농업직, 농촌지도사, 농업연구사, 방통대 시험대비 재배식물 육종학 정리 8 하이브리드육종

8. 하이브리드육종

※ 학습개요
 하이브리드는 잡종이라는 뜻으로 하이브리드 육종은 양친을 교배한 1대잡종을 그대로 품종으로 이용하는 육종방법이다. 타식성 식물에서 근친교배 또는 자식하여 약세화한 식물체간에 인공교배를 하거나, 자식성 식물의 순계간에 인공교배를 하면 그들의 1대잡종은 잡종강세가 나타나며, 1대잡종의 잡종강세는 양친보다 생육이 왕성하고, 생산성이 높으며, 내용성분이나 함량이 변화하고, 불량환경 조건에 대한 적응력이 강해지는 등의 특성이 나타난다. 이러한 잡종강세를 이용 1대잡종종자를 경제적으로 생산하는 육종방법을 하이브리드 육종, 헤테로시스육종, 잡종강세육종, 1대잡종육종 등이라 한다. 하이브리드 육종은 인공교배에 의해 1대잡종종자를 많이 얻을 수 있는 옥수수와 같은 타식성 식물에서 시작되었으며, 최근에는 웅성불임성 등을 이용한 1대잡종종자 생산기술이 개발되어 벼나 밀과 같은 자식성 식물에서도 이용되고 있다.

※ 학습목표 
- 1대잡종품종의 농업적 의의를 설명할 수 있다.

- 1대잡종의 조합능력개량과 하이브리드 육종과정을 설명할 수 있다.

- 1대잡종품종의 종자생산을 설명할 수 있다.

※ 주요용어 
- 잡종강세 (hybrid vigor, or heterosis) : 서로 다른 품종 또는 계통간에 인공교배한 1대잡종 (F1) 식물체가 양친보다 왕성한 생활양상을 나타내는 현상이다.

- 조합능력 (combining ability) : 1대잡종에서 잡종강세를 나타내는 교배친의 상대적 능력으로 공시재료와 검정방법에 따라 그 값이 다르다.

- 순환선발 (recurrent selection) : 인위선발과 상호교배를 반복하여 집단 내에 우량유전자의 빈도를 높여 가는 방법으로, 우량개체를 선발하여 그들 간에 상호교배함으로써 유전적 재조합의 기회를 확대하고자 하는 것이다.

 

■ 목차 

1. 1대 잡종 품종의 농업적 의의

2. 조합능력

3. 하이브리드 육종

4. 1대잡종 품종의 종자생산

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1. 1대 잡종 품종의 농업적 의의

1) 육종방법

* 하이브리드
- 1대잡종의잡종강세(헤테로시스)를이용
→ 잡종강세육종
→ 헤테로시스육종

2) 잡종강세

* 헤테로시스
- 서로 다른 품종또는 계통간 교배에서 1대잡종이 양친보다 우수한 특성을 나타내는 현상

 

 

3) 1대 잡종품종

* 헤테로시스
생산성이뛰어남
균일한생산물을얻을수있음
다양한특성을조합할수있음

 

* 생산성증가

- 미국	- 중국
옥수수일대잡종  품종이보급되기시작한 1930년대부터미국의 옥수수 생산성이 연간 74kg/ha 씩증가	1976년부터벼의 일대잡종 품종을 재배,  2000년에는벼 생산량의60%가 하이브리드로 재배된 쌀임

 

* 균일한 생산물
- 1대잡종은 유전자형이 Aa와 같이 이형접합체이지만, 모든 개체가 똑같은 유전자형을 가지고 있기 때문에
성숙이 고르고 모양이나 품질이 균일함
- 그러나 품질이 다소 떨어지는 단점이 있음

- 1대잡종은 유전자형이 Aa와 같이 이형접합이므로 우성유전자를 가진 저항성품종을 교배친으로하여
모든 F1개체가 저항성을 나타내게 됨
→ 따라서 우량한 우성유전자를 이용하기가 유리함
- 농민들의 자가채종이 어려워 종자산업이 발전하게 됨

* 1대잡종품종의 특징
- 1대잡종품종은 F1을 이용하기 때문에 교배가 쉬워야함
→ 그래서옥수수와같은타식성식물에서주로이용되어져왔음
- 밀이나 벼와 같은 자식성작물에서도 유전적인 웅성불임성을이용, 1대잡종품종을육성하는
기술이 개발됨

* 하이브리드 육종의 핵심
- 잡종강세가 큰 교배조합을 찾아 값싸고 손쉽게 확실한 1대잡종종자를 대량으로 얻을 수 있는
종자생산체계를 갖추어야함
- 1대잡종 생산물의 규격화문제, 일대잡종종자의 가격유지문제, 채종량의 연차변동문제 등이
충분히 검토되어야함

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2. 조합능력

1) 1대 잡종의 조합능력

* 조합능력(combining ability)
- 잡종F1 , 즉1대잡종에서 잡종강세를 나타내는 교배친의상대적능력

 

 

자식계통을 상호교배한 일대잡종의 수량
- 평균수량은B 계통이196g으로가장높음
- 이때, B계통이 일반조합능력이높다라고 표현함.

* 일반조합능력
- 육성된 자식계통을 다른 많은 검정용계통과 교배했을때, 그1대잡종들이나타내는평균 잡종강세정도
- 생활에 유리한 우성유전자들이 많이 집적되어 일반조합능력이높음 ⇒ 우성설

* 특정조합능력
- 육성된 자식계통과 특정한계통과의교배에서나온 1대잡종에서만나타나는잡종강세정도
- 특정조합능력은특정조합의1대잡종수량에서 그조합의양친평균을빼얻은값의크기로표현
- D와E의교배조합에서39로가장높음

 

 

* 조합 능력의크기
잡종 강세정도로 표현

* 잡종강세표시방법
1대잡종의 특성치를 어떤기준치와 비교하는가에 따라다름

 

 

* 조합능력의크기
- 잡종강세를 표시하는 세 방법중 실용적으로는 기준치가 가장높은것과 비교하는것이바람직함
- 따라서 하이브리드육종에서는 스탠다드 헤테로시스가 더 유용함
- 하이브리드 F1의 유전적특성을 검정하기 위해서는 헤테로시스나 헤테로벨테오시스가 더 유용함

2) 조합능력의 검정

* 톱교배
- 자연수분하는 품종을 검정친으로 자식계통을 교배해 그잡종이 나타내는 잡종강세정도를 검정하는방법

* 조합능력 검정방법
- 톱교배후 일반조합능력을 검정함
- 그로부터 선발된 계통으로 단교배하여 특정조합능력을 검정함

* 타식에 의한 유전적퇴화
- 타식성식물은 타식으로 인해 육성된 자식계통의 유전적특성이 열악해질 우려가있기 때문에
- 조합능력검정을 통해 우량한계통과 조합을선정한 후에도 조합능력개량을 위한 작업을 계속해야함

* 순환선발에 의한 조합능력개량
- 조합능력 개량방법에서 순환선발이 효과적
- 순환선발이란 인위선발과 무작위교배를 반복하여 집단내 우량유전자의 빈도를 높여가는방법
- 집단내개체들간에 유전적재조합의 기회를 확대 촉진하고자함 

 

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3. 하이브리드 육종

1) 타식성 식물의 하이브리드 육종

* 1대잡종품종육성방법
- 자연수분품종간교배를통해1대잡종품종육성
- 자식계통을 만들고 그 자식계통들 간 교배를통해 1대잡종품종육성
- 여러개의자식계통을이용합성품종육성
= 자식계통을만들고그자식계통들간교배를통해 1대잡종품

 

 

* 단교배1대잡종품종에서잡종강세가가장크고 집단의균일성이높음

 

 

* 삼원교배 1대잡종품종과 복교배1대잡종품종은 단교배1대잡종품종에비해생산력이낮음
* 관여되는 품종수가 많기 때문에 균일성이 떨어지는것이 일반적임
* 복교배 및 삼원교배 1대잡종 품종은 F1의 채종량이 많아 단교배 1대잡종품종에 비해 종자가격이 쌈
* 대규모 재배시 삼원교배, 복교배1대잡종 품종이더유리함

2) 자식성 식물의 하이브리드 육종

* 자식성식물의특징
- 자식성식물은화기구조와개화습성이자식에 유리하도록돼있어 타식성식물처럼자연수분이나
인공수분으로1대잡종종자를대량생산할수없음
- 세포질적, 유전자적웅성불임성(CGMS)과 임성회복유전자(Rf)를이용해야함

= 벼와밀에서는 온도와 일장에 따라 임성을 회복하는
환경감응형 웅성불임유전자를 이용하는 방법이 개발되었음

- 자식성식물은 웅성불임성을 이용하더라도 타식률을 높이기위해개화시영(潁)이오래열려있고, 주두가
쉽게노출되며, 화분이멀리날아가는등화기구조와 개화습성을개량해야함

= 벼에서는영의개화시간과 약(葯)의크기에유전변이가 있으며, 또한웅성불임이면서
내영과외영의발육에차이가 나서화분침투가용이한 개영불임유전자(open hull 
male sterile, oms)가 발견되었음

* 벼나밀 등 자식성식물은 잡종강세로인해 장간화(長稈化)되어 도복이 일어날수있으므로
반왜성유전자(semidwarfgene)를이용하여 내도복성을 높여야함
* 이때 반왜성유전자가 우성일때 유리하며, 벼에서는 우성의 반왜성유전자가 알려져있음

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4. 1대 잡종품종의 종자생산

1) 웅성불임

* 웅성불임을이용한1대잡종종자의생산

 

 

* 3계통법
- 웅성불임친, 웅성불임유지친, 임성회복친등 3 계통사용.

* 2계통법
- 온도감응성 웅성불임, 일장감응성 웅성불임등의 경우는 유지친이 필요없음

* 자가불화합성을 이용한 1대잡종종자의생산

 

 

* 자가불화합성의특징
- 웅성불임성에 비해 양친모두에서 종자를생산할수 있음
- 웅성불임성에 비해생육이나 수량등다른형질에 영향이없음
- 자가불화합성을 타파하는일이 중요함

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※ 정리하기
- 하이브리드 육종은 잡종강세가 큰 교배조합을 선발, 그 F1종자를 대량 생산하여 1대잡종품종으로 보급하는 육종방법이다.

- 1대잡종품종은 수량 등 생산성이 높고, 균일한 생산물을 얻을 수 있으며, 우성유전자를 이용하기가 용이하다

- 하이브리드 육종은 잡종강세가 큰 교배조합의 선발과 1대잡종종자를 대량으로 확보할 수 있는 채종기술이 중요한 관건이다.

- 일대잡종의 육성방법은 자연수분 품종간 교배 자식계통간 교배 또 합성품종 육성 등이 있으며, 자식계통간 교배에는 단교배 삼원교배 그리고 복교배가 있고 그 중 단교배 1대잡종품종의 잡종강세가 가장 뚜렷하다.

- 1대잡종품종의 경제적인 F1 종자생산을 위해 식물의 웅성불임성과 자가불화합성을 이용한다.

 

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