보고서 정보
주관연구기관 |
국립식량과학원 National Institute of Crop Science |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2016-02 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
농촌진흥청 Rural Development Administration(RDA) |
등록번호 |
TRKO201600003128 |
과제고유번호 |
1395041008 |
사업명 |
작물시험연구 |
DB 구축일자 |
2016-06-25
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201600003128 |
초록
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Ⅳ. 연구개발결과
바이오에너지용 高收量, 불임성 억새 품종을 개발하기 위해 한국에 자생하는 억새 유전자원 종별 세포학적, 형태적 특성을 평가하는 한편, 개화특성 구명을 통한 교배방법을 개발하기 위해 수행한 결과를 요약하면;
1. 억새 유전자원 20개 수집종을 선정하고 DAPI 염색법으로 배수성 수준을 구명 후 핵내 DNA 함량과 기공 및 영의 길이 등 특성을 조사
가. 물억새 2배체(4.56±0.01pg/2C) 3개체, 물억새 4배체(8.90±0.14 pg/2C) 6개체, 참억새 2배체(5.40±0.18pg/2C)
Ⅳ. 연구개발결과
바이오에너지용 高收量, 불임성 억새 품종을 개발하기 위해 한국에 자생하는 억새 유전자원 종별 세포학적, 형태적 특성을 평가하는 한편, 개화특성 구명을 통한 교배방법을 개발하기 위해 수행한 결과를 요약하면;
1. 억새 유전자원 20개 수집종을 선정하고 DAPI 염색법으로 배수성 수준을 구명 후 핵내 DNA 함량과 기공 및 영의 길이 등 특성을 조사
가. 물억새 2배체(4.56±0.01pg/2C) 3개체, 물억새 4배체(8.90±0.14 pg/2C) 6개체, 참억새 2배체(5.40±0.18pg/2C) 6개체, 참억새 3배체(8.29±0.33 pg/2C) 3개체로 판명
나. 종미상 국내 수집종 1은 핵내 DNA 함량 7.31 pg/2C로 도입 이질 3배체의 7.23 pg/2C과 비슷하고 염색체 수도 57개로 같아 동일종으로 추정
다. 억새 종의 핵내 DNA 함량은 기공 및 영 길이와 정의 상관이었음
2. 참억새, 물억새, 이질 3배체의 형태적 특성(지하경 길이, 하위 엽초의 포개지고 벌어짐, 잎 뒷면의 모용 유무, 영의 까락 유무)에 따른 유전자원 검정한 결과; 종 미상 1, 2
가. 종 미상 1 : 중간 길이의 지하경, 하위 엽초가 벌어지며 잎 뒷면의 모용의 유무가 기존 이질 3배체와 달랐음.
나. 종 미상 2 : 지하경이 짧고 하위 엽초가 포개져 참억새와 비슷하였으나 잎 뒷면의 모용 유무와 영의 까락 유무가 달랐음
3. 억새 품종 육성을 위한 교배방법(안) 개발
가. 온실 내에서 참억새 2배체(BM 00558)/물억새 4배체(BM 00184) 등 32조합을 비닐 원통으로 격리, 교배하였으나 교배종자 미수확
나. 개약 시각 추정 : 물억새와 참억새의 화분은 각각 오전 7시, 6시부터 화분 비산, 오전 9시에는 발아 안 됨
다. 화분활력 유지방법 : 절화 보존액이용 물억새 이삭은 7일간 활력 유지, 참억새 이삭은 2일 경과 후 비산 시작 7일 까지 지속, 부직포 격리구가 활력유지에 유리
라. 거대1호(물억새 4배체)/BM 00720(참억새 2배체) 등 13조합 시험교배 결실종자 확보
바. 자가수정률 : 참억새와 물억새 각각 1.5%, 0.6%, 자연교배율 각각 35.5%, 18.6%
4. 국내외 각지에서 수집한 거대억새를 포함한 물억새, 참억새 등 약 960 여점의 억새 유전자원의 형태적, 유전적 및 생리, 생태적 특성을 평가, 교배육종의 모본선발 등에 필요한 기초자료 축적하기 위하여 수행
가. 국내 억새유전자원의 지엽전개 또는 출수까지 소요되는 생육일수와 연도별 비교에 관한 연구는 거의 전무하며 본 연구가 최초
나. 억새 유전자원의 전체생육일수, 즉 맹아일로부터 지엽전개일까지 또는 맹아일로부터 출수일까지의 생육일수의 변이가 큼
다. 억새 유전자원은 수집지역별로 생육일수의 유의적 차이, 고위도 생육일수가 짧았음
라. 물억새 유전자원 중에서 거대 1호는 다른 물억새 유전자원에 비하여 지엽전개일까지 소요되는 생육일수가 가장 길었으며, 월등히 긴 영양생장기간으로 인하여 바이오매스 축적양이 많은 것으로 설명할 수 있음.
마. 18개의 생육 및 형태적 특성을 통하여 60여점의 억새유전자원 간의 다양성 평가하고, 분류적 형태적 특성기준을 이용하여 국내 자생 이질 3배체 존재구명 기대
바. 60여점의 억새 유전자원간의 유전적 유연성을 분석한 결과, 억새 유전자원의 유전적 유연관계와 형태적 특성의 유연관계는 phenotypic 분석과 genotypic 분석을 병행 비교 필요.
사. 억새 유전자원 유전적 유연관계 분석에는 다양한 기원(물억새, 기타 억새종 및 근연종)의 마커를 활용하는 등 개선된 연구가 지속되어야 보다 정확한 품종 육종 정보의 축적 및ㅊ 활용이 가능할 것으로 판단됨
Abstract
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Currently, climate change and fossil fuel resource depletion are major global concerns. To limit climate change, reduce greenhouse gas emissions, and replace fossil fuel resources, renewable energy sources must be developed.
Miscanthus is among the best biomass crops for temperate environments bu
Currently, climate change and fossil fuel resource depletion are major global concerns. To limit climate change, reduce greenhouse gas emissions, and replace fossil fuel resources, renewable energy sources must be developed.
Miscanthus is among the best biomass crops for temperate environments but current production is almost entirely associated with a single sterile clone of Miscanthus × giganteus J.M.Greef , Deuter ex Hodk., Renvoize. To create additional and improved cultivars, characterization of available germplasm is needed for biomass traits. Miscanthus is a genus of perennial C4 grasses native to eastern Asia (Clifton-Brown et al., 2008) and is a promising dedicated biomass crop for temperate environments. The primary cultivar of Miscanthus used for biofuel feedstock production is a sterile triploid genotype of M. × giganteus. In Korea, M. sacchariflorus and M. sinensis can be easily found in all regions.
In order to develop sterile genotype cultivar of miscanthus for bioenergy use, we characterized and evaluated cytological and morphological traits of Miscanthus spp. which were collected in South Korea and developed crossing method to acquire inter-specific hybrid seeds. Among the 20 plants examined, 3 were diploid and 6 were tetraploid M. sacchariflorus(4.56±0.01 and 8.90±0.14 pg/2C nuclear DNA content, respectively), while 6 were diploid and 3 were triploid M. sinensis (5.40±0.18 and 8.29±0.33 pg/2C nuclear DNA content, respectively). One plant was a putative triploid M. x giganteus having 7.31 pg/2C nuclear DNA content, which was similar to an M. x giganteus plant from Illinois, USA having 7.23 pg/2C nuclear DNA content. M. sinensis have short rhizome, overlapped margins of lower leaf-sheaths, pilose leaf and awned lemma.
In contrast to M. sinensis, M. sacchariflorus and M. x giganteous have long or medium size of rhizome, splitted margins of lower leaf-sheaths, glabrous leaf, and non-awned lemma. Among the collected accessions, we discovered two Miscanthus plants which are not belongs to M. sinensis, M. sacchariflorus and M. x giganteous. Thus we temporarily assumed these plants as ‘unknown miscanthus 1’ and ‘unknown miscanthus 2’, respectively. Unknown miscanthus 1 was similar to M. x giganteous which have medium size of rhizome, splitted margins of lower leaf-sheaths and glabrous. But the miscanthus plant have awned or non-awned lemma which was not similar to any Miscanthus species. Unknown miscanthus 2 was similar to M. sinensis which have short rhizome and overlapped margins of lower leaf-sheaths. But the plant have glabrous or pilose leaf and awned or non-awned lemma which was not similar to any Miscanthus species.
We developed inter-specific crossing method of Miscanthus for breeding of sterile types cultivar by evaluating disperse time and germination ratio of pollens, steeping the ear of pollen plants to cut-flowers solution, and isolating the ovule plant and steeped ear of pollen plants to cut-flowers solution with white non-woven fabric which pore size are smaller than pollen. In the crossing test with 13 combination using M. sacchariflorus and M. sinensis, we acquired seeds in all tested combination. In the evaluating of self-fertilization or not in M. sinensis and M. sacchariflorus with developed isolating method, the ratio of self-fertilization were 1.5% and 0.6%, and the ratio of open-pollination were 35.5% and 18.6%, respectively.
It is a great advantage to utilize as important species with respect to genetic and cross-breeding programs materials for creation of novel hybrids. For successful breeding programs, it is important to precisely understand the variability of flowering traits among Miscanthus species as breeding parents materials. In this study, flowering traits were observed daily in 960 germplasms of two Miscanthus species (M. sacchariflorus and M. sinensis) for growing seasons over 3 years. The flowering process was divided into three stages. ST (sprouting time) was recorded when first leaf of the plant emerged on soil. FS1 (flowering stage 1) and FS2 (flowering stage 2) were recorded when flag leaf was firstly observed, and 1cm of panicle was showing on at least one stem, respectively. For 2013, 2014, and 2015, the latest germplasms exerted flag leaf, i.e. September 27 (DOY of FS1 183), September 1 (DOY of FS1 159), and September 15 (DOY of FS1 153) occurred M. sacchariflorus cv. Geodae 1 and M. sacchariflorus cv. Uram collected from Southern Korea (Jeollanam-do), while Miscanthus germplasms collected from northern Korea (Gyeonggi-do) which emerged the earliest flag leaf in July and August, significantly decreased DOY. The highest frequency showed to 160 days for 2013, 150 days for 2014, and 140 days for 2015. In M. sinensis germplasms, the highest frequency showed to 180 days for 2013, 170 days for 2014, and 170 days for 2015. It can be supposed that flowering characteristics of Miscanthus are largely affected by the unique phenotypic characteristic of native habitat than environmental factors of the current planted site. This study for flowering traits of Miscanthus could provide an important information in order to expedite the introduction as breeding materials for creation of new Miscanthus hybrid.
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