KR100495610B1 - 동계 시설재배용 부추 변종식물 및 이의 육종방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동계 시설재배용 부추 변종식물 및 이의 육종방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 엽장이 길고, 엽폭이 넓으며, 분얼이 많고, 초형이 직립이며, 쉽고 천립중이 무거운 특성을 갖는 무수정생식(Apomixis)에 의한 종자번식 또는 분주에 의해 무성번식되는 동계 시설재배용 부추 변종식물 및 이의 육종방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 부추 변종식물은 휴면성이 얕고 저온신장성이 강해서 동계 시설재배용으로 적합한 장점이 있다.

Description

동계 시설재배용 부추 변종식물 및 이의 육종방법{Chinese chive variety plant for vinyl house culture in winter and method of breeding the same}

본 발명은 동계 시설재배용 부추 변종식물 및 이의 육종방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 기존의 부추의 주 재배품종인 그린벨트에 비해 잎이 넓고 잎색이 연하며, 아울러 휴면성이 얕고 저온신장성이 강해서 동계 시설재배용으로 적합한 부추 변종식물 및 이의 육종방법에 관한 것이다.

부추(Allium tuberosum)는 마늘, 파, 양파 등과 동일한 속(Allium 속)에 속하는 식물로서 중국이 원산지이며, 중국, 일본, 한국, 베트남 등 동아시아에서 주로 이용되는 채소작물 중 하나이다.

부추의 염색체 수는 32개로서 4개의 염색체가 동일한 구조를 하고 있는 동질사배성 식물이며, 또한 종자와 영양체를 이용한 번식이 가능한 특성을 가지고 있다. 부추의 재배는 주로 4월부터 10월까지 노지에서 재배되고 식용으로 이용되어 왔으나 최근에는 11월에 비닐하우스를 이용하여 이듬해 3월까지 재배하여 생산하는 동계 시설재배가 이루어지고 있는 실정이다.

부추는 일회 파종으로 5년 정도 재배가 가능한 영년생 작물로서 여름에 노지 재배 및 겨울철에 시설재배를 이용하여 재배가 가능한 채소작물로서 널리 재배되고 있는 채소작물이다. 특히, 부추의 종자형성과정이 일반적인 식물과는 다른 무수정생식(Apomixis)에 의해 종자를 형성하므로 그 동안 교배에 의해 육성된 부추 품종은 2002년 영남농업시험장에서 육성한 YA10-9, YA12-7 및 YA17-32 등 3계통만이 각각 한국 특허출원 제2002-0015749호, 제2002-0015750호 및 제2002-0015751호로 출원중에 있다.

그리고, 현재 원예 품종으로는 부추의 이러한 특이한 생식양상에 의해 국내의 일부 농가에서 재배되고 있는 부추를 수집하여 품종을 등록한 바 있고, 일본에서 수입하여 재배하고 있는 품종 역시 수집종들을 품종으로 등록한 것들이다.

최근 문화수준이 향상되고 소득이 증가함에 따라 국민의 채소 소비량은 증가하고 있으며 이에 따라 부추의 재배면적도 증가하고 있는 추세이다.

이러한 요구에 부응하여, 기존의 재배품종인 "그린벨트"보다 우수하고 다양한 형태적 특성을 가진 부추의 품종육성이 요구될 뿐만 아니라 새로운 부추 신품종을 재배함으로써 농가의 소득증대 및 도입에 의존하던 부추 종자를 국내산으로 대체할 수 있기 때문에 그 이용이 증가할 것으로 예상된다. 아울러, 기존의 많은 부추 품종은 휴면성이 깊고 저온신장성이 약해서 동계 시설재배용으로 적합하지 않은 단점이 있었다.

이에 본 발명자들은 상술한 문제점을 해결하면서 부추 재배 농가들이 만족할 수 있는, 특히 동계 시설재배에 적합한 부추의 신품종을 육성 보급하기 위하여 광범위한 연구를 수행한 결과, 부추의 무수정생식(Apomixis)이라는 특이한 종자형성과정을 이용하여 확립된 육종체계를 이용하여 새로운 부추 신품종을 육성할 수 있었고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 엽장이 길고, 엽폭이 넓으며, 분얼이 많아 수량이 많고 상품성이 높아 재배적 경제적인 면에서 기존의 부추 품종인 그린벨트보다 우수하며, 초형이 직립이어서 수확작업이 쉽고 천립중이 무거워 초기생육이 유리할 뿐만 아니라 휴면성이 얕고 저온신장성이 강해서 동계 시설재배용으로 특히 적합한 부추 변종식물을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 부추 변종식물의 육종방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 동계 시설재배용 부추 변종식물은 하기의 특성을 가지며 무수정생식(Apomixis)에 의한 종자번식 또는 분주에 의해 무성번식되는 것을 특징으로 한다.

I. 생태적 특성

(1) 휴면성 : 얕음

(2) 저온신장성 : 강함

II. 형태적 특성

(1) 초장 : 약 31.9±5cm

(2) 엽폭 : 약 6.8±1.0mm

(3) 분얼수 : 16.2±1.0개

(4) 엽색 : 밝은 녹색

(5) 화경장 : 86.0±10cm

(6) 수술색 : 노랑

(7) 소화색 : 흰색

(8) 초형 : 직립

(9) 천립중 : 5.0g±0.5g

(10) 개화시기: 7월 15일 ± 5일

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 상기 부추 변종식물의 육종방법은 농촌진흥청으로부터 입수 가능한 부추 유전자원 YIT107705(일본수집종, 이하 "YCA5"라 함)를 모본으로 하고 그린벨트(일본 무사시노 종묘)를 부본으로 하여 무수정생식(Apomixis)을 이용하여 교배육종에 의해 육성되고, 상기 특성을 가지며 무수정생식(Apomixis)에 의한 종자번식 또는 분주에 의해 무성번식되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

일반적으로, 식물은 종자를 형성하는 과정이 자성배우자의 난세포와 웅성배우자의 화분이 중복수정을 통하여 정상적인 종자를 형성하나, 부추는 제1감수분열과정에서 복상포자생식(Diplospory)이 발생하여 자성배우자의 염색체 수가 감소하지 않고 두 번의 유사분열을 거쳐 배낭이 형성한 후에도 웅성배우자의 수정 없이 모본 식물과 동일한 유전자형을 가진 배를 형성하며 최종적으로 극핵과 영양핵이 한 번 수정하는 위수정 배발생(Pseudogamy)이 발생하여 정상적인 종자를 형성하는 무수정생식(Apomixis) 식물이다.

따라서, 이러한 부추의 특이한 종자형성과정으로 인해 교배에 의해 새로운 품종을 만들어내는 것은 매우 어려운 것으로 생각되어 왔으나, 본 발명에서는 오히려 부추에서 발생하는 무수정생식(Apomixis)을 이용하여 확립된 육종체계를 이용하여 새로운 부추 신품종을 육성할 수 있었다.

다시 말하면, 기존의 부추를 선택하여 형태적 특성들을 조사하고 ,특히 무수정생식(Apomixis)에 의해 종자를 형성하므로 무수정생식(Apomixis) 발생률을 현미경을 통해 검정하며 모본과 부본을 선택하여 교배하고, 교배에 의해 형성된 종자를 발아시켜 묘를 만들며, 이 묘를 분자생물학적 방법을 이용하여 교배 결과를 판단하고, 교배된 묘를 육성하여 다시 현미경을 통해 무수정생식(Apomixis) 발생률 및 형태적 특성을 평가하여 우수한 부추 신품종을 육성할 수 있었다.

본 발명에 따른 부추 변종식물은 농촌진흥청으로부터 입수 가능한 부추 유전자원 YIT107705 또는 농촌진흥청 산하 영남농업시험장 (경상남도 밀양시 소재) 에서 보유하고 있는 부추 유전자원(YCA5)을 모본으로 하고, 그린벨트(일본 무사시노 종묘)를 부본으로 하여 교배하여 결실한 종자를 채파하여 생육된, 무수정생식(Apomixis) 또는 분주에 의해 번식되는 새로운 부추 신품종인 것이다.

일반적으로, 부추는 무수정생식(Apomixis)에 의해 종자를 형성하는 것으로 보고되어 있으며, 그 동안 교배에 의한 신품종 육성은 영남농업시험장에서 YA10-9등 3계통을 특허 출원한 바 있다. 본 발명에서는 부추의 신품종을 육성하기 위하여 부추에서 발생하는 무수정생식(Apomixis)을 이용한 육종체계를 이용하였다. 이를 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

1. 무수정생식(Apomixis) 육종체계 확립

부추처럼 무수정생식(Apomixis)이 발생하는 식물은 새로운 품종을 육성하기 위해서는 먼저 종자가 형성되는 과정을 정확히 파악해야 한다. 부추는 상기에서 설명한 바와 같이 정상적인 종자를 형성하기 위해서는 세 단계를 거치게 되는데 첫 번째 단계는, 자성배우자의 감수분열 중기에 염색체 수가 감소되지 않는 과정과, 두 번째로는 감소되지 않은 난세포로부터 수정 없이 배가 발생하며, 세 번째는 두 개의 극핵과 하나의 영양핵이 한 번의 수정으로 배유세포를 형성하여 이미 형성된 배에 영양분을 정상적으로 공급함으로서 최종적으로 정상적인 종자를 형성하게 되는 것이다. 이러한 번식방법을 무수정생식(Apomixis)이라 하는데 부추에서 발생하는 무수정생식(Apomixis) 발생율은 재래종 부추를 포함한 도입 부추들 모두 80%이상인 것으로 보고된 바 있다{부추 품종간 교잡에 의한 단위생식율의 변이(한국육종학회지 32권4호, P309~314); Diplosporous embryo-sac formation and the degree of diplospory in Allium tuberosum (Sex. Plant Reprod 5권, P72~78)}.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 무수정생식(Apomixis)이 94% 발생하는 YCA5를 모본으로 그린벨트를 부본으로 하여 YCA5의 개화기인 8월에 개화 당일 화분을 제거하고 다른 화분이 수정되지 않게 밀봉한 후 제웅 후 2일이나 3일이 경과한 후 그린벨트의 화분을 인공적으로 수정하였다. 10월말에 채취한 종자를 페트리디쉬에 넣어 생장상에서 발아시킨 후 그해 12월에 온실에 1개 묘씩 이식하였다. 이식된 묘의 분얼이 4개정도 이루어지는 이듬해 4월에 1개의 묘에서 자란 식물체마다 DNA를 추출하였으며 교배에 이용된 YCA5와 그린벨트 식물체의 DNA를 역시 동일한 방법으로 추출하였으며 추출된 DNA를 PCR을 이용한 분자생물학적 방법을 사용하여 교배 유무를 판정하였다.

DNA 추출은 CTAB방법을 이용하였다. 식물체 1g을 마쇄한 후 60℃의 2% CTAB 버퍼(Buffer) 6㎖와 2-머캅토에탄올(mercaptoethanol) 60㎕를 넣은후 60℃ 수욕조에서 30분간 반응한 후 상온에서 10분간 냉각한 뒤 클로로포름 : 이소아밀알콜(Isoamylalcohol) (24 : 1) 혼합용액 8㎖을 넣었다. 3,000rpm에서 30분간 원심분리한후 상등액을 취하여 -20℃의 이소프로판올 1 상등액과 같은 양으로 넣고 가볍게 혼합한 후 -20℃에서 2시간 보관한 후 다시 3,000rpm에서 5분간 원심분리한 뒤 상등액을 버리고 70% 에탄올로 세척하여 건조시킨 후 TE 버퍼 500㎕에 녹여 RNase 5㎕/㎖를 첨가하여 37℃에서 2시간 반응하여 RNA를 제거하였다. RNase 활성을 없애기 위해 80℃에서 2분간 가열한 후 페놀 : 클로로포름 : 이소아밀알콜 (25 : 24 : 1) 혼합용액을 같은 양으로 넣어 10,000rpm에서 15분간 원심분리한 후 상등액을 버리고 70% 에탄올로 세척한 후 건조하여 500㎕의 TE 버퍼에 녹여 다음 실험에 이용하였다.

PCR을 이용한 분자생물학적 방법은 다음과 같이 수행하였다. PCR 버퍼 2.2㎕, dNTP 0.2mM, Taq 폴리머라제(polymerase) 0.5 unit, 프라이머(primer) 500 mM, DNA 40ng을 첨가한 후 총 11㎕가 되도록 초순수를 더하여 92℃에서 30초, 40℃에서 60초 및 72℃에서 70초 반응하는 과정을 40회 하였으며 이후 72℃에서 5분간 추가로 반응시켰다. 반응이 끝난 후 5㎕를 취하여 1% 아가로즈 겔(Agarose gel)에 전기영동하여 증폭된 DNA 벤드의 크기를 확인하였다.

교배 유무의 판정은 DNA 벤드의 특성에 의거하였다. OPQ05 RAPD 프라이머에 의해 증폭되는 모본 YCA5의 벤드와 부본 그린벨트의 전기영동상의 벤드특성이 다른 점을 이용하여 모본과 부본의 벤드특성을 모두 가진 개체를 교배가 된 F1 개체로 판정하였다.

교배가 된 것으로 확인된 묘는 4월 말에 포장으로 이식되어 1년간 포장상태에서 자란 후 다시 그 이듬해에 교배된 부추의 화기가 출현되면 현미경을 이용하여 무수정생식(Apomixis) 발생율을 평가하였고 80% 이상 발생한 계통 중 형태적 특성을 고려하여 본 발명의 부추 변종식물(이하 "YA6-6"라 함)을 선발하였다.

현미경을 이용한 무수정생식 발생율 평가는 다음과 같이 하였다. 개화된지 5시간 이내의 화기를 제웅한 후 유산지로 밀봉하여 제웅후 1일부터 8일까지 매일 50개의 배주를 관찰하여 배가 발생된 비율을 무수정생식 발생율로 계산하였으며 배주의 관찰은 크리어링(Clearing) 방법을 이용하였다. 샘플을 90%와 99%에탄올에서 각각 3분간 탈수시킨 후 BB-4½ 용액(Lactic acid, chloral hydrate, phenol, clove oil, xylene, benzyl benzoate를 각각 2 : 2 : 2 : 2 : 1 : 1의 비율로 혼합시킨 용액)에 하룻밤 동안 담구어 둔 다음, 배주가 손상되지 않도록 꺼내어 DIC (differential interference contrast) 현미경에서 150배율로 관찰하였다.

2. 부추 신품종의 고정

상기 1의 육종방법을 이용하여 선발된 YA6-6은 그 다음 세대에도 무수정생식(Apomixis)에 의해 번식되기 때문에 혼종의 우려가 없고, 품종의 고정성이 보장되는 것이어서 별도의 유전형 고정과정이 필요하지 않다.

3. 모본과 부본, YA6-6의 특성 조사결과

가. 본 발명에 따른 부추 변종식물 YA6-6의 생태적 특성은 아래와 같다.

(1) 휴면성: 얕음 (경상북도 포항시에 소재하는 비닐하우스에서 실험한 결과 11월 9일 예취후 초장이 5cm이상 재생하는데 까지 약 4일이 소요되었음. 휴면이 깊은 품종은 재생에 약 2개월이 소요됨)

(2) 저온신장성: 강함 (경상북도 포항시에 소재하는 비닐하우스에서 실험한 결과 11월 9일 예취후 12월 19일 까지 초장이 26.3cm 신장하여 그린벨트 25.2cm 보다 길게 자랐음)

(3) 번식방법: 무수정생식(Apomixis)에 의한 종자 번식과 분주에 의한 무성번식.

본 발명에 따른 부추는 분얼이 발생된 개체를 뿌리째 수확하여 각각의 분얼을 따로 심는 분주에 의한 무성번식이 가능하였다.

(4) 재배작형: 동계 시설재배용 (경상북도 포항지방의 경우 노지재배가 어려운 11월∼3월에 비닐하우스 내에서 부추재배가 행해진다)

상기 특성에서 나타난 바와 같이 교배에 의해 육성된 품종으로 휴면성이 얕고 저온신장성이 강하여 동계 시설재배용으로 적당하며 무수정생식(Apomixis)에 의해 종자가 형성되므로 종자 상태로 파종하여도 모본 식물과 동일한 유전자형을 가진 식물체를 얻을 수 있다.

나. 본 발명에 따른 부추 변종식물 YA6-6의 형태적 특성은 아래와 같다.

(1) 초장 : 약 31.9±5cm

(2) 엽폭 : 약 6.8±1.0mm

(3) 분얼수 : 16.2±1.0개

(4) 엽색 : 밝은 녹색

(5) 화경장 : 86.0±10cm

(6) 수술색 : 노랑

(7) 소화색 : 흰색

(8) 초형 : 직립

(9) 천립중 : 5.0±0.5g

(10) 개화시기: 7월 15일 ± 5일

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 부추 변종식물 YA6-6은 무수정생식(Apomixis)과 분주에 의해 번식이 가능하며 초장이 그린벨트에 비해 길고 엽폭이 두꺼우며, 엽색이 밝은 녹색을 가진다. 또한, 그린벨트에 비해 초형이 직립이어서 수확작업이 쉽고 천립중이 무거워 초기생육이 유리하다.

본 발명에 따른 부추 변종식물 YA6-6에 이용된 모본과 부본 식물체의 특성과 객관성을 유지하기 위해 재배품종인 그린벨트와 동일한 재배하에서 YA6-6의 특성 비교를 하기 표 1a, 1b, 2a 및 2b에 나타냈다.

교배모본	초장(cm)	엽폭(mm)	분얼수(개)	엽색	개화시(월.일)	수술색	소화색	소화경길이(cm)	화경장(cm)
YCA5	34.6	4.8	10.6	녹색	8.12	노랑	흰색	1.6	49.4
그린벨트	37.7	5.8	14.6	녹색	8.15	노랑	흰색	2.3	57.4

교배친	초형	휴면	단위생식율(%)	출처
YCA5	반직립	깊음	94.0	YIT107705
그린벨트	반직립	얕음	90.6	일본 무사시노 종묘

계통명	엽장(cm)	엽폭(mm)	분얼수(개)	소화경길이(cm)	화경장(cm)	천립중(g)
YA6-6	31.9	6.8	16.2	3.0	86.0	5.0
그린벨트	30.3	6.7	18.4	2.4	56.0	4.4

품종 및 계통명	개화시(월.일)	엽색	휴면성	초형	소화색	수술색	무수정생식율(%)
YA6-6	7. 15	연녹색	얕음	직립	흰색	노랑	86.0
그린벨트	8. 20	녹색	얕음	반직립	흰색	노랑	90.6

상기 실험에서 대조구로서 그린벨트를 사용하였으며 동일한 재배조건에서 형태적 특성을 조사하였다. 즉, 각 식물체에서 채종된 종자를 사용하여 2월에 육묘상에 파종하여 4월말까지 키운 후 포장에 1주 1본으로 이식하여 10월에 형태적 특성 중 초장, 잎폭, 분얼수, 잎색, 초형을 조사하였고, 개화시, 꽃대당 소화수, 수술색, 소화색, 소화경 길이, 화경장 및 무수정생식율은 2년차 묘에서 발생한 화기를 대상으로 조사하였다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 부추 변종식물은 무수정생식(Apomixis)을 이용하여 만들어낸 부추 신품종이다. 본 발명에 따른 부추 변종식물 YA6-6은 무수정생식(Apomixis)이 86% 발생하기 때문에 후대에도 모본과 동일한 유전자형을 가지며 실용적인 면에서 생육차이가 없는 균일성을 보이는 식물체를 종자로부터 얻을 수 있으며, 또한 본 발명에 따른 부추 변종식물은 잡종강세가 고정된다는 점과 종자 혼종의 문제점이 없는 장점이 있다.

또한, 상기 표 1a∼2b로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 부추 변종식물 YA6-6은 엽장이 길고, 엽폭이 넓으며, 분얼이 많아 수량이 많고 상품성이 높아 재배적 경제적인 면에서 그린벨트보다 우수하며, 초형이 직립이어서 수확작업이 쉽고 천립중이 무거워 초기생육이 유리하다.

아울러, 동계 시설재배시 휴면이 깊은 부추 품종은 11월 상순 예취시 지상부 재생기간이 2개월 정도 소요되고 재생속도가 느려 동계 시설재배용으로 적합하지 않은 반면, 본 발명에 따른 부추 변종식물은 휴면성이 얕고 저온신장성이 강해서 동계 시설재배용으로 적합한 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 부추 변종식물의 잎과 줄기 등의 표현형질을 나타낸 사진이고,

도 2는 종래의 부추 품종인 그린벨트의 잎과 줄기 등의 표현형질을 나타낸 사진이다.

Claims (2)

1. 하기의 특성을 가지며 무수정생식(Apomixis)에 의한 종자번식 또는 분주에 의해 무성번식되는 것을 특징으로 하는 동계 시설재배용 부추 변종식물.

   I. 생태적 특성

   (1) 휴면성 : 얕음

   (2) 저온신장성 : 강함

   II. 형태적 특성

   (1) 초장 : 약 31.9±5cm

   (2) 엽폭 : 약 6.8±1.0mm

   (3) 분얼수 : 16.2±1.0개

   (4) 엽색 : 밝은 녹색

   (5) 화경장 : 86.0±10cm

   (6) 수술색 : 노랑

   (7) 소화색 : 흰색

   (8) 초형 : 직립

   (9) 천립중 : 5.0±0.5g

   (10) 개화시기: 7월 15일 ± 5일
2. 농촌진흥청으로부터 입수 가능한 부추 유전자원 YIT107705 (YCA5)를 모본으로 하고, 그린벨트를 부본으로 하여 무수정생식(Apomixis)을 이용하여 교배육종에 의해 육성되고, 하기 특성을 가지며 무수정생식(Apomixis)에 의한 종자번식 또는 분주에 의해 무성번식되는 것을 특징으로 하는 동계 시설재배용 부추 변종식물의 육종방법.

   I. 생태적 특성

   (1) 휴면성 : 얕음

   (2) 저온신장성 : 강함

   II. 형태적 특성

   (1) 초장 : 약 31.9±5cm

   (2) 엽폭 : 약 6.8±1.0mm

   (3) 분얼수 : 16.2±1.0개

   (4) 엽색 : 밝은 녹색

   (5) 화경장 : 86.0±10cm

   (6) 수술색 : 노랑 (10Y)

   (7) 소화색 : 흰색

   (8) 초형 : 직립

   (9) 천립중 : 5.0±0.5

   (10) 개화시기: 7월 15일 ± 5일