연구개발의 필요성

농업미생물은 화학비료와 농약을 대체할 수 있는 가장 중요한 친환경농업의 자원이며, 친환경 재배작물 농가에서는 작물생육촉진, 양분공급(생물비료), 병충해방제(생물농약) 등을 목적으로 유용한 미생물을 활용하고 있음.

친환경농산물에 대한 수요 증대, 친환경농업 및 녹색성장에 따른 유용미생물의 수요와 시장 증가로 작물 생육촉진 및 병방제에 활성을 가지는 미생물제 개발이 확대되고 있으며, 미생물제로 가장 많이 상용되는 바실러스는 내생포자를 생성하여 제제화하기 용이한 미생물로 활용도가 높음(Nicholson, 2002; Cawoy et al., 2011).

국내에 등록된 토양개량 및 작물생육용 미생물제는 173종, 병충해방제용 미생물제는 103종으로 알려져 있으며(2019), 국내에서 개발된 생물농약의 90%이상이 Bacillus sp.으로 펩타이드계 항균물질을 생산함.

세계 미생물제품 시장 규모는 2,590억 달러(297조원, 2016년)이고, 그 중 농업미생물 시장은 23억 달러(2조6,400억원, 2015년) 수준임. 농업미생물 시장은 연간 평균 15.5% 성장하여 2020년까지 47억 달러(5조4,300억원)까지 성장할 것으로 예상됨(Global Agricultural Microbials Market–Growth, Forecasts and Trends(2016-2021), Research and Markets).

국내 미생물 시장 규모는 3.4조원(2016)이며, 그 중 미생물비료가 297억, 미생물농약이 139억 정도임. 국내 미생물 시장의 대표 기업으로는 팜한농, 그린바이오텍, 대유(농업용), CTC바이오, 대호(축산용), 대상, CJ, 국순당, 오뚜기, 샘표(식품용) 등이 있음.

우리나라는 균주 16만여주를 보유한 세계 5위 미생물자원 보유국(Linhuan Wu et al., 2016)이고 신규 미생물 발굴 능력이 우수하지만(과학기술정책연구원, 2011), 미생물제품으로 사업화나 실용화가 미흡한 수준임.

세계적으로 생물다양성이 감소되는 상황으로 1992년 생물다양성협약(Convention on Biological Diversity)이 채택됨. 생물다양성협약은 생물 및 유전자원에 대한 국가의 주권적 권리가 인정되고, 이용으로부터 발생하는 이익의 공정하고 공평한 공유를 규정함.

2010년 UN 생물다양성협약 10차 총회에서 ‘생물 및 유전자원에 대한 접근 및 그것으로 인하여 발생되는 이익의 공유’를 다룬 나고야의정서(ABS; Nagoya Protocol on Access and Benefit Sharing) 채택됨. 우리나라도 2018년 8월 18일, 나고야의정서 이행을 위한 유전자원법이 전면 시행되어 외국의 생물 및 유전자원을 사용할 때 제공국에게 사전에 통보하여 허가를 받고, 발생한 이익에 대하여 대가(로열티)를 지불해야 함. 이로 인한 분쟁이 생겼을 경우, 우리나라는 환경부 국립생물자원관에서 대응, 교육 등을 수행함.

식물호르몬 생산, 질소고정능, 박테리오클로로필 함량 우수 등 농업적 기능성이 우수한 토착 미생물을 지속적으로 탐색하고 선발할 필요가 있음.

유익한 토양미생물은 각종 양분을 가용화하고 유기질을 분해하여 토양 유기물 함량을 높여주므로 토양개량제로서의 생물비료 개발이 지속적으로 필요함.

농업 현장에서 미생물비료(biofertilizer)로 가장 많이 활용되고 있는 광합성세균은 IAA (indole acetic acid) 생성, 인산가용화, 질소고정 등의 역할을 함.

건강한 작물 주변 마이크로바이옴을 진단하여 미생물 군집을 인공적으로 토양에 처리 하여 병을 방제하고 수량을 증가시키는 식물 마이크로바이옴 연구가 이루어지고 있음.

토양근권미생물은 작물 뿌리생육 발달에 유리한 토양환경을 조성하며 토양 내 유해균과 길항작용으로 유익균을 증가시키는 역할을 함.

경작지 건전토의 미생물 분포는 호기성세균, 방선균, 사상균, Pseudomonas sp., Bacillus sp., Azotobacter sp., 탈질균, 암모니아산화균, 아질산산화세균 등 있음(Suh and Shin, 1997).

밭토양에서 분리된 인산가용화균은 Bacillus pumilus, Breviacillus sp., Paenibacills peoriae, Cedecea davisae, Pseudomonas chlororaphis, 시설재배지 토양에서 분리한 인산가용화균은 Bacillus lentimorbus, Bacillus megaterium, Cellulimonas biazotea, Cellulomonas turbata 등이 있음(Shu and Kwon, 2008).

식물에 대한 양분흡수는 토양의 pH에 의해 영향을 받으며 작물마다 재배 적합 pH는 다르지만, 일반적으로 pH 6.5 내외에서 토양의 미네랄 및 칼슘이 풍부하므로 토양의 산성화를 막는 것이 중요함.

국내 미생물농약 연구는 1980년 전후로 기초연구가 시작되어 인삼뿌리썩음병, 모잘록병, 역병, 잿빛곰팡이병 등의 방제를 위한 연구가 수행되었음.

국내 최초의 미생물농약은 2003년에 등록된 오이흰가루병 방제용 ‘탑시드액상수화제’ ((주)그린바이오텍), 배추좀나방 방제용 ‘솔빛채액상수화제’임. 현재 생물농약은 살균용 17종, 살충용 12종이 등록되어 있음.

농업생태계에서 토양미생물은 다양하게 상호작용 함으로써 양분순환, 작물 생장에 큰 영향을 끼치고 있으므로 토양미생물 변동에 대한 지속적 모니터링이 필요함.

일반농경지를 대상으로 토양미생물의 서식지에 영향을 주는 주요인자인 토양의 물리적·화학적인 특성에 관한 조사는 꾸준하게 이루어져 왔으나, 미생물 특성 조사 및 데이터베이스(DB) 구축은 여전히 부족한 상황임.

토양 내 생물다양성에 미치는 효과의 객관적인 평가를 위해 핵심지표를 이용한 지속적 모니터링이 필요하며 다양한 농업활동에 따른 토양 내 미생물 다양성과 군집구조 해석을 통한 토양질 평가 및 개선이 필요함.

토양질(soil quality)은 농경지 토양의 단계적 발전과정에서 토양의 물리·화학적 특성이 순차적으로 개선된 후 생물학적 특성(활성과 다양성)이 개선되면서 토양의 질과 생태적 기능이 향상될 수 있음.

토양질과 생태학적 기능의 평가지표로서 미생물학적 특성을 파악하는 것은 필수적이나, 관련 연구는 여전히 부족한 상황임.

 

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