< 다양한현미의종피색및씨눈크기 > 2

제 5 강의 2013. 4. 3. 강의내용 제 5 장. 벼육종기술 우리나라의벼품종현황 벼육종기술 벼품종육성방법 1

< 다양한현미의종피색및씨눈크기 > 2

I. 우리나라벼품종현황 1. 벼품종육성현황 밥쌀용 가공용 (2011 년, 벼국가목록등재기준 ) 계 특수미 (47) 초다수 (14) 사료 밭벼 소계최고품질고품질 소계 기능성찰벼등통일형일반형 242 176 9 176 61 5 42 10 4 3 2 최고품질품종이란? 실용적인측면에서쌀외관품질, 밥맛, 수량성, 재배안전성을두루갖춘밥쌀용품종 3

2. 농촌진흥청개발벼국가품종목록등재현황 (2011) : 222 품종 구분조생종 (61) 중생종 (74) 중만생종 (87) 최고품질 (9) 운광 (1) 고품, 하이아미 (2) 미품, 삼광, 진수미, 칠보, 영호진미, 호품 (6) 228,086 48,505ha 2,081ha 177,500ha 밥쌀용 고품질 (154) 고운, 그루, 금영, 금오, 금오벼3호, 남원, 간척, 강백, 금안, 금오벼1호, 금오벼2호, 대진, 둔내, 만나, 만안, 만추, 만호, 문장, 내풍, 농안, 대평, 동보, 동해, 만월, 만종, 보석, 산들진미, 삼백, 삼천, 상미, 상산, 만풍, 해찬물결, 미광, 보라미, 봉광, 삼덕, 상주, 새상주, 소백, 신운봉, 신운봉1호, 상옥, 서안, 서안1호, 서진, 석정, 소비, 오대, 오대1호, 오봉, 운두, 운미, 운봉, 수라, 신백, 안산, 안중, 영해, 원황, 장안, 운장, 인월, 조광, 조령, 조아미, 조안, 조운, 주안, 중모1009, 진보, 청남, 청명, 청아, 조평, 주남조생, 중산, 중화, 진미, 진부, 청안, 팔공, 풍미, 풍미1호, 해오르미, 진부올, 태봉, 태성, 평원, 한들, 한설, 화동, 해평, 화봉, 화성, 화영, 화중, 화진 (48) 황금보라 (51) 계화, 금남, 낙동, 남강, 남평, 농호, 다미, 다청, 대산, 대안, 대야, 대청, 동안, 동진, 동진1호, 동진2호, 동해진미, 만금, 말그미, 새계화, 새누리, 새추청, 서간, 서평, 수진, 신동진, 영남, 온누리, 일미, 일품, 종남, 주남, 주안1호, 진백, 청담, 청청진미, 청해진미, 청호, 추청, 친농, 탐진, 평안, 호농, 호안, 호진, 호평, 황금노들, 하남, 화남, 화랑, 화명, 화삼, 화신, 화신1호, 황금누리 (55) 555,195 30,258 20,255 504,682 기능성 (5) - 고아미 3 호, 영안, 큰눈 (3) 고아미 2 호, 고아미 4 호 (2) 다수성 (13) 남일 (1) 찰벼 (16) 상주찰, 설백, 월백, 진부찰 (4) 남천, 다산, 다산1호, 다산2호, 아름, 안다, 한아름 (7) 눈보라, 보석찰, 신선찰, 한강찰1호, 해평찰, 화선찰 (6) 드래찬, 세계진미, 큰섬, 한마음, 한아름 2 호 (5) 동진찰, 만미, 백설찰, 백옥찰, 백진주, 백진주 1 호 (6) 유색미 (10) 적진주, 조생흑찰, 흑진주 (3) 홍진주, 흑광, 흑설 (3) 건강홍미, 보석흑찰, 흑남, 흑향 (4) 특수미 향미 (6) 향미벼 2 호 (1) 설향찰 (1) 미향, 아랑향찰, 향남, 향미 1 호 (4) 기타 (5) - 대립벼 1 호 (1) 고아미, 단미, 설갱, 양조 (4) 사료용 (2) - 녹양 (1) 목우 (1) 밭벼 (2) - 농림나 1 호, 상남밭벼 (2) - 52,030 3,777 10,067 38,186 * 직파겸용, 재배면적은 2011 년기준 * 최고품질품종은 2011 년 2 품종 ( 수광, 대보 ) 이추가로개발되었으나현재등록중에있음 4

3. 특수미쌀품종및특성 용도 주요품종 특성 < 기능성성분고함유 > 영양식, 유아이유식용 영안벼, 하이아미 필수아미노산 성장촉진용 고아미4호 무기영양소 ( 철, 칼슘, 아연 ) 다이어트식품가공용 고아미2호, 고아미3호, 새고아미 저항전분 생활습관병치료용 큰눈, 홍진주, 적진주, 적진주찰, 눈큰벼 거대배아미, GABA고함유 성인병예방및화장품원료용 흑진주, 흑광, 흑설, 선향흑미, 조은흑미 유색미, 항산화, 항암 < 특수성분제거 > 신장병환자용 건양미, 春陽 ( 하루요 ), LGC-1 저단백미 쌀알레르기환자용 LA-1( 일본 ) 저글로불린 (globulin) < 가공기능성향상 > 홍국쌀, 발효용 설갱벼 전분돌연변이 쌀과자, 기능성음료가공용가래떡용 단미벼희망찬 고당미초다수, 고식미 5

4. 신품종의구비조건 (1) 구별성 (Distinctness; Identity) - 기존품종과중요한형질 ( 형태, 품질, 내병성등 ) 에서주요특성이명확하게구별되어야함. (2) 균일성 (Uniformity; 균등성 ; homogenity) - 품종의본질적인특성이동일세대에서그형질이충분히균일해야함. (3) 안정성 (Stability; 영속성 ; reproducibility) - 한세대에서다음세대로반복적으로번식 ( 증식 ) 된후에도관련특성이변하지않아야함. (4) 신규성 (Originality) - 출원전에품종의종자또는수확물의상업적판매또는처분이없어야함. - 상업적으로판매되지않았던품종 : 국내는출원전 1 년동안, 국외는출원전 4 년동안 (5) 품종명칭 - 품종보호출원을하는신품종은 1 개의고유한품종명칭이있어야함. - 국제적으로 1 품종 1 명칭사용이원칙 - 품종명칭등록이안되는경우 : 숫자, 기호, 유명인사이름, 최고등 신품종의 3 대구비조건 (DUS) : 구별성, 균일성, 안정성 - 신규성및우수성 (superiority) 은구별성에포함됨 6

5. 품종의선택 전시포의활용 품종개량을담당하고있는연구소및지도기관에서권장하는장려품종선택 품종선택후엔특성을파악하여환경과재배적조치필요 6. 벼품종육성기관 농촌진흥청산하의연구소 - 국립식량과학원 ( 前작물과학원 ) - 국립식량과학원벼맥류부 ( 前호남농업연구소 ) - 국립식량과학원기능성작물부 ( 前영남농업연구소 ) 대학교 도농업기술원 (8개도원 ) 개인육종가 종자회사 ( 다국적기업 ) 7

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II. 벼육종기술 < 품종육성과정 > 5. 선발과고정 ( 개체, 조합 ) 9

1. 문제점의인식 육종대상작물의전재배과정은물론유통, 가공및소비에이르기까지문제점을충분히분석 ( 적어도 5~10년정도의미래예측 ) 실제재배농민, 소비자와의상담중요 2. 육성목표의설정 육종우선순위결정 ( 지극히중요 ) 실현가능한목표를전문가와상의하여보다구체적으로설정 : 숙기, 생산성, 품질, 저항성, 적응성등 (1) 육종목표설정시고려사항 - 기후, 지형, 토양등자연조건 - 병해충, 재해의발생상황 - 재배방법, 품종의분포, 경영조건, 사회적여건 - 미래수요가예측되는특성 10

(2) 육종목표 11

(3) 육종목표형질 - 재배식물의종류와재배지역에따라다르고시대와더불어변화 1) 목표형질의구분 1 생산성 : 초형, 저장기관 (sink) 의크기, 광합성기관 (source) 에서광합성산물의이전효율, 내도복성 2 품질 : 완전립비율 ( 유통성 ), 수분함량 ( 저장성 ), 도정비율 ( 판매및도정업자 ), 영양가 / 식미 ( 소비자 ) 3 저항성 - 생물적스트레스 : 병, 충, 잡초 - 환경스트레스 : 온도, 수분, 토양, 약제, 오염물질 4 적응성 - 지리적적응성 : 숙기 ( 조만성 ) 품종의지리적분포를규제함 - 생력 / 기계화적응성 : 내도복성, 직파적성, 탈립성 - 생태적적응성 : 노지재배, 촉성재배, 억제재배 연중공급에따른각작형에알맞은품종육성 ( 목표형질의구분 ) - 경제적특성 : 생산성, 품질등 - 지리적특성 : 숙기, 내병해충성, 환경스트레스저항성등 - 재배적특성 : 생력기계화적응성, 직파적응성등 12

3. 육성방법의결정 대상작물의번식방법 : 자식성, 타식성등 육성하려는품종형태 : 고정종, 일대잡종등 개량하고자하려는형질 : 관여유전자수, 환경의영향정도, 다른특성과의연관등 13

4. 변이의창성및확대 육종목표달성의가부를결정하는첫번째관문 - 유전자원의수집및평가 - 고정, 돌연변이, 배수체, 생명공학기법등이용 (1) 육종재료의선정 1교배친 / 교배모본 ( 자방친, 화분친 ) 선정시고려사항 - 교배친은목표형질이외에자방친과화분친의유전조성이유사한것이좋음 - 주요품종과그주요품종의결점을보완할수있는품종을교배친으로선정 - 우량품종을육성한실적이많은교배친이용 - 유전자원의평가성적검토 : 동일장소에서특성조사 - 유전분석결과이용 - F1 잡종강세이용시에는조합능력을검정하여교배친을선정 근연품종간교배 : 유전적기반이좁아서육종목표의수준은낮으나, 단기간내에형질개량가능 원연품종간교배 : 유전적기반이넓어서형질개량에장기간소요되지만, 수준높은육종목표달성가능 14

(2) 변이 1 환경변이 - 온도 : 기온, 지온, 수온 - 양분 : 시비량, 시비시기, 토양성분함량 - 기상 : 과습, 건조, 일장, 광도, 풍속 - 지형 : 고도, 경사도 2 유전적변이 - 돌연변이 : DNA 염기조성및염색체의변화 - 교잡변이 : 이형유전자를가진식물개체의교잡에의한변이 육종에필요한유전적변이작성을위하여교배, 인공돌연변이, 형질전환등의 방법을이용한다. 15

(3) 변이의감별 1 후대검정 (progeny test): 검정개체를자식시켜다음세대에서변이비교 2 특성검정 : 변이발현에적합한환경조성 3 변이비교 - 환경변이 : 유전적원인은같고환경조건의변동기인 - 유전변이 : 환경조건의변동이없을때 - 연속변이특성표시 : 평균치, 중앙값, 표준오차, 표준편차, 분산, 변이계수 - 통계적유의성검정 : t- 검정, F- 검정, 분산분석 5. 선발과고정 ( 개체, 조합및집단 ) (1) 생식방법에따른선발 육종단계중가장중요 : 취사의선택 동형화된개체선발 : 자식성작물 ( 벼, 콩 ) 잡종강세성이높은조합선발 : 타식성작물 조합능력검정 : 여러개의상이한내혼계를교잡하여가장우수한일대잡종을얻을수있는조합선발 인위적인선발환경의조성 16

(2) 특성검정 도열병검정 17

18

벼멸구저항성검정 19

내냉성검정 ( 춘천시험지 ) 20

내염성검정 ( 개화도시험지 ) 21

내풍성검정 ( 영덕시험지 ) : 풍동이용 22

내한발성 도복저항성 23

내탈립성 24

6. 생산성및지역적응성검정 육성된신품종의특성을재배포장에서확인 해당지역의가장우수한품종과대비실험 반복실험및 2 년이상재배실험 < 우리나라벼재배지대구분 > 국립식량과학원 철원출장소 Ⅳ Ⅴ 춘천출장소 600m ( 진부 ) Ⅲ 450m ( 운봉 ) 상주출장소 300m ( 상주 ) 영덕출장소 해발 0m ( 계화 ) 벼맥류부 Ⅱ Ⅰ: 남서부해안지 (2) 기능성작물부 Ⅱ: 영 / 호남평야지 (2) Ⅲ: 중부평야남부중산간지등 (4) Ⅳ: 북부평야지, 중산간지 (2) Ⅴ: 고랭지 (1) Ⅰ 25

7. 품종등록과권리보호 (1) 종자산업법 법제정역사 - 1995. 12. 6 제정공포 ( 법률제 5024 호 ), 1997.12. 31 법시행 - 2002. 1. 7 UPOV 회원가입 국제식물신품종보호동맹 (UPOV, International Union for the Protection of New Varieties of Plants) - 목적 : 새로육성된식물품종에대해기본적인원칙 ( 신품종권리보호, 최저한의보호기간등 ) 에따라보호하여우수한품종의개발 / 유통을촉진함으로써농업발전에기여하고식물신품종육성자 (Breeder) 의권리보호와협력도모 - 현황 : 1961 년발족, 본부제네바, 가입국 71 개국 (2012) 법제정취지 - 종자산업발전을위한관련제도도입 - 국내관련법의일원화 (2) 종자산업법의구성 1) 품종보호 : 식물신품종육성자의권리보호 2) 품종성능관리 : 국가품종목록등재 3) 종자보증 : 유통상의신뢰 품종보호, 품종성능관리, 종자보증은종자산업법상의주요제도임 26

1 품종보호 : 식물신품종육성자의권리보호 뜻 : 특허권, 저작권, 상표권과유사하게육성자에게 배타적인상업적독점권을부여하는제도 개요 - 권리자 : 육성자또는승계자 - 대상작물 : 모든작물 (6개제외 ) - 보호요건 : 구별성, 균일성, 안정성, 신규성, 품종명칭 - 심사방법 : 서류심사및재배심사 - 보호기간 : 20년 ( 산림및과수는 25년 ) - 권리특징 : 사권, 재산권, 독점배타적권리 - 권리범위 : 국지주의 ( 등록된국가 ), 시기성 ( 보호기간동안 ), 실체성 ( 보호품종 ) 27

2 품종성능관리제도 : 국가품종목록등재 목적 - 작물의품종이일정수준이상의재배및이용상의가치를유지하여생산되도록 - 성능이불량한종자의판매를제한하여안정적인농업생산을기하고 - 재배농가를보호함 등재대상작물 : 벼, 보리, 콩, 옥수수 ( 사료용제외 ), 감자 등재절차 : 등재신청 심사 ( 성능검정, 품종명칭 ) 등재결정 등재 공고 28

3 종자보증제도 : 유통상의신뢰 뜻 - 어떤종자가당해품종의종자임이분명하며, - 적법한기준에맞추어채종 조제되었고, - 적법한품질기준에합격하였음을국가또는종자관리사가보증 목적 - 품질보증제도를국제적인기준에따라확립 - 품질및가격차별화를통한경영개선 - 농민에게는다양한상품의선택기회를제공 우량종자에대한유통질서확립 29

8. 종자의채종과증식 - 품종으로등록된종자의대량생산 (1) 신품종종자증식체계 기본식물원원종원종보급종 농가 기본식물양성포 원원종포 원종포 채종포 ( 식량과학원 ) ( 도농업기술원 ) ( 도원종장 ) ( 종자원 ) 기본식물 (breeder s seed): 육종가에의해만들어진신품종으로증식의기본이되는종자 원원종 (foundation seed): 기본식물을분배받아증식한종자 원종 (registered seed): 채종포에심기위해생산한종자 보급종 (certified seed): 농가에보급하는종자 30

(2) 채종포선정요인 1 환경 - 환경요인 : 기후, 일장, 온도, 강우량, 습도, 토양비옥도, 토양수분, 잡초등 - 개화기 : 다소건조하고적정온도 수정잘됨강우량이많고다습 임실율저하, 병충해, 수발아 - 콩 : 중산간지대가평야지보다유리 ( 주 야간기온교차로등숙양호 ) - 감자 : 고랭지 ( 진딧물이적어바이러스예방, 씨감자생산 ) 2 포장 - 동일작물의다른품종을재배하였거나, 비슷한종류의다른작물을재배하였던곳은부적합 ( 종자혼종우려 ) ( 예 ) 호밀 fb 밀 보리, 알팔파 fb 레드크로바 땅속에서장기간발아가능 - 방제가어려운잡초나유해잡초 (noxious weed) 가없어야함 ( 잡초씨혼합, 광 수분 양분경합 ) 3 경제적인조건 - 노임이싼곳 - 유통거리가짧은곳 - 역사적으로재배가성행했던곳 ( 재배기술확립됨 ) 31

9. 홍보와보급 (1) 대농민홍보및교육 - 신품종의특성과재배상의유의점 - 종자사고미연에방지 : 종자사고보상및종자판매에대한 A/S (2) 보급과정 : 벼, 보리, 콩, 감자, 옥수수 - 채종농가및포장지정 포장검사 종자수매검사 종자소독 정선품검사 종자공급예시 종자공급 (3) 벼품종의농가신청및보급체계 : 뒤쪽 10. 농업인의재배 농업인스스로신품종을선택하여재배하고, 반드시만족해야한다. 32

< 벼품종의농가신청및보급체계 > 33

Ⅲ. 벼품종육성방법 1. 도입육종법 2. 순계분리법 3. 교잡육종법 4. 여교배육종법 5. 돌연변이육종법 6. 생명공학기술의이용 조직배양 배배양 형질전환 34

1. 도입육종법 도입육종 - 외국으로부터개량품종을도입하여재배하거나육종의재료로활용하는것 - 도입육종시외국의해충이나병균이들어오지않도록식물검역에힘써야함 참고 농업유전자원 : 종자, 영양체, 화분, 세포주, 유전자, 잠종, 종축, 정액, 미생물 - 농진청농업유전자원센터의농업유전자원현황 (2010. 2) : 272,181점 - 식량유전자원현황 : 159,767점 ( 식량 76%, 특용작물 11.6, 원예작물 10.0, 사료등 2.4) 농진청농업유전자원센터 : 도입유전자원의보존, 평가, 정보화 농식품부종자관리소 : 품종및종자의관리 35

2. 순계분리법 36

3. 교잡육종법 (1) 계통육종법 (2) 집단육종법 (3) 파생계통육종법 : 교잡 F2 or F3에서계통선발 집단재배 F6에서계통선발 (4) 여교잡육종법 : 수여친 (donor) 반복친 (recurrent) (5) 다계교배법 : 교배모본으로 3품종이상사용 37

벼인공교배 38

39

40

(1) 계통육종법 41

(2) 집단육종법 42

계통육종법과집단육종법의비교 계통육종법 : 교잡 개체선발 계통재배 생산력검정 지역적응시험 집단육종법 : 교잡 집단선발 집단재배 F5 이후개체선발 계통재배 < 계통육종법 > < 집단육종법 > 43

(3) 파생계통육종법 (F2-derived line method) 44

(4) 1 립 1 개체법 (single seed descent method) 45

< 약배양법 > 벼꽃 약채취배양 캘러스분화 염색체배가 신품종 식물체분화 46

4. 여교배육종법 여교배 (backcross) - F1 을양친중어느하나와 다시교배하는것 - 1 회친 (donor parent) - 반복친 (recurrent parent) 여교배세대에따른반복친의유전자비율 세대반복친 (%) F1 50 BC1F1 75 BC2F1 87.5 BC3F1 93.75 BC4F1 96.875 BC5F1 98.4375 47

5. 돌연변이육종 (1) 자연돌연변이 대체로 10-6 -10-5 정도의낮은빈도로발생 대부분의돌연변이는기형이어서자연에의해도태 극히일부돌연변이개체는생존하여다양성형성 (2) 종자번식식물에서돌연변이 집단내의이형주 ( 異型株, off-type) 의형태로나타남 품종퇴화의한원인 그러나, 새로운품종육성을위한재료, 즉유전자원이될수도있음 48

(3) 인위돌연변이 돌연변이의유발 - 유발원 (mutagen): 돌연변이가일어나게하는것 - 유발원종류 : 방사선, 원심력, 화학약품, 초음파등 돌연변이의특징 - 잎이작아지고단단해지며, 불균일한발달 - 뿌리는이상발달하고, - 꽃은개화가억제되거나가끔변화된꽃모양이발생 - 인위돌연변이는이와같이화훼류나화목류에서이용률이높음 돌연변이의발생률 - 인위돌연변이의발생률은많을때가 10% 내외이며, 이것은대부분기형또는치사하는것 - 농업상실용적인변이의발생률은매우낮음 49

6. 생명공학기술을이용한육종법 (1) 조직배양 (tissue culture) 정의 : 세포의전형성능을이용하여식물의세포, 조직, 기관등으로부터완전한식물체를분화시키는배양기술로식물의증식과육종에이용 종류 : 기내수정, 배배양, 배주배양, 자방배양, 약배양, 화분배양등 50

(2) 배배양 (embryo culture) < 배배양에의한하쿠란육성과정 > 51

(3) 형질전환 Ti-plasmid: 식물의종양연구중발견 식물의상처부위에토양박테리아 (Agrobacterium tumefaciens) 침입 Ti-plasmid에있는 T-DNA가식물세포의 DNA에끼어들어감 T-DNA( 호르몬합성유전자 ) 발현 52

Ti-plasmid 를이용한식물의형질전환과정 53

< 형질전환을이용한육종과정 > 품종 A x 품종 B ( 인공교배 ) 형질전환 F1 T0: 도입유전자확인 F2 F3 F4 to F7 Elite 품종 ( 인공교배 ) T1: 도입유전자확인 3 : 1 T2: 도입유전자확인 Homo 계통선발 F8 F9 to F12 GM Hetero Non-GM 54