기후 변화 대응 및 기능성 향상을 위한 농작물(벼, 양파 등)의 품종 육성 연구와 특성 분석 doc_id CNTS-00120004626_3

인간은 지구상의 다양한 기후대와 강수량 조건에 성공적으로 적응한 식용작물들에게 식량을 의존해 왔다. 그러나 오늘날 이 환경조건들이 지구온난화로 급격히 변화하고 있다. 과학자들은 이산화탄소 수치, 가용 농업용수, 대기온도의 변화에도 불구하고(아니 어쩌면 오히려 그 이유로) 보다 생육이 왕성한 식용작물 재배종 개발에 유용하게 활용될 수 있는 식물형질을 찾고 있다. 이러한 탐구노력의 하나로 미 농업연구청(ARS) 식물생리학자들인 루이스 지스카(Lewis Ziska), 마사 토미체크(Martha Tomecek), 데이비드 길리(David Gealy)는 일부 벼 재배종을 대상으로 대기온도와 이산화탄소 수치의 변화가 종자 수확량(seed yields)에 미치는 영향을 연구했다. 아울러 이산화탄소 증가에 성공적으로 적응할 유전적 잠재성을 가지며 육안관찰 가능한 형질특성들을 찾아내는 것 역시 이번 연구의 주요 관점이었다. 해당 연구에는 재배용 벼 경작지에 출몰하는 잡초성 벼(weedy red rice, 고유의 품종이 아니고 재배 논에 산발적으로 발생하는 야생벼 또는 잡벼)들도 포함되었는데, 이는 수확량의 절대적 약세에도 불구하고 이산화탄소량 증가 조건에서 이 잡초종들이 동일 조건하의 재배용 벼보다 더 높은 종자수확량을 보이는 것으로 이전 연구들에서 보고되었기 때문이었다. 유전적으로 상이한 재배종 벼를 상이한 생육조건(즉 이산화탄소량의 현재 수준 및 미래 예측수치, 그리고 비교적 큰 진폭의 상이한 주·야 대기온도) 하에서 연구하기 위해 연구진은 밀폐형 생육상(生育箱, growth chamber)을 이용했다. 연구 결과, 평균적으로 모든 재배종 벼가 이산화탄소량 증가할 때 더 많은 지상 바이오매스(aboveground biomass)를 발생시켰다. 반면 이 효과는 대기온도 상승 조건에서는 감소하는 것으로 나타났다. 종자수확량에서는 잡초성 벼와 재배종 ‘론도(Rondo)’만이 주간 84°F(29°C), 야간 70°F(21°C)로 설정된 최적 생육온도 조건하에서, 이산화탄소량 증가에 긍정적으로 반응했다. 그 중에서도 연구자들을 매혹시킨 최대의 발견은, 오직 잡초성 벼만이 고온 및 높은 이산화탄소 수치 조건에서 지상 바이오매스와 종자수확량 모두 현저히 증가했다는 것이다. 바로 이 같은 환경조건이 오늘날의 벼농사 지역에서 21세기 중엽까지는 조성될 것으로 예견되고 있기 때문이다. 잡초성 벼와 관련된 연구데이터 분석 결과 연구진이 밝혀낸 바로는 이산화탄소량 증가할 때 종자수확량이 높아지는 현상은 원추 꽃차례(panicle, 종자눈 seed head)와 분얼(tiller)의 발생 증가에 기인한다. 분얼은 생장 초기의 벼가 생성하는 줄기로서 벼가 숙성할 때 그 끝부분에 종자눈이 들어서고, 나중에 그곳에서 벼 알갱이가 맺게 되는 것이다. 벼의 분얼 발생은 부분적으로 품종의 유전자구성에 좌우되기 때문에 작물 교배연구가들은 장래 이 잡초성 벼의 형질특성을 이용한다면, 이산화탄소의 증가를 오히려 더 높은 종자수확으로 전환시킬 상업용 벼 재배종을 개발할 수도 있을 것이다. 도호쿠지역 중부에서 ‘상당히 빠른’ 출수기에 해당하는 직파재배의 황숙기는 9월 초순이다. 식용품종 ‘아키타코마치’의 수확은 9월 하순에 시작되기 때문에 ‘아키타코마치’의 수확 전인 황숙기에 베코겐키의 수확이 가능하다. 육성지의 다비 이식재배 및 다비 직파재배를 할 경우, ‘베코고노미’보다도 황숙기의 지상부 건물수확량이 많다. 줄기길이(稈長)는 베코고노미와 마찬가지로 다소 짧고 내도복성이 상당히 강하다. 이 때문에 다비 직파재배를 해도 좀처럼 벼가 쓰러지지 않는다. 보급 예정지의 직파재배에서 황숙기의 지상부 건물수확량이 안정되어 많고, 사일리지의 발효품질도 양호하다. 현미의 알갱이는 다소 크고 백탁부분이 많아 식용품종과 쉽게 식별 가능하다. 내냉성(耐冷性)이 강하지 않으므로, 냉해 상습지대에서 재배할 경우 수확량이 감소할 가능성이 있다. 도열병에 대한 진성저항성(true resistance) 유전자를 보유하고 있지만, 병원균 레이스(한 종 가운데 유전적으로 또는 지리적으로 다른 분화형)의 변화로 인해 도열병의 다발(多發)이 예상될 경우에는 약제방제를 실시할 필요가 있다. 벼흰잎마름병이나 벼줄무늬병에 취약하므로, 해당 질병 다발지대에서의 재배는 피할 필요가 있다. 일본에서는 벼의 이삭 및 경엽을 일괄 수확 후 발효 조사료(사일리지)로 만들어 축산농가가 이용하는 경축(耕畜)연계 대응이 장려되고 있다. 벼발효 조사료용 품종은 황숙기(벼 출수 약 30일 후로 노랗게 익은 벼의 비율이 50~75%인 시기)의 지상부 전체의 건물수확량이 많으며, 사일리지의 품질이 우수할 필요가 있다. 또한 농사와의 경쟁을 피하기 위해서는 식용품종 이식 전에 직파재배가 이루어짐은 물론, 식용품종 수확 전에 수확 가능해야 한다. 따라서 농연기구에서는 사료용 계통 ‘우계사(羽系飼) 864’를 모본(母本)으로 하고, 조생의 발효 조사료용 계통 ‘청계사(靑系飼) 161호(후의 ‘우시유타카’)’를 부본(父本)으로 하여 교배한 조합으로부터, 직파재배를 해도 조기에 수확할 수 있는 총체사료(사일리지)용으로 적합한 신품종 ‘베코겐키’를 육성했다. 양파는 일본생산량 3위의 주요 채소이다. 또 파속(屬) 채소는 예로부터 단순히 채소로서가 아닌 건강기능성을 갖춘 식품으로서 민간요법으로도 이용되어 왔다. 양파가 갖는 건강기능성에 대해서는 여러 성분이 관여하고 있는 것으로 생각되는데, 그 성분 중 하나로 플라보노이드로 분류되는 ‘케르세틴’이 있다. 플라보노이드 중에서도 케르세틴은 높은 항산화 능력을 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 그래서 건강에 관심이 높은 소비자에게 어필할 수 있는 케르세틴 함유량이 많은 양파 품종의 육성을 목표로 했다. 2002년부터 케르세틴 함유량이 높은 품종 육성을 위해 케르세틴을 다량 함유한 보다 안정적인 ‘OSP-3’과 ‘OPP-5’ 계통을 선발했다. 2006년에 ‘OSP-3’에 ‘OPP-5’를 교배하고, 교배 후대로부터 선발된 F1계통에 대한 케르세틴 함유량 평가를 실시한 결과, 특성이 안정적으로 발휘되는 것을 확인할 수 있었기 때문에 ‘쿠엘골드’로 품종등록을 출원하여 2013년 8월에 출원 공표되었다. 2010년부터 2012년의 3개년 평가실험으로 ‘쿠엘골드’의 케르세틴 함량(평균값)은 건물(乾物) 1g당 5.3mg, 1개당 109mg이었다. 이는 일반적인 홋카이도산 양파의 1.6배 이상이었다. ‘쿠엘골드’는 홋카이도 및 도호쿠(東北)지역 등 한지·한랭지의 봄 파종 재배에 적합한 품종이다. 생육이 진행되고 있는 줄기가 저온과 만나 생기는 추대(抽薹, 식물의 꽃줄기가 나오는 것)에 의해 상품 가치가 저하할 위험이 다른 품종보다 높기 때문에, 지역의 관행재배보다 조기 파종 및 정식(定植)을 피할 필요가 있다. 수확 시의 조사에서는, 다른 품종보다도 다소 병해 발생률이 높기 때문에 수확시기 이후의 양파 부패로 이어지는 생육 후반의 병해에 대한 적절한 방제에 노력을 기울여야 한다. ‘쿠엘골드’는 케르세틴을 다량 함유한 양파로, 가식부가 연한 레몬옐로우색을 띠기 때문에 금색 양파로 간주하여 이름이 붙여졌다. ‘쿠엘골드’는 세계적으로도 케르세틴을 다량으로 함유한 양파 품종이다. 케르세틴이 나타내는 건강기능성을 통해 건강에 관심이 높은 소비자에게 어필할 수 있는 특성을 살려 부가가치를 갖는 양파로서 홋카이도 구리야마초(栗山町)에서 생산을 추진하고 있다. 또한 농연기구에서는 ‘쿠엘골드’를 이용해 케르세틴이 다량 함유된 양파의 인지기능 개선효과 및 생활습관병 개선효과에 관한 실험을 추진하고 있다.