내염성 감자 품종 (Solanum tuberosum L.) 육성을 위한 선발 체계 개발
- 주제(키워드) ANOVA , correlation , electrical conductivity , in-vitro evaluation , salt tolerance
- 발행기관 강릉원주대학교대학원 원예학과
- 지도교수 김화영
- 발행년도 2017
- 학위수여년월 2017. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 원예학과
- 세부전공 작물육종
- 원문페이지 121
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/kangnung/000000009781
- 본문언어 한국어
- 저작권 강릉원주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구는 감자 품종 간 염스트레스에 대한 기내 및 기외 식물체의 반응을 구명하여, 내염성 평가 시 적합한 기준을 설정하고자 수행하였다. 또한 내염성 수준이 다른 감자 품종들을 교배재료로 활용하여 교잡후대에서 내염성의 유전특성을 구명하고, 이를 토대로 효율적인 내염성 감자의 육성 선발 체계를 개발하고자 하였다. 먼저, 기내평가를 위하여 기내 염처리 농도(NaCl 0, 75, 150, 225 mM) 별 국내외 감자 12종의 기내묘의 신초와 근 생장을 평가하였다. 고농도 염처리구(NaCl 150, 225 mM)의 경우, 공시한 시험재료 모두에서 신초의 로제트화 및 엽의 백화현상이 심하여 품종 간 비교가 불가하였다. 이와 반면에 NaCl 75 mM의 염처리구는 품종에 따라 신초와 근의 생장에서 다양한 차이가 관찰되어, 기내 내염성 평가 시 적정한 염처리 수준으로 판단되었다. 본 실험에서 기내 식물체의 신초 및 근 생장 반응을 기준으로 하였을 때, ‘수미’, ‘하령’, ‘서홍’이 ‘고운’, ‘대서’, ‘대지’, ‘조원’, ‘추백’ 등보다 생장이 양호하여 상대적으로 내염성이 강한 것으로 분류되었다. 프롤린 함량은 모든 품종에서 염처리 농도가 높을수록 증가하였다. 하지만, 신초와 근 생장 모두 양호했던 품종보다, 근 발생이 되지 않고 신초 생장만 양호했던 품종에서 축적이 더 많아 추가 연구가 필요하였다. 기외평가를 위하여 염상토와 염류수를 이용한 기외 염처리 농도(EC 1.0 dS·m-1, 4.0 dS·m-1, 8.0 dS·m-1) 별 감자 18종의 생육과 수량성을 평가하여 ANOVA 분석한 결과, 경수와 경두께는 염처리 농도에 따른 차이가 없었다. 반면, 경장과 지상부 무게는 매우 민감한 반응을 보였다. 특히, 지상부 무게는 대부분 품종에서 염처리 농도가 높을수록 감소하는 경향이었으나, ‘대지’, ‘고운’, ‘LT-8’ 등 일부에서는 오히려 더 증가하여 품종 간 변이의 폭이 컸다. 엽수, 엽면적, 엽중은 염처리 및 품종×염처리의 교호작용에 대해 매우 민감하게 반응한 반면, 근 신장은 염처리에 대해서 민감하였다. 총 chlorophyll과 chlorophyll ‘a’ 함량은 염처리에 대해 민감하게 반응하였으나, 품종×염처리의 교호작용에 대해서는 둔감한 것으로 분석되었다. Chlorophyll ‘b’는 앞서 총 chlorophyll, chlorophyll ‘a’의 결과와 상반된 경향을 보였다. 괴경수, 평균괴경무게, 괴경수량 등 수량요소 모두는 염처리에 대해 매우 민감한 반응을 나타냈으며, 지상부 생장이 왕성했던 품종들보다 상대적으로 다소 떨어졌던 ‘수미’, ‘크로다’, ‘로마나’, ‘두백’ 등 품종들이 더 양호한 수량성을 나타냈다. 프롤린 함량은 염처리로 인해 모든 품종에서 증가하였으나, 염처리 환경에서 지상부 생장은 왕성한 반면 상대적으로 수량 감소폭이 큰 품종에서 함량 증가가 두드러졌다. 농업적으로 중요한 괴경수량과의 상관성을 분석한 결과, 엽수, 엽면적, 엽중 및 근장은 매우 밀접한 정의 상관관계를 나타낸 반면, 프롤린 함량은 염처리 농도가 높을수록 부의 상관성이 높아지는 경향이었다. 또한 지상부 무게는 염농도가 높을수록 수량성과의 상관성이 떨어지는 경향을 보였다. 농업적인 측면에서 감자의 내염성 개선의 목적이 안정적인 수량 확보임에 따라, 본 실험에서도 내염성 평가 시 수량요인과 낮은 상관성을 보인 지상부 생장보다는 수량안정성을 기준으로 판단하는 것이 바람직한 것으로 보였다. 그런 측면에서 염처리 조건에서 다른 품종들보다 상대적으로 수량 감모가 적은 ‘수미’, ‘크로다’, ‘로마나’, ‘두백’ 등이 내염성이 강한 품종들로서 분류되었다. 또한 이들 품종들은 내염성 감자 육성을 위한 교배재료로써 뿐만 아니라 염이 문제되는 경작지에서 감자의 지속적인 생산에 있어서도 유용할 것으로 판단되었다. 가공형질과 밀접한 관련이 있는 괴경의 건물율은 염처리 농도가 높을수록 모든 품종에서 감소하였으며, 그 감소폭은 ‘대서’와 '고운'이 '크로다'와 ‘두백'보다 더 크고 염에 더 민감하였다. 비중과 전분함량은 괴경 건물율의 결과와 유사하였다. 건물함량 중 전분함량의 비율은 대부분 품종에서 염처리로 인해 감소하여, 가공원료를 위한 내염성 품종 선발 시 염스트레스에 따른 건물율, 전분함량 각각의 수준뿐만 아니라 건물함량 중 전분함량의 비율에 대해서도 평가가 필요한 것으로 판단되었다. 환원당 함량은 품종, 염처리, 품종과 염처리의 교호작용 모두에 대해 민감하게 반응하였다. 또한 염스트레스에 따른 환원당 함량의 축적이 품종 간 매우 다양하여, 염이 문제되는 환경에서 가공원료 생산 시, 품종의 선발이 중요한 것으로 나타났다. 감자 식물체의 엽, 줄기, 괴경 등 모든 조직에서 무기성분 함량도 염처리에 매우 민감하였다. 특히, 엽에서 K+, Ca2+, Mg2+, Na+, 줄기에서 T-N, P2O5, K+, Mg2+, 그리고 괴경에서 P2O5와 Na+ 함량은 품종과 염의 교호작용에 의한 영향이 컸다. K+ 함량은 염농도가 높을수록 괴경에서는 증가를, 엽에서는 감소를 나타낸 반면, 줄기에서는 저염에서 급격하게 증가했다가 고염처리에서 감소하여, 조직 간 염처리 농도에 따른 차이가 컸다. Na+ 함량은 염처리 농도가 높아짐에 따라 빠른 증가를 보였고, 그 경향은 품종과 조직 간 차이가 있었다. 즉, ‘대서’와 ‘고운’은 괴경과 엽에서, ‘크로다’와 ‘두백’은 줄기에서 Na+ 이온의 축적이 많았다. Na+ 함량에 대한 각 무기성분의 함량비율에 있어서는 엽이나 괴경보다 줄기에서 차이가 두드러졌다. 내염성 수준이 다른 품종들의 교잡으로부터 획득한 진정종자를 기내의 염처리 배지에 치상하여 발아특성을 분석한 결과, 교배양친 모두 내염성이 강한 교배조합의 진정종자들이 고염배지에서 발아가 빠르고 왕성한 경향이었다. 또한, 기내 발아 식물체를 염상토에 이식하여 염수 관수 재배한 결과에서도 내염성이 강한 개체의 출현빈도가 높았다. 이와 반면에 교배양친 중 한쪽 친만 내염성이 강한 조합과 양친 모두 약한 조합 간 진정종자의 발아특성에서 서로 차이가 미미하였고, 이후 염상토 및 염수 관수 재배에서도 내염성 개체의 출현빈도가 낮았으며, 또한 내염성 교배친의 모본 또는 부본으로의 교배방향에 대한 효과도 낮았다. 기내 저염 및 고염 처리를 통하여 선발된 후대의 내염성을 비교한 결과, 기내 고염처리 조건에서 선발된 후대 그룹이 저염처리 조건에서 선발된 후대 그룹보다 내염성이 강한 개체의 출현빈도가 높았으며, 기내 고염처리 선발이 교잡후대에서 내염성의 유전력을 높이는 효과가 있었다. 이와 함께 염상토와 염수 이용 기외 염처리를 통한 재 선발은 기내 염처리 선발 그룹에 대해 내염성의 유전력을 더욱 향상시키는 상승효과가 있었다. 기내 염처리 선발법 적용은 실생의 기외 이식 후 건전한 괴경을 생산하는 실생의 비율을 높였다. 이러한 효과는 특히 교배양친 모두 염감수성인 조합의 후대그룹에서 두드러졌다. 기내외 염처리 선발을 통하여 육성된 10종의 후대계통들에서 염처리에 따른 Na+ 이온의 함량 증가율은 염감수성인 ‘대서’, ‘고운’의 경우 줄기보다 엽에서 축적량이 월등히 많았다. 이에 반해, 내염성 선발 계통 중 4종은 줄기에서 높은 함량 증가율을 나타냈다. 다른 4종은 내염성이 강한 ‘크로다’, ‘두백’과 동일 경향을 보였으며, 엽과 줄기에서 유사한 증가율을 보였다. 그리고 선발된 10종 계통 모두 염처리 조건에서 총 chlorophyll 함량, 근장, 괴경수량이 염감수성 품종인 ‘대서’, ‘고운’보다 월등하게 양호하였고, 그 중 4종은 내염성이 강한 ‘크로다’, ‘두백’과 유사하거나, 그보다 더 높은 수량성을 나타내어 장차 내염성 감자 품종으로서 유망하게 보였다. 또한 기내외 평가 시험에서 내염성 판단 기준으로 설정한 총 chlorophyll 함량 및 근장은 괴경수량과 상당히 높은 정의 상관성을 나타내어서, 감자의 내염성 평가 시 유용한 항목으로 판단되었다. 여기서 도출된 단계별 평가 항목과 기내외 염처리 선발을 통하여 육종 초기 세대에서 내염성 개체의 조기 선발이 가능하며, 내염성으로 선발된 계통들은 장차 내염성 품종으로서 유망하고 활용가치가 높을 것으로 기대된다. 결론적으로 내염성 감자 육성 시 교배 양친 모두 내염성이 강한 교배조합을 작성하는 것이 바람직하며, 실생 초기세대에서 기내외 염처리를 통하여 내염성 개체를 선발하는 것이 내염성 후대의 육성 효율을 높이고, 관행 육종방법에서 소요되는 시설과 노력을 경감할 수도 있어 효과적인 방법으로 판단된다.
more목차
목 차
Abstract
Contents
List of Tables
List of Figures
Ⅰ. 서 론 ------------------------------------------------------- 1
Ⅱ. 연구사 ------------------------------------------------------- 6
Ⅲ. 재료 및 방법 ------------------------------------------------- 12
1. 감자 품종 간 내염성 변이의 in-vitro 평가 및 관련 형질 분석 -------------- 12
2. 감자 품종 간 내염성 변이의 in-vivo 평가 및 관련 형질 분석 -------------- 14
3. 교배양친 내염성의 후대 유전특성 및 내염성 교잡후대의 효율적 선발 체계 ----- 18
Ⅳ. 결과 및 고찰 ------------------------------------------------- 25
1. 감자 품종 간 내염성 변이의 in-vitro 평가 및 관련 형질 특성 -------------- 25
2. 감자 품종 간 내염성 변이의 in-vivo 평가 및 관련 형질 특성 -------------- 34
3. 교배양친 내염성의 후대 유전특성 및 내염성 교잡후대의 효율적 선발 체계 ----- 65
Ⅴ. 종합고찰 ----------------------------------------------------- 86
Ⅵ. 참고문헌 ----------------------------------------------------- 94
초 록 ---------------------------------------------------------- 105
