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미생물이야기 미생물 이용의 새로운 관점
2013-08-06 12:31:56
이엠생명과학연구원

미생물 이용의 새로운 관점

 

 

 미생물을 이용한 농업의 비약

   

(1) 에너지 이용의 효율화와 재이용

   

미생물 이용만이 아니라, 사물의 응용에는 개념(concept) 설계가 중요하다. 개념 설계의 기본은 우선 목표를 설정하고, 그 목표를 실현하기 위한 다양한 방법을 세우는 것으로 그 목표를 구성하는 재료와 환경 및 기술을 높은 수준에서 상호 연결할 필요가 있다. 따라서 미생물을 응용하는데 있어서는 우선 농업에 대한 철학이 있고, 그 농업을 실현하기 위한 수단으로서 미생물을 응용하는 것이 순서이다.

  이상적인 농업이라고 하면 여러가지 논의가 가능하겠지만 안정적이고 건강한 먹거리를 생산하여 생산자와 소비자 모두에게 경제적, 정신적인 가치를 부여하고, 나아가서는 환경을 적극적으로 보전하며, 영속성, 자기 완결성, 자기 증식성을 유지하면서 인구 증대에 대한 먹거리의 책임을 다하는 모습이 복합적으로 연결되어 있는 상태가 바람직한 모습이라 할 수 있을 것이다.

  농업 생산은 태양 에너지와 물과 탄산가스를 기본으로 하는 광합성에서 시작하여 그 에너지를 질소 대사에 연결시킴으로써 성립하고 있는데, 그러한 원재료들은 본래 무료인 셈이다.

  "무에서 유를 만드는 것이 농업"이라고 하면 듣기는 좋지만, 경제행위로서 보면 효율이 무척 나쁘다. 그 이유는 태양 에너지 이용율이 낮은 데 있으며, 이 문제를 해결하려면 종합적인 수단으로 대응할 필요가 있다. 태양 에너지의 이용율은 이론적으로는 10∼20%의 범위라고 하지만, 실제로는 1% 이하이다. 사탕수수와 같이 광합성의 효율이 높은 C4식물에서도 그 생육 최성기때 1시간에 6∼7%를 넘는 것이 고작이고 보통 다수확이라고 하는 경우에도 3% 이하밖에 이용하지 못하고 있다.

  지금까지의 연구로 엽록체에 의한 광합성의 한계가 명확해졌다. 따라서 물질 생산의 수준을 올리는 남은 방법은 엽록체에서 사용되지 않은 가시 광선과 태양 에너지의 80% 가까이를 차지하는 적외선(열로 되어 있는 부분)의 이용, 그리고 이미 유기물로서 고정된 동식물의 잔사를 유기 에너지로서 재이용하는 등의 방법밖에 남아 있지 않다.

  광합성 세균과 남조류는 유기물이 존재할 경우 녹색 식물이 이용할 수 없는 700∼1100 나노메타의 파장을 그 활동원으로 이용하는 능력이 있다(그림 1). 그 때문에 가스나 열로 되어 소멸되는 유기물을 가스와 열로 변화시키지 않고 식물이 재이용할 수 있게 하는 능력을 가지고 있는 것이다.

  또 유기물을 가용화하는 발효균군도 식물이 유기물을 직접적으로 이용할 수 있는 환경을 만들어 내는 능력이 있다. 이처럼 태양 에너지를 직접·간접적으로 이용하고, 유기물을 유기 에너지(아미노산과 당류, 각종 활성 물질)로서 유효하게 이용하지 않는 한 지금까지의 한계를 돌파하기 어렵다.

  또 농약, 화학 비료의 오용과 과용에 의한 환경 오염과 환경 파괴 문제를 근본적으로 해결하려면 그 원인이 되는 농약과 화학 비료를 사용하지 않아도 비용 면에서 그것을 상회하는 효과를 내는 새로운 기술을 개발하는 것이 바람직하다.

  경운과 나지화(裸地化)에 의한 표토의 유출은 토양의 열악화는 물론 수질 오염과도 결부되어 있으며, 나아가 농수축산 폐기물과 하수, 생쓰레기 등도 먹기리와 관련된 큰 오염원이 되어 있다. 또 논에서 많이 발생하는 메탄가스나 유기물의 분해도 발생하는 탄산가스도 대기권에 나쁜 영향을 미친다는 지적이 있다.

  어쨌든 현재의 농업 생산은 직접 간접으로 대량의 오염원을 만들어 내고, 많은 자기 모순과 자기 파괴적 상황을 추가하고 있는데 그러한 오염을 유효에너지로 변화하여 농업 생산에 끌어 들이지 않는 한 근본적인 해경은 불가능하다.

  이러한 배경을 생각하면 지금부터의 농업 기술은 지구 수준의 에코시스템(생태계)을 전제로 하면서 이러한 문제의 해결책을 종래와는 다른 새로운 분야에서 구할 필요가 있다. 그 중에서 가장 유망시되는 것이 미생물의 세계이고 그러한 눈으로 미생물의 응용을 생각하면 저절로 길이 보일 것이다.

 

 

 

 

 

 

 

  (2) 무농약, 고품질, 초다수를 위하여

  

 다시 말할 나위도 없이 농업은 자연 방임이 아니라 자연과 대응하는 경제 행위이다. 따라서 포장의 조성은 물론, 각종 기반 정비와 재배 작물도 대부분 인위적인 수준에서 이루어진다.

  이러한 견해에서 보면 재배 환경의 구성 요소인 미생물의 세계를 인위적으로 제어하여도 이상한 것은 아닌데, 자연주의자나 자연 농법 또는 유기 농업을 지향하는 사람들은 이상하게도 이러한 생각에 강한 거부감 내지는 반감을 가지고 있다. 그 뒤에는 미생물은 어디에나 있다는 단순한 생각과 유기물만 주면 좋은 미생물이 자연적으로 증식한다는 안이한 생각이 있기 때문이다.

  분명히 그런 예가 있기는 하지만 유기물의 입수가 용이하거나 규모가 적은 경우에 한정되어 있고, 일반화하는데는 특별한 조치가 필요하다. 지금까지의 실적을 볼 때 이 원칙은 적지 적작에 합치된 경우이고, 무농약이라는 희소 가치적인 조건에서 경제성이 성립하고 있는 것이 대부분이다. 그러나 농업이라는 관점에서는 품질, 수량의 비약적인 향상이 바람직하다. 이것이 의도적으로 토양의  미생물상을 관리해야 하는 이유이다.

  적지 적작이 농업의 기본적 구성 요소라는 점을 부정할 생각은 털끝만큼도 없으나 시장 원리를 전제로 하는 경제적인 관점과 먹거리의 안정적인 공급이라는 입장에서 생각하면 농지를 놀리지 않고 계속적으로, 또 경제적으로 이용할 필요가 있다. 작물의 품종 개량은 이러한 기본에 입각하여 행해지고 있어 남방 원산의 가지나 호박, 기타 다수의 작물이 품종 개량을 주축으로 하고 있으며, 재배 기술을 발전을 또 다른 축으로 하여 전에는 부적지였던 지역까지 상당한 수준으로 재배가 확대되고 있다. 그 결과 안정적인 식량 공급에 크게  공헌하고 있다는 것은 어떤 자연주의자도 부정할 수 없는 현실이다.

  뒤에서 다시 서술하겠지만 품종의 특성과 토양 미생물, 특히 근권 미생물의 양태는 불가분의 관계에 있으며 토양 미생물의 관리 없이는 지금까지의 농업 기술의 한계를 돌파하기 어렵다고 할 수 있다.

  왜냐하면 지구의 생물과 생물 환경의 진화는 유기적으로 기능하는 생명의 최소 단위인 미생물에 의해 지탱되고 있고, 그 대부분이 눈에 보이지 않는 생명의 최소 단위의 존재가 기본으로 되어 있기 때문이다. 더 깊이 파고 들어가면 그 독립 생명체의 최소 단위에 강한 영향을 미치는 바이러스와 마이코플라스마의 세계, 그 다음으로는 무기의 세계, 물의 세계, 나아가서는 광의 세계 등 끝이 없다. 비약적인 생산기술의 발전을 생각할 경우 작물이 갖는 표면적인 유전전 능력만이 아니라 그 잠재 능력까지도 끌어낼 필요가 있다.

  생산력에 대한 이러한 개념이 확립되면 작물 재배에 있어서 광의 세계, 무기(흙)의 세계, 생명과 무생명을 연결하는 물의 세계, 바이러스의 세계, 미생물의 세계, 식물의 세계, 동물의 세계가 서로 연결되어 있다는 것을 알게 된다. 즉 진화학적인 조립을 전제로 하는 새로운 생물 생산 기술이 출현하게 된다.

  농업에서 낮은 생산성은 에너지 전환의 연결이 나쁘기 때문이고, 그 이유는 작물의 생리적 요인과 그것을 둘러싼 환경 및 다른 생물적 요인에 의해 일어나고 있다. 그 중에서 미생물이 하는 역할은 아주 다양한데 생리 활성 물질의 생성에 의한 생육 촉진과 병해충 저항성의 강화, 생육 환경의 보전, 품질에 관여하는 많은 부수적 효과 등이 있으며 관리 방법에 따라 상상을 초월하는 큰 차이가 나타난다.

  그 결과 무농약, 무화학 비료, 낮은 비용으로 고품질, 초다수라는 종래 농업 기술로는 불가능하다고 했던 세계도 보이기 시작하고 있다. 재배의 요체는 우선 눈에 보이지 않는 부분의 토대를 구성하는 미생물의 기반을 튼튼히 해야 한다는 것을 숙지할 필요가 있다.




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