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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.26 No.4 pp.457-461
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2014.26.4.457

The Back-cross Effect on Salt Tolerance in Japonica Rice

Man-Kee Baek†, Huyn-Su Park, Jeong-Ju Kim, Jeong-Kwon Nam, Jeong-Hwa Park, Ki-Young Kim, Young-Chan Cho, Jeom-ho Lee
Rice and Winter Cereal Crops department of NICS, RDA, Iksan 570-080, Korea
Corresponding Author : (Phone) +82-63-840-2231 baekmg@korea.kr
October 13, 2014 November 9, 2014 November 24, 2014

Abstract

Salinity is limit factor in reclaimed area for agriculture, where irrigation is essentially required to cultivation. And after rice transplanting, sufficient fresh water need washes saline off the soil. Rice can grow at under 0.3% soil salt limit. However, the limits of salt concentration are different according to the different growth stages of rice plant. Therefore, reclaimed highly saline soil has to be desalinized down to the limits levels. Salt injury can be lowered by subjecting the saline field to 3 or 4 times of plowing-water logging-draining practices in a weekly interval before transplanting. After transplanting, irrigated water is monitored and managed to control salinity level during plant growing period. However, the loss of fertilizer can be occurred due to the frequent water exchanges. Therefore, breeding salt toleranct rice variety is important along with the cultural practice. This study was conducted in order to breed Japonica salt tolerant rice and select salinity tolerant lines under 0.3% salt concentration.


자포니카 벼 내염성 향상을 위한 여교배 효과

백 만기†, 박 현수, 김 정주, 남 정권, 박 정화, 김 기영, 조 영찬, 이 점호
농촌진흥청 국립식량과학원 벼맥류부

초록


    Rural Development Administration
    9069312013

    세계적으로

    내염성 벼 품종의 육성은 오랜 기간의 연구에 도 불구하고 큰 진전을 보지 못하고 있는 것이 현실이다. 벼의 안전한 재배를 위한 염농도는 생육시기에 따라 약간의 차이는 있으나 0.3% 이하로 알려져 있다(Maas and Hoffman, 1977, Maas, 1993). 염해의 직접적인 원인은 원형질막에 이상을 주어 물질이동에 장해가 일어나 무기 이온의 이상 흡수가 발생하거 나, 광합성, 호흡, 단백질대사, 핵산 및 효소활성 등에 장해를 주어 발생한다고 하였다(Levitt, 1980). 일반적으로 벼의 내염성 은 자포니카형이 인디카나 통일형 보다 약한 것으로 알려져 있 으며(Ryu et al., 1988), 품종 간에도 차이가 있고(Cheong et al., 1995) 생육시기별로 다른 반응(Lee, 2002, Nejad, 2010)을 보인다. 이에 따라 우리나라 환경에 적응하는 인디카형 내염성 품종 육성을 위한 많은 시도가 있었고 가시적인 성과는 미흡 하였으나 2002년부터 국제미작연구소(IRRI)와 공동연구를 통 해 우리나라에 적응하는 인디카형 우량 내염성계통 IR73571- 3B-11-3-K2 등 6계통을 육성하였다(Ko et al., 2009). 우리나 라 환경에 적응하는 유전자원의 부족, 원연교잡에 의한 불임 및 열악형질과 연관(linkage drag) 등으로 내염성 자포니카 선 발효율이 낮아 효과적인 성과를 얻지 못하였다. 또한 벼 내염 성은 유전력이 낮으며(Gregorio et al. 1993, Sankar et al.. 2011), 내염성 육종에 효과적인 방법은 여교잡 육종법으로 알 려져 있다(Saharay et al. 2008, Wang et al.. 2013). 본 연구 는 자포니카 우량품종인 서간벼와 내염성 인디카 계통 IR73571-3B-11-3-K2 간 교배로 내염성은 유지하면서 생태형 및 작물학적 열악형질을 개량하기 위해 서간벼로 여교배를 실 시하여 육성한 여교배 후대와 단교배 후대 간 작물학적 특성 차이를 검정하여 내염성 자포니카 품종 육성의 가능성을 검토 하였다.

    재료 및 방법

    시험재료

    자포니카 품종 서간벼와 내염성 인디카 계통 IR73571-3B- 11-3-K2 간 단교배 F1을 육성하여 2003년에 교배번호 HR25289를 부여하였고, 이 F1에 다시 서간벼를 여교배하여 육 성한 BC1F1에 2004년 HR26021의 교배번호를 부여하였다. 두 조합 HR25289와 HR26021은 각각 single-seed descent(SSD) 법으로 2004년 ~ 2008년에 F2~ F5 세대까지 세대 진전하였고, 그 후에는 계통육종법으로 세대를 진전하여 고정세대를 육성 하였다. 2012년에 HR25289 단교배 집단은 F7 세대 170계통, 여교배 집단 HR26021은 BC1F6 세대 180계통을 육성하여 시 험에 이용하였다.

    작물학적 형질평가

    시험재료는 2012년에 국립식량과학원 계화시험지에서 5월 1일에 파종하여 25일 묘를 5월 26일에 재식거리 30 × 15 cm, 주당 1본으로 이앙하였다. 본답의 시비량은 N-P2O5-K2O= 9-4.5-5.7 kg/10a의 표준시비량 적용하였다. 질소는 기비, 분얼 비 및 수비를 각각 50%, 20% 및 30%씩, 칼리는 기비와 수 비를 각각 70% 및 30%씩 나누어 시비하였고, 인산은 전량을 기비로 시비하였다. 이외 포장관리는 농촌진흥청 표준재배법 에 준하였다. 육성된 시험재료는 등숙기에 간장, 수장, 수수 등 작물학적 특성과 수당립수, 천립중, 현미 장폭비율, 등숙율 및 수량 등을 조사하였다.

    내염성 검정

    두 집단의 내염성검정은 유묘기와 성체에 대하여 별도로 실 시하였고, 유묘 내염성 검정은 2012년에 계화시험지 유묘내염 성 검정온실에서 발아 종자를 바닥에 망사를 붙인 스티로폼 홈에 파종하여 검정수조에 띄워 수돗물에 4일, Yoshida 양액 에 4일간 생육시킨 후 염농도 0.3%에서 4일, 0.6%에서 10일 간 처리하였다(Aslam et al., 1993). 염처리 후 14일에 표준품 종 Pokkali를 3(강), IR29는 9(약)를 기준으로 달관으로 조사 하여 정상 생육은 1, 잎 끝 또는 일부 잎의 회색화 및 말림 은 3, 심한 생육지연으로 잎 대부분이 말린 경우 5, 대부분의 잎이 건조되어 생육이 정지된 경우 7, 전 개체가 말라 죽는 경우는 9로 조사하였다(NICS, 2004). 성체검정은 포장에서 출 수 전 20일간 0.3% 염농도로 처리 후 성숙기에 농업형질과 임실율 등을 조사하였다.

    결과 및 고찰

    작물학적 특성

    본 시험에 이용된 단교배와 여교배 집단의 주요 농업적 형 질 및 유묘기 내염성은 Table 1과 같다. 여교배 집단 (HR26021)의 간장은 83.9 cm로 단교배 집단(HR25289)의 간 장보다 2.4 cm가 크고, 수장은 21.9 cm로 3 cm 감소하였고 수 수는 10.4개로 0.8개 증가하였다. 수당립수는 104개로 9개 감 소하였고 현미의 장폭비는 2.92에서 2.37로 0.55 감소하였다. 유묘 내염성 정도는 여교배 집단이 평균 6.7로 단교배 보다 0.6 감소하였다. 이들 결과는 자포니카 품종을 여교배 함으로 써 유전적 구성이 자포니카 쪽으로 편의 되어 나타난 결과로 생각된다. 특히 유묘 내염성이 여교배 집단에서 낮아진 경향 은 Lee 등(2003)의 보고와 같이 내염성 자포니카 품종 개발의 어려운 점으로 판단된다.

    두 집단의 작물학적특성의 분포는 Fig. 1과 같다. 모본으로 사용한 서간벼는 간장이 72 cm, 수수가 12개의 준단간 자포니 카 품종이며, IR73571-3B-11-3-K2은 간장이 68 cm, 수수가 9 개의 단간 내염성 인디카 계통이다. 두 집단의 간장의 변화는 단교배에서는 평균 81.5 cm로 70 ~ 90 cm에 75%의 계통이 분 포하나 여교배에서는 평균 83.9 cm로 80 ~ 90 cm를 중심으로 정규분포를 나타냈다. 수수는 단교배 집단에서는 평균 9.6개로 7 ~ 12개에 86%가 분포하지만 여교배 집단은 평균 10.4개로 10 ~ 12개를 중심으로 분포하였다. 이처럼 단교배 집단에서는 좌측으로 편기되는 특성을 나타내지만 여교배 이후 집단의 분 포가 변화하여 내염성 도입과 함께 농업형질이 양호한 계통의 선발이 가능성을 높여 주었다.

    수량구성요소

    단교배와 여교배 집단에 대한 자연구와 0.3% 염농도로 출 수 전 20일 처리구의 등숙율, 천립중 및 10주 정조 수량은 Table 2와 같다. 등숙율은 단교배 집단(HR25289)의 자연구에 서 70.3%, 염처리구에서 60%로 나타났고, 여교배 집단 (HR26021)의 자연구는 66.3%, 염처리구는 60.2% 였다. 두 집단에서 염처리 시 평균 등숙율은 비슷하였으나 임실율 70% 이상을 보이는 계통이 단교배에서 61계통, 여교배에서 78계통 이었다. 현미 천립중은 단교배 자연구에서 21.9 g, 처리구에서 19.2 g으로 감소하였고 여교배에서 자연구에서 20.8g , 처리구 에서 17.4 g으로 감소하였다. 두 집단의 10주 정조 수량에서 단교배 집단은 자연구에서 211.1 g, 처리구에서 129.9 g으로 감 수하였고, 여교배 집단은 자연구 201.2 g에서 처리구 76.5 g으 로 감수하여 수량감소의 폭이 여교배 집단이 단교배 집단보다 더욱 컸다. 이는 염처리에 의해 교배조합 간 등숙율에는 영향 을 미치지 않았으나 현미 천립중에 영향을 주어 10주 정조중 이 감소한 것으로 보인다 (Shereen et al., 2005).

    두 집단의 수량구성요소 분포는 Fig. 2와 같다. 단교배 및 여교배 고정 집단에 0.3% 염농도로 출수 전 20일간 처리하여 등숙율과 10주 수량을 조사한 결과 두 집단에서 비슷한 등숙 율 분포를 나타냈고 여교배 집단에서 등숙율 30% 이상의 계 통이 더 높게 분포하였는데, 이는 원연간 단교배에 의한 잡종 불임성이 여교배에 의해 개선된 결과로 해석된다. 등숙기에 계 통 당 10주에서 조사된 간이 수량은 단교배 집단에서 100 ~ 150g을 중심으로 정규분포를 보였고, 여교배 집단은 100g 이 하에 편의 분포하였다. 이는 여교배로 집단 내 자포니카 유전 적 배경이 증가함으로써 인디카의 내염성 유전적 요인이 낮아 져서 나타난 결과로 생각된다.

    유묘 내염성 정도

    두 집단의 유묘기 내염성 검정결과는 Table 1과 Fig. 3과 같다. 자포니카 품종 서간벼는 내염성정도가 7로 약한 반면 내 염성 인디카 계통 IR73571-3B-11-3-K2은 5를 나타낸다. 단교 배 집단에서는 내염성 5 ~ 7사이에 전체 계통의 86%가 분포 하였고, 14계통(8%)은 내염성 3의 강한 계통으로 분류되었다. 여교배 집단에서는 전체 180계통 중 134계통(74%)가 내염성 이 약한 반응을 보였고, 8계통(4%)은 내염성 3의 강한 반응을 보였다. 이 같은 결과는 자포니카 유전적 배경에 내염성 인디 카 벼로부터 내염성을 도입하기 위한 여교배 육종법 적용 가 능성을 보여준다고 할 수 있다. 또한, 유묘 내염성 계통육종에 서 내염성 모본보다 초월분리하는 계통의 선발도 가능할 것으 로 판단되었다.

    내염성 및 우량계통 선발

    Fig. 4는 단교배 (혹은 여교배) 집단에서 선발된 유망 내염 성 계통들이며 주요 특성은 Table 3과 같다. 유묘검정과 성체 검정을 통한 우량계통 선발은 염처리 후 잎의 상태, 초형, 임 실율 등을 감안하여 선발하였고 단교배에서 유묘기와 성숙기 내염성이 강한 HR25289-B-B-B-B-78과 여교배에서 유묘기내 염성은 중이고 성숙기 내염성이 강한 HR26021-B-B-B-B-23 등을 선발하였다.

    자포니카형 내염성 벼 품종 육성은 생태형을 감안한 초형, 장폭비 등 작물학적 특성과 염처리에 의한 시기별 내염성 정 도, 등숙율, 수량성을 감안한 단계적인 접근이 필요하며, 선발 계통은 자포니카 내염성 품종육성을 위한 재료로 활용할 계획 이다.

    적 요

    우리나라 자연환경에 적응하는 내염성 자포니카 벼 품종 육 성을 위하여 내염성 인디카 계통 IR73571-3B-11-3-K2에 자포 니카 품종 서간벼를 모본으로 한 단교배과 여교배 집단을 육 성하여 주요 농업형질 및 내염성 정도를 검정한 결과는 다음 과 같다.

    1. 자포니카 서간벼를 여교배한 집단은 단교배 집단에 비해 간장은 크고, 수장은 감소하였고, 수수는 증가하였으며 수당립 수는 감소하는 경향을 보였다. 유묘 내염성 정도는 여교배 집 단의 평균이 6.7로 단교배 보다 0.6 감소하였다.

    2. 두 집단에 출수 전 20일간 0.3% 염농도를 처리한 결과 여교배 집단에서 유묘내염성은 감소하였으나 초형 및 현미 장 폭비 등 생태형 개선 계통이 더 많이 분포하였다.

    3. 두 집단의 성체검정에서 등숙기 10주 수량은 단교배 집 단에서 100 ~ 150 g을 중심으로 정규분포를 보였고, 여교배 집 단은 100 g 이하에 편의 분포하였는데 이는 여교배에 의한 집 단 내 자포니카 유전적 배경이 증가함으로써 인디카로 유전적 요인이 낮아진 결과로 생각된다.

    4. 유묘내염성 정도는 단교배 집단에서 내염성 정도가 5 ~ 7 에 전체 86%의 계통이 분포하였고, 14계통(8%)은 유묘내염성 이 강했다. 여교배 집단에서 74% 계통이 유묘내염성이 약했 고, 8계통(4%)은 강한 내염성을 나타냈다. 이들 결과는 자포 니카 내염성 관련 유전적 요인을 도입하기 위해 특성별 단계 적 접근이 필요하며 여교배육종법을 이용함으로써 육종효율을 높일 수 있을 것으로 판단되었다.

    Figure

    KSIA-26-457_F1.gif

    Distribution of culm length and panicle number in single cross and backcross population.

    KSIA-26-457_F2.gif

    Distribution of ripened grain ratio and grain weight in single cross and back cross population.

    KSIA-26-457_F3.gif

    Screening of salt tolerance at seedling stage and distribution of lines.

    KSIA-26-457_F4.gif

    Photo for elite lines at the ripening stage.

    Table

    Difference of agronomic traits and salt tolerance at the seedling stage in single cross and back cross populations.

    HR25289: single cross populations, HR26021: back cross populations

    Difference of ripened grain ratio and grain weight in single cross and back cross populations.

    HR25289: single cross populations, HR26021: back cross populations

    The agronomic characteristics of elite lines.

    Reference

    1. Aslam M , Qureshi R.H , Ahmed N (1993) A rapid screening technique for salt tolerance in rice (Oryza sativa L) , Plant and Soil, Vol.150; pp.99-107
    2. Cheong J.I , Kim B.K , Park H.M , Lee S.Y (1995) Varietal differences in agronomic charicters of rice grown on salty water irrigation , Korean J. Crop Sci, Vol.40; pp. 494-503
    3. Frisch M , Melchinger A.E (2005) Selection theory for markerassisted backcrossing , Genetics, Vol.170; pp. 909-917
    4. Gregorio G.B , Senadhira D (1993) Genetic analysis of salinity tolerance in rice (Oryza sativa L) , Theor Appl Genet, Vol.86; pp. 333-338
    5. Ko J.C , Choi Y.Y , Lee K.S (2009) Selection of Salinity Tolerant Lines by Establishment of Salt Screening Techniques at Rice Seedling stage , Korean J. Breed, Vol.41; pp. 25-30
    6. Lee C.K , Yoon Y.H , Shin J.C , Lee G.W , Kim J.K (2002) Growth and yield of rice as affected by saline water treatment at different growth stages , Korean J. Breed, Vol.47; pp. 402-408
    7. Lee K.S , Choi W.Y , Ko J.C , Kim T.S , Gregorio G.B (2003) Salinity tolerance of japonica and indica rice (Oryza sativa L) at the seedling stage , Planta, Vol.216; pp. 1043-1046
    8. Levitt J (1980) Water, radiation, salt, and other stresses, Academic press, Vol.II; pp.365-433
    9. Maas E.V (1993) Testing Crops for Salinity Tolerance , Proc. Workshop on Adaptation of Plants to Soil Stresses, pp.234-247
    10. Maas E.V , Hoffman G.J (1977) Crop salt tolerance-current assessment , J. Irrig. Drainage Div. Asce, Vol.103; pp. 115-134
    11. National institute of crop science (2004) Stress tolerance breeding of rice in korea, NICS, RDA, pp.47-55
    12. Nejad G.M (2010) Evaluation of salinity tolerance in rice genotypes , International Journal of Plant Production, Vol.4; pp.199-208
    13. Ryu H.Y , Choi H.C , Cho C.H , Lee S.T (1988) Effect of salt sources and concentrations on germination early seeding and varietal difference of salt tolerance in rice (Oryza sativa L) , Res. Rept, Vol.30; pp.1-15
    14. Saharay P.K , Amirul Islam M (2008) Genetic analysis of salinity tolerance in rice , B. J. Agril. Res, Vol.33; pp.519-529
    15. Sankar P.D , Saleh M.A.A.M , Selvaraj C.I (2011) Rice breeding for salt tolerance , Research in Biotechnology, Vol.2; pp.1-10
    16. Shereen A , Mumtaz S , Raza S , Khan M.A , Solangi S (2005) Salinity effects on seedling growth and yield component of different inbred rice lines , Pak. J. Bot, Vol.37 (1) ; pp. 131-139
    17. Wang Y , Zhang L , Nafisah A , Zhu L , Xu J , Li Z (2013) Selection efficiencies for improving drought/salt tolerances and yield using introgression breeding in rice (Oryza sativa L) , The Crop Journal, pp.134-142