Meteorological Constraints and Countermeasures in Rice Breeding -Breeding for cold tolerance-

기상재해와 수도육종상의 대책 - 내냉성품종육성방안-

Highly cold tolerant varieties are requested not only at high latitute cool area but also tropical high elevated areas, and the required tolerance is different from location to location. IRRI identified 6 different types of cold tolerance required in the world for breeding purpose; a) Hokkaido type, b) Suweon type, c) Taipei 1st season type, d) Taipei 2nd season type, e) Tropical alpine type and, f) Bangladesh type. The cold tolerance requested in Korea is more eargent in Tongil group cultivars and their required tolerance is the one such as the physiological activities at low temperature are as active as in Japonica group cultivars at least during young seedling stage and reproduction stage. With conventional Japonica cultivars, such cold tolerant characters are requested as short growth duration but stable basic vegetative growth, less sensitive to high temperature and less prolonged growth duration at low temperature. The methods screening for cold tolerance were developed rapidly after the Tongil cultivar was reliesed. The facilities of screening for cold tolerance, such as, low temperature incubator, cold water tank, growth cabinet, phytotron, cold water nursery in Chuncheon, breeding nursery located in Jinbu, Unbong and Youngduk, are well established. Foreign facilities such as, cold water tank with the rapid generation advancement facilities, cold nurseries located in Banaue, Kathmandu and Kashimir may be available for the screening of some limitted breeding materials. For the reference, screening methods applied at different growth stages in Japan are introduced. The component characters of cold tolerance are not well identified, but the varietal differences in a) germinability, b) young seedling growth, c) rooting, d) tillering, e) discolation, f) nutrition uptake, g) photosynthesis rate, h) delay in heading, i) pollen sterility, and j) grain fertility at low temperature are reported to be distinguishable. Relationships among those traits are not consistent. Reported studies on the inheritance of cold tolerance are summarized. Four or more genes are controlling low temperature germinability, one or several genes are controlling seedling tolerance, and four or more genes are responsible for the pollen fertility of the rice treated with cold air or grown in the cold water nursery. But most of those data indicate that the results may come out in different way if those were tested at different temperature. Many cold tolerant parents among Japonicas, Indicas and Javanicas were identified as the results of the improvement of cold tolerance screening techniques and IRTP efforts and they are ready to be utilized. Considering a) diversification of germ plasm, b) integration of resistances to diseases and insects, c) identification of adaptability of recommending cultivars and, d) systematic control of recommending cultivars, breeding strategies for short term and long term are suggested. For short term, efforts will be concentrated mainly to the conventional cultivar group. Domestic cultivars will be used as foundation stock and ecologically different foreign introductions such as from Hokkaido, China or from Taiwan, will be used as cross parents for the adjustment of growth durations and synthsize the prototype of tolerances. While at the other side, extreme early waxy Japonicas will be crossed with the Indica parents which are identified for their resistances to the diseases and insects. Through the back corsses to waxy Japonicas, those Indica resistances will be transfered to the Japonicas and these will be utilized to the crosses for the improvement of resistances of prototype. For the long term, efforts will be payed to synthsize all the available tolerances identified any from Japonicas, Indicas and Javanicas to diversify the germ plasm. The tolerant cultivars newly synthsized, should be stable and affected minimum. to the low temperature at all the growing stages. The resistances to the diseases and insects should be integrated also. The rapid generation advancement, pollen culture and international cooperations were emphasized to maximize the breeding efficiency.

1. 내냉성품종의 요망은 고위도지대뿐만 아니라 열대지방에서도 간절하며 요망되는 내냉성품종의 특성도 여러 가지이다. 세계적으로 요망되는 내냉성을 IRRI에서는 편의상 a) 북해도형, b) 수원형, c) 태북일기작형, d) 태북이기작형, e) 열대고냉지형 및 f) Bangladesh형으로 구분하고 있다. 우리나라에서 요망되는 내냉성은 통일계품종에서 더욱 간절하며 생육전반에 걸쳐 Japonica 정도의 생리적 활성이 요망되지만 적어도 유묘기와 성숙기의 저온장해가 Japonica보다 크지 않은 것이 우선 당면한 문제라 하겠다. 일반계품종에서는 조생이면서 안정된 기본영양생장성을 가지고 고온에서 과민하지 않고 저온에서 생육지연이 비교적 작은 것이라면 좋을 것이다. 2. 국내에서의 내냉성계통검정방법과 시설은 통일계품종의 출현 이후 급속히 발전되었으며 저온항온기, 냉수 Tank, growth cabinet, phytotron, 춘천의 냉수포장, 진부, 운봉, 영덕의 내냉계통육종포 등 내냉계통선발을 위해서는 비교적 잘 갖춰진 편이다. 국외의 시설로는 IRRI의 냉수 Tank와 세대촉진시설 그리고 Banaue, Kathmandu나 Kashirnir의 자연생태적조건을 우리가 이용할 수 있을 것이다. 참고로 일본에서 보고된 생육각단계에서의 여러 가지 내냉성검정방법을 소개하였다. 3. 내냉성품종들이 가지고 있는 내냉형질의 단리는 아직 분명히 되어 있지 못하지만 a) 저온발아성, b) 저온유묘생장성, c) 저온묘변색 d) 저온발근력, e) 저온분벽력, f) 저온양분흡수능력, g) 저온동화력, i) 저온임실장해, j) 저온등숙장해 등에 품종간차가 분명한 것이 보고되어 있다. 위의 형질간의 상관관계는 형질에 따라 재료에 따라 구구하였다. 내냉성형질들의 유전에 관한 보고는 많지 않아 저온발아력에 관해 4개 이상의 다인자, 유묘저온생존력에 관해 단인자 또는 다인자, 유수형성기 저온저항력에 관해 4개 또는 그 이상의 다인자, 냉수포장에서의 저온저항력에 관해, 4개 이상의 유전자가 관여되는 것으로 그리고 heritability는 항상 높은 것으로 보고되어 있지만 같은 그 재료들을 가지고 다른 저온에서 검토하면 상이한 결과가 나올 것은 쉽게 짐작할 수 있다. 여러 가지 내냉성검정기술의 발전과 IRRI의 국제 내냉성품종연락시험으로 Japonica, Indica, Bulu 등에서 다같이 많은 품종들이 내냉성모본으로 검정되어 있다. 4. 육종방안을 구상할 때 고려해야 할 사항들 a) 유전질의 다양화, b) 내병충성의 집적, c) 지역별 적응품종의 동정, d) 장려품종의 체계적 통제 등을 고려하면서 단기적 및 장기적 육종방안을 제안하였다. 단기적으로는 일반계품종을 대상으로 하되 우리나라 기존품종을 기초로 알려진 내냉성품종을 가지고 생육일수와 내냉성을 조정하는 한편 극조생내냉성 찰벼모본에 내충내병인 Indica 모본을 일회친으로 Japonica로 Back cross하면서 내병충성을 유지한 계통을 선발하여 이것으로 내냉조합에 내병충성을 첨가시키도록 한다. 장기적 방안으로는 Japonica뿐만 아니라 Indica, Javanica 등 모든 내냉성모본을 이용하여 germplasm의 다양화를 꾀하며 모본별 형질별 내냉성유전자를 동정하여 이들을 종합하여 생육전기간을 안정하게 경과할 수 있게 내냉성을 향상하고 내병충성을 첨가하는 단계적인 과정을 제안하였다. 육종효율을 높이기 위하여 세대촉진, 화분배양과 국제협력의 필요성을 강조하였다.