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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.27 No.4 pp.448-454
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2015.27.4.448

Development Status and Prospects of GM Crops

Yong-Kwon Kim†
Corresponding author (Phone) +82-31-369-9188 (Kimyoko@hanmail.net)
March 9, 2015 October 21, 2015 October 23, 2015

Abstract

Biotech firms continue to develop new GM(Genitically Modified) seed varieties at a rapid place. Also farmers continue to adopt GM seeds at a robust rate, and seed varieties with multiple( stacked) traits have increased at a very rapid rate. Since the first plantings in 1996, biotech crop hectares were planted in 28 countries in 2014 and hectarage has increased more than 100-fold from 1.7 million hectares in 1996 to 181.5 million hectares in 2014. A conspicuous increase makes GM crops the fastest adopted crop technology in recesent times. Among global area of GM crops by trait, herbicide tolerance has consistentaly been the domint trait, occupied 102.6 million hectares or 57% of total GM crops planted grobally. Also stacking trend with herbicide tolerance and insect resistance will continue and intensify as more traits become available to farmers. However, despit the rapid increase in the adoption of corn, soybean, and cotton GE varieties by farmers, questions persist regarding their economic and environmental impacts, the evolution of weed resistance, and consumer acceptance.


GM 작물의 개발현황 및 전망

김 용 권†

초록


    Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs
    213003-04-1-CGW00

    세계 인구는 1960년 이후 약 10여년 마다 10억명씩 증가 하여 현재 72억명의 인구가 2050년에는 약 96억명에 이를 것 으로 추산하고 있다. 1900년 멘델의 유전법칙이 재발견 된 후 유전학 이론이 체계화되면서 식물육종 또한 큰 발전을 하게 되 었다. 20세기 초에는 교배종 품종의 육성이나 유용 유전자를 도입하기 위해 여교잡 육종법을 도입하여 육종에 활용하였고, 20 세기 후반 세포배양 기술과 분자생물학이 크게 발전하면서 육종기술이 개발되어 획기적인 육종목표를 달성 할 수 있게 되 었다. 그러나 관행 품종개량 방식만으로는 증가하는 인구에 비 례하여 2050년까지 작물생산량을 두 배로 늘릴 수는 없다. 따 라서 생명 공학 작물이 모든 문제의 해결책은 아닐지라도 관 행 작물 개량기술과 DNA 조작기술의 개발로 원하는 유전자를 원하는 식물에 도입하여 새로운 품종을 만드는 것이 가능한 새 로운 생명공학 기술을 조합하여 이 기술간에 최적기술을 통합 하는 작물 개선전략이 필요한 시점이다.

    GM (Genetically Modified, GM)작물이란 인공적으로 우리 가 원하는 유용 유전자를 작물의 유전체 내에 삽입시켜 의도 한 특성을 가지게 된 작물을 말한다. 1980년대에 식물 DNA내 에 있는 랜덤 사이트에서 한 개 또는 그 이상의 목표 유전자 를 도입하는 것이 성공하였고, 1990년대 최초로 유전공학을 이 용하여 무르지 않는 토마토 품종 "Flavr Sav"를 개발하여 상업 화 한 이후 오늘날 많은 제초제 저항성과 해충 내성 품종들이 개발되어 상용화되고 있다. 생명공학 작물로 제초제나 병해충 저항성, 환경 스트레스 내성, 영양소 구성성분을 유전적으로 작 물에 강화시킨 기능성이나 약제적 효과가 첨가된 유전자 등을 도입하여 이용하고 있다. 현재 몬산토를 중심으로 미국에서 재 배되고 있는 유전자 변형 작물은 제초제 내성이나 해충 저항 성과 같은 1세대 GM 작물이 주로 재배되고 있으나 향후 1-3 세대의 특성을 지닌 다양한 단계의 유전자 작물 개발에 대한 연구가 진행 중에 있다. 2014년 현재 28개국에서 GM 작물을 재배하고 있으며 재배면적 또한 매년 급속도로 증가하고 있다. 미국에서 재배되고 있는 옥수수, 콩, 면화의 90%이상을 GM 작물이 차지하고 있으며, 특히 개발도상국에서의 GM 작물의 재배면적이 빠르게 증가하고 있다. 그러나 수확량 증가, 경영 비 절감 등 GM 작물을 재배함으로서 얻는 이익에도 불구하 고 아직도 GM 작물에 대한 위해성 논란은 계속되고 있다. 따 라서 본 글에서는 GM 작물의 최근 개발 및 재배현황과 문제 점, 향후 전망에 대해 알아보고자 한다.

    GM 작물의 개발현황

    유전자 변형 작물은 크게 3세대로 구분한다. 1세대는 제초 제나 병해충 저항성, 또는 환경 스트레스에 잘 견디는 특성을 강화시킨 것이다. 2세대는 영양소 구성성분을 유전적으로 작 물에 강화시킨 것이며, 3세대는 기능성이 첨가되거나, 기존의 전통적 음식이나 섬유의 특성을 넘어서는 새로운 특성이 첨가 된 유전자 변형 작물을 말한다. 현재 미국에서 재배되고 있는 유전자 변형 작물은 1세대의 특성을 가지고 있으며, 동시에 1- 3세대의 특성을 지닌 다양한 단계의 유전자 작물 개발에 대한 연구가 진행 중에 있다.

    식품으로 사용허가를 받은 GM 작물은 주로 해충 저항성, 병 저항성, 제초제 내성, 변경된 영양학적 특성, 저장성 개선 등과 같은 특성을 지니고 있다(Table 1). 옥수수는 가축사료로 사용되며, 식용유 및 식품 첨가물로 가공되지만 바이오 연료 로 사용되기도 한다. 옥수수는 제초제 내성과 조명충 나방으 로부터 보호 할 수 있는 Bt단백질을 도입한 해충 저항성, 교 배종 생산을 용이하게 하기 위한 웅성불임성, 특정 아미노산 함량을 증가 시키거나 한발에 내성을 가진 내재해성 옥수수가 개발되어 이용되고 있다. 콩은 세계에서 가장 경제성이 높은 작물이며 필수 아미노산 함유율이 높아 오늘날 가장 중요한 식량작물로 꼽힌다. 콩은 제초제 내성, Cry1AC단백질의 생산 을 통해 인시목류 해충에 저항성을 갖는 해충 저항성, 올레산 및 불포화 지방함량이 매우 높은 콩이 재배되고 있다. 카놀라 는 유채씨 품종으로 캐나다의 식물 육종가에 의해 개발 되었 으며, 낮은 포화 지방 함유율 등의 영양적 특성을 갖추고 있 다. 카놀라는 제초제 내성, 라우린산염의 함유량이 높은 카놀 라가 이용되고 있다. 면화는 제초제 내성 및 곤충애벌레와 면 화다래벌레에 저항성을 가진 면화가 이용되고 있다. 쌀은 90% 이상의 아시아인들이 이용하고 있는 중요한 곡물로서 제초제 내성, 노란 명밤나비와 줄무늬 명밤나비에 저항성을 가진 해 충저항성과 비타민 함량을 개선 시킨 성분 조성 쌀이 이용되 고 있다. 토마토는 저장성을 향상 시킨 과숙 억제 토마토와 해충 및 병 저항성 품종이 개발되어 재배되고 있으며, 감자는 감자 딱정벌레에 저항성을 보인 해충저항성과 바이러스 저항 성 감자가 이용된다. 이 밖에도 알팔파, 아마, 사탕무는 제초 제 내성이 도입되어 이용되고 있고, 파파야, 플럼, 호박 등은 병저항성이 도입되어 이용되고 있다. Table 2

    유전자 변형 작물의 개발은 몬산토, 듀폰, 신젠타, 다우 등 거대 다국적 기업들이 독점적으로 하고 있다(Table 3). 특히 몬산토는 2013년 매출이 148억 달러로 금액 기준으로 보면 세계 유전자 변형 작물 시장의 95%를 차지한다. 유전자 변형 작물 개발회사들은 현재 까지는 제초제 내성이나 해충저항성 등과 같은 1세대 작물을 개발하여 활용하고 있으나, 향후 5-7 년 후에는 유전적 구성성분을 변화 시키거나 약제가 강화 된 2-3세대 유전자 변형작물을 개발하는 데 주력하고 있다. 2015 년 (주)몬산토는 생물학적 제제 (microbials), 바이오 다이렉트 (BioDriectTM), 클라이미트 코퍼레이션(Climate Corportation)과 같은 최신 R&D 파이프라인을 발표하였다.

    GM 작물의 재배 현황

    GM 작물의 재배면적은 유전자변형작물이 처음 상업화 한 1996년 170만 ha에서 2014년에는 1억 8,150만 ha로 100배 이 상의 증가를 보여 매우 급속한 속도로 증가하고 있다(Table 3). 이는 처음 상업화 된 1996년부터 상업화 된지 19년째인 2014 년까지 18년 연속 놀라운 성장을 기록하고 있으며(Fig. 1), 2014년 GM 작물 재배국가는 28개국으로 1,800만명의 농민이 재배를 하고 있다.

    GM 작물을 가장 많이 재배하는 국가는 미국으로 옥수수 (93%), 콩(94%), 면화(96%) 등 주요작물에 대해 90%이상의 재배율을 보이면서 총 재배면적이 7,310만 ha (전 세계의 40%에 해당)에 이른다. 다음은 제초제내성/해충저항성 콩이 도 입된 후대교배종 재배면적이 늘어난 브라질이며, 1,160만 ha 를 재배한 아르헨티나, Bt면화 재배율이 95%를 차지한 인도, 그리고 카놀라 재배면적이 95%를 차지하는 캐나다가 GM 작 물 재배국의 상위 5개국에 속한다(Table 3).

    생명공학 작물의 재배면적은 2011년을 기점으로 개발도상국 이 선진국보다 더 높으며, 생명공학 작물 세계 상위 5개 개발 도상국은 남미의 브라질과 아르헨티나, 아시아의 인도와 중국, 아프리카 대륙의 남아공이며 전 세계 GM 작물의 47%를 재 배하고 있으며, 이들 국가에는 현재 전 세계 72억 인구의 41%이상이 살고 있다(Table 4).

    GM 작물 중 가장 많이 재배되고 있는 형질은 제초제 내성 작물이며, 다음이 제초제 내성과 해충 저항성 유전자가 도입 된 스텍, 해충 저항성 형질 순이다. 1996년부터 2014년까지 제초제 내성 작물이 가장 많이 재배되고 있으며, 특히 제초제 내성과 해충 저항성이 도입된 스텍작물도 2007년을 기점으로 재배면적에서 해충 저항성작물을 앞서고 있다(Fig. 2).

    2014년 옥수수, 콩, 면화, 카놀라, 사탕수수, 알팔파 작물에 도입되어 이용되고 있는 제초제 내성 작물의 재배면적은 102.6 백만 ha로 전체 GM 작물 중 56%로 가장 큰 비중을 차지하 고 있다. 다음은 51.4백만 ha에 재배되고 있는 스텍작물로 28%를 점유하고 있으며, 해충 내성작물은 전년도에 비해 재 배면적이 약간 감소하여 15%를 차지하고 있다(Fig. 2).

    2014년 미국에서 재배되고 있는 옥수수, 대두, 면화의 생명 공학 작물의 재배면적(Table 5)을 보면 옥수수, 대두, 면화는 각각 93%, 94%, 96%로 3개 작물의 GM 작물의 비율이 90%를 넘고 있다. 2000년의 유전자 변형 옥수수, 대두, 면화 가 각각 25%, 54%, 61%였던 것을 감안하면 유전자 변형 품 종이 엄청나게 증가하였다는 것을 알 수 있다.

    GM 작물 도입 효과

    생명공학 작물의 도입에 따른 효과는 품종과 재배 관련기술 에 따라 상이하며, GM 작물이 작물 생산량, 순수익, 농약 사 용량에 미친 영향도 연구자에 따라 다르게 분석하고 있다. 유 럽의 과학자 단체가 20년간(1995-2014년) 생명공학 작물의 영 향관련 147개 연구논문을 엄격하게 분석하여 GM 작물을 도 입함으로서 얻게되는 혜택을 분석한 결과 수확량 22% 증가, 농약사용 37% 감소, 농가 수익은 68% 증가하였다. 해충 저항 성 작물의 수확량 증가와 농약사용 절감효과가 제초제 내성 작물보다 높고 산업선진국보다 개발도상국의 수확량 및 소득 증가가 더 높다고 하였다(Klümper W. & Qaim M., 2014).

    생명공학 작물을 재배한 1996년부터 2013년까지 농가소득 은 약 1,330억 달러 증가했으며, 농가소득이 증가한 요인의 30%는 생산비 절감에 의한 것이고 70%는 생산량이 증가하였 기 때문이다. GM 작물이 반드시 생산량이 많은 것은 아니지 만 유전자 도입에 따른 경제적 효과는 일반적으로 식물을 특 정 병해충으로부터 보호함으로서 생산량 손실을 방지하고, 해 당 품종의 잠재적 생산량에 근접한 생산을 할 수 있도록 도와 주는 데 기인한다.

    미국 농업자원관리조사(Agricultural Resource Management Survey: ARMS)에 따르면, 농민들이 GM 작물을 재배하는 가 장 큰 동기는 생산량이 증가하기 때문으로 나타났다. 다른 주 요 동기는 노동시간의 감소, 윤작이나 경운의 용이성 등 생산 과정이 개선되기 때문으로 나타났으며, 농약사용이 줄어들기 때문이라는 이유도 있었다(Table 6).

    GM 작물의 미래 전망

    현재 GM 작물의 채택률이 90%이상인 미국과 같은 국가에 서는 높은 채택률로 인해 생명공학 작물을 재배하는 면적이 단기적으로 소폭 증가할 것으로 예상되나, GM 작물을 채택하 지 않고 있는 국가의 채택률이 높아진다면 장기적으로 GM 작 물의 재배면적은 상당히 증가할 수 있다. 아시아 지역에서의 옥수수, 아프리카 지역에서의 면화 재배면적 확대가 예상된다. 미래 파이프라인은 향 후 5년이내에 상용화할 수 있는 품목이 70여개 이상이 대기하고 있어 생명공학 작물에 대한 농민의 선택권은 더 확대될 수 있다. 새로운 유전자가 도입되어 농가 시험재배가 완료된 방글라데시의 Bt가지, 미국의 InnateTM 감자, 인도네시아의 가뭄 저항성 사탕수수, 브라질의 바이러 스 저항성 동부콩, 미국의 제초제 저항성/고품질 알팔파의 재 배로 재배면적이 확대될 잠재력을 가지고 있다. 또한 방글라 데시, 브라질, 인도네시아, 아프리카 지역에서 민관협력(Public- Private Partnership)을 통한 생명공학 작물의 개발 및 승인이 성공적으로 이루어 지고 있어 여러지역에서 생명공학 작물의 재배가 증가할 것이다. 농가 입장에서 보면 GM 작물의 재배 로 인한 수확량의 증가, 농약 사용에 의한 비용절감, 노동 투 입비 절감, 생산비용의 절감 등으로 생명공학 작물의 재배 선 호도가 증가하고 있다.

    농가소득은 1996년부터 2013년까지 약 1,330억달러 증가했 으며, 농가소득 증가요인 중 30%는 생산비 절감에 의한 것이 고, 70%는 생산량 증대에 의해 발생한 것이다. 생명공학 기술 을 이용하여 동일한 경작면적에서 작물생산성을 증가시킴으로 서 “지속가능한 집약적 방법”으로 생물다양성을 보전하고 있 다. 또한 1996년에서 2012년까지 약 9%의 농약절감 효과를 보였고, 이산화탄소의 절감과 무경운 농법을 통해 토양과 수 자원을 보호하는 효과도 보이고 있다.

    GM 작물에 대한 유용성과 경제성으로 생명공학 관련 시장 규모도 급속하게 성장할 것으로 예상하나 아직도 GM 작물에 대한 도덕적, 종교적 이유로 인한 부정적 인식으로 생명공학 작물의 상업화에 지장이 있는 것이 사실이다. 생명공학 작물 의 식품이용에 따른 안전성 문제와 생태계에 미치는 영향 등 이 논란이 되고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위한 생명공 학 관련 과학자, 관련회사 등이 유익성과 안정성을 대중에게 적극 홍보할 필요가 있다. 또한 GM 작물의 안정성을 평가할 수 있는 안정성 평가에 관련한 연구가 체계적으로 이루어짐으 로서 생명공학 작물의 확대도 가능할 것이다.

    적 요

    생명공학 관련 회사들이 유전자 변형 품종을 적극적으로 개 발함으로서 생명공학 관련 시장규모도 급속도로 성장하고 있 으며, GM 작물의 재배면적도 매년 빠르게 증가하고 있다. 1996년 GM 작물이 처음 재배된 이후 2014년 현재 28개국에 서 유전자 변형 작물을 재배하고 있으며, 재배면적도 1996년 170만 헥타르에서 100배 이상 증가하여 1억 8,150만 헥타르에 재배되고 있어, GM 작물은 근래에 가장 빨리 채택된 육종기 술로 인정 받고 있다. 전 세계 GM 작물 재배품종 중 가장 많이 재배되고 있는 형질은 제초제 내성이 도입된 품종으로 1 억 260만 헥타르에 이르며 전체의 57%에 해당하고, 다음이 제초제 내성과 해충 저항성이 함께 형질전환된 품종이 재배되 고 있다. 농민이 GM 작물을 재배함으로서 수확량 증가, 농약 사용 감소, 농가 수익 증가 등 혜택을 받을 수 있어 매년 GM 작물을 재배하는 면적이 증가하고 있으며, 특히 개발도상 국에서의 GM 작물의 채택률이 선진국보다 더 빠르게 증가하 고 있다. 콩, 옥수수, 면화 등 GM 작물의 급속한 증가에도 불 구하고 아직도 작물의 재배로 발생할 수 있는 환경의 영향, 작 물의 잡초화, 신종 병해충의 출현 가능성으로 인한 위해성 논 란 등 생명공학 안전성에 대한 문제가 끊임 없이 제기되고 있 어 GM 작물에 대한 위해성 검증과 안전성에 대한 적극적인 연구와 홍보가 요구된다.

    Figure

    KSIA-27-448_F1.gif

    Global area of biotech crops (1996-2014).

    KSIA-27-448_F2.gif

    Global area of biotech crops by trait in 2014 (million hectares).

    Table

    Traits of developed GM crops.

    Source: ISAAA GM data base
    http://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/default.asp

    Plant biotechnology pipeline.

    Global area of GM crops in 2014. (Unit: million ha)**

    *1~19: 19 biotech mega-countries growing 50,000 hectares, or more, of GM crops
    **Rounded off to the nearest hundred thousand
    Source: Clive James. 2014

    Global area of biotech crops 2013 and 2014: Industrial and developing countries (Million hectares).

    Source: Clive James. 2014

    Major GM crops in USA, 2000-2014. (Unit: million acres/%)

    Source: USDA (2014)

    Farmers'reasons for adopting genetically engineered crops. (Unit: %)

    HT: herbicide tolerance, Bt: insect resistance
    Source: USDA(2014)

    Reference

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