 등 다양한 식물의 생장 촉진에도 효능이 있는 것으로 나타났습니다.
연구팀은 앞으로 실제 농업 환경에서 탄소 양자점의 잠재력을 검증하기 위한 추가 현장 실험을 수행할 의향을 밝혔습니다. 이러한 개발은 작물 생산성 향상과 동시에 농업의 지속가능성과 관련된 여러 과제를 해결하는 데 유망한 방향을 제시할 것으로 기대됩니다.
