search for




 

Developing Double-Haploid Inbred Lines of ‘Wonkyo20051ho’ Kimchi Cabbage (Brassica rapa. L) Characterized by Formation of Tight Head at Low Temperatures
저온에서도 결구가 잘 형성되는 배가 반수체 배추 ‘원교20051호’ 개발
Korean J. Breed. Sci. 2020;52(1):41-52
Published online March 1, 2020
© 2020 Korean Society of Breeding Science.

Suhyoung Park*, Suk-Woo Jang, and Seung-Kook Choi
박수형* · 장석우 · 최승국

Vegetable Research Division, NIHHS, RDA, Wanju 55365, Republic of Korea
국립원예특작과학원 채소과
Correspondence to: * Corresponding Author (E-mail: psh@korea.kr, Tel: +82-63-238-6622, Fax: +82-63-238-6605)
Received October 14, 2019; Revised October 15, 2019; Accepted November 8, 2019.
This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract
Kimchi cabbage (Chinese cabbage) is a very common Korean traditional vegetable, cultivated across 32,000 ha, which accounts for about 13% of the total vegetable cultivation area in Korea. Since 2010, frequent occurrences of extreme weather conditions caused a shortage of summer, winter, and autumn Kimchi cabbage. Therefore, the National Institute of Horticultural and Herbal Science (NIHHS) selected a haploid breeding method of microspore culture to develop inbred lines that show resistance under extremely low or high temperature for Kimchi cabbage production. ‘Wonkyo20051ho’ is a double-haploid (DH) inbred line developed using the microspore culture method. Eleven heat resistant parental plants were selected through summer cultivation of 37 resources collected in 2014. Microspore culture was efficient in regenerating four resources, from which 13 DH inbred lines were developed. After artificially inoculating ‘Seosan’ clubroot with low concentration inoculum, 7 inbred lines showing moderate resistance were selected. As a result of the autumn cultivation of 83 breeding plants, including 6 selected inbred lines, the ‘18-FH98’ inbred line forming tight heads with yellow inner leaf under low temperature was finally selected during the 2018 autumn field trial. The selected DH inbred line was named ‘Wonkyo20051ho’ and is expected to be a valuable breeding material possessing tolerance to low temperature and clubroot.
Keywords : Doubled-haploid, Wonkyo20051ho, Kimchi cabbage, Chinese cabbage, club root, low temperature
서 언

배추(Brassica rapa L.)는 김치의 형태로 가공되어 겨울철에 부족하기 쉬운 비타민의 공급원으로 한국에서 전통적으로 이용되어온 채소이다. 정확한 도입 시기는 알 수 없으나, 문헌상으로는 고려시대인 1236년에 발간된 ‘향약구급방(鄕藥救急方)’에 최초로 숭(菘)이라는 작물로 설명되었으며, 이후 다양한 농업 관련 서적에 나타나게 된다. 이렇게 중국에서 도입된 배추는 현재 대한민국 모든 지역에서 봄, 여름, 가을, 겨울까지 재배되는 주요 채소로 재배되고 있다. 2017년 배추 생산액은 8천 9백억원으로 국내 10대 채소중 하나이며 재배면적은 3만2천ha로 전체 채소의 약13%를 차지하고 있다. 최근 신생활 서구화 등 짜고 매운 음식을 꺼리는 경항으로 재배 면적은 연평균 3%의 감소추세를 보이고 있다(MAFRA 2018).

배추는 서늘한 기후에서 잘 자라는 십자화과 채소 중 하나로 국내에 도입된 이후 줄곧 가을에만 재배하여 김치로 이용하여 왔다. 그런데 배추김치가 주식 다음으로 활용되는 부식으로 자리를 잡게 되며 신선한 김치를 맛보고 싶어하는 국민적 요구가 발생하게 되었다. 따라서 국내 재배 농가에서는 남북으로 긴 지형적 특성과 1960년대부터 보급되기 시작한 시설(하우스)를 활용하여 연중 재배를 시도하게 되었다. 봄철엔 상대적으로 기온이 낮기 때문에 추대가 늦은 품종을 이용하여 남부지역에서 비닐하우스 또는 터널을 이용한 봄재배 작형이 개발되었다. 이후 여름 더위에 잘 견디는 품종을 개발하여 강원도 등 여름이 비교적 서늘한 해발 700 m이상의 고랭지 지역에서 재배를 성공하게 되었으며, 마지막으로 추위에 강한 품종을 이용하여 제주 또는 남해안 지역에서 온난한 겨울을 넘기며 재배하는 겨울 재배까지 가능하게 되었다(2008, 한국채소종자산업발달사).

2010년에는 여름철 배추 주요 생산 지역인 강원도 고랭지 지역의 수확기 집중호우로 수확량의 급속한 감소, 가을철에는 전국을 강타한 늦은 태풍으로 정식시기 지연으로 수량감소가 발생하며 배추의 공급에 차질이 발생하였다. 이후 봄배추 정식시기 일시적 저온과 고온의 반복으로 인한 활착 불량, 겨울 배추 재배 시기에 3한4온의 기상패턴을 벗어난 장기간 저온 지속으로 동해 발생 등 다양한 악기상 조건이 발생하며 배추의 공급을 위협하게 되었다.

최근 기상이 악화되며 작물의 생육은 불량해지고, 병해충의 발생은 유리한환경 조건이 형성되며 특정 병해충의 대량 발생이 종종 문제를 일으킨다. 특히 고랭지 여름 재배의 경우 고온기에 장마나 비가 자주 내리게 되면 뿌리혹병이 잘 발생하게 된다. 뿌리혹병은 토양에 생존하며 배추과 채소의 뿌리에 혹을 형성하는 절대 활물 기생균인 Plasmodiophora brassicae에 의해 발생한다(Braselton 1995). 뿌리혹병원균은 연구 초기에 진균(fungi)으로 분류되었으나 이후 염기서열 분석 결과 진균과는 연관이 없는 것으로 밝혀졌으며(Castlebury & Domier 1998), rRNA로 분류한 결과 원생동물(protozoa)로 밝혀졌다(Van de Castlebury & Domier 1998).

뿌리혹병은 현재 울릉도를 포함한 국내 모든 배추 재배 지역에서 발생하고 있으며, 생육 초기에 발생할 경우 수확을 포기해야 할 정도로 배추의 공급에 큰 위협을 주고 있다. 뿌리혹병 방제에 작물보호제 또는 길항균을 사용하는 방법이 개발되었다(Datnoff et al. 1987, Cheah et al. 2000, Yeoung et al. 2003). 그러나 작물보호제의 경우 처리 비용이 많이 소모되며 그 효과가 지속적이지 못하여 매 작기마다 처리해야 하는 문제가 있으며, 길항균의 경우 비용도 높지만 처리 효과가 낮은 문제가 있다. 따라서 병 저항성 품종의 개발이 가장 근본적인 대응 방법으로 선정되어 저항성 품종의 개발 관련 연구를 꾸준하게 실시하고 있다. 배추는 자연적으로 뿌리혹병 저항성 유전자가 존재하지 않으므로, 현재까지는 순무의 저항성 유전자를 도입하는 육종 방법이 이용되었다. 채소과에서는 병에 저항성인 순무를 선발하여 배추와 교배한 후 그 후대를 소포자 배양하여 신속하게 뿌리혹병 저항성을 보이는 배추 계통을 육성하였다(Park et al. 2011, Jang et al. 2016, Jang et al. 2017).

소포자 배양 기술은 십자화과 채소의 육종에 오래 전부터 이용되어온 방법으로(Lichter 1982) 단기간에 유전적으로 순도가 높은 계통을 개발하기에 효과적이다. 특히 결구배추는 에티오피아 겨자와 함께 1990년 이전에 이미 소포자 배양에 성공하여(Chuong & Beversdorf 1985, Sato et al. 1989), 이후 육종에 활용하기 위한 노력이 지속되었다. 소포자 배양은 배양 하는 품종에 따라 배양의 결과가 크게 달라지며, 배양조건(배지종류, 배양온도, 고온처리 조건, 배양용기 등)과 화뢰의 크기 등 배양하는 식물체의 상태도 배양 결과에 영향을 끼치는 것으로 보고되었다(Chuong & Beversdorf 1985, Sato et al. 1989, Takahata & Keller 1991, Cao et al. 1994, Takahata et al. 1996).

2010년 이후 악기상 조건이 자주 발생되며 여름철 고랭지 배추의 생산에 차질이 발생하며 공급 부족으로 가격이 급등하는 문제가 자주 발생하였다. 경우에 따라서는 겨울재배와 가을재배에 까지 생산이 어려워지는 경우도 발생하고 있다. 따라서 국립원예특작과학원 채소과에서는 다양한 악기상 조건에 저항성인 품종을 개발하기 위하여 소포자 배양을 이용한 반수체 육종법을 실시하였다.

재료 및 방법

환경저항성 배양 모본 선발을 위한 초여름 재배

최근 배추 재배의 걸림돌이 되고 있는 더위에 강한 자원을 선발하기 위하여 2014년도까지 국립원예특작과학원 채소과에서 개발한 육종 소재와 국내에서 판매중인 일대잡종 품종 37점을 2014년 4월16일에 파종하여 한 달 간 육묘관리를 한 이후, 5월 16일에 국립원예특작과학원 채소과 시험포장(경기도 수원시 소재)에 정식한 후 7월 17일 생육조사를 하여 원예적 특성을 조사하였다(Table 1). 노지 재배를 위한 두둑은 약 90 cm의 평 두둑을 성형한 이후 점적관을 2줄 깔고 검은색 필름으로 피복하였다. 재배 방법은 배추 표준재배법에 준하여 재배하였으며, 특성조사는 국립종자원의 배추 특성조사요령(KSVS 2018)과 농촌진흥청 시험 연구 설계서의 조사기준에 준하여 실시하였다. 일부 괴사로 조사가 불가능한 개체는 조사를 수행하지 못하였다.

The plant materials of Kimchi cabbagez developed or introduced in the National Institute of Horticultural and Herbal Science (NIHHS)

Label Name Origin Seed Production Year Seed Production No.
14-FS01 Chunkang Korean commercial cultivar - -
14-FS02 Arari Korean commercial cultivar - -
14-FS03 Ssamnolaeng-i Korean commercial cultivar - -
14-FS04 Wonkyo20034ho NIHHS 2013 528
14-FS05 Wonkyo20035ho NIHHS 2013 631
14-FS06 Wonkyo20036ho NIHHS 2013 533
14-FS07 Wonkyo20037ho NIHHS 2013 538
14-FS08 Wonkyo20038ho NIHHS 2013 541
14-FS09 Wonkyo20039ho NIHHS 2013 545
14-FS10 Wonkyo20040ho NIHHS 2013 549
14-FS11 Wonkyo20041ho NIHHS 2013 553
14-FS12 Wonkyo20042ho NIHHS 2013 557
14-FS13 Wonkyo20043ho NIHHS 2013 715
14-FS14 12-BK09 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 'Bulam plus' 2012 290
14-FS15 12-BK10 NIHHS breeding materials developed from Chinese cultivar 2012 291
14-FS16 12-BK11 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 'whimory' 2012 293
14-FS17 12-BK15 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 'Bulam plus' 2012 299
14-FS18 12-BK7-11 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 'Geolmat' 2013 455
14-FS19 12-BK7-12 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 'Geolmat' 2013 456
14-FS20 12-BK9-2 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 'Bulam plus' 2013 460
14-FS21 12-BK9-3 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 'Bulam plus' 2013 461
14-FS22 12-BK11-2 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 'whimory' 2013 466
14-FS23 12-BK11-3 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 'whimory' 2013 467
14-FS24 12-BK15-1 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 'Bulam plus' 2013 468
14-FS25 12-BK15-5 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 'Bulam plus' 2013 472
14-FS26 12-BK7A-2x12-FA10-5 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 2013 478
14-FS27 12-BK7A-3x12-FA10-1 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 2013 480
14-FS28 12-BK8A-1 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 'Ganghan' 2013 485
14-FS29 12-BK8A-1x12-FA10-5 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 2013 487
14-FS30 12-BK8A-5 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 'Ganghan' 2013 496
14-FS31 12-BK8A-5x12-FA10-4 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 2013 498
14-FS32 12-BK10A-3 NIHHS breeding materials developed from Chinese cultivar 2013 505
14-FS33 12-BK10A-3x12-FA10-5 NIHHS breeding materials developed from Korean and Chinese cultivar 2013 507
14-FS34 12-BK10A-4 NIHHS breeding materials developed from Chinese cultivar 2013 508
14-FS35 12-BK10A-4x12-F10-3 NIHHS breeding materials developed from Korean and Chinese cultivar 2013 510
14-FS36 12-BK14A-4 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 'Handong gi' 2013 522
14-FS37 12-BK14A-4x12-FA10-2 NIHHS breeding materials developed from Korean cultivar 2013 524

zKimchi cabbage is the name of a subgroup of Chinese cabbage which is used as an ingredient of Korean traditional cuisine, Kimchi (Codex, 2012).



배추 소포자 배양

소포자 배양을 위한 선발 모본은 발아율 확보를 위하여 2014년 8월 하순(26일) 파종하여 본엽이 5매 이상 전개된 이후 9월 25일 저온처리실(5~10℃유지)에서 2개월간 처리한 후 plastic house의 지름 20 cm 화분에 옮겨 심은 후 개화하는 개체의 어린 봉오리를 배양용 소재로 이용하였다.

어린 봉오리는 2-3 mm 크기의 것을 선별하여 자원 별로 30개씩 거즈로 싸서 소독하였다. 소독은 차아염소산나트륨(2%) 용액에 15분간 침지 후 꺼냈으며, 이후 세척 과정은 멸균수로 3분간 침지 후 꺼내어 새로운 멸균수에 3분간 침지하는 과정을 3회 실시하였다.

배양을 위한 화뢰의 준비는 1X NLN (Nitsch & Nitsch 1967, Lichter 1982) 배지를 소량 붓고 막자 사발로 갈아 45 ㎛체로 거른 후 NLN배지를 부어 30 ml로 부피를 맞추어 원심분리하여 상징액을 버리는 washing 과정을 3회 실시하였다.

치상은 마지막 상징액을 따라낸 이후 실험용 배지를 첨가한 후 지름 6 cm petridish에 2.5 ml씩 분주하여 parafilm과 랩으로 밀봉하였다(Lee & Nam 1995). 이후 배 발생을 유도 위함 암처리(30℃, 24시간), 암배양(25℃, 14일) 후 명배양(25℃, 75~80rmp 진탕배양)하며 배 발생 여부를 조사하였다. 배지의 조성은 1/2X NLN과 1/2X NLN with Vit.을 섞은 후 AgNO3 1 mg/L를 첨가한 이후 Sucrose의 농도를 13%로 맞춘 기본 배지와 NAA 0.05 mg/L와 BAP 0.05 mg/L를 첨가한 호르몬 배지를 이용하였다(Jang et al. 2016, Jang et al. 2017).

순화는 배상체의 크기가 7 mm 정도로 자랐을 때 3% sucrose가 포함된 1/2MS (Murashige and Skoog, Duchefa)고체배지로 옮겨주었다. 정상적인 식물체로 자랄 때 까지 2~4회의 계대 배양을 수행한 후 멸균된 토양에 정식하여 정상적인 식물체로 자라기까지 순화하였다.

종자 증식

순화가 완료된 식물체는 생육 상황에 따라 저온처리실(5~10℃유지)에서 3개월 정도 관리하며 튼튼하게 자란 이후 온실로 옮겨 지름 20 cm의 화분에 정식하여 개화를 유도하였다. 추대가 형성된 개체의 첫 추대는 제거하여 측지의 형성을 유도하였으며, 개체 당 3~5개의 추대를 키운 후 뇌수분 하였다. 뇌수분을 위하여 봉지 안에서 개화된 동일한 개체의 화분을 아직 개화하지 않은 약 5 mm정도의 봉오리 윗부분을 열어 인공수정 하였으며, 이후 일주일간 봉지를 씌워 오염 수분을 방지하였다. 뇌수분 후 50~60일이 지나 종자가 노랗게 익으면 꼬투리가 벌어지기 전에 채종하였다.

뿌리혹병 접종 및 평가

뿌리혹병의 인공 접종은 일정 농도의 접종액을 관주하여 접종하는 방법으로 50공 플러그 셀 트레이(Plug cell tray, 50)에 시험재료별로 종자를 파종하였다. 약7일이 경과하여 떡잎이 완전히 전개되었을 때 개체 당 5 mL의 접종액(한국화학연구원 분양 서산균주, 1x106 농도)을 관주하여 주었다(Kim et al. 2016). 관주 이후에는 물받침을 이용하여 침지하여 관수하며 6주간 관리하였다.

뿌리혹병 저항성의 평가는 식물체를 모두 캐내어 뿌리를 깨끗하게 세척한 이후 병징의 발생 정도에 따라 발병도(Disease index)를 조사하였다. DI 값은 Werner 등(2008)의 방법에 따라 계산하였다. 평가 기준은 병증을 보이지 않는 1부터 주근까지 비정상적으로 변형된 중증을 5구간으로 나누어 평가하였다(Fig. 1). 병증 1=뿌리혹병 발생이 없음, 2=측근에 혹이 착생되어 비대 정도가 적고 서로 독립하여 존재, 3=측근에 혹이 착생되며 비대 정도가 비교적 큼, 4=주근에 혹이 착생되며 서로 접합되고 비대 정도가 큼, 5=주근에 혹이 착생되며 서로 접합되고 비대 정도가 매우 큼으로 조사하였다(Kuginuki et al. 1999).

Fig. 1. The shape of root after inoculation with P. brassicae in Kimchi cabbage (Chinese cabbage) (1: no symptom, 2: lump formation in fibrous root, 3: lump formation in fine root, 4: lump formation in main root, 5: combined lump in fine and main root)

원예적 특성 평가

종자가 충분히 증식된 소포자 배양 유래 계통은 원예적 특성 평가를 위해전북 완주군 이서면 소재의 국립원예특작과학원 채소과 노지 포장에서 가을에 재배하였다. 재배 방법은 배추 표준재배법에 준하여 재배하였으며, 검은색 멀칭 필름으로 피복 하고 점적관수를 실시하였다. 파종은 2018년 8월 9일에 완주군 이서면 소재 국립원예특작과학원 육묘장에 실시하였으며, 정식은 2018년 9월 6일 인근 노지 포장에 실시하였다. 특성조사는 국립종자원의 배추 특성조사요령(Kuginuki et al. 1999)과 농촌진흥청 시험 연구 설계서의 조사기준에 준하여 2018년 11월 5일 실시하였다.

결과 및 고찰

배추 ‘원교20051호’는 중부지역 노지 초여름 재배 결과 내서성이 강하여선발된 수집종 중 국내에서 판매중인 일대잡종 품종인 ‘아라리’를 소포자 배양하여 육성된 계통으로, 뿌리혹병도 중간 정도의 저항성을 보이며 가을 철 저온 조건에서도 단단한 결구를 형성하는 환경스트레스에 저항성을 보이는 소형 배추이다.

환경저항성 모본의 선발과 소포자 배양

대한민국은 사계절이 뚜렷하여 더운 여름철과 추운 겨울철에는 배추의 생리장애가 발생하여 공급 차질 문제가 해마다 되풀이되는 경향을 보였다. 이러한 온도 스트레스에 저항성인 품종을 개발하기 위하여, 소포자 배양을 위한 모본을 더운 계절 재배를 통하여 선발코자 하였다. 따라서 중부지역인 수원에 위치한 국립원예특작과학원 시험포장(수원)에 2014년 4월 16일 파종하여 1개월 간 육묘한 이후, 노지 포장에 5월16일 정식하였다. 이는 일반적인 봄 재배법보다 1개월 이상 늦게 정식하는 방법으로 초여름 더운 계절에 수확을 하게 된다. 이후 표준재배지침에 의거하여 재배한 이후 7월17일에 지상부를 잘라서 결구력, 속잎수, 구중 등 주요 원예적 특성을 조사하였다. 국내외 수집 일대잡종 품종과 원예원에서 개발중인 육종 소재 등 37점을 수조사한 결과 고랭지 여름용 주력 품종인 ‘14-FS1 (춘광, 사카타코리아)’에서 속썩음 증상이 발생할 정도로 재배 환경이 좋지 못하였다(Fig. 2A). 그런데 정선 지역의 여름 재배용 품종으로 개발한 ‘14-FS2 (아라리, 농협종묘)’와 채소과 육성 계통인 ‘14-FS13’, 그리고 중국 도입자원의 분리세대인 ‘14-FS35’ 3개의 자원만 1.8 kg이상의 구를 형성하였으며, 대부분 구가 매우 작거나 속이 썩어 조사가 어려웠다. ‘14-FS2’번은 평지 여름 재배 조건에서도 잘 자라서 2.3 kg의 구를 형성하였으며 속잎색이 노랗고 속썩음 증상도 보이지 않아 배양용 모본으로 선발되었다. 이밖에 잎의 색이 진하고 구는 작으나 생리장애가 발생하지 않은 ‘14-FS28’, 속잎색이 진한 ‘14-FS15’ 등 11 자원을 선발하였다. ‘14-FS13’, ‘14-FS35’는 비교적 무거운 구를 형성 하였으나, 형태가 불량하며 잎이 뻣뻣한 등 원예적 특성이 불량하여 도태하였다. 이밖에 속썩음 등 생리장애의 발생 여부, 구의 형태 등 품질을 함께 고려하여 소포자 배양용 자원 11점을 선발하였다(Fig. 2, Table 2).

Important horticultural traits of early summer cultivation of Kimchi cabbage (Chinese cabbage) in ‘Suwon’

Field Label Plant weight(g) Head Leaf


Weight(g) Height(cm) Width(cm) Length(cm) Width(cm) No.
14-FS1 2291.0 1147.0 29.5 12.5 45.0 28.0 77.0
14-FS2 2978.5 2324.5 29.0 16.0 42.0 28.5 74.0
14-FS3 2423.5 1459.5 27.5 13.5 52.5 28.5 66.5
14-FS4 2051.5 911.0 33.0 11.5 53.0 30.0 47.5
14-FS5 875.0 436.5 33.0 7.0 41.5 21.5 27.5
14-FS6 2085.5 1061.0 37.0 13.5 49.0 30.5 61.0
14-FS7 1883.0 862.5 27.0 10.5 34.5 25.5 55.0
14-FS8 1615.5 430.5 23.0 9.5 37.5 16.5 43.5
14-FS9 1470.5 733.5 25.0 11.5 38.5 24.5 64.0
14-FS10 1014.0 601.5 35.0 8.0 50.5 23.5 34.5
14-FS11 2576.0 780.5 24.0 12.5 48.5 32.0 69.0
14-FS12 2540.5 989.5 26.0 12.5 42.5 25.5 73.5
14-FS13 2701.0 1809.5 33.0 16.0 47.5 30.0 79.5
14-FS14 2545.5 1587.5 30.0 17.0 51.0 31.0 83.5
14-FS15 1953.0 252.0 18.0 7.0 39.5 25.5 27.0
14-FS16 1766.5 712.0 21.0 11.5 38.5 26.0 59.0
14-FS17 1260.5 573.5 26.0 12.5 38.5 24.0 57.0
14-FS18 1962.0 591.5 26.5 10.5 55.0 28.5 60.5
14-FS19 2298.0 1438.0 36.0 16.0 54.0 33.5 66.0
14-FS20 2513.0 1362.5 28.0 16.5 45.0 26.5 78.5
14-FS21 2460.0 1304.5 25.0 14.5 46.5 26.5 89.5
14-FS22 1065.0 481.0 20.0 11.0 36.0 29.0 54.0
14-FS23 838.5 249.0 18.5 8.5 35.5 25.0 44.5
14-FS24 1885.0 679.5 24.0 12.0 43.5 27.0 65.0
14-FS25 837.0 195.0 24.0 7.0 38.0 28.0 11.0
14-FS26 2579.5 1230 29.5 12.5 49.5 34.5 75.0
14-FS27 2123.0 1035.5 30.0 14.0 45.5 33.5 67.0
14-FS28 1574.5 781.5 31.5 13.0 45.0 26.0 58.5
14-FS29 2204.5 1165.5 30.5 14.0 47.0 30.0 69.5
14-FS30 1660.0 921.0 31.0 14.5 52.5 27.5 62.5
14-FS31 3027.0 1603.5 35.5 13.5 47.5 32.0 67.0
14-FS32 1268.5 244.5 21.5 6.5 41.5 23.5 1.5
14-FS33 3126.0 1438.5 32.0 13.0 46.0 32.5 54.5
14-FS34 1763.0 362.0 22.5 8.5 36.0 19.5 26.0
14-FS35 3433.0 1807.5 35.0 16.0 48.5 34.0 55.5
14-FS36 531.5 110.5 16.5 3.5 33.0 26.5 17.5
14-FS37 2495 1397.5 37.0 13.5 45.5 32.5 63.5

Fig. 2. The half-cut shape of selected plant materials for microspore cultivation after summer cultivation in an experimental field of Suwon at 2014 (A: 14-FS1; ‘Chunkang’, B: 14-FS2; ‘Arari’, C: 14-FS14; breeding material developed from ‘Bulam plus’, D: 14-FS15; breeding material developed from Chinese germplasm)

선발된 자원 11점은 2014년부터 2015년까지 소포자 배양을 실시하였다. 소포자 배양은 NLN-13을 기본배지로 사용하여 90~120개의 꽃봉오리를 배양하였으며, 이후에도 작물이 활력이 있어 꽃봉오리가 잘 형성되면 추가로 배양을 실시하였다. 꽃봉오리의 형성이 원활하지 못하였던 ‘14-FS18 (한국 수집 품종인 ‘겨울맛’ 후대)’을 제외한 10점의 자원은 200화 이상을 배양하였으며, ‘14-FS02’ 등 4자원에서 167점의 반수체 유래 배상체를 획득하였다. 배상체는 1/2 MS 고체 배지를 이용하여 순화하였으며, 뿌리가 정상적으로 형성된 개체는 소독한 토양으로 옮겨 심어 순화를 실시하였다. 토양에서 잘 순화되어 식물체로 성공적으로 자란 개체는 저온처리(5~10℃유지, 약3개월) 이후 지름 20 cm의 화분으로 정식하여 개화를 유도한 이후 뇌수분으로 종자를 획득하였다. 최종적으로 종자를 획득한 배가 반수체는 13점으로 ‘14-FS02’ 유래 2점, ‘14-FS15’ 유래 1점, ‘14-FS21’ 유래 6점 및 ‘14-FS31’ 유래 4점 이었다(Table 3). ‘14-FS02’의 경우 390개의 미숙 화뢰를 배양하여 78개로 가장 많은 숫자의 반수체 유래 배상체가 발생하였으나 성공적으로 뿌리를 형성하고 종자를 맺을 수 있는 식물체로 자란 숫자는 2개로 배가반수체 획득 효율은 2.6%로 낮았다. 그러나 ‘14-FS15’의 경우 단 한 개의 배상체를 획득하였으나 성공적으로 순화와 채종을 하게되어 배가반수체 획득 효율은 100%로 높았다. 특히 ‘14-FS02’의 경우 한꺼번에 너무 많은 숫자의 배상체가 발생하여 작은 배양용기 안에서 경쟁적으로 자라며, 이후 정상적인 식물체로의 발달이 어려워진 것으로 판단되었으며, 추후 대량의 배가 발생할 경우 신속하게 배양 용기를 바꾸어 주는 등 배상체의 계대배양 조건 구명 관련 후속 연구가 필요할 것으로 사료되었다.

The number of doubled-haploid (DH) plants after microspore culture of Kimchi cabbage (Chinese cabbage)

Label No. of buds used for the microspore culture No. of embryos No. of Doubled haploid plants
14-FS01 210 - -
14-FS02 390 78 2
14-FS03 240 - -
14-FS14 200 - -
14-FS15 350 1 1
14-FS17 210 - -
14-FS18 90 - -
14-FS19 300 - -
14-FS21 270 56 6
14-FS28 210 - -
14-FS31 330 32 4


육성 자원의 뿌리혹병 저항성 검정

정상적으로 종자가 증식된 13점의 배가반수체와 국내 주요 배추 품종인 ‘불암3호’를 이용하여 뿌리혹병 인공접종 실시 결과 ‘14-FS02’에서 유래된 계통 등 5점이 낮은 농도(1x106)의 서산균주에 저항성으로 나타났다(Table 4). 대조로 이용된 ‘불암3호’는 농가에서 재배할 경우 뿌리혹병에 저항성이 강하지는 않았으나, 저농도의 서산균주에 중간 정도의 저항성을 보였다. 육성된 계통 중 대조보다 뿌리혹병에 저항성을 보이는 ‘14-FS31-C1’, ‘14-FS31-C3’, ‘14-FS21-C2’, ‘14-FS21-C3’, ‘14-FS21-C4’, ‘14-FS21-C6’과 ‘14-FS02-C1’을 선발하였다. 선발된 자원은 차년도 원예적 특성 검정을 위하여 뇌수분으로 종자를 증식하였다. 서산균주는 병원성이 강하여 국내 품종 중 저항성으로 개발된 일대잡종 품종도 모두 감염되므로저항성 육종 소재의 선발이 어렵다고 판단되었다. Kim 등(2016)이 사용한 농도(1.0×107 spores/ml) 접종액으로 국내 수집품종 10점을 예비 접종 결과 모두 이병성으로 판명되 선발이 불가능하였다(data not presented). 따라서 본 실험에 사용한 서산균주 접종액은 1.0 x 106 spores/ml의 농도로 사용하였으며, 접종 결과 Disease Index가 10이하로 대조인 ‘불암3호’보다 저항성이 강한 7점의 자원을 선발 할 수 있었다(Table 4).

The disease index of doubled-haploid (DH) inbred lines of Kimchi cabbage (Chinese cabbage)

Label Disease Index Label Disease Index
Bulam-3ho 25.00 14-FS21-C3 0.00
14-FS31-C1 9.62 14-FS21-C4 0.00
14-FS31-C2 23.21 14-FS21-C5 11.54
14-FS31-C3 0.00 14-FS21-C6 0.00
14-FS31-C4 30.77 14-FS15-C1 25.00
14-FS21-C1 25.00 14-FS02-C2 32.50
14-FS21-C2 5.00 14-FS02-C1 0.00

Disease Index: ranged from 0(no symptom) to 125(Severe symptom) calculated according to Werner et.al. (TAG, 2008)



육성 계통의 원예적 특성 검정과 선발

원예적 특성의 검정을 위하여 저항성 선발 자원 7점을 포함함 13점의 뇌수분을 실시하였으며, 그 결과 병저항성 선발자원 ‘14-FS21-C3’, ‘14-FS21-C4’, ‘14-FS21-C6’, ‘14-FS31-C3’, 및 ‘14-FS02-C1’ 5점과 속잎색이 진하여 추가로 선발된 ‘14-FS15-C1’의 6점에서 100립 이상의 종자를 획득하였다. 증식된 배가 반수체 계통 및 채소과 보유 자원 83점은 원예적 특성 조사를 위하여 2018년도에 완주지역 노지 포장에 가을 재배를 실시하였다. 자원 83점의 내역은 시중에서 판매중인 일대잡종 품종 9점(‘18-FH01’~‘18-FH09’)과 채소과에서 육성한 계통 ‘원교20034호’ 등 17점(‘18-FH10’~‘18-FH26’), 뿌리혹병 저항성 배추 선발 자원의 소포자 배양 유래 계통 5점(‘18-FH44’~‘18-FH48’), 채소과에서 보유중인 뿌리혹병 평창 균주 등에 저항성을 보였던 배추과 자원의 교배 후대 41점(‘18-FH49’~‘18-FH89’), 그리고 저농도의 서산균주에 저항성을 보였던 자원의 교배 및 배양 후대 11점(‘18-FH90’~‘18-FH100’)으로 구성되었다. 가을 노지 재배 결과 일대잡종 품종 4점이 구를 형성하지 못할 정도로 기상 여건이 좋지 못하였다. 자원별로 전체 식물체의 무게, 구의 무게와 잎의 숫자를 조사하였다. 품종 선발의 최종 기준은 고품질 수요가 많은 국내 시장에 진입이 가능할 정도로 속잎의 색이 노랗고 구가 잘 형성되며, 운송이 편리하도록 구의 형태가 H형인 것을 선발코자 하였다. 특히 잎의 숫자가 50장 내외로 함께 재배된 자원 및 계통의 평균 잎수인 42장 보다 많으며, 결구의 모양이 H형으로 선호도가 높으며, 결구가 단단하고 속잎색이 노란 ‘18-FH98’의 품질이 우수하게 평가되었다(국립원예특작과학원 포장품평회 2018). 본 실험에서 사용된 자원들은 뇌수분을 3세대 이상 진행하였거나 소포자 배양을 통하여 육성된 순도가 높은 계통으로 잎수의 경우 13장에서 194장 까지 다양하였으며, 평균은 42장으로 일대잡종의 평균인 71장 보다 작았다. 이는 일대잡종 품종의 잡종강세 현상으로 스트레스 및 병 저항성이 높아서 유전적으로 고정된 계통보다는 수량이 높다는 보고와 일치하였다(Kawamura et al. 2016).

2018년도 전주지역의 가을 기후를 살펴보면 10월 8일부터 14일까지 7일동안 연속으로 일일 평균기온이 과거 20년 평균 기온보다 평균 2.9℃ 낮았으며, 10월 31일부터 11월1일까지 3일간도 평균 3.1℃ 낮았다. 해당 기간은 9월6일 정식 이후 약 한달 이후로 배추의 생육이 매우 왕성한 시기로, 일대잡종 품종의 44%가 저온에 의한 스트레스로 결구를 잘 형성하지 못하였다(Table 5). 그러나 ‘18-FH98’ 자원의 경우 일대잡종도 아닌 계통으로서 잡종강세가 없이도 저온 스트레스에 저항성을 보여 그 탁월함이 인정되었다. 선발된 ‘18-FH98’은 소형의 단단한 구를 형성하며 잎의 특성도 우수하여 삼성종묘㈜ 등 4개의 민간 회사에서도 선발되었다.

Important horticultural traits of Kimchi cabbage (Chinese cabbage) at Wanju in autumn 2018.

Field label Name of Inbred (Cultivar) Plant weight(g) Head weight(g) Leaf No.
18-FH001 Chukang 2453.3 1320.0 69.3
18-FH002 Hwiparam no-heading
18-FH003 Bulam 3ho 2346.7 1160.0 71.7
18-FH004 Norangmini 3050.0 2158.3 74.3
18-FH005 Noranja no-heading
18-FH006 Samjin no-heading
18-FH007 Chuno 2351.7 1321.7 65.0
18-FH008 Bulamplus 2340.0 1146.7 75.0
18-FH009 Hwangseong no-heading
18-FH010 Wonkyo20034ho 1888.3 940.0 38.3
18-FH011 Wonkyo20035ho 1645.0 540.0 35.3
18-FH012 Wonkyo20036ho 1035.0 475.0 33.3
18-FH013 Wonkyo20037ho 1963.3 806.7 61.7
18-FH014 Wonkyo20038ho 2444.0 1023.3 43.7
18-FH015 Wonkyo20039ho 1211.7 545.0 64.0
18-FH016 Wonkyo20040ho 1328.3 406.7 24.7
18-FH017 Wonkyo20041ho 1163.3 450.0 56.3
18-FH018 Wonkyo20042ho 2558.3 1313.3 67.7
18-FH019 Wonkyo20043ho 3166.7 1161.7 58.7
18-FH020 Wonkyo20044ho 1166.7 676.7 43.7
18-FH021 Wonkyo20045ho 2130.0 1305.0 76.0
18-FH022 Wonkyo20046ho no-heading
18-FH023 Wonkyo20047ho no-heading
18-FH024 Wonkyo20048ho no-heading
18-FH025 Wonkyo20049ho no-heading
18-FH026 Wonkyo20050ho 1861.7 901.7 43.7
18-FH044 17-RFE36 no-heading
18-FH045 17-RFE81 3326.7 1385.0 50.0
18-FH046 17-RFE33 1361.7 915.0 39.0
18-FH047 17-RFE108 2300.0 840.0 57.3
18-FH048 17-RFE98 3751.7 1551.7 51.0
18-FH049 17-RGW03 no-heading
18-FH050 17-RGW04 2036.7 746.7 27.0
18-FH051 17-RGW06 1966.7 498.3 27.0
18-FH052 17-RGW08 2131.7 150.0 12.7
18-FH053 17-RGW19 no-heading
18-FH054 17-RGW34 2348.3 508.3 25.3
18-FH055 17-RGW35 2021.7 703.3 30.3
18-FH056 17-RGW46 995.0 256.7 26.0
18-FH057 17-RGW47 1846.7 357.7 23.0
18-FH058 17-RGW51 no-heading
18-FH059 17-RGW60-4 1658.3 328.3 12.7
18-FH060 17-RGW61-5 2006.7 256.7 23.0
18-FH061 17-RGW63 1093.3 225.0 12.7
18-FH062 17-RGW132 no-heading
18-FH063 17-RGW133 2078.3 1046.7 49.7
18-FH064 17-RGW137 1598.3 153.3 15.3
18-FH065 17-RGW202 no-heading
18-FH066 17-RGW203-4 no-heading
18-FH067 17-RGW205-3 2645.0 410.0 21.7
18-FH068 17-RGW206 3003.3 400.0 26.3
18-FH069 17-RGW208 2463.3 323.3 24.7
18-FH070 17-RGW209 2843.3 416.7 18.7
18-FH071 18-RFN8 1943.3 703.3 32.0
18-FH072 18-RFN52 1628.3 765.0 57.3
18-FH073 18-RFN75 1700.0 351.7 23.0
18-FH074 18-RFN77 1830.0 506.7 27.7
18-FH075 18-RFN78 1865.0 321.7 13.7
18-FH076 18-RFN124 1608.3 400.0 34.7
18-FH077 16-GW01 2161.7 770.0 44.3
18-FH078 16-GW10 3148.3 1411.7 44.3
18-FH079 16-GW16 1280.0 306.7 27.0
18-FH080 16-GW18 1501.7 121.7 22.3
18-FH081 16-GW67 1161.7 376.7 30.0
18-FH082 16-GW36 2395.0 1375.0 194.3
18-FH083 16-GW74 2233.3 1166.7 48.7
18-FH084 16-GW82 2846.7 1451.7 77.0
18-FH085 16-GW85 1566.7 586.7 51.3
18-FH086 16-GW86 1208.3 510.0 46.7
18-FH087 16-GW102 1870.0 741.7 62.3
18-FH088 16-GW107 2351.7 875.0 38.7
18-FH089 16-GW112 3516.0 1366.7 83.7
18-FH090 Wonkyo20042ho 2081.7 830.0 49.7
18-FH091 14-FS21-C3 1261.7 258.3 14.7
18-FH092 14-FS21-C4 2200.0 796.7 44.0
18-FH093 14-FS21-C6 2460.0 873.3 47.0
18-FH094 17-RFC127 3203.3 1408.3 60.7
18-FH095 17-RFC148 2566.7 1380.0 34.7
18-FH096 14-FS15-C1 2556.7 1010.0 42.0
18-FH097 14-FS31-C3 2088.3 898.3 43.0
18-FH098 14-FS02-C1 2248.3 1255.0 50.7
18-FH099 16-RB7 2000.0 430.0 26.7
18-FH100 16-RB8 1845.0 296.7 24.3


‘18-FH98’은 2018년 11월 직무육성품종심의회의를 통과하여 ‘원교20051호’로 명명되었으며 현재 식물특허 출원중에 있다. 초자는 중간이며, 결구형은 반포합형으로 속잎색은 대조인 ‘불암3호’와 유사하게 노랗고, 겉잎색은 대조보다 진한 초록색이었다. 2018년도 재배 결과 식물체 전체 무게는 2,248.3 g으로 대조의 2,340.0 g과 유사하였으며, 구의 무게는 1,255.0 g으로 대조의 1,160.0 g보다 무거웠으며, 잎의 숫자는 50.7개로 대조의 71.7개보다 적었다(Table 5). ‘원교20051호’는 비가 자주 오며 저온이 일찍 찾아온 2018년도 노지 가을 재배 환경에서도 단단하고 큰 구를 형성하여(Fig. 3) 앞으로 환경스트레스에 저항성인 소재로 활용 가치가 높을 것으로 기대된다.

Fig. 3. The shape of small heading doubled-haploid inbred line of ‘Wonkyo20051ho’ in an experimental field of Wanju at 2018(A) (Control cultivar of ‘Bulam-3ho (B))
적 요

배추(Kimchi cabbage)는 한국의 주요 전통 채소로 재배면적이 3만2천ha로 전체의 약 13%를 차지하고 있다. 2010년 이후 빈번하게 발생되는 악기상 조건으로 여름철 고랭지 배추 공급 부족, 경우에 따라서 겨울 및 가을재배 까지 장애가 발생하고 있다. 따라서 국립원예특작과학원 채소과에서는 다양한 환경 조건에 잘 견디는 품종을 개발하기 위하여 소포자 배양을 활용한 반수체 육종법을 실시하였다.

‘원교20051호’는 소포자 배양으로 개발된 배가반수체(Doubled-haploid)계통으로, 배양용 모본은 2014년에 수집된 37자원을 초여름 재배를 통하여 11점을 선발하였다. 선발된 자원을 소포자 배양 실시 결과 ‘아라리’ 등 4점의 자원에서 13개의 배가반수체 계통을 육성하였다. 육성 계통을 저농도의 서산균주로 접종한 결과 중간 저항성을 보이는 7점을 선발하였다. 증식된 선발계통 6점과 뿌리혹병 저항성 육종 소재 등 83점을 가을 노지재배 결과, 결구력이 강하며 결구의 형태가 우수하고 속잎색이 노란 ‘18-FH98’이 최종적으로 선발되었다. 선발된 계통은 ‘원교20051호’로 명명되었으며, 신품종은 저온 스트레스와 뿌리혹병에 저항성인 DH 계통으로 육종 소재와 유전 연구용 소재로 가치가 있을 것으로 기대된다.

사 사

본 논문은 농촌진흥청 연구사업(과제번호: PJ012643022019)의 지원에 의해 이루어졌습니다.

References
  1. Braselton JP. 1995. Current status of the plasmodiophorids. Crit Rev Microbiol 21: 263-275.
    Pubmed CrossRef
  2. Cao MQ, Li Y, Liu F, Doré C. 1994. Embryogenesis and plant regeneration of pakchoi (Brassica rapa L. ssp. chinensis) via in vitro isolated microspore culture. Plant Cell Rep 13: 447-450.
    Pubmed CrossRef
  3. Castlebury LA, Domier LL. 1998. Small subunit ribosomal RNA gene phylogeny of Plasmodiophora brassicae. Mycologia 90: 102-107.
    CrossRef
  4. Cheah LH, Veerakone S, Kent G. 2000. Biological control of clubroot on cauliflower with Trichoderma and Streptomyces. Spp Organics and Biocontrol 53: 18-21.
  5. Chuong PV, Beversdorf WD. 1985. High frequency embryogenesis through isolated microspore culture in Brassica napus L. and Brassica Carinata braun L. Plant Sci 39: 219-226.
    CrossRef
  6. Datnoff LE, Kroll TK, Lacy GH. 1987. Efficacy of chlorine for decontaminatining water infected with resting spores of Plasmodiophora brassicae. Plant Disease 71: 734-736.
    CrossRef
  7. Jang HY, Park MY, Jang SW, Yoon MK, Lee JS, Park S. 2017. Development of doubled-haploid inbred of 'Wonkyo20038ho' bearing large sized erect head in Kimchi cabbage (Chinese cabbage) (Brassica rapa L.). Korean J Breed Sci 49: 256-264.
    CrossRef
  8. Jang HY, Seo MW, Park MY, Yoon MK, Lee JS, Park S. 2016. Developing inbred lines of 'Wonkyo20042ho' bearing thin leaves and small sized head in Kimchi cabbage (Chinese cabbage) (Brassica rapa L.). Korean J Breed Sci 48: 184-191.
    CrossRef
  9. Kawamura K, Kawanabe T, Shimizu M, Nagano AJ, Saeki N, Okazaki K, Kaji M, Dennis ES, Osabe K, Fujimoto R. 2016. Genetic distance of inbred lines of Chinese cabbage and its relationship to heterosis. Plant Gene 5: 1-7.
    CrossRef
  10. Kim H, Jo EJ, Choi YH, Jang KS, Choi GJ. 2016. Pathotype classification of plasmodiophora brassicae isolates using clubroot-resistant cultivars of Chinese cabbage. Plant Pathol J 32: 423-430.
    Pubmed CrossRef
  11. Korea Seed and Variety Service (KSVS). 2018. . Variety registlation. http://www.seed.kr/seed/192/subview.do/2018/11/01.
  12. Kuginuki Y, Yoshikawa H, Hirai M. 1999. Variation in virulence of Plasmodiophora brassicae in Japan tested with clubroot resistant cultivars of Chinese cabbage (Brassica rapa L. ssp. pekinensis). Eur J Plant Pathol 105: 327-332.
  13. Lee SS, Nam SC. 1995. Microspore culture of broccoli. J Kor Soc Hort Sci 36: 635-640.
  14. Lichter, R. 1982. Induction of haploid plants from isolated pollen of Brassica napus. Z. Pflanzenphysiol 105: 427-434.
    CrossRef
  15. 2018. The statistics of vegetable production. .
  16. Nitsch N, Nitsch JP. 1967. The induction of flowering in vitro in stem segments of Plumbago indica L. I. & II. The production of vegetative buds. Planta 72: 355-384.
    Pubmed CrossRef
  17. Park SH, Yoon MK, Lim YP. 2011. Development of clubroot race4 resistant inbreds using conventional breeding and microspore culture method in Chinese cabbage. CNU J Agri Sci 38: 613-618.
  18. Sato, T., Nishio, T., Hirai, M.. 1989. Plant regeneration from isoland microspore cultures of Chinese cabbage (Brassica campestris ssp. pekinensis). Plant Cell Rep 8: 486-488.
    Pubmed CrossRef
  19. Takahata Y, Keller WA. 1991. High frequency embryogenesis and plant regeneration in isolated microspore culture of Brassica oleracea L. Plant Sci 74: 235-242.
    CrossRef
  20. Takahata Y, Komatsu H, Kaizuma N. 1996. Microspore culture of radish (Raphanus sativus L.): influence of genotype and culture conditions on embryogenesis. Plant Cell Rep 16: 163-166.
    Pubmed CrossRef
  21. The recent history of vegetable seed industry in Korea. 2008. SNU press. Seoul, Korea. p. 257.
  22. Van de Peer Y, Baldauf SL, Doolittle WF, Meyer A. 2000. An updated and comprehensive rRNA phylogeny (crown) of eukaryotes based on rate-calibrated evolutionary distances. J Mol Evol 51: 565-576.
    Pubmed CrossRef
  23. Werner S, Diederichsen E, Frauen M, Schondelmaier J, Jung C. 2008. Genetic mapping of clubroot resistance genes in oilseed rape. Theor Appl Genet 116: 363-372.
    Pubmed CrossRef
  24. Yeoung YR, Kim JH, Kim BS, Jeon JY, Yoon CS. 2003. Effects of beneficial antagonists (Bacillus sp., Pseudomonas sp., and Trichoderma sp.) on control of club root of Chinese cabbage. Kor J Hort Sci Technol 21: 194-198.


March 2020, 52 (1)
Full Text(PDF) Free

Social Network Service
Services

Cited By Articles
  • CrossRef (0)

Funding Information