적요
The rice cultivar ‘Namchan’ was developed to achieve high yields under low-nitrogen fertilizer conditions and enhance cultivation stability. ‘Namchan’ was derived from a cross between ‘Nikomaru’, a Japanese rice cultivar known for its excellent ripening ability in high-temperature conditions, and ‘Saenuri’, a Korean mega rice cultivar renowned for its high cultivation stability. To shorten the breeding period, anther culture was applied to F1 plants. ‘Namchan’ was selected through the pedigree method, yield trials, and local adaptability tests, with high selection pressure for ripening ability and cultivation stability. The heading date of ‘Namchan’ was August 16, four days later than that of ‘Nampyeong’. ‘Namchan’ exhibited strong tolerance to lodging and preharvest sprouting, indicating high cultivation stability. Despite having more grains and panicles compared to that in ‘Nampyeong’, ‘Namchan’ exhibited excellent ripening ability, presumed to be inherited from ‘Nikomaru’. ‘Namchan’ showed intermediate resistance to rice blast and resistance to bacterial blight and rice stripe virus. ‘Namchan’ had excellent grain appearance, improved milling performance, and superior taste compared to ‘Nampyeong’. ‘Namchan’ exhibited a yield of 6.34 MT/ha under normal nitrogen fertilizer conditions, and its index at 115%, when compared to that of ‘Nampyeong’, is the highest among Korean japonica rice varieties. It exhibited a high yield of 5.45 MT/ha even under low-nitrogen fertilizer conditions. ‘Namchan’ is promising as an outstanding cultivar that can contribute to carbon neutrality through the reduction of nitrogen fertilizers and greenhouse gases (Registration No. 8134).
서 언
2016년 ‘파리협정’ 비준과 2020년 정부의 ‘2050 탄소중립’ 선언 이후, 농업분야에서도 온실가스 배출 저감 노력이 요구되고 있다(
Choi et al. 2021). 농업부문의 온실가스 배출량이 우리나라 전체 배출량에서 차지하는 비중은 약 2.9%수준('18년 기준, 21.2백만톤 CO
2eq.)으로 분석되었다. 이중 벼 재배에 의한 배출량은 전체의 29.7%인 6.3백만톤 CO
2eq.으로 농경지토양(25.8%), 가축분뇨처리(23.3%), 장내발효(21.1%), 잔물잔사소각(0.1%)보다 배출량이 많아 농업분야에서 차지하는 비중이 가장 높았다(
Hwang et al. 2022). 정부에서는 관계부처 합동으로 중장기 온실가스 감축목표를 포함한 ‘탄소중립 녹색성장 국가전략 및 제1차 국가 기본계획’을 2023년 4월 발표하였다. 계획에 따르면 농축수산 부문 온실가스 감축은 2018년 기준 24.7백만톤 CO
2eq.에서 2030년 18.0백만톤 CO
2eq.으로 27.1%를 감축해야 한다. 이를 위해 저탄소 농업 구조전환, 농업(재배)⋅축산 분야 온실가스 배출 감축, 에너지 이용 효율화 및 재생에너지 확대 등 세 가지 핵심과제를 추진한다. 이중 벼 분야 대응책으로는 유전체 정보 기반 비료사용⋅메탄배출 저감 품종 개발, 중간물떼기와 얕게걸러대기 등 논물관리 기술 개발과 보급, 질소질 화학비료 사용 감축을 통한 방법 등을 제시하고 있다. 벼 분야 온실가스 감축을 위해 질소질 화학비료 사용을 줄이는 것은 시대적 요구사항이다.
질소는 단백질과 핵산의 주요한 구성원소로서 벼의 생장을 좌우하고 수량에 크게 영향을 미치는 중요한 양분 중 하나이다(
Park et al. 2009). 벼의 생육에 있어서 질소는 엽면적을 크게 하여 광합성을 왕성하게 하고 탄수화물을 축적하여 건물중을 증대시키며 수량에 미치는 영향이 크다(
Abrol et al. 2005,
Hong et al. 1993,
Park & Lee 1999). 벼에서 질소가 부족하게 되면 생육속도가 떨어지고 엽록체의 단백질이 분해되어 황백화 현상이 나타나는데, 벼 생육 초기에 질소가 결핍되면 분얼이 지연되거나 감소하고 생육이 빈약해지며 생육후기에 결핍되면 수량이 크게 감소한다(
Park et al. 2009). 그러나 질소를 과다하게 사용하게 되면 식물체 내에 질소가 필요 이상으로 많이 흡수되어 과번무하여 수광태세가 불량해지며, 질소를 더욱 급속히 과잉 흡수하면 도열병 등 병충해 발생이 많아진다(
Park et al. 2009). 특히 출수기 이후에는 새로운 잎이 나오지 않고 줄기와 잎 및 뿌리의 생장도 끝나는 시기이므로 상대적으로 질소 과잉상태가 되기 쉬워 병해충 및 도복의 피해를 받기 쉬우며, 쌀의 단백질 함량을 증가시켜 쌀의 품질을 저하시키는 한 요인으로 작용한다(
Hong et al. 1993,
Kwun & Lee 1983,
Rho et al. 1997). 또한 질소질 비료의 과다한 시용은 아산화질소(N
2O)의 생성으로 이어져 온실가스 배출량을 증가시킨다(
Kim et al. 2002). 아산화질소는 지구 온난화에 원인이 되는 온실가스 중 이산화탄소, 메탄 다음으로 배출량이 많으며, 농업분야에서는 메탄 다음으로 아산화질소의 배출량이 많다. 농경지 토양에서 대기로 배출되는 아산화질소의 양 가운데 81%가 질소비료에 의해 배출된다고 한다(
Iserman 1994). 따라서 농업부문 온실가스 감축을 위해서는 아산화질소 발생량을 저감해야 하며, 이를 위해 질소질 비료의 사용을 줄이는 것이 필요하다.
질소질 비료를 줄이게 되면 벼의 생육이 저하되고 수량이 떨어지기 때문에 저질소 비료 조건에서도 수량성이 확보되는 등 적응성을 갖춘 벼 품종의 선발이나 개발이 필요하다. 남부평야지인 익산지역에 벼 25품종을 공시하여 비료절감 시비수준에서 수량성과 미질에 대한 평가를 통해 품종을 선발한 결과, 일반계 품종 중 ‘호품’, ‘청청진미’, ‘호평’, ‘신동진’, ‘소비’, ‘동진1호’, ‘황금누리’가 수량감소율도 낮고 완전미 수량이 4.5 MT/ha 이상으로 적응성이 높다 하였다(
Park et al. 2009). 농촌진흥청에서는 저질소 비료 조건에서도 적응성이 높은 벼 품종을 개발하기 위하여 지역적응성 검정시험에 소비 재배시험을 포함하여 벼 품종 개발을 진행하여 왔다. 육성 품종 중 소비적응성이 주요 특성으로 기재된 벼 품종은 ‘해맑은’(2019년 개발), ‘남찬’(2018), ‘미소미’(2013), ‘청해진미’(2009), ‘청청진미’(2008), ‘소비’(1999) 등이 있다. 이들 벼 품종들은 보통기 표준 질소 시비량인 90 kg/ha에서 감비된 60 kg/ha의 저질소 비료 조건에서 수량성 등 적응성이 양호한 품종이다.
농촌진흥청 국립식량과학원 벼 육종팀은 일반 보비 조건 뿐만 아니라 저질소 비료 조건에서도 적정수량성을 확보하고 재배안정성이 향상된 중만생 고품질 벼 품종을 개발하고자 육종사업을 수행하였다. 이를 위해 고온등숙성이 우수한 일본 품종과 재배안정성이 높은 우리나라 고품질 품종을 교배모본으로 활용하여 약배양 육종법을 적용하여 조기에 감비 조건에서도 수량성이 높고 고온등숙성, 도복 저항성 및 수발아 내성 등 재배안정성이 향상된 고품질 중만생 벼 ‘남찬’을 개발하였다. 이에 ‘남찬’의 육성경위와 주요특성을 보고하고자 한다.
재료 및 방법
시험재료 및 재배방법
교배모본으로 일본 벼 품종 ‘Nikomaru’ (IT286937)를 모본으로 하고 ‘새누리’(IT235281)를 부본으로 이용하였다. 육종사업을 통해 선발된 고정 계통에 대해서 2014-2015년에 남부평야지 중만생종 표준품종 ‘남평’과 함께 생산력 검정시험을 수행하였다. 공시 재료를 국립식량과학원 벼 포장에 4월 30일 파종하여 5월 30일에 재식거리 30×15 cm로 주당 3본씩 구당 150주를 3반복으로 보통기 재배하였다. 시비량은 N-P
2O
5-K
2O를 90-45-57 kg/ha으로 질소는 기비 : 분얼비 : 수비를 50 : 20 : 30 비율로 분시하였고, 인산은 전량 기비로, 칼륨은 기비 : 수비를 70 : 30 비율로 분시하였다. 기타 재배관리는 농촌진흥청 표준 재배법에 준하여 실시하였다. 지역적응성 검정시험은 보통기 보비 재배시험을 서남부해안지(계화, 영암), 호남평야지(전주, 익산, 예산, 논산, 나주), 영남평야지(밀양, 대구, 선산, 진주) 등 총 11개소에서 2016-2018년 3년 동안 수행하였고, 소비 재배시험을 호남(전주)과 영남평야지(밀양) 등 2개소에서 2016-2018년 3년 동안 수행하였다. 보통기 보비 및 소비 재배시험의 비교품종으로 ‘남평’을 이용하였다. 보비 재배시험의 시비량은 N-P
2O
5-K
2O를 90-45-57 kg/ha으로 질소는 기비 : 분얼비 : 수비를 50 : 20 : 30 비율로 분시하였고, 인산은 전량 기비로, 칼륨은 기비 : 수비를 70 : 30 비율로 분시하였고, 소비 재배시험의 시비량은 N-P
2O
5-K
2O를 60-45-57 kg/ha으로 질소비료량만 줄어들었고 분시방법은 보비 재배시험과 동일하게 실시하였다. 재배방법에 따른 시험지별 파종 및 이앙시기, 재식밀도와 주당묘수, 농업형질 및 수량구성요소, 생리장해 및 병해충 저항성, 도정특성 조사는 농촌진흥청 신품종개발공동연구사업 과제수행계획서의 조사기준과 농업과학기술 연구조사분석기준에 준하여 실시하였다(
RDA 2012,
2016,
2017,
2018).
지역적응성 검정시험에 공시된 재료의 출수기를 조사하고, 성숙기에 평균이 되는 20개체에 대해서 간장, 수장, 수수를 측정하였다. 성숙기에 3주를 예취하여 등숙률 및 수당립수를 조사하였고 100주를 3반복 예취하여 정조중을 측정하였다. 수확한 정조 1.5 kg을 수량조사현미기(LST, Gwangyang, Korea)로 제영하여 정현비율을 측정하고, 100주 정조수량에 정현비율을 곱하여 현미수량을 구한 다음 1 ha당 수량으로 환산하였다. 현미수량에 일반적 현백률인 0.92를 곱하여 백미수량을 구하였고, 제현된 현미를 이용하여 천립중을 측정하였다.
생리장해 저항성 검정
위조와 성숙기 하엽노화는 완전낙수 이후 한발해나 하엽노화가 이루어지는 지를 달관조사하여 평가하였다. 내냉성 검정은 국립식량과학원 춘천출장소 내냉성 검정 시험포장에서 실시하였다. 이앙 후 20일부터 등숙기까지 수온 17℃, 수심 5 cm로 냉수처리 후 적고, 출수지연일, 임실률 등을 조사하였다. 출수지연일은 냉수를 처리하지 않은 대조구 대비 냉수 처리구 간의 출수지연일수로 구하였고, 임실률은 성숙기에 냉수 처리구의 주간 3이삭을 채취하여 측정하였다. 저온발아율은 100립 3반복으로 13℃ 항온기에서 15일간 치상하여 발아율을 조사하여 측정하였다. 내냉성 유묘검정은 3엽기부터 수온 13℃로 10일간 처리하여 1: 엽색 농록, 3: 엽 선단부 담록, 5: 1/3 엽색 황변, 7: 2/3 엽색 갈변, 9: 고사 등 1-9의 질적등급으로 구분하였다. 수발아 검정은 출수 후 40일에 주간의 3 이삭을 채취하여 25℃ 포화습도에서 7일간 치상 후 발아율을 조사하여 측정하였다. 도복저항성 검정은 출수 후 20일에 평균적인 3개체를 골라 실시하였다. 좌절중은 간기부에서 10 cm 절간 중앙부에 하중을 걸어 부러질 때의 무게로 인장강도 시험기(DTG-5, Digitech Co. Ltd., Osaka, Japan)를 이용하여 측정하였다. 도복의 전체적 정도를 나타내는 도복지수는 [모멘트(g⋅cm)/좌절중(g)]×100의 공식을 이용하여 구하였다.
병해충 저항성 검정
잎도열병 저항성 검정은 국립식량과학원, 도농업기술원 등 전국 12개 지역에서 질소다비 조건의 밭못자리 상태에서 6월 하순에서 7월 상순에 늦게 파종하여 잎도열병을 유발시키는 밭못자리 검정법을 이용하여 수행되었다. 검정포 시비량은 성분량으로 N-P
2O
5-K
2O를 240-80-120 kg/ha로 주었고, 발병을 촉진시키기 위한 이병성 품종(spreader)으로 ‘호평’을 이용하였다. 파종 후 30일 이후에 발병 최성기를 중심으로 조사하며 잎도열병 저항성 검정 기준은 0: 무 발병, 1: 바늘머리 크기의 갈색 병반, 2: 다소 큰 갈색 병반, 3: 직경 1-2 mm의 원형회색병반, 4: 직경 1-2 mm의 전형적 병반으로 엽면적의 2% 이하 발병, 5: 전형적인 병반이 엽면적의 3-10%, 6: 11-25%, 7: 26-50%, 8: 51-75%, 9: 76% 이상 등 0-9 단계로 발병을 구분하였다(
Baek et al. 2019). 도열병 포장저항성 검정은 전주, 밀양, 여주, 진주 포장에서 질소과비조건에서 이앙재배하여 잎도열병 이삭도열병 발병정도를 검정하였다. 검정포 시비량은 성분량으로 N-P
2O
5-K
2O를 240-45-57 kg/ha로 주었고, 발병을 촉진하기 위해서 이병성 품종 ‘호평’을 검정 계통 주위에 재식하였다. 출수 후 30-35일 경에 이삭 표본을 채취하여 건전 이삭과 이병 이삭의 비율로 이삭도열병 발병정도를 측정하였다. 우리나라 벼흰잎마름병 대표균계에 대한 저항성 반응을 HB1013(K1), HB1014(K2), HB1015(K3), HB1009(K3a) 균주를 이용하여 검정하였다. 검정 계통에 대해서 최고분얼기에 균주 별로 3주씩 엽선단 3 cm 부위를 가위 절엽접종하였다(
Kauffman et al. 1973). 접종 후 3주 후에 각각의 개체에 가장 긴 병반을 조사하여 5 cm 이하는 저항성(R; resistant), 5-10 cm 는 중도저항성(MR; moderately resistant), 10 cm 이상은 이병성(S; susceptible)으로 질적저항성을 구분하였다(
Park et al. 2019). 줄무늬잎마름병 검정은 망실을 이용한 대량 검정법으로 바이러스 보독충 방사 및 계대 사육으로 보독충이 충분히 유지된 망실에 검정 계통을 파종 후 이병성 품종인 ‘추청’이 병징을 나타낼 때 저항성과 감수성으로 판정하였다(
Kwak et al. 2007). 오갈병은 실내유묘검정을 통해서 보독충을 접종하여 바이러스병 저항성 여부를 이병성 품종 ‘추청’을 비교하여 검정하였다. 벼멸구 및 애멸구 저항성 검정은 파종 후 본엽 2-3엽기에 벼멸구와 애멸구를 접종하여 감수성 대비 품종인 ‘일품’과 ‘추청’이 고사한 후에 검정 계통을 저항성과 감수성으로 판정하였다.
지역적응성 검정시험의 현미 20립에 대해서 길이, 너비를 캘리퍼스(Caliper CD-15CP, Mitutoyo Corp., Kawasaki, Japan)를 이용하여 조사하고 너비에 대한 길이의 비율로 현미 장폭비를 계산하였다. 투명도는 백미 20립을 달관조사하여 1: 쌀이 유리알 같이 맑은 것, 5: 중간, 9: 쌀이 불투명한 것으로 구분하였다. 심복백은 백미 20립에 대해서 달관조사를 통하여 0: 심백 및 복백 무, 1: 쌀알 면적의 5% 이하, 3: 6-10%, 5: 11-20%, 7: 21-40%, 9: 41% 이상으로 구분하였다. 알칼리붕괴도는 백미 6립을 3반복으로 15 mL 용량의 사각 플라스크에 넣고 1.4% KOH 용액 10 mL씩 분주한 후 30℃ 항온기에서 23시간 정치 후, 퍼짐도(spreading)와 투명도(clearing)에 따라 1: 부풀지 않고 그대로 있음, 2: 모양 변화 없이 약간 부풀어 있음, 3: 금이 나게 부풀어 있고, 극히 미미한 퍼짐도 보임, 4: 부푼 쌀 너비 정도의 퍼짐도 보이나 투명화 현상 없음, 5: 심하게 갈라져 꽤 넓은 퍼짐도 보이고 투명화 현상 시작함, 6: 완전히 퍼지고 외곽은 거의 투명화됨, 7: 형태를 알 수 없게 퍼져서 투명화됨 등 7단계로 구분하였다(
Cheo & Heu 1975). 단백질 함량은
AOAC(2000)방법에 의하여 Micro Kjeldahl법으로 자동 단백질 분석기(Kjeltec 2400 AUT, Foss, Mulgrave, Australia)로 측정하였다. 아밀로스 함량은
Juliano(1985)의 비색정량법에 따라 시료 100 mg에 95% 에탄올과 1 N sodium hydroxide를 가한 후 호화시킨 전분 호화액에 1 N acetic acid와 2% I
2-KI 용액을 첨가하여 요오드 정색반응 후 분광광도계를 이용하여 620 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다. 밥맛 검정은 전기밥솥에 밥을 취반하여 ‘추청’의 취반미를 기준으로 하여 국립식량과학원 본원, 중부작물부 및 남부작물부 패널이 밥 모양(색깔 및 윤기), 냄새, 찰기, 질감, 밥맛 및 종합평가 등 6항목을 평가하였다. 평가는 기준밥인 ‘추청’과 비교하여 비슷하면 보통(0), 기준보다 나쁜 쪽으로 3단계(-1, -2, -3), 좋은 쪽으로 3단계(+1, +2, +3)의 수준으로 평가하고 밥맛 평균값을 식미치로 이용하였다. 도정 특성 검정은 정선된 정조 1 kg을 로울러식 시험용 제현기를 이용하여 현미를 제조한 후 정조에 대한 현미의 중량비로 정현비율을 구하였으며, 현백율은 현미 500 g을 시험용 정미기에 5-6회 반복 도정한 후 얻어진 백미를 1.7 mm 체로 쳐서 쇄미를 분리하고 남은 백미중량을 현미의 중량에 대한 백분율로 나타냈고 도정률은 정현비율에 현백율을 곱합 다음 100으로 나눈 수치로 표시하였다(
Lee et al. 2009). 백미 완전미율은 도정 후 얻어진 백미를 50 g씩 3반복으로 취하여 숙련된 사람이 육안으로 완전미를 분리하였고 완전미의 무게를 재어 원료 쌀의 중량에 대한 백분율로 표시하였다. 완전미 도정수율은 도정률에 백미 완전미율을 곱한 다음 100으로 나눈 수치로 표시하였다.
통계분석은 R (Version 4.0.2, The R Foundation for Statistical Computing Platform)을 이용하였다. 각 형질의 평균 등 기술통계, t-test를 이용한 육성품종과 대비품종간의 비교는 agricolae 패키지를 이용하여 수행하였다. 품종과 질소 시비조건에 따른 수량 관련 형질 값의 비교를 위한 boxplot은 ggplot2 패키지를 이용하여 분석하였다. 수량에 대한 수량구성요소들의 기여도를 판단하기 위해 lavaan, semPlot, OpenMx, tidyverse, knitr, kableExtra, GGally 패키지를 이용하여 경로계수분석을 수행하였다.
결과 및 고찰
육성 경위
‘남찬’은 저질소 비료 조건에서도 수량성이 높고 재배안정성이 향상된 고품질 중만생 벼 품종을 개발하고자 육성되었다. 2011/2012년 동계에 고온등숙성이 우수한 일본 고품질 품종인 ‘Nikomaru’(IT286937)를 모본으로 하고 재배안정성이 높은 우리나라 고품질 품종 ‘새누리’(IT235281)를 부본으로 단교잡 인공교배하였다(
Figs 1,
2)(
Kim et al. 2008,
Sakai et al. 2007). 조기에 고정계통을 확보하고자 2012년 하계에 F
1 식물체의 이삭을 채취하여 약배양을 수행하였다. 확보된 176개 약배양 계통을 2013년 포장에 전개하여 초형 및 내도복성, 병해충에 대한 저항성, 쌀의 외관품위, 수량성 등 농업형질에 대한 특성검정을 거쳐 우량 고정계통을 선발하였다. 2014-2015년에 생산력 검정시험을 실시하여 ‘남평’에 비해 출수기가 늦은 중만생종이며 내도복 직립초형으로 쌀의 외관 품위와 밥맛이 우수한 계통 HR29840-AC53-2-1을 선발하여 ‘전주595호’로 계통명을 부여하였다(
Fig. 2). ‘전주595호’는 2016-2018년 3년간의 지역적응성 검정시험을 통해 중만생종이며 내도복 직립초형으로 숙색이 우수하고 고온등숙성과 내수발아성 등 재배안정성을 갖추고 있으면서 저질소 비료 조건에서도 수량성이 높고 쌀의 외관품위와 밥맛이 우수한 특성이 인정되어 농촌진흥청 직무육성 신품종 선정심의위원회에서 품종으로 선정되어 ‘남찬’으로 품종명이 명명되었다. ‘남찬’은 일본 온대지역에 적응성이 높고 고온등숙성이 높은 것으로 알려진 ‘Nikomaru’를 모본으로 하고 2013년부터 2018년까지 우리나라에서 가장 넓은 면적에서 재배되면서 내도복성과 재배안정성이 인정된 ‘새누리’를 부본으로 하여 약배양 육종법을 적용하여 고온등숙성 등 재배안정성과 수량성이 향상된 품종을 빠른 기간에 개발하고자 육성되었다.
‘남찬’은 서남부해안지, 호남 및 영남평야지 보통기 보비재배에서 출수기가 평균 8월 16일로 표준품종인 ‘남평’보다 4일 정도 느린 중만생종이다(
Table 1). 잎은 ‘남평’보다 다소 연한 녹색이며 직립성으로 초형이 양호하다(
Fig. 3A). 간장이 79 cm로 통계적으로 유의한 수준에서 ‘남평’보다 6 cm 크며 수장은 ‘남평’과 비슷한 20 cm이며 주당수수는 14개로 ‘남평’(12개)보다 많았으나 통계적 유의성은 없었다(
Table 1). 수당립수는 112개로 ‘남평’(101개)보다 많았고, 등숙비율은 88.1%로 ‘남평’(85.0%)보다 높았으나 통계적 유의성은 없었다. 부본으로 활용된 ‘새누리’의 육성 당시 수당립수는 118개로 ‘남평’(106개)보다 많았고 등숙비율은 90.0%로 ‘남평’(92.1%)보다 낮았던 점을 감안할 때 ‘남찬’의 높은 등숙비율 특성은 ‘Nikomaru’에서 유래한 것으로 추정된다. ‘Nikomaru’는 서일본 주요 품종인 ‘Hinohikari’와 sink와 source 크기는 비슷함에도 ‘Hinohikari’에 비해 수량성이 7~8%로 증수하였다. 이는 새로운 동화산물의 생성보다는 높은 전류에 의해 등숙지수가 높은 것에 기인하였고 동화산물의 전류는 출수 후 줄기의 비구조적 탄수화물 함량(NSCh)과 정의 상관관계를 나타내며 온도가 높았던 해에서 등숙률과 NSCh와 정의 상관관계가 있음을 밝혀 ‘Nikomaru’의 고온등숙성 및 향상된 수량성에 대해 분석된 바 있다(
Morita & Nakano 2011). ‘남찬’의 현미 천립중은 21.5 g으로 ‘남평’(20.3 g)보다 무거웠다.
‘남찬’은 생육 중후기에 위조현상이 없으며, 성숙기 하엽노화가 늦은 편이었다(
Table 2). 내냉성 검정 결과 ‘남평’에 비해 출수지연일수가 7일 길고 임실률이 비슷한 수준이었으나, 저온 발아율은 70.0%로 ‘남평’(55.0%)보다 높았다(
Table 2). 도복 저항성과 관련하여 ‘남찬’은 간장이 ‘남평’보다 커 도복의 전체적 정도를 나타내는 도복지수는 113로 ‘남평’(82)보다 컸으나 줄기의 기부에 하중을 걸어 부러질 때의 무게를 측정하는 좌절중이 1,631 g으로 ‘남평’(1,448 g)보다 높았다(
Table 2). 또한 포장 도복저항성 달관조사에서 도복에 강한 특성을 나타냈으며, 교배모본인 ‘새누리’가 키는 큰 편이나 대면적인 농가 재배에서 도복에 안정적인 특성을 나타내는 것을 볼 때 ‘남찬’은 도복에 강한 품종으로 판단된다(
Kim et al. 2008). 수발아율은 6.3%로 수발아에 강한 품종으로 알려진 ‘남평’(4.5%)과 통계적으로 차이가 없는 등 수발아에 강한 특성을 나타냈다(
Table 2)(
Kang et al. 2018).
‘남찬’은 지역적응성 검정시험 3년 동안 전국 12개소에서 실시한 잎도열병밭못자리 검정에서 평균 4.6의 저항성 반응을 나타내 잎도열병에 중도저항성 반응을 나타냈고, 이삭도열병 포장검정에서 이병수율이 전주에서 3.0%, 진주에서 1.8%를 나타냈다(
Table 3). ‘남찬’은 우리나라 벼흰잎마름병 대표균계 K1, K2, K3에 강한 반응을 나타냈으나 K3a 균계에는 약한 반응을 나타냈다(
Table 3). 바이러스병인 줄무늬잎마름병에 강한 반응을 나타냈으며, 기타 바이러스병 및 해충에 대한 저항성은 없었다(
Table 4).
‘남찬’의 입형 특성은 현미 길이와 너비가 4.92 mm, 2.77 mm로 남평(4.94 mm, 2.75 mm)과 비슷하고 장폭비가 1.78인 단원형이었다(
Table 5). 쌀이 맑고 투명하며 심복백이 0/1로 ‘남평’(0/1)과 비슷하게 외관 품위가 좋았다(
Table 5,
Fig. 3B). 아밀로스 함량은 19.6%로 ‘남평’(19.1%)보다 높았고 단백질 함량은 6.1%로 ‘남평’(6.4%)보다 낮았으나 통계적 유의성은 없었다(
Table 5). 식미관능검정 성적은 0.23(남평 -0.27)으로 밥맛이 우수하였다(
Table 5). ‘남찬’의 도정특성은 제현율 및 현백률이 83.5%, 91.4%로 ‘남평’(81.0%, 90.6%)보다 높아 도정률이 76.3%로 ‘남평’(73.4%)보다 우수하였다(
Table 6). 백미완전립률이 93.8%로 ‘남평’(95.6%)보다 낮았으나 도정률이 높아 완전미 도정수율은 71.6%로 ‘남평’(70.5%)보다 높았다(
Table 6).
‘남찬’의 백미 수량은 2016-2018년 3년간 실시한 지역적응성 검정시험 보통기 보비 재배시험에서 평균 쌀수량이 6.34 MT/ha로 ‘남평’(5.51 MT/ha)보다 15% 증수하였고, 질소비료가 줄어든 소비 재배시험에서 평균 쌀 수량이 5.45 MT/ha로 소비 재배 표준품종인 ‘소비’(4.60 MT/ha)보다 19% 증수하는 등 보비 및 소비 재배에서 모두 수량성이 높은 특성을 나타냈다.(
Table 7) 보비 재배 시 쌀 수량성 6.34 MT/ha은 지금까지 개발된 밥쌀용 자포니카 벼 품종 중에서 가장 높은 값이며, 수량지수 115%는 ‘남평’을 비교품종으로 개발된 품종들 중 가장 높은 수치로 재배품종 중 다수확 품종으로 알려진 품종들의 수량지수109%(소다미, 온누리, 다미 등), 108%(호품, 황금노들, 아미쌀 등)와 비교해 봐도 높은 수준이다. 또한 질소 시비량이 줄어든 소비 재배 시 쌀 수량성 5.45 MT/ha는 최근 10년간(2013-2022년) 단위면적당 전국 평균 생산량 5.24 MT/ha(현백률 9분도 적용; 10분도로 보정 시 5.15 MT/ha) 보다도 높은 수치로 ‘남찬’은 저질소 비료 조건에서도 수량성이 높은 품종이었다(
KOSIS 2023). ‘남찬’의 높은 수량성에 관여하는 농업형질 특성을 파악하기 위하여 2016-2018년 3년간 ‘남평’을 비교품종으로 하여 보비와 소비 재배시험이 동시에 수행된 지역인 전주와 밀양의 농업형질 특성을 비교 분석하였다. ‘남찬’은 보비와 소비 조건에서 ‘남평’에 비해 출수일수가 길었고 간장은 크고 수장은 짧았으며 수수가 많았으며 현미천립중이 무겁고 정현비율이 높고 수량이 많았다(
Table 8,
Fig. 4). 수당립수는 보비 조건에서 ‘남평’에 비해 많았고 소비 조건에서는 적었으며, 등숙률은 보비와 소비 조건 모두 ‘남평’에 비해 높았으나 통계적 유의성은 없었다. ‘남찬’과 ‘남평’ 모두 보비 재배보다 질소 시비량이 줄어든 소비 재배에서 출수일수, 간장, 수장, 수수, 수당립수, 등숙률, 정현비율, 수량의 평균 값이 떨어지는 경향을 나타냈으나, 수량을 제하고는 통계적으로 유의하지는 않았다(
Fig. 5). 형질들의 평균 값은 차이가 났으나
t-test를 통한 통계적 유의성이 나타나지 않은 이유는 3년간 2개 지역이라는 환경적 영향에 따른 형질 값의 변이가 컸기 때문으로 판단된다. 질소 시비량에 따른 ‘남찬’과 ‘남평’의 수량성에 관여하는 수량구성요소들의 기여율을 분석하기 위하여 경로계수분석을 수행하였다(
Fig. 6). 경로계수분석 결과, 수량구성요소(수수, 수당립수, 현미천립중, 등숙률, 정현비율)들이 수량성을 설명하는 정도를 나타내는 결정계수(
R2)가 보비와 소비 재배에서 ‘남찬’ 0.490, 0.316, ‘남평’ 0.444, 0.447을 나타냈다. ‘남찬’과 ‘남평’ 모두 통계적으로 유의한 수준에서 수량성을 설명하는 정도가 큰 형질은 보비 재배에서 수당립수(남찬 0.59, 남평 0.40)였으며, 소비 재배에서는 수수(남찬 0.76, 남평 0.60)이었다. 일반적인 보비 재배에서 ‘남찬’의 수량성 향상은 수당립수의 증가에 의한 영향이 크지만 소비 재배에서는 수수의 증가가 수량성 향상에 미치는 영향이 크기 때문에 질소 시비량이 줄어든 재배 조건에서 수량성을 높이기 위해서는 수수를 확보할 수 있는 재배방법의 적용이 효과적일 것으로 판단된다. ‘남찬’은 저질소 비료 조건에서도 수량성이 높은 고품질 중만생 벼 품종으로 질소비료 사용 저감을 통한 온실가스 감축 등 우리나라 탄소중립에 기여할 수 있는 우수한 품종으로 기대된다.
‘남찬’의 적응지역은 우리나라 충청남도 이남의 평야지역(충남, 전남북, 경남북)과 남서해안지를 포함한다. 파종 전 주의사항으로 키다리병 방제를 위하여 철저한 종자소독을 하여야 한다. 질소질 비료 과용 시 도복 우려, 미질 및 등숙 저하, 숙색 불량과 병해충 발생이 우려되므로 적정 균형시비 하여여 한다. 병해충 관리에 있어서 ‘남찬’은 벼흰잎마름병과 줄무늬잎마름병에 강한 품종이나 멸구류 등 다른 병해충에 대한 저항성이 없기 때문에 적기에 기본방제를 실시하여야 한다. 냉해에 약하므로 이모작 만식 및 냉수용출답 재배는 지양하여야 한다.
적 요
‘남찬’은 농촌진흥청 국립식량과학원에서 저질소 비료 조건에서도 수량성이 높고 재배안정성이 향상된 중만생 고품질 벼 품종을 개발하고자 육성되었다. 고온등숙성이 우수한 일본 고품질 품종인 ‘Nikomaru’를 모본으로 하고 재배안정성이 높은 우리나라 고품질 품종 ‘새누리’를 부본으로 단교잡 인공교배하여 육성되었다. 조기에 고정계통을 확보하고자 F1 식물체를 약배양하여 계통육성과정 중 등숙 특성과 재배안정성이 향상된 우량계통을 선발하여 생산력 검정시험과 지역적응성 검정시험을 거쳐 육성되었다. ‘남찬’은 보통기 보비재배에서 평균 출수기 8월 16일로 ‘남평’에 비해 4일 늦은 중만생종이다. ‘남찬’은 간장이 79 cm로 ‘남평’보다 6 cm 컸으나 좌절중이 높은 등 도복에 강한 특성을 나타냈으며, 수발아에도 강하여 재배안정성이 높았다. ‘남찬’은 ‘남평’에 비해 수당립수와 수수가 많음에도 높은 등숙비율을 나타내는 등 우수한 등숙 특성을 나타냈는데 이는 고온등숙성 품종인 ‘Nikomaru’에서 유래한 것으로 추정된다. ‘남찬’은 도열병에 중도저항성을 나타냈고 벼흰잎마름병과 줄무늬잎마름병에는 강한 특성을 보였다. ‘남찬’은 ‘남평’에 비해 쌀의 외관 품위가 좋고 도정률이 높았으며 밥맛이 우수하였다. ‘남찬’의 보비 재배 시 수량성은 6.34 MT/ha이며 수량지수는 ‘남평’ 대비 115%로 지금까지 개발된 자포니카 벼 품종 중에서 가장 높은 값을 나타냈다. 또한 소비 재배 시에도 5.45 MT/ha이라는 높은 수량성을 보였다. ‘남찬’은 저질소 비료 조건에서도 수량성이 높은 고품질 중만생 벼 품종으로 질소비료 사용 저감을 통한 온실가스 감축 등 우리나라 탄소중립에 기여할 수 있는 우수한 품종으로 기대된다.
사 사
본 논문은 농촌진흥청 작물시험연구사업(남부지역 적응 밥쌀용 재배안정성 벼 품종개발(3단계)(2주관), 과제번호: PJ016067022023)의 지원으로 수행된 결과의 일부입니다. 품종을 육성함에 있어 협력하여 주신 농촌진흥청 국립식량과학원, 연구정책국, 농촌지원국 및 각도 농업기술원 관계관께 깊은 감사를 드립니다.
Fig. 1Genealogical diagram of ‘Namchan’
Fig. 2Pedigree diagram of ‘Namchan’.
Fig. 3Plant type at maturing stage (A) and grain shape of rough, brown, and milled rice (B).
Fig. 4Comparison of yield-related traits of ‘Namchan’ and ‘Nampyeong’ across different nitrogen fertilizer levels, normal-nitrogen fertilizer level (A) and low-nitrogen fertilizer level (B). HD: heading date, CL: clum length, PL: panicle length, PN: number of panicles per hill. NS: number of spikelets per panicle, RRG: ratio of ripened grain, BRR: brown/rough rice ratio. NS., *, **, and *** indicate no significant, significant at 5, 1, and 0.1% probability level by t-test, respectively.
Fig. 5Comparison of yield-related traits of ‘Namchan’ (A) and ‘Nampyeong’ (B) under normal and low-nitrogen fertilizer levels. HD: heading date, CL: clum length, PL: panicle length, PN: number of panicles per hill. NS: number of spikelets per panicle, RRG: ratio of ripened grain, BRR: brown/rough rice ratio. NS., * and *** indicate no significant, significant at 5 and 0.1% probability level by t-test, respectively.
Fig. 6Path analysis of causal relationships among yield-related traits to explain yield variation in ‘Namchan’ (A) and ‘Nampyeong’ (B). HD: heading date, CL: clum length, PL: panicle length, PN: number of panicles per hill. NS: number of spikelets per panicle, RRG: ratio of ripened grain, BRR: brown/rough rice ratio, Normal-N and Low-N mean normal and low-nitrogen fertilizer level, respectively. Single and double-headed arrows indicate the direct effects on yield and correlation between each traits, respectively. Singe-headed arrows represent linear dependencies (direct effects) calculated as standardized regression coefficients, the double-headed arrows indicate correlation coefficients. Continuous and dotted arrows indicated positive and negative effects, respectively. Blue and red arrows indicated positive and negative effects, respectively. The arrow line thickness means proportion of the effect. ns, *, and ** indicate no significant, significant at 5 and 1% probability level, respectively.
Table 1Major agronomic traits and yield components.
Table 1
|
Cultivar |
Heading date (mm.dd) |
Culm length (cm) |
Panicle length (cm) |
No. of panicles per hill |
No. of spikelets per panicle |
Ratio of ripened grain (%) |
1,000-grain weight of brown rice (g) |
|
Namchan |
8.16**z
|
79**
|
20ns
|
14ns
|
112*
|
88.1ns
|
21.5*
|
|
Nampyeong |
8.12 |
73 |
21 |
12 |
101 |
85.0 |
20.3 |
Table 2Response to physiological and abiotic stresses.
Table 2
|
Cultivar |
Occurrence of wilting |
Leaf senescence at maturing |
Cold tolerancez
|
Low tem. germinationy
(%) |
Lodging |
Viviparous germinationx
(%) |
|
Seedling stage (1-9) |
Heading delay (day) |
Grain fertility (%) |
Phenotypic acceptability (1-9) |
Breaking strength (g) |
Index |
|
Namchan |
Tolerance |
Late |
4 |
17 |
19nsw
|
8 |
70.0*
|
1,631 |
113 |
6.3ns
|
|
Nampyeong |
Tolerance |
Late |
4 |
10 |
17 |
8 |
55.0 |
1,448 |
82 |
4.5 |
Table 3Resistance reaction to rice blast and bacterial blight disease.
Table 3
|
Cultivar |
Reaction to leaf blast at blast nursery (0-9) |
Reaction to panicle blast at field test |
Reaction to bacterial blight |
|
No. of tested sites (12) |
Rate of infected panicles (%) |
Race |
Field |
|
Rz
|
M |
S |
Mean |
Jeonju |
Milyang |
Yeoju |
Jinju |
K1 |
K2 |
K3 |
K3a |
|
Namchan |
3 |
7 |
2 |
4.6 |
3.0 |
0.0 |
0.0 |
1.8 |
R |
R |
R |
S |
R |
|
Nampyeong |
6 |
5 |
1 |
3.6 |
5.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
S |
S |
S |
S |
S |
Table 4Reaction to virus disease and insect pests.
Table 4
|
Cultivar |
Virus diseases (%) |
Resistance to insects |
|
Stripe |
Dwarf |
BPHz
|
SBPH |
|
Namchan |
Ry (9.6) |
S (84.4) |
S |
S |
|
Nampyeong |
R (9.0) |
M (40.0) |
S |
S |
Table 5Characteristics related to grain shape and grain quality.
Table 5
|
Cultivar |
Brown rice |
Trans-lucency (1-9) |
White core/belly (0-9) |
Alkali digestive value (1-7) |
Protein content (%) |
Amylose content (%) |
Palatability of cooked rice (-3-+3) |
|
Length (mm) |
Width (mm) |
L/W ratio |
|
Namchan |
4.92nsz
|
2.77ns
|
1.78ns
|
1 |
0/1 |
6.8 |
6.1ns
|
19.6ns
|
0.23 |
|
Nampyeong |
4.94 |
2.75 |
1.80 |
1 |
0/1 |
6.5 |
6.4 |
19.1 |
-0.12 |
Table 6Characteristics related to milling quality.
Table 6
|
Cultivar |
Milling recovery ratio (%) |
Head rice milling recovery ratio (%) |
|
Brown/rough |
Milled/brown |
Milled/rough |
Head rice |
|
Namchan |
83.5 |
91.4 |
76.3 |
93.8 |
71.6 |
|
Nampyeong |
81.0 |
90.6 |
73.4 |
95.6 |
70.5 |
Table 7Yield summary of local adaptability test.
Table 7
|
Culture season |
Region |
No. of tested sites |
Milled rice (MT/ha) |
Index |
|
Namchan (A) |
Nampyeong (B) [Sobi] |
A/B |
|
Ordinary planting |
West-southern coast |
2 |
6.18 |
5.58 |
111 |
|
Honam plain |
5 |
6.13 |
5.34 |
115 |
|
Yeongnam plain |
4 |
6.71 |
5.61 |
120 |
|
Mean |
11 |
6.34**z
|
5.51 |
115 |
|
Low-nitrogen fertilizer condition |
Honam plain |
1 |
5.61 |
[4.80]y
|
117 |
|
Yeongnam plain |
1 |
5.70 |
[4.53] |
126 |
|
Middle plain |
1 |
5.04 |
[4.47] |
113 |
|
Mean |
11 |
5.45**
|
[4.60] |
119 |
Table 8Yield-realted traits of ‘Namchan’ according to nitrogen fertilizer levels.
Table 8
|
Nitrogen |
Cultivar |
HDz
(DAS) |
CL (cm) |
PL (cm) |
PN |
NS |
TGW (g) |
RRG (%) |
BRR (%) |
Yield (kg/10a) |
|
Normal |
Namchan |
111**y
|
79**
|
20**
|
14**
|
123ns
|
21.5**
|
87.9ns
|
83.3**
|
622**
|
|
Nampyeong |
106 |
74 |
21 |
13 |
116 |
20.5 |
85.9 |
80.9 |
538 |
|
Low |
Namchan |
111**
|
78**
|
19**
|
14**
|
110ns
|
21.3**
|
87.1ns
|
82.7**
|
566**
|
|
Nampyeong |
106 |
73 |
20 |
12 |
113 |
20.2 |
86.2 |
80.0 |
459 |
References
- 1. Abrol Y, Chatterjee S, Kumar P, Jain V. 2005. Improvement in nitrogen use efficiency: Physiological and molecular approaches. Current Science 89: 10-21.
- 2. Association of Official Analytical Chemists (AOAC).2000. Official methods for analysis. 17th ed. Association of official analytical chemists, Washington DC. USA.
- 3. Baek MK, Cho YC, Park HS, Jeong JM, Kim WJ, Nam JK, Kim CS, Kwon SW, Kim BK. 2019. Molecular mapping of the blast resistance loci in the durable resistance Japonica rice cultivar, Palgong. Korean J Breed Sci 51: 395-403.
- 4. Cheo ZR, Heu MH. 1975. Optimum conditions for alkali digestivity test in rice. Korean J Crop Sci 19: 7-13.
- 5. Choi WJ, Lim SS, Kwak JH, Lee SI, Park HJ, Yang HI, Seo BS, Jeong YJ. 2021. Agricultural soil carbon sequestration for national carbon zero. Korean J Environ Agric 40(s):3-5.
- 6. Hong YP, Shim JH, Seo YT, Park RD, Kim KY, Shon BY, Kim YW. 1993. Influence of fertilizer levels and cultivated regions on morphological chracteristics of rice grain. Korean J Soil Sci Fert 26: 85-92.
- 7. Hwang YM, Jang NJ, Cho WJ, Bae GG, Seo HS, Jeong HJ, Lee BH. 2022. Study on strategies to promote carbon-neutral agriculture in Jeollabuk-do in response to climate change. Jeonbuk Institute 14: 3-39.
- 8. Iserman K. 1994. Agriculture's share in the emissions of trace gases affecting the climate and some cause oriented proposals for reducing this share. Environ Pollut 83: 95-111.
- 9. Juliano BO. 1985. Polysaccharide, proteins, and lipids of rice. In rice chemistry and technology. The American association of cereal chemists, St. Paul MN. USA.
- 10. Kang SG, Shon JY, Kim HS, Kim SJ, Choi JS, Park JH, Yoon YH, Sim JM, Yang WH. 2018. Analysis of genetic variation in pre-harvest sprouting at different cumulative temperatures after heading of rice. Korean J Crop Sci 63: 8-17.
- 11. Kauffman HE, Reddy APK, Hsieh SPY, Merca SD. 1973. An improved technique for evaluating resistance of rice varieties to Xanthomonas oryzae. Plant Dis Rep 57: 537-541.
- 12. Kim GY, Park SI, Song BH, Shin YK. 2002. Emission characteristics of mathane and nitrous oxide by management of water and nutrient in a rice paddy soil. Korean J Environ Agric 21: 136-143.
- 13. Kim K, Shin M, Ko J, Ha K, Kim B, Nam J, Ko J, Baek M, Kim Y, Kang H, Noh G, Kim W, Park H, Choung J, Baek S, Shim W, Mo Y, Kim K, Kim C. 2008. A new mid-late maturing, lodging tolerance and good-quality rice variety "Saenuri". Korean J Breed Sci 40: 503-506.
- 14. Korean Statistical Information Service (KOSIS). 2023. Available from: https://kosis.kr/statHtml/statHtml.do?orgId=101&tblId=DT_1ET0221&vw_cd=MT_ZTITLE&list_id=K1_19&seqNo=&lang_mode=ko&language=kor&obj_var_id=&itm_id=&conn_path=MT_ZTITLE
- 15. Kwak DY, Yeo US, Lee JH, Oh BG, Shin MS, Ku YC. 2007. Mass screening method for rice virus resistance using screen house. Korean J Crop Sci 52: 129-133.
- 16. Kwun KC, Lee JH. 1983. Effect of nitrogen split applications on growth and yield of rice varieties. Res Rept ORD 25: 58-63.
- 17. Lee CK, Kim JT, Choi YH, Lee JE, Seo JH, Kim MJ, Jeong EG, Kim CK. 2009. Optimum sieve-slit width for effective removal of immature kernels based on virietal chracteristics of rice to improve milling efficiency. Korean J Crop Sci 54: 357-365.
- 18. Morita S, Nakano H. 2011. Nonstructural carbohydrate content in the stem at full heading contributes to high performance of ripening in heat-tolerant rice cultivar Nikomaru. Crop Sci 51: 818-828.
- 19. Park HK, Choi MG, Park TS, Ku BI, Kim YD, Ko JK, Choi WY, Kim BK. 2009. Effect of low nitrogen fertilizer application on growth, yield and quality of rice. Korean J Intl Agri 21: 252-260.
- 20. Park HS, Kim KY, Baek MK, Cho YC, Kim BK, Nam JK, Shin WC, Kim WJ, Ko JC, Kim JJ, Jeong JM, Jeung JU, Lee KM, Park SG, Lee CM, Kim CS, Suh JP, Lee JH. 2019. Bacterial blight resistance genes pyramided in mid-late maturing rice cultivar 'Sinjinbaek' with high grain quality. Korean J Breed Sci 51: 263-276.
- 21. Park JS, Lee SS. 1999. Performance of rice varieties at the different levels and time of nitrogen application. Korean J Crop Sci 33: 222-228.
- 22. RDA2012. Standard of analysis and survey for agricultural research 315-338.
- 23. RDA2016. Project plant for collaborative research program to develop new variety summer crop 3-50.
- 24. RDA2017. Project plant for collaborative research program to develop new variety summer crop 3-50.
- 25. RDA2018. Project plant for collaborative research program to develop new variety summer crop 1-46.
- 26. Rho YD, Lee JH, Cho JY. 1997. Nitrogen responses of rice varieties on grain yield and other agronomic characters. Korean J Crop Sci 22: 1-7.
- 27. Sakai M, Okamoto M, Tamura K, Kaji R, Mizobuchi R, Hirabayashi H, Fukaura S, Nishimura M, Yagi T. 2007. "Nikomaru", a new rice variety with excellent palatability and grain appearance developed for warm region of Japan. Japanese Soc Breed 9: 67-73.
