환경조절 시스템 구축 및 품종개발 필요
# 이상 기상 환경 내성 유전자원 선발의 중요성
최근 국내·외에서 기후변화로 인한 이상기후 현상이 빈발하고 있다. 일반적으로 시설재배 과정 중 고온기와 외부 환경의 온도 변화가 클수록 냉난방 등 에너지 비용이 증가하며, 이는 곧 농가의 생산비용 증가와 농산물 가격 불안정을 초래한다. 일반적으로 토마토, 수박 및 파프리카 등은 고온성 작물로 알려져 있으나, 적정 수준 이상의 고온에 노출될 경우 작물의 생육이 둔화하며, 생리장해 및 비상품과의 발생 비율이 높아질 수 있다. 이와 같은 이상기상 환경에 대응하여 정상적으로 작물의 생산성과 품질을 유지하기 위해서는 적절한 환경조절 시스템의 구축뿐만 아니라 불량 환경조건에 내성을 지닌 유전자원의 선발과 품종의 개발이 필요하다. 농가 현장의 변화에 따라 채소 육종 회사 및 국가 연구개발 기관에서는 불량 환경 내성 유전자원을 선발하기 위한 평가시스템을 구축하기 위한 노력을 기울이고 있다.
# 채소 묘의 고온 스트레스에 민감하게 변화하는 엽록소형광 지수 선발
엽록소형광 이미징(Chlorophyll Fluorescence Imaging: CFI)은 일정 파장영역대의 인공광을 조사할 수 있는 LED 패널, 형광 발생량 및 광 이용효율을 탐지할 수 있는 카메라, 획득된 픽셀을 이미지 및 매개변수로 계상해주는 전용 프로그램으로 구성되어 있다. LED 패널을 통해 인공광을 조사하여 광합성 과정 중에서 발생하는 형광, 열 및 에너지 이용 효율 등을 개발사의 전용 프로그램을 이용하여 엽록소형광 지수 및 이미지로 표현할 수 있는 분석 기술이다. 최근 많은 연구결과들을 통해, 엽록소형광 분석 기술을 활용하여 작물의 생물적 및 비생물적 스트레스의 진단을 위한 도구로서 가능성이 높으며, 특히 비파괴적으로 작물의 생리적 상태를 판단하는 연구방법으로서 활용되고 있다. 생물적 스트레스는 병해충의 감염에 적응 또는 대처하기 위한 식물자체의 생리적 변화를 의미하며, 비생물적 스트레스는 작물을 둘러싸고 있는 다양한 외부 환경요인(온도, 토양수분, 근권 염류 농도 등)에 따른 생리적 변화를 의미한다. 식물은 재배 과정 중 다양한 생물적, 비생물적 스트레스를 받게 되면 광합성 능력의 변화가 발생하며, 이와 같은 광합성 능력의 변화를 간접적으로 측정할 수 있는 기법 중 하나가 엽록소형광 분석 기술이다. 따라서 특정 환경 스트레스에 대응하여 민감하게 변화하는 엽록소형광 지수를 선발함으로써 해당 유전자원의 특정 환경조건 하에서의 내성을 확인할 수 있으며, 비파괴적인 식물 생리적 변화의 평가 도구로 활용도가 높다고 할 수 있다.
전북대학교 원예학과 이준구 교수 연구팀은 토마토, 상추 및 수박의 유묘 단계에서 다양한 비생물적 스트레스 조건별로 민감하게 반응하는 엽록소형광 지수를 세부적으로 모니터링하였다. 대표적으로 고온 스트레스 조건에서는 NPQ, Fv/Fm, Y(PSII) 및 qP 등이 민감하게 반응하는 지수로 나타났으며, 저온 스트레스 조건에서는 Fo, Fm, Fv/Fm, NPQ 및 Y(PSII) 등 대부분의 지수가 민감하게 반응하였다. 이러한 연구결과는 2018년도부터 농촌진흥청 국립원예특작과학원과 공동연구과제를 통해 도출하였으며, 엽록소형광 이미징 분석 기술을 적용하여 토마토 유전자원을 대상으로 엽록소형광 분석기법을 환경 내성 자원 선발에 적용할 수 있는 연구결과를 도출하였다. 현재 염류, 건조, 고온 및 저온 스트레스 각각에 민감하게 반응하는 엽록소형광 지수를 선발하였으며 향후 획득된 기초 자료를 토대로 채소 묘의 스트레스 진단을 위한 엽록소형광 측정 기술 매뉴얼을 발간할 예정이다.
■이준구<전북대학교 원예학과 교수>
