• 제목/요약/키워드: Mature seed

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종자내 아미노산 합성 조절 유전자에 관한 연구 (Amino Acid Biosynthesis and Gene Regulation in Seed)

  • 임용표;서미정;조수진;이정희;이효연
    • 한국식물학회:학술대회논문집
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    • 한국식물학회 1996년도 제10회 식물생명공학심포지움 고등식물 발생생물학의 최근 진보
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    • pp.61-74
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    • 1996
  • Human and monogastric animals can not synthesize 10 out of the 20 amino asids and therefor need to obtain these from their diet. The plant seed is a major source of dietary protein. It is particular important in their study to increase nutritional quality of the seed storage proteins. The low contents of lysine, asparagine and threonenein various cereal seeds and of cystein and methionine. In legume seeds is due to the low proportions of these amino acids in the major storage proteins, we have tried to apply the three strategies; (1) mutagenesis and selection of specific amino acid analogue resistance, (2) cloning and expression study of lysine biosynthesis related gene, (3) transfomation of lysine rich soybean glycinin gene. The 5-methyltryptophan (5MT) resistant cell lines, SAR1, SAR2 and SAR3 were selected from anther derived callus of rice (Oryza sativa L. "Sasanishiki"). Among these selected cell lines, two (SAR1 and SAR3) were able to grow stably at 200 mg/L of 5MT. Analysis of the freed amino acids in callus shows that 5MT resistant cells (SAR3) accumulated free tryptophan at least up to 50 times higher than those that of the higher than of SAS. These results indicated that the 5MT resistant cell lines are useful in studies of amino acid biosynthesis. Tr75, a rice (Oryza sativa L., var. Sasanishiki) mutant resistant to 5MT was segregated from the progenies of its initial mutant line, TR1. The 5MT resistant of TR75 was inherited in the M8 generations as a single dominant nuclear gene. The content of free amino acids in the TR75 homozygous seeds increased approximately 1.5 to 2.0 fold compared to wild-type seeds. Especially, the contents of tryptophan, phenylalanine and aspartic acid were 5.0, 5.3 and 2.7 times higher than those of wild-type seeds, respectively. The content of lysine is significantly low in rice. The lysine is synthesized by a complex pathway that is predominantly regulated by feedback inhibition of several enzymes including asparginase, aspatate kinase, dihydrodipicolinat synthase, etc. For understanding the regulation mechanism of lysine synthesis in rice, we try to clone the lysine biosynthetic metabolism related gene, DHPS and asparaginase, from rice. We have isolated a rice DHPS genomic clone which contains an ORF of 1044 nucleotides (347 amino acids, Mr. 38, 381 daltons), an intron of 587 nucleotides and 5'and 3'-flanking regions by screening of rice genomic DNA library. Deduced amino acid sequence of mature peptide domain of GDHPS clone is highly conserved in monocot and dicot plants whereas that of transit peptide domain is extremely different depending on plant specie. Southern blot analysis indicated that GDHPS is located two copy gene in rice genome. The transcripts of a rice GDHPS were expressed in leaves and roots but not detected in callus tissues. The transcription level of GDHPS is much higher in leaves indicating enormous chloroplast development than roots. Genomic DNA clones for asparaginase genes were screened from the rice genomic library by using plaque hybridization technique. Twelve different genomic clones were isolated from first and second screening, and 8 of 12 clones were analyzed by restriction patterns and identified by Southern Blotting, Restriction enzyme digestion patterns and Southern blot analysis of 8 clones show the different pattern for asparaginase gene. Genomic Southern blot analysis from rice were done. It is estimated that rice has at least 2-3 copy of asparaginase gene. One of 8 positive clones was subcloned into the pBluescript SK(+) vector, and was constructed the physical map. For transformation of lysine rich storage protein into tobacco, soybean glycinin genes are transformed into tobacco. To examine whether glycinin could be stably accumulated in endosperm tissue, the glycinin cDNA was transcriptionally fused to an endosperm-specific promotor of the rice storage protein glutelin gene and then introduced into tobacco genomic via Agrobacterium-mediated transformation. Consequently the glycinin gene was expressed in a seed-and developmentally-specific manner in transgenic tobacco seeds. Glycinin were targeted to vacuole-derived protein bodies in the endosperm tissue and highly accumulated in the matrix region of many transgenic plant (1-4% of total seed proteins). Synthesized glycinin was processed into mature form, and assembled into a hexamer in a similar manner as the glycinin in soybean seed. Modified glycinin, in which 4 contiguous methionine residues were inserted at the variable regions corresponding to the C - teminal regions of the acidic and basic polypeptides, were also found to be accumulated similarly as in the normal glycinin. There was no apparent difference in the expression level, processing and targeting to protein bodies, or accumulation level between normal and modified glycinin. glycinin.

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티모시 성숙종자로부터 캘러스 유도 및 식물체 재분화 (Callus Induction and Plant Regeneration from Mature Seeds of Timothy)

  • 이기원;김기용;최기준;임영철;김원호;정민웅;서성;이병현;이상훈
    • 한국초지조사료학회지
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    • 제28권3호
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    • pp.165-170
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    • 2008
  • 티모시의 colt 품종을 이용하여 최적 조직배양조건을 확립하기 위하여 성숙종자를 배양함에 있어 첨가되어지는 식물 생장조절 물질의종류와 농도가 배발생 캘러스 유도 및 식물체재분화에 미치는 영향을 조사하였다. 배발생 캘러스 유도시 첨가되는 2,4-D는 3 mg/L 첨가 구에서 78%로 캘러스 유도율이 가장 높았으며, 3 mg/L 2,4-D와 0.1 mg/L의 BA를 첨가하여 배양했을 때 형성된 캘러스는 조직적으로 치밀하며 유백색의 배발생 캘러스가 가장 많이 형성되었다. Type B 캘러스만을 이용하여 식물체재분화에는 1 mg/L 2,4-D와 3 mg/L BA가 첨가된 배지에 캘러스를 배양했을 때 25.3%의 재분화율을 나타내었다. 본 연구를 통하여 확립된 효율적인 재분화 시스템은 분자육종을 통한 신품종 티모시의 개발에 유용하게 이용될 수 있을 것이다.

Molecular Modification of Perilla Lipid Composition

  • Hwang, Young-Soo;Kim, Kyung-Hwan;Hwang, Seon-Kap;Lee, Sun-Hwa;Lee, Seong-Kon;Kim, Jung-Bong;Park, Sang-Bong;Tom Okita;Kim, Donghern
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제1권1호
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    • pp.20-30
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    • 1999
  • In order to modify lipid production of Perilla qualitatively as well as quantitatively by genetic engineering, genes involved in carbon metabolism were isolated and characterized. These include acyl-ACP thioesterases from Perilla frutescens and Iris sp., four different $\beta$-ketoacyl- ACP synthases from Perilla frutescens, and two $\Delta$15 a-cyl-ACP desaturases(Pffad7, pffad3). Δ15 acyl-ACP desa turase (Δ15-DES) is responsible for the conversion of linoleic acid (18:2) to $\alpha$-linolenic acid (ALA, 18:3). pffad 3 encodes Δ15 acyl-desaturase which is localized in ER membrane. On the other hand, Pffad7 encodes a 50 kD plastid protein (438 residues), which showed highest sequence similarity to Sesamum indicum fad7 protein. Northern blot analysis revealed that the Pffad7 is highly expressed in leaves but not in roots and seeds. And Pffad3 is expressed throughout the seed developmental stage except very early and fully mature stage. We constructed Pffad7 gene under 355 promoter and Pffad3 gene under seed specific vicillin promoter. Using Pffad7 construct, Perilla, an oil seed crop in Korea, was transformed by Agrobacterium leaf disc method. $\alpha$-linolenic acid contents increased in leaves but decreased in seeds of transgenic Perilla. Currently, we are transforming Perilla with Pffad3 construct to change Perilla seed oil composition. We isolated three ADP-glucose pyrophosphorylase (AGP) genes from Perilla immature seed specific cDNA library. Nucleotide sequence analysis showed that two of three AGP (Psagpl, Psagp2) genes encode AGP small subunit polypeptides and the remaining (Plagp) encodes an AGP large subunit. PSAGPs, AGP small subunit peptide, form active heterotetramers with potato AGP large subunit in E. coli expressing plant AGP genes.

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한계령풀의 생식기관 발생형태 (Embryology of Gymnospermium microrrhynchum (Berberidaceae))

  • ;신동용;허권
    • 식물분류학회지
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    • 제40권4호
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    • pp.226-233
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    • 2010
  • 속간 계통유연관계 해석을 위한 정보를 제공하기 위하여 현재까지 연구되지 않은 한계령풀의 생식기관 발생학적 형태 연구가 수행되었다. 연구결과 한계령풀의 생식기관 형태는 매자나무과의 다른 속들과 비슷한 점이 많았다. 그럼에도 불구하고, 내주피 내강벽의 발달, 미분화 종피 구조 등과 같은 새로운 생식기관 특징들이 밝혀졌다. 지금까지 계통학적으로 한계령풀속은 매자나무과 내에서 꿩의다리아재비속이나 Leontice속에 가장 가깝다고 인정되고 있는데 이들이 같은 족에 분류되어 있는 것처럼 분자계통학적 유사성과 더불어 많은 형태적인 특징들도 공유하고 있었다. 한계령풀은 기본형의 약벽형성, 분비형 융단세포, 화분모세포의 연속형 세포질분열, 약 열개시 2세포성 성숙화분, 도생배주, 후층성주심, nucellar cap의 발달, 내주피 내강벽의 형성, 마디풀형 배낭형성, 핵형 배유형성, 미분화 종피 패턴 등의 특징을 나타내었다. 과내 Nandina속과의 비교에서는 약의 열개 패턴, 소포자의 세포질 분열패턴, 종자 형태, 종피 유형 등 많은 형태적 특징에서 차이가 있었다. 비록 이 연구에서 근연속인 꿩의다리아재비속이나 Leontice속의 생식기관 정보를 충분히 이용할 수는 없었지만, 한계령풀속은 종자와 종피 형태를 근거로 매자나무과내에서 꿩의다리아재비속과 Leontice속에 가장 가까운 유연관계임을 추론할 수 있었다.

Canola전지종실과 유박 및 기름의 대사에너지 함량과 아미노산 이용률 (Metabolizable Energy Contents and Amino Acid Availability values in the Full-Fat Seeds, Oil Meals and Oils of Canola)

  • 이규호;심정석
    • 한국가금학회지
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    • 제17권2호
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    • pp.101-107
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    • 1990
  • 본시험은 Canola 전지종실과 Canola 박 및 Canola 유의 유효에너지가(AM 및 TME)와 아미노산 이용을(TAAA)를 측정하기 위하여 실시하였다. 본시험에는 단관백색레그혼종(S.C.W.C.) 성계수탉이 실시되었으며, AME시험에서는 측정사료인Canola 전지증실, Canola 박 Canola 박+유(60:40)을 30% 그리고 Canola 유를 10% 배합한 4종의 시험사료와 기초사료를 각각 자유채식시켰고 예비시험기간은 3일 채분기간은 4일이었다. TME와 TAAA시험에서는 Canola 전지종실과 Canola 박은 단-사료로, Canola 박+유와 Canola 유는 각각 기초사료에 30%와 10%의 비율로 혼합하여 각각 1일 30g을 24시간의 절식기간 후에 강제투여(force feeding)하였고 48시간동안 전분을 채취하였다. 모든 에너지가는 질소정정 에너지가로 환산하였는데, Canola 전지종실, Canola 박, Canola 유 및 Canola +유의 AMEn가는 각각 4,485, 1,984. 8,275 및 5,655 kcal/kg이었고 TMEn가는 각각 4,577, 2,103, 8,487 및 5,630kcal/kg으로 측정되어 Canola 박+유는 Canola 전지종실보다 높은 에너지가를 나타냈으며(P<0.01), 전반적으로 Canola전지종실은 Canola 박보다 높은 TAAA가를 나타냈다.

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종자(種子) 및 배지상(培地上)에서의 오이류(類) 덩굴마름병균의 형태적(形態的) 및 배양적(培養的) 특징(特徵) (Morphological and Cultural Characters of Didymella bryoniae on Seeds and Culture Media)

  • 이두형
    • 한국균학회지
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    • 제10권1호
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    • pp.7-13
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    • 1982
  • 자연상태(自然狀態)에서 Didymella bryoniae에 이병(罹病)된 오이 및 호박 종자(種子)를 습지법(濕紙法)으로 처리(處理)하여 불완전(不完全) 세대(世代)와 완전세대(完全世代)의 특징(特徵)을 조사(調査)하고 Difco PDA, V-8쥬스한천(寒天) 및 water agar leaf medium에서의 특징(特徵)과 비교(比較) 하였다. 병든 종자(種子)가 발아(發芽)할 때 종피(種皮)나 배축(胚軸)에 형성(形成)된 Didymella bryoniae의 병포자(柄胞子)와 Difco PDA, V-8 juice한천(寒天) 및 WALM에 형성(形成)된 본균(本菌)의 병포자(柄胞子)는 형태적(形態的)으로 많은 차이(差異)가 나타난다. 즉 PDA에 형성(形成)되는 병포자(柄胞子)는 무색(無色) 소형단포자(小型單胞子)가 대부분이며, V-8 juice한천(寒天) 및 WALM에 형성(形成)되는 것은 대형단포자외(大型單胞子外)에 격막(隔膜)이 하나 있는 포자(胞子)를 형성하고 또 균주(菌株)에 따라서는 격막(隔膜)이 두개 있는 포자(胞子)를 형성하므로써 마치 병든 종피(種皮)나 배축(胚軸)에 형성(形成)된 것과 흡사하였다. 한편 자양각은 병든 종자(種子)의 표본(標本)에 따라 잘 형성(形成)되는 것도 있었으나 대부분(大部分)의 표본(標本)에서는 형성(形成)되지 않았다. 외부형태적(外部形態的)인 특징(特徵)은 색깔이 진한 흑색(黑色)이며 유두상각공(乳頭狀殼孔) 위에 백색(白色)의 포자괴(胞子塊)가 형성(形成)되는 특징(特徵)을 가지고 있어서 쉽게 병자각(柄子殼)과 구별(區別)할 수 있었다. 불완전(不完全) 세대(世代)인 병자각(柄子殼)이나 병포자(柄胞子)와 같이 자양각의 각방(殼房)과 포자(胞子)의 크기에는 큰 변이(變異)가 없었다.

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Lipoxygenase, Kunitz Trypsin inhibitor, 7Sα′-subunit 단백질이 결핍된 콩 계통의 선발 (Selection of Lipoxygenase, Kunitz Trypsin inhibitor and 7Sα′-subunit Protein Free Soybean Strain)

  • 성미경;김경록;박정수;한은희;남진우;정종일
    • 농업생명과학연구
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    • 제44권5호
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    • pp.29-33
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    • 2010
  • 콩은 식물성 단백질 및 지방의 주요 공급원이고 콩 종실에는 기능성 성분이 많이 함유되어져 있어 소비가 점차 증가하고 있지만 Lipoxygenase, Kunitz Trypsin inhibitor, $7S{\alpha}^{\prime}-subunit$ 단백질과 같은 성분들이 존재하는데 이는 품질과 영양가치를 떨어뜨리고 섭취시 알러지를 일으키기도 한다. 콩에서 유전적으로 이러한 성분이 결핍되어져 있는 유전자형의 선발은 품질이 우수한 콩 육종의 기초단계이다. "개척2호"와 PI506876의 교배로부터 434개의 $F_2$종자를 얻어 $F_2$종자의 일부를 사용하여 SDS-PAGE로 각각의 종자를 분석한 결과 Lipoxygenase와 Kunitz Trypsin inhibitor 및 7S의 ${\alpha}^{\prime}-subunit$ 단백질이 모두 결핍되어져 있는 lx1lx1lx2lx2lx3lx3titicgy1cgy1 유전자형을 가진 종자를 선발하여 $F_2$식물체로 길러 성숙 후 $F_3$종자를 수확하였다. $F_3$종자로부터 Lipoxygenase, Kunitz Trypsin inhibitor, $7S{\alpha}^{\prime}-subunit$ 단백질이 모두 결핍되어져 있음을 재확인하였으며 선발된 종자는 고품질 콩 품종 육성에 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

인삼종자의 휴비 및 발아에 대한 생리화학적 연구 (Studies on the Physiological Chemistry of Dormancy and Germination in Panax. ginseng Seeds 2. Changes in Abscisic acid content during Stratification of Seeds.)

  • 최선영;이강수
    • 한국작물학회지
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    • 제32권3호
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    • pp.277-286
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    • 1987
  • 인삼종자의 휴비 및 발아기구의 해명을 위한 기초자료를 얻고자 종자의 후숙과정중 ABA의 함양변화를 조사하여 미숙배의 생장 및 발아와의 관계를 검토하였다. 1. 홍숙과에 있어서 ABA 함량은 과육이 종자나 내과피보다 현저하게 높았으며 이들 분포는 수분분포와 비슷하였다. 2. 개갑처리과정중 ABA 함량은 종자 및 내과피에서 모두 점차 감소되었는데 처리 90 일후 (개갑률 :96 %)에 종자에서는 90 pmol/gDW로 69 %가, 내과피에 서는 41 pmol/gDW로 80 %가 각각 감소되었다. 전 ABA에 대한 free 능의 비율은 종자에서는 계속 감소하였으나 내과피에서는 종자보다 높은 채로 거의 변화가 없었다. ABA 함량 감소와 미숙배생장과의 상관에서는 종자에서 유의성(r=-0.9737)이 크게 나타났다. 3. 개갑후 종자의 ABA함량은 4$^{\circ}C$와 15$^{\circ}C$에서 모두 점차 감소되었는데 처리 90 일후에 4$^{\circ}C$에서는 28 pmol/gDW로 69%가, 15$^{\circ}C$에서는 46pmo1/gDW로 49%가 각각 감소되었다. 전 ABA에 대한 free 능의 비율은 4$^{\circ}C$에서는 점차 증가되었으나 15$^{\circ}C$에서는 거의 변화가 없었다. ABA 함량 감소와 발아시에서는 거의 변화가 없었다. ABA함량 감소와 발아시와의 상관에서는 4$^{\circ}C$에서만 유의성(r=0.9852)이 있었으며 ABA 함량 감소와 1일 평균 발아율과의 상관에서는 4 $^{\circ}C$에서 부상관(r=-8548), 15$^{\circ}C$에서는 정상관 (r =0.9737)이 있었다. 4. 이상의 결과로 미루어 보아 개갑과정에서의 ABA의 함랸변화는 미숙배의 생장과 밀접한 관계가 있으며 개갑후 저온처리 과정에서의 발아능력(생리적휴면타파정도)은 ABA의 함량감소와는 직접적인 관계가 없는 것 같다.

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벼 종자에서 액포막 aquaporin (tonoplast intrinsic protein) 유전자의 발현과 기능 (Functional implications of gene expression analysis from rice tonoplast intrinsic proteins during seed germination and development)

  • 허선미;이인숙;김범기;신영섭;이강섭;김둘이;변명옥;김동헌;윤인선
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제37권4호
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    • pp.517-528
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    • 2010
  • 종자 발달과 발아는 수분과 양분 함량의 급격한 변화를 수반하는 복합적인 과정이다. 본 연구에서는 유전자 발현과 단백질 구조 비교 분석을 통해 벼 종자의 발아와 발달과정에 관여하는 액포막 aquaporin (tonoplast intrinsic protein)을 규명하였다. OsTIP3;1, OsTIP3;2는 종자 특이적인 TIP로 종자가 성숙되는 시기에 발현되었다가, 종자가 발아하면서 전사체가 사라지는 양상을 보였으며, ABA 처리에 의해 발현이 유도되었다. 단백질 구조 예측 결과로부터 OsTIP3;1, OsTIP3;2가 단백질의 N-말단, B와 E loop에 다른 TIP와 뚜렷이 구분되는 인산화 잔기 특징을 확인하였다. OsTIP2;1과 OsTIP4;3은 종자가 발달하는 과정에서 유전자 발현이 감소하였다가, 종자 발아 후기에 뿌리와 배축의 신장이 활발한 시기에 발현이 급증하였다. 특히 OsTIP2;1은 뿌리에서 강한 발현을 보였으므로, 뿌리 생장에 필요한 팽압 공급에 중요한 기능을 할 것으로 제안된다. OsTIP2;1과 OsTIP4;3 단백질의 N-말단에는 특징적으로 메틸화 (methylation) 가능성이 높은 아미노산 잔기가 예측되었다. OsTIP2;2는 OsTIP2;1과는 달리 종자 침윤 후 7시간 이내에 발현이 빠르게 유도되며, 발아가 억제되는 조건에서도 유전자 발현이 유지되는 것으로 보아 종자의 초기 수화 과정에 관여할 것으로 추측된다. OsTIP2;2 단백질의 N-말단에는 OsTIP2;1에 존재하는 인산화 Ser 잔기와 메틸화 잔기가 결실된 특징을 보였다. 이런 결과들은 벼 종자의 발달과 발아 과정에서 나타나는 액포의 종류와 기능에 따라 서로 다른 TIP가 선택적으로 유전자 발현수준에서 조절되며, 인산화, 메틸화 등 단백질 수식에 의한 활성조절 기작 역시 매우 다르다는 것을 시사한다.

땅콩 단기개화성 선발 계통의 개화 및 결실 특성 (Flowering and Fruiting of Characteristics of Short Flowering Period Lines in Peanut)

  • 정영근;박기훈;두홍수;류점호;최선영;서득용
    • 한국작물학회지
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    • 제47권6호
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    • pp.437-442
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    • 2002
  • 선발된 단기개화성 유전자원의 개화 특성 및 농업적 형질을 구명하여 협실의 균일도 향상에 의한 상품가치가 높은 땅콩을 육성하고자 수행한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 단기개화성 계통들의 출현기는 대광땅콩에 비하여 1-3일 빨랐으며, 개화기는 비슷하였으나, 개화기간은 대광땅콩이 52일인데 비하여 단기개화 계통들은 36-47일로써 5-16일이 짧았으며, 초형별로는 valencia type이 가장 짧았다. 2. 초형별 개화수는 virginia > spanish > valencia 순으로 적었으며, 40일 이하의 극단기개화 계통은 valencia type이 23%로 가장 많았다. 3. 초형별 차광에 따른 개화억제율은 대광땅콩의 63%에 비하여 valencia 43% > virginia 35% > spanish 10%순 이었으며, 농업적 형질별로 감소율은 valencia type이 가장 적었다. 4. 개화와 기상요인 상관정도는 온도와는 각 초형 공히 고도의 정의상관의 유의성이 있었으나, 일조시수와는 유의성이 인정되지 않았다. 5. 초형에 따른 절위별 자방병 분포비율은 저위절(제1절과 2절)에서 virginia 97%, spanish 88%, ㅍ미두챰 93%로 대광땅콩의 85%에 비하여 3-l2% 높았으며, 절위별 착협 분포비율은 저위절(제1절과 2절)에서 virginia 100%, spanish 95%, valencia 96%로 대광땅콩의 74%에 비하여 21-26%높았다. 6. 개화 후 일수에 따른 성숙협 비율은 대광땅콩에 비하여 단기개화 계통들이 평균 12-17% 높았으며, 단기개화 계통들의 각 형질과의 상관은 개화시와 개화일수, 개화일수와 성숙협 비율과는 고도의 부 상관이었다.