화훼육종 연구방향 및 최신 육종기술 경북대학교 임기병

목 차 전세계 화훼생산 화란의 화훼산업: 강점과 시스템 종자산업의 개념과 육종 종간잡종 육종 모델(백합)

전세계 화훼생산액 전체: €36billion(54조원) 화훼류 : €21billion(31조원) 화란 화훼산업: 강점과 시스템 종자산업의 개념과 육종 종간잡종 육종 모델 전세계 화훼생산액 전체: €36billion(54조원) 화훼류 : €21billion(31조원) Asia €4 billion(6조원) Europe €10billion(15조원) Americas €6,5billion(10조원) Africa and Israel €0,5billion(7500억원) Trees(수목류) €14 billion(21조) Bulbs(구근류) €0,75billion(1조3천억) *At wholesale prices(도매가 기준)

화란의 강점 Breeding (육종) Production (생산) Sales instruments (판매체계) 전세계 화훼생산 화란 화훼산업: 강점과 시스템 종자산업의 개념과 육종 종간잡종 육종 모델 화란의 강점 Breeding (육종) Production (생산) Sales instruments (판매체계) Marked development and knowledge (목표지향적 개발과 지식) Internal logistic (시설 내 물류 자동화) External logistic (시설외 물류 자동화) Chain logistic (연결된 물류 자동화 시스템) Working together (협동정신을 발휘한 업무태도)

세계 화훼류 및 식물의 중심지 The world market place (세계 시장의 중심지) Largest and the best stocked sales and distribution centre (one-stop-shopping) (최대, 최고의 생산, 유통중심지) Centre of knowledge and meeting place (지식과 교류의 중심지) The place where prices are made (the Wall Street of the sector) (가격결정의 중심지)

화란의 강력한 네트워크 수천개의 회사가 연계되어 있음 (생산자, 수출, 도매업자와 근로자) 엄청난 량의 화훼생산 (전세계적 품종개발) 시장지향적 거래 시스템 (경매시계, 중개인, 예측구매, 디지탈화) 효율적인 물류시스템, 스마트 거래 유통시스템 협동의 현대적 모델

화란 경매장 성공요인 투명한 시장 신뢰할 수 있는 상품과 서비스 품종 첨단 물류시스템 마케팅(판매, 영업) THREE KEY ELEMENTS OF AUCTION IN OPEN MARKETPLACE 첨단 물류시스템 마케팅(판매, 영업)

화란 물류 시스템 효율성: 두개의 체인이 한곳에서 연결된다

화란의 구근류 생산 화훼식물 전세계 화훼유통의 60% 거래 전세계 구근류 90% 거래 green house 6,000 ha. open cultivation 3,000 ha. Turnover(매출액) € 4,500 million number of growers 5,000 전세계 구근류 90% 거래 area under production 24,000 ha. Turnover(매출액) € 700 million number of growers 2,000

De rabobank heeft ook een rijke historie in de agrarische sector en in het maken van world map met internationale handelsstromen en productiegebieden. Rond de kaart vindt u oa gegevens inzake productie, export en verkoopkanalen niet alleen voor tulpen maar voor meerdere gewassen Rechtsboven is Europa uitvergroot, de ontwikkeling van de rechtstreeks ze afzet is zichtbaar Opmerkingen bij de kaart: cijfers zijn bijna allemaal voor het jaar 2005 om zodoende een beetje consistente gegevens te hebben. Productiearealen kunnen sindsdien best wel veranderd zijn, maar het beeld van de handelsstromen, verkoopkanalen e.d. is hetzelfde. De meeste data hebben betrekking op bloembollen – en knollen in totaal. Er zijn nauwelijks internationale consistente data voorhanden voor meer specifieke bolgewassen. NL is de spil in de wereldbloembollenhandel. De belangrijkste handelsstromen zijn tussen NL en VS, NL en Japan en heel veel NL-intra europa. Ook tussen de VS en Canada is vrij veel handel in bloembollen. Hoewel handel van en naar het zuidelijk halfrond in opkomst is stelt dat absoluut gezien nog niet zo heel veel voor. Hier kom ik in een andere slide nog op terug. Na afloop avn dit symposium ontvangt iedereen een exemplaar, hij verdiend een mooie plaats op uw bedrijf zodat u er later op uw gemak nog eens gedetailleerder naar kan kijken De belangrijkste bevindingen uit het bij behorende onderzoek zijn als volgt:

Top 12 cut flowers 2012 (x백만송이)

Top 10 indoor plant 2012 (x백만주) turnover units 1. Phalaenopsis 448 117 2. Kalanchoe 55 77 3. Anthurium 52 17 4. Rosa 48 41 5. Chrysanthemum 33 41 6. Hyacinthus 28 48 7. Ficus 28 12 8. Dracaena 28 17 9. Hydrangea 28 11 10. Mixed Plants 27 9

국화 육종과 선발

페튜니아 신품종 육종/ Syngenta 육종연구소

Flower production

I. 종자산업의 정의, 성과, 육종의 역사, 핵심과정, I-1. 종자란? (1997년 12월 21일 발효된 종자산업법) 전세계 화훼생산 화란 화훼산업: 강점과 시스템 종자산업의 개념과 육종 종간잡종 육종 모델 I. 종자산업의 정의, 성과, 육종의 역사, 핵심과정, I-1. 종자란? (1997년 12월 21일 발효된 종자산업법) ① 협의의 종자 : 볍씨, 콩, 배추씨, 무씨, 나팔꽃씨 등 ② 모든 영양번식체 : 종서, 마늘, 딸기묘, 과수의 접목묘, 삽목묘 등 ③ 종균 : 버섯 종균, 해조류 종균 등 ④ 공정육묘 : 고추 모종, 배추모종, 국화 모종 등 I-2. 종자산업이란? ① 육종 : 새로운 품종의 개발 (전통육종 + 생명공학육종) ② 종자의 생산 : 종자의 생산 (고정종, F1 품종) ③ 종자의 조제 : 정선, 가공(priming, pelletting등), 포장. ④ 영업 : 개발, 판매, 교육, 홍보, 무역 박효근 교수 제공

종자산업이란 여러 과정들의 연관산업이다 육 종 종자조제 영업•보급 종자생산 종자 산업 박효근 교수 제공

I-3.육종이란 무엇인가? 수량이 더 많고, 수량 안정성이 더 높으며, 병, 해충에 더 강하고 소비자의 기호에 더 적합하고, 수량이 더 많고, 수량 안정성이 더 높으며, 병, 해충에 더 강하고 소비자의 기호에 더 적합하고, 농사 짓기에 더 편하고, 일손이 더 적게 들며, 기계화 영농에 더 적합하고 지금보다 더 일찍 수확할 수 있고, 유통 및 가공 특성 더 우수하고, 현재 있는 품종 보다 더 나은 품종 만드는 일 박효근 교수 제공

육종이란 무엇인가? 한국 최고의 합성 미인 실제 이런 합성 인간이 가능한가? (답) 불가능하다. (왜?) 인간은 마음대로 육종 (답) 불가능하다. (왜?) 인간은 마음대로 육종 (교배)할 수 없으므로 2) 그렇다면 작물에서는 가능한가? (답) 가능하다. 실제 지난 수천 년간 인류의 육종이 바로 이러한 것이었다. 수량 + 모양 + 맛 + 내병성 + 조숙성 + 내탈립성 등 개량 (어떻게?) 우량한 대립유전자 집적함 박효근 교수 제공

육종(전통육종)이란 무엇인가: 나쁜 alleles을 좋은 alleles로 대체하는 것이다. 이를 달성하는 핵심 수단: 교배 및 선발 유전자 좌수 약 36,000 개 좋은 alleles 나쁜 우수한 품종 열악한 품종 박효근 교수 제공

17년 걸렸다 육종 성공 사례: 품질 향상 (예: 금싸라기) X 금싸라기 황금참외 한국 최초의 당도 높은 단성화 양성화 아루다이스카야 우스리나야 러시아 야생종 참외 (단성화) X F1 BC2 대형 은천 한국 최초의 단성화 BC3 본 멜론 당도 높은 양성화 금싸라기 17년 걸렸다 박효근 교수 제공

종간잡종 육종 모델: 백합 종이 다양: 약130여 종 꽃이 크다: 화훼학 연구에 최적 기내배양이 용이 배수성 조작이 용이 전세계 화훼생산 화란 화훼산업: 강점과 시스템 종자산업의 개념과 육종 종간잡종 육종 모델 종간잡종 육종 모델: 백합 종이 다양: 약130여 종 이입할 형질이 많다: 내병성 유전자가 있다. 화색, 화형 등 다양 년간 재배가 가능하고 육종과 선발이 가능 꽃이 크다: 화훼학 연구에 최적 기내배양이 용이 배수성 조작이 용이 염색체 크기가 크다: 세포유전학 연구가 용이

백합 종간잡종 기본 개념 수정 전 장벽 수정 후 장벽 Flowering time > pollen storage Pollen inhibition > pollination methods 수정 후 장벽 Embryo abortion > embryo rescue methods Overcoming F1-sterility > polyploidisation Plastome-genome inc. > plastide inheritance Introgression breeding > GISH-,MAS techniques

백합 원종의 유래 분포도

수정 전 장벽 기내 수분

수정 후 장벽 기내접목 확대

배주수분

종간잡종 장벽의 극복 Embryo rescue methods

배주배양 In Hydrangea ovule culture increases seed germination and decreases time to first flowering of plants

배에서 개화주까지(3년 소요) vitro germination vitro greenhouse

Crossing Fertility – Pollen, storage, optimal conditions for pollination Seed

Crossing polygon of the Genus Lilium OT PSEUDOLIRIUM CA A SU Ca Test HE Pa RE FO MO CH SP L-O A- H LO NO LILIUM AU LEUCOLIRION L- A AL O-A Ma O DAU JA CO AS RU Ha Ts PU DAV ARCHELIRION CE MARTAGON BU AM DU (Van Raamsdonk, 1992) LEI LA SINOMARTAGON TI

L. henryi x L. candidum hybrids LHC 3x L x HC 2n sterile HCHC 4x fertile poly O OHC 3x x

이입육종 계획(LLR-hybrids) L x LRLR LLR L x R LR LLLR X LL LRLR

종간잡종기술의 적용 OT LT LO OA LA OOT L LT OTT LT T LLO OLO OOA LAA AOA LLA Trumpet hybrids LAA LLA OOA AOA L LT LT T LLO OLO OOT OTT OT LT Oriental hybrids Lilium longiflorum LO OA LA Asiatic hybrids

전세계 백합 종류별 구근생산현황

Oriental hybrids Tiber (70) Siberia (193) Sorbonne (200)

Asiatic hybrids Navona (43) Tresor (56) Brunello (30)

LA-hybrids Brindisi (67) Litouwen (59) Pavia (50)

OT-hybrids Robina (84) Concador (69) Yelloween (50)

Longiflorum and LO-hybrid White Heaven (38) Triumphator (30)

New intersectional hybrid > new groups OOP L. longiflorum x L. kelloggi Asiatic x (L. longiflorum x L. canadense) OP Section Pseudolirium Starfighter x L. pardalinum

New intersectional hybrid > new groups L. longiflorum x L. hansonii L. martagon x Asiatic hybrid (Martagon x Sinomartagon) (Leucolirion x Martagon)

New intersectional hybrid > new groups Longiflorum x Lankongense Oriental x L. nepalense L. longiflorum x L. nepalense

ÀOA, OOA, OOAxOA etc OA AOA OAOA AOA OOA

같은 유전체(상동염색체)의 배가에 의해 생긴 배수성 체세포 염색체 배가법 ◎ 염색체 배가 (chromosome doubling): 배수성 육종을 위한 효과적인 방법 ◎ 배수성 (Polyploid): 염색체 쌍이 3쌍 이상으로 구성된 것 (Ramsey and Schemske, 1998) ◎ 배수성은 동질배수성(autopolyploids)과 이질배수성(allopolyploids)으로 구분됨 (Stebbins, 1950) 동질배수성 같은 유전체(상동염색체)의 배가에 의해 생긴 배수성 이질배수성 2개 이상의 생물종으로 부터 유래하여 다른 genome으로 된 염색체 쌍을 가지며 염색체의 총수가 양친 genome의 염색체 기본수의 몇 배로 되어 있는 것

이질배수성

염색체 배가의 기작 ◎ 체세포 배수화 : 체세포 조직의 배수 ◎ 생식세포 배수화, 2n gametes 생성 - 배수성 육성에 직접 이용 가능 - 육성 기간 단축 - 생식세포 배수화에 따른 자손의 유전적 다양성 획득

기내 염색체 배가를 위한 세포분열 억제제(antimitotic agent)의 사용 ◎ 염색체 배가 식물체를 얻기 위해서는 세포분열의 방해로 생산 가능 ◎ 식물세포 분열 주기: G1-phase (post-mitotic interphase), S-phase (DNA synthesis phase), G2-phase (pre-mitotic interphase), M-phase (mitosis) ◎ 체세포분열 억제제의 처리는 S-phase의 끝부분이나 세포질분열(cytokinensis) 전에 처리하는 것이 일반적으로 가장 효과적

염색체 배가의 원리 ◎ 중기 (metaphase) 동안 미세소관형성중심(microtubule organizing centre)으로 부터 방추사 미세소관(spindle of microtubules)이 형성됨 ◎ 방추사 (spindle)는 α와 β-튜불린 이량체 (α- and β-tublin dimers)로 구성되며 후기 동안에 염색체가 양극으로 끌려가게 함 ◎ 결과적으로, 염색체가 양극으로 끌려 가는 것을 방해하면 염색체를 배가 시킬 수 있음

세포분열 억제제의 종류 Antimitotic agents ◎ Nitro oxide (N2O) : 중기상에서의 분열 방해, 아직은 그 기작이 명확하지 않음 ◎ 콜히친 Colchicine: 알칼로이드 물질로 colchicum autumnale로 부터 추출 콜히친의 이점: 고온고압별균 후에도 성질이 변하지 않음 (기내에서 사용이 용이) 콜히친의 단점: 불임성, 비정상적인 생장, 염색체의 재배열 및 이수체 생성, 유전자 돌연변이, 유독성 사용방법 : 식물의 튜불린과 약하게 결합하므로 높은 농도로 사용 ◎ 제초제: 식물의 튜불린과 강하게 결합하므로 약한 농도로 사용

배수성의 확인 ◎ 배수성 확인방법 1) 염색체 검경법 [장점] 가장 명확히 배수성을 확인할 수 있음 [단점] 염색체 검경을 위한 기술 및 현미경 장치 필요, 관찰을 위한 처리가 복잡함 2) 배수성 판별기(Flow cytometry) [장점] 빠름, 단시간에 많은 양의 재료 확인 가능 [단점] 고가의 기계 필요, 검경을 위한 기술 필요

배수성의 확인 ◎ 배수성 확인방법 3) 형태학적 그리고 해부학적 확인 [장점] 간단함simple [단점] 정확도가 떨어짐 예를들어) [기공 관찰] - 기공의 크기: 2배체 < 4배체 - 기공의 밀집도: 2배체 < 4배체 - 기공의 엽록체 비율: 2배체 < 4배체

Mixoploidy ◎ 염색체 배가의 결과 개개의 세포 별 또는 식물 기관 별 염색체의 수가 다른 mixoploidy가 형성될 수 있음 A; untreated, B; N2O treated (mixoploid)

염색체 배가 방법 ◎ 처리 시약별 서로 다른 사용 농도를 구명하여 사용하는 것을 권장 Example) 콜히친의 경우, 1.25-2.5 mM 농도에서 사용 Oryzalin, trifluralin, APM의 경우, 1-50 uM 농도에서 사용 ◎ 처리시간: 수분, 수시, 수일 소요 ◎ 성공 범위(expressed as chromosome doubled to survived plantlets): 15~55% 정도의 염색체 배가 식물 생산 가능

염색체 배가 기술의 이용 ◎ 염색체 배가는 형태학적으로 즉시 반응함 - 진달래; 잎의 두께 및 꽃의 크기 증가, 잎 색이 더 짙어짐 - 4배체 장미; 꽃잎의 수 증가 - 카네이션: 짙은 꽃잎 색 - 플라타너스; 생육이 좋음 ◎ 약용작물의 경우, 염색체 배가 식물의 생산 시 유용한 약리성분을 더 많이 추출할 수 있음 (increased biomass and content of effective compounds) 예) Datura stramonium: 마취제

우리의 근면함, 영특함, 손재주가 함께 어우러 질 때 세계적인 품종이 탄생 할 것이라 확신합니다. 그날까지 함께 합시다 우리의 근면함, 영특함, 손재주가 함께 어우러 질 때 세계적인 품종이 탄생 할 것이라 확신합니다. 그날까지 함께 합시다!! 감사합니다. 참고자료: 박효근, J. M. van Tuyl