농진청, 작물의 목마름도 ‘빅데이터’로 시각・수치화

파종 후 3주된 어린 벼로 측정…벼 품종 수분 기준 마련 기대

표현체 기술 이용 가뭄 형질 정량평가법 개발

표현체 분석과정과 사람의 의료진단 및 처방 비교도 ⓒ농촌진흥청

앞으로 작물의 목마름도 시각・수치화돼 적당량 물을 공급할 수 있을 것으로 보인다. 농촌진흥청(청장 허태웅・이하 농진청)은 국내 최초로 디지털 표현체 분석 기술을이용해 벼의 목마름 정도를 파악할 수 있는 정량평가법을 개발했다고 31일 밝혔다.

표현체 기술은 영상 장비를 이용해 작물 형태와 건강 상태를수치화, 시각화해 데이터를 분석하는 디지털 영상분석 기술이다. 농진청은 지난해부터 작물표현체 연구동 시설과 표현체 기술을이용해 작물 목마름 정도를 수치로 표현하는 정량평가법을 개발해 벼가 가뭄에 견디는 특성 평가에 활용하고 있다.

이번에 개발한 정량평가법은 파종 후 벼를 3주 동안 정상적으로 키우다가 물을 적게 공급해 가뭄 스트레스를 유도한 후 카메라로 벼 모양을 촬영하고 획득한 영상을 프로그램을 이용 분석해 수치화,시각화한 후 가뭄에 강한 품종과 약한 품종을 선발했다.

파종 후 3주 된 어린 벼를 대상으로 물이 부족한 환경을 조성,4종 디지털 영상 장비와 12종 영상지표에서 식물면적,잎의 색상, 식물체내 수분량, 광합성 능력, 식물체온 변화를 측정해 목마름 정도를 평가했다.

가시광 영상정보를 통해 식물 잎 면적을 비교한 결과 가뭄에 강한 벼보다 일반 벼(대조구)가 빨리 시들어 최대 3.7배(57,638 픽셀) 정도 잎 면적이 줄어들었다. 근적외선 영상으로 체내 수분함량 변화(NIR intensity) 조사에서도 가뭄에 강한 벼가 일반 벼보다 식물체내에 약 38% 정도 수분을 더 함유하고 있음을 확인했다.

이 평가법은 작물 목마름 정도를 양적으로 표시해 작물 내 수분이 얼마나 있는지를 판단할 수 있는 기준으로 삼을 수 있다. 농진청은 가뭄에 강한품종 선발과 스마트 농업에서 매우 중요한 물 관리 관련 빅데이터축적에 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

한편 이번 연구 결과는 SCI 국제학술지인 Planta (2020년, IF=3.39, 영향력지수=80.53)에 게재돼 학술적으로 인정받았다. 가뭄 대응 디지털 농업의 적용과 확산에 활용될 예정이다.

김경환 농촌진흥청 유전자공학과 과장은 “기존에는 작물을 눈으로 보고 주관적으로 판단해 작물 목마름 정도를 파악했으나 이번 기술 개발을 통해 정량화된 측정치를 신속, 정확하게 얻을 수 있게됐다”라며 “앞으로 디지털 농업으로 전환에 속도를 낼 수 있도록표현체 기술 활용에 힘을 쏟겠다”고 밝혔다.

벼 품종개발을 연구하는 국립식량과학원 이종희 농업연구관은 “세계적인 물 부족 현상으로 가뭄에 강한 작물을 찾기 위한 새로운육종 방법이 필요한 때, 대량분석이 가능하고 정확한 기술로 가뭄에강한 품종 육성에 많이 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.