2019년 2학기

작물육종학

서론

1강. 식물의 진화

3282

2754

1989

1232

8791

26419

12621

29463 16576

10453

9893

3398

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

벼_쌀

옥수수

밀

콩

곡물_계

농작물_계

가축_계

식품

IT

자동차

철강

의약품

반도체

53477

주요 경제 품목의 세계시장 규모 비교

(단위: 억 US $)

2014

2013

시장 규모FAO자료 등

국제 곡물시장의 불안정성 심화달러/톤

(FAOSTAT)

Ton/ha 세계 주요 작물의 수량성 변화

5.75

4.60

3.53

2.85

0

1

2

3

4

5

6

7

1961 1965 1969 1973 1977 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 2009 2013 2017

Maize

Rice

Wheat

Soybean

Green revolution

Rough rice yield and its annual increase in the world

1.942.38

2.98

3.583.95

4.46

0

1

2

3

4

5

1961-63 1971-73 1981-83 1991-93 2001-03 2011-13

Rough ric

e y

ield

(ton/h

a)

Annual increase at each of 10-year interval

2.3% 2.5% 2.0% 1.0% 1.3%

2.6%

1.7%1.3%

주요 선진국의 식량(곡물) 자급율

(%)

왜 선진국들의 곡물자급율은 100%를 상회할까?

7.00 6.92 6.67

8.41

4.60

6.30

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

한국 중국 일본 미국 세계 유럽

벼

1.69 1.79 1.68

3.30 2.85

1.88

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

한국 중국 일본 미국 세계 유럽

콩

4.82 6.11

2.65

11.08

5.75 6.30

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

한국 중국 일본 미국 세계 유럽

옥수수

3.45

5.48

4.27

3.11 3.53

4.36

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

한국 중국 일본 미국 세계 유럽

밀

세계 주요국의 식량작물 단위면적당 수량 비교 (FAO, 2017)수

량(톤

/ha)

수량

(톤/h

a)

(FAO통계 2017) 16

The eleven main global seed companies ranked by their global seed sales in 2016

(2018.5.30)

Sustainability 2017, 9, 1632; doi:10.3390/su9091632

세계 상업종자시장 규모$ 48.5 billion

곡물류55%,

$269억

채소& 꽃13%, $64억

유지작물17%, $83억

기타9%, $44억

목초 및 잔디6%, $29억

작물별 세계 종자시장 (단위:%, 억 달러)

주 : 1) 2011년 기준, 2012년 갱신 자료자료 : ISF(International Seed Federation)

작물별 및 국가별 세계 종자시장

(박효근, 2013)

국가별 세계 종자시장 (단위:%, 억달러)

*한국은세계종자시장의 ~1%

우리나라 연도별 채소종자 매출액 및 수출액 추이

(한국종자협회)

(10억원)

총 매출액

국내 매출액

수출액

162 180 180

202

234 239

261 254 265 261

286 287

142

237

20 21 25 27

36 45 44 42 52 59 58 50

0

50

100

150

200

250

300

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

등록된 우리나라 종자 업체 수

20

작물별 세계 종자시장 규모 (2011)

Golden seed 프로젝트 대상 품목

(단위: 100만$)

72

80

109

125

127

129

140

148

230

230

232

240

337

365

432

490

804

1,249

1,278

2,700

3,000

3,600

3,700

5,500

14,100

가지

단옥수수

상추

호박

시금치

무

완두

콜리플라워

멜론

Bean당근

수박

(양)배추

오이

고추(파프리카)

양파

사탕무

카놀라

토마토

밀

면화

감자

벼

콩

옥수수

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

(context.com)

고추(파프리카)+무+(양)배추= 8.98억 $

세계 종자무역 규모의 연도별 추이

2017

•11,924

2012년부터 품종보호제도(UPOV) 전면시행에 따라 로열티 지출 증가

로열티

2010년 2014년 2020년

0원

30억원

353억 원

2012년품종보호제도전면시행

• 현재 매년 100억 원 이상의 로열티 지출이발생

http://m.mifaff.go.kr/index.jsphttp://m.mifaff.go.kr/index.jsp

(자료제공: 강병철교수) 21

1천만$ 이상 종자무역 흑자 국가와 적자 국가 (2017)

(ISF)

(단위: 백만$)

흑자국가 수출 수입 흑자 순위

France 1801 769 1032 1

Netherlands 2040 1017 1023 2

USA 1712 1003 709 3

Hungary 480 191 289 4

Chile 285 54 231 5

Denmark 312 157 155 6

Argentina 256 117 139 7

Austria 268 161 107 8

New Zealand 136 37 99 9

Israel 148 54 94 10

Germany 783 693 90 11

Romania 296 211 85 12

Thailand 116 44 72 13

Brazil 165 139 26 14

Canada 282 267 15 15

Peru 51 37 14 16

Costa Rica 10 0 10 17

적자국가 수출 수입 적자 순위

Russian Fed. 2 442 440 1Mexico 169 455 286 2Spain 263 531 268 3Ukraine 28 293 265 4Italy 367 540 173 5China 205 366 161 6

Unit. Kingdom 75 226 151 7

Poland 109 259 150 8Bulgaria 21 127 106 9Japan 173 274 101 10Morocco 2 96 94 11Turkey 89 168 79 12Greece 10 87 77 13Pakistan 4 72 68 14Saudi Arabia 0 62 62 15Portugal 21 80 59 16Belarus 1 54 53 17Paraguay 8 58 50 18Belgium 225 272 47 19Korea, Rep. 70 117 47 20

식물육종

생산성

경쟁력

환 경

농산물의 생산성과 경쟁력 결정종자산업의 핵심

품종 을 개발하는 과학식물육종

기후 · 토양 · 생태

정의- Plant breeding is the art and science of plant genetic improvement using conventional, statistical, and/or molecular techniques in making their selections.

- 식물 (동물)의 유전자를 개량하여 신품종(新品種) 또는 신종(新種)을 만드는 기술

식물육종(유전개량)

식물육종의 의의- 식물산업(경종산업)의 부양: 식량, 사료, 원료, 관상 등- 종자산업의 원동력- 바이오산업 기반 제공

국내경종업

종자산업

실제

국내경종업

종자산업

과거인식

3~4만 개의 유전자

유전자 1 (O)

유전자 3 (O)

유전자 2 (X)

유전자 4 (O)

작물 개량 (육종): 생산성이 높고, 품질이 우수하고, 병해충저항성과 내재해성이 강한 작물이나 품종을 만들기 위해서 작물이 가지고 있는 유전자들을 좋은 것으로 바꿔주는 과학 기술

1강. 식물의 진화

1. 식물의 진화

2. 식물진화의 기작

3. 식물종의 분류

진화는 사실인가?

생물의 기원: 창조 or 진화 ??

확실한 것

종(species)은 고정되어 있지 않고

시간의 흐름에 따라 유전적으로 변화한다는 것.

* 작물의 근연 야생종 : 재배종과 상이함

(형태적, 생리적 특성 모두)

* 고고유적상의 볍씨

오늘날의 것과

다소 다름

종내 진화(다양성) 확실 (산청리 남강유역 출토, BP 2,000)

Micro-evolution Macro-evolution (다윈의 가설)

1. 식물의 진화

??

식물 진화 요 약

• 지구나이 : 약 47억년

• 최초의 생물 출현: 약 30억년전 단세포 생물 (blue-green algae)

• 최초 지상식물 출현: 고생대(Paleozoic)의 Ordovician기 중의 Caradoc기( 4.58～4.49억년전)

• Angiosperm 출현: 중생대(Mesozoic) 말기의 Cretaceous기(백악기) 이전 (약 1.5억년전)

• 인류(Homo sapiens)출현: 신생대(Cenozoic) 제4기(Quaternary)의Pleistone(빙하기) (2백만년전～30만년전)

• 농경 (작물재배) 시작 : 신석기 (약 1만년전)

• 인류문명 출현: 신생대(Cenozoic) 제4기(Quaternary)의 근세 (약 5천년전)

* 현재 지상생물의 종류 (지금까지 종으로 분류된 종류; Biodiversity, p.4-5) 약 140~175만종

0

100

200

300

400

500

백먄년전

고

생

대

중

생

대

신생대

조상형 조류(녹조류)

초기 유관속식물

최초 지상식물 (cooksonia)

최초 종자식물

피자식물 발생

선태식물(

이끼류)

무종자

유관속식물

(

양치류,

속새식물

등)

나자식물(

침엽수,

소철,

은행나무

등)

식물

피자

Blue-green algae Green algae

Green algae

Cooksonia

4.5억년전

Silurian기 바다가 주기적으로 범람과 건조를반복했던 지역들. ---> 수생식물이 건조에

적응하여 진화할 수 있는 이상적 조건 제공

Bohemia(체코), Podolia(러시아), S.Wales,

New York(미국) 등에서 cooksonia가 발생

Cooksonia

Rhynia

Psilotum

석송식물 속새식물

양치식물

종자양치류

Clubmosses --- Lycopodium, Selaginella

석송식물

Horsetails

속새식물

거대식물들: 데본기말과 석탄기에 번성(3.5억년-2.3억년전)

현재약10,000종생존

양치식물

종자양치류 : angiosperm의 조상으로 간주됨. 멸종

원나자식물 (progymnosperms)

나자식물 (gymnosperms)

침엽수류

The Life Cycle of a Pine Tree. In conifers and other gymnosperms, the gametophytes are small and nutritionally dependent on the sporophyte generation

수정부터 성숙종자까지 2 년 소요

Welwitschia mirabilis마황 (Ephedra) 은행나무Gnetum gnemon소철류

Angiosperms (피자식물) 의 등장 (약 1.5억년전)

Double fertilization of angiosperms

0

100

200

300

400

500

백먄년전

고

생

대

중

생

대

신생대

조상형 조류(녹조류)

초기 유관속식물

최초 지상식물 (cooksonia)

최초 종자식물

피자식물 발생

선태식물(

이끼류)

무종자

유관속식물

(

양치류,

속새식물

등)

나자식물(

침엽수,

소철,

은행나무

등)

식물

피자

2. 진화의 기작

지역 A

지역 B

(일부가지역 B로 이주)

종1

종1 종1

종2

(변하지 않음)

종1의변종

종1의아종

지역 A

지역 B

(종이 변해감)

(시간의 경과, 유전변이의 지속적 발생)

(genotype 간 competition)

자연선택(natural selection) 작용 적자생존survival of the fittest

자연선택의 모형 (mode)

안정성선택 방향성선택 분단성선택

진화의 원동력

Biological species concept

: Species are groups of interbreeding natural populations that are

reproductively isolated from other such groups.

Ecological species concept

Species is defined as “a set of organisms exploiting a single niche”

종 (species) 의 정의

종 (種, species) - 생식 공동체- 같은 환경하에서 하나의 단위로 반응하는 생태적 단위- 구성원간에 유전자 교환이 일어나는 유전적 단위

식물학상의 종 분류 (분류학상) : 생식적 격리보다는 형태적 차이에 중점을 두어종을 구분

Taxonomic species (형태종: morphological species, morphospecies,phenetic species) * 생식격리 구분: 어려움.

3. 식물종의 분류

육종학 관점에서는??

Kingdom or majorsubdivision

No. of speciesdescribed

VirusMoneraFungiAlgaePlantae

Bryophyta 선태Psilophyta 솔잎난Lycopodiophyta 석송Equisetophyta 속새Filicophyta(;Polypodiophyta; 양치)

Gymnosperma 나자Angiosperma 피자

Dicotolydonae 쌍자엽Monocotolydonae 단자엽

ProtozoaAnimalia

(insects)ChordataTotal

1,0004,760

46,98326,900

248,42816,600

9 1,275

15 10,000

529

170,000 50,000 30,800

989,761(751,000)

43,8531,392,485

현존 생물 종수

피자식물의 계통도동백아강

석죽아강

조록나무아강

장미아강

목련아강

쑥부장이아강

택사아강

닭의장풀아강

백합아강

생강아강

종려아강

단자엽식물

( 벼 ) (보리)界 kingdom Plantae (식물계)門 division (Phylum) Spermatophyta (종자식물문)亞門 subdivision (Subphylum) Angiospermae(피자식물아문)綱 class Monocotyledonae(단자엽식물강)目 order Glumiflorae(영화목)科 family Graminae(화본과)族 tribe屬 genus Oryza(벼 속) Hordeum (보리 속)節 section(sect.)列 series(ser.)

생식격리 강 種 species(sp.) sativa, glaberrima vulgare亞種 subspecies (subsp.) indica, japonica生態種 ecospecies生態型 ecotype變種 variety (var.)

생식격리 없음 品種 form (for.)栽培種 cultivar (cv.)

Oryza sativa L. subsp. indica cv. IR36” ” “ var. IR36

식물분류 방식

생식격리 약

육종적으로는 종 아래의 개념을실용적으로 모두 품종으로 취급