(사)한국원예학회는 지난달 24일부터 27일까지 대전컨벤션센터에서 원예산업신문 등이 후원한 가운데 ‘(사)한국원예학회 창립 60주년·국립원예특작과학원 개원 70주년 기념 국제 심포지엄 및 2023 춘계학술발표회’를 성황리에 개최했다. 이에 심포지엄 및 춘계학술발표회의 주요 발표 내용을 요약했다.

# 교배장벽 극복 … 이종 간 교배 활용 품종 육성

▲허진회 서울대학교 농림생물자원학부 교수 ‘‘우의 삼각형’: 우장춘 박사의 ‘종의 합성’ 이론과 교배장벽 현상 재조명’ = 우장춘 박사는 국내 원예 산업과 학문의 발전에 큰 공헌을 한 세계적 육종학자다. 우장춘 박사는 1935년 발표한 논문에서 배추속 식물 간의 종간 교배에 의해 유채를 비롯한 종간잡종 식물이 합성되었음을 보고하였다. 우장춘 박사는 배추속 식물 간 교잡종의 염색체 수 변화에 착안하여 새로운 종이 만들어질 수 있음을 입증하였으며, 이를 ‘우의 삼각형’ 모델로 집대성하였다. 유전적으로 거리가 먼 종 간의 교배는 유용 유전자의 도입 및 새로운 형질 창출을 가능하게 하며, 잡종 강세 현상 활용의 수단이기도 하다. 그러나 이종 간 교배는 자연적으로 매우 드물게 발생하며, 간헐적으로 만들어지는 교잡종이라 할지라도 흔히 생육 불량, 유전적 불안정성, 불임 등의 문제점을 안고 있다. 이는 수정 전후에 작동하는 교배장벽 혹은 생식장벽에 기인한다. 교배장벽은 수정 전 화분 발아 및 화분관 신장 억제, 그리고 수정 후의 배발생 불량, 생육 저하, 그리고 불임 등으로 발현된다. 그러나 정확한 교배장벽 발생 요인 및 범위, 그리고 극복 메커니즘에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 따라서 교배장벽의 상세 요인을 규명하고 이를 극복할 수 있는 방법의 모색은 이종 간 교배를 활용한 품종 육성에 매우 중요한 의미를 갖는다. 진화적으로도 이미 분화한 종은 더 이상 종착역이 아닌 교배를 통한 새로운 종 합성의 시작점이 될 수도 있음을 시사한다. 이종 간 잡종은 흔히 양친의 특성을 복합적으로 발현하며, 이는 유전체 친화성에 기반한 유전자 발현 네트워크의 재구성을 요구한다.

# 일본, 데이터 구동형 농업 실현 가속화 전망

▲안동혁 일본 국립연구개발법인 농업·식품산업기술종합연구기구 야채화훼연구부문 박사 ‘일본의 시설원예 산업 및 학문 영역의 금후 발전 전략’ = 일본에서 원예작물은 농업산출액의 약 40%를 차지하며, 신규 취농자의 85%가 중심작목으로 선택할 만큼 인기가 있다. 시설원예는 이러한 원예작물의 공급과 가격의 안정화에 중요한 역할을 하는 필수산업임에도 불구하고, 생산면적 및 생산량의 감소, 생산자의 고령화, 노동력 부족, 기후변동에 의한 자연재해, 에너지 코스트의 급등 등 해결해야 하는 과제가 산재하고 있다. 원예용 시설면적은 감소추세가 계속되고 있지만 생산성의 향상은 뚜렷하지 않은 상황이다. 노동생산성이 낮은 것도 문제점의 하나다. 일본은 최근 ICT, IoT, AI, 로보트 등, 타 산업의 첨단기술을 활용한 스마트 농업으로의 전환이 주요 테마가 되어 스마트 농업 실증 프로젝트가 전국적으로 행해지고 있다. 시설원예 분야에서는 오래 전부터 환경제어 시스템이 보급되어 있었으나 중소규모의 시설들을 포함해 환경의 가시화 시스템이 본격적으로 보급된 것은 최근 몇 년의 일이라 할 수 있다. 데이터 또한 환경정보에 치우쳐 있는 상태이므로 연구분야에서는 데이터 활용 시스템의 개발과 생육 데이터, 작업 관리 등의 센싱기술 개발에 주력하고 있다. 제조업체가 다른 시스템 간의 호환성이나 출처가 다른 데이터 간의 활용에 많은 과제가 남아 있다. 진정한 스마트 농업의 실현을 위해서는 각종 데이터 간의 순조로운 연계가 중요하다. 그래서 제안된 것이 농업 데이터 연계기반인 WAGRI다. 민간기업, 관공서, 연구기관 등이 가지고 있는 각종 데이터를 WAGRI를 경유해 농기계 메이커나 ICT벤더, 농업관련 단체에 제공하여 생산현장에 유익한 인터넷 서비스의 개발을 지원하고 있다. 기상, 지도, 통계, 센서, 병해충, 생육예측 데이터 등을 공통된 방식으로 연계시킴으로써 이제까지 실현하지 못했던 고도의 기술도입이 가능하게 되었다. 개발된 연구성과 또한 API 형태로 구축하면 여러 방면으로의 보급이 활성화될 수 있다. 최근 WAGRI를 이용한 사례가 늘고 있어 데이터 구동형 농업의 실현 가속화가 기대된다.

# 농업 현장 활용가능한 저비용 시스템 연구개발 병행돼야

▲송승욱 (주)포도 디지털신기술사업단 상무 ‘채소 작물 연구를 위한 영상분석 기술’ = 농업분야에 최신 기술들을 적용하기 위한 노력도 활발하게 진행되고 있으며 디지털농업, 스마트농업 그리고 최근에는 Ag-Tech라는 용어로 그 추세를 가늠할 수 있다. 채소 작물의 생육 모니터링, 품질, 병충해 모니터링과 분석에 영상분석기술을 활용하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 이상기후 현상에 대응하기 위한 내병내재해성 작물을 연구하고, 고품질 작물을 개발하기 위한 육종 및 재배환경 관리 연구에도 영상분석 기술이 활발히 사용되고 있다. 최근에는 농업현장에서 노동력을 절감시키고 상품성과 생산성이 높은 작물을 재배하기 위한 영상 활용 기술개발도 진행되고 있다. 최근 AI 기술과 빅데이터 기술의 결합으로 과거에는 불가능했던 다양한 분석과 모델 개발이 가능해지고 있다. 이러한 발전은 작물의 생육 및 품질 예측 모델 개발에서도 활발하게 활용되고 있다. 고해상도 RGB영상, NIR 파장대의 영상을 활용한 다분광영상, 그리고 높은 분광해상도를 가진 초분광영상과 3D 데이터 취득이 가능한 라이다 영상을 각각 활용하거나 융합하여 채소작물 연구와 기술 개발에 활용할 수 있으며 이러한 영상취득 장치는 노지환경, 온실, 식물 공장, 정밀 작물 영상 분석 챔버, 스마트팜 로봇 그리고 드론이나 자율주행 트랙터와 같은 무인구동플랫폼 등 다양한 플랫폼에 장착되어 활용될 수 있다. 영상분석 기술의 효과적인 활용을 위해서는 사전에 대상 작물·품종별 많은 영상 데이터와 참조 데이터를 구축하고 태깅하는 작업이 선행하여야 하며, 특이도와 민감도 검증 등 선행연구가 진행되어야 한다. 또한 초분광 영상장치와 같은 고가의 장치를 농업 현장에서 활용하는 것은 경제적인 한계가 있으므로 이를 해결하기 위한 가성비 높은 저비용 시스템의 연구개발도 병행되어야 한다.

# 한국 과수 경쟁력 높이는 2차원 평면수관

▲윤태명 경북대학교 원예학과 교수 ‘2차원 과원체계의 개념과 전망’ = 2010년대에 M.9 대목 하나에 2개의 초방추형을 세우는 2축형이 등장하면서 재식밀도는 낮추되 축수는 늘림으로써 개원비 부담을 줄이고 수세를 쉽게 안정시킬 수 있으면서도 수관 용적률은 크게 높일 수 있었다. 초방추형으로 평면 수관인 만큼 열간거리를 더 좁게 해도 기존의 과수용 농기계 이용이 가능하고, 수폭이 좁은 만큼 채광이 우수하여 품질은 더욱 향상되는 장점이 있다. 2축 묘목을 이용하면 4, 6, 8축 등 축수를 쉽게 늘릴 수 있고 한 대목에서 축수가 늘어갈수록 왜화 효과가 커지고 수고가 낮아지며 수폭은 더욱 좁아진다. 이탈리아에서는 포도 울타리식 수형에서 착안하여 사과나무의 원줄기를 포도처럼 수평으로 눕히고 측지를 20~30cm 간격으로 수직으로 세워 바로 결실시키는 사과 구요형으로 진화하였다. 구요형은 수직축을 상황에 따라 갱신함으로써 결실부를 2.5m 이하로 낮출 수 있어서 사다리 없이 관리할 수도 있다. 2차원의 평면수관 과원체계는 영세한 경영규모에 생산성이 낮고 인력의존도가 높은 고비용의 생산구조로 날로 악화되고 있는 한국 과수의 경쟁력을 획기적으로 높이는 돌파구가 될 수 있을 것이다. 평면수관의 다축형은 3차원의 원뿔형 수형에 비해 엽면적 대비 수관 표면적이 넓어 햇빛 이용이 극대화되면서 품질과 수량을 더욱 높일 수 있다. 또 지금까지는 인력에 의존하던 전정, 적화, 적과, 적엽, 수확 등의 작업을 기계로 전환할 수 있으며, 인력으로 하더라도 더욱 빠르고 정확하게 할 수 있다. 수고는 낮출 수 있어 작업위험도가 낮아지고 작업효율이 크게 높아지는가 하면, 태풍에도 잘 견딘다. 뿐만 아니라, 다수의 수직축에 짧은 결과지를 착생시켜 결실시키므로 수확지수가 높고 농자재 투입이 절감되며, 간단한 추가 시설로 유해 조수피해, 서리나 우박 등 기상재해를 회피할 수 있고 나아가 무농약 또는 유기재배까지 가능하다. 이어서 작고 가벼우며 다루기 쉬운 농기계로 관리할 수 있어 노약자나 소규모 경영체도 경쟁력 있는 경영이 가능하고 센서기술, 통신기술, IoT, 빅데이터. 인공지능, 로봇 등 첨단기술을 접목하여 과수에서 스마트농업, 디지털농업을 실현할 수 있다.

# 다품종 농작물 분산 작업 위한 기술개발 추진

▲서갑호 한국로봇융합연구원 본부장 ‘농산물 풀필먼트 산지유통센터 구축 및 핵심기술 개발 과제 소개’ = 현재 운영 중인 농산물 산지유통센터(APC)는 단일 농산물을 집중 관리하도록 설계되어 있어 농산물 생산 및 유통 시기에 작업이 집중되어 연간 가동일이 약 153일, 연간 가동률이 35.97%에 불과하다. 이로 인해 고가의 첨단시설의 활용성 문제가 발생하고 있다. 또한, 작업자가 설비 간의 작업 연계를 위해 이송 및 청소 작업을 수행해야 하므로 작업 효율이 저하된다. 이에 농산물 유통의 디지털 전환에 대응하여 5G, 로봇, 센싱, 자율주행 기술을 기반으로 한 다품종 농작물에 대한 분산 작업이 가능한 복합 신선 농작물 풀필먼트센터 구축 기술을 개발하고 현장 실증한다. 먼저 수확시기가 다른 농산물을 하나의 APC에서 대응하기 위해 선별·포장기를 모듈화하여 농산물에 따른 교체가 가능하도록 개발한다. 농산물 상품화 작업을 위한 이송 라인은 공용으로 활용하고 농산물에 따라 선별기를 교체가 가능하도록 하여 동일 공간에서 다품목 농산물이 대응 가능한 복합APC를 구현한다. 이를 통해 하나의 APC에서 수확 및 출하 시기가 다른 다양한 농산물을 처리함으로써, 시설의 가동 유휴시간을 최소화하고 연간 가동률을 향상시킨다. 또한, 무인 지게차형 중량물 리프팅 로봇과 환경 관리 모니터링 및 청소 로봇을 도입하여 작업자의 작업효율성을 개선한다. 자율주행 기술과 비정형 중량물 리프팅 로봇을 활용해 설비 간 농산물의 이동을 자동화하며, 지속적인 환경 모니터링 및 관리 자동화를 통해 작업자의 작업 환경 개선과 효율성을 높인다. 이를 통해 APC에서 처리되는 농산물의 청결에 대한 소비자 신뢰도를 확보할 수 있다. 아울러 5G 기반의 APC 운영 관제 기술을 개발하여 농산물의 입출고 관리, 저장 및 유통 관리, 로봇 및 설비 관리를 실시간으로 수행함으로써 APC 운영자의 관리 편의성을 보장한다.

# 디지털육종시스템 통한 종자산업 활성화 도모

▲유의수 주식회사 디엔에이케어 대표 ‘데이터 기반 작물 육종을 위한 통합 디지털육종플랫폼 개발’ = 디지털육종은 방대한 데이터를 통합적·연계적으로 활용하여 목표형질을 정확·신속하게 예측하고 선발 효율을 극적으로 향상시키는 데이터 기반의 신 육종체계를 구축하여 종자 산업의 경쟁력을 강화시킬 새로운 동력으로 기대되고 있다. 데이터 기반 정밀육종의 확산을 위해서는 고품질 유전체 정보 및 다양한 표현형 정보의 생산이 필수적인 요소이며 또한 이들 정보를 연계하여 분석, 활용할 수 있는 통합시스템의 구축을 통한 정보 및 기술의 확산도 반드시 필요한 요소이다. 표준화된 분석체계, 분석환경 및 결과활용 환경을 사용자 친화적인 요소를 적용하여 디지털육종 플랫폼을 개발함에 따라, 분석 경험의 정도에 관계없이 사용자데이터(유전형, 표현형) 입력만을 통해 디지털육종기술을 효율적으로 적용할 수 있도록 구축하였다. 이를 위해 유전체 및 표현체 정보의 생산, 관리, 분석, 활용 등 데이터기반 정밀육종 전 주기에 필요한 요소 분석을 통하여 세부 목표를 설정하였고 목표 간 유기적이고 효율적인 시스템 될 수 있도록 개발을 진행하였다. 세부목표는 학습집단으로 사용할 양배추 200계통과 고추(내수용 및 수출용) 400계통 대상의 유전형 정보 DB와 이들 집단에 대한 농업형질 및 육종 관심형질에 대한 3개년간의 표현형 정보 DB 구축 및 연동, 전유전체 형질연관분석(GWAS) 표준화 분석체계 및 사용자인터페이스 구축, 유전체선발 표준화 분석체계 및 사용자인터페이스 구축, 분석 결과 연동 및 유전자 기능 탐색을 위한 variants browser, 유전체 데이터 활용 효율 향상을 위한 사용자 친화적인 디지털육종 toolbox 구축을 목표로 시스템 개발을 수행하였다. 사용자 친화적인 디지털육종시스템은 유전체정보 처리 기반이 취약한 유전체 및 육종 분야 연구자들에게 표준화된 분석 체계와 정보 분석 인프라를 제공하여 유전체 정보 활용도 향상에 기여할 것으로 기대된다. 또 분석 결과를 육종현장에 적용해 선발효율 증대, 육종연한 단축을 통한 신품종생산 경쟁력 향상 및 종자산업 활성화라는 장기적 목표에 기여할 수 있을 것이다.

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