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국제사회에서 환경에 대한 중요성이 새롭게 부각됨에 따라 산림은 이산화탄소를 흡수하고 황사현상을 예방하는 유일한 수단으로써 산림에 대한 환경적 기능이 사막화방지협약, 기후변화협약에서 새롭게 인식되고 있다. 불과 몇 년 전까지만 해도 봄철에만 찾아오던 황사현상이 최근 들어와 계절에 관계없이 이틀이 멀다하고 동북아지역의 사막으로부터 날아오고 있다. 황사 발생 회수에 있어서도 1999년 6일, 2000년 10일, 2001년 27일로 지속적으로 증가하고 있을 뿐만 아니라, 미세 먼지의 농도가 평상시의 50여배인 500㎍/㎥까지 증가하고 있어 금년 봄철에는 황사로 인하여 초등학교가 임시 휴교하고 항공기가 결항하는 비상사태까지 발생한 바 있다.
지난 1991년 유엔환경계획의 보고에 따르면 전체 육지면적의 1/4에 해당하는 36억ha, 세계 인구의 1/6인 약 9억명이 사막화로부터 심각한 영향을 받고 있다고 한다. 하지만 본 통계자료에는 사막이 위치하고 있는 아프리카(10억ha), 아시아(중국, 몽골 13억ha) 지역 등을 포함하고 있을 뿐 우리나라와 같이 사막이 없는 국가는 통계에서 제외되어 실질적으로 사막화로부터 간접적인 영향을 받고 있는 지역을 포함시킨다면 사막화 또는 황사로 인한 피해 규모는 더욱 클 것이다.
일반적으로 사막화 현상은 주변 환경의 황폐현상으로 원래 사막이 아닌 지역에서 자연적 또는 인위적인 산림 훼손에 의한 자연환경의 변화과정을 의미한다. 특히, 최근 들어와 황사현상이 장기적으로 지속되고 있는 주요한 원인은 무분별한 산림개발로 인한 산림면적의 감소 때문이다. 태초에 지구상의 산림 면적은 62억ha 이었으나, 현재 34억ha로 절반의 산림이 지구상에서 사라졌다. 아직도 남한면적 보다 큰 1200백만ha의 산림이 매년 감소되고 있어 지구온난화현상 등 기상이변을 초래하여 동 식물의 서식지가 파괴되고 있어 많은 생물종이 멸종위기에 처해있다.
황사로 인한 직접적인 영향으로는 미세 먼지의 흡입으로 눈병발생 및 호흡기 장애를 일으켜 인체 건강에 나쁜 영향을 주고, 동시에 정보화의 기반인 정밀기기산업에 품질을 저하시켜 경제성장에도 역효과를 초래하고 있다. 뿐만 아니라, 금년과 같이 황사가 거의 매일 발생하는 해에는 뿌연 먼지가 직사광선을 차단하여 농작물 생육을 저해시킨다. 한편 최근 보도에 따르면 황사의 작은 입자에 동물구제역이 이동된다는 사실이 알려져, 앞으로 황사로 인한 피해가 더욱 증대될 것으로 예상된다.
본 연구사업의 주요목적은 지구상에서 가장 넓은 지역에 분포하고 있는 포플러 임목을 대상으로 건조지역에서 성장 가능한 임목을 생물공학적 방법을 응용하여 신품종을 개량하고, 황사현상의 발원지인 몽골지역에 모델림을 조성, 개량 임목을 식재하여 황사현상을 원천적으로 차단할 수 있는 연구기반을 마련하는데 있다. 최근 본 연구자가 기 개발된 내건성 포플러 수종을 국내에 도입하여 Stock을 보존 관리하고 있어, 이들을 대상으로 생명공학적 기술을 적용하여 건조지역에서 활력이 있는 신품종 포플러를 개량하여 사막지역 녹화를 위한 기반을 마련하고자 한다. 연구방향으로는 임목조직배양을 응용하여 체세포변이체(Somaclonal variation)를 실험실에서 인위적으로 유도하여 내염성 개체를 육성하고, 유전공학적 유전자 탐색을 통하여 내염성 특성을 지닌 유전자를 포플러 임목에 삽입시키는 형질전환 방법을 응용하여 다양한 개체를 유도한다. 뿐만 아니라 이들 개체에 대하여 내염성 유전자의 발현여부를 분자생물학적 기법을 적용하여 선별하고, 선발개체에 대하여 기내대량증식 방법을 적용하여 유전적으로 동일한 식물체를 유도하여 건조지역 녹화수종으로 이용한다.
본 연구자가 수행한 임목 생명공학 분야의 선행연구과제는 이태리포플러의 기내 대량증식 및 형질전환 방법 기술을 개발하여 병충해에 대한 저항성이 강한 새로운 포플러 품종 육성에 관한 미래의 에너지 대체 에너지자원 및 환경수종 개발을 위해 협동프로젝트를 미국 정부와 함께 지난 몇 년간 공동 수행한 바 있다. 포플러는 속성수로서 조림후 5-7년이면 수확이 가능한 수종이지만 병충해에 민감하여 내병충성 유도를 위해 마련된 과제였다. 본 과제는 미국 에너지부(U.S. Department of Energy)로부터 연구비 지원을 통해 Oak Ridge National Laboratory와 공동으로 계약체결에 의해 수행되었다.
미국 및 유럽지역에서는 포플러를 이용한 미래의 환경수종 개발에 집중적인 투자를 아끼지 않고 있다. 포플러에 관한 연구는 국제공동연구 프로젝트를 결성하여 지난 100여년에 걸처 Populus deltoides, Populus nigra, Populus trichocarpa 수종을 대상으로 체계적인 유전육종 연구가 활발히 진행되어 오고있다. 뿐만 아니라 다양한 신품종이 개발되어 현재 미국 및 유럽지역에서 21세기 미래 사막지역 환경수종으로 각광을 받고있다. 내염성 개체개발 분야에 있어 가장 활발한 연구는 미국 USDA를 중심으로 다양한 연구가 진행중에 있어, 염분이 강한 사막지역에서 성장 가능한 신품종이 속속 개발되고 있다.
본 연구자는 사막지역에서 성장이 우수한 수종을 미국 및 유럽을 중심으로 도입하여 국내에 클론을 확보해 놓고 있으며, 생명공학을 응용하여 체세포변이체를 유도하여 다양한 유전자원을 개량하고 최근 들어와 스트래스 내성유전자를 나무에 도입하여 신품종을 육성하고, 전세계적으로 다양한 유전자원을 확보하여 스트래스에 대한 검정과정을 통하여 유전자원을 중국과 몽골의 사막 건조지역에서 식재한 결과 매우 성장이 우수한 클론을 판명된 바 있다.
본 연구결과를 이용한 향후 활용방안으로는 건조지역에서 성장이 왕성한 수종을 임목육종 및 생물공학적 기법을 활용하여 신품종을 개발하여, 향후 국제적으로 활성화될 사막지역 조림사업에 유엔사막화방지협약(UNCCD), 지구환경금융(GEF), 아시아개발은행(ADB), 세계식량농업기구(FAO) 등의 국제기구와의 연대를 통하여 동북아지역의 사막화 확산방지에 기여하여 우리나라에 연중 찾아오는 황사현상 예방을 위한 모델을 제시하는데 의의가 있다.