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농업미생물 자원 확보 및 실용화 기술 개발
영역 |
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어젠다 |
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대과제 |
3 |
과제 및 세부과제명 |
과제구분 |
연구분야 |
수행기간 |
과제책임자 및 세부과제 책임자 |
농업미생물 자원 확보 및 실용화 기술 개발
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기관고유 |
미생물 |
’20∼’25 |
친환경미생물연구소 |
문지영 |
1) 작물 생육촉진용 미생물 개발 및 현장 적용연구
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기관고유 |
미생물 |
’20∼’23 |
친환경미생물연구소 |
임성희 |
2) 복합 병 방제용 미생물 개발 및 현장 적용연구
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기관고유 |
미생물 |
’20∼’23 |
친환경미생물연구소 |
문지영 |
3) 시군 공급 미생물 원균 배양기준 설정 및 보급
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기관고유 |
미생물 |
’22∼’23 |
친환경미생물연구소 |
문지영 |
4) 경기 농경지 토양미생물 변동조사
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어젠다 |
미생물 |
’21∼’25 |
친환경미생물연구소 |
문지영 |
색인용어 |
친환경농업, 미생물, 생육촉진, 병 방제, 대량배양, 토양미생물 변동조사
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◈ 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.
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- 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).
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- 국내에 등록된 토양개량 및 작물생육용 미생물제는 173종, 병충해방제용 미생물제는 103종으로 알려져 있으며(2019), 국내에서 개발된 생물농약의 90%이상이 Bacillus sp.으로 펩타이드계 항균물질을 생산함.
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- 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).
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- 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.
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- 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.
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- 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.
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- 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.
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- 식물호르몬 생산, 질소고정능, 박테리오클로로필 함량 우수 등 농업적 기능성이 우수한 토착 미생물을 지속적으로 탐색하고 선발할 필요가 있음.
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- 유익한 토양미생물은 각종 양분을 가용화하고 유기질을 분해하여 토양 유기물 함량을 높여주므로 토양개량제로서의 생물비료 개발이 지속적으로 필요함
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- 농업 현장에서 미생물비료(biofertilizer)로 가장 많이 활용되고 있는 광합성세균은 IAA (indole acetic acid) 생성, 인산가용화, 질소고정 등의 역할을 함.
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- 건강한 작물 주변 마이크로바이옴을 진단하여 미생물 군집을 인공적으로 토양에 처리 하여 병을 방제하고 수량을 증가시키는 식물 마이크로바이옴 연구가 이루어지고 있음.
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- 토양근권미생물은 작물 뿌리생육 발달에 유리한 토양환경을 조성하며 토양 내 유해균과 길항작용으로 유익균을 증가시키는 역할을 함.
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- 경작지 건전토의 미생물 분포는 호기성세균, 방선균, 사상균, Pseudomonas sp., Bacillus sp., Azotobacter sp., 탈질균, 암모니아산화균, 아질산산화세균 등 있음(Suh and Shin, 1997).
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- 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).
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- 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.
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- 국내 미생물농약 연구는 1980년 전후로 기초연구가 시작되어 인삼뿌리썩음병, 모잘록병, 역병, 잿빛곰팡이병 등의 방제를 위한 연구가 수행되었음.
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- 국내 최초의 미생물농약은 2003년에 등록된 오이흰가루병 방제용 ‘탑시드액상수화제’ ((주)그린바이오텍), 배추좀나방 방제용 ‘솔빛채액상수화제’임. 현재 생물농약은 살균용 17종, 살충용 12종이 등록되어 있음.
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- 농업생태계에서 토양미생물은 다양하게 상호작용 함으로써 양분순환, 작물 생장에 큰 영향을 끼치고 있으므로 토양미생물 변동에 대한 지속적 모니터링이 필요함.
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- 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.
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- 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.
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- 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.
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- 토양질과 생태학적 기능의 평가지표로서 미생물학적 특성을 파악하는 것은 필수적이나, 관련 연구는 여전히 부족한 상황임.
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- 전국 시·군 농업기술센터 미생물 배양실 139개소에서 연간 43,463톤(2019)의 미생물제를 보급하고 있으며, 경기도는 전국 공급량의 29.9%인 13,003톤을 보급하여 공급량 1위를 기록하였음(경기도농업기술원 기술보급과).
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- 경기도는 양평, 이천, 여주의 미생물 공급량이 도 전체 공급량의 약 47.6%를 차지하며(2019), 이는 팔당유역 상수원 보호구역의 지리적 특성과 관련이 있음.
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- 도내 시군센터 유용미생물 농가 보급량은 축산용 6,648톤, 농업용 6,355톤(2019)으로 ’18년 대비 각각 6.1%, 2.9% 증가하였으며 사용이 보편화되고 있음(’18년 축산용 6,262톤, 농업용 6,174톤). 농업용은 광합성세균(676톤), 고초균(450톤), 유산균(331톤), 효모(197톤) 순으로 많이 보급됨.
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- 대부분 시군센터에서 미생물 원균은 배지 판매업체로부터 받아 배양하여 농가에 보급하고 있으며 미생물의 특성검정 및 현장효과에 대한 연구는 미비함.
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- 도내 시군센터에서 공급하는 4종의 주요 미생물에 대한 작물별 최적 처리주기, 토양정착능 등 현장적용 연구가 필요함.
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- 바실러스는 작물 생육 촉진, 병 저항성 증진, 병 방제 뿐 아니라 해충 방제, 악취 저감, 사료제조 등의 목적으로 다양한 농업 현장에 사용되고 있음(Velivelli et al., 2014).
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- 광합성세균 및 효모는 작물에 유용한 생리활성물질을 분비하며, 유산균은 토양의 난분해성 유기물을 가용화하는 역할을 함.
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- 경기도는 유용미생물 원균을 동물위생시험소(축산용), 친환경미생물연구소(농업용)에서 시군센터로 공급하고자 하며, 2019년에 동물위생시험소를 주축으로 4개 시군에 시범 공급하였음.
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- 도내 미생물생산 18개 시군센터에서 공통적으로 공급하는 광합성세균, 고초균, 유산균, 효모 4종에 대한 기능성을 검정하여 정보 제공할 필요가 있고, 우수 미생물을 수집, 선발하여 공급하는 등 원균과 배양균에 대한 체계적인 생산·관리 시스템이 필요함.
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