[재배학] 불임성과 불화합성

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불임성(Sterility)

 

수분을 하여도 수정 또는 결실을 하지 못하는 현상을 말하며, 정상적인 임성 범위 내에서도 특정 이유로 인해 불임성이 나타날 때 문제가 됨

 

1. 대표적인 원인

   (1) 생식 기관의 이상으로 나타나는 불임성

   (2) 불화합성(Incompatibility) : 생식 기관 건전하고 유연 관계도 가까운데 나타나는 불임성

   (3) 불친화성(Non-affinity) : 유연관계가 멀어서 나타나는 불화합성 

 

2. 중요한 원인

 

   (1) 환경적 원인 : 영양, 광선, 수분, 온도, 병충해 등

      <1> 영양분

         ① 다즙질 불임성 : 영양분이 과하여 생식작용이 억제

         ② 쇠약질 불임성 : 다즙질 불임성의 반대

         ③ 순환적 불임성 : 꽃이 너무 많이 달려 영양분배가 불충분하여 생식기관이 퇴화되고,

                                     불완전 꽃이 되거나 국부적으로 생식기능이 쇠퇴

 

   (2) *유전적 원인

 

      <1> 자성 불임

         - 형태적 이상 : 암술 퇴화, 변형하여 꽃잎이 되는 등

         - 배낭의 발육이 불완전 : 외형적 이상이 없어도 불임

 

      <2> 웅성 불임 : 웅성 기관의 이상에 의한 불임성

         - 유전자 작용에 의해 아예 화분이 생성되지 않거나 화분이 발육하지 못함

         - 따라서 수정 능력이 없어 종자를 만들지 못함

 

         ① 세포질 웅성불임(CMS; Cytoplasmic Male Sterility)

            - 세포질 유전자만 작용

            - 벼, 보리, 토마토

  

         ② 유전자 웅성불임(GMS; Genic Male Sterility)

            - 핵 내 유전자만 작용

            - 벼, 옥수수 

            ※ 환경감응형 웅성불임

               - 유전자 웅성불임성 중에 온도, 일장, 지베렐린 등에 의하여 임성 회복

               - 벼의 온도감응형 유전자 웅성불임성은 21~26℃ 에서 임성 95% 이상 회복

               - 1대 잡종의 종자 채종에 이용

 

         ③ 세포질, 유전자 웅성불임(CGMS; Cytoplasmic-Genic Male Sterility)

            - 핵 내 유전자와 세포질 유전자의 상호 작용

            - 벼, 양파, 사탕무, 아마

            ※ 임성회복 유전자(RF; Fertility Restoring Gene) 이용

               - 세포질, 유전자 웅성불임성의 일시적 임성 회복

               - 임성 회복 유전자를 가진 계통(화분친)과 웅성불임 계통(자방친) 교배

               - 양파와 같이 영양기관을 이용하는 작물의 1대 잡종 생산에 이용

 

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반응형

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      <3> 자가 불화합성(Self-incompatibility)

         - 양성화나 자웅 동주의 단성화에서 자가수분 또는 특정 계통 간의 수분을 할 때 보이는 불화합성

         - 암술과 화분의 기능이 정상적이나 자가수분으로 종자를 형성하지 못해 불임 발생

         - 자가 불화합성에 의한 불임 현상을 자가 불임(Self-sterility)이라고 함

            ex) 과수, 십자화과 채소, 목초 등

         - 자가불합성과 자가 불임성은 1대 잡종 품종의 종자 채종에 이용

 

         ① 자가 불화합성 기구

            - 자가불화합성의 메커니즘

            - 암술머리의 특정 단백질(S-glycoprotein)이 화분의 특정 단백질(S-protein)을 인식

            - 화합 또는 불화합을 결정

            a. 꽃가루가 암술머리에서 발아하지 못함

            b. 발아해도 꽃가루관이 암술머리 조직 내에 침입하지 못함

            c. 꽃가루관이 암술머리 조직에 침입하기는 하지만 신장이 완전하지 못함

            

         ② 생리적 원인

            a. 꽃가루의 발아, 신장을 억제하는 물질 존재

            b. 꽃가루관의 신장에  필요한 물질 결여

            c. 꽃가루관의 호흡에 필요한 호흡 기질의  결여

            d. 꽃가루와 암술머리 조직 사이의 삼투압의 차이

            e. 꽃가루와 암술머리 조직 사이의 단백질 간 친화성 결여 

 

         ③ 유전적 원인

            - S유전좌의 복대립 유전자가 자가불화합성을 지배

            a. 치사 유전자

            b. 염색체의 수적, 구조적 이상

            c. 자가 불화합성을 유기하는 유전자(이반 유전자, 복대립 유전자)

            d. 자가 불화합성을 유기하는 세포질 유전자

 

            ※ 자가 불화합성의 유전양식

              ⓐ 배우체형

                 - 화분(n)의 유전자가 화합, 불화합을 결정

                 - 벼과, 클로버, 가지과

              ⓑ 포자체형

                 - 화분을 생산한 식물체(포자체, 2n)의 유전자형에 의하여 화합, 불화합을 결정

                 - 사탕무, 배추과, 국화과

                 - 배추의 경우 자가 불화합성의 유전자형이 다른 자식 계통을 혼식하여 1대 잡종 종자를 채종

                    ex) S1S1 와 S2S2   

 

      <4> 이형예 불화합성

         - 수술이나 암술의 길이가 꽃에 따라서 다른 현상

         - 이형 화주형 자가 불화합성이라고도 함

         - 메밀, 아마, 앵초

         - 메밀꽃에서 수술이 짧고 암술이 긴 장주화, 수술이 길고 암술이 짧은 단주화

            ① 부적법 수분

               - 단주화 X 단주화 또는 장주화 X 장주화 수분에서 불화합성이 나타남

            ② 적법 수분

               - 단주화 X 장주화 또는 장주화 X 단주화 수분에서 불화합성이 나타나지 않음

 

      <5> 교잡 불화합성

         - 종속 간 또는 품종 간 교잡에서 보이는 불화합성

         - 타가 불화합성이라고도 함

         - 교잡 또는 타가 불화합성으로 인한 불임 현상을 교잡 불임 또는 타가 불임이라고 함 

         - 사과, 배, 양앵두, 고구마, 십자화과

         - 발생되는 기구(메카니즘)이나 원인은 자가 불화합성과 유사 

 

 

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