생장 2배 빠른 포플러 슈퍼클론 개발

-국립산림과학원, 바이오매스 맞춤형 포플러 슈퍼클론 개발-

기사입력 : 2019.09.19 08:51

[크기변환]붙임자료3-1. 수퍼포플러와 대조구 포플러가 생장하고 있는 시험포지.jpg — 수퍼포플러와 대조구 포플러가 생장하고 있는 시험포지

산림청 국립산림과학원(원장 전범권)은 일반 포플러 대비 생장속도가 2배 빨라 탄소흡수와 미세먼지 저감능이 우수하고, 바이오매스의 주재료인 셀룰로오스 함량이 2배 높아 연료 활용도가 뛰어난 바이오매스 맞춤형 포플러 슈퍼클론(SCII-M221)을 개발하였다고 밝혔다.

이번 연구는 산림청 특정과제인 ‘포플러 슈퍼클론 개발 과제(2013∼2017)’로 경희대학교 식물환경신소재공학과 고재흥 교수 연구팀 주관으로 국립산림과학원(원장 전범권), 우리꽃연구소(대표 박공영), 인포보스(대표 박종선)가 참여하였으며, 식물생명공학 분야 세계 최고 학술지인 Plant Biotechnology에 최근 게재되었다.

[크기변환]붙임자료3-2. 생장 비교. 대조구(왼쪽).jpg — 생장 비교. 대조구(왼쪽) / 슈퍼 포플러 클론(오른쪽)

개발된 포플러 슈퍼클론(SCII-M221)은 줄기의 생장속도가 대조구 대비 줄기무게와 줄기직경이 증가하는 등 2배 이상 빠르고 목질부 조직의 생장성이 뚜렷하게 향상되었다.

일반 동일 수종보다 2배 이상 빨리 생장하면 목재이용량이 크게 증가하고, 대기 중 이산화탄소의 포집 및 저감을 기대할 수 있다. 또 가로수, 조림수 등으로 조성될 경우 미세먼지 저감능도 높아 기후변화 대응과 국민 삶의 질 향상에도 기여할 수 있다.

또한, 포플러 슈퍼클론(SCII-M221)은 바이오매스 연료의 주재료인 셀룰로오스 함량이 대조구 대비 39.7wt%(weight percent, 질량 퍼센트)까지 크게 증가하는 것으로 나타나 바이오에너지 원료목을 대량 확보할 수 있을 것으로 예상된다. 바이오오일, 바이오가스 등을 얻을 수 있는 목질 열분해 실험 결과에서도 대조구 대비 낮은 에너지 투입으로 전환이 가능하여 연료로서의 효율 역시 우수한 것으로 나타났다.

붙임자료 1-1. 화분에서 2개월 생장한 포플러; 대조구(왼쪽)와 수펴클론SCII-M221, 오른쪽) 모습.jpg — 화분에서 2개월 생장한 포플러; 대조구(왼쪽)와 수펴클론SCII-M221, 오른쪽) 모습

반면 목질을 구성하는 3종류의 폴리머(셀룰로오스, 리그닌, 헤미셀룰로오스) 중, 바이오매스 연료화의 장애요인으로 작용하는 리그닌의 함량이 16wt%까지 획기적으로 감소하면서 연료화 효율은 더 높아졌다.

포플러 슈퍼클론(SCII-M221) 개발에는 두 개 이상의 유전자를 한 개의 유전자처럼 발현시킬 수 있는 ‘폴리시스트론 발현 시스템’과, 목부 조직-특이적 유전자 발현을 위해 자체 개발한 'DX15 프로모터'라는 두 가지의 첨단 생명공학기술이 활용되었다.

붙임자료2-2. 일반 포플러의 직경 생장(왼쪽).jpg — 현미경 사진 / 일반 포플러의 직경 생장(왼쪽), 수퍼 포플러 클론의 직경 생장(오른쪽)

특히 바이오매스를 양적으로 향상시키는 유전자인 PdGA20ox1과, 리그닌 생합성억제 유전자 PtrMYB221을 동시에 발현하도록 유도하여 빠른 생장과 높은 활용가치를 가진 수종의 맞춤형 개발이 가능하였다.

유전자변형 기술을 이용하여 개발된 식물체는 현재 국내 이용이 제한되고 있지만 식용이 아닌, 짧은 기간(3∼4년), 그리고 일정 장소(GM 규정준수)에서 재배한 후 분쇄하여 에너지 원료목으로 활용한다면 인체나 환경에 영향을 미치지 않는다.

국립산림과학원 산림생명공학연구과 한심희 과장은 “최근 화석연료 과다사용에 따른 전 지구적 기후변화 현상과 미세먼지 등으로 환경친화적이며 재생가능한 대체 에너지의 개발 및 보급이 매우 시급한 상황”이라며 “포플러 슈퍼클론(SCII-M221)과 같은 유용수종 연구를 통해 기후변화에 대응하는 산림자원을 개발하고, 미래 에너지원으로서의 숲의 가능성도 높여나갈 것이다”라고 밝혔다.