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문제 정의
- 본 연구는 국내에 자생하는 억새 유전자원의 생육특성을 구명하기 위하여 국내외로부터 1,200 여점의 유전자원을 수집하였으며, 그 중에서 재배연수가 3년 이상인 유전자원 960여점을 대상으로 2013년과 2014년 억새의 주요 생육기간 동안인 맹아일로부터 지엽전개일 및 출수일까지의 생육특성을 분석하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 본 연구에서는 국내외 각지에서 수집한 물억새, 참억새 등을 포함한 약 960 여점의 억새 유전자원의 개화특성을 평가함으로서 교배육종의 모본선발 등에 필요한 기초자료 축적하기 위하여 수행되었다. 이에 2013년과 2014년 2년간 시험포장 조건하에서 맹아일로부터 지엽전개일 및 출수일까지 조사를 수행하였으며, 각 억새 유전자원의 지엽전개 및 출수까지 소요되는 생육일수 등에 대하여 연차 간 변이를 분석하였다.
- , 2011). 하지만 억새의 경우 줄기 끝분열 조직(shoot apical meristem)이 잎집에 둘러쌓여 있기 때문에 줄기 및 잎집을 쪼개지 않고서는 직접적인 관찰이 불가능하여 지엽이 전개되는 시기를 화아분화기로 예측하고자 하였다(Jensen et al., 2013).
제안 방법
- 각 억새 유전자원의 2013년도 맹아기로부터 출수기까지의 생육일수와 2014년도 생육일수와의 상관관계를 분석하였다(Fig. 6). 물억새 유전자원의 경우 상관계수(r)가 0.
- 억새 유전자원의 출수특성 조사를 위하여 매년 6월말부터 억새의 출수가 완료되는 생육말기인 11월말까지 1일 1회 전 유전자원을 대상으로 조사를 수행하였다. 각 억새 유전자원의 생육일수(DOY, day of year)는 맹아일로부터 지엽전개일 및 출수일까지의 소요일수를 계산하였다.
- 출수 특성조사 대상의 억새 유전자원은 재식연차가 3년 이상인 유전자원에 한하여 실시하였다. 각 억새 유전자원의 초엽이 최초로 관찰된 일을 맹아일(ST, Sprouting time)로 기록하였다. 해당년도에 각 억새 유전자원의 개화특성 조사는 Jensen et al.
- 지엽이 최초로 확인된 일을 지엽전개일(FS1, Flowering stage 1)으로, 유수가 지엽 위 1 cm 이상 출현이 관찰된 일을 출수기(FS2, Flowering stage 2)로 구분하였다. 억새 유전자원의 출수특성 조사를 위하여 매년 6월말부터 억새의 출수가 완료되는 생육말기인 11월말까지 1일 1회 전 유전자원을 대상으로 조사를 수행하였다. 각 억새 유전자원의 생육일수(DOY, day of year)는 맹아일로부터 지엽전개일 및 출수일까지의 소요일수를 계산하였다.
- 국내의 각 지역별로 수집한 유전자원 수는 Table 1과 같다. 억새 종중 물억새와 참억새 유전자원은 형태적인 특성에 따라 구분하여 수집하였다. 물억새의 경우는 불규칙한 형태로 줄기가 형성되며 늦가을 및 겨울에는 줄기의 잎집이 탈락되며, 지하경은 길고 가늘며 넓게 뻗어나가며 소수(spikelets)에는 솜털(callus hair)이 있으나 까락(awn)은 없는 것이 특징이다.
- , 2010). 위와 같은 특성에 기초하여 억새 한 줄기 당 하나의 지하경을 굴취하였으며 비닐 지퍼백에 밀봉하여 운송하였다.
- 본 연구에서는 국내외 각지에서 수집한 물억새, 참억새 등을 포함한 약 960 여점의 억새 유전자원의 개화특성을 평가함으로서 교배육종의 모본선발 등에 필요한 기초자료 축적하기 위하여 수행되었다. 이에 2013년과 2014년 2년간 시험포장 조건하에서 맹아일로부터 지엽전개일 및 출수일까지 조사를 수행하였으며, 각 억새 유전자원의 지엽전개 및 출수까지 소요되는 생육일수 등에 대하여 연차 간 변이를 분석하였다.
- 각 수집지역에서 수집된 억새유전자원의 지하경은 전남 무안군에 위치하는 국립식량과학원 바이오에너지작물연구소로 운송 후 억새 한 개체씩 PVC 통(L: 102 cm × W: 72 cm × H: 35 cm)에 재식하였다. 재식 후에 그 어떠한 화학적 비료처리를 하지 않고 무비재배를 수행하였다. 각 억새 유전자원은 재배기간 동안 매년 2월 중·하순경에 지상부를 모두 제거하였다.
- (2011)에 의한 조사기준을 참고하였다. 지엽이 최초로 확인된 일을 지엽전개일(FS1, Flowering stage 1)으로, 유수가 지엽 위 1 cm 이상 출현이 관찰된 일을 출수기(FS2, Flowering stage 2)로 구분하였다. 억새 유전자원의 출수특성 조사를 위하여 매년 6월말부터 억새의 출수가 완료되는 생육말기인 11월말까지 1일 1회 전 유전자원을 대상으로 조사를 수행하였다.
대상 데이터
- 각 수집지역에서 수집된 억새유전자원의 지하경은 전남 무안군에 위치하는 국립식량과학원 바이오에너지작물연구소로 운송 후 억새 한 개체씩 PVC 통(L: 102 cm × W: 72 cm × H: 35 cm)에 재식하였다.
- 국내 각지에서 수집한 억새유전자원은 국립식량과학원 바이오에너지작물연구소 내 억새 유전자원 보존포장에서 3년 이상 재배를 수행하였다. 그 중 960여점의 억새 유전자원에 대하여 맹아일, 지엽전개일 및 출수일의 조사를 수행하였으며 그 결과는 Table 2와 같다.
- 억새 유전자원은 2010년부터 2013년까지 국내 각지에서 수집하였다. 국내의 각 지역별로 수집한 유전자원 수는 Table 1과 같다.
- 연도별 기후관측은 국립식량과학원 바이오에너지작물연구소가 위치하는 무안지역의 농촌진흥청 농업기상정보 서비스(http://weather.rda.go.kr)에서 제공하는 관측자료를 활용하였다.
데이터처리
- 모든 통계처리는 SAS 프로그램 9.2 버전(Statistical Analysis System ver. 9.2, SAS Institute, Cary, NC, USA)을 사용하여 수행되었다.
이론/모형
- 해당년도에 각 억새 유전자원의 개화특성 조사는 Jensen et al.(2011)에 의한 조사기준을 참고하였다. 지엽이 최초로 확인된 일을 지엽전개일(FS1, Flowering stage 1)으로, 유수가 지엽 위 1 cm 이상 출현이 관찰된 일을 출수기(FS2, Flowering stage 2)로 구분하였다.
성능/효과
- 1. 억새의 맹아가 진행되는 4월초부터 생육말기인 11월까지의 2013년도 평균기온은 19.1℃이었고, 2014년의 평균 기온은 13.9℃로 관측되었다. 평균 강수량 및 누적 강수량은 2013년에 3.
- 2. 2013년 및 2014년 3월초부터 11월말까지의 지표로부터 10 cm 이내의 평균 토양수분 조사결과, 2013년에는 24.9%이었으며 2014년에는 32.2%로 나타났다. 하지만 2013년에는 3월초부터 8월 20일까지 20.
- 2013년 및 2014년 3월초부터 11월말까지의 지표로부터 10 cm 이내의 평균 토양수분 조사결과, 2013년에는 24.9%이었으며 2014년에는 32.2%로 나타났다. 하지만 2013년에는 3월초부터 8월 20일까지 20.
- 4b). 2년간 각 억새 유전자원의 맹아 일로부터 출수일까지 소요되는 생육일수는 지엽전개일과 같은 경향을 보이며 2013년도에 비하여 2014년도 약 10~15일가량 출수가 빨라지는 것을 확인하였다. Fig.
- 7일로 나타나 가장 생육일수가 길었으며 유의적인 차이를 나타냈다. 2년간의 물억새 및 참억새 유전자원의 평균 생육일수를 살펴보면 2013년에 비하여 2014년의 생육일수가 작아지며 약 10~15일 가량 지엽전개가 빨라진 것을 알 수 있었으나, 연차 간 차이는 통계적으로 유의하지는 않았다.
- 3. 수집지역별 억새 유전자원의 맹아일로부터 지엽전개일까지 평균 생육일수를 분석한 결과, 경기지역에서 수집한 억새 유전자원의 평균 생육일수가 가장 짧았으나 남부지역으로 내려갈수록 평균 생육일수가 긴 것을 알 수 있었다.
- 4. 2년간의 조사결과, 전남지역에서 수집한 물억새 중에서 거대 1호(Miscanthus sacchariflorus cv. Geodae 1) 및 우람억새(M. sacchariflorus cv. Uram)는 지엽전개가 가장 늦은 것으로 조사되었으며 맹아일로부터 소요되는 생육일수가 가장 긴 것으로 나타나, 타 억새종에 비하여 영양생장기간이 긴 것으로 판단된다.
- 5. 2013년도 맹아일로부터 출수일까지의 생육일수와 2014년도 생육일수와의 상관관계 분석결과, 물억새 유전자원의 경우 상관계수(r)가 0.70으로 나타났으며, 참억새 유전자원은 0.89로 나타나 2년간의 생육일수 사이에 높은 상관관계가 있음을 확인하였다.
- 6. 2014년에 비하여 2013년도 출수가 지연된 요인으로는 높은 기온, 낮은 강수량 및 토양수분의 영향인 것으로 추측할 수 있으며, 3년 이상 동일조건에서 재배한 억새 유전자원의 생육일수는 수집지역간의 유의적인 차이가 있었으며, 억새 유전자원의 출수특성은 현재 재배지역의 환경적 요인보다 자생지에서 다년간 적응되며 나타난 고유한 유전자형의 영향을 받는다는 것을 추측할 수 있다.
- 수집지역별 억새 유전자원의 맹아일로부터 지엽전개일까지 평균 생육일수를 분석한 결과는 Table 3과 같다. 경기지역에서 수집한 물억새 유전자원의 2013년도 맹아일로부터 지엽전개일까지의 평균 생육일수가 가장 짧았으나 남부지역에서 수집한 유전자원은 평균 생육일수가 길어지는 것을 알 수 있었으며, 전남지역에서 수집한 물억새 유전자원의 평균 생육일수는 164.1일로 가장 길었다. 이러한 경향은 2014년도에서도 동일하게 확인되었으며, 지역별로 유의적인 차이를 보였다.
- , 2011). 또한 3년 이상 동일조건에서 재배한 억새 유전자원의 출수일까지 생육일수는 수집지역간의 유의적인 차이가 있었던 것으로 나타나 국내에서 수집된 억새 유전자원의 출수특성은 현재 재배지역의 환경적 요인보다 자생지에서 다년간 적응되며 나타난 고유한 유전자형의 영향을 받는다는 것을 추측할 수 있다. 향후 지속적인 개화특성 조사를 수행하며 특히 출수가 완료되고 개화까지 소요되는 생육일수 특성 분석 및 환경적 요인과의 상호관계 분석 등을 수행할 예정이며, 이러한 기초자료는 종간 및 종내 교배육종에 필요한 모본선발을 위하여 비슷한 시기의 생육일수, 출수 및 개화되는 우수억새 유전자원의 선발에 활용하고자 한다.
- 6). 물억새 유전자원의 경우 상관계수(r)가 0.70으로 나타났으며, 참억새 유전자원은 0.89로 나타나 2년간의 생육일수 사이에 높은 상관관계가 있음을 확인하였다.
- 본 연구결과, 2013년도 억새 유전자원의 생육기간이 2014년 도에 비하여 길었던 이유는 2013년은 2014년에 비하여 기온은 높고 강수량은 적었으며, 특히 억새의 주요 생육기간 중에 토양수분이 낮았던 영향에 의한 것으로 추측된다. 작물의 출수에 관여하는 여러 환경적인 요인 중에서 유효수분도 역시 중요하다고 알려져 있다.
- (2011)은 지엽전개일까지 가장 생육기간이 길었던 유전자원은 한국의 남부지역과 일본의 서부지역에서 수집한 것으로 일본의 북동쪽 및 한국의 북쪽 지역으로 갈수록 생육기간이 짧아지는 경향을 나타낸다고 기술하였다. 본 연구결과에서도 경기지역에서 수집한 참억새 유전자원의 2013년 및 2014년도 평균 생육일수는 각각 133.0일 및 111.2일로 나타났으며, 제주도에서 수집한 참억새 유전자원은 각각 165.1일 및 141.7일로 나타나 가장 생육일수가 길었으며 유의적인 차이를 나타냈다. 2년간의 물억새 및 참억새 유전자원의 평균 생육일수를 살펴보면 2013년에 비하여 2014년의 생육일수가 작아지며 약 10~15일 가량 지엽전개가 빨라진 것을 알 수 있었으나, 연차 간 차이는 통계적으로 유의하지는 않았다.
- 특히 참억새 유전자원 중에서 2013년도에 생육일수가 두드러지게 짧은 유전자원은 2014년도와 비슷한 경향을 보이며 짧은 생육일수를 나타내는 것을 확인하였다. 이러한 억새 유전자원은 대체적으로 국내의 북부지역인 경기 및 경북지역에서 수집된 것으로 지리적으로 억새의 출수가 상이한 것을 확인하였다. 또한 출수까지의 연차간 생육일수 차이가 다소 보였으나 타 수집지역의 억새유전자원에 비하여 빠르게 출수하는 특성을 지닌 것으로 추측된다.
- 참억새 유전자원의 평균생육일수도 북부지역 수집종이 가장 짧았으며 남부지역으로 갈수록 길어지는 것으로 나타났다. 억새의 지엽전개일까지 소요된 생육기간의 지리적 차이에 대하여 Jensen et al.
- 특히 2013년과 2014년 조사결과, 전남지역에서 수집한 물억새 중에서 거대 1호(Miscanthus sacchariflorus cv. Geodae 1) 및 우람억새(M. sacchariflorus cv. Uram)는 가장 늦게 지엽전개가 관찰되며 맹아일로부터 소요되는 생육일수가 가장 긴 것으로 나타났다. 식물에 있어서 영양생장으로부터 생식생장으로의 식물 생육상 전환시기는 식물의 생육단계 중에서 가장 중요한 시기이다(Jensen et al.
- 5에서도 보여지듯이 전반적으로 억새 유전자원의 맹아일로부터 출수일까지 소요되는 생육일수의 연도별 차이를 확인할 수 있었다. 특히 참억새 유전자원 중에서 2013년도에 생육일수가 두드러지게 짧은 유전자원은 2014년도와 비슷한 경향을 보이며 짧은 생육일수를 나타내는 것을 확인하였다. 이러한 억새 유전자원은 대체적으로 국내의 북부지역인 경기 및 경북지역에서 수집된 것으로 지리적으로 억새의 출수가 상이한 것을 확인하였다.
후속연구
- 또한 3년 이상 동일조건에서 재배한 억새 유전자원의 출수일까지 생육일수는 수집지역간의 유의적인 차이가 있었던 것으로 나타나 국내에서 수집된 억새 유전자원의 출수특성은 현재 재배지역의 환경적 요인보다 자생지에서 다년간 적응되며 나타난 고유한 유전자형의 영향을 받는다는 것을 추측할 수 있다. 향후 지속적인 개화특성 조사를 수행하며 특히 출수가 완료되고 개화까지 소요되는 생육일수 특성 분석 및 환경적 요인과의 상호관계 분석 등을 수행할 예정이며, 이러한 기초자료는 종간 및 종내 교배육종에 필요한 모본선발을 위하여 비슷한 시기의 생육일수, 출수 및 개화되는 우수억새 유전자원의 선발에 활용하고자 한다.
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