산림유전자원의 정의와 보존 관리 체계, 그리고 수종 개량 및 육종을 위한 유전적 특성과 기술적 요소에 관한 고찰 doc_id PCY_201412091001209811_4

산림유전자원(forest genetic resources)이란 산림내에 서식하는 상이한 수준의 생물체(임목을 포함한 각종 동 식물 및 미생물)가 지니는 유전전다양성에 의한 경제적, 과학적, 사회적 가치 등을 의미한다. 이러한 산림유전자원의 효율적인 관리를 위하여『농업유전자원 보존 관리 및 이용에 관한 법률』제16조 제2항 및 영 제15조 제2항에 따른 산림유전자원 관리규정 (산림청 훈령 제1,010호) 제3조에 의거 산림청에서는 국립산림과학원, 국립수목원 및 국립산림품종관리센터를 책임기관으로 지정하였다. 산림유전자원의 다양한 확보와 안전한 보존 관리 및 효율적 이용에 관한 사항을 전문적으로 수행하기 위하여 3개 책임기관별 소관 산림유전자원을 지정하여 관리하고 있다. 특히, 국립산림과학원은 식물분야에서 육종을 위한 조림수종, 용재수종, 환경수종, 특용수종 및 산림유전자원보호림, 미생물분야에서 세균, 진균, 바이러스 및 유전자, 곤충분야에서 산림 선충 해충 및 천적곤충에 대한 산림유전자원을 보존 관리하는 업무를 수행하는 책임기관으로 지정되어 있다. 유전자원 보존의 기본 개념은 수종개량이라는 통합체의 한 부분이라는 것이다. 채종원, 클론뱅크, 차대검정림 내에 선발된 개체들을 보전하는 데 있어서 가치가 있는 생식질은 보전될 뿐 아니라 다른 장소(보전되어 있는 개체들은 바람에 의한 수분을 통해 지역 집단을 풍요의 다양성을 높일 수도 있다)에 복제되어 있다. 유전적으로 개량된 유묘를 새로운 장소에 식재하는 것은 그 수종의 유전자 풀을 풍요롭게 해준다. 이러한 나무들의 미래 집단은 지역 집단들에 비해서 유전적 이질성이 높으며(유전적 다양성이 높으며) 생산성도 높다. 산림수종의 선발과 육종을 수행하는 동안 수종-장소간 상호작용, 생장과 재질정보 그리고 다른 생리학적인 연관성에 관련된 막대한 양의 자료가 만들어진다. 이러한 자료는 식재장소에 적응성이 높은 고품질의 유묘를 사용하는 것이 중요하다는 인식을 증가시켜준다. 우수한 산림 관리를 위해서는 활력이 있으면서 빨리 자라는 나무 뿐 아니라 식물상의 다양성을 요구한다. 유전물질의 물리적 구조는 긴 염기쌍으로 이루어진 이중나선 형태의 DNA 분자이다. 이 분자는 종의 지속성을 제공할 수 있을만큼 안정적이면서도 주기적인 변화가 가능한 유연성이 있다. DNA는 따라서 세포 구조와 대사의 청사진 역할과 함께 많은 정확한 복제품을 만들어 낼 수 있는 틀의 역할도 한다. 이러한 독특한 특성으로 인해 현저한 안정적 우주내에서 진화가 진행될 수 있다. 돌연변이, 이주, 교잡, 자연선택의 진화적 힘은 오늘날 존재하는 모든 생명체의 다양함을 가져온 것이다. 돌연변이로부터 만들어진 새로운 유전자형은 이동(이주;migration)할 수 있으며 다른 유전자형과 섞일 수(교잡; hybridization)있다. 새로운 유전자 조합은 자연선택에 의해서 정렬된다. 만약 새로운 유전자형이 그들의 경쟁자 보다 생존, 생식, 차대생산 능력이 더 높다면 그들은 적응성이 높은(well-adapted) 것이다. 따라서 우리가 다루고 있는 그 수종, 품종, 임분은 그 환경속에서 그들의 생존과 생식능력 덕택으로 특정한 장소에 잘 적응하게 된다. 산림수종의 유전적 개량은 포지작물의 육종과 많은 유사점이 있다. 즉, 큰 집단으로부터 평균 이상의 성적을 보이는 개체들을 선발하여 특정한 설계에 의해 교배를 실시하는 등 모든 개념이 동일하다. 육종단계 다음에는 차대들을 환경조건이 다른 여러 장소에 심어서 검정을 해야 한다. 차대검정은 개체들간의 유전적 차이를 검정하기 위해 고안된 특별한 유전분석법으로 서로 다른 환경조건에 여러 유전자형을 함께 가져다 시험을 한다. 그들의 가치를 충분히 신뢰성 있게 평가하여 차대들을 개발하였다면, 이들 개량된 개체나 그룹은 실제로 사용되거나 또는 육종과정을 반복하는데 이용될 수 있다. 포지작물과 산림수종의 작업에 있어 두 가지 큰 차이가 있다. 옥수수나 밀과 같은 포지작물은 생식적으로 성숙되는데 수개월이 걸리지만 대부분의 임목은 수년이 걸린다. 옥수수와 밀의 수확 회전은 단지 수개월이면 가능하지만 나무들은 25～100년이 지나야 시장성 있는 목재가 생산된다. 심지어 열대지방에서도 8년 내지 10년 미만에 목재를 생산하는 것은 드물다. 실용적 이것은 옥수수나 밀 육종가는 육종과정을 2-3년 내에 마무리 짓는 반면 임목육종가는 최소로 잡아도 8-10년이 걸린다는 의미이다. 두 번째 주요한 차이는 대부분의 포지작물 육종은 인류에 의해서 수세기 동안 작물화된 재배품종을 대상으로 이루어진다는 것이며 이들은 종종 유전적으로 동질화되어 있다. 이와 반대로 산림수종의 육종은 일반적으로 인간에 의해 거의 변화하지 않은 자연집단을 대상으로 이루어진다. 여기서 한 가지 예외는 “high-grading”으로 일반적으로 벌채 시 가장 질이 좋은 나무들을 자르고 나쁜 것들을 다음 세대 갱신을 위해 남긴다는 것이다. 즉, 불행히도 수종개량 임업가는 수형이 나쁘고 육종재료로서 가치가 낮은 것들을 가지고 한 두 번의 육종 사이클만에 가장 좋은 등급의 나무를 만들어 내려고 노력을 한다는 점이다. 달리 말하면 자연의 선발되지 않은 임분을 가지고 육종을 하기 때문에 초기 몇 세대 동안은 질에 있어서 개량효과가 커지는 기회가 될 수 있다는 것이다. 따라서, 포지작물 육종에서는 정보가 잘 알려진 품종들을 가지고 작업을 진행하며 종종 순계를 이용한다. 옥수수를 예로 들면, 순계들을 교배하여 잡종강세를 보이는 차대를 만들어낸다. 장소에 대한 고려도 여기서 중요한데, 옥수수는 균일하고 잘 준비된 장소에 심어질 것이다. 반면에 나무는 거칠고 벌채가 된 지역에 약간의 지존작업이 이루어진 곳에 심어진다. 동위효소는 Douglas-fir에서 이형접합자율과 타식율을 비교하는데 사용되어 왔다. 저자들은 클론채종원과 실생묘 채종원에서 타식율에 차이가 없다고 보고 했다. 그러나 실생묘 채종원에서는 동형접합자 차대의 비율이 유의하게 높았다고 보고했다. 비록 동위효소 분석이 많은 산림유전학 연구에 있어서 효과적인 도구이지만, 남부의 유전적 다양성 회의 요약자료에 의하면, Libby and others(1997)는 동위효소 자료가 한 종 내에서 유전변이를 추정하는데 사용하는데 많은 한계가 있다는 점을 알아냈다. 그러나 동위효소 분석은 채종원에서 화분 오염의 정도를 추정하기 위해 지금까지 널리 사용되어 오고 있다. 미국 산림청은 유전변이를 연구하기 위해서 캘리포니아의 Camino에 National Forest Genetics Electrophoresis Lab.을 설립하였는데, 분류학적 결정, DNA fingerprinting, 그리고 조림 및 관리 과정의 효과 평가 업무를 수행한다. 대부분의 클론 채종원은 접목을 통해 조성된다(예외적으로 slash pine의 채종원 중 하나는 삽목으로 조성되었다.; Bengston, 1969). 현장에 식재한 대목에 직접 접을 붙이던가(field-grafting) 또는 온실, 차양육묘실, 포지상 등에서 키운 용기에 키운 대목에 접을 붙이게 된다. 포트에 키운 대목에 접을 붙이는 것이 비용면에서 더 효과적이지만 종종 상업적인 종자생산에 도달하는 시기가 짧아지기 때문에 일부 채종원 관리자들은 field-grafting을 더 선호한다. 침엽수를 포함한 많은 수종에서 접목 불화합성이 나타난다. 이것은 southern pine 클론의 약 22%정도에서 문제가 되고 있다(Lantz, 1973). 그리고 Douglas-fir와 같이 특별한 경우는 클론들의 67%가 영향을 입고 있다. 연관관계가 있는 대목을 사용할 경우 불화합성이 감소한다는 몇 가지 증거가 있다. 그러나 자료는 결론적이지 못하다. Copes(1967)는 Douglas-fir에서 불화합성을 예측하는데 사용할 수 있는 tissue sampling 기술을 개발했다. 흉고직경 생장에 있어서 산지와 시험지간의 상호작용은 전체변이의 24.6%를 차지하는 것으로 나타나 수고와 비교하였을 때, 시험지와 산지 간 상호작용 효과가 매우 큰 것으로 나타났다. 반면 상호작용 중 공분산분석에 의해 설명되는 부분은 6.0%로서 설명력이 매우 적게 나타났다. 이는 직경생장이 시험지 내에서 산지간의 순위가 서로 일정하지 않으며 그 값의 차이가 시험지별로 크며, 변동이 심하기 때문인 것으로 판단된다. 회귀방정식의 이질성의 MS값은 0.547로 수고생장과 마찬가지로 유의성이 없는 것으로 나타났다. 상호작용 효과가 크게 나왔음에도 불구하고 다변성이 기각되는 이유는 상호작용 효과 중에서도 잔차의 mean square 값, 즉 설명할 수 없는 오차항이 차지하는 부분이 크기 때문에 회귀방정식의 기울기에 해당하는 값이 유의하지 않게 나온 것으로 추정할 수 있다. 즉, 흉고직경의 생장반응이 수고생장과 마찬가지로 6개의 각각의 산지들이 각각의 시험지내 에서 비슷한 경향으로 반응함을 의미한다. 최근에는 조성 속도가 빠르고, 생육특성이 왜성인 품종 등 각 목적에 부합되는 다양한 잔디 품종의 개발과 10월에 낙엽이 지는 잔디를 11월에 낙엽이 지도록 하거나 다양한 색깔 및 병해에 강한 잔디 등 기능성 잔디품종 개발의 실용화 연구가 절실히 요구되고 있는 실정이다. 우리나라의 경우 한국잔디 원산지 임에도 불구하고 정부지원 및 육종연구의 부족으로 미국, 일본 등에 비해 한국잔디 육종을 통한 신품종 육성 및 활용이 크게 뒤지고 있는 실정이다. 난지형 잔디인 한국잔디는 척박한 토양에서 잘 자라며 병해충에도 잘 견딜 뿐 아니라 내건성 및 내한성도 지니는 등 우리나라 기후에 잘 적응하기는 하나, 유전적으로 색이 옅고, 발아, 조성속도 및 회복속도가 느린 단점을 지니고 있다. 특히 한국잔디는 연중 약 5～6개월 정도 밖에 푸른 상태를 유지하지 못할 정도로 녹화 효과가 떨어지는 점은 가장 큰 단점으로 지적되고 있다. 이에 비해 한지형 잔디는 대개 푸른 기간이 10개월 이상 지속되어 연중 푸른 경관의 연출이 가능하며, 내답압성이 우수하고 회복력도 빠를 뿐 아니라, 그늘이나 습지에서도 생육이 잘 되는 특성을 지니고 있다. 임도의 기능은 크게 이동기능, 접근기능, 공간기능의 3가지로 구분할 수 있다. 이동기능은 교통류를 신속하고 원활하게 처리해 주는 기능으로서 임내 또는 주변 토지에서 생산된 물류를 신속하게 유통시킴은 물론 사람들의 왕래와 여가활동을 위하여 신속성, 안정성, 편리성을 도모하는 것으로서 간선임도, 연결임도(access forest road)가 여기에 해당된다. 접근기능은 임지이용의 활성화를 촉진시키는 기능으로 임내의 구석구석까지 접근하여 산림 작업이나 생산 활동에 직접 이용되는 것으로서 지선임도, 경영임도(management forest road)가 이에 해당된다. 공간기능은 제한된 공간을 갖는 집약적인 임업에서 집재, 집적, 주차 등의 공공용지나 휴양림 등에서 광장 등의 생활공간으로 사용된다.