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소비자들의 식생활이 간편화되고 다양한 먹거리들의 등장 으로 쌀 가공식품을 이용한 가정간편식(home meal replacement, HMR) 시장이 확대되고 있다. 하지만 국내 쌀산업은 생산량과 소비량 모두 꾸준히 감소하고 있는 실정이다 (Kim & Park, 2007;Shin et al., 2015;Lee, 2017). FTA 쌀 시장 개방에 맞 춰 다양한 국가에서 생산된 수입 쌀을 쉽게 접할 수 있게 되면 서 소비자들은 가격이나 기호에 따라 선택의 폭이 넓어지게 되 었다. 이러한 시장변화와 수요에 충족할 수 있는 벼 품종에 대 한 요구가 증가하면서 벼 육종방향도 고품질 밥쌀용 벼 품종 개발에 더욱 집중하는 계기가 되었다. 한편 정부와 민간합동으 로‘3저(재배면적, 시비량, 생산비) 3고(밥맛, 완전미율, 쌀 소 비)운동’이 시행되면서 쌀의 적정 생산 및 품질 고급화에 대한 관심이 고조되는 분위기가 조성되고 있다.

고품질 벼 품종 개발을 위하여 자포니카형 유전자원을 활용 한 기존 육종법으로 지금까지 육종적 성과를 크게 이뤄온 것 이 사실이지만 자포니카벼가 가지는 유전적 다양성의 한계로 인해 이제 육종방향의 변화가 필요한 시점이 되었다. 특히 품 질 개선에 있어 육종성과를 내기 위해 더 다양한 유전자원의 도입이 필요한 시점이다. 따라서 재래종이나 잡초벼 등과 같 은 다양한 국내 토종 유전자원으로부터 유용 유전자를 도입하 는 연구가 필요한 시점이다. 이런 관점에서 국내 재래벼 유전 자원을 도입하여 벼 신품종 개발 등의 이용 사례들은 주목할 만한 가치가 있다. 가위찰을 이용한 흑가위찰(Kim et al., 2006)과 돼지찰을 이용하여 효원2호와 효원4호(Lee et al., 2016), 자광도에서 유래한 중모1033호(Jeong et al., 2019) 그 리고 재래종 찰벼인 홍나를 이용한 효원3호(Kwon et al., 2019) 육성 등이 대표적 예이다. 위의 보고들은 국내 유전자 원의 활용과 보존 가치를 높이기 위하여 국내 재래 자원을 활 용한 고품질 쌀 품종 개발에 대한 가능성을 보여주고 있다.

다양한 유전자원의 활용 못지않게 쌀의 품질에 대한 정확한 평가도 고품질 벼 품종개발을 위하여 선행되야 한다. 식미관 련 특성에는 외관 품위인 완전미율과 이화학적 특성인 아밀로 스, 단백질, 지방산 등의 함량, 알카리붕괴도, 호화전분 특성과 기계적인 윤기치 등이 있으며, 이들 특성 분석을 통해 식미를 간접적으로 평가하는 것이 일반적이다(Okamoto, 1994;Champagne et al., 1998;Choi, 2002;Kobayashi et al., 2008;Wada et al., 2008;Lee et al., 2015). 직접평가 방법 으로는 식미 관능 평가가 있다. 밥을 지어 사람이 직접 먹어 보고 밥의 형태와 향, 찰기, 질감, 밥맛, 탄력성 등 입에서 느 껴지는 감각을 수치로 평가하는 것이다(Ramesh et al., 2000;Bett-garber et al., 2001;Hong, 2004;Kim et al., 2012). 그러나 직접 평가 방법은 품종 육성 초기세대 검정이 어렵고 시료량이 많이 필요하며, 반복간 혹은 연차 간에 결과가 일치 하지 않는 경향이 있고 관능검사를 수행하는 인원의 객관성이 나 컨디션을 제어하기 힘든 점이 있다(Wada et al., 2008;Yun et al., 2016). 특히 샘플을 대량으로 평가할 때는 이러한 오차는 더 커지는 경향이다. 그렇기 때문에 기계에 의한 관측 치와 관능검사에 의한 결과를 통계적으로 유의한 수준에서 분 석하는 것이 중요하다. 기존 연구에서는 미질이 씹는 질감과 높은 상관이 있다는 보고가 많다(Lyon et al., 1999;Lestari et al., 2009;Lau et al., 2015;Hori et al., 2016). 이는 씹 는 물성을 기계적으로 분석하면 관능검사를 보다 객관적으로 평가할 수 있을 것으로 유추해볼 수 있다. 그래서 텍스쳐 분 석기를 이용한 밥의 물성을 측정하여 밥의 경도, 부착성, 씹힘 성 등 밥맛에 영향을 줄 수 있는 요인을 분석하여 종합적인 식미를 해석한 연구 또한 보고되었다(Park et al., 2005;Han et al., 2008).

따라서 본 연구에서는 국내 토종자원의 식미 관련 인자를 식미 개선을 위하여 도입하고 이들을 평가하기 위하여 국내 품종인 화영과 윤기치가 높은 국내 잡초벼 완도앵미6을 교배 하여 RILs 계통 육성하였으며, 육성 집단 및 유망 계통을 이 용하여 주요 식미 관련 이화학적 특성과 윤기치, 식미 관능 평가, 밥의 물성 등을 분석함으로서 완도앵미6의 식미 관련 유 용인자를 도입하여 고품질 신품종 개발을 위한 가능성을 검토 하였다.

재료 및 방법

시험재료 및 재배방법

식미 관련 특성분석 연구를 위하여 모본으로 화영과 부본으 로 완도앵미6을 교배하여 자식성 재조합집단(RIL)을 육성하였 다. 완도앵미6은 국내외 76개 유전자원을 이용하여 수행한 호 화전분 특성 및 식미특성 비교연구(on review)에서 평균 윤기 치가 조사 유전자원 중 가장 우수(>0.88)했던 국내 잡초벼 유 전자원으로 식미 관련 우량계통 선발을 위한 본 연구의 교배 친으로 사용하였다. 육성된 RIL집단은 특성분석을 위한 통계 분석에 사용되었으며, 윤기치와 식미관능평가 값 등이 우수한 우량계통을 선발하여 그 특성을 평가하였다. 농촌진흥청 국립 식량과학원 벼 시험포장에서 표준 재배법에 준하여 5월 2일에 파종하여 30일간 육묘 후 국립식량과학원 전주 시험포장에 이 앙하였다. 시비는 농촌진흥청 표준시비법(N-P₂O₅-K₂O, 9-4.5-5.7 kg/10a)을 따라 질소는 기비 : 분얼비 : 수비를 50 : 20 : 30비율로 분시하였고, 인산은 전량 기비로, 칼륨은 기비 : 수 비를 70 : 30 비율로 분시하였다. 재배관리는 농촌진흥청 표 준재배법에 준하여 실시하였다. 수확한 시료는 수분 함량이 14~15% 상태인 정조로 보관하였다.

분석 시료준비

수확한 종자는 현미기(SY88-TH, SsangYong)와 백미기(rice pal 32, Yamamoto)를 이용하여 분석에 필요한 시료로 준비하 였다. 백미는 92%의 제현율로 도정하였고 곡물수분측정기 (Riceter f505, Kett Co.)로 수분 측정 후 7°C 저온 창고에 보 관하였다. 준비된 백미는 쌀가루 분쇄기(CN/CT193 Cyclotec, Foss analytical)로 쌀가루를 만든 후 100 mesh 체에 쳐서 분 석에 이용하였다.

이화학적 성분 분석

아밀로스 함량(AC: amylose contents)은 Juliano (1971) 의 요오드 비색 정량법으로 0.1g의 시료에 99.9%의 에탄올 1ml과 1N NaOH 9 ml을 넣고 상온에 20분간 방치한 후 97°C 끓는 물에 10분간 가열하고 증류수로 100ml 채웠다. 5 ml의 시료를 덜어 1 N CH₃COOH 1 ml에 2% I₂-KI 용 액 2 ml을 첨가하여 20분간 발색한 후 분광광도계(UV/ Visible spectrophotometer, Ultrospec 4300pro, Amersham Bioscience, UK)로 흡광도 620 nm 파장에서 측정하였다. 단백 질 함량(PC: protein contents)은 Kjeldahl법으로 질소 함량을 구한 후 질소량에 5.95를 곱하여 단백질 함량을 계산하였다 (AOAC, 2002). 알칼리 붕괴도(ADV: alkali digestion value) 는 완전미 시료 6립을 플라스크에 넣고 1.4% KOH 용액 10 ml을 넣은 후 30°C 항온기에 23시간 정치 후 쌀의 퍼짐과 맑음 정도를 1-7점으로 분류하였다(IRRI, 2013). 윤기치(GCR: glossiness of cooked rice)는 백미 완전미 33g을 정량하여 Toyo meter(MA98A, 98B, Toyo Co. Tokyo, Japan)로 측정 하였다.

식미 관능 평가

식미 관능 검정은 백미 200 g을 물에 30분간 침지한 뒤 가 수량 1:1.1배로 전기밥솥(CUCKOO CR-0313V)에 밥을 지은 후 10분간 뜸을 들였다. 대비 시료인 화영과 RIL집단 시료 5 개와 비교하여 차이 정도를 평가하는 차이식별검사로 진행하 였다(RDA 2012). 훈련된 20-50대 전문 패널 7~10명이 참여 하여 3가지 평가항목인 밥맛(Taste, TA), 찰기(Stickiness, ST), 질감(Hardness, HD) 그리고 종합평가(Overall eating quality, OE)를 -3~+3의 7점척도법으로 평가하였다(Yamamoto & Ogawa, 1992;Cho et al., 2014).

밥의 물성 경도 분석

밥의 물성 특성은 알루미늄 캔(직경 7 cm × 높이 5 cm)에 시료 10 g과 1.3배의 물을 넣고 10분간 상온에서 불린 후 전 기밥솥(CUCKOO SR-3010)에서 20분간 12개 캔을 동시에 취 사하였다. 상온에서 10분간 방치한 후 30°C 항온수조에 넣어 온도를 유지시킨 후 분석하였다. 텍스처 분석기(TA-XT plus C, Stable Micro Systems, Surrey, UK)를 이용하여 TPA (Texture profile analysis) 방법으로 Two bite compression에 의해 실험하였다. probe p/20P(20 mm DIA cylinder Perspex) 를 사용하여 strain 75%, pre-test speed 2.00 mm/sec, test speed 1.00 mm/sec, post test speed 1.00 mm/sec와 trigger force 5.0 g 조건으로 경도(Hadrness, Hd: 무르다-굳다), 부착성 (Adhesiveness, Ad: 미끈거리다-끈적거리다), 탄력성(Springiness, Sp: 탄력이 있다-탄력이 없다), 응집성(Cohesiveness, Coh: 부 스러진다-깨어진다), 씹힘성(Chewiness, Chw: 연하다-졸깃하다) 를 분석하였다 (Yoo et al., 2013).

통계분석

통계분석은 SAS 프로그램(Version 9.4, Enterprise Guide 7.1, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)를 이용하여 공시재 료의 분석 형질에 대한 평균을 기술 통계법으로 구하였고 시 료간 유의성 검정은 t-test와 던칸의 다중 평균비교 방법에 의 해 p<0.05 수준에서 유의적 차이를 검정하였다.

결과 및 고찰

RIL 집단 육성

식미 관련 분석을 위하여 화영을 모본으로 완도앵미6을 2013년 하계에 교배한 후, 동계에 F₁을 양성하여 F₂ 종자를 생산하였다. 2014년 하계 포장에 F₂ 종자를 파종하여 초형이 양호하였던 224개체를 선발하였고, 일수일계통법(SSD: single seed descent)으로 포장 및 동계온실에서 세대 촉진시켰다(Fig. 1). F₆세대(2016)부터 F₈세대(2018)까지 고정도와 표현형 선발 등을 통하여 최종적으로 174계통의 화영/완도앵미6 RIL 집단 을 육성하였다. 일반적으로 식미관련 연구를 위해서는 RIL집 단(Tan et al., 1999;Kwon et al., 2011;Yun et al., 2016;Kinoshita et al., 2017)을 사용하게 되는데 이것은 관련형질이 고정된 상태에서 충분한 분석재료를 얻기 용이하기 때문인데 최근에는 다교배집단을 이용한 식미관련 연구도 보고된 적이 있다(Ponce et al., 2018). 한편 주요 농업특성 및 이화학적 특성에 대한 평가를 기반으로 유망계통을 선발하였는데 최초 25계통(F₆)으로부터 제반특성이 양호했던 10개의 유망계통(F₈) 을 선발하였다 (Table 1).

본 연구에서 육성된 RIL 집단은 재배벼와 잡초벼의 조합으 로 이루어져 있지만 후대에서 불임이나 재조환 효과 등에 있 어 문제가 발견되지 않았다. 이전 연구(not published)에서 SNP 마커에 의한 다형성에 있어 약 90% 정도의 유사성이 발 견된 점을 고려할 때 완도앵미6은 유용 유전자 도입을 위한 수여친으로 육종에 이용이 가능할 것으로 보인다.

육성 집단의 주요 농업 및 이화학적 특성 분석

육성된 집단의 주요 농업형질에 대한 평가를 3년(2016 ~2018)에 걸쳐 수행하였다(Fig. 2). 육성집단은 출수일수, 간장, 수장, 수수 등에서 양친의 조사 범위를 중심으로 다소의 초월 분리를 보이며 정규 분포하는 경향이었다. 완전미율의 경우 두 교배친은 모두 90% 이상의 양호한 성적을 나타냈었는데 양친 간에는 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 출수기의 경우 양친 은 모두 중생종으로 5일정도의 차이가 있지만 통계적으로는 유 의하지 않은 범위에 있었다. 이화학적 특성에 대한 분석평가에 서는 윤기치, 단백질 함량, 알칼리 붕괴도에 대하여 화영과 완 도앵미6 모두 통계적으로 유의하였고, 아밀로스 함량만 차이가 없는 것으로 나타났다 (Table 1). 재조합 집단의 윤기치와 아밀 로스 함량의 3년치 평균값은 양친의 범위 안에 분포하였으며, 알칼리 붕괴도와 단백질 함량은 평균값보다 낮게 조사되었다.

육성된 집단을 이용하여 형질별로 연차간 상관분석을 수행 하여 환경변이 영향을 확인하였다 (Table 2). 출수일수와 간장 의 경우 16-17, 16-18, 17-18년 분석에서 모두 r>0.8 이상의 강한 상관을 나타냄으로써 환경에 영향을 적게 받는 것으로 조사되었다. 이화학적 분석에서는 단백질 함량과 알칼리 붕괴 도에 비해 아밀로스 함량이 상대적으로 시기별 값이 작고 연 차간 상관 계수의 차이가 큰 것으로 보아 환경에 대하여 상대 적으로 민감한 것으로 생각된다. 이러한 결과는 동일 형질에 대한 연차간 상관분석에서 아밀로스 함량이 0.44로 가장 낮았 고 단백질과 알칼리붕괴도가 상대적으로 높았던 상관계수를 보였던 Kwon et al., (2011)의 자포니카 RILs 집단의 식미분 석 결과와 유사하였다. 본 RIL집단은 유전적 특성이 고정되었 고 조사형질에 있어 정규분포하는 랜덤집단으로 이후 윤기치 를 중심 미질관련 특성 분석 등을 위한 QTL분석 집단으로 이용 가능할 것으로 사료된다.

선발계통의 주요농업 및 이화학적 특성 분석

표현형선발 및 미질관련 특성평가를 통하여 육성된 RIL에 서 10개의 우량 계통을 선발하였다(Fig.1). 선발된 계통으로 주 요 농업특성 평가를 수행한 결과는 Fig. 3에서와 같다. 출수일 수는 89일에서 105일까지 범위로 양친의 범위를 크게 벗어나 지 않는 것으로 나타났다. 간장과 수장의 경우 선발된 대부분 의 계통이 양친의 평균값보다 크게 나타났는데 간장은 4계통 (HWRIL43, HWRIL56, HWRIL106, HWRIL138)만 양친의 범위에 포함되었고, 수수의 경우 양친의 범위안에서 조사되었 다. 선발된 계통은 초장이 다소 커져 완도앵미6과 유사하였으 나 조사된 주요농업적 형질들은 대체로 양호하였으며 특히 윤 기치 및 식미검정 결과가 향상되었음을 확인하였다 (Table 2). 양친과의 비교에서 윤기치를 제외하고 완전미율, 아밀로스 함 량, 단백질 함량, 알칼리 붕괴도는 서로 차이가 없었음을 확인 하였는데 완전미율의 경우 88.07에서 95.67%, 아밀로스 함량 은 17.18에서 19.59% 범위에서 조사되었으나 선발계통에서 통 계적으로 차이가 없었다. 단백질 함량(5.44-6.57%)와 알칼리 붕괴도(4.00-5.50) 역시 큰 차이는 없었으나 분석치가 약간 감 소하는 경향을 보였다. 그러나 식미와 상관이 높은 것으로 알 려진 윤기치의 경우(Takeuchi et al., 2007;Cho et al., 2014;Yun et al., 2016;Wang et al., 2017) 양친 간의 차이가 컸 었는데 선발과정을 통해 10계통 모두 완도앵미6 수준으로 윤 기치가 개선된 것을 확인하였다. 특히 HWRIL148, 179, 184, 그리고 191 계통의 경우 윤기치가 86이상이면서, 완전미율 (HR) 역시 90%를 상회하는 양호한 미질특성을 나타냈다. 이 들 4계통은 윤기치가 높으면서 양친의 좋은 식미관련 특성을 가진 계통으로 앞으로 국내 벼 품종 미질 개선을 위하여 중간 모본으로 사용할 계획이다.

기계적 평가와 식미관능 평가에 의한 밥의 물성비교

선발한 10계통에 대한 식미관능 검정을 수행하여 물성(찰기, 질감)과 식미(밥맛, 종합평가)에 대하여 양친과 비교하였다 (Table 3). 완도앵미6은 모든 항목에서 ‘0’이상을 나타냈으며, 화영에 비해 식미평가 값이 양호한 것으로 조사되었다. 선발 계통은 찰기와 질감 모두가 화영에 비하여 모두 개선되었으며, 밥맛과 전체 식미치도 우수한 것으로 나타났다. 텍스쳐 분석 기에 의한 기계적 물성평가에서 조직의 탄력성(Sp)은 양친간 에 차이가 없는 것으로 나타났고 다른 조사항목도 통계적으로 유의성이 없는 것으로 조사되었다. 단단한 정도(Hd)에서는 화 영이 완도앵미6보다 단단하였으나 선발된 계통은 화영보다 밥 알의 조직이 무른 편이었으며, 부착성(Ad)에 있어서도 선발된 계통들은 화영에 비해 끈적이는 정도가 유사하거나 약했다. 조 직감이 연하다-졸깃하다고 표현되는 씹힘성(Chw)은 선발계통 이 화영과 완도앵미 중간 정도의 부드러운 질감을 나타냈다.

한편 두 방법에서 평가된 물성 관련 수치를 비교하기 위하 여 상관분석을 수행하였다(Fig. 4). 관능평가 항목인 찰기(ST) 와 질감(HD)은 상관계수가 0.57로 고도로 유의한 상관을 나 타냈으나, 기계적 물성 평가치와의 비교에서는 찰기(ST)와 부 착성(Ad)에서만 약한 음의 상관일 보였을 뿐 두 방법 간에 상 관을 찾기 어려웠다. 이러한 결과는 관능검사법에 의한 평가 는 직관적이기는 하지만 반복성이나 정확성 등에 있어 일정한 값을 수치화하기가 어렵고 평가자의 기호성이나 주관적인 환경 요인이 관여할 여지가 많아 객관적인 평가가 어렵다는 것은 일 반적인 사실이다(Sun et al., 2006;Li et al., 2010;Champagne et al., 2014). 밥맛과 종합평가에 있어서도 기계적 물성 수치 는 상관관계를 확인하기 어려웠다. Windham (2014)은 밥의 물성에 대한 관능검사와 기계적 측정치 사이의 관계를 분석하 여 보고하였는데 그 결과 역시 두 분석결과 사이에 상관성을 확인하지 못하였다.

따라서 관능검사의 질감을 좋고 나쁨으로 표현하지 않고 세 분화하고 물성측정 요인 중 정확히 어떤 항목이 밥의 조직감 을 대표할 수 있는지에 대한 연구도 필요할 것으로 보인다.

적 요

본 연구는 국내 잡초벼인 완도앵미6의 식미관련 유용인자를 자포니카벼 품종에 도입하여 식미가 개선된 새로운 품종을 개 발하기 위한 기초 육종연구로 수행되었다. 식미개선을 위하여 국내 자포니카 벼 품종인 화영과 윤기치가 우수한 국내 잡초 벼인 완도앵미6를 교배하여 재조합 자식계통을 육성하였으며 이 조합으로부터 고품질 품종 개발에 활용 가능한 우량계통을 육종에 이용하고자 수행한 결과는 다음과 같다.