채소 - 육종 및 생명공학

채소의 육종

- 육종(breeding): 현재의 것보다 더 우수한 품종을 육성하는 기술

- 육종의 목표

1.  생산성 증대 (기본적인 목표)

2. 고품질 생산 (채소의 수입자유화)

3. 생산의 주년화 (다양한 작형에 맞는 품종 육성)

4. 재배의 생력화 (부족한 노동력으로 생력화 요구 -> 일시 수확형 품종 개방(고추))

5. 신종채소의 개발 (종간교잡, 속간교잡)

 

인류의 3대 과제

- 식량 / 에너지 / 환경

 

식량 위기 발생의 가능성과 강도 -> Food Security

- 이 기간의 인구 폭팔은 (50억명) 다수성 품종 육종 + 농경지 확대 + 농약 + 비료 + 관수 등의 개발 및 활용으로 극복

(malthus 인구론)

세계적 식량위기는 필연적이다!

 

곡물 가격 상승 원인

1. 세계적인 바이오 에너지용 곡물 수요 증가

2. 원유가격 상승으로 인한 생산비 및 운송비 증가

3. 곡물 시장에의 투기 자본 유입 증가

 

저출산 고령화 사회

- 저출산은 국가적 재앙이다

 

한국농업의 현주소

1. 거센 국제 개방 압력(2004 도하협정)

(2004 도하협정/ FTA 협정의 지속적인 체결)

 

2. 외국산 농산물의 홍수 수입

 

3. 열악한 국제경쟁력 (고비용 저효율)

(영세한 경영의 규모, 노령화, 노동집약적)

 

4. 농업경영자의 극한적인 상대적 박탈감

 

5. 농업생산의 수급 불균형

 

육종이란 무엇을 위한 것인가?

- 현재 있는 품종보다 더 나은 품종을 만드는 일

 

육종이란?

식물 육종 = 나쁜 alleles을 좋은 alleles로 대체하는 것임

 

식물 육종 

- 식물의 이용가치 높이기 위해서 그 유전자형을 인위적으로 바꾸는 기술

- 인간이 요구하는 특성을 지는 식물의 개발행위

- 식물의 유전적 능력을 인간이 원하는 방향으로 바꾸는 과학기술

- 인류의 이익을 위해서 식물의 특성을 개량하는 과학기술이며 사업 

 

육종과정의 모식도

1. 육종목표 설정 -> 기존 품종의 결점, 농민과 소비자 요구, 미래의 수요

2. 육종재로 및 육종방법 결정 -> 목표형질의 특성검정법, 육종가의 경험과 지식

3. 변이작성 -> 자연변이, 인공교배, 돌연변이 유발, 염색체 조작

4. 유망계통 육성

5. 신품종 결정 및 등록

6. 증식 및 보급

 

육종학의 기본이 되는 유전학

멘델의 법칙 (Gregor Johannn Mendel)

1. Law of Dominance

- F1(잡종 1세대)에는 양쪽형질 중 한쪽만 나타나고, F1에서는 우성이 열성을 지배하여 우성형질만 나타남

 

2. Law of Segregation

- 우성만이 발현된 잡종 제1세대(F1)을 다시 교배하면 3:1의 확률로 열성이 분리

 

3. Law of independent assortment

- 서로 다른 대립형질은 서로에게 영향을 미치지 않고, 독립적으로 발현됨

 

- 우장춘의 삼각형 (Triangle of U)

종의 합성 -> 씨 없는 수박 ( 사실 아님 잘못 가르침 ㅋㅋ)

 

채소 육종의 주요 성과

- 토지생산성 향상

- 각종 채소의 사철 공급

- 생산의 안정성 증대

- 균일성 제고에 의한 상품화율의 향상

- 품질의 향상 - 수박과 참외의 단맛

- 종자(품종)의 자급율 향상 및 수출

 

품질 향상의 예

- 금씨라기 참외 -> 러시아 수집종 단성화 계통 활용 (17년 소요)

 

고전 육종의 한계

- 세대진전과 선발에 많은 시간 소요

- 교배가능한 조합에서만 유전물질의 이동이 가능

- 열악한 형질 제거의 어려움

 

전통 육종기술 + 생명공학기술 = 신품종

 

식물 육종의 Modern Tools

- 분자표지

- 조직배양

- 유전자 재조합

- 형질전환

 

식물 형질 전환기술

- 목적 유전자의 자유로운 이동을 가능하게 하는 기술

- 교배의 장벽을 허물게 됨

- 고도의 기술력, 자본이 요구됨

- 포장에서의 선발과 평가 과정이 추가적으로 필요함

 

한국에서 가장 인기 있는 채소 -> 고추

전세계에서 가장 인기 있는 채소 -> 토마토 

 

주요 유전현상

- 내혼약세(inbreeding depression): 타식성 작물에서 인위적으로 자가수정을 시키거나 근친교배를 계속해 나가면 세력이 점차 약해서 결국 실용적 재배가 곤란해지는 현상

 

- 잡종강세(hybrid vigor / heterosis): 교잡으로 잡종이 되어 양친보다 생육이 왕성해지는 현상 (내혼약세의 반대 현상)

타식성 작물의 자식 계통간의 잡종에서 크게 나타남

 

- 잡종강세를 이용한 채소의 일대교잡종(F1종자)의 이용 -> 채소의 생산성을 획기적으로 높임

- 초기에는 수박, 오이, 토마토와 같이 1회 교배당 채종량이 많은 채소에 주로 이용됨

- 그 후 웅성불임성과 자가불화합성의 이용이 실용화되면서 F1 종자의 경제적 채종체계가 확립되어 많은 채소로 확대됨

 

왜 1대 잡종인가? 

모계 순계와 부계 순계를 교잡하여 잡종 강세 현상이 두드러 지게 나타나는 품종

현재 한국에서 재배되는 채소 품종의 80-90% 이상이 F1 품종

 

잡종강세성 (heterosis)

- 서로 유전적으로 거리가 먼 양친간에 교배로 잡종 1대를 만들면 세력이 강하고 수량이 많음

잡종강세는 타가수정 또는 자가수정 하는 식물에 뚜렷함 so 대표적인 자가수정작물인 벼에서도 일대잡종을 이용하는 방안을 연구중(중국)

 

균일성 (uniformity)

- 일대잡종은 자식 혹은 근계교배로 동형성(homozygosity)을 높인 양친간에 교배로 만들기 때문에 매우 균일하다

 

국내 3대 채소품종

- 청양고추

- 금싸리기 참외

- 삼복 꿀수박

 

종자법

- 국제식물신품종보호동맹(UPOV): 식물 품종에 대한 국가간의 협력을 증진시키고, 식물신품종보호법을 도입하려는 국가들을 지원하는 것을 기본활동으로 함

- 우리나라 2002년에 가입 -> 궁극적으로 모든 작물에 대해 육성자 권리를 국내외적으로 보호받고 또한 보호해줘야 할 의무를 갖게 됨

유전자변형생물체 (GMO)

GMO: Genetically Modified Organism

- 현대생명공학기술을 이용하여 개발한 동,식물 및 미생물

- 유전자재조합 + 수평적 유전자 이동 (아그로 박테리움, 유전자총 등)

 

LMO는 GMO안의 한 부분 -> LMO 는 살아있는 생식이나 번식이 가능한지 여부에 따라 차이 있음

 

육종 방법 

1. 자연계에 존재하는 토양세균인 아그로박테리아를 이용해 식물세포에 유용한 유전자 이식하는 방법

-> 재조합된 유전자를 아그로박테리아를 이용해 변형될 식물세포에 이식한다

 

2. 금속미립자에 유용한 유전자를 코팅하여 미립자를 고압가스의 힘으로 변형될 식물에 밀어넣어 유용한 유전자가 직접 들어가도록 하는 방법 

-> 재조합된 유전자를 금속입자에 코팅한 후 변형시킬 식물세포에 발사한다

 

 

Why GMO?

- 기술개발로 이익을 기대 / 문제해결의 열쇠

- 무슨 문제

1. 인구 증가와 식량의 안정적 확보 필요

2. 지구 환경 변화 대응과 지속 가능한 개발 필요

3. 새로운 부의 창출 기회 제공

- 기존 기술의 한계: 교배 육종으로는 문제해결 어려움

 

우리나라의 GM 작물 상품화 전망

- 현재까지 우리나라에서는 개발을 완료하여 OECD에 위해성 평가 자료들을 공식적으로 제출 x

- 우리나라는 벼 등 주요 식량작물에 대해서는 정부가 직접 GMO가 아닌 종자를 개발 및 보급

 

GMO 개발의 안전관리

개발 -> 안전성 평가 -> 생산,유통,판매

 

연구단계(장소)별 안전관리

실험실->온실->격리포장(논,밭)

물리적 밀폐: containment

생물학적 격리: confinement

 

GMO 찬반

- GM 품종의 최종선택권은 소비자인 일반 시민에게 있다

- 현재 우리 일반인들의 GMO 혐오증은 이해 부족으로 기인한다

 

누명

- GMO 먹으면 프랑켄슈타인 됨

- 미국은 자국민들은 안먹고, 다 수출

 

오해

- 인체에 유해

- 농업재배환경 파괴

- 지구 종말적 환경 파괴

- 유기농의 천적

 

왜 GMO를 반대하는가?

1. GMO는 우리 몸에 해롭다

2. GMO는 환경을 더욱 파괴한다

3. GMO는 유기농업을 불가능하게 한다

4. 다국적기업과 선진국의 농업 및 식량 독점이 가속화된다

5. 도덕적, 윤리적 문제들

(다 거짓임)

 

GMO IS GOOD!