Morphological and Agronomic Traits of Allium longicuspis Regel Collected in Central Asia

중앙아시아에서 수집한 꽃피는 마늘의 형태 및 농업적 특성

Abstract

Garlic (Allium sativum L.) has been used as both food and medicine in many cultures for thousands of years. Garlic cultivars are completely sterile and propagated through vegetative method. Collection of a large number of fertile accessions of these genus is needed to explore genetic variability. In order to investigate genetic variation among Allium species and its possibilities for direct cultivation in Korea, we characterized 12 accessions of A. longicuspis, flowering wild garlic which had collected from Central Asia, the main center of garlic diversity. Most of A. longicuspis accessions showed higher over-wintering and bolting rate, longer scape length and more number of bulbils than Korean landraces cultivar, Danyang and Euiseong, but A. longicuspis accessions exhibited smaller size of bulbs and bulbils. Most accessions of A. longicuspis had more number of cloves per bulb, except K229596 and K248824 than Korean landraces. All the accessions of A. longicuspis from Central Asia had complete bolters having many flowers and topsets in umbel. Further studies of A. longicuspis should focus on securing true seeds through removal of topsets and crosses among accessions to create the genetic variability.

마늘은 완전 불임으로서 영양번식 작물이므로 진정종자가 맺히는 다양한 유전자원의 확보만이 유전적 다양성을 확대할 수 있는 방법이다. 중앙아시아에서 수집한 꽃 피는 마늘 K229583 등 12자원에 대하여 국내에서 유전적 변이작성과 재배 가능성을 검토하고자 2013년 10월 19일에 노지에 파종하고 재배하여 몇 가지 형태적 농업적 형질에 대하여 특성조사를 수행하였다. 꽃 피는 마늘은 한지형 재래종 마늘에 비하여 월동율과 추대율이 높았으며, 화경장이 길고 주아 수가 많았다. 구 크기는 대부분이 재래종에 비하여 작았지만 K229596 자원은 구중이 35 g으로서 단양마늘과 큰 차이를 보이지 않았으며, 구당 쪽수는 재래종에 비하여 대부분이 많았지만 K229596 등 4자원은 적었다. 모든 꽃 피는 마늘 자원이 대부분 정상적으로 추대되었고 화기에 꽃과 주아가 동시에 존재하였으며 주아를 제거하지 않은 상태에서는 종자가 맺히지 않았다. 도입한 꽃 피는 마늘은 월동율이 높고 일부 자원에서 구 특성이 양호하고 완전추대가 됨에 따라 우리나라에서의 재배 가능성이 확인 되었으며 금후 진정종자 확보를 위한 주아제거와 자식 또는 교잡을 통하여 변이 작성의 가능성 입증이 필요하다.

서 언

마늘(Allium sativum L., 2n = 2x = 16)은 적어도 5,000년 이상의 긴 재배역사를 가지고 있으며(Hahn, 1996), 세계 각지에서 신선조미료로 이용될 뿐만 아니라 식품가공이나 건강기능성 식품 산업에서 중요한 재료이다. 2012년 세계의 마늘 생산량은 24,727천 톤이고 생산액은 13,009백만 달러이며 이 중 중국이 20,000천 톤을 생산하여 80.8%를 차지하였고, 이어서 인도(1,150천 톤, 4.7%), 우리나라(339천 톤, 1.4%) 및 이집트(309천톤, 1.3%) 순이다(FAOSTAT, 2014). 지역에 따라 다수의 근연야생종이 재배마늘을 대체하여 이용되기도 한다(Kamenetsky et al., 2004). 우리나라는 2013년에 29천 ha의 면적에서 412천 톤을 생산하여 2012대비 73천 톤이 증가되었으며 금액으로는 5,021억 원으로서 조미료 채소 중에는 고추에 이어서 두 번째로 중요한 작물이다(Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, 2014). 마늘은 무성번식 작물이지만, 구, 잎 크기, 색깔과 모양, 화경의 유무와 길이, 화색, 임성, 주아발달등에 있어서 큰 다양성을 보인다(Pooler and Simon, 1993). Isozyme이나 RAPD, AFLP 마커 기술이 마늘과 마늘의 야생종을 분류하고 유전적 다양성을 평가하는데 유용하게 이용되었다(Pooler and Simon, 1993; Maass and Klaas, 1995; Bradley et al., 1996; Al-Zahim et al., 1997; Lallemand, 1997; Meryem and Simon, 2001).

마늘의 야생종으로 추정되며 꽃이 피는 Allium longicuspis Regel. (2n = 4x = 32)은 중앙아시아가 원산지이며(Vavilov, 1935), 우즈베키스탄, 카자흐스탄, 키르기즈스탄 등에 자생하고 있다. A. longicuspis는 재배마늘과 가장 가까운 근연관계에 있거나 선조종으로 인식되었지만(Regel, 1875) 근래 분류학자들은 마늘과 A. longicuspis를 같은 종으로 제안하기도 했다(Maass and Klaas 1995; Fritsch and Friesen, 2002). 무성생식을 하는 마늘에서는 자연 돌연변이체의 확보나 인위적인 돌연변이체를 작성하는 것만이 유전적 변이를 확보할 수 있는 방법이므로 개화가 가능하고 임성이 있는 새로운 마늘유전자원의 도입이야 말로 경제적형질의 유전적 변이 확대를 위한 원천이다.

본 연구는 중앙아시아에서 수집한 꽃피는 마늘인 A. longicuspis에 대하여 우리나라에서의 재배나 유전적 변이 작성을 위한 재료로서의 가능성을 검토하고자 주요 형태적, 농업적 특성을 조사하였다.

 

재료 및 방법

시험재료는 마늘의 원산지로 알려진 중앙아시아의 중앙에 위치한 우즈베키스탄의 동부, 중부 및 서북부 지역에서 수집된 A. longicuspis K229583 등 12점이다(Table 1). 수집한 자원은 2013년 10월 19일 수원시 화서동 소재 노지포장에 검정비닐로 피복 후 휴간 20 ㎝, 주간 10 ㎝ 거리로 인편을 파종하여 재배하였다. 시비는 표준시비량(요소:용성인비:염화가리=25:20:20kg/10a)을 기비와 추비로 2회 분시 하였다. 주아관련 특성조사를 위하여 화경은 제거하지 않았고 구 수확은 성숙한 주아 확보를 위하여 주아가 성숙할 때(주아가 외부의 충격 없이 저절로 떨어지기 시작할 때) 하였으며 수확 후 그늘에서 20일간 건조 후 구 특성을 조사하였다. 특성조사는 월동율, 초장, 엽폭, 주당엽수, 엽초장, 엽초경, 추대율, 추대기, 개화기, 화경직경, 화경장, 화경당 주아수, 100주아 무게, 구직경, 구고, 구모양, 구피색, 인편피색, 구당 인편수, 구중을 마늘신품종 심사를 위한 특성조사요령(Korea Seed & Variety Service, 2010)에 따라 자원 당 20주씩 조사하였다.

Table 1.zMean ± standard error.

 

결 과

자원별 인편당 평균 무게 1∼2 g인 소형 인편을 파종하여 재배하고 월동율을 조사한 결과 12자원에 대한 월동율 범위는 83.1∼100%였고, 평균은 94.2%로서 우리나리의 대표적인 한지형 재래종 마늘 품종인 단양마늘(68.3%)이나 의성마늘(71%) 보다 훨씬 높았으며, 이들 중 K229583, K248824, K248209 등 3자원은 100%의 월동율을 보였다(Table 2). 초장은 범위가 47.5∼75.0 ㎝로서 자원간 변이의 폭이 매우 컸고, 평균은 61.2 ㎝로서 단양마늘(65.8 ㎝)과는 비슷하나 의성마늘(82.1 ㎝) 보다는 모든 자원이 짧았다. 엽폭은 범위가 9.5∼24.5 ㎜로서 변이 폭이 매우 컸으며 평균은 19.7 ㎜로서 단양마늘(23.5 ㎜)과 의성마늘(26.1 ㎜) 보다 좁은 특성을 보였으나 K229583, K248213, K248214 및 K248824는 단양마늘과 비슷한 엽폭을 보였다. 주당 엽수는 범위가 6.3∼9.0매이고 평균이 7.7매로서 단양마늘(7.3매)이나 의성마늘(8.3매)과 큰 차이를 보이지 않았으나 K248209 등 4자원은 의성마늘보다 다소 많은 잎을 가지고 있었다. 엽초장은 범위가 15.0∼22.9 ㎝이고 평균이 18.5 ㎝로서 단양마늘(23.3 ㎝)이나 의성마늘(24.7 ㎝)에 비하여 짧았는데, 이것이 꽃피는 마늘의 초장이 우리나라 재래종 마늘에 비하여 짧은 원인의 일부로 보인다. 엽초경도 꽃피는 마늘이 단양마늘에 비하여 일부 굵은 자원도 있으나 평균적으로 가는 경향을 보였다. 마늘의 주아재배를 통한 씨마늘 생산에서 중요한 형질인 추대율을 보면 범위는 87.8∼100%였고, 평균은 98.1%로서 대부분의 자원들이 추대가 되었고 추대기는 5월 1일부터 6월 1일까지로 매우 넓은 변이를 보였으며, 평균은 5월 24일로서 우리나라 재래종(5월 20∼21일)에 비하여 다소 늦었다. 추대가 되지 않은 개체들은 파종시 인편크기가 작아서 생육이 불량한 것들 이었다. 개화기는 범위가 6월 18일∼7월 5일, 평균은 6월 28일이었다. 화경직경은 4.3∼7.9 ㎜로서 변이 폭이 넓었고 공시자원 중 우즈베키스탄의 중부에 위치한 Jizzak 지역에서 수집된 K229583 자원은 7.9 ㎜로서 가장 굵었으며, 평균은 우리나라 재래종과 비슷하였다. 화경장 역시 범위가 54.5∼95.3 ㎝로서 변이 폭이 넓었고 대부분의 자원이 우리나라 재래종 보다 길었으며 K229583 자원이 95.3 ㎝로서 가장 길었다(Table 3). 꽃피는 마늘의 화경에서 특이한 점은 추대 초기에는 코일처럼 둥글게 꼬여 있다가 개화기에 다가가면서 점차 펴지는 특징을 보였다(Fig. 1∼2). 화방당 주아수에 있어서 범위는 90∼223개, 평균이 145.1개로서 숫자는 우리나라 재래종인 단양마늘(37개)이나 의성마늘(17개) 보다 많지만 백립중은 범위가 1.5∼3.2 g, 평균은 2.3 g으로서 단양마늘(33 g)과 의성마늘(41.4 g)에 비하여 매우 작았다(Fig. 3, Table 3). 꽃피는 마늘의 구 관련 특성을 보면 구경은 36.9∼43.9 ㎜의 범위를 보였고 평균은 39.3 ㎜였으며 구고는 32.1∼41.7 ㎜의 범위에, 평균은 38.0 ㎜로서 우리나라 재래종에 비하여 작았고 이에 따라 건구중도 20∼35.2 g의 범위에 평균 26.3 g로서 단양마늘이나 의성마늘에 비하여 가벼웠다. 구형은 전체 자원이 모두 눈물방울형이었고(Fig. 4), 구피색은 보라색이나 백색이었으며 인편피색은 갈색이 1자원이었고 나머지는 모두 보라색이었다. 구당 인편수 범위는 6 (K229596, Jizzak 지역수집 2)에서 13개(K248214)이고, 구당 평균 인편수는 범위는 6.3 (K229596)에서 11.6개(K248210)이며 평균 9.6개로서 K229596 등 4개 자원을 제외한 7개 자원이 재래종보다 많았다(Table 4). 꽃피는 마늘의 구 특성 중 특이한 것은 인편수의 다소에 상관없이 항상 1∼2개의 인편이 가운데 위치하고 나머지 인편들이 주위를 둘러싸고 있는 형태를 보였다(A∼D, Fig. 5). 꽃피는 마늘에서 유전적 변이를 발생시키는 근원인 화기에는 꽃과 주아가 동시에 착생되었고 꽃잎과 수술은 자색을 띄었으며(Fig. 6) 주아를 제거하지 않은 상태에서는 종자가 착생되지 않았다.

Table 2.zMean ± standard error.

Table 3.zMean ± standard error.

Fig. 1.Comparison of A. longicuspis (Left, longer scape) and A. sativum (Right, longer plant height).

Fig. 2.Scape of A. sativum (Left) and A. longicuspis (Right, coiled).

Fig. 3.Bulbils of A. sativum (Left) and A. longicuspis (Right).

Fig. 4.Bulb of A. longicuspis (Left) and A. sativum (Right).

Table 4.zMean ± standard error.

Fig. 5.Cross sections of bulbs of garlic.

Fig. 6.Inflorescence of A. longicuspis (A: Bulbil, B: Flower).

 

고 찰

무성생식을 하는 마늘에서는 자연 돌연변이체의 확보나 인위적인 돌연변이체를 작성하는 것이 변이를 찾을 수 있는 원천이지만 변이의 빈도가 낮기 때문에 이러한 방법에 의해 농업적으로 유용한 변이체를 확보하는 것은 쉽지 않으므로 개화가 가능하고 임성이 있는 새로운 마늘의 도입이 경제적형질의 유전적 변이 확대를 위한 효율적인 접근방법이다. 중앙아시아의 우즈베키스탄과 키르기즈스탄에서 수집한 꽃피는 마늘 A. longicuspis를 노지에 재배하여 우리나라에서의 재배 가능성과 유전적 변이 작성을 위한 재료로서 가능성을 검토하고자 주요 형태적, 농업적 특성을 조사하였던 결과 월동율은 중앙아시아 현지에서 야생상태로 수집한 소형 인편재배에서 평균 94.2%로서 우리나라 재래종인 단양마늘(68.3%)이나 의성마늘(71%)에 비하여 훨씬 높아서 꽃피는 마늘을 중부지방에서 재배함에 있어서 월동성은 큰 문제가 되지 않을 것으로 사료되며 농경지에서 재배한 큰 인편일 경우 대부분 월동이 가능할 것으로 생각된다. 꽃피는 마늘의 화경은 우리나라 재래종 품종에 비하여 평균적으로 17∼20 ㎝ 가량 길어서 금후 국내재배 가능시 화경 이용의 장점이 기대된다. 구당 마늘쪽수는 자원별 평균이 6.3∼11.6개이고 전체 평균 9.6개로서 그다지 많지 않았으며 K229596 등 일부자원은 재래종에 비하여 오히려 적어서 한지형 마늘에서 6쪽을 선호하는 우리의 기호에 부합하는 범위였다. 인편배열에서 모양은 방사상이지만 단양마늘이나 의성마늘과는 달리 대부분의 구가 1∼2개의 인편이 화경을 중심으로 안쪽에 있고 그 바깥쪽으로 한 줄이 둥글게 배열되어 있어 한지형마늘과 난지형 마늘의 중간 형태를 가지고 있었다. 구중은 재래종에 비해서 모든 자원이 가벼웠지만 단양마늘에 비하여 약간 작은 35 g인 자원(K229596)도 있었으며 화경제거를 통하여 구비대를 증대시켰다는 보고가 있듯이(Lee, 1969) 화경을 제거하여 재배하면 보다 큰 마늘구의 생산도 가능하리라 사료된다. 꽃피는 마늘 도입의 최대 장점은 자식 또는 교잡을 통한 유전적 변이를 창성할 수 있다는데 있다. A. longicuspis라고 해서 모두 임성이 있는 것이 아니기 때문에(Zizina, 1956; Etoh, 1985, 1986; Kamenetsky et al., 2004) 가능한 많은 유전자원을 확보하여야 임성이 있는 개체를 찾을 가능성을 높일 수 있고 또 폭 넓은 유전적 다양성을 확보하기 위하여 가능한 넓은 지역에서 다양한 유전자원을 다량 확보하는 것이 중요하다. 또한 A. longicuspis의 종구는 일장이나 기후변화가 큰 다른 지역으로 옮겨지면 3∼5년 후 개화능력과 수량이 떨어지기 때문에(Engeland, 1991; Pooler, 1991) 주기적으로 도입하는 채널의 확보도 필요하다. 금후 도입된 자원이나 도입될 자원에 대한 임성에 대한 평가와 더불어 부가가치 증대를 위하여 항암효과가 있는 것으로 알려진 Allin과 같은 기능성 성분에 대한 평가도 필요할 것으로 생각된다.