벼 유전자적 웅성불임-심백 돌연변이체의 특성과 그를 이용한 일대잡종 육성체계

Agronomic Characteristics of A Mutant for Genic Male Sterility-Chalky Endosperm and Its Utilization on $F_1$ Hybrid Breeding System in Rice

화청벼에서 유기시킨 심백경유 및 유전자적 웅성불임 돌연변이계통에 있어서 두 특성간의 상호관련성을 검토하였고, 종실의 몇가지 이화학적 특성을 밝혔다. 돌연변이계통의 생육형질과 불임의 안정성을 조사하였고 웅성불임화시 기를 추정하였다. 이들을 토대로 웅성불임종자의 조기 외관 식별에 의한 새로운 일대잡종품종 육성체계를 구상하였고 자연교잡율도 검토하였다. 그 결과는 다음과 같이 요약된다. 1. 심백 및 유전자적 웅성불임 돌연변이는 다면발현 효과를 가진 단순열성유전자에 의해 지배되었다. 즉 이 돌연변이계통이 교잡된 분리집단에서 심백종자는 곧 웅성불임종자임을 확인하였다. 2. 심백종자는 외형과 크기는 정상종자와 동일하였으나 배유 중앙부위의 전분결정조직이 성기고 전분입자 모양도 원형~타원형 이었다. 따라서 1,000립중, 절대밀도, 경도 등이 정상종자에 비해 유의하게 낮아졌다. 3. 심백종자의 단백질함량과 알칼리 붕괴도는 정상종자와 동일하였으나 아밀로스함량이 유의하게 낮아졌고, 호응집성에서는 상당히 harder gel 특성을 보였다. 4. 웅성불임식물체는 정상식물체에 비해 초장 및 간장이 현저히 단축되었고 이삭추출이 불량하였으며 주당수수가 유의하게 적었다. 5. 화분발육단계 중 웅성불임화시기는 감수분열기 이전인 것으로 추정되었고, 이 웅성불임은 온도나 일장에 관계없이 항상안정적이었다. 6. 이 돌연변이체를 이용하여 일대잡종을 육성하는 체계를 구상하였고, 그 효율을 세포질적-유전자적 웅성불임(CGMS)이나 환경감응 유전적 웅성불임(EGMS) 등을 이용하는 체계와 비교하였다. 7. 분리집단에서 정조상태로 웅성불임증자를 선별시 비중선 단독으로는 비중 1.14~l.16 g/cm 에서 순도 85~90% 웅성불임종자의 순도로 웅성불임종자를 선별할 수 있었는데, 10~15%의 흔입된 정상종자는 파종 후 유묘 또는 일대잡종생산포에서 생육상태 판정으로 용이하게 제거할 수 있을 것으로 판단되었다. 8. 웅성불임계통의 자연교잡율은 수분조작처리구(GA$_3$ 처리+지엽절단+rope 사용 화분털기)에서 화분친 2열, 웅성불임 1열 재식시 17.3%로 가장 높았다.

A mutant for chalky endosperm and genetic male sterility (GMS) was newly developed in rice. The two characters were found to be controlled by single recessive gene which has pleiotropic effect, indicating that chalky seeds should be GMS seeds in segregating populations. Chalky seeds showed the same shape and size as normal seeds. However, starch composition of central part of endosperm was looser and shape of starch granules was rounder compared with normal endosperm, resulting in significantly lower grain weight, absolute density and grain hardness in chalky grains than in normal ones. Amylose content and gel consistency of chalky grains were much lower and harder, respectively. Male sterile plants showed much shorter plant height, poorer panicle exsertion and lesser panicle number compared with normal plants. Microspore abortion stage in pollen developmental process was observed as before meiosis. Male sterility of the mutant was stable regadless of temperature and day length. A system breeding hybrid rice using this mutant was discussed, comp ring with other systems utilizing cytoplasmic-genic male sterility(CGMS) and environment sensitive GMS(EGMS). Separation of GMS seeds in mixed seed bulks by specific gravity (1.14∼1.16g / cm3) was successful about 85∼90%. But some mixed normal plants were seemed to be easily removed by the apparent difference in growth characters at seedling stage. The highest natural outcrossing rate of this GMS line was as 17.3 % in a plot treated with 2-row pollinator, I-row GMS, and GA3 + cutting of flag leaf + pollen-scattering by rope.