농촌 지도사, 농업직 9급 등 필독 재배학 요약 정리 4강 작물의 육종

4강 작물의 육종

■ 학습개요

생식세포의 감수분열에 의해 배우자가 형성되고, 배우자조합에 따라 유전자형이 결정되며, 유전자형의 형질발현에 의해 표현형이 나타나게 되는데 이러한 일련의 과정은 일정한 법칙성에 따른다. 육종의 대상은 유전하는 형질의 변이가 그 대상이며, 이 변이가 세대를 거듭함에 따라 어떻게 유전하느냐 하는 그 원리를 이해하고 있어야 계획적인 육종을 수행할 수 있다.

■ 학습목표

작물의 육종과정과 작물집단의 육종적 특성을 설명할 수 있다.

자식성 작물의 육종방법과 특성을 설명할 수 있다.

타식성 작물의 육종방법과 특성을 설명할 수 있다.

1대잡종품종의 이점과 육성방법을 설명할 수 있다.

배수성 육종, 돌연변이 육종, 여교잡 육종의 특성을 설명할 수 있다.

신품종의 유지 · 증식과 보급체계를 설명할 수 있다.

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■ 주요용어의 정리

* 계통 : F2 세대 이후 한 개체에서 채종한 종자를 일렬로 재배할 때 이를 계통이라고 한다. F2 한 개체에서 채종된 종자는 F3 계통으로 되고 F3 한 개체에서 채종한 종자는 F4 계통으로 된다. 한 개체에서 채종된 종자가 유전적으로 모두 homo 한 것을 얻을 수 있는 세대부터 계통이라는 용어를 쓴다. F1 한 개체에서 채종된 F2 종자는 계통이라고 하지 않는다. 왜냐하면 F2 는 개체별로 서로 다른 유전자형을 가지고 있기 때문이다.

* 특성검정 : 육종과정에서 육종목표에 부합하는 형질의 특성을 가려내기 위해 행하는 검정을 말한다. 작물의 형태적 특성(종자, 화분, 초형), 품질특성(단백질함량, 지방함량, 제분율), 생리적 특성(내냉성, 내병충성, 내비성)을 검정한다.

* 종자증식 : 육종가에 의해 육성된 신품종을 농가에 보급하기 위해 종자를 늘리는 것을 말한다. 종자증식은 계획된 종자증식 체계에 따라 이루어지는데 기본식물 양성포로부터 시작하여 원원종포, 원종포 및 채종포를 거치게 된다. 특별히 조속한 증식이 요구될 때는 분주 재배와 같 은 특별한 방법을 쓰기도 하고, 동계기간에 필리핀과 같은 아열대지방에서 증식하기도 한다.

* 기본식물 : 육종가들이 생산하였거나 직접적인 관리에 의하여 생산된 종자 또는 영양번식체를 말하며, 이것은 원종의 최초 또는 그 후 증식의 근거가 되는 것이다. 기본식물 을 양성하는 포장을 기본식물 양성포라고 하며 기본식 양성포는 육종기관(우리나라는 벼의 경우, 국립식량과학원)에 설치한다.

* 원원종 : 기본식물로부터 채종된 종자를 원원종이라고 하며, 원원종은 원종포에 심겨지게 된다. 원원종을 생산하는 포장을 원원종포라고 하며 이는 각도 농업기술원에 설치되어 있다.

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1. 육종의 기본과정★

육종목표설정

↓

육종재료 및 육종 방법 결정

↓

변이작성

↓

우량계통육성

↓

생산력 검정

↓

지역적응성 검정 / 신품종 결정 및 등록

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2. 자식성 작물의 육종

1) 자식성 작물 집단의 유전적 특성

• 이형접합체(F1, Aa)를 자식하면 F2의 유전자형은 동형접합체와 이형접합체가 1/2씩 존재

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• 이들이 모두 자식하면 동형접합체는 똑같은 유전자형 생산

• 이형접합체는 다시 분리 → 1/2(1/2 Aa) = 1/4(Aa)로 되어 F2보다 1/2이 감소 → 이후 세대도 자식에 의해 1/2씩 감소

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❖ 자식성 작물은 자식에 의해 집단 내에 이형접합체가 감소 잡종집단에서 우량유전자형을 선발하는 이론적 근거

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2) 자식성 작물의 육종방법

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- 순계선발

• 분리육종

✓ 재래종집단에서 우량한 유전자를 분리하여 품종으로 육성하는 것

자식성 작물은 개체선발을 통해 순계를 육성

타식성 작물은 집단선발을 통해 집단개량을 함

✓ 자식성 작물의 재래종은 대부분 동형접합체

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- 교배육종

• 이론적근거

✓ 조합육종 : 교배를 통해 서로 다른 품종이 별도로 가지고 있는 우량형질을 한 개체 속에 조합하는 것

✓ 초월육종 : 같은 형질에 대해 양친보다 더 우수한 특성이 나타나는 것

• 잡종세대를 취급하는 방법

: 계통육종, 집단육종, 파생계통육종, 1개체 1계통육종

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계통육종과정

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집단육종과정

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3) 집단 육종의 특징

• 잡종초기에는 선발하지 않고, 혼합채종과 집단재배를 반복한 후, 집단의 80% 정도가 동형접합체로 된 후기세대에 가서 개체선발하여 순계를 육성하는 육종방법

• 수량처럼 폴리진이 지배하는 양적형질 개량에 유리

• 개체선발은 빠르면 F4세대 실용적으로 지장이 없을 정도의 균일성을 목표로 할 때는 F5~F6세대에 시작

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4) 계통육종과 집단육종의 장단점

​	계통육종	집단육종
육종조작	​ ​ ​ ​ ​ 높일 수 있음	F2 부터 자연선택을 효과적으로 이용 가능
​ ​ ​ ​ 연한	​ ​ ​ ​ 세대촉진이 어렵다.	​ ​ ​ 시설 이용하면 세대촉진이 가능하다.

5) 파생계통육종법

정의

• 계통육종과 집단육종을 절충한 육종방법

• F2 또는 F3에서 질적형질에 대하여 개체선발 파생계통 집단재배

• F5~ F6세대에 양적형질에 대하여 개체선발

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❖ 개체선발과 파생계통 선발로 계통육종의 장점을 살리고, 동시에 파생계통의 집단재배에 의해

집단육종의 장점을 취하고자 하는 육종방법

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7) 파생계통 육종법

장 단점

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• F2와 F3에서 개체선발한 것을 파생계통별로 재배하므로 계통육종과는 달리 우량한 유전자를 상실할 염려가 적다.

• F2에서 선발을 실시하므로 집단육종법에 비해 포장면적을 줄일 수 있고, 육종연한도 단축할 수 있다.

• 그러나 F3세대 이후에 집단재배하므로 계통육종에 비해 선발의 효율이 떨어진다.

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8) 1개체 1계통 육종

정의

· 집단육종과 계통육종을 절충한 육종방법으로 온실과 같은 시설을 이용하기에 유리하다.

· F2, F3, F4 집단재배하고, F5 세대 계통재배한다.

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9) 1개체 1계통육종의 육종과정

장점

• 1개체에서 1립씩만 채종하므로 면적이 적게 들고 많은 조합을 취급할 수 있다.

• 온실에서 세대촉진으로 생육기간을 단축시켜 육종연한을 줄일 수 있다.

• 이론적으로 잡종집단 내 모든 개체가 유지되므로 유용유전자를 상실할 염려가 없다.

• 선발에 참고하기 위한 야장기록이나 선발을 위한 개체표지 및 개체수확에 드는 노력을 절약할 수 있다.

• 초장ㆍ성숙기ㆍ내병충성 등 유전력이 높은 형질에 대하여는 개체선발이 가능하다.

• 잡종후기세대에 선발하게 되므로 집단 내의 동형접합체 빈도가 높아져서 고정된 개체를 선발할 수 있다.

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단점

• 유전력이 낮은 형질이나 폴리진이 관여하는 형질의 개체 선발을 할 수 없다.

• 도복저항성과 같이 소식(疏植)이 필요한 형질은 불리하다.

• 밀식재배로 인하여 우수하지만 경쟁력이 약한 유전자형을 상실할 염려가 있다.

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10) 여교배 육종의 특징

• 양친 A와 B를 교배한 F1을 양친 중 어느 하나와 다시 교배하는 것

• 여교배를 여러 번 할 때 처음 단교배에 한번만 사용한 교배친을 1 회친이라 하고, 반복해서 사용하는 교배친을 반복친이라고 한다.

• 1 회친은 비실용품종을 사용하고, 반복친은 실용품종으로 한다.

• 우리나라 “통일찰” 벼품종은 이 방법에 의하여 육성되었다

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11) 여교배육종의 성공조건

• 만족할 만한 반복친이 있어야 한다.

• 여교배를 하는 동안 이전형질의 특성이 변하지 말아야 한다.

• 여러 번 교배를 한 후에 반복친의 특성을 충분히 회복하여야 한다.

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12) 여교배육종의 육종과정

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❖ “통일찰” 벼품종은 여교배육종에 의하여 육성되었다.

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장점

• 연속적으로 교배하면서 목표형질만을 선발하므로 육종효과가 확실하다.

• 계통육종이나 집단육종과 같이 여러 형질의 특성검정을 하지 않아도 된다.

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단점

• 반복친으로 연속교배하여 결국은 반복친의 유전구성을

그대로 회복하기 때문에 목표형질 이외 다른 형질의 개량을 기대하기 어렵다.

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3. 타식성 작물의 육종

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1) 타식성 작물 집단의 유전적 특성

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타식성 작물에서 근친교배 또는 자식하여 약세화된 식물체간에 인공교배를 하거나 자식성 식물의 순계간에 인공교배하면 그 1 대잡종은 잡종강세가 나타난다.

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→ 근친교배ㆍ근교약세ㆍ자식약세ㆍ잡종강세

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자식이나 근친교배를 하여 동형접합체 비율이 높아지면 집단의 적응도가 떨어지므로 타가수분을 통해 적응에 유리한 이형접합체를 확보한다.

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2) 타식성 작물의 육종방법

집단선발	순환선발
​ ​ • 근교약세방지, 잡종강세유지하기 위함이다.	​ ​ 높여가는 육종방법

합성품종 : 여러 개의 우량계통을 격리포장에서 자연수분 또는 인공수분으로 다계교배시켜 육성한 품종

➢ 유전적 폭이 넓어 환경변동에 대한 안정성이 높다.

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4. 1대잡종품종의 이점과 육성방법

1) 1대잡종육종

개념

• 잡종강세가 큰 교배조합의 1대잡종(F1)을 품종으로 육성하는 육종방법

특징

• 수량이 높고, 균일한 생산물을 얻을 수 있으며, 우성유전자를 이용하기 유리하다.

• 매년 새로 F1 종자를 파종하므로 종자산업 발전에 큰 몫을 담당한다.

• 옥수수, 배추, 무, 박과나 가지과 채소 등에서 널리 재배된다.

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조합능력의 분류

조합능력 : 1 대잡종에서 잡종강세를 나타내는 교배친의 상대적 능력

일반조합능력 : 어떤 자식계통이 다른 많은 검정계통과 교배되어 나타나는 1 대잡종의 평균잡종강세

특정조합능력 : 특정한 검정친과 교배된 1 대잡종에서만 나타나는 잡종강세

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2) 타식성 작물의 육종방법

품종간 교배방법

• 자식계통간 교배

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*1대잡종 종자의 채종

• 1 대잡종(F1) 종자의 채종은 인공교배를 하거나 식물의 웅성불임성 또는 자가불화합성을 이용

인공교배 - 오이ㆍ수박ㆍ호박ㆍ멜론ㆍ참외ㆍ토마토ㆍ가지ㆍ피망

웅성불임성 이용 - 당근ㆍ상추ㆍ고추ㆍ쑥갓ㆍ파ㆍ양파ㆍ옥수수ㆍ벼ㆍ밀

자가불화합성이용 - 무ㆍ양배추ㆍ배추ㆍ브로콜리ㆍ순무

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5. 배수성 육종, 돌연변이 육종

1) 배수성 육종

개념

• 배수체 특성을 이용하여 신품종을 육성하는 육종방법

• 3배체 이상의 배수체는 2배체에 비하여 세포와 기관이 크고 병해충에 대한 저항성이 증대된다.

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종류

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대부분의 식물에서 생장점에 콜히친을 처리하면 동질 4배체를 육성할 수 있다. 사료작물과 화훼류에서 많이 이용된다.

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2) 돌연변이 육종

개념

• 기존 품종의 종자 또는 식물체에 돌연변이 유발원을 처리하여 변이를 일으킨 후 특정한 형질만 변화하거나 또는 새로운 형질이 나타난 변이체를 골라 신품종으로 육성

• 교배육종이 어려운 영양번식작물에 유리하다.

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돌연변이 유발원을 처리한 당대를 M1세대로 표기함

M2 , M3 … 등으로 표시한다.

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6. 신품종의 유지, 증식, 보급체계

1) 종자증식체계

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품종퇴화의 원인 : 유전적퇴화, 생리적퇴화, 병리적퇴화

품종의 특성 유지방법

: 개체집단선발, 계통집단선발, 주보존 (株保存), 격리재배

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종자갱신

자식성 작물(벼·보리·콩) : 4년 1기

옥수수 · 채소류 등 1대잡종 : 매년 새로운 종자

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■ 핵심요약정리

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• 육종의 기본과정 : 육종목표설정 – 육종재료 및 육종방법 결정 – 변이작성 – 우량계통육성 – 생산력 검정 – 지역적응성 검정/신품종

• 자식성 작물의 유전적 특성 : 세대가 진점됨에 따라 동형접합체 수가 계속 증가되어 순계를 얻을 수 있다.

• 계통육종 : 초기세대에 개체 선발을 통해서 계통을 전개하므로 질적형질개량에 효율적이나 유용

유전자 상실우려가 있고 시간과 노력이 많이 든다.

• 집단육종 : 초기세대에 집단재배, 혼합채종을 하고 후기세대에 우량개체를 선발하므로 양적형질개량

에 유리하나 육종규모 조정이 곤란하고 육종연한이 길어진다.

• 파생계통육종 : 계통육종과 집단육종의 장점을 취하는 육종방법으로 우량한 유전자 상실 위험이 적고

포장면적을 줄일 수 있으며 육종연한도 단축할 수 있는 장점이 있으나 F3세대 이후에 집단재배

하므로 계통육종에 비해 선발의 효율이 떨어지는 단점도 있다.

• 1개체 1계통육종 : 집단육종과 계통육종을 절충한 육종방법으로 온실에서 세대촉진으로 육종연한을

줄일 수 있고 유용유전자 상실 염려가 없으며 개체수확에 드는 노력을 줄일 수 있다. 또한 유전력

이 높은 형질의 개체선발이 가능하나 몇 가지 단점도 있다.

• 여교배육종 : 양친A와 B를 교배한 F1을 양친 중 어느 하나와 다시 교배하는 것으로 한번만 사용한

교배친을 1회친, 반복해서 사용하는 교배친을 반복친이라 한다. 육종효과가 확실하고 여러 형질

의 특성검정을 하지 않아도 되는 장점이 있지만 목표형질 외 다른 형질 개량을 기대하기 어렵다.

• 집단선발 : 근교약세를 방지하고 잡종강세를 유지하기 위해서 집단선발이나 계통집단선발을 한다.

• 1대잡종육종 : 수량이 높고 균일한 생산물을 얻을 수 있으며 우성유전자를 이용하기 유리하다.

• 배수성육종 : 배수체 특성을 이용하여 신품종을 육성하는 육종방법이다.

• 돌연변이육종 : 종자 또는 식물체에 돌연변이 유발원을 처리하여 변이를 일으켜 새로운 형질이 나타

난 변이체를 골라 신품종으로 육성하며 영양번식작물에 유리하다.

• 종자증식 체계 : 기본식물 → 원원종 → 원종 → 보급종의 단계를 거친다.

• 종자갱신 : 신품종의 특성을 유지하고 품종퇴화를 방지하기 위해 벼, 보리, 콩같은 자식성 작물은

4년을 1기로 갱신하고 옥수수, 수박, 참외, 채소류 등 1대잡종을 이용하는 식물들은 매년 새로운

종자를 만들어 보급한다.

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■ 연습문제

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Q1. 계통육종법에 비하여 집단육종법의 큰 차이는?

1

F2 세대를 집단으로 재배하는 것

2

F3 ~ F6 을 집단으로 재배하는 것

3

계통 내에서 집단으로 재배하는 것

4

원종종을 집단으로 재배하는 것

​

정답 : 2

해설 : 집단육종법에서 개체선발을 실시하는 시기는 집단내 순종개체비율이 80%인 때이다. 대개의 경우 F6 ~ F8 세대가 되면 이 시기에 이른다. 이때까지는 집단으로 재배한다.

​

Q2. 집단육종법과 계통육종법에 관한 설명으로 잘못된 것은?

1

집단육종법에서는 대면적이 요구된다.

2

집단육종법에서는 계통육종법에서 보다 육종 연한이 장기간 요구된다.

3

집단육종법에서는 유효유전자를 상실할 염려가 적다.

4

계통육종법에서는 자연도태를 매우 유리하게 이용할 수 있다.

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정답 : 4

해설 : 집단육종은 자연도태를 유리하게 이용할 수 있다.

​

Q3. Backcross 육종법이 성공적으로 이루어지기 위해서 구비하여야 할 요건으로 합당치 않은 것은?

1

만족할만한 반복친이 있어야 한다.

2

형질의 강도가 Backcross 후대에도 변화하지 말아야 한다.

3

반복친의 유전구성이 Backcross 후대에서 회복 될 수 있어야 한다.

4

개량하려고 하는 형질은 폴리진(polygene)이 관여하는 형질이라야 효과적이다.

​

정답 : 4

해설 : Backcross 육종에서는 개량하려고 하는 형질의 유전특성이 단순한 것일수록 효과적이다.

​

Q4. 다음 교배조합 중에서 Backcross를 바르게 나타낸 것은?

1

보기(A×B)×C

2

보기C×(A×B)

3

보기[A×(A×B)]×A

4

보기[A×(A×B)]×C

​

정답 : 3

해설 : (A × B) × B 또는 A의 교배형식이다.

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Q5. 잡종강세 현상에 대한 다음 설명 중 잘못된 것은?

1

잡종강세는 F1 에서만 나타난다.

2

잡종강세는 타화수정작물에서 크게 나타난다.

3

잡종강세는 양친의 유전자 차이가 클수록 현저하다.

4

잡종강세는 이계통간 조합에서 보다는 근계통간조합에서 더 현저하게 나타난다.

​

정답 : 4

해설 : 잡종강세는 양친의 유전자 차이가 클수록 현저하기 때문에 근친계통간 조합에서 보다는 이계통간 조합에서 더 크게 나타난다.

​

Q6. 다음 교배조합 중 복교잡을 나타내는 것은?

1

A×B

2

(A×B)×C

3

(A×B)×(C×D)

4

(A×B)×(C×D)×(E×F)

​

정답 : 3

해설 : (A × B) × (C × D)는 복교잡, (A × B) × C는 3원교잡이다.

​

Q7. 종자증식체계가 바르게 된 것은?

1

원원종→원종→기본식물→보급종

2

원원종→원종→보급종→기본식물

3

원종→원원종→보급종→기본식물

4

기본식물→원원종→원종→보급종

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정답 : 4

해설 : 종자증식체계 중에서 기본식물은 종자육성기관 또는 육종가에 의해 만들어간다. 만들어진 기본식물은 원원종, 원종, 보급종 단계로 유통된다.

​

■ 단원정리하기

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육종의 첫 번째 목표는 육종목표를 설정하는 일이다. 육종목표가 정해지면 그에 적합한 육종재료를 선정하고 육종방법을 결정한다. 변이를 작성하고 유전변이가 만들어지면 반복적인 선발을 통해 우량계통을 육성한다. 선발한 우량계통은 생산성 검정과 지역적응성 검정을 거쳐 신품종으로 결정한다.

자식성작물은 자식에 의해 집단 내에 이형접합체가 감소한다. 타식성작물은 타식을 하므로 이형접합성이 높으며 화분친이 제한되어 있지 않기 때문에 유전변이가 크다.

계통육종은 F2 세대부터 선발을 시작하므로 육안관찰이나 특성검정이 용이한 질적 형질의 개량에 효율적이다. 집단육종은 잡종초기세대 집단재배하기 때문에 유용유전자를 상실할 염려가 적다.

여교배육종은 우량품종에 한두 가지 결점이 있을 때 이를 보완하는데 효과적인 육종방법이다.

타식성작물의 분리육종은 순계선발을 하지 않고 집단선발(mass selection)이나 계통집단선발(pedigree mass selection)을 한다. 타식성작물의 집단선발은 기본집단에서 우량개체를 선발ㆍ혼합채종하여 집단재배하고, 집단내의 우량개체들 간에 타 가수분을 유도함으로써 품종을 개량한다. 이때 다른 품종(집단)의 화분이 수분 되는 것을 방지하기 위해 격리(isolation)가 필요하다. 순환선발(recurrent selection)은 우량개체를 선발하고 그들 간에 상호교배 함으로써 집단 내에 우량유전자의 빈도를 높여가는 육종방법으로 단순순환선발과 상호순환선발이 있다.

합성품종은 여러 개의 우량계통을 격리포장에서 자연수분 또는 인공수분으로 다계교배시켜 육성한 품종을 말한다. 합성품종은 여러 계통이 관여된 것이기 때문에 세대가 진전되어도 비교적 높은 잡종강세가 나타나고, 유전적 폭이 넓어 환경변동에 대한 안정성이 높으며, 자연수분에 의해 유지하므로 채종 노력과 경비가 절감된다.

1대잡종육종(hybrid breeding)은 잡종강세가 큰 교배조합의 1대잡종(F1)을 품종으로 육성하는 육종방법이다. 1대잡종품종은 수량이 높고, 균일한 생산물을 얻을 수 있으며, 우성유전자를 이용하기 유리하다는 이점이 있다. 또한 매년 새로 만든 F1 종자를 파종하므로 종자산업 발전에 큰 몫을 담당한다.

1대잡종(F1)종자의 채종은 인공교배하거나 식물의 웅성불임성 또는 자가불화합성을 이용한다. ① 인공교배 이용은 오이, 수박, 호박, 멜론, 참외, 토마토, 가지, 피 망 등 ② 웅성불임성 이용은 당근, 상추, 고추, 쑥갓, 파, 양파, 옥수수, 벼, 밀 등 ③ 자가불화합성 이용은 무, 양배추, 배추, 브로콜리, 순무 등이 있다.

배수성육종(polyploidy breeding)은 배수체의 특성을 이용하여 신품종을 육성하는 육종방법이다. 3배체 이상의 배수체는 2배체에 비해 세포와 기관이 크고, 병해충에 대한 저항성이 증대하며, 함유성분이 증가하는 등 형질 변화가 일어난다. 동질 배수체는 주로 3배체와 4배체를 육성한다. 씨 없는 수박은 4배체(♀)×2배체(♂)에 서 나온 동질3배체(♀)에 2배체(♂)의 화분을 수분하여 육성한다. 이질배수체(복2배체)의 육성방법은 게놈이 다른 양친을 동질4배체로 만들어 교배하거나, 인위적으로 육성한 이질배수체는 트리티케일(Triticale, 밀×호밀)과 하쿠란(白藍, 배추×양배추)이 대표적이다.

신품종에 대한 품종보호권을 설정ㆍ등록(국립종자원)하면, 종자산업법에 의해 ‘육성자의 권리’를 20년간(과수와 임목은 25년) 보장받는다. 법적으로 보호받는 품종을 ‘보호품종’이라고 부른다. 신품종을 반복 채종하여 재배하면 유전적ㆍ생리적ㆍ 병리적 원인에 의해 품종의 고유한 특성이 변화하게 되는데, 이를 품종퇴화(品種 退化)라고 한다. 유전적 퇴화의 원인은 이형유전자형 분리, 자연교잡, 돌연변이, 이형종자의 기계적 혼입 등이다. 생리적 퇴화는 기상이나 토양 등 환경조건이 식물생육에 영향을 끼치는 것이다. 병리적 퇴화는 감자ㆍ콩ㆍ백합 등의 바이러스병에 의한 퇴화, 맥류의 깜부기병에 의한 퇴화 등을 들 수 있다. 품종의 특성유지 방법으로는 개체집단선발, 계통집단선발, 주보존(株保存), 격리재배 등이 있다. 우리나라의 종자증식 체계는 기본식물 → 원원종 → 원종 → 보급종의 단계를 거친다. 기본식물(breeder's seed)은 신품종 증식의 기본이 되는 종자로 육종가들이 직접 생산하거나, 육종가의 관리하에 생산한다. 원원종(foundation seed)은 기본식물을 증식하여 생산한 종자이고, 원종(registered seed)은 원원종을 재배하여 채종한 종자이며, 보급종(certified seed)은 농가에 보급할 종자로서 원종을 증식한 것이 다. 원원종ㆍ원종ㆍ보급종을 우량종자라고 한다.

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