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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.30 No.2 pp.106-112
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2018.30.2.106

Effect of Pollen Donor Genotype and Dilution Ratio on the Seed Formation and Fruit Quality in Yellow-fleshed Kiwifruits

Seung Yong Jeong*, Kyung Uk Yi*, Eun Ui Oh*, Si Woo Hyun*, Hyeong Ho Kang*, Kwan Jeong Song*,**
*Faculty of Bioscience and Industry, SARI, Jeju National University, Jeju 63243, Korea
**Research Institute for Subtropical Agriculture & Biotechnology, Jeju National University, Jeju 63243, Korea
Corresponding author (Phone) +82-64-754-3328 (E-mail) kwansong@jejunu.ac.kr
April 3, 2018 June 7, 2018 June 12, 2018

Abstract


The study was carried out to evaluate the effect of pollen donor genotype and pollen dilution ratio on fruit quality and seed formation in three yellow-fleshed kiwifruits including ‘Halla Gold’, ‘Sweet Gold’, and 'Enza Gold'. Analysis of pollen tube growth indicated that pollen tubes penetrated into ovules through style 2 or 3 days after artificial pollination, but there was a little bit of difference in the number of pollen tubes penetrating into ovules depending on pollen donor genotypes and dilution ratio. Pollen tube growth of ‘Bohwa’ was better than ‘Chieftain’ in ‘Halla Gold’ and ‘Sweet Gold’, whereas opposite tendency was observed in ‘Enza Gold’. The number of pollen tubes penetrating into ovules was the lowest in 20X pollen dilution. Pollination with ‘Bohwa’ increased the fresh weight and dry matter of fruits than that with ‘Chieftain’ in all three cultivars. Seed number showed a similar tendency to fruit weight and dry matter in ‘Halla Gold’ and ‘Sweet Gold’, but opposite tendency was shown in 'Enza Gold'. The fresh weight and dry matter of fruits was higher in 1-10X compared to that of fruits from 20X dilution and was little affected by dilution ratio. Seed number and 100-seeds weight showed similar tendency to fresh weight and dry matter.



골드키위에서 꽃가루 품종과 희석 비율이 종자 형성과 과실 품질에 미치는 영향

정 승용*, 이 경욱*, 오 은의*, 현 시우*, 강 형호*, 송 관정*,**
*제주대학교 생물산업학부
**제주대학교 아열대 농업연구소

초록


    Rural Development Administration
    PJ01090402

    서 언

    키위(Kiwifruit)는 다래나무과(Actinidiaceae), 다래나무속 (Actinidia)에 속하는 다년생 덩굴성 낙엽과수이다. 키위의 원생 지는 중국이며, A. deliciosa와 A.chinensis 두 종이 상업적으로 재배되고 있다(Huang et al., 2004). 키위의 염색체 배수성은 종 또는 품종에 따라서 2배체부터 8배체까지 다양하며(Seal et al., 2013a), 배수성에 따라 과실크기, 과육색, 과피털, 그 리고 환경 내성 등이 달라진다(Li et al., 2010). 대부분 A. deliciosa는 6배체이나, A. chinensis는 2배체 또는 4배체이다.

    국내에서 키위는 제주 지역과 남해안 일대에서 주로 재배되 어 2015년 현재 재배면적 1,333 ha, 생산량 25,159톤에 이르고 있는데, 제주지역은 311ha, 8,554톤을 차지하고 있다(JSSGP, 2017). 세계적으로 재배되고 있는 주요 품종은 녹색의 ‘Hayward’(A. deliciosa)로, 우리나라에서도 키위 총 재배면적의 85%를 차지하고 있다(Park, 2009). 그 외에 황색 및 적색 등 의 과육색을 가진 유색 품종(A. chinensis)이 일부 재배되고 있 으며 점차 증가하고 있다(Moon et al., 2012).

    키위는 자웅이주 식물로 상업적 재배를 위해서는 인공 수분 이 매우 중요하다. 인공수분에 사용되는 꽃가루는 친화성, 활 력, 발아력, 화분관 신장, 그리고 수정률 등 여러 요인에 따라 종자 형성도에 크게 영향을 미친다(Seal et al., 2013b). 일반적 으로 종자 형성도에 따라 과실의 크기가 달라지며(Hopping, 1976; Vasilakakis et al., 1997), 피조아(Patterson, 1990), 선 인장 배(Babera et al. 1994) 등에서도 같은 결과를 나타내는 것으로 보고되었다. 그러나 종자수와 과실 크기 간의 관계는 매우 복잡하여 품종에 따라서도 상관 정도가 다르며(Lawes et al., 1990), 화분친, 수령 및 착과수에 의해 달라질 수 있다 (Seal et al., 2017; Warrington & Weston, 1990).

    최근 꽃가루 수입이 뉴질랜드, 중국, 호주 등 여러 국가에서 이루어지고 화분친의 품종도 다양해지고 있다. 그러므로 화분 친의 종류 및 배수성이 종자 형성도에 영향을 미쳐 과실 크기 및 당도 등 품질에도 크게 영향을 줄 가능성이 있다. 그러나 국내에서는 아직까지 이에 대한 연구가 보고된 바가 없다. 뿐 만 아니라, 키위 재배 농가에서는 경영비를 줄이기 위해 관행 적으로 꽃가루와 석송자(Lycopodium powder)를 혼합하여 사 용해 오고 있다. 그러나 혼합비율에 따른 과실특성, 특히 종자 형성은 아직 보고되지 않았다.

    따라서 본 연구는 제주지역에서 재배되고 있는 황색계통 키 위 3품종에서 꽃가루 품종과 희석 비율이 과실 품질 및 종자 형성에 미치는 영향을 알아보고자 수행되었다.

    재료 및 방법

    식물재료

    제주특별자치도 제주시에 위치한 농가의 무가온 하우스에서 재배되고 있는 7년생 ‘Halla Gold’ (A. chinensis), 4년생 ‘Sweet Gold’ (A. chinensis) 및 3년생 ‘Enza Gold’(A. chinensis)를 사용하였다. 전정, 적화, 적과, 시비, 병해충 관리 등은 키위 재배법에 준하여 수행되었다.

    인공수분

    국내 육성품종인 ‘Bohwa’ (A. deliciosa)와 뉴질랜드에서 육 성된 ‘Chieftain’ (A. deliciosa), 그리고 농가에서 일반적으로 사용하고 있는 중국산 수입 꽃가루(품종 미상)를 인공수분에 사용하였다. ‘Bohwa’와 ‘Chieftain’은 제주 지역의 키위 재배 농가에서 전년도에 자체 조제하여 냉동보관 중인 것을, 중국 산은 전년도에 생산된 꽃가루를 농가가 봄에 수입하여 냉동보 관 중인 것을 각각 분양받았으며, 이들 꽃가루는 사용 전에 FDA와 1% I2KI 염색법으로 검사한 결과 80% 이상의 활력을 나타내었다(Pok et al., 2015).

    인공수분은 모든 품종에서 만개 후 2일째에 수행하였다. ‘Halla Gold’와 ‘Sweet Gold’는 2016년 5월 7일에 각각의 3 그루로부터 나무당 6개 결과지를 선정하여 인공수분하였다. ‘Enza Gold’는 2017년 4월 26일에 5그루로부터 나무당 3개의 결과지를 선정하여 인공수분하였다. 인공수분은 꽃가루와 석 송자(Lycopodium power)를 혼합한 후 인공수분기(PS-100, Jeju Bio Tech co., Korea)를 사용하여 실시하였다. 꽃가루 품 종의 처리에서는 1:10으로 혼합하였고, 희석비율의 처리에서 는 1:0, 1:5, 1:10 및 1:20으로 혼합하여 사용하였다.

    암술 내 화분관 신장

    인공수분 처리 별 암술 내 화분관 신장을 관찰하기 위하여 2016년과 2017년에 각각 수분 1, 3, 5, 7, 9 및 1, 2, 3일 후 암술을 채취하여 FAA (formalin : acetic acid : 70% ethanol, 1 : 1 : 18, v/v/v) 용액으로 조직을 고정한 후 4°C에 보관하여 사용하였다(Distefano et al., 2009). 고정된 시료는 증류수로 15분간 4회 침지 세척한 후 2N NaOH용액으로 60°C에서 60~90분 동안 연화 처리한 다음, 다시 증류수로 15 분간 4회 침지 세척하였다. 연화된 시료는 0.1% aniline blue 를 이용하여 상온, 암조건 하에서 24시간 동안 염색하였다 (Yang et al., 2008). 염색된 시료는 4% agar(Agarose LE, Biomedic Co., Korea)를 이용하여 블록을 만든 후, vibratome(Series 1000, The Vibratome Co., USA)을 이용하 여 7 μm 두께의 절편을 만들어 슬라이드글라스에 올리고 커 버글라스를 덮어 현광 현미경(Leica DMRBE, Leica Co., Germany)으로 관찰하였다.

    과실의 품질 특성

    ‘Sweet Gold’, ‘Halla Gold’, 그리고 ‘Enza Gold’의 과실 숙기(각각 만개 후 177일, 185일 및 183일)에 처리 별로 12 개의 과실을 수확하여 과중, 건물률, 당도, 산도, 경도, 색도를 측정하였다. 과중은 수확 직후 전자저울(EL-2000S, Setra Inc., USA)로 측정했다. 건물률은 과실의 적도부분을 2~3mm 두께 로 절편을 내어 생체중을 측정한 후 60°C에서 24시간 건조한 다음 건물중을 측정하여 생체중에 대한 건물중의 비율로 계산 하였다(Burden et al., 2016). 당도와 산도는 과즙을 내어 디 지털당산분석기(GMK-707R, G-won Co., Korea)를 사용하여 측정했다. 경도는 과실의 중간 부위에서 과피를 1mm 두께로 벗긴 후 경도계(FHM-5, Takemura Co., Japan)를 사용하여 직각으로 두 번 측정 후 평균값을 기록했다(Burden et al., 2017). 색도는 과실 중간 부위에서 과피를 2~3mm 두께로 벗 긴 후 색차계(CR-400 chroma meter, Minolta Co., Japan)로 측정하였다.

    종자 수 및 무게

    ‘Sweet Gold’와 ‘Halla Gold’ 각각 만개 후 177일과 185 일에 처리 별로 12개의 과실을, ‘Enza Gold’는 만개 후 183 일에 처리 별로 10개의 과실을 이용했다. 과실에서 분리한 종 자는 세척, 건조하여 종자 계수기(Countador, Pfeuffer GmbH Co., Germany)를 이용하여 계수하였다. 종자무게는 전자저울 (EL-2000S, Setra Inc., USA)을 사용하여 측정한 후 100립중 으로 나타냈다.

    통계분석

    통계분석은 SPSS프로그램(SPSS version 18, IBM SPSS software Inc., USA)를 이용하여 꽃가루 품종 처리에 대해서는 t 검정으로 유의성을 검정하였고, 희석 비율 처리에서는 F 검 정으로 유의성을 검정한 후 Duncan’s multiple range test로 평균간 유의성을 비교하였다.

    결과 및 고찰

    꽃가루 품종이 과실 품질 및 종자 형성도에 미치는 영향

    꽃가루 품종에 따른 수정과정의 양상을 살펴보기 위하여 인 공수분 후 암술 내 화분관 신장을 관찰하였다(Fig. 1.). ‘Halla Gold’, ‘Sweet Gold’ 및 ‘Enza Gold’에 ‘Bohwa’와 ‘Chieftain’ 꽃가루를 수분시켰을 때, 수분 후 1일째에 화분관이 암술머리 를 지나 암술대를 따라 신장되고 있음을 확인할 수 있었다. ‘Enza Gold’에서 ‘Chieftain’과 ‘Bohwa’의 화분관은 수분 후 3일째에 밑씨에 도달하기 시작했으나 Bohwa’의 경우 화분관 의 수는 확연히 적었다. 이러한 차이는 ‘Enza Gold’의 종자 수 형성에 영향하였을 것으로 판단되었다(Table 1.).

    수분수 품종에 따른 ‘Halla Gold’, ‘Sweet Gold’ 그리고 ‘Enza Gold’의 수확기 과실의 품질 및 종자형성 특성은 Table 1과 같다. ‘Halla Gold’, ‘Sweet Gold’ 및 ‘Enaza Gold’의 생체중과 건물률은 ‘Chieftain’ 보다는 ‘Bohwa’ 꽃가루로 수분 하였을 때 좋은 편이었으나 모두 통계적 유의성을 나타내지는 않았다. 종자 수에 있어서는 ‘Enza Gold’를 제외하고는 ‘Bohwa’로 수분하였을 때 ‘Chieftain’보다 더 높게 나타났다. ‘Halla Gold’와 ‘Sweet Gold’는 종자 수가 많을수록 생체중 및 건물률이 높은 경향을 나타낸 반면, ‘Enza Gold’는 반대의 결과를 나타냈다. 키위에서 과실 품질, 특히 생체중은 종자 수 보다 종자 무게와 더 상관이 높다고 보고된 바 있다(Lawes et al., 1990). 그러므로 ‘Enza Gold’에 ‘Chieftain’으로 수 분했을 때, 화분관 신장이 좋아 종자의 형성은 증가하였으 나 종자의 충실도가 떨어져서 과실의 생체중과 건물율이 낮 게 나타나는 것으로 추정되나, 이에 대해서는 추가적인 연 구가 필요하다.

    당도는 ‘Halla Gold’를 제외한 두 품종에서 ‘Chieftain’보다 ‘Bohwa’로 인공수분하였을 때 높은 경향을 보였으나 유의적 인 차이는 없었다. 산도와 경도도 ‘Enza Gold’의 경도를 제외 하면 ‘Bohwa’로 수분했을 때 ‘Chieftain’보다 높았으나 처리간 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 색차계에 의한 L값은 3품 종 모두 ‘Bohwa’로 수분했을 때, ‘Chieftain’ 보다 높은 경향 을 보였지만, ‘Enza Gold’를 제외하면 유의적인 차이는 없었 다. a값은 ‘Halla Gold’에서는 ‘Chieftain’을 처리했을 때, ‘Sweet Gold’와 ‘Enza Gold’에서는 ‘Bohwa’를 처리했을 때 낮은 경향을 보였다. b값은 높을수록 노란색을 나타내기 때문 에 황색계통 키위에서 품질을 나타내는 주요 색도이다. b값은 ‘Sweet Gold’에서 유의적인 차이는 없었으며, 다른 두 품종에 서는 ‘Bohwa’로 수분했을 때 ‘Chieftain’보다 높은 값을 나타 냈다. 이러한 색도에서의 차이는 품종 간 성숙의 차이에 의한 것으로 판단되었다. 키위에서는 색차계의 L, a, b값 보다는 색 도의 h˚값이 성숙의 지표로 이용되고 있는데, 낮을수록 과실 성숙이 더 진행된 것으로 알려져 있다(Seal et al., 2013b). 그러므로 ‘Halla Gold’에 ‘Bohwa’로 수분했을 때, ‘Chieftain’ 보다 건물률은 높지만 당도가 낮았던 것은 h˚값을 고려하면 과실 성숙이 덜 이루어졌기 때문인 것으로 판단되었다.

    이상의 결과로 ‘Halla Gold’, ‘Sweet Gold’ 및 ‘Enza Gold’ 재배에 보다 더 적합한 꽃가루는 생체중 및 건물율에서 높은 경향을 나타낸 ‘Bohwa’로 판단되었다. 본 연구에 사용된 수분수 2품종은 6배체의 A. deliciosa로 배수성은 동일하더라 도 4배체의 A.chinensis인 암나무 3품종과의 친화성이 다름을 보여주었다. 그러나 농가에서는 꽃가루 구입 비용을 우선적으 로 고려하여 품종과 배수성을 알 수 없는 꽃가루를 사용하고 있는 실정이다. 또한 ‘Hongyang’과 같은 2배체의 레드 계통 품종의 재배면적도 증가할 전망이어서 재배품종과 화분친의 배수성이 종자 형성과 과실 품질에 어떤 영향을 미치는지 상 세히 연구할 필요성이 제기되고 있다.

    꽃가루 희석 비율이 과실품질 및 종자 형성도에 미치는 영향

    꽃가루 희석 비율에 따른 ‘Enza Gold’의 화분관 신장 양상 은 Fig. 2와 같다. 인공수분 후 1일째에 화분관이 암술머리를 지나 암술대를 따라 신장하였으며, 2일째에 1, 5 및 10배 희 석 처리에서는 화분관이 밑씨에 침투하기 시작하였고, 3일째 에 그 수가 증가하였다. 그러나 20배 희석처리에서는 다소 늦 은 수분 3일째에 화분관이 밑씨에 도달하기 시작하였으며, 그 수도 적은 편이었다. 이는 높은 꽃가루 활력에도 불구하고 석 송자 혼합 비율이 높아짐에 따라 꽃가루의 양이 충분하지 못 하여 나타나는 것으로 생각되었다. 키위의 화분관 신장에 관 한 보고는 조금씩 다르게 알려져 있다. Jerram(1979)는 수분 7시간 후 암술대를 뚫고 들어가기 시작하여, 31시간 후 암술 대의 끝에 도달하고, 약 40시간 정도 후에 밑씨에 들어가 수 정이 시작되는 것으로 보고하였다. 그러나 Gonzàlez & Coque(1995)는 수분 2일 후 화분관이 암술대의 끝에 도달하 고, 수분 3일 후에 밑씨에 도달한다고 보고하였다. 이러한 차 이는 꽃가루의 활력 또는 친화성에 따라 다를 것으로 판단되 었다. 본 연구에서는 희석 배수에 상관없이 수분 2일 또는 3 일 후에 모두 밑씨에 도달하였으나, 꽃가루의 적정 수가 확보 되지 못하면 수정이 충분치 못하게 되어 종자 수가 적어질 수 있을 것으로 생각되었다.

    꽃가루 희석 비율에 따른 ‘Enza Gold’의 수확기 과실 품질 및 종자 형성 특성은 Table 3과 같다. 과중, 종자 수 및 100 립중를 함께 고려하면 꽃가루의 희석 배수가 1~10배일 때는 거의 차이가 없는 편이나 20배 희석 처리에서는 과중 및 종자 형성이 크게 감소하는 경향이었다. 건물률은 1, 10, 20, 5배 순으로 높았으나, 20배와 5배 처리 간에 유의성은 없었다. 당 도는 희석 비율간 유의적인 차이는 없었으나, 10배 희석처리 에서 가장 높은 경향을 보였다. 산도는 10배 희석처리에서 가 장 높았다. 경도는 꽃가루 희석 비율 간에 유의적인 차이는 없었다. 색도의 b값은 10배 희석처리에서 가장 높았고 h˚값 은 10배 희석처리에서 가장 낮았다. 그러므로 중국산 수입 꽃 가루 희석 비율에 따른 ‘Enza Gold’ 품종의 인공수분 결과, 10배 이하의 적절한 양의 석송자를 꽃가루와 혼합하여 사용하 는 것이 농가 경영비 절감에 도움이 될 것으로 판단된다. 그 러나 꽃가루 품종에 따라 친화성이 달라지기 때문에 품종에 따른 적정 꽃가루 희석 비율에 대해서는 추가적인 연구가 필 요하다. Table 2

    적 요

    본 연구는 키위 ‘Halla Gold’, ‘Sweet Gold’ 및 ‘Enza Gold’ 품종에서 꽃가루 품종 및 희석 비율이 과실 품질 및 종 자 형성에 미치는 영향을 분석하고자 수행되었다.

    1. 화분관은 인공수분 2일 또는 3일 후에 밑씨에 도달하였 는데, 그 양상은 꽃가루 품종과 희석 비율에 따라 차이가 있 었다. 화분관 신장은 ‘Halla Gold’와 ‘Sweet Gold’에는 ‘Bohwa’가 ‘Enza Gold’에는 ‘Chieftian’이 좋았으나 ‘Enza Gold’에서는 반대의 경향이었다. 중국산 꽃가루 희석 비율에 따른 화분관 신장은 20배 희석에서 다소 낮은 경향이었다. 2. ‘Hall Gold’, ‘Sweet Gold’ 및 ‘Enza Gold’에서 과중과 건물 률은 ‘Bohwa’로 수분했을 때 높은 경향을 보였다. 종자 수에 있어서 ‘Halla Gold’와 ‘Sweet Gold’에서는 과중과 건물률과 유사한 경향이었으나, ‘Enaza Gold’에서는 반대의 경향을 나 타냈다. 3. ‘Enza Gold’에서 중국산 수입 꽃가루 희석비율에 따른 과중 및 건물률은 1~10배에서는 큰 차이가 없이 높은 편이나 20배에서는 가장 낮은 경향이었다. 종자 수 및 100립 중도 유사한 경향이었다.

    ACKNOWLEDGMENTS

    본 연구는 농촌진흥청 공동연구사업(과제번호: PJ01090402) 지원에 의해 수행되었습니다.

    Figure

    KSIA-30-106_F1.gif

    Pollen tube growth in the pistils of ‘Halla Gold’ (HG), ‘Sweet Gold’ (SG) and ‘Enza Gold’ (EG) pollinated with the dry pollen of two different pollen donor genotypes. DAP; days after pollination. Scale bar indicates 100 μm.

    KSIA-30-106_F2.gif

    Pollen tube growh in the pistils of ‘Enza Gold’ pollinated with imported pollen from China diluted at 4 different ratios. DAP; days after pollination. Scale bar indicates 100 μm.

    Table

    Fruit quality and seed formation according to pollen donor genotypes in three kiwifruits.

    ZMean separation within columns by T-test at 5% level.

    Fruit quality and seed development by artificial pollination with differently diluted pollen in ‘Enza Gold’ kiwifruits.

    ZMean separation within columns by Duncan’s multiple range test at 5% level.

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