가지과 작물 대상의 친환경농자재 개발 동향
김 영 권†
고려바이오(주), 부설 농업생명과학기술연구소
The Trend of Environment Friendly Agro Material Development on the Plants of Solanaceae (Pepper, Eggplant, Tomato)
Young-Kwon Kim†
Koreabio Co. Ltd., Institute of Biotechnology
Abstract: 국내 원예작물시장에서 25%의 비중을 차지하는 가지과 작물(토마토, 고추, 가지 등)에 발생하는 주요 병해 충인 온실가루이, 총채벌레, 잿빛곰팡이병을 동시에 방제할 수 있는 친환경 작물보호제를 개발하기 위해 농업 관련 연구원들은 지금도 온갖 노력을 기울이고 있다. 여기에 추가적으로 기주해충의 방제를 통해 화학농약으로도 방제가 어려운 바이러스 예방제품을 개발하여 농약사용량을 저감하고, 화학농약 사용으로 인한 토양, 수질 및 생태계 환경을 개선하는 데에도 큰 도움이 되기 때문에 친환경 생물 농약 개발은 환경보호 차원에서도 중요한 과제라 할 수 있다.
또한 한 번에 벌레와 곰팡이, 그리고 작물 성장에 도움을 줄 수 있는 3가지 기능이 복합적으로 적용된 친환경 농자재 를 개발하여 농업인구의 고령화로 인해 노동력 및 비용의 최소화가 요구되는 친환경 농가의 고충을 덜어주고자 하는 연구들이 새롭게 시도되고 있다. 이러한 새로운 개념의 제품들이 개발되어 농업 생산성 및 농산물의 품질 향상을 통한 농가소득 증진에 이바지할 수 있는 장점도 있다.
경제⋅산업적 측면에서 친환경 생물농약의 개발비는 화학농약에 비해 투자가 상대적으로 경제적일 수 있다. 이는 화학농약 개발비의 대부분을 차지하는 독성, 잔류 관련 시험 등이 비교적 완화적이고, 개발에 필요한 시간과 노력이 적은 이유에서이다. 대부분 수입에 의존하는 기존 화학농약을 대체할 경우 수입 대체 효과와 더불어 식량주권의 회복 에도 크게 일조하리라 여겨진다. 이에 복합적인 친환경 작물보호제(살충⋅살균⋅영양)를 개발하여 제품생산 공정이 확립될 경우 기존에 사장될 수 있는 많은 유용미생물의 상품화에 응용되어 국내에서 경쟁력 있는 다양한 생물농약 원제 및 제품을 확보할 수 있는 기반이 될 수 있으며 농가들에게 보다 편리한 제품을 보급할 수 있는 장점이 있다.
Keywords: environment friendly agro material, biopesticide, formulation, microbial antagonist, plant extract, solanaceae
1. 서 론
1)
국내 원예작물시장에서 25%의 비중을 차지하는 가지과 작물(토마토, 고추, 가지 등)에 발생하는 주요 병해충인 온실가루이, 총채벌레, 잿빛곰팡이 병을 동시에 방제할 수 있는 친환경 작물보호제를 개발하기 위해 농업 관련 연구원들은 지금도 온갖 노력을 기울이고 있다. 여기에 추가적으로 기주해 충의 방제를 통해 화학농약으로도 방제가 어려운
† 주저자 (E-mail: [email protected])
바이러스 예방제품을 개발하여 농약사용량을 저 감하고, 화학농약 사용으로 인한 토양, 수질 및 생 태계 환경을 개선하는 데에도 큰 도움이 되기 때 문에 친환경 생물 농약 개발은 환경보호 차원에서 도 중요한 과제라 할 수 있다. 또한 한 번에 벌레 와 곰팡이 그리고 작물 성장에 도움을 줄 수 있는 3가지 기능이 복합적으로 적용된 친환경 농자재를 개발하여 농업인구의 고령화로 인해 노동력 및 비 용의 최소화가 요구되는 친환경 농가의 고충을 덜 어주고자 하는 연구들이 새롭게 시도되고 있다.
이러한 새로운 개념의 제품들이 개발되어 농업 생
자료출처: 2006년 7월 25일자 경향신문 Figure 1. 각국의 단위면적당 농약사용량 현황.
산성 및 농산물의 품질 향상을 통한 농가소득 증 진에 이바지할 수 있는 장점도 있다.
최근 환경문제가 인류의 생존, 특히 식량문제와 직접적으로 관련되어 전 세계적으로 시선이 집중 되어 있는 가운데 국내에서도 농산물에 대한 농약 잔류 문제가 꾸준히 대두되어 문제시 되고 있는 실정이다. 국내 농약 사용량은 1990년대 중반 1,205 kg/km2로 OECD 회원국 중 일본에 이어 2 위이며, OECD 평균 사용량 263 kg의 4.6배, 농약 최소 사용국인 뉴질랜드(25 kg)의 48배에 해당하며 농약 과다 사용으로 인해 자연 환경 생태계 파괴, 지하수 오염, 농작물의 잔류 독성 및 해충의 저항 성 출현 등 심각한 문제를 야기하고 있는 것이 현실 이다(Figure 1). 이러한 문제 해결을 위해 ’92 Rio 환경회의에서는 유기합성 농약의 사용량을 2004년 까지 50% 감소하자는 국가 간의 협약을 체결하기 에 이르렀고 1997년 미국에서는 기존 유기합성 살충 제 사용의 46%, 특히 채소 및 과수 재배에서 68%가 대체 농약(alternative pesticides)으로 전환하였으며, 이 중 과수 재배지의 14%와 채소 재배지의 6%를 곤충병원성 곰팡이와 천적곤충 등을 이용하여 해 충 방제(’98, USDA-NASS)를 실시하고 있다. 이 러한 생물학적 방제는 환경 친화적인 방제 수단으 로 농업생태계에 지속적으로 병해충밀도 억제효과 를 발휘할 수 있으므로 외국에서는 범국가적인 차
원에서 많은 연구가 수행 중이며, 일부 단일 유효 성분에 의해 병해충에 대한 생물학적 개발을 완성 하여 시판 중이다. 이처럼 대체 농약이 차지하는 비중은 점차 증가할 것으로 예상되고 있다.
세계적으로는 지난 20여 년간 생물적 방제기술의 발달로 인하여 환경에 대한 위해성을 감소시킬 수 있게 되었다. 그럼에도 우리나라에서는 아직까지 화학농약의 오남용으로 인한 농작물 피해가 심각 한 실정으로 이와 관련된 농촌진흥청 민원은 연간 2만4천여 건이 접수되고 있으며 공식 접수되지 않 은 민원을 포함하면 연간 4만 건 수준에 이르고 있다(농업과학기술원, 2006). 이를 개선하기 위해 서는 개별 농가에서 농약의 안전 사용기준을 준수 하는 것이 중요하지만 이와 더불어 친환경 작물보 호제와 같은 제품과 이를 이용한 기술을 개발⋅보 급하는 것도 시급히 해결해야 할 과제임에는 틀림 없다.
또한 한⋅칠레, 한⋅미, 한⋅EU FTA 등 각국 간의 자유무역협정(FTA)이 체결됨에 따라 값싼 수입농산물이 물밀 듯이 수입되고 있는 상황에서 이러한 값싼 수입농산물에 효과적으로 대처하기 위해서는 친환경농산물 생산을 통한 우리나라 농 업경쟁력을 키울 필요가 있다. 이러한 친환경 농 산물을 꾸준히 생산하기 위해서는 친환경 농산물 재배농가의 소득을 향상시키고 안정적인 수익성
을 확보해야 하며, 이를 위해서는 친환경 농산물 을 생산할 수 있는 기술이 개발되어 널리 보급되어 야 한다. 특히 농작물 재배 시 발생하는 해충과 곰 팡이병 그리도 식물 영양 공급에 대한 집중적인 연구개발이 절실히 요구된다.
2. 복합적인 기능을 가진 친환경 생물 농약 개발
경제⋅산업적 측면에서 친환경 생물농약의 개 발비는 화학농약에 비해 투자가 상대적으로 경제 적일 수 있다. 이는 화학농약 개발비의 대부분을 차지하는 독성, 잔류 관련 시험 등이 비교적 완화 적이고, 개발에 필요한 시간과 노력이 적은 이유 에서이다. 대부분 수입에 의존하는 기존 화학농약을 대체할 경우 수입 대체 효과와 더불어 식량주권의 회복에도 크게 일조하리라 여겨진다.
이에 복합적인 친환경 작물보호제(살충⋅살균
⋅영양)를 개발하여 제품생산 공정이 확립될 경우 기존에 사장될 수 있는 많은 유용미생물의 상품화 에 응용되어 국내에서 경쟁력 있는 다양한 생물농 약 원제 및 제품을 확보할 수 있는 기반이 될 수 있으며 농가들에게 보다 편리한 제품을 보급할 수 있는 장점이 있다.
이러한 환경 친화적인 작물보호제 및 효과적인 생산 공정의 개발은 차세대 생물 산업의 핵심 분 야이다. 21세기형 친환경 작물보호제 개발은 국가 의 농업 경쟁력을 확보하고 과학기술선진국으로 도약해야 할 우리나라의 현시점에 있어서 매우 중 요한 과제라 할 수 있다. 또한 개발하는 과정에서 국내 토착미생물과 식물추출물을 이용하기 때문 에 잔류문제에서 해방될 수 있으며 그동안 단일 병해충 방제와 영양을 목적으로 하는 기존의 친환 경 농자재와는 차별된다.
기술적인 측면에서도 현재 친환경 생물농약의 제형화 기술은 국내는 물론 세계적으로도 초보적인 수준을 벗어나지 못하고 있다. 특히 제형화 기술 에 있어 첨가제 선발 및 제조공정, 살충⋅항균성 기작을 가진 미생물과 기능성물질을 첨가하는 배 합기술은 매우 까다롭다. 따라서 복합적인 친환경
Figure 2. 온실가루이 성충, 알.
작물보호제가 개발되면 세계적인 수준의 기술로 인정받게 될 것으로 본다. 또한 미생물의 가장 큰 약점인 환경조건에 따라 효과의 편차가 심하다는 것과 실제 포장에서의 효과 지속성이 약하다는 단 점을 보완할 수도 있다.
앞으로 연구를 거듭하여 미생물의 대량배양기 술 및 혼합배양기술, 제제화기술 및 천연물과의 혼합 안정성 개발을 통해 생산방법을 확립한다면 병해충 및 작물 성장 이외에도 다양한 분야에 적 용 확대될 것으로 판단된다.
가지과 작물은 국내 채소 재배 면적의 25%를 차지하는 중요 채소 작물로 토마토, 고추, 가지, 감 자 등이 있다. 모든 작물에 병해충이 문제가 되듯 이 가지과에도 여러 병해충이 문제시 되는데 대표 적인 것이 온실가루이, 총채벌레, 잿빛곰팡이병이 다. 온실가루이는 약충과 성충이 식물체의 즙액을 빨아먹어 식물체의 잎과 새순의 생장을 저해하고, 여러 가지 바이러스를 매개한다. 또한 배설물인 감로가 분비된 곳에 그을음병이 발생하여 광합성
목록등재번호 자재명(상표명) 원료명 업체명 등재일자 11-유기-5-299 식물추출물(팟사) 고삼, 백부, 멀구슬나무 추출물 (주)경농 11. 1. 14
08-유기-5-050 식물추출물(온삼이) 고삼, 님 추출물 고려바이오(주) 08. 9. 26
07-유기-5-003 님제제(그린졸유제) 님 추출물 아리스타라이프사이언스코리아(주) 07. 7. 30 Table 1. 온실가루이 친환경 유기농자재 등록 현황(천적제 외, 2011년 2월 현재)
을 저해하기도 하며, 이동성이 탁월하고 증식력이 매우 강하여 대발생의 경우에는 박멸이 어려운 난 방제 해충이다(Figure 2). Table 1은 현재 국내에 서 온실가루이를 방제할 수 있는 친환경 유기 농 자재 등록 현황을 정리하였다.
총채벌레는 어린잎이나 여린 줄기 사이에 산란 하여 약충기에 땅에 내려와 번데기가 되고 이후 성충으로 우화하여 식물체로 이동하고 잎과 꽃에 서식하여 과실에 긁힌 상처를 내어 과실의 상품 가치를 떨어지게 한다. 뿐만 아니라, 총채벌레는 토마토 반점위조바이러스(TSWV)의 유일한 전염 원으로 2차 바이러스 피해의 주범으로서 그 피해 가 크다고 할 수 있다. 약 900여 종의 식물에 감염 이 보고되어 사실상 피해 작물의 규모는 앞으로도 더욱 커질 것으로 보여진다(Figure 3). Table 2는 현재 총채벌레를 방제할 수 있는 친환경 농자재 목록을 정리하였다.
일반적으로 친환경 해충을 방제할 수 있는데 사 용할 수 있는 원료로 살충성 미생물, 살충성 식물 추출물, 살충성 기름 등이 있다. 살충성 미생물로 는 대표적으로 BT (Bacillus thuringiensis)가 있으며, 그 외에 Beauveria속, Lecanicillium속, Metarhi- zium속, Paecilomyces속 곤충병원성곰팡이 등이 있다. 살충성 식물추출물로는 고삼, 황기, 은행잎, 담배잎, 멀구슬, 무화과 등의 추출물이 살충효과가 있고, 살충성 기름으로는 Neem oil, Citronella oil, Canola oil 등이 있으나, 해충방제제로 사용하기 위해서는 oil을 유화시키는 제제화 기술이 필요하 지만, 아직 제제화 기술이 미약하여 제대로 된 살충 효과를 발휘하지 못하고 있는 실정이다. 기타 살충 력이 있다고 알려진 유용성분들 역시 방제효과가 크지 않아 복합적인 유효성분의 제형화를 통한 방
Figure 3. 총채벌레 성충, TSWV 피해.
제효과의 상승이 절실히 요구되어지고 있다.
가지과 작물의 대표적인 병해인 잿빛곰팡이병 은 과실, 잎, 과경, 잎자루 등 지상부 모든 부위에 발생하나 특히, 농산물로 출하하는 잎과 과실에서 의 발생이 심하기 때문에 농가 피해가 막심한 병 해이다. 잎의 끝부분부터 병반이 시작되어, 초기에 는 갈색의 소형반점으로 나타나고, 진전되면 대형 병반으로 확대되며, 심하면 잎 전체가 고사된다.
과실에는 처음 암갈색의 작은 원형병반으로 나타 나고, 진전되면 과실 전체가 물러 썩는다. 줄기는 꽃잎이나 잎이 떨어져 붙어있는 부위에서 발병이 시작되는 일이 많고 처음에는 갈색의 작은 반점으 로 시작되어 심해지면 줄기 전체가 갈색으로 변하
목록등재번호 자재명(상표명) 원료명 업체명 등재일자 09-유기-5-087 식물성기름(미소킬) 테레빈유, 아마유 (주)케이씨피 09. 4. 15
08-유기-5-018 식물추출물(응박사) 고삼 추출물 (주)파이오니아 08. 4. 15
Figure 4. 잿빛곰팡이병 피해(토마토, 고추).
Table 2. 총채벌레 친환경 유기농자재 등록 현황(천적제 외, 2011년 2월 현재)
여 고사한다. 병든 부위에는 잿빛의 분생포자가 밀생하는 것이 특징이다. Figure 4와 Table 3을 통 해 잿빛곰팡이병 사진과 방제할 수 있는 등록된 자재를 정리하였다.
잿빛곰팡이병을 비롯한 식물병원균을 방제할 수 있는 생물자재로는 항균성 길항미생물, 항균성 식물 추출물, 항균성 기름성분 등이 있다. 항균성 길항 미생물로는 Agrobacterium속, Bacillus속, Paeni- bacillus속, Enterobacter속, Pseudomonas속, Stre- ptomyces속, Ampelomyces속, Trichoderma속, Bur- kholderia속 등이 있으며, 국내외적으로 많은 연구 가 진행되었으나 실제 적용되어 제품화가 된 것은 2010년 현재 9종에 불과하고, 적용 작물도 매우 한정적이다. 항균성 식물추출물로는 소리쟁이, 강 활, 삼백초, 인진쑥 등이 식물병원균에 효과가 있 다고 인정되고 있으나 이 역시 단용으로는 만족스 러운 방제가를 나타내지 못하고 있다. 또한, 항균성
기름으로는 Citronella Oil, Jojoba Oil, Canola Oil, Eucalyptus oil, Oregano oil, 정향유 등이 항균력 은 가지고 있으나, 단일 유효성분으로는 방제에 한계가 있다.
우리가 먹는 음식이나 채소, 곡물 등의 여러 식용 식물에는 다양한 식물성 화학물질(phytochemical) 들이 존재하며, 이들은 강한 항산화 활성을 갖는 다. 이들의 식물성 화학물질은 적어도 한 개 이상 의 페놀구조를 가지는 폴리페놀구조로 이루어져 있고, 항산화⋅항염증⋅항바이러스⋅항암 효과 등이 보고되어 있다. 식물 유래 항산화 물질로는 curcmin (심황), resveratrol (포도), genistein (대두), diallyl sulfide 및 S-ally cysteine (파), allicin (마늘), lycopene 및 procyanidin (토마토), capsaicin (고추), 6-gingerol (생강), ellagic acid (석류), ursolic acid (사과, 배), silymarin (엉겅퀴), catechins (녹차), beta carotene (당근), Emodin (알로에) 등이 잘 알려져 있다.
목록등재번호 자재명(상표명) 원료명 업체명 등재일자 10-유기-4-121 식물성기름 + 레시틴(도포왕) 대두유, 레시틴 (주)두산글로넷 10. 1. 15 10-유기-4-114 광물질 + 동제(깔끔이) 고령토, 황산구리, 식초 (주)현그린 10. 1. 15 08-유기-4-079 미생물제제(위조금지) Bacillus subtilis (주)파이오니아 09. 1. 16 08-유기-4-040 미생물제제(닥터푸란트) Bacillus subtills DY6364 (주)대유 08. 7. 7 08-유기-4-031 미생물제제(토리) Trichoderma harzianum YC459 (주)제일그린산업 08. 4. 15 07-유기-4-014 미생물제제(씰러스) Bacillus subtilis GB-0365 (주)그린바이오텍 07. 10. 11 07-유기-4-010 미생물제제(재노탄) Bacillus subtilis KBC1010 (주)한국바이오케미칼 07. 10. 11 07-유기-4-002 미생물제제(에코스마트액상수화제) Bacillus subtilis (주)신영아그로 07. 7. 31 07-유기-4-001 미생물제제(에코스마트수화제) Bacillus subtilis (주)신영아그로 07. 7. 30 Table 3. 잿빛곰팡이병 친환경 유기농자재 등록 현황(2011년 2월 현재)
효모, 광합성세균, 유산균 등의 근권미생물은 이 러한 작물의 항산화물질을 강화시키는 기능을 가 지고 있으며, 특히 토마토에서는 카로티노이드 색소 계열의 라이코펜의 함량을 향상시킨다는 보고가 있다. 라이코펜은 토마토, 수박, 레드오렌지 등에서 붉은색을 나타내며, 산소에 의해 만들어지는 free radical들을 중화시키는 강력한 항산화제로서 베 타카로틴의 2배, 알파 토코페롤의 10배 이상의 항 산화 능력을 가지고 있어 그 약리적인 효능과 항 암작용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 라이코펜은 식품착색제, 영양강화제, 사료 첨가제, 화장품 및 의약용 소재로 세계적으로는 4000만 USD$ (2005년)가 토마토 등에서 추출한 1∼15% 내외의 소재로 시장을 점령하고 있으며, 전적으로 수입에 의존하고 있어서 라이코펜의 함 량 증대 효과가 우수할 경우, 수입 대체 효과가 클 것으로 기대된다.
현재까지 바이러스는 화학 농약에서도 일반 세균 및 병원성곰팡이에 비해 확실한 방제효과가 검증 되지 않은 상태이며, 기주 해충을 미연에 방제함 으로써 피해를 예방하는 방법을 취하고 있다. 친 환경분야에서도 유효미생물의 대사산물(Vitamin-E, Phytoalexin 등)의 생산으로 작물체 자가 방어기작 을 활성화함으로써 예방적 효과를 가진다는 보고 가 있고, 버섯추출물을 통해 미생물과 마찬가지로 활성물질에 의한 작물체 면역력 강화로 예방한다
는 보고가 있으나 화학농약과 마찬가지로 이병해 충을 제거하는 방법이 주로 사용되고 있다.
가지과 작물에 발생하는 바이러스의 피해는 2009년 농촌진흥청에 의뢰한 농업인의 바이러스 임상진단 시료의 분석 결과를 보면 채소류 중 고 추와 토마토가 각각 51.6%와 26.5%를 차지하여 우리나라 농업현장에서 두 작물이 바이러스 피해 를 가장 많이 받는 것으로 나타났다. 채소류에 발 생하는 바이러스는 총 19종이었으며, CMV, TSWV 순으로 감염률은 각각 33.2%, 16.9%, 16.1%이어 서 가지과 작물의 재배농가에서 비중을 크게 차지 하고 있다.
이에 우리 연구소에서는 항균력을 나타내고 있 는 기선발된 미생물과 항균/살충성 식물추출물을 선발하고 각각의 효력을 극대화하기 위하여 혼합 제제화 기술을 개발하고 있으며, 이를 통한 다기 능 작물보호제를 개발함으로써 각각의 대상병해 충에 대해 화학농약 대비 80% 이상의 효과를 발 휘하는 친환경 작물보호제를 개발하기 위해 노력 을 하고 있다. 또한, 화학농약으로 방제가 어려운 바이러스(TSWV 등)를 기주 해충 방제 및 미생물 대사산물에 의해 간접적으로 예방하고자 하며, 작 물의 기능성물질의 함량 강화를 통해 고품질의 친 환경농산물 생산에 일조하고자 하는 노력을 기울 이고 있다.
3. 통섭(
統攝) 개념을 접목한 새로운 연구 시도
통섭(統攝)은 서로 다른 분야의 학문을 합쳐서 서로의 장단점을 취하거나 보완한다는 말이다. 요 즘 과학분야에서도 이종의 학문 분야를 서로 합쳐 아이디어를 모으고 있다. 농업에서도 생물과 화학 의 퓨젼을 통해 새로운 제품 개발을 시도하고 있 다. 친환경작물보호제의 핵심기술은 병해충 방제 효과가 우수한 유효성분을 선발, 안정적인 효과를 발휘할 수 있는 제형화 기술, 대상병해충에 대한 적절한 현장적용방법 개발이라 할 수 있다. 뿐만 아니라 대상 병해충인 온실가루이, 총채벌레, 잿빛 곰팡이병에 대한 정확한 생리, 생태학적 특성을 파악하고 이에 대한 적절한 약제 개발을 해야 한 다. 이전까지 개발되었던 대부분의 친환경 제품들 은 실험실적으로는 효과가 우수하지만 현장에서 의 효과는 많이 부족한 것으로 나타나고 있다. 이 러한 문제점은 제제화 기술의 부족과 단일 유효성 분기작에 의한 한계성과 현장에서의 적용방법이 적절하지 못하여 나타나는 것으로 판단된다.
현재 우리 연구소에서 새롭게 개발하고자 하는 것은 미생물을 바탕으로 식물추출물을 이용한 혼 합형태의 제품이다. 미생물 또는 식물추출물만을 유효성분으로 사용하고 있는 기존 제품에 비해 대 상 병해충에 대한 방제효과가 보다 우수하게 나타 나고 서로 다른 방제기작을 통해 시너지 효과를 나타내며, 기존 제품에 비해 대상 병해충에 대한 약효 지속기간이 길게 나타나게 된다. 또한 주변 환경에 따라 방제효과가 차이가 있는 기존 제품과 는 달리 서로 다른 방제기작의 유효성분을 통해 다양한 환경의 변화에서도 방제효과가 일정하게 나타나는 특징을 가지고 있다.
또한, 기존 기술과의 차이점으로 단일 제품 처리 에 의한 살균⋅살충⋅영양의 복합적 효과를 들 수 있다. 기존 친환경 방제제 시장 및 화학농약 시장 에서도 2∼4종의 약제를 혼용 살포하는 추세로 노 동력 절감이 절실히 요구되어지고 있다. 단일제품 의 처리를 통해 혼용살포시의 번거로움뿐 아니라 혼용시의 약해 위험성을 동시에 해결할 수 있는
커다란 장점을 확보하고 있다.
기존의 화학농약혼용살포는 일시적인 방제에 그치며, 지속적인 방제가 어려우나 우리의 경우 직접적인 병해충의 방제와 더불어 예방효과, 영양 보강을 통한 작물자체의 내성강화 등의 다양한 차 별적 효과가 강하다.
앞으로 사용될 유효성분은 국내 농업연구기관 과 연구소에서 자체적으로 개발되어 검증, 선발된 국내 토착미생물과 천연추출물들로 선행연구를 통해 대상병해충에 안정적인 효과가 입증되어 산 업화 및 제품화 가능성이 크다. 또한, 유효 미생물 의 국제특허 신청 등으로 해외 수출시장으로의 확 대 적용을 위한 지원이 마련되어 있다.
4. 우리의 연구 개발 방향
우리의 핵심기술은 국내 토착미생물 및 약용식 물의 추출물을 이용한 살충제, 살균제 및 영양제 의 기능을 혼합한 복합적인 친환경 개발에 있다.
현재 사용가능한 항균, 살충, 식물성장촉진 기능이 있는 미생물들을 열거하였다(Tables 4∼6). Bacillus subtilis GG95, Bacillus velezensis NS05, Paeniba- cillus polymyxa No.72, Flavobacterium hercynium EPB-C313, Pseudomonas putida LSW 17S 5종은 식물병원균을 억제하는 기능이 우수한 미생물들 이며 특히 토마토, 고추, 가지에 발생하는 잿빛곰 팡이의 성장을 억제하는 능력이 탁월하다(Figure 5).
이밖에도 Beauveria bassiana KBRD1578, Leacni- cillium lecanii는 온실가루이와 총채벌레의 표피를 뚫고 들어가 해충을 사멸시킬 수 있는 곤충병원성 곰팡이다(Figure 6).
유효성분은 위에서 언급한 기능성 미생물을 바탕 으로 항균/살충성 오일 등을 포함한 식물추출물을 이용한 혼합형태의 제품이다. 미생물과 추출물의 단일성분 만을 이용하고 있는 현재까지 개발된 타 제품에 비해 대상 병해충에 대한 방제효과가 우수 하게 나타나고 서로 다른 방제기작을 통해 상승효 과를 나타내며, 대상병해충에 대한 약효 지속기간 이 오래 나타나게 된다. 또한 환경변화에 따라 방
Figure 5. 항균, 살충, 식물성장촉진 기능이 있는 미생물.
Figure 6. 곤충병원성곰팡이 Beauveria bassiana KBRD1578의 살충기작 모식도.
제효과가 차이가 있는 제품들과는 달리 서로 다른 방제기작을 통해 여러 환경 변화에도 지속적인 약 효를 보이는 특징을 가지고 있다. 또한 미생물과 천연화합물을 혼용하므로 서로의 단점을 보완할 수 있는데 미생물은 현장에서 살포하였을 때 즉각 적인 효과가 나오지는 않는 단점이 있는 반면 식 물추출물은 즉각적인 효과를 보여 사용하는 소비
자의 제품 사용 만족도를 높일 수 있다. 또한 사용 후 3∼4일 경과하면 식물추출물의 효과는 줄어드 는 반면에 미생물이 활착을 하여 효과를 발휘하므 로 제품의 효과를 지속적으로 유지시킬 수 있다.
이러한 복합제형의 장점을 극대화하기 위하여 효력 증진제 및 보조제를 이용하여 제제화하는 기 술이 요구되고 있으나 이에 대한 연구와 개발이
구분 보유현황 선 발 항균미생물
Bacillus spp., Streptomyces spp., Agrobacterium spp., Trichoderma spp. Bacillus subtilis GG95, Paenibacillus polymyxa No.72 등 총 250여 종을 확보(특허기술이전 균주 포함)
- 잿빛곰팡이병에 대한 살균력 평가 : Bacillus subtilis 외 3종 선발 - 역병에 대한 살균력 평가
: Paenibacillus polymyxa 외 1종 선발
식물추출물항균성
친환경농자재로 사용이 가능한 식물추출물 30여 종을 이용 하여 식물병원성곰팡이인 Botrytis cineres, Sclerotinia sclerotiorum, Fusarium sp. Colletotrichum sp., Pythium sp.
등에 대하여 항균력 평가
항균성추출물: Teacandy, Cinnamon, Oregano, Eucalyptus, Clove 등
- Alcohol 추출/비이온 계면활성제를 이용한 유화(EPA List 4AB)
- 식물병원성곰팡이에 대한 항균력 평가
: Eucalyptus oil, Oregano oil, Clove oil 3종 선발
Table 5. 살충성미생물 및 살충성 식물추출물 선발
구분 보유현황 선 발
살충성미생물
Beauveria bassiana 3종, Metarhizium anisopliae 2종, Paecil- omyces lilacinus 2종, Lecanicillium lecanii 2종, Hirsutella sp. 1종, Streptomyces hygroscopicus 2종 (총 12종 확보)
- 총채벌레에 대한 살충력 평가
: Lecanicillium lecanii, Beauveria bassiana 2종 선발 - 온실가루이에 대한 살충력 평가
: Beauveria bassiana 1종 선발
식물추출물살충성
생명공학연구원 유전자원보존실 한국식물추출물은행에서 분 양 받은 152가지식물체 추출물에 대하여 점박이 응애, 목화 진딧물, 파밤나방 유충, 온실가루이, 총채벌레에 대한 살충률 확인
- 살충성추출물: 고삼추출물, 제충국, Neem, Citronella oil, 채종유 등
- 총채벌레에 대한 살충력 평가 : 고삼추출물, Citronella, Neem 3종선발 - 온실가루이에 대한 살충력 평가 : Neem, 고삼추출물 2종 선발
Table 6. PGPR (식물생장조정능)을 갖는 우수미생물 선발
구분 보유현황 선 발
식물생장촉진 미생물
∙인산, 칼슘 가용화능력이 우수한 Pseudomonas sp. 25R
∙지베렐린 생합성 능력이 우수한 Microbacterium aurum MA-8
∙토마토 라이코펜 흡수촉진의 Saccharomyces cerevisiae, Rhodopseudomonas sp.
- 토마토 라이코펜 함량 분석을 통한 우수균주 선발 : Saccharomyces cerevisiae 외 1종 선발 Table 4. 항균미생물 및 항균성 식물추출물 선발
아직까지 미흡한 상태이다. Table 7은 기능성 미 생물의 최적배양조건 확립에 관한 내용을 정리하 였다. 이렇게 미생물과 식물추출물을 이용한 친환경 농자재 개발을 하기 위해서는 원료선발에서부터 배양 최적화, 혼합성분의 안정성 검토, 현장에서의 효과 재현성 유지 등 수행해야 할 과제들이 많이 있다. 이렇게 어렵게 연구 개발되어 시중에 판매가 되어도 그 효과가 농민 소비자들의 만족도를 충족 시키지 못해 외면당하는 경우가 비일비재하다. 오 늘도 우리 연구소의 연구원들은 우리나라의 농업 경쟁력과 친환경농업의 발전을 위해 각자 맡은 분 야에서 비지땀을 흘리며 연구에 매진하고 있다.
5. 맺음말
지금까지 우리나라의 친환경농산물을 생산하는 데 필요한 친환경 농자재 개발에 대한 전반적인 이해와 실제 농업 연구 현장에서 이루어지고 있는 일들에 대하여 두서없이 적어보았다. 앞으로는 각 자의 분야만을 고집하기보다는 다른 분야와의 통 섭을 통한 아이디어 교류를 통해 획기적이고 새로 운 제품을 개발하는 시도들이 보다 더 적극적으로 이루어져야 한다는 생각으로 기존의 고정관념에 서 탈피하여 새로운 개념의 획기적인 상품들을 개 발할 필요가 있을 것으로 본다.
김 영 권
1984 서울대학교 농생물학 학⋅석사 2009 울산대학교 미생물학 박사 1986∼1988 현대중공업 유전공학연구소 1988∼1995 고려화학 BIO-TECH팀 2005∼현재 고려바이오(주) 대표이사 2009∼현재 친환경농자재협회 부회장 2010∼현재 미생물농약기업협의회 부회장한국농업미생물연구회 이사
구분 액체 배양 조건 확립 고체 배양 조건 확립
배지조건 산업용 배지를 적용한 대량 액체 배양은 수용성 배지화 로 미생물의 배양밀도 및 증식속도 증가시키고 불수용 성 질소원의 수용성 대체(아미노산류 0.75%)
Carrier로서 쌀, 기장, 쌀보리, 수수를 이용하고, 배양 촉진제로서 대두분, yeast extract을 0.1∼0.5% 첨가 하여 고체배양
배양조건 배양온도 25∼28℃, 배양기간 3일 함수율 45∼50%, 배양온도 25℃, 배양기간 20일
배양 안정성 12개월 이상의 장기 안정성 확보 12개월 이상의 장기 안정성 확보
생산수율 액상 : 8.0 × 109 cfu/mL 이상
건조분말 : 3.0 × 1010 cfu/mL 1.5 × 109 cfu/g Table 7. 기능성 미생물의 최적배양조건 확립
참 고 문 헌
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