농업직, 농촌지도사, 농업연구사, 방통대 대비- 재배식물 육종학 정리 12 . 다수성육종

 

12 . 다수성육종

 

<목차>

1. 다수성 관련 형질

2. 초형과 물질생산

3. 광합성 능력의 개량

4. 내도복성과 내비성

5. 다수성육종

■ 학습개요
일정한 면적에서 보다 많은 생산물을 얻는 것을 다수성이라 하며, 다수성은 대부분의 재배식물에서 가장 중요한 육종목표이다. 다수성 품종은 광합성능력과 광합성산물의 이전능력 및 환경스트레스에 대한 극복능력 등이 커야 하며, 이를 위해 광합성관련 형질들의 유전능력을 개량하여 식물의 물질생산능력을 극대화하고, 물질수송능력을 최대로 하며, 내도복성과 내비성을 갖추는 것이 중요하다. 재배식물의 생산성 증가를 위해서는 다수성 품종의 육성과 재배기술의 향상 및 재배환경의 개선이 조화를 이루어야 한다.

■ 학습목표 
다수성 관련형질을 설명할 수 있다.
다수성 관련형질의 개량을 설명할 수 있다.
다수성 품종의 육종방법에 대해 설명할 수 있다.

■ 주요용어  
- 소스 (source) : 식물체에서 광합성을 하는 기관으로 물질생산능력을 말한다. 벼에서는 초형, 엽면적, 엽록소 함량, 잎의 두께, 광합성 능력, 잎기능의 장기 유지, 뿌리활력 등이 해당한다.

- 싱크 (sink) : 식물체에서 광합성산물을 저장하는 기관으로, 물질수용능력이다. 주당수수, 수당립수, 입중, 동화물질의 전류능력 등이 여기에 해당한다.

- 엽면적지수 (leaf area index, LAI) : 단위 토지면적에 존재하는 전체 잎들의 면적을 말한다. 엽면적지수3은 단위공간 전체에 해당하는 잎들의 면적 총합이 바닥 토양면적의 3배에 해당한다는 의미이다.

- 흡광계수 (extinction coefficient) : 개체군에 빛이 투과하는 정도를 나타내며, 엽면적이 일정할 때 흡광계수가 작으면 개체군에서 빛의 투과성이 좋다는 것을 의미한다.

 

1. 다수성 관련 형질

 

1) 다수성 육종

* 다수성
• 다수성
→ 생산성(수량성)이 높은 것
 수량
→ 재배식물이 단위면적에서 생산하는 유기물 가운데 종자,
덩이줄기, 덩이뿌리와 같이 인간이 이용하는 것의 중량
 생산성(수량성)
→ 재배식물이 수량을 올리는 능력

 

* 다수성의 목표
 보다 많은 생산물을 얻는 것
 보다 높은 생산성을 올리는 것

 

* 육종에 의한 생산성 증가
- 벼, 밀, 옥수수 등 세계 주요 곡물의 생산성 → 2t 이하 >>> 6t/ha(/100년)
- 우리나라 벼 생산성 → 1.2t >>> 5t/ha

* 생산성 증가 원인
 다수성품종 육성
 재배기술 향상
 재배환경 개선

 

2) 소스(source)와 싱크(sink)

* 수량은 광합성 산물

* 다수성 관련 형질의 향상
- 광합성 관련 형질의 향상
→ 단위면적당 잎의 양 증가
→ 잎의 광에너지 이용 최적화
→ 단위면적당 이산화탄소 고정속도 향상
→ 광합성산물의 신속한 이동 및 저장
→ 저장기관의 증대
→ 증대된 저장물질의 무게를 지탱할 수 있는 줄기 등

 

* 다수성 관련 형질의 향상

소스(source)
• 광합성을 하는 기관
• 물질생산 능력

싱크(sink)
• 광합성 산물을 저장하는 기관
• 물질수송 능력

* 다수성 조건
 광합성 능력이 향상되어져야 함
→ 소스의 능력을 극대화하고 싱크의 크기를 최대로 하는 것이 필요

* 벼에서의 소스와 관련된 형질
 초형
 엽면적
 엽록소 함량
 잎의 두께
 광합성 능력
 근활력
 잎 기능의 장기간 유지능력

 

* 벼에서의 싱크와 관련된 형질
 주당수수
 수당 영화수
 종자 무게
 동화물질의 전류능력

 

* 다수성 관련형질의 개량

 

 

 

2. 초형과 물질생산

1) 수광태세

* 초형
- 식물초형
→ 식물체의 존재양식으로 수광태세, 동화기관의 크기, 저장기관의 크기 등을 결정함
- 최근 육성품종
→ 초장이 짧고, 수수와 립수가 많은 쪽으로 개량 됨
→ 단위면적당 엽면적이 크고, 개체동화능력에 대한 개체군
동화능력의 비율은 작아지는 방향으로 진행

 

* 초형
 최근 육성품종

 

 

→ 상위엽이 곧추 서 하위엽까지 광의 투과가 쉬운 수광태세를 갖추고 있음

 

* 흡광계수
- 개체동화 능력에 대한 개체군 동화능력의 비율 엽면적이 일정할 때 흡광계수가 작으면 광투과율이
높아짐

 

 

2) 벼의 신초형(new plant type, NPT)

* 벼의 생산성을 극대화하기 위한 초형
 반왜성으로 줄기가 더 튼튼해야 함
 잎이 좁고 두터워야 함
 노화가 늦어야 함
 이삭의 위치가 낮고 립수가 많아야 함
 생육기간이 단축되어야 함

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3. 광합성 능력의 개량

1) 수확지수

 

 

광합성 능력이 품종간에 차이가 있다는 것은 광합성 능력이 “유전적 특성”이라는 의미
→  "광합성 능력도 육종에 의해 개량이 가능하다"

 

* 광합성 능력
- 광합성능력에는 식물체의 형태적·생리적 특성과 광이나 온도 등의 환경요인들이 복합적으로 관련되어 있음
→ 즉, 단일형질이 아님
- 광합성산물의 이전능력이 높고, 저장기관의 수용능력이 함께 증가해야 함

 

* 수확지수가 높을수록
 광합성 산물의 이전능력이 높음
 광합성 산물의 축적량이 증가함

 

 

 

* 품종별 수확지수의 특징
 재배종이 야생종보다 높음
 육성종이 재래종보다 높음
 다수확품종일수록 높음

 

2) 최적 엽면적지수(optimum LAI)

 

[엽면적지수와 전체광합성(Pg), 호흡(R) 및 순생산(Pn)의 관계]

 

 

4. 내도복성과 내비성

1) 내도복성

* 도복
- 식물체가 쓰러지는 현상

- 식물체가 쓰러지면 수량 저하, 품질 저하, 수량 감소

* 내도복성
- 식물체가 쓰러지지 않는 성질
→ 간장의 크기, 굵기, 강도, 이삭무게, 엽초의 노화속도, 뿌리굵기, 뿌리길이 등 여러 형질이 복합적으로 관련됨

- 줄기의 단간 정도는 각 재배식물에 따라 다르며, 벼의 경우 간장이 70~80 cm 정도에서 다수성이 많음

 

2) 내비성

* 내비성이란
 비료에 대한 식물체의 반응으로, 보통 질소질 비료에 대한 식물의 반응을 말함
 질소시비량이 증가함에 따라 수량도 함께 증가하는 품종을 “내비성이 크다” 라고 표현
 질소시비량이 어느 수준 이상 되면 수량이 더 이상 증가하지 않거나 오히려 감소하는 품종을 “내비성이
낮다”라고 표현

 

[벼품종의 질소시비량에 따른 수량반응]

 

 

* 내비성 품종의 특징 
- 내비성이 큰 품종들은 시용한 질소의 대부분을 단백질 합성에 이용함
- 내비성이 작은 품종들은 시용한 질소의 대부분을 줄기와 잎의 생장에 이용함

 

5. 다수성육종

1) 육종방법

* 교배육종
 양친이 가지고 있는 수량에 관한 유전자들의 집적과 그들의 상호작용에 의한 초월육종을 기대하는 것이
일반적임

 

* 교배육종에서 다수성 품종 육성
 생산성은 폴리진이 관여하는 양적형질로 환경의 영향을 많이 받고 유전력이 낮음
 다수성 육종에서는 잡종 초기세대에 수량구성요소를 비롯한 여러 수량관련 형질에 대한 선발을 우선하고
 잡종 후기세대에서 생산성에 대한 선발을 함

* 다수성 육종
* 계통육종과 집단육종을 적절하게 절충한 방법으로 수행
* 생산성만을 위한 육종이라면 “집단육종”이 유리
* 소요기간의 문제는, 잡종초기 세대에 일개체일계통육종이나 계통내의 개체수를 최소화 하는
방법으로 세대촉진하여 육종의 효율을 높일 수 있음
 원연품종간 교배에서는 유전분리가 다양하므로 숙기, 초형 등과 같은 형질은 초기세대에 집단도태시키는 것도
고려함

 

* 생산성에 대한 선발
- 생산성은 폴리진의 영향을 많이 받음
- 개체선발 보다는 계통선발에 중점을 둠

 

* 다수성 품종 육성의 예
- 통일벼의 다수성에 내냉성, 병해충 저항성 등을 개선하여 다수성 품종 육성

 

* 하이브리드육종의 다수성 품종 육성
- 다수성 품종육성을 위해 조합능력이 높은 자식계통 육성
- 자식계통의 조합능력은 계속해서 개량되어야 함
- 옥수수의 경우 3년 1기의 순환선발에 의해 자식계통의 조합능력을 개량함

 

2) 수량구성요소의 선발

* 수량구성요소
- 벼의 수량구성요소
→ 주당수수
→ 1수립수
→ 등숙비율
→ 1000립중

- 수량구성요소 간의 부의 상관관계
→ 주당수수가 증가하면 1수립수가 감소
→ 1수립수를 증가시키면 등숙률 감소

 

* 우리나라에서 육성한 다수성 벼품종의 수량구성요소

 

 

 

* 수확지수
 다수성 계통은 “전체건물중 x 수확지수” 값이 높음
 계통별로 전체 건물중을 추정하고 수확지수를 구해 계통을 선발하면 다수성 품종을 육성할 수 있음

 

 

• 광합성능력, 즉 재배식물의 물질생산 능력에 관한 소스형질의 개량과 물질수용능력에
관련된 싱크형질의 개량이 균형적으로 이루어져야 함
• 즉, 단간이면서 작고 직립한 잎을 가진 초형을 선발해서 소스형질을 개량하는 경우,
싱크형질은 대립이고 1수립수가 많은 것을 선발할 필요가 있음

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* 정리하기

재배식물이 다수성이 되기 위해서는 개체군의 최적엽면적지수가 크고 수광태세가 좋아 빛 에너지의 이용효율이 높고 단위면적당 광합성능력이 높아야 하며, 광합성산물의 이전축적률이 높고 저장기관이 커야한다.

다수성육종은 식물의 광합성 관련형질을 개량해 소스 즉 물질생산 능력을 극대화하고 싱크 즉 물질수용능력을 최대로 해야한다.

다비조건에서 다수성이기 위해서는 내도복성과 내비성을 갖추어야 하며, 다수성육종방법은 집단육종이 유리하며 개체선발보다 계통선발에 중점을 둔다.

다수성품종의 육성은 근연품종간 교배보다는 원연품종간 교배가 유리하다.

다수성의 선발은 수량을 결정하는 수량구성요소를 종합적으로 판단해서 선발해야 하며, 수량구성요소에 대해서 선발을 할 때 수량구성요소간의 상관관계에 유의해야 한다.

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