Stemphylium vesicarium에 의해 발병하는 잎마름병은 마늘재배에 있어 전 세계적으로 가장 중요한 곰팡이 병 중 하나이며, 종자의 품질과 수확량을 감소시킨다. 병 저항성 품종의 재배는 화학 농약의 사용을 감소시키고, 작물 손실을 최소화하는 데 효율적인 방법이다. 본 연구는 잎마름병 저항성 마늘 유전자원을 발굴하기 위하여, 20점의 마늘 유전자원의 잎마름병에 대한 저항성을 조사하기 위하여 실험하였다. 온실에서 재배한 4엽기 유묘의 잎을, 접종 직전에 탈지하지 않은 비흡수성 재질의 솜으로 문지른 후에 멸균한 1/2 농도의 PDB 용액으로 수확한 S. vesicarium KACC 44530 균주의 포자현탁액(3.0×105 spores/ml)을 분무하여 접종하였다. 그리고 접종 3-7일 후에 잎에 발생한 잎마름병의 병반면적률(%)을 조사하였다. 이때 저항성 및 감수성 대조 품종으로 '남도'와 '대서' 마늘이 사용되었다. 실험한 유전자원 중에서, IT245512, IT245528 및 IT244068은 잎마름병에 가장 높은 저항성을 보였으며, 유전자원 IT257134와 IT253043은 잎마름병에 대하여 가장 높은 감수성을 나타내었다. 본 연구에서 선발한 저항성 유전자원은 잎마름병 저항성 육종 시스템에 유용한 자원으로 이용될 수 있을 것이다.
마늘흑색썩음균핵병에 대한 국내재배 마늘의 품종저항성을 구명하기 위하여 발병에 관여하는 Sclerotium cepivorum과 대균핵을 형성하는 Sclerotium sp.에 대한 invitro clove inoculation법에 의한 균사생장과 균핵형성소요 일수 그리고 이병포장에서의 품종별 발병정도를 조사하였다. 마늘인편 절편상에서의 병원균의 생장과 균핵형성은 품종 또는 병원균간에 차이를 보였다. 대서종에서는 두 가지 병원균 모두 가장 높은 균사생장을 보였다. S. cepivorum과 Sclerotium sp.의 균핵은 고당종에서 가장 빠르게 형성되었고, 남도종에서 가장 늦게 형성되었다. 포장에서의 품종별 병 저항성에 있어서는 S. cepivorum에 대해서는 모든 마늘에서 이병주율이 50% 이상으로 시험 품종 모두 감수성인 것으로 판명되었으며, 난지형마늘에 비해 한지형마늘에서 발병이 적었다. Sclerotium sp.에 대해서는 난지형 마늘 모두 고도의 감수성이었고, 한지형마늘은 서산종, 단양종 그리고 예천종이 중도저항성이었으며 의성종은 저항성인 것으로 나타났다. 마늘의 품종저항성을 정량적으로 평가하기 위하여 병진전곡선을 1차 회귀직선화하여 얻은 초기발병치(intercept), 병진전속도 및 병진전곡선하면적(AUDPC)을 비교한 결과 초기발병과 병진전이 함께 고려된 AUDPC가 품종별 병저항성을 평가하는데 적당한 것으로 나타났다. In vitro 조건하에서의 균사생장 및 균핵형성과 포장에서의 역학지수(초기발병치, 최종발병치, 병진전속도, AUDPC)와의 상관관계를 조사한 결과, S. cepivorum에 대하여 균사생장과 최종발병치, 균사생장과 병진전속도간에는 정의상관을, 그리고 균핵형성과 역학지수간에는 부의 상관을 보였으나 5% 수준에서 유의성은 없었다.
본 연구에서 제주의 화산회토와 비화산회토에서 난지형 마늘인 남도 마늘과 대서 마늘을 재배하여 토양 및 마늘의 성분을 비교 분석하였다. 남도 마늘을 재배한 화산회토양에서는 전기전도도 및 가용성 황 함량이 높았으며 대서 마늘을 재배한 화산 회토양에서는 유기물함량 및 총 질소함량이 높게 나타났다. 남도 마늘을 재배한 비화산회토의 경우 가용성 인 함량이 높게 나타났다. 화산회토에서 재배한 남도 마늘의 경우 가용성고형물 및 알리신 함량이 높았으며, 화산회토에서 재배한 대서 마늘의 경우 환원당 함량이 높게 나타났다. 또한 제주에서 재배된 마늘의 대량원소 함량은 칼륨이 가장 높았으며 다음으로 황, 마그네슘, 칼슘 및 나트륨 순이었으며 미량원소의 경우 철, 아연, 망간, 구리 순이었다. 이러한 결과는 고품질 마늘 생산을 목표로 하는 재배농가들에게 유용한 정보를 제공하게 될 것이다.
의성 지역에서 재배하기 적합한 국내 한지형 마늘을 선발하고자 '의성', '예천', '단양', '정선' 및 '용인' 등 한지형 마늘 5종을 공시하여 생육특성과 수량성을 조사하였고, 난지형 마늘의 재배 적합성을 검증하기 위해 '남도' 마늘을 동시에 공시하였다. 국내 지방 재배종 마늘의 생장특성은 생태형에 따라 차이를 보여 난지형인 '남도'가 초기생장과 숙기가 빨랐던 반면, 한지형 지방종간에는 뚜렷한 차이가 없었다. 추대 현상에 있어서는 '정선'과 '용인'이 추대율이 낮았고 불완전 추대가 많았던 반면, '예천'과 '의성'은 추대율이 높고 '의성'은 2차생장률이 낮았다. 의성지방에서 재배된 한지형 마늘 중에 '예천'의 수량이 높았으며 생장 최성기에 타 품종에 비하여 작물생장률도 높았다. 의성 지역에서 재배된 '정선', '용인' 및 '단양'은 '의성'에 비하여 생산성이 낮은 것으로 평가되었다.
파쇄마늘의 녹변발생은 품종(산지)간 차이는 적었으나 파쇄전 원료마늘의 저장방법에 크게 영향을 받았다. 즉 상온 및 CA저장했던 마늘은 녹변이 없었으나 저온저장했던 마늘에서만 그 발생이 심하였다. 그리고 녹변 방지방법으로 저온저장한 마늘을 파쇄전 40$^{\circ}C$에서 1일간 열처리할 경우 녹변을 효과적으로 방지할 수 있었으며, 품종별 열처리 효과검정 결과 남해, 서산 및 단양마늘 모두 녹변이 방지되었다. 열처리에 따른 마늘의 품질변화는 40$^{\circ}C$에서 1일간 처리에서 중량감소 및 맹아율 변화가 적었고, 유효성분의 평가지표로 이용되는 enzymatic pyruvic acid함량 변화도 적었다.
국내 주요 산지별 마늘의 영양성분에 대한 기초 자료를 확보하고자 국내 한지형 마늘 재배지인 태안, 의성, 서산과 난지형 재배지인 제주, 남해, 함평, 무안, 합천에서 재배된 마늘 및 중국산 마늘의 영양성분을 비교분석하였다. 중국산 마늘의 수분함량은 $71.53{\pm}0.34%$으로, 국내산 마늘 $59.37{\pm}0.63$-$66.96{\pm}0.72%$에 비하여 5% 수준에서 유의적으로 높았다. 국내산 마늘의 총 페놀 함량은 $12.69{\pm}0.18$-$22.02{\pm}0.27mg/100g$, flavonoids 함량은 $2.91{\pm}0.13$-$5.96{\pm}0.23mg/100g$의 범위였다. 총 티오설피네이트 함량은 $96.28{\pm}2.55$-$150.81{\pm}0.09mg/100g$ 의 범위였으며, 총 피루베이트 함량은 $132.87{\pm}0.45$- $161.37{\pm}1.58mg/100g$의 범위였다. 유리당은 sucrose, glucose 및 fructose가 검출되었으며, 산지 따라 sucrose의 함량은 약 2-4배까지 차이가 있었고, fructose는 남해산이 타 지역산에 비하여 5% 수준에서 유의적으로 높은 함량이었다. 유기산은 8종, 무기물 총 11종, 구성아미노산은 총 17종이 검출되었으며, 마늘의 산지에 따라 함량 및 검출된 성분에는 차이가 있었다. 모든 시료에 함유되어 있는 유리아미노산은 proline, alanine, tyrosine, phenylalanine 및 arginine으로 총 5종 이었다.
This study was conducted to investigate morphological characteristics of Korean local garlic varieties and to define the genetic variability and the correlations amongthe characters associated with yield. The plant height, the leaf sheath diameter, the nubmer of leaves, and bulb weight were significantly increased in the garlic plants from heavier seed bulbs. The proportation of six clove bulbs was more than 60% in Seosan variety and this was not realted with the number of cloves in seed bulb. While more than 70% bulbs in Jeoksung and Danyang varieties cultivated in paddy field were composed of 6 or 7 cloves, majority of the bulbs of Euisung and Danyang varieties cultivated in upland were composed of bulbs with 7 cloves or more. The highest genotypic coefficient of variation (GCV) and phenotypic coefficient of variation (PCV) were observed in bulb weight. GCV and PCV also showed high value in leaf sheath diameter. Thus, there is a greater scope for selection of these characters. The small difference between PCV and GCV values in plant height indicates that the environmental influence would be limited in this character. High heritability was observed of plant height (56.76%) and bulb weight (45.95%). And the weight per bulb (34.24%) exhibited highest genitic advance followed by leaf sheath diameter (18.8%) and plant height (9.61%), and those would be the ideal characters for selelction.
한지형 '재래(6쪽)' 마늘과 난지형 서산산 ’대서’종을 수확, 예건하여 수분함량 $60{\sim}65%$ 되도록 저장 전처리를 한 후 상온 저장, $0^{\circ}C$ 저장, 그리고 빙점 근접 저장 온도인 $-4^{\circ}C$에서 저장하면서 품질을 조사하였다. 무게 감소율은 모든 저장 온도에서 난지형 마늘이 한지형 마늘보다 감소율이 컸으며, 저장 온도별로는 두 품종 모두 실온저장이 가장 크고, $0^{\circ}C$ 저장, 그리고 $-4^{\circ}C$ 저장 순으로 나타났다. 특히, 한지형 마늘 $-4^{\circ}C$ 저장구는 저장 10개월 동안 무게 감소율이 5% 이하였다. 맹아율은 두 품종 모두 실온 저장에서 가장 높았고 $0^{\circ}C$ 저장, $-4^{\circ}C$ 저장 순이었으며 실온 저장에서는 난지형 마늘이 한지형 마늘보다 맹아율이 높았다. 반면, 한지형 마늘은 저장 10개월까지 $0^{\circ}C$ 저장, $-4^{\circ}C$ 저장구에서 맹아율이 50% 이하로 나타났다. 병충해율은 두 품종 모두 실온 저장에서 병충해 발생이 가장 많았고, 0$^{\circ}C$ 저장, $-4^{\circ}C$ 저장에서는 20% 이하였으며, 저장 6개월 이후로는 실온 저장구에서 난지형 마늘보다 한지형 마늘에서 병충해 발생이 많았다. 황색도를 나타내는 Hunter 'b' 값은 난지형 마늘의 경우 $-4^{\circ}C$ 저장 처리구가 가장 낮았고 $0^{\circ}C$ 저장, 실온 저장 순이었으며, 한지형 마늘은 $0^{\circ}C$와 $-4^{\circ}C$가 큰 차이 없이 높고 실온저장이 낮았다. 호흡량과 에틸렌 발생량은 두 품종 모두 실온 저장구가 가장 많았고 $0^{\circ}C$와 $-4^{\circ}C$ 저장구는 증가량이 매우 적었다. 동해 발생을 조사한 결과 한지형 마늘에서는 동해 발생이 없었고, 난지형 마늘에서 $-4\circ}C$ 저장시에 $0{\sim}5.3%$의 동해발생이 있었다. 저장 중 enzymatic pyruvic acid 함량은 한지형 마늘에서 높았으며, 저장기간 동안 함량이 증가하였다. Fructan 함량은 $0^{\circ}C$와 $-4^{\circ}C$에서 저장시 감소가 많이 되었으며, 상온 저장은 감소를 지연시켰다. 한지형 마늘의 경우 실온 및 $0^{\circ}C$에서 저장하는 것보다 무게 감소율 및 맹아율이 적고 동해가 없는 빙점 근접 저장인 $-4^{\circ}C$에서 저장하는 것이 10개월 동안 좋은 품질을 유지하였다.
한국 마늘에 감염된 바이러스의 종류와 병 발생 메카니즘을 구명하기 위하여, 마늘 바이러스 cDNA clone들을 분리하였다. 24개 cDNA clone들의 부분적인 염기 서열을 결정하였고, 이 중 poly(A) tail을 가진 5개 clone들의 염기 서열을 결정하였다. 이를 이미 알려진 다른 식물 바이러스와 비교했을 때, clone V9은 일차구조가 carlavirus와 유사성을 보이므로 GLV cDNA clone으로 여겨진다. Northern blot 결과로부터 GLV genome의 크기는 8.5 knt이고, poly(A) tail을 가지고 있다는 것을 알 수 있었다. clone V9의 3' 말단부분에는 바이러스 복제과정에서 cis-acting element로 작용한다고 여겨지는 hexanucleotide motif(5'-ACCUAA)가 존재한다. 또한 carlavirus의 껍질 단백질 subgenomic RNA의 5' 말단에 보존되어 있는 5'-TTAGGT도 나타난다. 이들은 모두 carlavirus의 특징들이다. 껍질 단백질 유전자를 pRSET-A 발현 벡터에 재조합하고, E. coli BL21에서 발현시켰다. 발현된 껍질 단백질을 $Ni^{2+}$ NTA affinity chromatography에 의해 정제하였다. 껍질 단백질을 토끼에 주사하여 항체를 만든 후, immunoblot을 한 결과 GLV 껍질 단백질에 해당하는 24 kDa polypeptide가 인지되었다. 또한 다양한 마늘 품종에 대해서 immunoblot을 한 결과, GLV 껍질 단백질의 크기와 GLV의 감염정도가 마늘 품종에 따라서 차이가 있다는 것을 알 수 있었다.
동양물산 중앙기술연구소에서 개발한 다신초 (multiple shoot) 증식기술을 이용하면 1회 계대배양으로 신초의 수가 약 15배 증가하고 1년에 10회의 계대배양이 가능하므로 계산상 1개의 신초로부터 5,700억개 (1510)의 신초 생산ㅇ 가능하므로 유전적으로 동질의 씨마늘을 단기간에 대량증식시키는 것이 가능하다 이러한 기술을 우수한 형질을 가진 마늘종에 적용하여 현재 국내${\cdot}$외 여러 지역에서 적응성 및 안정성 생산성 검정 실험을 수행하여 산업화 진입을 준비하는 단계에 도달하였다. 수년에 걸친 검정 시험 결과 조직배양 씨마늘을 이용할 경우 최대 50% 이상의 증수효과는 물론 상품성이 증대되는 효과도 확인하여 우리 나라 마늘산업의 국제 경쟁력을 향상시키고 능민 소득 증대에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 조직배양을 통해 대량생산된 무병주 씨마늘을 농가 위탁, 계약재배 등을 통해 증식하여 실수요 농가에 보급하는 체계를 갖추게 된다면 타 주요작물에 비해 상대적으로 미진한 종구 보급체계도 확립될 수 있을 것이다. 더불어 국제경쟁력을 갖춘 기술력, 원가 등을 기반으로 국내뿐만 아니라 일본, 미국 등 국외지역에도 공급지역을 확대할 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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