KR102234472B1

KR102234472B1 - 메밀의 수분 방법

Info

Publication number: KR102234472B1
Application number: KR1020180160107A
Authority: KR
Inventors: 김수정; 김율호; 손황배; 홍수영; 김주일; 장동칠
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2021-03-31
Also published as: KR20200072195A

Abstract

본 발명은 일반메밀의 최적 교배 조합 및 수분곤충을 선별하여 개화 결실율을 높이고 종실수량을 향상시켜 육종효율을 높이는 방법 개발하여 여러 자가불화합성인 메밀의 결실을 증대시킴으로서 메밀 재배시 한계점으로 지적되는 결실량 저조에 관한 문제를 해결하고 신품종육성 효율을 높이고자 하는 방법이다.

Description

메밀의 수분 방법{The pollination method of buckwheat}

본 발명은 곤충을 이용하여 메밀을 수분하는 방법에 관한 것이다.

메밀은 식물분류학적으로 다른 곡물과는 달리 특이하게도 마디풀과(Polygonaceae)의 메밀속(Fagopyrum)에 속하는 일년생 초본식물로 야생종을 포함하여 20여종이 있다. 재배종 메밀은 자가수분을 하는 쓴메밀과 타가수분을 하는 일반메밀로 나눌 수 있다(최 등, 1993; 농촌진흥청, 2018).

일반메밀의 꽃은 자가불화합성의 특징을 가지고 있다. 꽃잎(petal)은 없지만 흰색, 분홍색 또는 진홍색의 다섯 개의 꽃받침(calyx)이 있어 꽃잎처럼 보인다. 꽃은 가지 끝이나 엽액에서 나온 작은 꽃자루 위에 총상꽃 차례(racemes)로 화려하고 빽빽이 무리지어 핀다. 메밀은 장주화와 단주화의 두 종류 꽃중 하나를 가지는 식물이다. 장주화(pin flower)는 긴 암술(long pistils)과 짧은 수술(short stamens)을 가지고 있는 반면 단주화(thrum flowers)는 짧은 암술과 긴 수술로 구성되어 있다. 암술은 한 개의 세포(cell)로 된 자방과 손잡이 모양의 암술머리를 가진 3개 부분의 암술대(style)로 구성되어 있으며 8개의 수술에 둘러싸여 있다. 수술(stamen) 중 3개는 암술(pistil)을 가깝게 감싸고 밖으로 향하는 반면, 나머지 5개는 바깥쪽에 더 가깝고 안쪽으로 향하고 있다. 감로분비샘(Nectar-secreting glands)은 자방의 기저부에 있다. 일반메밀에서 꽃 유형의 유전은 단일유전자(monogenic)에 의한 것으로 보고되어있다. 자가불화합성(incompatibility) 기작 때문에 동일품종이라 하더라도 장주화와 단주화의 개체비율이 1 : 1로 거의 반반씩 섞여 있어 이를 이형예현상(heterostylism)이라 한다. 타식성 작물인 일반메밀은 장주화는 단주화의 화분으로, 단주화는 장주화의 화분으로 수분될 때에 비로소 수정이 되는 특이한 번식양식을 갖는 적합수분을 한다(Campbell, 1997).

타가수분을 하는 메밀꽃은 자방(ovary) 기부에 있는 감로분비샘에서 꿀을 분비해 곤충을 유인한다. 꿀벌을 포함한 다양한 곤충은 꽃가루의 이동확산에 기여한다. 감로분비샘은 아침에 집중적으로 분비되므로 종실수량을 높이기 위해서는 인위적인 수분처리가 필요하다.

농촌 노동력의 고령화, 인건비 상승 등으로 메밀종자 생산 및 교배종 F1 품종개발을 위해 화분매개에 필요한 노동력을 절감하며 수량성을 높이고 육종효율을 향상시키는 연구가 필요한 실정이다. 메밀의 신품종 육성을 위해 현재는 순계분리나 화학물질 처리에 의한 돌연변이 육종이 시도 되고 있으나 수분곤충을 활용한 교배육종은 아직 초보연구 단계에 이르고 있다.

현재 수분곤충을 활용한 연구로는 양파의 경우 파리나 뒤영벌을 이용하고, 딸기와 토마토는 뒤영벌이 상업적으로 이용되고 있으나, 파리류의 경우는 재료구입이 쉽고 가격이 저렴한 장점이 있으나 아직은 활용이 미미한 실정이다. 그러나, 수분곤충으로 활용되고 있는 뒤영벌은 한랭 다습한 기후에 적응해 온 곤충으로 시설재배 작물에서 활발히 이용되고 있다. 뒤영벌(Bumblebee)는 몸의 길이는 1.8 - 2.2 cm이며, 농업분야에서는 식물의 화분을 옮기는 곤충으로 토마토, 사과, 파, 양파 등에 활용하고 있다. 뒤영벌은 진동수분형 벌로 토마토, 가지 등 꿀이 없는 가지과 작물에도 효과적이며, 비닐하우스 및 온실 등 좁은 공간에 적응성이 높고, 일반 꿀벌에 비해 저온 및 악천후에 활동성이 높아 방화 활동이 우수하며 공격성이 약해 이용이 증가 하고 있다(Lee, 2012; 2013).

메밀의 꽃은 장주화와 단주화 간 타가수분(cross-pollination)후에 화분관은 짧은 암술대의 기부에는 5-15분 이내에 도달했으나 긴 암술대 기부에는 15-20분이 소요되었다(Schock-Bodmer 1930, Morris 1952, Tatebe 1956). Stevens(1912)는 적합수분 후 18시간이 지나면 3개의 세포로 된 전배(proembryo), 배와 배유의 구분이 되지 않은 수정 초기단계가 된다고 보고했다. Guan과 Adachi(1992)는 여름철에는 수분 후 1일째에 2 배체 메밀의 접합자가 1-4배로 분열 되었고, 자유 배유 핵(free endosperm nuclei)은 수정공극(micropylar pole)에 있는 전배 주변에서 분열되고 있음을 확인하였다. 수분 3일 후에 배아(embryo)는 구형(globular) 또는 심장형 단계로 발달하고 배자루(suspensor)는 수정공 극(micropylar pole)에 명확히 관찰 되었으며, 배아의 크기는 41-142mm이었다. 반면 가을철에는 수분 후 배아의 발달속도가 여름보다 느리다고 하였다. 수분 후 1일째에 접합자는 단지 두 배로만 분열하였고, 3일 후에 초기의 구형(globular) 또는 구형 단계의 배아로 발전하였다. 이 단계에서 배아의 크기는 25-80mm이었다(Campbell, 1997). Guan과 Adachi (1992)는 2배체 메밀에서 수분 후 1일째에 비정상적인 배낭(embryo sac)의 비율이 여름형(summer type)의 경우 56-58%, 가을형(autumn type)의 경우 73%라고 보고했다. 가을철에는 수분 3일 후 비정상적인 배낭의 비율은 9-25%이었다. 성숙한 배낭에서 쇠약질 불임이 특히 여름철 높은 기온 하에서 관찰되었다. 난세포장치는 퇴화의 다양한 특징, 즉 난세포와 조세포 내에 오스모 침전물의 축적되었다. 이러한 메밀의 퇴화 현상은 생식 기능의 변화를 초래하여 정상적인 수정이 이루어지지 못하게 하는 주요 원인으로 작용한다.

현재까지 일반메밀의 생산성 향상과 교배를 위한 수분곤충을 활용한 개화 결실을 촉진시키고, 효율적인 육종방법에 대한 연구가 없었다.

이러한 배경하에서, 본 발명자들은 메밀의 결실량을 증가시킬 수 있는 일반메밀의 최적 교배 조합 및 상기 메밀의 수분에 적합한 곤충을 조합을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.

농촌진흥청. 농업기술길잡이 메밀, 2018, 농촌진흥청 김수정, 손황배, 서종택, 김금희, 홍수영, 김기덕, 남정환, 장동칠, 구본철, 김율호. 2017. 메밀의 국내외 생산동향. 한국국제농업개발학회. 29:226-233. 최병한. 1993. 건강 별미식품 메밀의 생산가공과 표상. 한림저널사 Morris, M.R. 1952. Cytogenetic studies on buckwheat. J. Heredity 42: 85-89. Lee K.Y. E.T. Lee, I.S. hwangbo, I. G.Park, M.A. Kim, D.C. Hwang, P.D. Kang, H.J. Yoon. 2013 Journal of Apiculture 28(5):313-322 Campbell, 1997. Buckwheat. Fagopyrum esculentum Moench. International Plant Genetic Resources Institute Guan, L.M. and T. Adachi. 1992. Reproductive deterioration in buckwheat (Fagopyrum esculentum) under summer conditions. Plant Breed. 109:304-312. Lee, K.Y., H.J. Yoon, I.G. Park, M.A. Kim, Y.M. Kim and P.D. Kang. 2012. Selection of insect pollinators for selfing cages for welsh onion (Allium fistulosum L.) seed production. Korean J. Apiculture 27: 283-291. Lee, K.Y., E.T. Lee, I.S. Hwangbo, I.G. Park, M.A. Kim, Y.M. Kim, P.D. Kang and H.J. Yoon. 2013. Selection of insect pollinators for selfing cages for onion (Allium cepa L.) seed production. Korean J. Apiculture 28: 181-189. Schock-Bodmer, H. 1930. Heterostyly of Fagopyrum esculentum. Investigation of pollen tube growth and the suction strength of the style and pollen grain [in German]. Stevens, N.E. 1912. Observations on heterostylous plants. Bot. Gaz. 53:277-308. Tatebe, K., K. Ogata and K. Sukekawa. 1933. Effect of day length on the growth, flowering and fertilization in buckwheat and soybeans [in Japanese]. Jpn. Crop Sci. 2:188. 66 Buckwheat. Fagopyrum esculentum Moench Rural Development Administration (RDA). 2006. Culture of onion seed production. 37-48pp. RDA Press, Muan, Korea.

본 발명의 목적은 일반메밀의 결실량을 증가를 위한 최적의 교배 조합 및 수분곤충을 이용한 육종 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일반메밀을 수분곤충과 함께 재배하는 단계를 포함하는, 일반메밀의 육종방법을 제공한다.

일반메밀은 장주화 및 단주화로 구분되며, 장주화는 단주화의 화분으로, 단주화는 장주화의 화분으로 수분될 때에 비로소 수정이 되는 특성을 나타내므로, 본 발명자들은 메밀의 결실률을 높여 생산성을 향상시키기 위한 장주화 및 단주화의 최적 교배 조합을 선별하기 위해 양절메밀 및 양절 메밀 2호의 장주화 및 단주화의 다양한 조합을 이용하였다. 또한, 메밀의 수정 확률을 증가시키기 위해 수분에 적합한 곤충을 선별하기 위해 메밀 재배지에 서식하는 곤충을 분석하여, 메밀의 수분에 적합한 수분곤충을 선별하였다.

그 결과, 본 발명에 사용된 일반메밀은 양절메밀 2호 단주화 및 양절메밀 장주화일 수 있다. 상기 일반메밀에 해당하는 양절메밀 및 양잘메밀 2호는 각각 국내 보급품종으로, 본 발명의 일 실시예에서 양절메밀 2호 단주화는 IT 314707로, 그리고 양절메밀 장주화는 IT 314706로 기탁된 것을 이용하였다.

또한, 상기 메밀의 수분에 이용되는 곤충으로는 메밀 재배지에 서식하는 모든 곤충이 수분에 이용될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로는 벌, 등에, 나비, 나방, 파리, 무당벌레, 딱정벌레 등이 이용될 수 있고, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 수분 곤충은 파리 및 뒤영벌 중 하나 이상을 수분곤충으로 이용하였다.

상기 메밀의 재배는 망실 내에서 재배할 수 있으며, 이는 수분곤충의 소실을 방지하고, 다른 종과의 혼입을 막아 재배 품종의 순도를 유지할 수 있다.

본 발명은 메밀의 최적 수분조합을 선별하고 수분곤충을 활용하여 개화결실을 촉진시키고 수량증대와 육종효율을 높이는 방법을 제공함으로써, 이를 활용하여 종자생산 시 증식량을 높이고 육종효율을 높여 우수한 품종의 메밀을 개발하고 생산할 수 있다.

도 1은 메밀밭에 서식하는 수분곤충의 종류 및 발생 밀도를 조사한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 지역별(고도별) 메밀밭에 서식하는 수분곤충의 종류 및 발생 밀도를 조사한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 메밀의 교배 및 재배를 위한 인공망실을 나타낸 사진이다.
도 4는 수분곤충 유무에 따른 메밀의 종자중 및 종자수를 비교한 그래프이다.
도 5는 메밀의 인공교배를 위한 교배 조합별, 수분곤충 유무에 따른 수량성을 비교한 그래프이다.
도 6은 메밀의 인공교배를 위한 교배 조합별, 수분곤충 유무에 따른 수정률을 비교한 그래프이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1> 메밀밭 비래 방화곤충의 발생 분포 조사

( 실시예 1-1.) 메밀밭 개화시 비래 방화곤충 종류 및 밀도 조사

메밀은 타가수정작물로 방화곤충 연구에 대한 기본적인 데이터가 부족하여 메밀꽃밭의 곤충 발생을 조사하여 생산성 향상 및 육종 자료를 활용하고자 2016년 8월 31일~9월 12일(설치기간 12일)까지 강원도 평창군 봉평면 메밀밭에 유인트랩(Sticky trap)인 Yellow trap 6개, Blue trap 6개를 설치하여 수집하였다.

메밀은 자연상태에서 수분·수정되기 위해서는 방화곤충의 역할이 필수적인데 메밀꽃에 비래하는 방화곤충의 종류 및 수는 도 1과 같이 파리류가 69%로 대부분을 차지하고, 그 다음으로 나방류, 딱정벌레, 등애류 순이었고 메밀꽃에서 일부 벌류와 무당벌레가 나타났다. 메밀밭에 비래하는 곤충의 수는 12종류 이상으로 타작물에 비해 상당히 많은 것으로 관찰되었고 발생 빈도가 가장 많은 곤충은 파리류였다.

( 실시예 1-2.) 지역별 메밀밭 개화시 비래 방화곤충 종류 및 밀도 조사

지역별 메밀밭의 방화곤충 연구에 대한 기본적인 데이터를 조사하기 위해서 2017년 메밀꽃이 필 무렵인 8월 하순부터 9월 상순 사이에 강릉(20m), 진부(500m), 봉평(600m), 대관령(800m) 등 4지역에 쓸어담기법과 유인트랩 노란색(응애류 등 작은 벌레 유인), 파란색(파리류 등 유인)을 지역마다 각각 4개씩과 시판끈끈이 트랩을 메밀의 초장(70cm)에 맞추어 설치하여 설치 12일 후에 수거하여 비래 방화곤충의 종류 및 밀도를 조사하였다.

조사결과 방화곤충은 지역별로 다양한 종류가 나타났으며, 특히 파리목이 4지역에서 공통적으로 많이 나타났다. 지역별로는 진부 지역이 가장 많은 방화곤충이 발견되었고, 강릉 지역이 가장 적었다. 4지역 중 방화곤충이 가장 많이 발생한 포장은 진부 포장으로 50% 이상이 파리류로 나타났다. 일부 파밤나방 등 해충 발생이 조사되었으나 그 피해 수준은 미미하였고 가장 많이 조사된 방화곤충은 파리목이었다(표 1 및 2).

따라서, 메밀밭에서는 파리류가 가장 많은 꽃가루 매개자(폴리네이터, pollinator) 역할을 하는 것으로 판단된다(도 1 및 도 2)

주요 메밀밭 끈끈이 트랩을 이용한 곤충 종류 조사

수분곤충 종류		2017년 지역별 비교(마리수)
수분곤충 종류		강릉(20m)	봉평(500m)	진부(600m)	대관령(800m)	평균
벌목	토종벌(Apis cerana)	1.1	0.9	2.1	1.0	1.3
	무잎벌	0.1	0.5	0.1	0.1	0.2
	말벌류(Wasp)	0.3	0.1	0.4	0.7	0.4
	기타 기생벌 등	1.6	1.6	1.5	3.4	2.0
파리목	등애류	3.5	2.5	6.0	2.7	3.7
	집파리	22.4	70.1	27.1	22.1	35.4
	연두금파리	1.4	0.0	5.5	0.4	1.8
	초파리 등	8.6	10.4	585.0	15.1	154.8
나비목	왕담배나방	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0
	밤나방류	0.0	0.0	0.4	0.1	0.1
	배추좀나방	0.0	0.0	0.1	0.0	0.0
	기타나방류	1.4	0.9	1.8	1.3	1.3
딱정벌레목	무당벌레등	0.0	0.6	0.0	0.1	0.2
	벼룩잎벌레	1.9	0.0	0.0	0.0	0.5
	기타 딱정벌레 등	1.5	2.4	1.0	0.7	1.4
노린재목	담배장님노린재	0.3	0.5	0.1	0.1	0.3
	톱다리개미노린재	0.0	0.0	0.1	0.0	0.0
	기타 노린재	0.8	2.0	1.1	0.9	1.2
매미목	매미충	2.9	0.0	0.0	0.4	0.8
진딧물목	진딧물	23.9	14.3	1.1	6.0	11.3
날도래목	날도래	0.0	0.0	0.0	0.6	0.1
그 이외 곤충	거미	0.0	0.5	0.4	0.0	0.2
	잠자리	0.0	0.5	0.1	0.4	0.3
	여치	0.0	0.0	0.1	0.0	0.0
트랩당 평균 수분곤충수		3.0	4.5	26.4	2.4	9.1
4트랩 총 수분곤충수		572	862	5073	395	1725

* 2017년 8월 28일~9월 11일(설치기간 12일)

해발고도별 파리 종류 및 분포 비교

지역 (해발고도 m)	약자	고자리파리(Delia platura)	Limnophora 속	방목허파파리(Chrysomya pinguis)	시체파리	검정아기집 파리
대관령(파리집)	CD	+++		+	+	+
대관령 메밀밭(800 m)	DG	+++	+
진부 메밀밭(560 m)	JB
봉평 메밀밭 (500m)	BP	+++				+++
강릉 메밀밭(20 m)	GN

< 실시예 2> 계절별 결실률에 영향을 주는 장주화와 단주화의 분리비율

본 발명에 사용된 메밀종자는 2018년 겨울파종(1월), 봄파종(5월) 및 여름파종(7월)으로 구분하여 강원도 평창군 대관령면 고령지농업연구소 유리온실에서 수행하였다.

메밀종자를 Ψ10cm P.E포트에 1립씩 파종하여 개화시기에 메밀꽃의 장주화와 단주화 발생비율을 조사하였다.

조사결과 겨울 파종(1월)시에는 장주화는 44.7%, 단주화는 55.3%로 1:1 비율로 분리되지 않고, 봄파종(5월)에서는 장주화 47.7%와 단주화 52.2%로 겨울파종보다는 1:1 비율 분리비에 가까웠으며, 여름파종(7월)에서는 장주화 47.5%와 단주화52.5%로 장주화와 단주화의 비율이 1:1에 접근하는 경향을 보였다.

이상과 같이 메밀꽃의 장주화와 단주화의 발생빈도는 일반적으로 단주화가 장주화보다 많이 출현하다. 특히 겨울 파종시에 단주화 출현율이 높아 1:1의 분리비를 보이지 않았으나 봄과 여름 파종시에는 1:1 분리비에 가깝게 나타나는 것으로 보아 생육기간과 기후조건에 따라 장. 단주화의 분리비율에 차이가 생기는 것으로 생각된다.

Lee et 등(1986)에 의하면 메밀의 장, 단주화형의 화분관신장 및 신장속도를 보면 화분관 신장은 장, 단주화 모두 적법수분후 30분이면 주두상에서 신장하는데 장, 단주화의 자가수분이나, 장주화x장주화 또는 단주화x단주화로 부적합수분을 할 경우 단주화는 화분관이 주두를 지나서 신장이 정지되고, 장주화는 화주 중도에서 정지된다. 화분관이 자방에 도달하는 시간은 적법수분의 경우는 15-60분이라고 하였으며, 부적법수분에서는 화분관신장이 장주화는 0.84-1.0mm, 단주화는 0.076-0.1mm에서 정지된다고 하였다. 부적법수분의 경우 장주화x장주화에서는 화분내 저장양분의 부족이, 단주화x단주화에서는 암술의 전분당화효소 부족이 원인이라고 하였으며, 암술내의 억제물질이 불임의 원인이라고 추정하고 있다

메밀의 계절별 파종시기에 따른 장주화와 단주화의 비율

파종기	개화기	조사일 (월, 일)	총파종수 (개)	단주화 장주화 비율
				분리 개체수(개)		분리비율(%)
				장주화	단주화	장주화	단주화
겨울(1월)	봄(3월)	3.2	407	192	215	44.7	55.3
봄(5월)	여름(6월)	6.15.	49	21	28	47.7	52.2
여름(7월)	가을(8월)	8.27.	181	86	95	47.5	52.5

* 데이터: 고농연 2018

또한(Lee et al., 1986)는 적법수분에서 메밀은 수정 후 30분이면 주두상에서 화분관이 발아하기 시작하는데 화주내로 신장되는 것은 수정후 1.5-2.5시간이 소요된다. 개화기에 따라 화분관신장 속도에 차이가 있는데 여름에 교배한 것은 1.5시간, 가을에 교배한 것은 2시간으로 기온에 따라 달라진다.

개화 3일전경에 완성된 난장치는 계속 비대하여 개화후 급속히 커진다. 개화후 2-3시간이면 비대한 극핵(융합핵)과 정핵이 수정되고, 수분후 3-5시간이면 난세포와 정핵이 수정되는데 여름에 교배한 것이 빠르다. 그러나 수정률은 가을에 교배한 것이 많다.

개화 후 8-10시간이 되면 수정된 배유핵은 융합이 되고, 10-18시간이 되면 수정된 배유핵은 첫 분열을 하는데 여름이 빠르고 가을이 늦다. 수분후 12-18시간이 되면 수정란은 융합이 되고, 15-24시간이 되면 합점측(合點側)의 상단세포의 주공측의 하단세포로 첫 분열이 되는데 여름에 교배한 것은 15-20시간, 가을에 교배한 것은 20-24시간이 소요된다. 수정 후 8-10시간이 되면 수정된 배유핵은 융합이 되고, 10-18시간이 되면 수정된 배유핵은 첫 분열을 하는데 여름이 빠르고 가을이 늦다. 수분후 12-18시간이 되면 합점측의 상단세포와 주공측의 하단세포로 첫 분열이 되는데 여름에 교배한 것은 15-20시간, 가을에 교배한 것은 20-24시간이 소요된다

이와 같이 여름에 파종한 가을메밀이 장주화대 단주화가 1:1에 가깝게 분리된 것은 적법수분의 기회가 많고, 적법수분에 의한 원배형성율이 높은 것은 계절에 따른 기상조건 특히, 화아분화와 개화기의 일장과 온도와 밀접한 관계가 있는 것으로 저온단일조건이 고온 장일조건보다 메밀의 장, 단주화의 1:1분리, 결실율을 높여 주는 주요한 요인이 되는 것으로 생각된다.

< 실시예 3> 메밀 교배육종 효율 증진을 위한 격리망실 조성 및 최적 수분곤충 활용

본 시험은 메밀을 이용하여 강원도 평창군 대관령면 고령지농업연구소 시험포장에서 2017년 7월 11일부터 9월 28일까지 수행하였다 실험에 사용한 메밀은 국내 장려품종인 ‘양절메밀’을 전년도에 격리재배하여 채종한 종자를 수확하여 정선한 후 사용하였다. 메밀은 2017년 7월 11일 휴폭(이랑너비) 70 cm, 세조파로 무멀칭하여 파종하였다. 2017년 7월 20일에 꽃봉오리가 보이기 전에 자연방임 상태의 노지재배(관행)와 망실 격리재배(무 수분곤충, 파리, 뒤영벌)를 포함하여 총 4 실험구로 설정하였다. 자연방임은 격리를 하지 않고 시험포장내에서 방임상태로 하였다. 격리망실(가로 7x세로 9.5 m, 높이 2 m, 면적 66.5 m²)을 설치하여 다른 개체들과 격리시키고 수분에 도움이 될 수 있는 수분곤충으로 뒤영벌과 파리를 방사하였다(도 3).

뒤영벌의 봉군크기에 대한 화분매개효과 조사는 위의 격리망실에 적합한 수분곤충 선발과 동일하였다. ㈜경농에서 에코벌을 구입하여 1일 정도 안정화시킨 후 격리망실을 설치하여 제한된 공간내에서 수분활동을 하게 하였다. 격리망실에 적정 수분곤충의 마리수를 정하기 위해 봉군크기별로 화분매개효과를 조사한 결과, 일벌 50-80마리의 봉군을 이용하는 것이 가장 적합하다는 자료를 바탕으로 투입하였다(Lee et al., 2013).

메밀 수분곤충별 화분매개 효과를 비교하고자 망실 안에 톱밥을 넣은 플라스틱상자에 돼지허파를 넣어 파리류의 알을 유도한 후 파리를 사육을 하였다. 사육하여 이용한 파리의 종류는 [연두금파리(Lucilia illustris), 집파리(Musca domestica), 쉬파리(Sarcophaga bercaea), 검정파리(Calliphora vomitoria)]와 뒤영벌(Bombus terrestris)를 확보하여 수분곤충으로 사용하였다.

채종용 메밀의 첫 꽃이 개화하였을 때, 2017년 8월 2일부터 9월 6일까지 파리류의투입시기는 주 2회로 총 8회로 설정하고, 투입 마리수는 격리망실에서 쓰는 양인 평균 500마리로 뒤영벌 100마리 보다 5배 정도 많은 양을 기준으로 하였다. 또한 파리가 방사된 실험구는 3-4일 마다 파리의 수를 500마리씩 재투입하여 총 8회 4,000마리를 투입하였다.

수분곤충별 화분매개 효과를 확인하기 위하여 실험구내에 80% 종실이 익었을 때인 9월 28일 수확하여 종실수량, 종실수 및 천립중 등을 조사하였다. m² 당 종자수는 일정면적당 얻을 수 있는 총 종자개수를, 천립중은 종실에서 얻은 종자 1,000립의 무게로 나타내었고, 정밀종자계수기(WAVER IC-250, AIDEX, Nagoya, Japan)로 계수하였다.

수분곤충별 화분매개효과의 통계분석은 정규성 검정후, ANOVA test를 수행하였다. 채종용 메밀 교배조합별 수분곤충별 화분매개효과는 T-test 또는 ANOVA test로 통계분석을 하고, 메밀의 교배조합과 수분곤충 종류의 상호관계는 ANOVA test를 통하여 분석하였다(SAS Statistics ver. 9.4).

격리망실에서 메밀의 수분곤충의 효과를 보기 위해 노지(관행), 망실(수분곤충 없음), 망실(파리), 망실(뒤영벌)의 4개의 실험구를 설정하여 수량성을 비교하였다.

m²당 종자중은 노지(관행)이 4.8±1.0g/m², 망실(무수분곤충)이 0.6±0.1g/m², 망실(파리)가 20.5±5.8g/m², 망실(뒤영벌)이 20.5±2.8g/m²,로 수분곤충 실험구가 노지(관행)나 망실(무수분곤충)보다 4-34배 정도 높았으며, 통계적으로 유의성을 나타내었다(ANOVA-Test: F=51.08, Pr>F <.0001)(도 4). 단위면적당 종자수는 노지(관행)이 182±32.0립, 망실(무수분곤충) 19±3.7립으로 보다 9.6배 많았고, 통계적으로도 유의성이 확인되었다. 또한, 단위면적당 종자수 역시 수분곤충 처리가 높았으며 뒤영벌이 787±206립/m²로 파리류 776±119립/m²보다 약간 높은 경향을 보여주었으나, 통계적으로 같은 수준을 보여주었다(ANOVA-Test: F=62.08, Pr>F <.0001)(도 4).

이상의 메밀의 수분곤충에 대한 화분매개효과를 비교한 시험결과, 뒤영벌은 종자중 및 종자수에서 파리류보다 다소 높으나, 통계적으로는 같은 수준을 보여주었고, 망실(수분곤충 없음)이나 노지(관행)보다 통계적으로 더 높은 결과를 보였다(도 4).

실험 곤충의 투입마리수를 재배관리 측면에서 보면, 실험구당 500마리의 파리류는 고온에 민감하기 때문에, 3-4일 단위로 500마리씩 재투입하여 메밀 개화기간 중 총 4,000마리의 파리가 투입되었다. 뒤영벌의 경우 100마리로 파리류보다 약 5배 정도 마리수가 적었음에도 불구하고, 기존의 파리류보다 우수하거나 동등한 화분매개 효율을 보여주었다. 또한 한번 투입하면 특별한 관리가 필요없어 파리류보다 봉군관리가 쉬운 장점도 있으며 저온이나 고온 등 환경적인 영향도 덜 받는다. 하지만 가격을 비교하면 파리류를 생산하는 배지인 돼지허파는 kg 4천원이지만, 벌통은 3통에 21만원으로 30배 이상 비싸 파리류가 저렴한 가격으로 수분곤충을 대량으로 이용할 수 있다는 점이다. 따라서 이러한 결과로 볼 때, 메밀 개화결실에 수분곤충을 이용하는 것이 자연바람을 이용하여 채종 또는 육종에 이용하는 것보다 효율적이다.

따라서 위의 실험 결과를 볼 때, 채종용 메밀의 수분을 위해 뒤영벌이 파리류를 대체할 수 있을 것으로 판단되며, 메밀 채종용 격리망실에서 뒤영벌을 이용시 일벌 50-80마리 봉군을 사용하는 것이 가장 효율적으로 생각된다. 또한 뒤영벌은 가격이 고가이지만, 환경변화에 비교적 안정적이라는 사질을 고려하여 저렴한 비용을 대량생산 가능한 파리류와 수분곤충의 혼합처리도 가능성이 있다고 생각된다.

메밀 수분곤충(파리) 생산 시스템

구분 (처리후일수)	준비물	작업과정	그림
허파셋팅 (0일)	비닐봉지, 돼지허파, 노란빵상자	검은비닐 안에 허파를 넣어 준비하고, 노란 빵상자에 보관한다.
유충발생 (3일)		허파에서 유충이 발생하면 둥근대야에 톱밥을 깔고 그 위에 옮긴다.
번데기성장 (5일)	플라스틱 둥근 대야 10L, 톱밥 1kg, 망실 2x2x2m	번데기로 성장하면 망실내 톱밥으로 이동시킨다.
성충으로 성장(14일)		성충으로 자라면 파리의 양을 대략 측정한다.
파리 채취 (15-20일)	파리채	성충으로 자라면 파리채를 이용해 100-200 마리 정도 잡는다.
파리 채취 (15-20일)	파리망	파리를 원하는 곳으로 이동시킨다.

메밀 수분곤충(벌) 생산 시스템

구분 (처리후일수)	준비물	작업과정	그림
뒤영벌셋팅 (0시간)	뒤영벌통, 노란빵상자 (크기 50x35x30 cm)	노란빵상자에 위에 벌통을 둔 후 3-4시간 안정시킨후 박스 종이를 오픈한다.
꽃가루 뿌리기 (3시간)		노란 꽃가루를 벌통 사이로 뿌려준다.
벌통 박스조립 (4시간)		박스를 조립한다.
박스이동 (5시간)	플라스틱 박스, 무거운 돌	원하는 위치로 이동시킨 다.
망실 안 배치 (24시간)	망실 (220x140x160cm)	망실 안에 배치한 후 벌을 안정화 시키기 위해 하루 지난 후 벌이 이동 가능하게 문 스위치를 돌려준다.

메밀에 수분곤충(파리) 생산 방법으로는 파리사육장은 25℃ 내외로 유지하며, 돼지허파를 구입하여 1kg 내외로 분리 절단하여 검은 비닐봉지에 담아 -20℃ 냉동고에 저장해둔다. 파리를 산란시키기 위해 노란박스(가로 48x38x8 cm) 상자 속에 저장한 허파를 꺼내 두면 자연적으로 녹으면서 허파냄새로 인해 주변 파리류가 몰려들어 알을 낳는다. 유충이 발생하기 시작해 번데기로 성장하면 허파를 격리망실 안에 모래와 톱밥을 1:1로 담아 놓은 만능타원 플라스틱대야(크기 100x70x30 cm, 톱밥) 속으로 옮긴다. 통상적으로 허파 1kg에 약 4.000-5,000개의 알을 산란한다고 하는데 온도나 습도 등 환경에 따라 영향을 받는다. 3일 후에 알에서 부화된 유충이 구데기가 되어 가면서 돼지허파를 섭취하여 허파양이 상당량 줄어든다. 6-7일 후 유충이 구데기 성충으로 된다. 이 때 구데기 성충은 투입시기를 고려하여 수거해 4℃ 냉장고에 넣어 둔다. 7-10일경에 구데기 성충이 톱밥 속으로 파고 들어가 변태를 시작하여 번데기가 된다. 번데기에서 다시 4-5일이 경과되면 우화하여 성충인 파리가 되면, 교배용 망실로 이동시킨다. 종합해 보면 허파부터 파리 성충까지 약 14일, 구데기에서 파리가 되는 기간은 약 7일정도 소요된다.(표 4)

< 실시예 4> 메밀의 교배조합별 수량성 비교 및 우수조합 선발

2016년 7월 28일 강원도 평창군 대관령면 고령지농업연구소 시험포장(해발고도 800 m)에 상토를 담은 Ψ10 cm 포트에 양절메밀과 양절메밀2호를 파종하였다. 첫꽃이 피는 8월 22일에 현미경을 이용하여 단주화와 장주화로 구분하여 교배용 망실(2.2x1.6 m, 높이 1.6 m, 면적 3.5 m²)로 이동시켰다. 메밀의 적법수분으로 양절메밀_장주화x양절메밀2호 단주화(CB16001), 양절메밀_단주화x양절메밀2호 장주화(CB16002), 양절메밀2호_장주화x양절메밀 단주화(CB16003), 양절메밀2호_단주화x양절메밀 장주화(CB16004)로 4교배조합으로 수분곤충을 투입한 처리구와 수분곤충을 투입하지 않는 4조합을 포함해 총 8조합으로 수행하였다. 수분곤충(파리)은 (표 6)와 같은 방법으로 이용하였다.

메밀의 인공교배를 위한 교배조합 및 수분곤충 투입여부

교배연도	조합명	교배조합		종자립수(개)	교배방법	재배양식	수분곤충
교배연도	조합명	모본	부본	종자립수(개)	교배방법	재배양식	수분곤충
2016	CB16001	양절메밀_장	양절메밀2호_단	1,762	단교배	망실재배	파리
2016	CB16002	양절메밀_단	양절메밀2호_장	2,714	단교배	망실재배	파리
2016	CB16003	양절메밀2호_장	양절메밀_단	2,160	단교배	망실재배	파리
2016	CB16004	양절메밀2호_단	양절메밀_장	2,044	단교배	망실재배	파리
2016	CB16005	양절메밀_장	양절메밀2호_단	265	단교배	망실재배	없음
2016	CB16006	양절메밀_단	양절메밀2호_장	222	단교배	망실재배	없음
2016	CB16007	양절메밀2호_장	양절메밀_단	300	단교배	망실재배	없음
2016	CB16008	양절메밀2호_단	양절메밀_장	163	단교배	망실재배	없음

* 데이터: 고농연 2016

수분곤충(파리)투입구는 8월 22일부터 9월 19일까지 4주간 파리를 투입하였고, 2회/주, 회당 100마리/망으로 투입하여 총 8회 800마리 정도 투입되어 평균 2170립, 총 종자 8,680립을 획득하였다. 수분곤충 투입하지 않는 조합은 망실만을 설치하여 평균 197립, 총 종자 789립을 획득하였다.

메밀의 수분곤충을 이용한 교배조합별 수량성 비교

조합명	교배조합		종자수 (립/주)	종자중 (g/주)	1,000립중 (g/립)	수분곤충
조합명	모본	부본	종자수 (립/주)	종자중 (g/주)	1,000립중 (g/립)	수분곤충
CB16001	양절메밀_장	양절메밀2호_단	57±41.6	1.90±1.28	34.10±6.0	파리
CB16002	양절메밀_단	양절메밀2호_장	75±44.0	2.47±1.45	32.30±5.8	파리
CB16003	양절메밀2호_장	양절메밀_단	64±42.2	1.93±1.25	29.31±4.3	파리
CB16004	양절메밀2호_단	양절메밀_장	62±33.4	1.94±1.12	30.41±5.3	파리
CB16005	양절메밀_장	양절메밀2호_단	8±7.9	0.21±0.26	24.85±6.6	없음
CB16006	양절메밀_단	양절메밀2호_장	9±10.3	0.23±0.31	24.22±6.9	없음
CB16007	양절메밀2호_장	양절메밀_단	5±3.3	0.14±0.10	27.96±6.9	없음
CB16008	양절메밀2호_단	양절메밀_장	4±2.5	0.10±0.07	27.40±7.6	없음

* 데이터: 고농연 2016

수분곤충을 투입한 곳의 평균 종자수는 주당 57-75립이었지만, 수분곤충이 없는 곳은 4-9립이었다. 주당 종자중은 수분곤충을 투입한 곳은 평균 종자중은 1.90-2.47g이었고, 투입하지 않은 곳은 0.10-0.23g이었다. 1립중 무게 역시 수분곤충 투입한 곳이 29.31-34/17mg으로 높게 나타났다. 교배조합별로는 CB16002(양절메밀_단주화 x양절메밀 2호 장주화) 교배조합이 가장 종자수가 많고 종자중이 무거워 우수하였다(표 7 및 도 5).

종자수를 등급으로 분류하여 하나도 안 달린 것(0), 종자수(1-50립), 종자수(51-100립), 종자수(101-150립), 종자수(151-200립)으로 5등급으로 분류하였다. 수분곤충 처리구는 주당 51-100립의 종자가 결실되었으나 수분곤충이 없는 처리구는 1-50립이 대부분이었고, 51립 이상 달린 주는 하나도 없었다. CB16002 조합(양절메밀_단주화x양절메밀2호_장주화)에서 종자수 101개 이상 종자결실율이 30.6%로 높아 가장 우수한 교배조합을 나타내었다(도 6).

2017년 6월 30이 강원도 평창군 대관령면 고령지농업연구소 시험포장(해발고도 800m)에 상토를 담은 Ψ10cm 포트에 교배조합을 파종하였다. 교배조합으로는 양절메밀_장주화x양절메밀2호 단주화(CB16001), 양절메밀_단주화x양절메밀2호 장주화(CB16002), 양절메밀2호_장주화x양절메밀 단주화(CB16003), 양절메밀2호_단주화x양절메밀 장주화(CB16004)로 4교배조합을 대상으로 출현율이 우수한 계통을 선발하였다.

첫꽃이 피는 7월 20일에 선발된 조합만을 구분하여 교배용 망실(2.2x1.6 m, 높이 1.6 m, 면적 3.5 m²)로 이동시켰다. 수분곤충은 8월 2일부터 9월 8일까지 주 2회, 총 8회 투입하였다.

CB16002 조합(양절메밀_단주화x양절메밀2호_장주화)에서 출현한 종자수가 2,538개로 가장 높았으며, 출현율도 91% 비교적 높아 가장 우수한 교배조합을 나타내었다(표 8).

수분곤충에 따른 메밀의 출현율의 비율 * 데이터: 고농연 2017

조합명	교배조합		수확한 종자수(립)	출현한 종자수(립)	출현율 (%)	수분곤충
조합명	모본	부본	수확한 종자수(립)	출현한 종자수(립)	출현율 (%)	수분곤충
CB16001	양절메밀_장	양절메밀2호_단	1,762	1,603	93	파리
CB16002	양절메밀_단	양절메밀2호_장	2,714	2,538	91	파리
CB16003	양절메밀2호_장	양절메밀_단	2,160	2,063	89	파리
CB16004	양절메밀2호_단	양절메밀_장	2,044	1,775	87	파리
CB16005	양절메밀_장	양절메밀2호_단	187	94	58	없음
CB16006	양절메밀_단	양절메밀2호_장	309	239	75	없음
CB16007	양절메밀2호_장	양절메밀_단	170	142	81	없음
CB16008	양절메밀2호_단	양절메밀_장	123	89	74	없음

^* ^{교배용망실} ^{면적: 3.5m2}

Claims

양절메밀 단주화 및 양절메밀 2호 장주화를 조합하는 단계; 및 수분곤충을 투입하는 단계를 포함하는, 메밀의 결실량을 증가시키는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 수분곤충은 파리 및 뒤영벌 중 하나 이상인 것인, 메밀의 결실량을 증가시키는 방법.
제 1항 또는 제2항에 있어서, 상기 메밀의 재배는 망실에서 재배하는 것인, 메밀의 결실량을 증가시키는 방법.