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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.24 No.4 pp.444-450
DOI :

국제미작연구소(International Rice Research Institute)의
종자 건전성 관리체계와 우리나라 적용 가능성

전영아, 유승헌*, 이호선, 이영이, 현도윤, 김창영, 김연규, 이석영
농촌진흥청 국립농업과학원, *충남대학교 농업생명과학대학
종자 건전성(seed health)은 종자 또는 식물체에 유익하지 못한 영향을 미칠 수 있는 생물체의 감염상태를 의미한다. 이들 생물체는 종자의 품질에 직접적인 피해를 줄 수 있으며, 감염 종자는 식물체에 병을 유발하고 포장에서의 발병을 확산시킴으로써 대규모의 경제적 피해를 유발할 수 있다. 상업용 종자의 해외증식 및 국제교역, 종자 유전자원의 해외분양 및 상호교환이 활발해짐에 따라 이러한 위험성이 더욱 커지고 있으며 더불어 종자 건전성 관리의 중요성 또한 증가하고 있다. 다양한 벼 종자 유전자원을 보존하고 연구용으로 분양하는 국제미작연구소(International Rice Research Institute, IRRI)는 유전자원의 건전성 확보를 위하여 종자건전성연구실(Seed health unit)을 두어 체계적인 관리시스템을 운영하고 있다. 필리핀 식물산업국 산하 식물검역소로부터 권한을 부여받아 필리핀 국내로 도입되거나 해외로 분양되는 유전자원에 대하여 종자처리 및 건전성 모니터링, 종자 건전성 검사 및 데이터베이스 관리 업무를 수행하고 있다. 대상 병원균에 따라 육안검사, 수세현탁액 검사, 습지법 검사, 한천배지 검사 등을 적용하고 있으며, 감염종자는 온탕처리와 같은 물리적 처리와 살균제 또는 훈증제와 같은 화학적 처리를 수행한다. 국제미작연구소의 건전성 관리시스템을 우리나라 벼 종자 유전자원의 보존·관리에 선별 적용하고, 더불어 종자소독방법과 저장 전관리체계를 확립함으로써 벼 유전자원의 품질을 제고할 수 있을 것이다. 또한 국제협력 및 공동연구 등 신뢰구축을 통해 유용한 해외 유전자원을 확보하는 데 기여할 것으로 기대된다.

Seed Health Management System in International Rice Research Institute and the Possibility of Its Application to Korea

Seokyoung Lee, Young-Ah Jeon, Seung-Hun Yu*, Ho-Sun Lee, Youngyi Lee, Do-Yoon Hyun, Chang-Yung Kim, Yeon-Gyu Kim
National Academy of Agricultural Science, Rural Development Administration
*College of Agriculture and Life Science, Chungnam National University
Received Jul. 11, 2012 / Revised Nov. 2, 2012 / Accepted Dec. 7, 2012

Abstract

Seedborne pathogens can reduce the seed quality and have the potential to function asinoculum in the field and to cause severe damage to crop production and seed for international trade.The International Rice Research Institute (IRRI) which develops new rice varieties and rice crop man-agement techniques operates Seed Health Unit (SHU) in cooperation with the Plant Quarantine Serviceof the Philippines. SHU ensures that seed lots meet the quarantine requirements of the Philippines andthe recipient countries. It conducts seed health testing by dry seed inspection, washing test, blotter test,or agar plate test. Seed health testing has been done on more than 500,000 rice seed lots, and a total ofmore than 80 species of fungi were detected. Seeds are treated by physical, chemical, or both methods toavoid introduction and spread of seedborne pathogens. The seed health management system of IRRI canbe introduced to South Korea in appropriate way for circumstances. It will improve the quality of theplant germplasms and promote the aquisition of the plant genetic resource by exchange of the high-qual-ity germplasms.

종자 건전성(seed health)은 종자의 건전한 상태, 즉 종자의 품질을 일컫는 말로서, 건전한 종자란 진균, 세균, 바이러스, 선충, 곤충 및 잡초와 같이 종자 또는 식물체에 유익하지 못한 영향을 미치는 생물체가 감염되거나 혼재되어 있지 아니한 상태를 의미한다. 이러한 생물체가 감염된 불건전 종자(unhealthy seed)는  저장  중  부패,  구성성분  변화,  활력(viability) 저하 등 퇴화가 촉진되어 종자의 품질에 직간접적인 피해를 줄 수 있으며(Agarwal & Sinclair, 1997), 재배 시 생장불량, 변색, 이병성 증가 등의 원인이 될 수 있다. 특히 종자를 매개로 하는 종자전염균(seed-borne pathogen)에 감염된 종자는 포장에서의 발병을 확산시켜 대규모의 경제적 피해를 유발할 가능성이 있다. 최근 상업용 종자의 해외채종 및 국제교역, 유전자원의 국외분양 및 상호교환이 활발해짐에 따라, 종자가 새로운 청정지역에 병원균을 유입하는 매개체로 작용할 가능성이 커지면서 종자 건전성 관리의 중요성이 더욱 강조되고 있다.  

 종자 유전자원을 최적 조건에서 장기간 보존하면서 분양과 증식 업무를 수행하는 종자은행(seed genebank)에서 종자 건전성 관리는 더욱 중요한 의미를 갖는다. 종자 유전자원의 저장중 품질관리 면에서도 그러하나, 무엇보다 분양을 통한 병원균의  확산  가능성이  존재하기  때문이다.  국제미작연구소(International Rice Research Institute, IRRI)의 종자은행은 10만점 이상의 벼 종자 유전자원을 보존·관리하고 있으며, 74만점 이상을 필리핀 국내외로 분양해 오고 있다(Choi  et al., 2010). 또한 체계적인 건전성 관리를 위하여 종자건전성관리소(Seed Health Unit)를 별도 운영하고 있으며, 필리핀 정부로부터 권한을 부여받아 벼 종자 유전자원의 식물검역에 필요한 검사업무를 수행하고 있다. 우리나라의 경우 국외로 분양되거나 국외에서 수집 · 도입되는 유전자원은 농림수산식품부 산하 농림수산검역검사본부의 식물검역을 받도록 되어 있다. 국외로 분양되는 유전자원은 수입국의 검역요구조건에 적합해야 하며, 조건에 맞지 않을 경우 분양이 불가하다. 이는 최근 우리나라 종자 유전자원에 대한 국외분양 수요가 증가하고 있는 만큼 보유 자원의 건전성 관리가 중요한 이유이다. 국외 유전자원을 수집·도입할 경우에도 식물검역을 반드시 거쳐야 한다. 벼를 비롯한 수입금지식물은 원칙적으로 국내에 들여올 수 없으나, 시험연구용, 국제박람회용 또는 농업유전자원용일 경우 수입허가를 받으면 된다. 그러나 수입 후 관리를 위하여 전문인력, 특수시설 및 장비 등 금지품의 관리능력을 확인받아야하며, 관리상태를 주기적으로 점검 받아야 한다(농림수산검역 검사본부, 2012). 또한 인위적으로 증식·폐기하거나 분양하고자 할 경우에도 제약이 있어, 국외 유용 유전자원을 수집·도입하여 활용하기 위해서는 보존·관리를 전문적으로 수행할 수 있는 시설과 체계적인 시스템이 필요하다.

본 자료는 2011년 국제미작연구소의 종자건전성관리소 관계자들과의 면담 및 현장방문을 통하여 수집한 자료와 인터넷 누리집에 게시된 자료들을 종합하여 정리한 것으로서, 필리핀과 국제미작연구소의 벼 종자 건전성 관리체계를 우리나라 종자은행의 현실에 맞게 선별 적용하는 데 기초자료로 활용하고자 한다.  

국제미작연구소 종자건전성관리소의 현황 및 수행업무

종자건전성관리소의 구성 및 시설

 종자건전성관리소는 국제미작연구소의 6개 연구프로그램 중 ‘유전적 다양성(genetic diversity)’ 프로그램에 속한다(Fig. 1). 2011년까지 국제미작연구소의 운영부서에 속해 있었으나, 2012년  조직이  개편되면서  연구부서로  이동하여  유전자원센터(Genetic resources center)와 동일한 프로그램에 속하게 되었다. 1983년에 설립되었으며, 11명의 정규직원과 보조원들이 종자처리 및 건전성 모니터링(Treatment and crop health monito-ring), 종자 건전성 검사(Routine seed health testing) 및 데이터베이스 관리(Database management) 분야에서 상시 근무하고 있다. 시설은 국제미작연구소 관내 종자은행과 같은 건물에 위치하고 있어 반출입되는 벼 종자 유전자원의 건전성 관리업무의  효율성을  높일  수  있도록  되어  있다.  규모는  약 364 m2로서 종자 접수 및 보관(incoming storage), 시료 채취(sampling), 배지 조제(media preparation), 육안 검사(dry seed inspection), 종자 치상(plating), 생물체 배양(NUV incubation) 및  분리(isolation),  현미경  검사(microscope),  종자  발아(germination) 등 각 기능별 공간으로 분리되어 있으며, 견학인들을 위한 전시공간도 마련되어 있다.

Fig. 1. Organization of the International Rice Research Institute(IRRI). The research part consists of six research programs and Seed Health Unit is a part of Genetic Diversity program.

종자건전성관리소의 담당 업무

 종자건전성관리소는 벼 종자에 대하여 필리핀 식물산업국(Bureau of Plant Industry) 산하 식물검역소(Plant Quarantine Service)의 식물위생증명(phytosanitary certification) 및 식물검역(Plant quarantine clearance)을 위한 건전성 검사업무를 담당하고 있다. 국외에서 필리핀으로 반입된 벼 종자가 필리핀 검역요건을 충족하는지와 국외로 반출되는 벼 종자가 상대국가의 검역요건을 충족하는지 여부를 검사하는 것이다. 검역대상 생물체의 검사방법 등 기술 개발과 정보 확보를 위하여 국제미작연구소 소속 각 분야 연구자들과도 긴밀하게 협력하고 있다. 또한, 벼 종자 유전자원의 신속하고 안전한 해외교류를 위하여 1990년부터 종자 건전성 관리와 검사방법 등에 대한 교육프로그램을 제공해 오고 있다.

벼 종자의 건전성 검사 및 처리

반출 및 반입 벼 종자에 대한 건전성 검사 단계

 국제미작연구소에서 분양하는 종자를 포함하여 필리핀에서 국외로 반출되는 벼 종자는 Fig. 2와 같이 식물위생증명 절차를 거쳐야 한다. 식물검역증명요청서와 함께 제출된 종자시료를  받은  종자건전성관리소는  가장  먼저  저장  해충(storage insect)의 방제를 위하여 훈증처리를 실시한다. 다음으로 종자시료를 육안으로 검사(dry seed inspection) 하면서 섞여 있는 균핵(sclerotia), 검뎅(smuts), 변색 종자, 기형종자, 해충, 잡초, 흙 등의 잡물을 제거한다. 이어지는 본격적인 건전성 검사에서는  먼저  현미경으로  쉽게  구분되는  먹깜부기병균(Tilletia barclayana) 감염 종자를 제거하고, 상대국(수입국)의 검역요구 조건이 있을 경우 표준 검사방법에 따라 세균, 진균 및 선충에 대한 검사를 실시한다. 검사결과를 바탕으로 식물검역소의 검역관과 함께 종자 소독처리(seed treatment) 및 합격 여부를 결정하고, 합격된 시료에 한하여 필리핀 식물산업국 식물검역소(BPI-PQS)에서 식물검역증명서를 발급한다. 불합격된 시료는 전량 소각처리 한다. 국외에서 필리핀으로 반입되는 벼 종자는 식물검역 절차를 거쳐야 한다(Fig. 2). 상대국(수출국)에서 발급된 식물위생증명서와 함께 제출된 종자시료에 대하여 건전성 검사를 실시하고, 합격된 시료만 수입자에게 인계한다.

Fig. 2. Steps toward the seed health test and treatment of incoming and outgoing rice seeds at Seed Health Unit.

대상 생물체 및 검사 방법

 필리핀으로 반입되는 벼 종자에 대한 건전성 검사 대상 생물체는 총 9종이다(Table 1). 세균은 2종으로, 벼흰잎마름병균(Xanthomonas oryzae pv.  oryzae)와  세균성  줄무늬병균(Xanthomonas oryzae pv.  oryzicola), 진균은 6종으로, 도열병균(Pyricularia oryzae), 벼키다리병균(Fusarium moniliforme), 깨씨무늬병균(Bipolaris oryzae),  잎집썩음병균(Sarocladium oryzae), 갈색잎마름병균(Microdochium oryzae) 및 먹깜부기병균(Tilletia barclyana)이다. 선충은 1종으로, 벼이삭선충(Aphe lenchoides besseyi)이다. 세균에 대한 검사는 종자수세검정법(seed wash assay test)을 사용하는데, 종자를 하룻밤 침지한 완충용액을 반선택배지(semi-selective medium)에 접종하여 배양한후 형태를 관찰한다. 진균에 대해서는 국제종자검사협회(ISTA)의 규정(ISTA, 2008)에 따른 습지법(blotter test)을 적용한다(Mew & Misra, 1994). 이 방법은 증류수에 적신 여과지(blotter)  위에  종자시료를  치상한  후  근자외선광(near ultraviolet light) 하에서 일정 기간 배양하고, 입체현미경이나 복합현미경으로 종자 표면에 형성된 각 병원균 특유의 형태를 검사함으로써 감염여부를 판단한다. 선충 검사에는 변형베르 만깔대기법(modified Baermann funnel method)을 사용하는데 쇠망이 부착된 깔대기에 종자시료를 넣고 수돗물로 채워 배양한 후, 깔대기에 부착된 고무관을 통해 채취한 물속에 들어있는 선충을 계수한다.

Table 1. Pathogens of quarantine significance of rice at Seed Health Unit.

 또한 필리핀 외부로 반출되는 벼 종자, 특히 해외 연구기관 또는 연구자에 연구목적으로 분양되는 벼 종자에 대한 건전성 검사도 실시한다. 특히 상대국(수입국)에서 요구하는 특정 생물체가 있을 경우 국가별 검사대상에 맞추어 건전성 검사를 실시하며(Table 2), 반출 종자에 사용되는 검사방법을 준용한다(IRRI Homepage).

Table 2. List of bacteria, fungi and nematodes tested at Seed Health Unit for exportation of rice seeds used for research purposes to several countries.

Table 2. Continued.

종자 소독

 벼 종자에 대한 종자 소독처리(seed treatment)는 물리적 처리(thermotherapy), 화학적 처리(chemotherapy), 또는 두 가지를 병용한다(Mew & Misra, 1994). 물리적 처리로는 일반적으로 온탕처리(hot water treatment)를 하는데, 종자를 냉수에서 수 시간 침지한 후 52-57℃ 온수에서 다시 열처리한다. 이는 벼이삭선충(Aphelenchoides besseyi)의 제거 효과가 높으나, 오래되거나 상처가 있는 종자에는 적용하지 않으며, 일반적으로 자포니카(Japonica) 품종이 인디카(Indica) 품종보다 열처리에 약하다고 한다. 보통 물리적 처리 후 적용되는 화학적처리에는  살균제(fungicide, bactericide),  살충제(insecticide), 살선충제(nematicide)가 액체 또는 분제 형태로 사용된다. 동남아시아 지역 국가로 반출되는 모든 벼 종자에 대해서 열처리  후  종자무게에  따라  벤레이트(benlate)와  다이덴 M-45(dithane M-45)를 처리한다. 더불어 반입 또는 반출되는 모든  벼  종자에  대하여  포스핀(phosphine)으로  훈증처리(fumigation) 한다.

벼 종자 유전자원의 건전성 검사 현황

 종자건전성관리소가 설립된 해인 1983년부터 1997년까지 15년 동안 50만점 이상의 종자샘플에 대하여 건전성 검사를 실시한 결과, 80종(species) 이상의 진균을 검출하였다. 이들 중병을 유발하는 종자전염균에 대하여 3개의 그룹으로 나누고(Table 3), 경제적으로 중요한 병을 유발하지 않는 기타 종들로 구분하였다. 종자전염균은 벼 식물체 부위에 따라, 잎에 병을  유발하는  Alternaria padwickii, Bipolaris oryzae, Cercos-pora janseana, Microdochium oryzae와  Pyricularia oryzae, 줄기와  잎집,  뿌리에  병을  유발하는  Fusarium moniliforme와 Sarocladium oryzae, 낟알과 꽃차례(inflorescence)에 병을 유발하는  Curvularia sp.,  Fusarium solani,  Nigrospora sp., Phoma sorghina, Pinatubo oryzae와  Tilletia barclayana로 나누었다. 이 중 우리나라의 검역대상균에 해당하는 것은 없다. 중요한 병을 유발하지 않은 것 중 발생빈도가 높은 것은 A. longissima,  Aspergillus niger,  Penicillium  sp.,  Rhizopus sp. 등 주로 저장 중 종자 품질에 관여하는 진균들이 많았다. 그러나  Acremoniella atra와  Curvularia eragrostidis는 우리나라 식물검역체계의 ‘관리병’에 해당하는 것으로서, 국내에 유입될 경우 우리나라 농업환경에 피해를 입힐 수 있는 것으로 평가되고 있다.

Table 3. Seed-borne fungi causing diseases in rice (modified from data of Seed Helath Unit).

고찰

품종 육성과 식품, 친환경 소재 개발 등 종자의 활용가치가 높아짐에 따라 재배 및 연구를 위한 수요가 높아지고 있다. 그러나 식물에 병을 유발할 수 있는 생물체가 감염된 종자가 농업에 경제적인 피해를 줄 수 있으며, 농약 사용을 최소화한 친환경 농업에 대한 인식과 수요가 확대되면서 고품질 건전종자의 공급에 대한 중요성이 높아지고 있다.  

국제미작연구소는 필리핀 식물검역소와 긴밀한 협조체제를 유지함으로써 벼 종자 유전자원의 수출입검사에 소요되는 시간과 노력을 절감하고 있으며, 보유자원에 대한 철저한 건전성 관리를 통하여 자원품질에 대한 신뢰를 확보하고 있다. 국제미작연구소의 종자 건전성 관리 및 검역체계를 우리나라에 그대로 적용하는 것은 우리나라 정부부처 및 기관의 업무분리 등을 이유로 당분간 어려울 것이다. 우선 국제미작연구소의 건전성 관리흐름을 적용하되, 우리나라 검역체계 및 식물병 발생정보를 바탕으로 관리대상 병원균을 선정하고 그에 따라 조사방법 및 처리방법 등을 확립해 나갈 수 있을 것이다. 또한 생물다양성 및 유전자원 다양성 확보에 대한 국제적 관심과 경쟁이 심화되고 있는 상황에서 유용한 해외 유전자원을 확보하는 방법은 국제협력 및 공동연구를 통한 상호교환이다. 아직은 우리나라 종자 유전자원의 해외분양이 활발하지 않으나, 세계 6위 종자 유전자원 보유국으로서 향후 우리나라 자원에 대한 해외분양 수요가 증가할 것으로 예측된다. 국제미작연구소처럼 상대국에서 요구하는 병원균에 대한 건전성 검사를 분양 전 수행함으로써 우리나라 자원의 품질에 대한 신뢰를 구축할 수 있을 것이다. 체계적인 건전성 관리와 더불어 감염종자의 소독방법과 저장 전 처리방법 등 종자품질에 영향이 없고 친환경적인 대체소독방법의 개발 연구가 필요하며, 관리대상 병원균이 아니더라도 저장 중 종자품질에 영향을 미칠 수 있는 균에 대한 연구와 종자품질을 유지할 수 있는 저장방법에 대한 연도 꾸준히 수행되어야 할 것이다.

사 사

 이 연구는 2012년 농촌진흥청 국립농업과학원의 농업기초연구개발사업(주관과제번호 PJ008553)의 지원으로 수행되었음.

Reference

1.Agarwal V. K. and J. B. Sinclair. 1997. Principle of seed pathology, 2nd Ed., CRC Press, Florida, USA.
2.Choi Y. M., J. H. Kang, Y. W. Na, G. T. Cho, H. C. Ko, J. R. Lee, H. H. Kim, H. J. Baek. 2010. Conservation and management of plant genetic resources of T. T. Chang Genetic Resources Center, IRRI, Korean J. Intl. Agri. 22(3): 282-287.
3.International Rice Research Institute, Handbook of rice seed-borne fungi.
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6.Mew T. W. and J. K. Misra. 1994. A manual of rice seed health test-ing. International Rice Research Center, Los Baños, Philippines.
7.농림수산검역검사본부. 2012. 수입금지품 수입 및 사후관리 요령, 농림수산검역검사본부 고시 제2012-108호.