14. 임목육종의 성과물과 과제

임목육종성과

선발육종

• 채종원 조성 • 조성면적 : 748.5 ha • 조성수종 : 60수종 - 침엽수 16수종, 598.2ha - 활엽수 44수종,

150.3ha

• 채종원 종자 공급체계확립

• 잣나무, 곰솔 : 100% 보급

• 편백 : 60% 보급

• 소나무, 일본잎갈나무 : 40% 보급

• 활엽수류 : 부족, 점차 증가 추세

교잡육종

• 리기테다소나무 • 은수원사시(=현사시) • 양황철나무 • 수원포플러 • 호두나무 • 밤나무

도입육종

• 이태리포플러 • 일본잎갈나무 • 리기다소나무, 테다소나무

• 스트로브잣나무 • 독일가문비 • 아까시나무 • 철쭉류 • 향나무류

• 대왕참나무 • 루브라참나무 • 메타세쿼이아 • 삼나무 • 편백 • 화백 • 낙우송 등

돌연변이육종

• 4배체육성 • 3배체 포플러 육성- 4배체와 2배체를 교잡 --- 불임성이므로 화분이나 종자의 비상이 안되므로 형질전환체 개발에 이용됨

생물공학 육종

• 우량개체의 급속증식법확립 • 아배양 • 체세포배배양 • 세포배양 • 산삼배양근 등 • 유전자변형 임목- 사이토키닌도입 포플러 - 중금속 수송 단백질유전자 도입 포플러

조직배양이 실용화된 임목류( Abeliophyllum Abies Acacia Acer Actinidia Aesculus Albizzia Alnus Amelanchier Araucaria Arctostaphyllus Bambusa Betula Broussonetia Buddleia Camellia Campsis Carya Castanea

Casuarina Catalpa Celtis Chaenomeles Chamaecyparis Citrus Clematis Corylopsis Corylus Cotinus Crataegus Cryptomeria Cupressus Cycas Cyphomandra Daphne Dendrocalamus Deutzia Diospiros Diospyros

Elaeis Ephedra Escallonia Eucalyptus Fagus Ficus Forthisia Garrya Ginkgo Hevea Hibiscus Hydrangea Hypericum Ilex Juglans Kalmia Lagerstromea Lapageria Larix LeucoceptrumLeucotoe

Liriodendron Liquidambar Magnolia Magnifera Malus Myriciaria Paulownia Picea Pinus Pistacia Populus Potentila Prunus Pseudotsuga Pyrus Quercus Ribes Robinia Rosa Ribes

Rhododendron Robinia Rosa Rubus Salix Santalum Sequoia Sequoiadendron Simmondsia Sorbus Spiraea Syringa Tectsuga Thuja Ulmus Vaccinium Vitis Weigelia Zamia

유전자변형 임목연구 개발현황

• 임목유전체연구동향 - 유전체연구: 포플러, 유칼리나무, 파파야 • 유전자변형 임목 연구개발 동향 - 리그닌함량감소및 셀룰로스양 증가 - 스트레스저항성 개선(건조, 염, 건조 저온, 오염물질흡수 배출)

- 유전자변형임목의 야외시험

목표형질 • 대규모 조림을 목적으로 개발 중인 GM나무의 개량 목표형질은 다음과 같이 구분할 수 있다.

• 첫째, 빨리 잘 자라는 나무를 만드는 것이다. 이는 재생가능한 자원으로서의 목질계 바이오매스에 대한 수요 증가에 기인한다.

• 둘째, 종이와 바이오연료의 품질과 생산성을 높이는 것이다. 이을 위해 리그닌은 줄이고 셀룰로오스는 늘리는 시도가 이루어지고 있다.

• 셋째, 환경 스트레스에 강한 나무를 만드는 것이다. 열대지방에서 대규모로 조림하고 있는 유칼리나무를 추운지방에서도 잘 자라게 만드는 것이 대표적이다. 이 외에도 제초제저항성, 개화조절, 환경정화 등이 있다. 궁극적으로 이 모든 개량목표의 가장 큰 공통점은 결국 산림의 생산성을 높이는 것이다

• 야외에 최초로 GM나무가 심어진 곳은 벨기에로, 1988년에 개발된 제초제내성 포플러의 연구목적 시험식재였다. 지금 GM나무가 상업화되어 재배되고 있는 나라는 미국과 중국이다. 미국은 바이러스 저항성 유전자가 도입된 GM파파야와 GM자두가 1996년과 2007년에 각각 상업화되었다.

• 중국은 곤충저항성 유전자가 도입된 포플러가 2002년에, 바이러스 저항성 유전자가 도입된 파파야가 2006년에 상업화되었다. 산림 수종의 경우에는 중국에서 재배 중인 GM포플러가 유일하다. 이 GM포플러에 대한 정확한 평가보고서는 아직 없지만 재배면적이 최소 수천 헥타르 이상일 것으로 추정

• 목재 또는 펄프 등의 목질계 바이오매스 생산용으로 개발 중인 GM나무 중에서 실용화에 가장 근접한 것은 유칼리나무이다. GM유칼리나무는 FuturaGene과 ArborGen은 브라질과 미국에서 최초의 상업화에 성공하기 위해 경쟁하고 있으며, 상업화 직전 단계에 이르러 있다.

• 연구개발 목적으로 시험 중인 GM나무: 포플러와 유칼리나무 외에도 소나무, 가문비나무, 밤나무, 느릅나무, 호두나무, 풍나무 등으로 매우 다양.

GM작물의 재배현황(2012년)

• 재배작물: 옥수수,콩,면화, 캐놀라,사탕무, 파파야,스쿼시

• 1위국 미국: 69.5백만ha 2위국 브라질 36.6ha 3위국 아르헨티나 23.9백만ha

• 재배국가 총 28개국. • 한국은 재배 실적 없음 (허가 안남)

연도별 재배면적변화(2012년 ISAAA보고서)

2011~2012년 형질별 GM작물 재배면적 변이 (2012년 ISAAA 보고서)

형질 2011 2012

재배면적 % 재배면적 %

제초제저항성 93.9 59 100.5 59

제초제/해충저항성

42.2 26 43.7 26

해충저항성 23.9 15 26.1 15

기타 <1 <1 <1 <1

계 160.0 100 170.3 .100

우리나라의 GM작물의 현황 • 해충저항성 벼/고추/배추, 바이러스저항성 고추/감자, 가뭄저항성 벼 등이 현재 가장 연구진행이 많이 진행되고 있음.

• 상업화 전망: 현재 제초제저항성 벼/잔디, 바이러스저항성 고추, 기능성 물질생산 벼 등 안전성 평가가 어느 정도 진

행된 작물을 위주로 1~2년 이내에 상업화를 위한 안전성심사 서 작성 제출 예상. • 이러한 상업화용 GM작물 개발은 국가 기술경쟁력 제고와 우리 농업의 발전을 위해서는 필수적으로 추진해야 하는 반면,

• GM작물의 국내 재배에 대한 불안감과 반대의견이 높음. • 국내 수요자와 소비자들이 그 필요성을 충분히 인정하고 상용화에 대한 국민적 공감대 확보가 충분히 이루어져야 함

Cryopreservation(Britanica) • the preservation of cells and tissue by freezing. • Cryopreservation is based on the ability of certain small

molecules to enter cells and prevent dehydration and formation of intracellular ice crystals, which can cause cell death and destruction of cell organelles during the freezing process. Two common cryoprotective agents are dimethyl sulfoxide (DMSO) and glycerol. Glycerol is used primarily for cryoprotection of red blood cells, and DMSO is used for protection of most other cells and tissues. A sugar called trehalose, which occurs in organisms capable of surviving extreme dehydration, is used for freeze-drying methods of cryopreservation. Trehalose stabilizes cell membranes.

초저온 저장된 임목 예 species mateial

s cryoprotectants

temperature

Results References

Pyrus pystifolia Malus paradistana

Shoot tip PVS -196 ℃LN Plantlet Sakai(1992)

Quercus sp. Embryo DMSO -196 ℃ LN

Plantlet

Pence(1992)

Betula Embryo DMSO -196℃ LN-2℃/min

Callus Monnonen과 Monger(1992)

Trifoliate orange Nucleate Embryo

DMSO -196 ℃ LN-2℃/min

Plantlet Radhamani와 Chandel(1992)

Prunus caribaea Embryogenic callus

DMSO -196 ℃ LN

Plantlet Lanie 등(1992)

Carya illinoensis Zygotic embryo

DMSO -196 ℃ LN

Shoot Abou Taleb등(1992)

Apple Shoot tip DMSO -196 ℃ LN

Shoot Sakai(1992)

밤나무 • 아시아 유럽 북미 중국 일본 한국에 약 12수종 분포. • 한국에는 밤나무와 약밤나무 재배됨. • 1958년 밤나무혹벌 발생으로 전국의 재래종이 피해 • 1961년부터 내충성개체선발 및 일본에서 도입 • 1964년부터 1973년 146조합 인공교배 27개체 선발 5개 신품종육성 • 교잡종 • 주옥: 광주조율×옥광 • 광은: 광주조율×은기 • 평기: 이평 ×은기 • 이대: 이취 × 산대 • 은산: 은기 × 산대 • 국내 선발종: 옥광, 산대, 상림, 순성, 다압 • 도입품종: 단택, 이취, 삼조생, 유마, 이평율, 축파, 은기, 석추, 안근 • 인기품종: 대보, 옥광 (농촌경제원)

• 군밤용- 속껍질이 잘 벗겨지는 것 육종 • 찐밤용- 맛 좋고 다수성인 것 육종

감나무

• 감나무속: 약 400여종 • 아시아, 아프리카, 중남미의 열대지역 분포 • 과수: 감(Diospyros kaki) 고욤(D. lotus), • 미국감(D. virginiana), 유시(D. oleifera) • 분류: 떫은맛, 종자유무, 갈반형성에 따라 • 완전단감, 불완전단감, 불완전떫은감, 완전떫은감로 나눔 • 단위결실: 수정이 없이도 결실되는 현상

감나무

• 한국, 중국,일본이 원산지 • 수세가 강하고 병충해도 적어 조방재배가능 • 단감- 농촌진흥청 소관, 모두 일본 도입종-남부지방에서만 재배가능, 부유(富有)품종 많이 식재. 차랑(次郞)(도입),서촌조생(西村早生)(불완전단감), 이두(伊豆)(만어소(교배)×부유, 극조생종 완전단감, 단위결과력이 약함), 화어소(花御所) (만생종, 수꽃이 달려 육종친으로 중요) 일목계차랑(一木系次郞)(과일 위가 잘 갈라짐)

감나무-떫은감 • 떫은감- 산림청소관, 중부까지 식재 • 평핵무(平核無) (발아가 빨라서 늦서리 피해에 약함)(무핵:씨가 없다)(곶감으로 좋다)

• 봉옥(蜂屋): 곶감 전용품종. <재래종>: • 사곡시(舍谷柿) : 경북 의성군 금곡및 사곡원산 • 단성시 (丹城柿): 경북 산청이 원산지 • 고종시 (高種柿): 경북 예천및 경남서부지역이 주산지. 곶감 또는 연감으로 이용

• 월하시 진영반시 경산반시 청도반시 조홍시 등이 있음 • 수분용 품종: 부유나 이도등 종자가 생기지 않으면 결실이 나쁜 품종에 수분 필요- 선사환(禪寺丸)이 많이 식재됨

감나무-신 등록 품종(산림품종관리센터)

품종명 출원인 보호기간 특징요약

수홍 대한민국(경상북도) 2012-11.15- 2031. 3. 20

과육색-노란색

미려 대한민국(경상북도)

2012-11.15- 2031. 3. 20

암꽃만 핌

대흑시 이호영(개인) 2013-4.26- 2038. 4. 25

과육색-오렌지색

상감둥시 대한민국(경상북도)

2013-4.16- 2030. 2. 2.

과실의 정부 동심원 균열

감나무 품종별 단위결실력 강 단 위 결 실 력 약

VI 평핵무도근조생 궁기무핵

미곡 회진신부지

V 대핵무 청도반시 사곡시 전천차랑 전창

IV 문평 의문 서촌조생

III 횡야 화어소

차랑 상주둥시

만어소

II 어소 천신어소 갑주백목

I 이두 덕전어소

1 2 3 4 5 6

소 종자형성력 다

곶감(乾柿)으로서 알맞은 품종

곶감으로서의 품질

품 종

아주우수 당상봉옥 감주백목 평핵무 등 우수 서조 기원방 등 보통 회진신부지 엽은 등 불량 애탕 횡야 전창 등

감나무 수분수

• 섞어 심는 비율: 주품종의 단위결실성과 종자형성력에 따라 차이 대개 10-15% 20m 사이로 식재

• 수분수품종: 선사환, 서촌조생, 적시, 조홍시, 정월, 돌감

• 수분수의 조건: 수꽃의 개화기가 주품종보다 빠르거나 같을 것

- 수꽃의 수가 많고, 매년 안정적으로 꽃이 달리는 품종일 것

- 꽃가루 양이 많은 품종일 것 - -수세가 강하지 않고 직립성 품종일 것 - 수분수 자체의 과실도 경제성이 높은 품종일 것

밤나무- 2000년대 등록

품종명 출원인 보호기간 특성요약 대한-국립산림과학원 2011-2036(깐밤 가공용) 미풍-국립산림과학원 2011-2036(생식용) 대보-국립산림과학원 2011-2036(군밤용) 박미1호- 국립산림과학원 2011-2036(중 소립종) 박미2호- 국립산림과학원 2011-2036(저장성 다소 낮음. 군밤용) 연청 – 대한민국(충청남도) 2011-2036(내박피성 84.5%로 용이) 왕률- 대한민국(충청남도) 2011-2036(광택 우수) 만중- 대한민국(충청남도) 2011-2036(광택 우수) 대명왕밤- 변명근(개인) 2011-2036(과실 크고 내피박피용이, 내한성 강함) 문헌: 국립산림품종관리센터 (2013)

대 추

• 제사상에서 제일 앞에 올리는 과일(핵이 하나- 임금상징)

• 건과로 많이 쓰여 졌으나 최근 보은을 중심으로 생과일의 판매가 많이 이루어지고 있다.

• 주산지: 충북 보은(보은대추축제 10월 중) • 경북 경산 등지에서는 건과 위주 생산

대추나무

• 갈매나무과 대추나무속의 교목성 과수 • 중국계대추(학명: Zizyphus jujuba Miller) • 인도계대추(학명: Zizyphus mauritiana

Lam)

대추의 개화결실특성

• 새싹이 늦게나고(4월) 꽃이 늦게 피는 특성이 있음. 6월 개화

• 품종에 따라 -오전개화군: 보은대추, -오후개화군: 무등(3-5시), 금성(1-5시) 월출(3-5시30분), 복조, 홍안

• 수분수(授粉樹)의 혼식은 같은 개화군에 속하는 품종끼리 심어야 혼식효과를 기대할 수 있다.

대추연구소(충북 농업기술원산하)

• 043-220-5806 보은군 산외면 상부평길 87(원평리 95-9)

• 2013년 국내 대추 생산량은 10,583톤으로 2012년에 비해 10% 증가했다

대추의 품종

• 재래종에서 선발: 무등(1981), 금성(1981), 월출(1988)

• 재래종: 복조, 보은대추, 산조(대목용,인을 한약재로 사용)

• 도입종: 왕대추 대왕대추, 사과대추 중국에서 들여온 것으로 과실이 굵어 크다는 뜻의 이름으로 다양하게

불려지고 있으나 맛이 떨어지고 수확량이 적어 재배상 좋지는 않음.

• 꽃이 작아 교잡육종은 이루어지지 않고 있음. 핵은 생기나 인은 산조에서만 잘 생기고 다른 품종에서는 잘 안 생김.

조경수- 신 등록 품종(산림품종관리센터)

• 곰솔-안수황금송, 서주황금솔, 황심솔, 안수미금송, 안수호반송

• 주목- 금빛노을 • 소나무- 학솔 • 먼나무- 금부 • 상수리나무- 미설목 • 사스레피나무- 황청목

아까시나무- 개화기 변이종

• 유니- 대한민국(서울대학교 산학협력단)- 2013- 개화기가 2-3일 빠름

• 지니- 대한민국(서울대학교 산학협력단)- 2013-개화기가 2-3일 늦음

• 효과: 양봉을 위한 밀원채취기간연장에 기여 • 밀원수종으로 큰 역할을 했으나 쇠퇴하는 현상을 보여 양봉산업에 큰 타격을 주므로

• 새로운 밀원식물 개발과 타식물 식재에 노력하고 있음

호두나무 • 카스피해 연안일대가 원산지 • 주산지: 천안, 영동, 국립산림과학원 산림유전자원부에서 육종 • 품종 • 선발종: 산성(1-4호), 풍한(1-5)호, 상촌(1-5)호, 무풍(1-9)호 대부(1-3)호, 광덕(중부이남이 적지), 봉화 (중부이남이 적지),

• 도입종 • 미국서도입: 레이크(Lake), 맥킨스터(Mckinster), 콩코드 • 일본서 도입: 만춘, 신령, 요령1호, 청향, 풍원 • 프랑스서 도입: 프랑케트, • 청향, 풍원, 남안. 수분수 (授粉樹): 결실을 잘 되도록 수분을 돕기 위해 같이 심어 주는 나무로 다른 품종을 심음.

식재 필요 암꽃선숙종[雌花先熟種]: 암꽃이 먼저 피는 품종

Phytoremediation 오염토양 정화기술 식물재배정화법 • Phytoremediation (from Ancient Greek φυτο

(phyto), meaning "plant", and Latin remedium, meaning "restoring balance") describes the treatment of environmental problems (bioremediation) through the use of plants that mitigate the environmental problem without the need to excavate the contaminant material and dispose of it elsewhere.

• Phytoremediation consists of mitigating pollutant concentrations in contaminated soils, water, or air, with plants able to contain, degrade, or eliminate metals, pesticides, solvents, explosives, crude oil and its derivatives, and various other contaminants from the media that contain them.

Genetic gain(유전획득량)

• Genetic gain is the amount of increase in performance that is achieved through artificial genetic improvement programs. This is usually used to refer to the increase after one generation has passed.

• 보통 10-20%

• Heritability is measured by estimating the relative contributions of genetic and non-genetic differences to the total phenotypic variation in a population. Heritability is an important concept in quantitative genetics, particularly in selective breeding and behavior genetics (for instance, twin studies), but is less widely used in population genetics

Heritability(유전력) • Heritability is the proportion of observed

differences on a trait among individuals of a population that are due to genetic differences. Factors including genetics, environment and random chance can all contribute to the variation between individuals in their observable characteristics (in their "phenotypes").[1] Heritability thus analyzes the relative contributions of differences in genetic and non-genetic factors to the total phenotypic variance in a population. For instance, some humans in a population are taller than others; heritability attempts to identify how much genetics play a role in part of the population being taller.

Molecular breeding(분자육종)

• Molecular breeding is the application of molecular biology tools, often in plant breeding.[1][2]

• The areas of molecular breeding include: • QTL mapping or gene discovery • Marker assisted selection and genomic

selection [3][4] • Genetic engineering • Genetic transformation

후성유전체

• 한 생물체의 모든 세포의 핵은 동일한 유전정보를 보유하고 있다.

• DNA RNAProtein (센트럴 도그마) • 연구에 의하면 다양한 형태의 조직과 기관으로 분화되는 것은 후성유전에 기인 한다

• DNA수준에서는 mrthylation, histone의 변형,

• RNA에서는 non-coding, small RNA와 long non-coding RNA 가 조절

국립산림과학원 산림유전자원부

-용재수 육종

-특용수 품종 육성 -임간산채재배연구

육종연구

국립산림품종관리센터

- 종자관리 - 품종심사 (목본,초본)

산림청

- 정책수립 - 예산확보

- 연구비공급

대학 산림관련 학과

자율적 기초 연구 임업인교육 (목본,초본)

민간육종가

-자원수집, 육종 및 품종등록 (목본,초본)

국립수목원

- 자원수집 보존 (초본식물 품종육성)

지역 임업연구

-각 도 산림환경연구소

산림식물육종과 관련되는 주체

농촌진흥청 산하대추연구소 -(충북 보은) 감 시험장

-(경북 상주)

임업진흥원

-산림소득지원-

-산채 산약초 교육-