구기자나무(Lycium chinense Mill.)는 가지과(Solanceae)에 속하는 낙엽성 소관목으로 한국, 중국, 일본, 몽골 등지에 분포하며 그 열매인 구기자(Lycii fructus)뿐만 아니라 구기엽(Lycii folium), 뿌리껍질인 지골피(Lycii cortex)까지 모두 이용할 수 있는 약용작물이다(Yook 1997).

구기자는 예로부터 질병을 예방하고 원기를 회복시키는 효능이 널리 알려진 전통작물로 대한약전(1992)에서는 냄새가 거의 없고 맛은 약간 달고 수렴성이며 자양강장약으로서 허약, 안질, 당뇨 등에 쓴다고 하였다. 지금까지 연구로 간 기능 개선 및 보호 효과(Cho et al. 2004, Kang et al. 2006), 항산화와 항고혈압 효과(Cho et al. 2005, Kang et al. 2003), 혈당강하 및 항당뇨 활성(Kim & Kim 1994), 항비만(Hwang et al. 2009) 등의 효능이 보고되어 있으며, 특히 지표성분인 베타인은 간 기능 및 시력을 보호하고 숙취해소에 탁월하다고 보고되어있다(Barak et al. 1996).

구기자는 충남의 중요한 지역특화작목으로 특용작물 생산실적을 보면(MAFRA 2023) 재배면적이 104 ha로 전국 138 ha의 75.4%를 점유하며 생산량은 392톤으로 전국의 480톤 대비 81.7%로 가장 높은 비율을 차지하고 있다. 또 지역별 농산물소득자료(RDA 2023)에 따르면 구기자는 소득율이 높은 고소득 작물 중의 하나로 평가되며, 더불어 노지 및 시설재배뿐만 아니라 소면적 재배도 가능한 장점이 있다.

구기자 육종은 충남농업기술원 구기자연구소의 구기자 연구 20년사(GBRI-CNARES 2013)에 의하면 병충해에 약하고 열매가 작은 지방재래종의 단점을 해결하기 위하여 1997년 ‘명안’이 처음으로 육성되었고, 이후로 내병성과 다수성 특징을 가진 ‘불로’, ‘청운’, ‘청명’ 등의 품종이 육성되었으며, 최근에 이르러 배수체 육종으로 4배체의 자가화합성 품종인 ‘화수’가 육성되었다고 보고하였다(Ju et al. 2020). 구기자는 일반적으로 자가불화합성을 가지고 있는 타가수정 작물이라 꼭 수분수 품종과 혼식하여 재배해야 하는데(Choi et al. 2000) 자가화합성 품종은 수분수 품종과의 혼식 재배가 필요치 않아 재배에 유리하다. 한편, ‘화수’는 자가화합성의 장점이 있지만 노지재배 시 병충해에 약한 단점을 가지고 있으므로 병충해 저항성이 강한 품종을 육성할 필요가 있다.

본 연구는 4배체로 자가화합성이면서 혹응애에 강한 품종 ‘화선(품종보호 제9181호)’을 육성하였기에 보고하는 바이다.

재배방법

구기자 ‘화선’은 2014년에 CBP11542-206 (IT345448)과 CBP07445-64 (IT258918)를 인공교배하여 선발한 ‘청양 34호’이며, ‘청명’을 대비 품종으로 특성을 비교하였다.

생산력 검정 시험은 2016년 예비시험과 2017년년 본시험으로 나누어 충남 청양에 위치한 구기자연구소에서 수행하였고, 지역적응시험은 2018년부터 2020년까지 3년간 충남지역 3개소, 청양, 예산, 금산에서 실시하였다. 정식 방법은 생산력 검정과 지역적응시험의 1년 차에는 삽식 즉, 3월 중순에 120 cm 간격으로 높은 이랑을 만들고 배색 비닐을 멀칭 한 후 40 cm 간격으로 약 15 cm 길이의 삽수를 1개씩 삽목하였고, 지역적응시험의 2년 차와 3년 차는 전년도 모주를 전정하여 그대로 사용하였는데, 방법은 I자형 수목재배로 주지 2본을 남기고 1차 가지를 포함한 가지를 3 ㎜ 이하로 전정하여 사용하였다. 시비량은 N-P₂O₅-K₂O를 40-30-30 kg/10a를 기준으로 하여 매년 3월 상순 기비로 질소 60%, 인산 전량, 칼리 60%를 시비하였고, 6월 하순에 질소 20%, 칼리 20%를 1차 추비로, 8월 하순에 질소 20%, 칼리 20%를 2차 추비로 시비하였다. 기타 재배법은 구기자 표준재배법에 준하였고, 시험구 배치는 난괴법 3반복 처리하였다. 생육 및 수량 조사는 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사분석기준(RDA 2012)에 준하였다.

조사분석

염색체의 배수성 검정은 배수체판정기(CyFlow^TM Ploidy analyser, Sysmex Partec, Germany)로 검정하였다. 지표성분인 베타인(C₅H₁₁NO₂)의 함량 분석은 건조 시료 0.2 g에 증류수 20 ml를 가하여 60분 동안 초음파 추출한 후, 10,000 rpm에서 원심 분리한 상등액을 0.2 ㎛ 실린지필터로 여과하여 HPLC(Aglient 1260 system, Austria)로 분석하였다. 분석조건은 Prevail Carbohydrate ES (GRACE, 4.6 mm×250 mm, 5 ㎛)컬럼을 사용하였고, 검출기는 증기화광산란검출기(Aglient G4260B, Austria), 이동상은 Acetonitrile과 Water를 75대 25(w/w)의 비율로 하여 분당 1 ml의 유속으로 흘려주었고 함량 계산은 외부표준법에 의하여 정량하였다. 또 잎의 엽록소 측정은 Minolta SPAD-502 (-9.9~199), 색도는 Spectrophotometer (CM-3500d, Konica Minolta, Japan), 당도는 Refractometer (GMK-701AC, Giwon hi-tec, Korea), 산도는 전위차 측정기(GMK-835F, Giwon hi-tec, Korea)를 이용하여 조사하였다.

통계처리

모든 시료는 3회씩, 3년간 반복하여 측정한 결과를 R 프로그램(The R project for statistical computing)을 사용하여 통계처리 하였으며 각각의 시료에 대해 평균±표준편차로 나타내었다. 각 시료군에 대한 유의차 검정은 분산분석을 한 후 p<0.05 수준에서 Duncan’s multiple test에 따라 분석하였다.

육성경위

콜히친 돌연변이에 의하여 유기된 4배체 육성계통인 CBP11542-206 (IT345448)을 모본으로 하고 4배체인 CBP07445-64 (IT258918)를 부본으로 하여 2014년 인공교배를 실시하였다. 얻어진 종자를 2015년에 파종하여 106개체의 1차 특성을 조사하였고 우수한 특성을 가진 CBP14639-56 계통을 선발하였다. 선발된 계통은 2016년부터 2017년까지 생산력 검정 예비시험과 본시험을 통하여 ‘청양 34호’로 계통명을 부여하였고, 이후 3년간 지역적응성을 검정한 결과 4배체 자가화합성과 혹응애 저항성 등의 특징으로 2020년 농촌진흥청 직무육성 신품종 선정위원회 심의에서 신품종으로 인정되어 ‘화선(和仙, Hwaseon)’으로 명명하였다. 구기자 신품종을 육성하기 위한 일련의 선발 과정은 Fig. 1과 같으며 육성 계보도는 Fig. 2와 같다.

Fig. 1. Pedigree diagram of ‘Hwaseon’.

Fig. 2. Genealogical diagram of ‘Hwaseon’.

주요 특성

형태적 특성

신품종 ‘화선’의 형태적 특성을 보면(Table 1) 수형은 줄기가 지표면을 향해 약간 늘어지는 반개장형이며, 잎은 녹색으로 대비 품종인 ‘청명’에 비하여 폭이 넓은 둥근피침형이다. 분지 발생은 대비 품종과 비슷한 중간 정도이며 꽃은 자색이고 대비 품종에 비하여 크다. 열매는 장타원형으로 DNA 함량을 flow cytometry 검정으로 측정한 결과(Fig. 3) 2배체의 두 배인 4배체, 즉 2n=4x=48로 판정되었다.

Table 1

Morphological characteristics of ‘Hwaseon’ and comparative variety ‘Cheongmyeong’.

Cultivar	Plant shape	Leaf			Branching habit	Flower		Fruit shape	Chromosome number
		Color	Shape	Size		Color	Size
Hwaseon	Semi-spreading	Green	Round lanceolate	Medium	Medium	Purple	Large	Long ellipsoidal	2n=4x=48
Cheongmyeong	Semi-spreading	Green	Lanceolate	Medium	Medium	Purple	Medium	Long ellipsoidal	2n=2x=24

Fig. 3. Flow cytometry analysis of DNA content of ‘Hwaseon’ and comparative variety ‘Cheongmyeong’.

개화기 및 잎 특성

개화기 및 잎 특성을 보면(Table 2) 신품종 ‘화선’의 개화기는 6월 18일로 대비 품종 ‘청명’에 비하여 약 3일 늦었다. 잎의 길이는 6.7 cm, 폭은 2.6 cm로 ‘청명’의 6.4 cm와 1.9 cm에 비해 엽폭이 넓어 좀 더 둥근 편이었으며(Fig. 4), 잎의 두께는 두껍고, 엽병장은 짧았으며, 엽록소 함량은 낮았으나 유의성은 없었다.

Table 2

Flowering date and agronomic characteristics of ‘Hwaseon’ and comparative variety ‘Cheongmyeong’ (Regional Yield Trial, 2018~2020).

Cultivar	Flowering date	Leaf				Petiole (mm)	SPADy value
		Length (cm, A)	Width (cm, B)	Shapez (B/A)	Thickness (mm)
Hwaseon	June 18	6.7a,x	2.6a	0.39a	0.44a	8.3a	51.3a
Cheongmyeong	June 15	6.4a	1.9b	0.30b	0.36a	10.3a	52.9a

^zShape: 1(Round) ↔ 0(Lanceolate)

^ySPAD value: chlorophyll meter(Minolta SPAD-502)

^xIn a column, same letters are not significantly different at the 5% level by Duncan Multiple Range Test (DMRT)

Fig. 4. Comparison of the shapes of leaf and fruit, ‘Hwaseon’ (right). and comparative variety ‘Cheongmyeong’ (left).

자가수정율 및 열매 특성

신품종의 자가화합성을 검정하기 위하여 인공교배하여 자가수분시킨 후 수정율을 조사하였다(Table 3). ‘화선은’ 자가수정율이 71.7%로 높은 반면, ‘청명’은 2.8%로 극히 낮았다. 이 결과로 ‘청명’은 수분수 품종과의 혼식이 꼭 필요하지만 ‘화선’은 수분수 품종 없이도 자가수분에 의해 수정되는 자가화합성 품종으로, 화분매개곤충 없이도 비가림하우스 재배가 가능할 것으로 판단되었다. 착과수는 ‘화선’이 1136.7개로 대비 품종의 970.7개에 비하여 17.1% 많았고, 열매의 크기도 ‘화선’이 약간 길고 굵었으며 100과중 또한 무거웠으나 3년간의 지역적응시험 수행 중 육묘 및 기상 상태 등으로 인한 연차별 생육 편차가 커서 유의성은 보이지 않았다.

Table 3

Self-fertilization rate and fruit characteristics of ‘Hwaseon’ and comparative variety ‘Cheongmyeong’ (Regional yield trial, 2018~2020).

Cultivar	Self-fertilization (%)	No. of fruit per plant(ea)	100-fruit wt.(g)			Fruit(mm)			Length of peduncle (㎜)
			Fresh	Dried		Length(A)	Width(B)	B/A
Hwaseon	71.7a,z	1136.7a	124.0a	21.2a		22.1a	9.5a	0.4	23.4
Cheongmyeong	2.8b	970.7a	92.7a	15.2a		21.2a	8.2a	0.4	19.2

^zIn a column, same letters are not significantly different at the 5% level by DMRT

열매의 색도

구기자 열매의 색도는 품질면에서 중요한 변수로 작용한다. 생과 열매의 색도는(Table 4) 명도(L), 적색도(a), 황색도(b) 모두 대비 품종과 비슷하였고 건조 열매의 색도는 ‘화선’이 대비 품종보다 적색도(a)는 낮았으나 상대적으로 황색도(b)도 낮고 명도(L)는 높아서 외관상 밝은 적색을 보였으며 유의성은 없었다.

Table 4

Color values of fresh and dried fruit of ‘Hwaseon’ and comparative variety ‘Cheongmyeong’ (Regional yield trial, 2018~2020).

Cultivar	Fresh fruity				Dried fruity
	L	a	b		L	a	b
Hwaseon	33.2a,z	16.3a	14.1a		30.0a	16.0a	14.3a
Cheongmyeong	33.6a	16.4a	14.0a		27.2a	17.0a	15.2a

^zIn a column, same letters are not significantly different at the 5% level by DMRT

^yL(Lightness): 0(Black) ↔ 100(White), a(Redness): +(Red) ↔ -(Green), b(Yellowness): +(Yellow) ↔ -(Blue)

병해충 저항성

구기자 재배에 있어 병해충, 특히 잎에서는 혹응애, 열매에서는 탄저병이 수량 감소의 가장 큰 요인으로 작용한다(Ju et al. 2015). 혹응애는 3월 하순 싹이 틀 때부터 10~11월 낙엽이 질 때까지 잎에 피해가 나타나는데 성충으로 월동하며 년 6~7회 발생하여 피해가 크므로 저항성 품종을 선택하여 재배하는 것이 중요하다(Kim 1968, Choi & Park 2022). 탄저병은 평균온도 25℃이상의 다습한 조건에서 많이 발생하는데, 열매에 수침상의 흑색 병반과 포자층을 형성하여 수량감소에 영향을 미친다(Lee et al. 1986). 따라서 구기자 신품종 육종에 있어 혹응애와 탄저병 저항성 품종 육성은 매우 중요하며, 무방제 상태인 노지 포장에서 자연 발생 정도를 조사하였다(Table 5). 혹응애의 피해 잎 비율은 0.7%로 대비 품종인 ‘청명’의 23.2%에 비해 아주 낮았으며, 혹응애 피해 잎의 충령수도 0.8 개로 적어서 혹응애의 저항성은 매우 강한 것으로 조사되었다. 또 열매에 발생한 탄저병 비율은 ‘화선’이 21.4%로 대비 품종 11.2%에 비하여 다소 높았으나 유의성은 없었다.

Table 5

Resistance of the Eriophys macronis and the Anthracnose of ‘Hwaseon’ and comparative variety ‘Cheongmyeong’ (Regional yield trial, 2018~2020).

Cultivar	Eriophys macrodonis		Infected rates of Anthracnoseon fruits(%)
	Rate of damaged leaf(%)	No. of insect galls per damaged leaf(ea)
Hwaseon	0.7b,z	0.8a	21.4a
Cheongmyeong	23.2a	1.7a	11.2a

^zIn a column, same letters are not significantly different at the 5% level by DMRT

수량성

생산력검정

2016년 생산력 검정 예비시험과 2017년 생산력 검정 본시험을 추진하였다(Table 6). ‘화선’ 품종의 건과 생산수량은 평균 306 kg/10a로서 대비 품종인 ‘청명’에 비하여 29% 많았다.

Table 6

Dried fruit yield at preliminary yield test (PYT, 2016) and advanced yield test (AYT, 2017).

Cultivar	PYT (kg/10a)	OYT (kg/10a)	Mean (kg/10a)	Index (%)
Hwaseon	287a,z	324a	306	129
Cheongmyeong	224b	250b	237	100

^zIn a column, same letters are not significantly different at the 5% level by DMRT

지역적응시험

2018년부터 2020년까지 3년간 충남 청양, 예산, 금산 3개 지역에서 지역적응성을 검정하였다(Table 7). 생산수량은 예산지역이 금산과 청양에 비해 다소 낮은 특징을 보였고, 특히 3년차인 2020년에는 1, 2년차에 비해 수량이 크게 낮았다. 원인으로는 구기자의 2차 개화시기인 8월 하순부터 태풍 8호(바비), 9호(마이삭), 10호(하이선)의 영향을 받아 8월 26일부터 9월 12일까지 예산, 청양은 12일, 금산은 11일 동안 비가 내렸으며 특히 예산은 하루 최고 강우량이 83.5 mm를 기록하였다(농업기상서비스 2020). 이 결과로 구기자의 개화와 수정이 불량하여 생산수량이 크게 감소한 것으로 추정된다. 3년 평균 건과수량은 ‘화선’ 품종이 308 kg/10a로서 대비 품종인 ‘청명’의 218 kg/10a보다 수량이 41%나 많았지만 해에 따른 생산 수량 차이가 커서 유의성은 인정되지 않았다.

Table 7

Dried fruit yield at regional yield trial of ‘Hwaseon’ and comparative variety ‘Cheongmyeong’.

Region	Cheongmyeong(kg/10a, A)					Hwaseon(kg/10a, B)				Index (B/A, %)
	2018	2019	2020	Mean		2018	2019	2020	Mean
Cheongyang	259	299	14425	234		312	388	26117	320	137
Yesan	228	251	61	180		308	256	12528	230	128
Geumsan	278	366	73	239		440	384	29536	373	156
Mean	255	305	93z	218		353	343	227z	308ns	140

^zIn early September 2020, the yield decreased due to the influence of typhoons.

^nsnot significant between two cultivars.

성분분석

구기자의 주요 성분으로(Table 8), Betaine, Fructose 와 Glucose는 건 구기자로 분석하였고, 당도와 산도는 생구기자로 분석하였다. 지표성분인 Betaine (Fig. 5) 함량은 ‘화선’이 0.80%로서 대비 품종인 ‘청명’의 0.78%와 비슷한 경향이었다. Betaine은 간 기능 및 시력을 보호하고 숙취 해소에 탁월한 효능이 있는 것으로 보고되고 있으며(Barak et al. 1996), 동맥경화와 고혈압 예방, 근골 강화와 빈혈 예방의 효과가 있다고 알려져 있다. 한편 대한약전(1992)에는 구기자의 Betaine 함량을 정량하여 0.5% 이상일 것을 규정하고 있다. 구기자의 당은 김 등(2005)의 보고와 같이 Glucose와 fructose가 대부분 차지하고 있으며 화선’은 대비 품종에 비해 다소 낮은 유리당 함량을 보였으며, 산도는 ‘화선’이 0.39%로 대비 품종에 비해 0.11% 높았으나 유의성은 없었다.

Table 8

Chemical component of ‘Hwaseon’ and comparative variety ‘Cheongmyeong’ (Regional yield trial, 2018~2020).

Cultivar	Betaine (%)	Fruit acidity (%)	Soluble solids (°Brix)	Free sugar(%)
				Fructose	Glucose
Hwaseon	0.80a	0.39a	13.2a	18.40.6b	7.4b
Cheongmyeong	0.78a	0.28a	13.4a	22.80.4a	9.7a

Fig. 5. HPLC chromatogram of betaine, standard (up) and sample (down).

재배시 유의사항

구기자 신품종 ‘화선’은 자가화합성이 있는 4배체 품종으로 일반적인 2배체 구기자품종과 달리 수분수 품종과 혼식하여 재배하지 않아도 되는 장점이 있다. 혹응애저항성은 강한편이고 탄저병 저항성은 중간 정도로 예방 위주의 방제가 필요하며 습해에 다소 약하므로 높은 이랑으로 재배하고 강우시 배수를 철저히 실시하여야 한다. 열매가 커서 얇게 펴서 건조시키는 것이 시간이 단축되고 색상 품질도 유리하다.

구기자 우수 품종을 육성하기 위해 2014년 CBP11542-206 (IT345448)을 모본으로 하고 CBP07445-64 (IT258918)를 부본으로 인공교배를 실시하여 CBP14639-56를 선발하였다. 2016년부터 2017년까지 생산력 검정 예비시험과 본시험을 실시하여 ‘청양 34호’로 계통명을 부여하였다. 2018년부터 2020년까지 청양, 예산, 금산지역에서 지역적응시험을 거쳐 ‘화선’으로 품종등록 하였다.

화선의 구체적인 특징은 다음과 같다. 식물체 수형은 반개장형이고 잎은 둥근피침형으로 녹색이었으며, 개화기는 6월 18일로 대비 품종인 ‘청명’에 비하여 늦었다. 열매는 적색의 장타원형으로 대과종이고, 자가수정율은 71.7%로 청명의 2.8%에 비해 매우 높았으며, 혹응애저항성은 강하였다. 지표성분인 베타인 함량은 대비 품종과 비슷하였으며 건구기자 수량은 대조품종에 비하여 지역적응시험에서 41% 높았다.

구기자 ‘화선’은 수분수 품종의 혼식이 필요치 않은 자가화합성을 가지고 있으며, 주요해충인 혹응애 저항성이 매우 강하면서 탄저병에도 비교적 강하여 비가림하우스와 노지 재배 모두 적합한 수량성이 높은 품종으로 판단되었다.