제2강 작물의 유전성(품종과 유전)
<용어정리>
- 자가수정 : 같은 개체에서 형성된 암배우자와 수배우자가 수정하는 것을 자가수정이라고 하고, 서로 다른 개체에서 생긴 암수 배우자간에 수정이 이루어지는 것을 타가수정이라고 한다. 자가수정하는 유성생식을 자식, 타가수정하는 유성생식을 타식이라고 한다.
- 불임성 : 작물의 생식과정에서 환경적ㆍ유전적 원인에 의하여 종자를 만들지 못하는 것을 불임성이라고 한다. 유전적 불임성에는 자가불화합성과 웅성불임성이 있으며 이는 식물이 유전변이를 확대하기 위한 수단이다.
- 자식약세 : 타식성작물은 타가수분을 하므로 대부분 이형접합체이다. 이러한 타식성작물을 인위적으로 자식시키거나 근친교배를 하면 작물체의 생육이 불량해지고 생산성이 떨어지는데 이를 근교약세 또는 자식약세라고 한다.
- 잡종강세 : 타식성작물의 근친교배로 약세화한 작물체 또는 빈약한 자식계통끼리 교배하면 그 F1은 양친보다 왕성한 생육을 나타내는데 이를 잡종강세라고 한다.
- 질적형질 : 분리세대에서 불연속변이하는 형질로 소수의 주동유전자에 의해 지배된다. 질적형질의 유전현상을 질적유전이라 한다.
- 양적형질 : 분리세대에서 연속변이하는 형질로 폴리진에 의해 지배되며 환경의 영향을 크게 받는다. 양적형질의 유전현상을 양적유전이라 한다.
- 세대단축 : 자연상태에서는 1년에 1세대를 경과하는 작물이라도 시설을 갖춘 온실을 이용하면 1년에 2세대 이상을 경과시킬 수 있어서 육종연한을 단축시킬 수 있다.
1. 품종 및 계통의 개념
1) 품종과 계통의 개념
- 품종 : 작물 각각의 종류를 그 특성에 기초하여 다시 작게 나눈 단위의 명칭
- 유전적으로 구별되는 특성(구별성)을 가지고 실용상 지장이 없는 균일성과 안정성을 갖춘 개체군 또는 상업적 생산을 위해 재생 가능한 집단(우수성×)
- 품종보호권이 부여된 신품종 : 종자산업법에 의해 보호
- 계통 : 혼형 또는 혼계의 집단에서 유전형질이 서로 같은 집단을 다시 가려낸 것
2) 품종개량의 효과
가)새품종의 출현
나)경제적 효과
다)재배한계의 확대
라)품질의 개선
마)재배안정성의 증대
2. 품종육성방법
1) 육종과정
2) 자식성 작물의 육종
(1) 자식성 작물 집단의 유전적 특성
- 이형접합체(F1, Aa)를 자식하면 F2의 유전자형은 동형접합체와 이형접합체가 1/2씩 존재한다.
- 이들이 모두 자식하면 동형접합체는 똑같은 유전자형 생산
- 이형접합체는 다시 분리 → 1/2(1/2 Aa) = 1/4(Aa)로 되어 F2보다 1/2이 감소한다.
∴ 자식성작물은 자식에 의해 집단 내에 이형접합체가 감소한다. 잡종집단에서 우량유전자형을 선발하는 이론적 근거다.
(2) 자식성 작물의 육종방법
① 순계선발
- 분리육종 : 재래종집단에서 우량한 유전자를 분리하여 품종으로 육성하는 것으로 개체선발을 통해 순계를 육성한다. 타식성 작물은 집단선발을 통해 집단개량을 한다.
② 교배육종
- 이론적 근거 : 조합육종과 초월육종
- 잡종세대를 취급하는 방법 : 계통육종, 집단육종, 파생계통육종, 1개체1계통육종
㉠ 계통육종(pedigree breeding)
통일벼 : 3원교배(IR8//유카라/TN1)
㉡ 집단육종(bulk breeding)
잡종초기에는 선발하지 않고 혼합채종과 집단재배를 반복한 후 집단의 80% 정도가 동형접합체로 된 후기세대에 가서 개체선발하여 순계를 육성하는 육종방법
㉢ 계통육종과 집단육종의 비교
㉣ 파생계통육종
- 계통육종과 집단육종을 절충한 육종방법
- F2 또는 F3에서 질적형질에 대하여 개체선발 파생계통 집단재배
- F5 ∼ F6세대에 양적형질에 대하여 개체선발
<그림 3> 파생계통의 육종과정
㉤ 1개체 1계통 육종 ― ①
- 집단육종과 계통육종을 절충한 육종방법
- 영산벼는 이 방법에 의하여 육성한 품종이다.
<그림 4> 1개체 1계통 육종의 육종과정
㉤ 1개체 1계통 육종의 장단점 ― ②
* 장점
- 1개체에서 1립씩만 채종하므로 면적이 적게 들고 많은 조합을 취급할 수 있다.
- 온실에서 세대촉진으로 생육기간을 단축시켜 육종연한을 줄일 수 있다.
- 이론적으로 잡종집단 내 모든 개체가 유지되므로 유용유전자를 상실할 염려가 없다.
- 선발에 참고하기 위한 야장기록이나 선발을 위한 개체표지 및 개체수확에 드는 노력을 절약할 수 있다.
- 초장ㆍ성숙기ㆍ내병충성 등 유전력이 높은 형질에 대하여는 개체선발이 가능하다.
- 잡종후기세대에 선발하게 되므로 집단 내의 동형접합체 빈도가 높아져서 고정된 개체를 선발할 수 있다.
* 단점
- 유전력이 낮은 형질이나 폴리진이 관여하는 형질의 개체선발을 할 수 없다.
- 도복저항성과 같이 소식(疏植)이 필요한 형질은 불리하다.
- 밀식재배로 인하여 우수하지만 경쟁력이 약한 유전자형을 상실할 염려가 있다.
㉦ 여교배육종 ― ①
- 양친 A와 B를 교배한 F1을 양친 중 어느 하나와 다시 교배하는 것
- 여교배를 여러 번 할 때 처음 단교배에 한번만 사용한 교배친을 1회친이라 하고, 반복해서 사용하는 교배친을 반복친이라고 한다.
- 1회친은 비실용품종을 사용하고, 반복친은 실용품종으로 한다.
- 우리나라 “통일찰”품종은 이 방법에 의하여 육성되었다.
㉦ 여교배육종의 조건과 장단점 ― ②
1) 성공하기 위한 조건
- 만족할 만한 반복친이 있어야 한다.
- 여교배를 하는 동안 이전형질의 특성이 변하지 말아야 한다.
- 여러 번 교배를 한 후에 반복친의 특성을 충분히 회복하여야 한다.
2) 장점
- 연속적으로 교배하면서 목표형질만을 선발하므로 육종효과가 확실하다.
- 계통육종이나 집단육종과 같이 여러형질의 특성검정을 하지 않아도 된다.
3) 단점
- 반복친으로 연속교배하여 결국은 반복친의 유전구성을 그대로 회복하기 때문에 목표형질 이외 다른 형질의 개량을 기대하기 어렵다.
3) 타식성 작물의 육종
* 타식성 작물 집단의 유전적 특성
- 타식성 식물에서 근친교배 또는 자식하여 약세화한 식물체간에 인공교배를 하거나 자식성 식물의 순계간에 인공교배하면 그 1대 잡종은 잡종강세가 나타난다.
(근친교배ㆍ근교약세ㆍ자식약세ㆍ잡종강세)
* 타식성 작물의 육종방법
- 집단선발ㆍ순환선발
4) 1대잡종육종
* 1대잡종의 장점과 단점
- 자연수분품종끼리 교배한 1대잡종은 자식계통을 사용하였을 때보다 생산성은 낮으나 F1종자의 채종이 유리하고 환경스트레스에 적응성이 높다.
* 1대잡종의 육성
조합능력 : 1대잡종에서 잡종강세를 나타내는 교배친의 상대적 능력을 말한다.
- 일반조합능력 : 어떤 자식계통이 다른 많은 검정계통과 교배되어 나타나는 1대 잡종의 평균잡종강세
- 특정조합능력 : 특정한 검정친과 교배된 1대잡종에서만 나타나는 잡종강세이다.
③ 품종간교배 방법 : 자식계통간 교배
③ 1대잡종 종자의 채종
1대잡종(F1) 종자의 채종은 인공교배를 하거나 식물의 웅성불임성 또는 자가불화합성을 이용한다.
인공교배 : 오이ㆍ수박ㆍ호박ㆍ멜론ㆍ참외ㆍ토마토ㆍ가지ㆍ피망
웅성불임성 이용 : 당근ㆍ상추ㆍ고추ㆍ쑥갓ㆍ파ㆍ양파ㆍ옥수수ㆍ벼ㆍ밀
자가불화합성 이용 : 무ㆍ양배추ㆍ배추ㆍ브로콜리ㆍ순무
5) 배수성 육종
- 콜히친처리, 동질배수체, 이질배수체
6) 돌연변이 육종
- 돌연변이 유발원 : x선, r선, 중성자, β선
- EMS, NMU, DES, NaN3
7) 생물공학적 작물육종
- 조직배양
- 세포융합
- 유전자전환
3. 신품종의 보호와 종자증식
1) 신품종의 구비조건과 품종보호 요건
구별성 : 신품종의 한 가지 이상의 특성이 기존의 알려진 품종과 뚜렷이 구별되는 것
균일성 : 신품종의 특성이 재배나 이용상 지장이 없도록 균일한 것
안정성 : 세대를 반복하여 재배해도 신품종의 특성이 변하지 않는 것
품종보호 요건 : 신규성, 구별성, 균일성, 안정성, 고유한 품종명칭 등
품종퇴화 : 유전적ㆍ생리적ㆍ병리적 원인에 의해 품종의 고유한 특성이 변함.
옥수수와 채소류의 1대 잡종품종 : 매년 새로운 종자를 사용
2) 신품종의 종자증식
- 기본식물 : 육종가들이 직접 생산하거나 육종가의 관리하에 생산(국립식량과학원, 국립원예특작과학원)
- 원원종 : 각 도의 농업기술원에서 기본식물을 증식하여 생산한 종자(도 농업기술원)
- 원종 : 각 도의 농산물 원종장에서 원원종을 재배하여 채종한 종자(도원종장)
- 보급종 : 농가에 보급할 종자로서 원종을 증식한 것(종자관리소)
3) 국제식물신품종보호연맹(UPOV)
국제식물신품종보호연맹(International Union for the Protection of New Varieties of Plants) : 1961년 파리에서 국제협약이 채택
UPOV에 가입한 나라들 : 종자산업법(한국), 식물신품종보호법(일본), 특허법(이탈리아) 등을 제정하여 신품종을 보호
육종가의 권리를 보호받으려면 UPOV에 가입해야 함.
계통육종은 질적형질 개량에 유리하고, 양적형질은 집단육종이 유리하다.
<정리하기>
1. 교배육종과정은 교배 → F1 양성 → F2 전개와 개체선발 → 계통육성과 특성검정 → 생산성 검정시험 → 지역적응성 검정시험 → 품종결정 및 등록 → 종자증식 → 농가보급의 순서로 진행한다. 자연포장에서는 10년 이상 15~16년의 육종연한이 소요되나, 세대단축온실과 다른 나라(지역)를 이용하면 6~7년으로, 약배양기술을 적용하면 그보다 더 단축할 수 있다.
2. 계통육종은 F2부터 매세대 개체선발과 계통재배 및 계통선발을 반복하여 우량한 순계를 품종으로 육성하는 육종방법으로, 육종효과가 빨리 나타나는 장점이 있고 질적 형질 개량에 효과적이다.
3. 집단육종은 잡종초기세대에는 선발하지 않고 혼합채종, 집단재배하여 대부분의 개체가 동형접합체로 된 후기세대에 가서 개체선발을 하여 순계를 육성하는 육종방법이며, 양적 형질 개량에 유리하다.
4. 여교배육종이 성공적으로 이루어지기 위해서는 만족할 만한 반복친이 있어야 하고, 여교배 과정 중 이전형질(유전자)의 특성이 변하지 말아야 하며, 여러 번 여교배한 후에 반복친의 특성을 충분히 회복해야 한다.
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