(사)한국원예학회는 지난 21일부터 24일까지 경주화백컨벤션센터(HICO)에서 원예산업신문 등이 후원한 가운데 ‘2025 한국원예학회 정기총회 및 제121차 춘계학술발표회’를 성황리에 개최했다. 이에 본지는 춘계학술발표회의 주요 발표 내용을 요약했다.

# AI 기반 사전예측형 방제체계로 전환 제안

▲이석찬 성균관대학교 생명공학대학 융합생명공학과 교수 ‘식물바이러스 연구의 과거, 현재 그리고 미래’ = 19세기에 TMV가 바이러스로서 처음 보고된 이래 TMV는 현대 바이러스학 및 분자생물학의 발전에 중요한 기여를 했다. 특히 TMV는 바이러스 입자의 3차원 구조 분석과 바이러스 입자가 자가조립 과정을 거쳐서 virion이 완성된다는 사실을 밝히는 데 기여했다. 최근에는 이러한 지식들이 생명공학 산업에 응용돼 새로운 신약 개발과 단백질 구조 분석 연구에도 활용되고 있다.
이와 같이 바이러스가 기초연구에 있어서 일부 기여한 바가 크지만 실제 식물 바이러스 질병은 전 세계 농업에 심각한 위협이 되고 있으며, 특정 바이러스의 경우는 상당한 수확량 손실로 이어져 식량 안보에 영향을 미치고 있다. 바이러스는 기주 식물에 따라서 각기 다른 형태로 감염을 시키는데, 바이러스에 따라서 기주범위는 다양하다. 기주식물도 하나의 식물에 소수의 바이러스만 감염되기도 하고, 또 다양한 바이러스가 감염되기도 한다.
특히 토마토의 경우는 Begomovirus, Orthotospovirus, Tobamovirus, Potyvirus, 그리고 Crinivirus 등 다양한 바이러스가 피해를 주고 있다. 바이러스학, 분자생물학과 분자육종학이 발전하면서 바이러스에 대한 저항성 유전자가 분리 및 보고돼 현재 바이러스 그룹에 따라서 Ty 유전자, Sw 유전자, Tm 유전자, Pot 1 유전자 등이 다양한 야생 식물에서 분리돼 바이러스 저항성 품종 개발에 도입되고 있다.
그러나 이러한 바이러스 저항성 유전자는 바이러스의 빠른 mutation, recombination, 여러 바이러스 간 co-infection 또는 새롭게 유입된 emerging virus에 대해서는 저항성 효과가 떨어지고 있어 새로운 저항성 유전자의 발견이나 여러 바이러스에 대해서 광범위한 저항성을 보이는 육종기술 개발이 필요하다.
현재 보고된 다양한 바이러스 병에 대해 지금까지 보고된 저항성 유전자만으로는 바이러스 병에 효과적으로 대처하기에는 부족하고, 또 모든 바이러스에 대해 저항성 유전자를 분리하고 활용하는 것도 현실적으로 어렵다. 생명공학 기술이 발전해 분자육종이 갖고 있는 한계에 대해서 RNA 간섭(RNAi), 크리스퍼/Cas 시스템, plantibody 활용, 형질전환 식물 개발과 같은 생명공학 기술은 바이러스 저항성 작물을 개발하는 데 새로운 전략을 제공했다.
그리고 PCR과 차세대 염기서열 분석(NGS)을 포함한 신속 정밀 진단은 바이러스 예방과 방제에 기여하고 있다. 최근에는 여러 오믹스 기술에 기반해 식물과 바이러스 간의 상호작용을 이해하고 있으며, 합성 생물학과 시스템 생물학은 바이러스 저항성 작물 개발에 새로운 방향을 제시하고 있다.
하지만 이제는 바이러스 병의 경우 대부분 바이러스가 문제가 된 이후에 바이러스 진단과 역학 그리고 방제에 대한 연구를 수행해 왔던 과거의 경험에서 벗어나, 미래에는 과거에 축적된 모든 자료를 토대로 미래 발생 가능한 바이러스를 AI 기반 딥러닝 기술의 도움으로 바이러스 발생과 변이를 예측해 미래를 준비하는 연구로 변화해야 한다.
최근에는 국가 간 인구이동이 늘며 교역량이 급격히 증가하고 있고, 특히 기후 변화는 바이러스 확산, 매개체 역학, 기주 감수성을 변화시켜 바이러스 병 문제를 더욱 악화시키므로 식물 바이러스병 관리는 여전히 바이러스-기주 상호작용의 복잡성, 급속한 바이러스와 기주의 상호작용, 바이러스의 빠른 진화, 그리고 기후 변화와 같은 환경적 요인으로 인해 여전히 어려운 과제이다.
특히 기후온난화로 변화된 환경 하에서 국가 간 바이러스의 이동이 빨라진 요즘은 국제 협력과 강화된 생물보안 조치가 중요하기에 바이러스에 대해 효율적으로 또는 선제적으로 대처하기 위해서는 연구자, 육종가, 농부, 정책 입안자들이 함께 노력해야 한다.

# 기후위기 대응 위한 품종 육성 및 적지 보급

▲권다경 농촌진흥청 국립원예특작과학원 사과연구센터 연구사 ‘기후변화 속 지속가능한 사과 육종과 보급 방안’ = 기후변화는 전 세계 농업 환경에 중대한 영향을 미치고 있으며, 특히 사과와 같은 온대 과수의 재배 환경을 변화시키고 있다. 기상청에 따르면 우리나라의 연평균 기온은 최근 30년이 과거에 비해 약 1.6°C 상승했고, 극한 기후 현상이 빈번하고 강하게 발생하고 있다. 이러한 이상기상 현상은 사과의 생산성과 품질에 부정적 영향을 미친다. 겨울과 봄철 기온 상승은 최근 5년간 사과 개화 시기를 약 4일 앞당겨 봄철 저온 피해 위험을 증가시켰다. 생육기에 지속되는 고온 현상은 착색 불량과 지연, 과중 감소 등의 문제를 유발했다.
2010년대 전국 사과 생산량은 평균 49만 2천 톤이나, 2020년은 봄철 이상저온 현상으로 평균 대비 약 14% 감소한 42만 2천 톤에 그쳤으며, 2023년에는 이상저온과 긴장마, 우박 피해 등으로 약 20%가 급감한 39만 4천 톤에 불과했다. 또한 2024년은 특별한 기상재해나 병해충 피해가 없었음에도 불구하고 생육기에 지속된 고온으로 과실 비대가 저하돼 평균 이하인 46만 톤의 생산량을 기록했다.
기온의 상승은 사과 재배지 북상 현상과도 관련이 있다. 경상북도는 여전히 최대의 사과 주산지이지만, 재배면적 비중은 2010년 63%에서 2024년 58%로 감소한 반면, 강원도는 같은 기간 0.7%에서 5.2%로 증가했다. 사과 재배 적정 연평균 기온은 8~11°C이나, 농촌진흥청 사과연구센터가 위치한 군위군의 최근 10년간 연평균 기온은 12.8°C로 과거 대비 1.0°C 상승했고, 특히 2022년 이후에는 13.0°C 이상을 기록하고 있다.
기온 상승은 과실 품질도 복합적인 영향을 미치며, 그중 가장 대표적인 문제는 착색 불량과 지연 현상이다. 착색 불량으로 인한 상품성 저하 발생이 많았던 군위군의 최근 사과 재배면적은 2015년 530ha에서 2023년 410ha로 23% 감소했고, 같은 기간 복숭아와 자두의 재배면적은 각각 29%, 16% 증가해 작목 전환이 진행 중임을 확인할 수 있었다.
농촌진흥청 사과연구센터에서는 지금까지 생식용 31품종, 대목 3품종, 꽃사과 8품종, 중간모본 2품종 등 총 44품종을 개발했다. 특히 여름철 고온에도 착색과 과실 비대가 우수한 ‘이지플’, ‘아리수’, ‘컬러플’, ‘만홍’ 품종과 착색 관리가 필요 없는 황색 품종 ‘골든볼’, ‘황옥’을 개발해 보급 중이다.
향후 육종 방향으로는 생육기 고온에 강한 내서성 품종, 착색 관리가 필요 없는 품종, 봄철 저온 피해를 회피할 수 있는 만기 개화성 품종 등의 개발을 추진할 계획이다.
보급 전략으로는 지역별 기후와 환경 특성에 맞는 적지 적품종을 전략적으로 선발해 지역별 전문생산단지 조성을 추진하고 있다. 예를 들어 착색 문제로 어려움을 겪고 있는 군위군과 같은 지역에는 착색 관리가 필요 없는 황색 여름사과 ‘골든볼’을 보급해 재배 효율성과 농가의 소득 안정성을 높이고 있다.
이와 함께 품종별 특성에 맞춘 재배기술 교육과 현장 컨설팅을 병행해 농가의 대응 역량을 강화할 예정이다.

# 광독립영양 기반 스마트팜 묘 증식기술, 보식 비용 절감

▲나해영 국립목포대학교 생명·의과학대학 원예산림학부 교수 ‘스마트팜 기술을 활용한 영양번식작물 무병 건전묘 대량 증식 시스템 구축’ = 스마트팜 기술을 활용해 영양번식작물의 무병 건전묘 대량 증식 시스템을 구축하는 것은 지속 가능한 농업 실현과 국내외 경쟁력 강화를 위해 필수적이다.
특히 딸기는 연간 총생산액이 1조 6,000억 원에 달하며, 수출 주력 품목으로 자리 잡고 있으나 바이러스 감염으로 인한 생산성 저하와 품질 저하 문제가 지속적으로 발생하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 광독립영양 시스템과 식물공장 활용 묘 증식법을 결합한 새로운 무병 건전묘 생산·증식 시스템이 필요하다.
광독립영양 시스템은 강광과 고농도 CO₂를 이용해 식물체가 독립적으로 광합성을 할 수 있도록 돕는 기술로, 조직배양묘의 순화 과정에서 고사율을 크게 낮추고 건강한 묘를 생산할 수 있다. 이를 통해 정식 후 활착률을 높이고, 기존 대비 10배 이상의 생존 및 건전묘 생산 효율을 기대할 수 있다.
또한 식물공장을 활용한 묘 증식법은 무병 건전묘의 연중 생산을 가능하게 해 기존 대비 증식 효율을 10배 이상 향상시킬 수 있다. 광독립영양 시스템과 식물공장 활용 묘 증식법을 결합해 개발된 새로운 증식 시스템은 농가의 묘 보식 비용을 50% 이상 절감하고, 무병 건전묘 보급률을 획기적으로 높임으로써 영양번식 작물의 생산성과 경쟁력을 크게 향상시킬 것으로 기대된다.
특히 딸기의 경우, 정식 시 매년 10~50%의 묘 고사율로 인해 발생하는 연간 240-1,200억 원의 보식 비용을 절감해 농가 소득 안정화에도 큰 도움이 될 것이다.
또한 이 시스템은 딸기 컨테이너형 스마트팜 플랜트 수출과 연계해 한국 농업 기술의 국제 경쟁력 강화에도 기여할 수 있다. 현재 중동 등 여러 나라에서 한국의 딸기 스마트팜 기술을 적극 도입하고 있는 상황에서 무병 건전묘의 안정적 공급은 수출 경쟁력을 높이는 핵심 요소가 될 것이다.
나아가 무병 건전묘 생산 및 대량 증식 센터를 구축해 지속 가능한 농업 환경을 조성하고, 한국형 스마트팜 기술의 글로벌 확산을 도모할 수 있을 것이다.

# 다축형 수형, AI 기반 과실 검출 정확도서 세장방추형보다 우수

▲전종훈 경북대학교 원예과학과 교수 ‘다양한 사과나무 수형에서 인공지능 기반 과실 검출 정확도 비교’ = 최근 국내 사과 재배는 기존의 세장방추형에서 벗어나, 기계화 및 정밀 농업에 적합한 다축형 수형으로 빠르게 전환되고 있다.
다축형 수형은 수광 효율 향상, 과실 품질 균일성 확보, 관리의 편리성 등 다양한 장점을 가지고 있어 차세대 사과 재배 방식으로 주목받고 있다. 그러나 지금까지 수행된 과실 검출 연구는 대부분 전통적 세장방추형에 집중돼 있으며, 구조가 다른 다축형 수형에서 인공지능 기반 과실 검출 정확도에 대한 연구는 부족한 실정이다.
이에 본 연구는 다양한 수형과 나무 연령을 대상으로 인공지능 기반의 과실 검출 정확도를 비교해, 다축형 수형의 정밀 농업 적용 가능성을 평가하고자 했다. 본 연구에서는 인공지능 모델 학습을 위해 대용량(F: 24,178장), 중간(M: 10,713장), 소용량(S: 1,661장)으로 구분된 세 가지 데이터셋을 구축했다.
이 중 중간 규모의 데이터셋에 대해 하이퍼파라미터를 최적화한 모델(M)이 가장 우수한 성능을 보였으며, 이 모델을 활용해 다양한 수형을 가진 실제 사과나무 영상에서 과실 검출 실험을 진행했다.
분석 결과, 다축형 수형에서 전반적으로 높은 과실 검출 정확도가 나타났다. 특히 5년차 구욧형은 88.7%(55/62), 7년차 이축형은 84.6%(55/65)의 높은 정확도를 보였다. 이는 동일한 5년차 연령의 초방추형(83.0%, 39/47)이나 7년차의 세장방추형(71.4%, 15/21)보다 나은 탐지 성능을 보였다.
또한 세장방추형에서는 나무가 오래될수록 정확도가 급격히 감소해 14년차는 37.1%(33/89), 16년차는 46.2%(43/93)의 경향을 보였다. 반면, 다축형 수형은 연령이 증가해도 꾸준히 80% 이상의 높은 검출률을 유지했다.
이러한 결과는 다축형 수형의 개방적이고 수광이 유리한 구조가 인공지능의 과실 인식에 유리하게 작용했기 때문으로 분석된다. 본 연구는 수형별 구조적 차이가 인공지능 기반 과실 검출 정확도에 미치는 영향을 체계적으로 검증한 사례로, 향후 정밀 농업 기술 개발을 위한 중요한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.
[본 연구는 2024년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임 (No. 한국연구재단에서 부여한 과제 관리 번호: RS-2024-00414416)]

# 참당귀·황기 복합물, 전립선 건강 기능성 원료로 식약처 인정

▲김금숙 농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부 ‘특용작물의 새로운 가치, ‘건강기능식품 원료’ 개발’ = 특용작물은 2000년 이후 웰빙 트렌드를 타고 점차 소비가 증가하고 있다. 특히 약용작물로서 한약재이면서 식품 원료로도 사용할 수 있는 작물의 성장세가 뚜렷하다.
한편, 건강기능식품 국내 시장은 2023년 5.2조 원의 시장을 형성할 정도로 지속적 성장세를 보이고 있는데, 여전히 수입산 원료의 비중은 큰 편이다. 그러나 최근 코로나19 위기를 거치면서 제약, 식품, 화장품 등 소재 원료의 해외 수급 불안정 상황이 발생하고, 이로 인한 안정적인 공급체계의 필요성이 강조되면서 기업의 국내산 원료 선호도가 높아지는 추세이다.
국내산 특용작물 또는 자생식물 자원으로 건강기능식품 및 바이오소재 원료를 개발하는 경우, 원료 표준화가 유리해 품질관리가 쉽고, 안정적인 생산 기반 조성이 용이하며, 소비자의 원료에 대한 신뢰도를 높일 수 있기 때문에 여러모로 장점이 많다. 또한 국내산 특용작물 및 자생식물 자원을 원료로 개발해 제품화하면, 그 작물을 재배하는 농가에서도 소득이 증진되는 효과가 있다.
따라서 농촌진흥청에서는 기능성이 우수한 농산물을 발굴해 민관 협력을 통해 건강기능식품의 원료를 개발하는 연구사업을 활발하게 추진하고 있다. 그간 농촌진흥청에서는 인삼과 같은 고시형 원료를 비롯해 여러 작물에서 우수한 기능성을 발굴해 지금까지 총 14개의 건강기능식품 원료를 식약처로부터 인정받았는데, 그중 8개가 인삼·약용작물과 같은 특용작물 원료이다.
백삼(인삼)의 뼈 건강 기능성은 홍삼에서는 없는 기능성이기 때문에 인삼제품 다양화 및 인삼 소비 활성화에 기여할 것으로 전망된다. 우리 사회가 초고령사회에 진입하면서 전립선 비대증은 최근 10년 동안 환자가 57%가 증가할 정도로 예방이 중요한 관심 질환이 됐다.
전립선 비대증을 개선하는 데 도움을 주는 건강기능식품 원료는 대부분 수입 원료에 의존하고 있는 실정인데, 우리 연구진은 국내산 특용작물 중에서 수입 원료를 대체할 수 있는 새로운 전립선 건강 원료로서 참당귀·황기 추출 복합물을 개발했다. 참당귀·황기 추출 복합물은 40세 이상 75세 이하의 남성 84명을 대상으로 실시한 인체적용시험에 성공해 최근 식약처로부터 건강기능식품 원료 인정을 받았다(제2024-28호).
흑삼은 홍삼이나 백삼에 비해 인지도가 낮고 제품도 제한적이지만, 새로운 가공 인삼 원료로서 잠재적 상품가치가 높다. 건강기능식품 시장은 계속 성장하고 있기 때문에 흑삼의 새로운 기능성으로 기능성 원료를 개발한다면 인삼 산업 활성화와 소비자 건강 증진을 도모할 수 있다.
우리 연구진은 안전하고 경제적인 흑삼 제조를 위해 3~4회 증숙과 60°C 이하의 건조로 벤조피렌의 함량을 허용기준치 이하로 저감시키는 제조공정을 개발했다. 흑삼 특유의 지표 성분으로는 진세노사이드 Rg3, Rg5, Rk1을 설정했다.
이러한 결과를 토대로, 지난 2023년 3월에 인삼산업법 시행규칙의 흑삼에 대한 제조·검사기준 부분이 개정 시행됐다. 흑삼 기능성에 대해서는 전립선 건강과 간 건강 개선 효과에 대한 인체적용시험이 진행 중이다.
특용작물에서 우수한 기능성을 발굴하고 원료 표준화 기술을 개발해 ‘건강기능식품 원료’ 개발을 실현하고, 특용작물의 새로운 가치를 발굴하는 노력은 궁극적으로 특용작물을 경쟁력 있는 그린바이오 소재 자원으로 활용함으로써 농업과 산업의 동반 성장 및 소비자 건강 증진에 크게 기여할 것이다.

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