환경 오염 물질과 식물 생장
본문겨울철 도로에 뿌린 제설용 소금이 길가의 흙에 스며든다. 소금이 식물에 해롭다는 것은 알지만, 얼마나 진하면 얼마나 해로울까? 무 씨앗을 소금 농도가 다른 물에 적신 거름종이 위에서 닷새 동안 키우고 뿌리 길이를 쟀다. 맹물에서는 평균 40 mm, 25 mM에서 36 mm, 50 mM에서 28 mm, 100 mM에서 15 mm, 200 mM에서는 4 mm였다. 이 결과에서 소금의 독성을 하나의 숫자로 나타낼 수 있을까?
4.6.1농도에 따른 반응
오염 물질이 생물에 주는 영향은 농도에 따라 달라진다. 아주 묽으면 거의 영향이 없다가, 어느 농도를 넘으면 생장이 점점 줄고, 진하면 거의 자라지 못한다. 이렇게 농도와 반응의 관계를 그린 것을 농도 반응 곡선이라 한다. 소금은 흙의 수분 퍼텐셜을 낮추어 뿌리가 물을 빨아들이기 어렵게 하고, 나트륨 이온이 세포에 쌓이면 효소의 작용을 방해한다. 그래서 소금이 진할수록 뿌리가 짧아진다.
생장이 대조(오염 물질 없음)의 절반으로 줄어드는 농도를 반수 영향 농도(EC50)라 한다. 실험한 두 농도 사이를 직선으로 이어 어림하며, EC50이 작을수록 독성이 강하다.
농도 반응 곡선 전체를 비교하기는 번거로우므로, EC50 하나로 여러 물질의 독성이나 여러 식물의 내성을 비교한다. 같은 소금에도 바닷가 식물은 EC50이 훨씬 크고, 무나 상추처럼 민감한 식물은 작다. 그래서 민감한 식물의 씨앗은 흙이나 물의 오염을 간단히 시험하는 생물 지표로 쓰인다.1
4.6.2믿을 수 있는 시험
농도마다 씨앗을 20개 이상 쓰고, 싹이 트지 않은 씨앗을 뺄지 길이 0으로 셀지 미리 정한다. 거름종이가 마르면 소금이 진해지므로 뚜껑을 덮어 증발을 막는다. 온도와 빛을 모든 접시에 같게 하고, 맹물 접시를 반드시 대조로 둔다. 농도는 두 배씩 늘리는 식으로 넓은 범위를 정하면, 반응이 바뀌는 곳을 놓치지 않는다. 그다음 그 근처를 더 촘촘히 다시 시험하면 EC50을 더 정확히 정할 수 있다.
4.6.3예제 풀이
그림 2의 자료로 무 뿌리의 EC50을 직선 보간으로 구하여라. 길가 흙을 물에 우려낸 액에서 키운 무 뿌리가 평균 24 mm였다면, 그 액의 소금 농도를 어림하여라. 그 흙에는 다른 오염 물질이 없다고 가정한다.
50 mM에서 28 mm, 100 mM에서 15 mm이므로 50 mM마다 13 mm씩 짧아진다. 맹물의 절반인 20 mm는 28 mm에서 8 mm 더 짧아진 곳이므로, 농도는 \(50 + 50 \times 8/13 \approx 81\) mM이다. 이것이 EC50이다.
24 mm는 28 mm에서 4 mm 짧아진 곳이므로 \(50 + 50 \times 4/13 \approx 65\) mM으로 어림된다. 이 정도면 무의 뿌리 생장이 40% 줄어드는 소금이 흙에 녹아 있는 셈이다. 그러나 길가 흙에는 소금 말고도 기름이나 중금속이 섞여 있을 수 있으므로, 이 어림은 소금만 있다는 가정 아래에서만 맞는다. 즉 농도 반응 곡선과 EC50은 오염 물질의 영향을 수로 비교하게 하고, 거꾸로 생물의 반응으로 오염의 정도를 어림하게 해 준다.
아래 탐구 카드에서 오염 물질의 농도를 바꾸어 식물의 생장을 재고, 농도 반응 곡선과 EC50을 구해 보자.
- '모든 물질은 독이며, 독인지 아닌지는 양이 정한다'는 말은 16세기 스위스의 의사 파라켈수스가 남긴 것으로 알려져 있다. 식물에게 꼭 필요한 구리나 아연 같은 원소도 너무 많으면 독이 된다.
오염 물질이 생물에 주는 영향은 농도에 따라 달라 농도 반응 곡선으로 나타내며, 생장이 대조의 절반이 되는 농도인 EC50으로 독성의 세기를 비교한다. 시험은 맹물 대조를 두고 씨앗 수, 온도, 증발을 같게 하며, 넓은 농도 범위에서 시작해 좁혀 간다. 처음 질문의 무 뿌리는 소금 약 81 mM에서 절반으로 줄어들어, 이것이 무에 대한 소금의 EC50이다.