억새의 식물학적인 분류 및 형태, 선진국의 억새 육종, 재배 및 이용 현황 그리고 우리나라의 억새 연구성과 등을 고찰함으로서 향후 우리나라 에너지 자급율 제고를 위한 억새 연구방향을 제시하고자 국내외 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 억새속 식물에는 17개종이 존재하는데 이 중 바이오 에너지용으로 중요한 종은 한국 등 동아시아가 원산인 참억새(M. sinensis)와 물억새(M. sacchariflorus) 그리고 이들 두 종의 종간 교잡종인 3배체 억새(M. x giganteous) 등이다. 여러 가지 에너지작물 중 억새는 연간 바이오매스 수량이 많고 저온, 염해, 습해 등 열악 환경 적응성과 질소이용효율이 우수하며 에너지 산출/투입 수지가 가장 높고 지상부 줄기와 땅속줄기에 다량의 탄소를 저장하기 때문에 탄수수지가 가장 높다. 유럽, 미국 및 캐나다 에서는 1930년대부터 일본으로부터 3배체 억새를 도입하여 연료용 펠릿 생산, 열병합발전, 양액재배 배지, 건축자재 및 강화 플라스틱 원료로 이용한다. 현재 재배되는 3배체 억새 단점보완을 위한 품종육성연구와 사탕수수와 억새교잡종인 "Miscane" 육성 연구가 진행되고 있다. 우리나라에서는 2007년 억새 유전자원 수집이 착수된 이후 2009년에 바이오매스 수량이 많은 "거대억새1호"와 억새를 증식효율을 높일 수 있는 "억새대량증식방법"을 개발하였다. 향후 우리나라 억새산업 발전을 위해서는 분자육종 등 새로운 육종기법을 활용하여 우리나라뿐만 아니라 해외에서도 재배할 수 있는 우량 신품종을 육성하는 한편 바이오매스의 전처리, 당화 및 발효 등 셀룰로오스계 에탄올 생산공정에 관한 연구도 강화해야 할 것이다.
억새의 식물학적인 분류 및 형태, 선진국의 억새 육종, 재배 및 이용 현황 그리고 우리나라의 억새 연구성과 등을 고찰함으로서 향후 우리나라 에너지 자급율 제고를 위한 억새 연구방향을 제시하고자 국내외 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 억새속 식물에는 17개종이 존재하는데 이 중 바이오 에너지용으로 중요한 종은 한국 등 동아시아가 원산인 참억새(M. sinensis)와 물억새(M. sacchariflorus) 그리고 이들 두 종의 종간 교잡종인 3배체 억새(M. x giganteous) 등이다. 여러 가지 에너지작물 중 억새는 연간 바이오매스 수량이 많고 저온, 염해, 습해 등 열악 환경 적응성과 질소이용효율이 우수하며 에너지 산출/투입 수지가 가장 높고 지상부 줄기와 땅속줄기에 다량의 탄소를 저장하기 때문에 탄수수지가 가장 높다. 유럽, 미국 및 캐나다 에서는 1930년대부터 일본으로부터 3배체 억새를 도입하여 연료용 펠릿 생산, 열병합발전, 양액재배 배지, 건축자재 및 강화 플라스틱 원료로 이용한다. 현재 재배되는 3배체 억새 단점보완을 위한 품종육성연구와 사탕수수와 억새교잡종인 "Miscane" 육성 연구가 진행되고 있다. 우리나라에서는 2007년 억새 유전자원 수집이 착수된 이후 2009년에 바이오매스 수량이 많은 "거대억새1호"와 억새를 증식효율을 높일 수 있는 "억새대량증식방법"을 개발하였다. 향후 우리나라 억새산업 발전을 위해서는 분자육종 등 새로운 육종기법을 활용하여 우리나라뿐만 아니라 해외에서도 재배할 수 있는 우량 신품종을 육성하는 한편 바이오매스의 전처리, 당화 및 발효 등 셀룰로오스계 에탄올 생산공정에 관한 연구도 강화해야 할 것이다.
In order to suggest correct direction of researches on Miscanthus spp. which are promising bioenergy crop, authors had reviewed and summarized various literature about botanical taxonomy, morphology and present condition of breeding, cultivation and utilization of miscanthus. Among the genus of Misc...
In order to suggest correct direction of researches on Miscanthus spp. which are promising bioenergy crop, authors had reviewed and summarized various literature about botanical taxonomy, morphology and present condition of breeding, cultivation and utilization of miscanthus. Among the genus of Miscanthus which are known 17 species, the most important species are M. sinensis and M. sacchariflorus which origin are East Asia including Korea, and M. x giganteus which is inter-specific hybrid of tetraploid M. sacchariflorus and diploid M. sinensis. Miscanthus is superior to other energy crops in resistance to poor environments including cold, saline and damp soil, nitrogen utilization efficiency, budget of input energy and carbon which are required for producing biomass and output which are stored in biomass. The major species for production of energy and industrial products including construction material in Europe, USA and Canada is M. x giganteus which was introduced from Japan in 1930s. In present, many breeding programs are conducted to supplement demerits of present varieties and to develop "Miscanes" which is hybrid of miscanthus and sugar cane. In Korea, the researches on breeding and cultivation of miscanthus were initiated in 2007 by collecting germplasms, and developed "Goedae-Uksae 1" which is high biomass yield and "mass propagation method of miscanthus" which can improve propagation efficiency in 2009. In order to develop "Korean miscanthus industry" in future, the superior varieties available not only domestic but also foreign market should be developed by new breeding method including molecular markers. Researches on production process of cellulosic bio-ethanol including pre-treatment and saccharification of miscanthus biomass also should be strengthen.
In order to suggest correct direction of researches on Miscanthus spp. which are promising bioenergy crop, authors had reviewed and summarized various literature about botanical taxonomy, morphology and present condition of breeding, cultivation and utilization of miscanthus. Among the genus of Miscanthus which are known 17 species, the most important species are M. sinensis and M. sacchariflorus which origin are East Asia including Korea, and M. x giganteus which is inter-specific hybrid of tetraploid M. sacchariflorus and diploid M. sinensis. Miscanthus is superior to other energy crops in resistance to poor environments including cold, saline and damp soil, nitrogen utilization efficiency, budget of input energy and carbon which are required for producing biomass and output which are stored in biomass. The major species for production of energy and industrial products including construction material in Europe, USA and Canada is M. x giganteus which was introduced from Japan in 1930s. In present, many breeding programs are conducted to supplement demerits of present varieties and to develop "Miscanes" which is hybrid of miscanthus and sugar cane. In Korea, the researches on breeding and cultivation of miscanthus were initiated in 2007 by collecting germplasms, and developed "Goedae-Uksae 1" which is high biomass yield and "mass propagation method of miscanthus" which can improve propagation efficiency in 2009. In order to develop "Korean miscanthus industry" in future, the superior varieties available not only domestic but also foreign market should be developed by new breeding method including molecular markers. Researches on production process of cellulosic bio-ethanol including pre-treatment and saccharification of miscanthus biomass also should be strengthen.
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문제 정의
본 소고에서는 억새의 식물학적인 분류 및 형태, 선진국의 억새 육종, 재배 및 이용 현황 그리고 우리나라의 억새 연구 성과 등을 고찰함으로서 향후 우리나라 에너지 자급율 제고를 위한 억새 연구방향을 제시하고자 한다.
우리나라 억새 연구는 2004년 자생지의 군락 분포, 종자 발아 등 생리 및 생태 연구 등으로부터 시작되었으나 본격적인 품종육성 및 재배법 개발연구는 2007년 농촌진흥청의 억새 유전자원 수집으로 시작되었다. 연구목표는 국내 억새 유전자원 수집 및 특성검정, 바이오매스 수량이 많은 우량군락 현지선발 그리고 저비용 대량 증식체계 확립 등이다. 2010년 8월 현재 수집한 억새 유전자원은 720점으로 2010년 말까지 1,000점, 2011년까지 1,500점을 수집할 계획이다.
대상 데이터
연구목표는 국내 억새 유전자원 수집 및 특성검정, 바이오매스 수량이 많은 우량군락 현지선발 그리고 저비용 대량 증식체계 확립 등이다. 2010년 8월 현재 수집한 억새 유전자원은 720점으로 2010년 말까지 1,000점, 2011년까지 1,500점을 수집할 계획이다. 현재 “거대억새1호” 식물체와 “억새 대량증식방법”의 특허출원의 성과를 거두고 있다.
성능/효과
두 번째로는 생산에 투입되는 에너지가 적고 산출되는 에너지가 많아 산출/투입 에너지 수지가 높은 작물이어야 한다. 세 번째로 수확시 바이오매스의 수분함량이 적고 셀룰로오스 함량이 많아 직접연소와 셀룰로오스계 에탄올 생산 등 에너지 전환 효율이 높아야 한다. 마지막으로 환경친화성 작물이어야 한다(Lewandowski 등 2000; Lewandowski 등 2003).
후속연구
수도권매립지공사 소유의 매립예정 간척지에서 하수슬러지 고하물 처리시험을 수행 중에 있다. 2011년부터 2012년 까지 금강 하구 웅포지구에 거대 억새1호 대규모 시범단지를 조성하여 신 재생에너지 체험 및 교육장으로 활용할 예정이다.
또한 타 작물에서 사용하고 있는 분자육종 등 육종기법을 활용하여 우리나라뿐만 아니라 해외에서도 재배할 수 있는 우량 신품종을 육성해야 할 것이다. 그리고 우리나라 억새자원의 권리확보를 위해 분자마커 개발을 통한 품종판별 기술을 개발해야 할 것이다. 또한 생산된 억새 바이오매스를 수송용 연료로 전환하기 위해 바이오매스의 전처리, 당화 및 발효 등 셀룰로오스계 에탄올 생산공정에 관한 연구도 강화하여 억새의 이용성도 제고되어야 함은 물론이다.
억새를 바이오에너지작물로 활용하려면 국내 자생지를 중심으로 유전자원을 수집하여 특성검정 후 데이터베이스를 구축함으로서 우리나라 억새 유전자원 Pool을 만들어 품종육성 기반을 마련해야 할 것이다. 또한 타 작물에서 사용하고 있는 분자육종 등 육종기법을 활용하여 우리나라뿐만 아니라 해외에서도 재배할 수 있는 우량 신품종을 육성해야 할 것이다. 그리고 우리나라 억새자원의 권리확보를 위해 분자마커 개발을 통한 품종판별 기술을 개발해야 할 것이다.
이러한 유전자원 다양성으로 인해 우리나라는 억새 우량품종 육성에 상당한 우위를 점할 수 있는 위치에 있다. 억새를 바이오에너지작물로 활용하려면 국내 자생지를 중심으로 유전자원을 수집하여 특성검정 후 데이터베이스를 구축함으로서 우리나라 억새 유전자원 Pool을 만들어 품종육성 기반을 마련해야 할 것이다. 또한 타 작물에서 사용하고 있는 분자육종 등 육종기법을 활용하여 우리나라뿐만 아니라 해외에서도 재배할 수 있는 우량 신품종을 육성해야 할 것이다.
우리나라에서는 2007년 억새 유전자원 수집이 착수된 이후 2009년에 바이오매스 수량이 많은 “거대억새1호”와 억새를 증식효율을 높일 수 있는 “억새대량증식방법”을 개발하였다. 향후 우리나라 억새산업 발전을 위해서는 분자육종 등 새로운 육종기법을 활용하여 우리나라뿐만 아니라 해외에서도 재배할 수 있는 우량 신품종을 육성하는 한편 바이오매스의 전처리, 당화 및 발효 등 셀룰로오스계 에탄올 생산공정에 관한 연구도 강화해야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
억새란?
억새는 화본과(Poacea) 중 C4 광합성 경로를 가진 식물 군인 기장아과(Panicoideae)의 쇠풀족(Andropogoneae) 억새속(Miscanthus)에 속하는 식물이다. 세계적으로 억새속 식물에는 17개 종이 존재한다고 알려져 있다(Trevor 등 2002a; Chen과 Stephen 2006).
억새속 식물 중 바이오에너지용으로 중요한 종은?
세계적으로 억새속 식물에는 17개 종이 존재한다고 알려져 있다(Trevor 등 2002a; Chen과 Stephen 2006). 이 중 바이오에너지용으로 중요한 종은 그림 1과 같이 한국 등 동아시아가 원산인 참억새(M. sinensis)와 물억새(M. sacchariflorus) 그리고 3배체 억새(M. x giganteous) 등이다(Lewandowski 등 2000).
세계적으로 존재하는 억새속 식물의 수는?
억새는 화본과(Poacea) 중 C4 광합성 경로를 가진 식물 군인 기장아과(Panicoideae)의 쇠풀족(Andropogoneae) 억새속(Miscanthus)에 속하는 식물이다. 세계적으로 억새속 식물에는 17개 종이 존재한다고 알려져 있다(Trevor 등 2002a; Chen과 Stephen 2006). 이 중 바이오에너지용으로 중요한 종은 그림 1과 같이 한국 등 동아시아가 원산인 참억새(M.
참고문헌 (29)
Beale, C. V., and S. P. Long. 1995. Can perennial $C_4$ grasses attain high efficiencies of radiant energy conversion in cool climates? Plant Cell Environ. 18:641-650.
Beale, C. V., D. A. Bint and S. P. Long. 1996. Leaf photosynthesis in the $C_4$ -grass Miscanthus giganteus, growing in the cool temperate climate of southern England. J. Exp. Bot. 47: 267-273.
Bullard, M., and P. Metcalfe. 2001. Estimating the energy requirements and $CO_2$ Emission from production of the perennial grasses miscanthus, switchgrass and reed canary grass. ADAS Consulting Ltd, USA. 94 p.
Chen, S., and A. R. Stephen. 2006. MlSCANTHUS Andersson. Flora of China 22:581-583.
Chris, S., Y. Heather, T. Caroline Taylor, C. D. Sarah and P. L. Stephen. 2010. Feedstocks for Lignocellulosic Biofuels. Science 329:790.
Christian, D. G., and E. Haase. 2001. Agronomy of Miscanthus. In : Jones, M. B., Walsh, M. (Eds.), Miscanthus for Energy and Fiber. James & James (Science Publishers) Ltd., London, pp. 21-45.
Christian, D. G., A. B. Riche and N. E. Yates. 2008. Growth, yield and mineral content of Miscanthus x giganteus grown as a biofuel for 14 successive harvests. Industrial Crops and Products 28:320-327.
Dafu, W., R. Archie, Jr. Portis, P. M. Stephen and P. L. Stephen. 2008. Cool $C_4$ photosynthesis : Pyruvate Pi dikinase expression and activity corresponds to the exceptional cold tolerance of carbon assimilation in Miscanthus x giganteus. Plant Physiology 148:557-567.
David, M. B., L. T. Thomas, J. H. Jonathan and P. B. David. 2009. Dry matter partitioning and quality of Miscanthus, Panicum, and Saccharum genotypes in Arkansas, USA. Biomass and Bioenergy 33:610-619.
David, M. B. 1997. Chromosome transmission and meiotic behavior in various sugarcane crosses. J. American Society of Sugar Cane Technology 17:38-46.
Farrell, A. D., J. C. Clifton-Brown, I. Lewandowski and M. B. Jones. 2006. Genotypic variation in cold tolerance influences the yield of Miscanthus. Annals of Applied Biology 149(3):337-345.
Fernando, E. M., B. V. Maria,, P. L. Stephen and A. B. German.2008. Meta-analysis of the effects of management factors on Miscanthus x giganteus growth and biomass production. Agricultural and Forest Meteorology 148:1280-1292.
Heaton, E. A., J. Clifton-Brown, T. Voigt, M. B. Jones and S. P. Long. 2004. Miscanthus for renewable energy generation : European Union experience and projections for Illinois. Mitigation Adapt. Strategies Global Change 9:433-451.
Hirayoshi, I., K. Nishikawa, R. Kato and M. Kitagawa. 1955. Cytological studies on forage plants. (III) Chromosome numbers in Miscanthus. Jap. J. Breeding 5(1):49-50.
Hirayoshi, I, K. Nishikawa, M. Kubono and T. Murase. 1957. Cytological studies of forage plant. VI . On the chromosome number of ogi (Miscanthus sacchariflorus). Research bulletin of the faculty of agriculture, Gifu University 8:8-13.
Jorgensen, U., J. Mortensen, J. B. Kjeldsen and K. U. Schwarz. 2003. Establishment, development and yield quality of fifteen Miscanthus genotypes over three years in Denmark. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B-Plant Soil Science, Published by Talyor and Francis, Informa Ltd Registered in England and Wales. pp. 190-199.
Kim, G. Y., C. W. Lee and G. J. Joo. 2004. The evaluation of early growth pattern of Miscanthus sacchariflorus after cutting and burning in the Woopo Wetland. Korean J. Limnol. 37(2):255-262.
Koonin, S. E.. 2006. Getting serious about biofuels? Science 311 :435.
Laurent, G, C., J. C. Daniels,? and A. D'Hont. 2004. A review of recent molecular genetics evidence for sugarcane evolution and domestication. Ethnobotany Research & Applications 2:9-17.
Lewandowski, I., J. Clifton-Brown, J. M. O. Scurlock and W. Huisman. 2000. Miscanthus : European experience with a novel energy crop. Biomass Bioenergy 19:209-227.
Lewandowski, I., M. O. S. Jonathan, L. Eva and C. Myrsini. 2003. The development and current status of perennial rhizomatous grasses as energy crops in the US and Europe. Biomass and Bioenergy 25:335-361.
Lewandowski, I., and A. Heinz. 2003. Delayed harvest of miscanthus-influences on biomass quantity and quality and environmental impacts of energy production. Eur. J. Agron. 19:45-63.
Lewandowski, I., and U. Schmidt. 2006. Nitrogen, energy and land use efficiencies of miscanthus, reed canary grass and triticale as determined by the boundary line approach. Agriculture, Ecosystems and Environment 112:335-346.
Moon, Y. H. 2010. Report of official foreign trip "America and Canada trip for learning breeding methods and surveying cultivation and utilization of miscanthus". http ://btis.mopas.go.kr/
Qingguo, X. 2003. Potential of giant grass Triarrhena lutarioriparia to grow in cold, dry and saline conditions as energy source. Proc. of International Conference on Bioenergy Utilization and Environment Protection-6th LAMNET Project Workshop, Dalian, China SESSION 5 : BIOMASS RESOURCES.
Syozo, A., and S. Itaru. 1960. The cytotaxonomy of the genus Miscanthus and its phylogenic status. Bulletin of the faculty of agriculture, Mie University 25: 1-24.
Trevor, R. H., W. C Mark, T. Chigusa, J. L. IlIa J., D. B. Michael and A.R. STEPHEN. 2002a. The use of DNA sequencing (ITS and trnL-F), AFLP, and fluorescent in situ hybridization to study allopolyploid Miscanthus (Poaceae). American Journal of Botany 89(2):279-286.
Trevor, R. H., W. C. Mark, M. D. Lled, S. Nicolas and A. R. Stephen. 2002b. Phylogenetics of Miscanthus, Saccharum and related genera (Saccharinae, Andropogoneae, Poaceae) based on DNA sequences from ITS nuclear ribosomal DNA and plastid trnL intron and trnL-F intergenic spacers. J. Plant Res. 115:381-392.
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