1. 서론

유전자변형생물체(living modified organism, LMO)는 처음 상업적 재배가 시작된 1996년 전 세계 재배면적이 1.7 백만 ha에서 2019년 190.4 백만 ha로 110배 이상 증가하였고, 국내 누적 수입량도 2023년 7월 기준 1억 5천만 톤에 달한다(International Service for the Acquisition of Agribiotech Applications, 2018; Korea Biosafety Clearing House, 2023). 우리나라는 LMO로부터 국민의 건강과 생물 다양성을 보전하기 위해 2008년부터 시행된 「유전자변형생물체의 국가간 이동 등에 관한 법률」에 따라 7개의 정부 부처에서 LMO를 용도별로 관리하고 있다. 그중 환경부는 환경 정화용 LMO의 수출입 등에 관한 안전관리와 타 부처 소관 LMO 중 환경에 방출되거나 방출될 우려가 있는 LMO의 자연생태계 위해성 심사(협의)를 담당하고 있다. 국립생태원은 환경부 소관 LMO의 위해성 심사 및 안전관리를 지원하기 위해 “환경부 LMO 위해성평가기관”을 지정하여 위해성평가를 실시하고 있다(Nam and Han, 2020).

LMO 위해성평가의 목적은 존재 가능한 잠재적인 수용 환경에서 생물다양성 보전과 지속적인 이용에 미칠 수 있는 LMO의 잠재적인 부정적 영향을 식별하고 계측하는 데 있다. 따라서 우리나라의 자연환경 또는 자연환경을 반영하는 조건에서의 환경방출 실험이 필요하며, 이를 위해 상업적 재배 승인에 앞서 격리포장시설에서의 위해성평가가 필수적이다. 한 편, LMO가 주변 생물 및 생태계에 미칠 수 있는 영향, 잡초(야생)화 및 토착화 가능성 등을 조사하는 격리포장시설에서의 위해성평가는 온도와 강수량, 토양미생물 등의 격리포장 내 환경 변화가 결과에 유의미한 영향을 줄 수 있다(Han et al., 2023; Kim et al., 2020; Park et al., 2018). 따라서 격리포장시설에서의 위해성평가 시 신뢰성 높고 정확한 환경데이터를 확보하는 것이 매우 중요하다. 본 연구는 환경부 LMO 격리포장의 기후 특성 및 서식 생물 정보를 기록하여, 환경부 소관 환경정화용 LMO 및 자연생태계 위해성평가를 위한 기초자료를 제공하고자 한다.

2. 본론

2.1 조사지역

본 조사는 충청남도 서천군 국립생태원 내부에 위치한 환경부 LMO 격리포장시설 일대(36°1′42.00″ N, 126°43′23.23″ E)를 대상으로 이루어졌다(Fig. 1). LMO 격리포장시설은 2018년 11월에 완공되었고, 주변에 산림과 수로, 인공건축물이 인접해 있다. 시설은 2 m 높이의 경계울타리를 통해 주위와 물리적으로 격리되어 있고, 울타리 밑으로는 설치류 등의 출입을 막을 수 있는 철망이 둘러져 있다. 위해성평가를 실시하는 시험포장에는 조류의 침입을 막을 수 있는 방조망과 꽃가루의 비산을 막는 방진망이 설치되어 있고, 출입구를 비롯한 경계 울타리 전체에 침입감지용 적외선 센서와 CCTV 카메라가 설치되어 인간과 야생동물의 출입을 제한하고 있다. 또한 시설 내에 1·2차 집수장과 집수로를 설치하고 배수구를 촘촘한 거름망으로 막아 위해성평가에 사용되는 LMO와 그 부산물들이 배수 중에 외부로 배출되지 않도록 하였다.

2.2 조사 방법

2.2.1 기후환경 데이터 수집·분석

격리포장시설 일대의 기후환경은 격리포장 내에 설치된 기상관측장비(Datataker DT80; Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)를 사용하여 기온과 지온, 강수량, 습도, 일조량, 풍량, 풍속 등의 변화를 2021년부터 일단위로 수집하였다(Nam et al., 2022).

2.2.2 식물상 및 토양미생물상 조사

격리포장 내에 서식하는 자생식물은 2019년부터 32-60개 소의 1×1 m 혹은 2×2 m의 방형구에서 조사하였고, 종 동정은 육안 관찰과 국가생물종목록(National Institute of Biological Resources, 2020)을 따랐다(Nam et al., 2019; Nam et al., 2020; Nam et al., 2021; Nam et al., 2022). 격리포장 내에 서식하는 토양생물은 12-60개소의 1×1 m 혹은 2×2 m의 방형구에서 조사하였다(Nam et al., 2019; Nam et al., 2020; Nam et al., 2021). 토양에서 genomic DNA를 추출한 후 차세대 염기서열 분석(next generation sequencing)을 수행하였고, operational taxonomic unit (OTU)를 구한 후 미생물 다양성은 QIIME-UCLUST (Edgar, 2010)를 통해 분석하였다.

3. 결과

3.1 기후 특성

환경부 LMO 격리포장에서 관측된 기온, 강수량, 일조량, 상대습도, 풍향, 풍속 등의 기후 변수들은 연도 및 계절에 따라 뚜렷한 차이를 보였다(Fig. 2). 2021년 5월부터 2023년 8월 사이의 평균 기온은 14.2℃였고 평균 지온은 17.0℃였다. 일 최고기온은 2022년 7월 37.4℃로 관측되었고, 일 최저기 온은 2023년 1월 -15.3℃로 관측되었다. 조사 기간 동안 일조량은 평균 9.1시간이었다. 2021년과 2023년은 6월에 각각 11.1시간, 11.0시간으로 일조량이 가장 많았고, 2022년은 5월에 11.1시간으로 일조량이 가장 많았다. 월간 누적 강수량은 평균 102.8 mm였고, 2021년과 2023년에는 7월, 2022년에는 10월에 강수량이 가장 많았다. 특히 2023년 7월은 13일부터 23일까지 10일간 630.5 mm의 집중호우로 인해 누적 강수량이 858.5 mm를 기록하였다. 반면 환경부 LMO 격리포장에서 가장 가까운 군산 기상대에서 관측된 데이터는 2021년과 2023년의 월간 누적 강수량은 7월에 가장 많았으나 2022년에는 8월에 강수량이 가장 많았다(Korea Meteorological Administration, 2023). 조사 기간 중 대기 습도는 평균 77.0%였고, 2021년에는 7월에 82.1%, 2022년에는 8월에 86.4%, 2023년에는 7월에 90.3%로 가장 높았다. 토양 수분은 평균 21.8%였고, 2021년에는 11월에 25.5%, 2022년에는 8월에 28.0%, 2023년에는 7월에 30.6%로 가장 높은 토양 수분함량을 기록하여 강우와 강설의 영향을 받는 것을 확인할 수 있었다. 환경부 LMO 격리포장은 위치상 남쪽으로 산림을 마주보고 있기 때문에 풍향은 조사 기간 중 41.0%가 북풍이었고, 북북동풍이 11.9%로 기록되었다. 풍속은 평균 0.35 m/s로 대부분 무풍이었고, 일최대풍속은 3.8 m/s였다. 한편 군산 기상대에서 관측된 풍향은 북풍의 비율이 가장 높았고, 평균 풍속과 일최대풍속은 각각 2.1 m/s, 14.0 m/s였다(Korea Meteorological Administration, 2023).

3.2 자생생물 분포 특성

조사 기간(2019-2022년) 동안 환경부 LMO 격리포장에서 관찰된 자생식물은 총 19과 49속 58종이었다(Table 1). 시간 변화에 따른 자생식물 분포를 비교한 결과 2019년과 2020년에는 각각 33종과 37종이 관찰되었으나, 2021년에는 28종으로 감소하였고, 2022년에는 18종으로 급격히 감소하였다. 조사 기간 동안 매년 관찰된 식물 종은 7개 종(Conyza canadensis , Artemisia indica, Chenopodium album, Setaria viridis, Glycine soja, Lespedeza bicolor, Aeschynomene indica)이었다. 58개 종 중에서 16개 종(Centipeda minima , Sonchus asper, Eclipta prostrata, Mosla punctulata, Mosla dianthera , Commelina communis, Acalypha australis, Persicaria longiseta, Eragrostis japonica, Panicum dichotomiflorum , Digitaria ciliaris, Cyperus microiria, Fimbristylis littoralis, Cyperus nipponicus, Humulus japonicus, Rorippa palustris)은 2019년도에 관찰되었으나, 2020년부터는 관찰되지 않았다. Cirsium japonicum, Crepidiastrum sonchifolium, Taraxacum officinale, Perilla frutescens, Polygonum aviculare, Clematis apiifolia, Echinochloa esculenta, Arabidopsis thaliana, Robinia pseudoacacia, Astragalus sinicus, Medicago sativa는 2020년에만 관찰되었고, Lamium amplexicaule는 2021년에만 관찰되었다. Persicaria hydropiper, Echinochloa crus-galli, Equisetum arvense, Portulaca oleracea, Plantago asiatica, Mazus pumilus는 2019년에서 2021년까지는 관찰되지 않았으나 2022년에 새롭게 관찰되었다. 반면 Vicia sativa는 2019년에서 2021년 사이에는 관찰되었으나 2022년에는 관찰되지 않았다.

환경부 LMO 격리포장의 토양생물상 변화는 박테리아와 진균 군집의 결과로 확인하였다. 조사 기간(2019-2021년) 동안 토양 박테리아의 OTU 값은 2019년 7월 838.8±62.2에서 2021년 7월 3,312.8±337.1로 3.9배 증가하였다(Table 2). 2020년에 조사한 토양 진균의 OTU 값은 8월 553.9±87.0에서 9월 388.8±103.8로 8월보다 9월에 1.4배 감소하였다. 조사 기간 동안 토양 박테리아의 Order 수준의 평균 상대 풍부도는 Chitinophagales이 9.7%로 가장 높았고, 그 다음 Blastocatellales (5.9%), Burkholderiales (5.2%), Nitrosomonadales (5.1%), Acidobacteriales (3.9%), Gemmatimonadales (3.6%), Rhizobiales (3.0%), Verrucomicrobiales (2.8%), Vicinamibacteria (2.7%), Myxococcales (2.2%), Nostocales (2.1%), Nitrospirales (1.7%), Sphingomonadales (1.7%), Bryobacterales (1.7%), Chthoniobacterales (1.6%), Tepidisphaerales (1.5%), Gemmatales (1.4%), Anaerolineales (1.3%), Oscillatoriales (1.3%), Xanthomonadales (1.2%), Pirellulales (1.1%), Synechococcales (1.1%), Micrococcales (1.1%) 순으로 나타났다(Fig. 3). 연도별로는 2019년에는 Burkholderiales이 가장 많이 분포하였고, 2021년에는 Chitinophagales이 가장 높은 비율을 차지하였다. 2020년은 월별로 분포도가 달랐다. 5월에는 Oscillatoriales이 많이 분포한 반면 6-8월에는 Chitinophagales, 9월에는 Rhizobiales가 높은 분포 밀도를 보였다. 토양 진균의 Order 수준의 평균 상대 풍부도는 Agaricales (6.1%)이 가장 높았고, 그 다음 Pleosporales (4.0%), Hypocreales (2.6%), Mortierellales (2.2%), Paraglomerales (1.6%), Spizellomycetales (1.5%), Glomerales (1.3%) 순으로 확인되었다. 2020년 5월에는 Spizellomycetales가 많이 분포한 반면 6-9월에는 Agaricales의 분포 밀도가 높았다.

4. 결론 및 토의

본 연구에서는 환경부 LMO 위해성평가기관 내 격리포장의 환경 특성을 파악하기 위하여 5년간(2019-2023년)의 기후 변수와 자생생물 발생 양상을 비교 분석하였다. LMO의 위해성평가 시 표준화된 시험법을 적용할 수 있는 인체위해성과 다르게 환경위해성은 각 나라마다 기후를 비롯한 서식 생물 종들이 상이하기 때문에 LMO를 수입하는 국가의 자연환경에서의 위해성평가가 중요하다. 따라서 본 데이터는 국내에 수입되는 환경정화용 LMO 및 타 용도 LMO의 자연생태계 위해성평가를 위한 기초자료로 활용가치가 높을 것으로 판단된다. 또한 기후 변화의 영향으로 LMO의 생태계 침입 및 확산 가능성이 증가할 수 있는 상황에서 국내 환경 특성을 반영한 체계적인 LMO 위해성평가 가이드라인 마련 등 환경부 LMO 안전관리 정책 수립의 기초자료로 활용될 수 있다.

한편, 우리나라는 환경부 이외에도 농림축산식품부와 산업통산자원부, 해양수산부에서 지정한 총 15개의 LMO 위해성 평가기관이 수원을 비롯한 청주, 전주, 부산, 제주도 등 전국에 걸쳐 분포하고 있다. 따라서 서천에 위치한 환경부 LMO 격리포장의 축적된 환경데이터의 공개는 타 부처 위해성평가기관에서 수행하는 LMO 위해성평가 시 국내 환경조건에 대한 비교자료로도 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Notes

Conflict of Interest

On behalf of all authors, the corresponding author states that there is no conflict of interest.

Funding Information

This study was supported by a grant from the National Institute of Ecology (NIE), funded by the Ministry of Environment (MOE) of the Republic of Korea (NIE-A-2023-04).

Data Availability Statement

The data that support the findings of this study are available on request from the corresponding author. The data are not publicly available due to privacy or ethical restrictions.

Fig. 1.

Location of the living modified organism (LMO) confined field under the Ministry of Environment. The region marked with a red line represents the LMO restriction field.

Fig. 2.

Multivariate visualization of climate parameters in the living modified organism confined field. Changes in temperature and sunshine (A), precipitation and humidity (B), wind direction (C), and wind velocity (D).

Fig. 3.

Temporal variation in soil microbial communities. Bar plots illustrating Order-Level relative abundance of bacterial (A) and fungal (B) communities across different time periods.

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Appendix

Figure & Data

References

Citations

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