서 언
재료 및 방법
식물 재료
교배조합의 작성
발아 특성 조사 및 priming 처리
재배방식 및 생육 특성 조사
통계 분석
결과 및 고찰
종자 저장기간 및 priming 처리 물질에 따른 발아율
종자딸기의 재배방법 및 파종시기에 따른 생육·수량 특성
종자딸기 교배친인 근교계통의 각 개체별 교잡에 따른 F1 식물체의 표현형
종자딸기 교배친의 세대진전에 따른 F1 식물체의 표현형
서 언
현재 재배되는 8배체 딸기는 다년생 초본성 식물로 런너로 번식하는 영양번식작물이다. 이러한 영양번식 작물인 딸기는 모주로부터 런너를 채취하고 자묘를 육묘하여 정식하는 데 있어 많은 노동력과 비용이 발생하고(Jun et al., 2005), 모주가 바이러스나 병원균에 감염된 경우 자묘에도 전염되어 이병주를 정식할 위험성이 존재한다(Ito et al., 2011a). 특히 탄저병 같은 병원균은 식물체에 감염되어도 특별한 증상이 없다가 본포에 정식 후 발병에 유리한 조건이 되었을 때 나타나 포장 전체에 피해를 입히는 것으로 알려져 있다(Nam et al., 2014). 따라서 이병주에 의한 피해와 모주관리, 유묘 채취 및 관리 등에 많은 노동력, 비용과 시간이 소모되기 때문에 런너를 통한 영양번식 대신 종자번식의 필요성이 과거부터 꾸준히 제기되어 왔다.
최근 세계적으로 종자번식이 가능한 F1 품종에 대한 연구가 증가하는 추세이다(Bentvelsen et al., 1997; Bentvelsen and Bouw, 2000; Maruo et al., 2007; Ito et al., 2010, 2011a, 2011b). 일본에서는 사계성 F1 품종인 ‘Yotsuboshi’(2n = 8x = 56) 등 몇몇 품종들이 육성되었고 일부 품종들이 실용화된 바가 있으며(Usui, 2003; Mochizuki et al., 2017), 일계성 품종의 경우 일본 치바현의 농림종합연구센터에서 ‘치바1호’를 최초로 육성하였다(Ishikawa et al., 2009). 네덜란드의 ABZ SEEDS사는 재배용인 ‘Elan’, ‘Milan’, ‘Durban’, ‘Golan’, ‘Grandian’과 관상용인 ‘Merlan’, ‘Tristan’ 등과 같은 품종들을 육성하여 이미 상업적으로 판매해오고 있으며(Durner, 2015), 미국은 다수의 포복경을 가지는 2배체 계통인 ‘Yellow Wonder’을 개발하였다(Slovin et al., 2009). 그리고 국내에서도 S9세대 간 교잡을 통해 F1 hybrid 품종인 ‘Seeberry’를 육성하기도 하였다(Jeong et al., 2015a). 국내에서 육성된 종자번식형인 ‘Seeberry’의 수량은 영양번식 품종보다 적지만 발아율이 높고 개체 간 생육이 균일하여 형태적 측면에서는 안정적인 특징을 나타낸다고 하였다(Jeong et al., 2015a). 그러나, 종자번식 딸기를 상용화하기 위해서는 균일도, 종자발아, 육묘 등 해결해야 할 많은 문제들이 남아 있다(Maruo et al., 2007). 실제 ‘Seeberry’의 경우 교배 당해 연도의 종자로만 실험을 하여 F1 종자의 저장기간에 따른 발아율 등에 대한 연구가 부족한 실정이다. 또한 딸기의 종자번식이 상용화된다면 지속적인 교배와 채종이 필요하기 때문에 F1 품종의 교배친으로 사용되는 근교계통의 유지방법을 정립하기 위해서는 개체간 교잡에 따른 F1의 형태적 변이 정도의 조사가 필요하다. 또한 채소 작물에 있어서 가장 중요한 종자의 저장기간에 따른 발아율 또한 구명이 필요하다고 할 수 있다.
따라서 본 연구는 8배체 딸기로부터 유래된 ‘Seeberry’ 품종의 교배친인 근교계통(S9, S10세대)의 개체 간 교잡을 통한 F1 품종의 형태적 안정성 및 저장기간에 따른 발아율을 구명하기 위해 수행되었다.
재료 및 방법
식물 재료
종자딸기로는 F1 hybrid ‘Seeberry’ 품종을 이용하였다. ‘Seeberry’는 자방친으로는 ‘Benihoppe 3-5-1-8-307-8-138-5-5’, 화분친은 ‘Toyonoka 1-3-6-40-7-10-1-8-8’을 이용하여 S9 근교계통 간 교잡에 의해 육성되었다(Jeong et al., 2015b). ‘Seeberry’의 교배친인 S9세대 근교계통들의 각 개체에 따른 F1 hybrid 표현형 특성 구명을 위해 자방친으로는 ‘B-3-5- 1-8-307-8-138-5-5(1 ‑ 9), 화분친으로는 ‘T-1-3-6-40-7-10-1-8-8(1 ‑ 9)’ 등 각각 9개체들을 이용하였다(Fig. 1). 교배친 유지·증식에 따른 F1 hybrid 표현형 특성 조사를 위해 S10세대는 S9세대에서 종자를 받아 실생번식을 시킨 후 초세가 우량한 개체를 선발(자방친: ‘B-3-5-1-8-307-8-138-5-5-1’, 화분친: ‘T-1-3-6-40-7-10-1-8-8-9’)하여 교배친으로 이용하였다.
Fig. 1.
Pedigree diagram of parents for the ‘Seeberry’ F1 hybrid breeding in octoploid strawberry. In Sn-number, Sn is the selfing generation and the number is the number of selected individuals among y in brackets. The zin brackets indicates the number of surviving seedlings after sowing seeds from each generation, and yin brackets shows the number of selected individuals among surviving seedlings for advancing selfing generation.
교배조합의 작성
S9세대의 각 개체별 교배조합은 S9세대의 종자를 파종하여 이 중 각 교배친 9개체를 선발하고 무작위로 교배를 실시하여 종자를 채종, 조제 후 3월에 파종하여 특성 조사에 이용하였다. S10세대의 각 개체별 교배조합은 선발된 우량개체에서 교배(2016년 교배조합)를 하고 매년 같은 개체에서 런너를 받아 증식시킨 후 교배친(2017, 2018년 교배조합)으로 이용하여 교배친의 영양번식에 따른 변이 정도를 조사하였다(Tables 2 and 3).
발아 특성 조사 및 priming 처리
저장기간에 따른 종자 발아시험은 2014년 교배 후 수확된 ‘Seeberry’의 종자를 4°C에 저장하여 교배 당해 연도(2014년)부터 2019년까지 5년 간(Fig. 2; 0-5) 매년 실시하였다. 종자 priming 처리는 100립씩 3반복으로 처리하였으며, 처리 후 3월경에 포장의 트레이에 파종하여 한 달간 발아율을 조사하였다.
Priming 처리는 1년 동안 4°C에서 보관된 ‘Seeberry’ 종자에 MgCl2, NH4NO3, NaCl은 각각 200mM, H2O2는 1.5%로 처리하였고, 대조구는 증류수만을 처리하였다. 처리방법은 종자를 Petri dish에 치상한 후 각 처리물질을 15mL씩 공급하여 20°C, 암조건에서 4일간 처리한 다음 2일간 증류수에 침지한 후 발아시험에 이용하였다(Rho et al., 2004).
발아시험은 직경 9cm의 Petri dish에 흡습지(Whattman No. 2) 1매를 깔고 priming 처리한 종자를 각각 100립씩 3반복으로 치상하여 4mL의 증류수를 넣어 20°C에서 광(16 h)/암(8 h) 조건에서 35일간 실시되었다.
재배방식 및 생육 특성 조사
촉성재배 방법은 ‘Seeberry’의 종자를 3월 말경에 파종하여 육묘한 후 9월 중순경에 온실 내 토양에 정식하여 가온 재배를 통해 12 ‑ 4월까지 수확하였다. 반촉성재배는 2 ‑ 5월 매월 파종하여 10월 초에 정식한 후 무가온으로 재배하여 2 ‑ 4월까지 수확하였다.
식물체 특성 조사는 2월 초순에 실시하였는데, 초장은 조사 식물체의 엽병장과 잎을 합친 길이가 가장 긴 것을 조사하였고, 소엽장과 소엽폭은 초장 조사를 한 소엽의 길이와 폭을 조사하였다. 과실 품질(당도: N-1, Atago Co., Ltd, Itabashi-ku, Tokyo, Japan; 경도: FHM-1, Takemura, Toshima, Tokyo, Japan) 및 수량 특성은 재배기간 동안 조사한 것을 평균하여 나타내었다. 상품과는 과중이 10g 이상이면서 기형과, 난형과 등을 제외한 과실을 상품과로 분류하였다.
통계 분석
본 연구에서 수집된 데이터는 SPSS Statistics 21 프로그램(Statistical Package for Social Science, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 일원배치 분산분석(One-way ANOVA)을 실시한 후, Ducan’s multiple range test를 통해 5% (p < 0.05)수준에서 통계학적 유의성을 검정하였다.
결과 및 고찰
종자 저장기간 및 priming 처리 물질에 따른 발아율
딸기 종자의 저장기간에 따른 연차별 발아율을 조사한 결과, 당해 연도(Fig. 2의 0) 교배한 F1 종자는 발아율이 90% 이상으로 높았고, 1 ‑ 2년간 4°C에서 보관하였을 경우 발아율이 45 ‑ 50% 내외, 3년 이후부터는 발아율이 급격히 떨어지는 경향을 나타내어 4 ‑ 5년차에는 발아율이 10% 미만으로 F1 딸기 종자의 최장 저장기간은 2년 내외인 것으로 판단된다(Fig. 2). 일본에서 육성한 ‘Chiba F-1’의 경우도 교배 당해 연도의 발아율이 85%이상으로 본 연구결과와 유사한 결과를 나타내었다(Ito et al., 2011b). Rho et al.(2012)은 3품종 유래 일계성 딸기를 이용하여 S9세대까지 세대를 진전시킨 후 이들 간 교잡을 통해 얻은 F1 hybrid 3조합의 발아율은 90% 이상이였다고 하였다. 이들 근교계통 간 교배조합 중 원예적 형질이 가장 우수한 한 조합을 선발하여 ‘Seeberry’ 품종을 육성하였다. 이때 당해 연도 F1 품종의 발아율이 90% 이상 된다고 하였으나 저장기간에 따른 발아율 조사는 없었다. 따라서 일반적인 딸기의 교배육종에서 많이 이용되는 딸기의 발아율과 비교해 보면 단교잡에서 딸기의 발아율은 30 ‑ 50% 정도인 것으로 보고(Ito et al., 2010; Lee et al., 2018)되고 있어 F1 종자 딸기의 종자 발아율이 높음을 확인할 수 있었고 저장기간에 따라 발아율이 감소함에도 불구하고 단교잡에 의한 발아율과 유사함을 확인할 수 있었다.
딸기 종자는 경실종자로 호르몬 처리(gibberellin), 종피 파상처리(sulfuric acid), priming처리(potassium nitrate) 같은 화학적 처리로 발아율을 향상시킬 수 있다(Yanagi et al., 2004; Lata et al., 2018). Rho et al.(2004)은 딸기 교배 종자의 priming 처리가 발아에 미치는 영향을 조사한 결과, 전체적인 발아 속도는 20°C에서 높았고 NH4NO3 처리에서 발아속도가 가장 빠르며 최종발아율도 가장 높았다고 하였다. 또한 H2O2는 많은 작물에서 종자 내 단백질이나 호르몬 변화를 주어 종자 발아를 향상시킨다는 보고가 있다(Fontaine et al., 1994; Katzman et al., 2001; Zeinalabedini et al., 2009). 따라서 F1 종자딸기의 종자 발아율 향상을 위해 1년간 저온저장된 F1 ‘Seeberry’ 종자를 이용하여 priming 처리한 결과, 대조구(증류수)이 60.0%인 데 반해, NaCl2 76.7%, NH4NO3 81.7%, MgCl2 88.3%, H2O2 85.0%로 모든 처리가 대조구보다 발아율이 높게 나타났다(Fig. 3). 특히 MgCl2와 NH4NO3, H2O2 처리는 발아율과 발아세 모두 우수하여 향후 종자 보관 후 발아율 향상의 한 방법으로 사용할 수 있을 것이라 판단된다.
그러므로 F1 종자딸기는 교배 당해 연도 종자를 파종할 경우 발아율이 가장 높으나 향후 상업적으로 판매될 경우 유통과정이 있어 당해 연도 파종은 힘들 것으로 판단된다. 따라서 1 ‑ 2년 저장된 종자를 파종할 경우는 전체 파종량을 2배로 늘리거나 프라이밍 등의 전처리를 통해 발아율 향상을 도모하는 것이 적절한 파종방법이라 판단된다(Figs. 2 and 3).
종자딸기의 재배방법 및 파종시기에 따른 생육·수량 특성
F1 ‘Seeberry’의 재배작형에 따라 생육, 수량성, 품질 등을 조사한 결과 촉성재배에서는 수량이 대비 품종(‘설향’)에 비해 15% 가량 적었고, 과실의 당도와 경도는 큰 차이가 없었다(Table 1). 그러나 상품과 과중이 대비 품종에 비해 작고, 전체 재배기간 동안의 경도 평균은 대비 품종과 비슷하나 고온기인 봄철로 갈수록 과육 내부의 경도가 급격히 낮아지는 단점을 나타내어 이를 보완할 수 있는 F1 품종이 필요한 것으로 나타났다. 파종일을 달리하여 반촉성재배 작형으로 재배한 결과, 수량이 2월과 3월에 파종하여 육묘한 후 재배할 때 수량이 가장 높았으나 촉성재배 작형보다는 수량이 다소 떨어지는 경향이었다. 반촉성재배 작형 또한 봄철 고온기에 과실의 과육 부분이 급격히 물려지는 현상으로 경도가 급격히 낮아지는 단점이 나타났다.
Table 1.
Growth and yield characteristics of seed-propagated strawberry 'Seeberry' according to cultivation type (forcing and semi-forcing) and sowing period (Feb-May)
파종시기에 따른 수량 차이는 일반적으로 딸기의 우량묘는 관부직경이 10mm 이상인 묘를 우량묘로 간주하고 있는데(Rho et al., 2007; Choi et al., 2010), 2월과 3월에 파종한 묘는 영양생장 기간이 충분하여 10mm 이상의 우량묘를 육성할 수 있는 반면, 4월과 5월에 파종한 묘는 영양생장 기간이 부족함으로써 수량에 영향을 미쳤을 것으로 판단된다.
종자딸기 교배친인 근교계통의 각 개체별 교잡에 따른 F1 식물체의 표현형
근교계통들의 유전적 유사도 검정 결과, 세대가 진전될수록 유전적 유사도는 증가하지만 S9 세대에서도 100% 일치하지 않아 교배 개체 간 차이로 인해 F1에서 표현형 차이가 나타날 수 있다. 따라서 ‘Seeberry’ 품종의 교배친인 S9 세대 간 교잡에 있어 각 교배 개체별로 차이를 검정하기 위해 9조합을 작성하여 특성검정을 실시하였다. 그 결과 8개체들의 조합에서는 ‘Seeberry’와 유사한 식물체 특성과 과실 품질 및 수량성을 나타내었으나 1조합(O5×P5)에서 있어서 초장, 소엽장, 소엽폭, 상품과 평균 과중 및 수량성이 다소 떨어지는 조합이 나타났다(Table 2). 이것은 Um et al.(2019)이 ‘Seeberry’의 교배친인 근교계통들의 유전적 유사도가 90% ‑ 95% 정도라고 하여 완벽하게 고정되지 않았음을 보고한 봐 있는데 본 연구에서도 일부(9조합 중 1조합) 조합에 있어서 아직 유전적으로 고정되지 않은 개체를 교배친으로 이용함으로써 표현형에서 다소 차이가 나는 것으로 보인다.
Table 2.
Growth and yield characteristics of seed-propagated strawberry 'Seeberry' cultivar according to crossing combination using individual plants of the S9 generation as crossing parents
종자딸기 교배친의 세대진전에 따른 F1 식물체의 표현형
F1 종자딸기의 상업적 유통을 위해서는 균일도 및 연차별 안정성이 가장 중요하다. 따라서 F1 종자딸기의 안정적인 생산을 위해 교배친의 세대진전(S9 → S10)에 따른 표현형 특성과 연차별 영양번식으로 교배친을 유지하였을 때 F1의 표현형에 대한 연구를 수행하였다. 교배 세대별(S9 세대 간 교배, S10 세대 간 교배) ‘Seeberry’의 특성을 비교한 결과, 초장, 소엽장, 소엽폭 등 식물체 특성은 차이가 없었고, 상품과 평균과중, 당도, 경도, 수량 등에 있어서도 차이가 없었다. 따라서 S9세대 간 교배에 의한 ‘Seeberry’이나 S10세대 간 교배에 의한 ‘Seeberry’ 품종들의 교배 개체 간 차이가 없음을 확인할 수 있었다(Table 3). 또한 영양번식 방법에 의한 교배친의 유지· 증식에 따른 F1 개체의 차이를 구명하기 위해 S10 세대의 교배친 개체에서 매년 자묘를 받아 연차 간 교배를 실시하여 F1 개체 간 차이를 검정한 결과, 차이가 없음을 확인하였다. Rho et al.(2012)도 F1 hybrid의 자식후대 개체들이 heterosis에 의해 초세, 수량성 등이 회복되고 식물 개체들의 균일도가 높다고 하였고, Mochizuki et al.(2017)도 F1 hybrid 품종인 ‘Yotsuboshi’의 균일도를 형태적 특성 및 DNA marker 등을 통해 균일도가 높다고 하였으나 교배친의 세대진전이나 유지방법에 따른 F1의 표현형 특성에 관한 보고는 없었는데, 본 연구에서 교배친의 각 개체들을 자묘를 통해 증식하여 교배하여도 F1 표현형이 큰 차이가 없다는 것을 확인하였다. 그러나 종자딸기 품종 육성을 위해 교배친의 반복적인 selfing 세대의 진전은 근교계통들의 유전적 유사도는 증가하지만 이들 간 교잡에 의해 유도되는 잡종강세 정도가 많이 떨어질 가능성이 있기 때문에 최대의 잡종강세 현상을 유도할 수 있는 최적의 selfing 세대 구명이 필요할 것으로 보인다.
Table 3.
Growth and yield characteristics of F1 hybrid strawberry 'Seeberry' according to generation advancement and vegetative propagation on year on year of crossing parents
z(S9×S9) and (S10×S10) represent crosses between generations of crossing parents in the 'Seeberry' cultivar. Crossing combinations of 2016 (S10×S10) indicate crosses between individuals of the S10 generation. Crossing combinations of 2017 and 2018 mean crosses between individuals propagated by runner at the S10 generation (2016) of crossing parents.
교배친의 세대진전에 따른 F1 식물체들은 큰 차이가 없었으나 만일 초세가 약화된 개체를 세대진전시켜 교배친으로 사용할 경우 기존에 육성된 F1 개체와 차이가 있음을 확인할 수 있었다(Table 2). 따라서 딸기의 F1 품종 육성 시 교배친으로 사용된 각 개체들을 유지하는 것이 F1 품종의 순도를 유지할 수 있는 방법이라 사료되기 때문에 교배친들을 영양번식 방법에 의해 증식시켜 유지 보존하는 방법이 필요할 것으로 판단된다(Table 3). 또한 S9 ‑ S10 세대는 너무 많은 selfing 세대진전으로 인해 잡종강세를 유도하더라도 현재 사용하고 있는 영양체번식 딸기만큼의 성능을 나타내기에는 다소 부족한 면이 있기 때문에 selfing 초기 세대에서 근교계통을 선발하여 F1 신품종 육성을 고려해 보아야 할 것으로 생각된다. 최근 육종기술 진전에 따라 HRM 같이 단일 염기서열을 이용하여 유전적 유사도를 측정할 수 있는 기술들이 개발되고 있다(Lee et al., 2017; Forcelini et al., 2018). 따라서 초기 세대에서 유전적 유사도가 높은 개체를 선발하고 이를 활용하여 F1 품종을 육성한다면 영양번식체를 대체할 수 있는 F1 품종을 육성할 수 있을 것이라 생각된다.
