Abstract
‘Alchanheukchal’ is a single-cross hybrid waxy corn cultivar developed by using the inbred line ‘KBW16’ as the seed parent and ‘KBW23’ as the pollen parent. Yield trials were conducted in 2013 and 2015 followed by regional adaptability tests at six locations over three years (2018-2020). Recognized for its superior performance, it was designated as a new variety by the NICS in 2020. ‘Alchanheukchal’ contains 32.9 μg 100 g-1 of anthocyanins, resulting in black-colored ears and exhibiting an intermediate ear shape. Its silking period was 74 days, equivalent to that of the standard variety ‘Ilmichal’. The ear length was 19.3 cm, similar to ‘Ilmichal’, while the kernel set rate was 94%, which was lower than that of ‘Ilmichal’. In terms of disease and pest resistance, including southern rust, northern corn leaf blight, and corn borer, as well as lodging resistance, ‘Alchanheukchal’ was comparable to ‘Ilmichal’. The number of ears and ear weight per 10a were 6,336 ears and 1,136 kg, respectively, which indicates a higher ear number but lower ear weight than ‘Ilmichal’. The 100-kernel weight was 27.7 g, smaller than that of ‘Ilmichal’. In sensory evaluation tests, the overall acceptability score was 4.7, which was lower than that of ‘Ilmichal’. The highest seed production efficiency was observed when the planting ratio of the seed parent to pollen parent was 2:1. However, because the silking date of the pollen parent occurred later, it was considered necessary to perform staggered sowing (Registration No. 10033).
-
Keywords: waxy corn; single corss; black; hybrid
서언
벼, 밀과 함께 옥수수(
Zea mays L.)는 세계 3대 식량작물로 우리나라뿐 아니라 전세계적으로 식용, 사료용, 바이오 에너지등 다양한 분야에서 이용되고 있다(
Woo et al. 2015). 그중 대표적 여름철 간식인 찰옥수수는 재배 기간이 다른 작물에 비해 짧아(85~100일) 다른 작물과 2모작이나 2기작도 가능하여 다른 노지 식량작물보다 소득률이 높은 장점을 가지고 있다(
Jung et al. 2012,
Kim et al. 2014). 국내에서 찰옥수수 육종 연구는 1980년대 중반까지 방임수분 품종이 개발되다가 후반에 단교잡종 옥수수 품종 보급 시스템이 정착되면서 본격적으로 이루어졌다(
Baek et al. 2020). 1989년 국내 최초 단교잡종 찰옥수수 품종인 ‘찰옥1호’(
Park et al. 1992)가 개발된 이후 수량성, 재배안정성, 고품질, 기능성 등을 높이기 위하여 ‘찰옥4호’(
Jung et al. 2006a), ‘일미찰’(
Jung et al. 2006b), ‘미백2호’(
Park et al. 2007a) 등 고품질 흰찰옥수수, ‘미흑찰’(
Park et al. 2007b), ‘흑진주찰’(
Jung et al. 2009), ‘청춘찰’(
Park et al. 2016) 등 안토시아닌을 함유한 검정찰옥수수, ‘황미찰’(
Lee et al. 2018), ‘황금맛찰’(
Lee et al. 2020) 등 카로티노이드를 함유한 노랑찰옥수수 품종이 개발되었다.
찰옥수수는 시장에서 소비자가 원하는 우수한 품질과 식미(과피 40 μm 이하), 생산자가 원하는 이삭길이(20 cm 이상)와 착립장률(90% 이상), 가공업자가 원하는 가공적성 등 3박자를 갖춘 품종 개발을 필요로 하고 있다(Back et al. 2020). 최근 기후변화로 인해 고온과 잦은 강우가 발생하여 화분 비산이 제대로 되지 않아, 이삭의 착립장률이 10% 이상 감소하는 경향이 증가하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근 기후에 적합하여 착립장률이 90%이상인 상품성이 우수한 품종개발 연구를 수행하였다.
유색찰옥수수는 알곡의 배유나 과피에 카로티노이드와 안토시아닌 등과 같은 천연색소가 발현되어 노란색, 검정색과 같이 알곡이 색이 발현되는 찰옥수수이다. 검정찰옥수수 알곡에 발현되는 안토시아닌은 cyanidian 3-glucoside, Delphinidin-3-glucoside, Malvidin-3-glucoside 등의 다양한 형태로 존재하며(
Shin & Lee 2019), 항산화(
Duan et al. 2007), 항염증(
Wallace & Giusti 2015), 항암(
Choung et al. 2012), 항비만(
Lee et al. 2016) 등 다양한 기능이 보고되었다. 이렇게 우수한 기능을 가진 검정찰옥수수 품종은 국내에서 개발되었으나 보급에 어려움이 있는데 이는 국내에서 90% 이상 재배되는 흰찰옥수수와 격리재배가 필요하기 때문이다.
Luna et al. (2001)에 따르면 옥수수의 꽃가루는 300 m 이내에서 섞일 수 있어 검정찰옥수수 상품성을 유지하기 위해서는 격리된 단지를 조성해야 하는 어려움이 있어 재배면적이 제한적이다.
소비자들이 건강기능식품을 선호하는 소비트렌드에 따라 기능성물질이 함유된 다양한 작물이 재배되고 있고, 시장이 확대됨에 따라 수요도 점차 증가하고 있다(
Lee et al. 2011). 그래서 기능성 물질인 안토시아닌을 함유하고 풋옥수수로 섭취할 수 있는 검정찰옥수수는 기존의 흰찰옥수수와 차별성을 가진 부가가치가 높은 새로운 소득자원으로 활용될 수 있어 품종 개발이 이루어져야 한다. 그래서 농촌진흥청 국립식량과학원에서는 국민건강 증진과 농가소득 증대에 기여할수 있는 안토시아닌을 함유한 간식용 풋옥수수인 ‘알찬흑찰’을 육성하였으며 그 육성경위와 주요특성 그리고 품질특성 및 수량성 등을 보고하고자 한다.
재료 및 방법
‘알찬흑찰’의 지역적응검정시험은 2018년부터 2020년까지 3년간 수원, 연천, 청원, 홍천, 대구, 진주 6개 지역에서 실시하였다. 시비량은 옥수수 표준시비법을 적용하여 10 a당 N-P2O5-K20=15-3-6kg을 주었으며, 질소는 기비로 50%, 나머지 50%는 7~8엽기에 추비로 주었다. 시험구 배치는 난괴법 4반복 하였으며 재식거리는 60×25 cm (6,600본/10a)로 하였다. 파종은 매년 4월중⋅하순에 지역검정시험지역 6개소에서 2립씩 파종한 후 3~4엽기에 1개체만 남기고 솎아 주었다. 내병성, 내충성 검정은 자연발생조건에서 깨씨무늬병(Bipolaris maydis), 그을음무늬병(Exserohilum turcicum), 조명나방(Ostrina furnacalis) 등을 조사하였다. 병 발생은 낮으면 0, 높으면 9로, 도복은 강하면 1, 약하면 9로 표시하였다. 기타 농업적 특성과 품질검정, 수량성은 농촌진흥청 농업과학기술연구조사분석기준(RDA 2012)에 따라 조사하였다.
과피두께는 낱알의 상단부와 끝모자부를 면도칼로 제거하고 낱알의 등 부위를 세로로 잘라 과피를 완전히 벗겨내고 세척한 후 24시간 건조한 후 디지털 두께 게이지(Mitutoyo, Japan)를 이용하여 측정하였다. 낱알 100개의 무게를 측정하였으며 길이와 폭은 버니어 캘리퍼스(Mitutoyo,Japan)를 이용하여 측정하였다. Amylose와 amylopectin 함량은 시료 25 mg을 칭량하여 amylose/amylopectin kit (Megazyme, Wicklow, Ireland)을 이용하여 전처리하고, UV/Vis spectrometer (U-3900, Hitach, Japan)로 510 nm에서 측정하여 정량한 후 다음 식을 이용하여 아밀로펙틴 함량을 구하였다. 아밀로펙틴 함량(%)=100-아밀로스 함량(%). 총 안토시아닌 함량 측정은 기존 논문을 변형하여 사용하였다(
Kim et al. 2021). ‘알찬흑찰’의 알곡 건조분말시료 0.2 g을 0.1 N 염산이 함유된 80% 메탄올을 4 mL 첨가하고 24시간동안 4℃에서 추출하였다. 추출액을 10,000 rpm에서 10분동안 원심분리를 하였다. 그리고 0.45 μm membrane filter에 통과시킨 후 분광광도계(Evolution 201, Thermo, Waltham. MA. USA)을 사용하여 535 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질로 cyanidin 3-O-glucoside chloride (Sigma Chemical Co., St, Louis, Mo, USA)를 사용하여 정량곡선을 작성하고 총 안토시아닌 함량을 정량하였다. 옥수수 낱알의 경도(Hardness, g ∅ mm
-1)는 Texture analyzer (TAX, England)를 이용하여 측정하였으며 식미관능평가는 표준 품종인 ‘일미찰’을 기준으로 하여 외관, 식감, 맛 등에 기반한 전체 기호도를 9점 만점으로 하여 보통을 5점으로 평가하였다.
채종 시험은 2020년 강원도 영월지역에서 수행하였으며 재식 거리는 60×25 cm (6,600본/10a)로 2립씩 파종하여 3~4 엽기에 1주에 1개체만 남기고 솎아주었다. 시험구는 모⋅부본 재식 비율 2 : 1, 3 : 1, 4 : 1로 3반복 하였으며 모본의 웅수는 출웅 시 수작업으로 제거하였다. 생육특성 및 개화기는 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사분석기준에 따라 실시하였다. 시험결과는 SAS 9.2 (SAS Institute Inc.)를 이용하여 통계처리 하였으며, Student’s t-test, Duncan’s multiple range (DMR) test를 수행하였다.
결과 및 고찰
육성경위
찰옥수수 ‘알찬흑찰’(수원찰84호)은 2004년에 육성된 자식계통 ‘KBW16’을 모본(종자친)으로 하고, 2003년에 육성된 자식계통 ‘KBW23’을 부본(화분친)으로 하여 2012년에 교잡한 안토시아닌을 다량 함유한 단교잡 찰옥수수 품종이다. ‘알찬흑찰’은 2015년에 생산력검정시험을 실시하였고, 2018~2020년까지 지역적응시험을 실시한 결과 여러 가지 농업형질이 우수하여, 2020년 농작물직무육성 신품종선정심의회에서 신품종으로 선정되어 품종명을 ‘알찬흑찰’로 명명하였다(
Fig. 1).
찰옥수수 ‘알찬흑찰’은 엽끝모양이 타원원형이며 엽초의 안토시아닌 색소는 없거나 매우 약하다. 웅수의 영기부, 기부제외영, 약 및 수염의 안토시아닌 색소는 없거나 매우 약하다. 립색은 검정색이며 립형은 나종(waxy)이다(
Fig. 2). ‘알찬흑찰’의 출사일수는 74일로 ‘일미찰’과 같았으며, 간장은 199 cm로 ‘일미찰’(208 cm)보다 조금 작았으며 착수고율은 52%로 ‘일미찰’(50%)보다 높았으나 대비품종인 ‘흑진주찰’(63%)보다는 낮았다. 이삭길이는 ‘알찬흑찰’(19.3 cm)과 ‘일미찰’(19.7 cm)이 비슷하였으며 이삭폭은 ‘알찬흑찰’이 4.2 cm로 ‘일미찰’(4.4 cm)보다 작았다. 착립장률은 ‘알찬흑찰’이 94%로 ‘일미찰’(97%)보다 낮았다(
Table 1).
깨씨무늬병(
Bipolaris maydis)의 발병 등급은 저항성인 2.6, 그을음무늬병(
Exserohilumturcicum)은 발병등급 1로 저항성이 강한 것으로 조사되었으며 각각 ‘일미찰’의 발병 등급과 유사하였다. 조명나방 저항성은 ‘알찬흑찰’이 3.9로 ‘일미찰’(5.1)보다 우수하였다. 도복에서는 ‘알찬흑찰’이 ‘일미찰’보다 약간 강했으나 유의한 차이는 없었다(
Table 2).
‘알찬흑찰’은 안토시아닌(32.9 μg g
-1)을 함유한 찰옥수수 품종이다. 안토시아닌은 항상화작용, 항암 효과, 노화방지, 시력보호 등 다양한 효능을 가진 천연 성분이다. 아밀로펙틴 함량은 95.5%로 ‘일미찰’(94.9%)과 유의한 차이는 없었다. 과피두께는 43.1 μm로 ‘일미찰’(38.4 μm)보다 약간 두꺼웠다. 관능평가 결과 전체기호도가 4.7로 ‘일미찰’(5.5)보다 낮았지만 유의한 차이는 없었다(
Table 3).
‘알찬흑찰’은 수원, 연천, 홍천, 청주, 대구, 진주는 2018년부터 2020년까지 3년간 지역적응시험 결과 10a 당 평균이삭수는 6,336개로 ‘일미찰’(5,956개/10a)보다 많았지만 평균이삭중은 1,136 kg로 ‘일미찰’(1,299 kg)보다 적었다(
Tables 4,
5). 2020년 ‘알찬흑찰’ 채종 시험 결과 모⋅부본 재식비율 2:1에서 88 kg/10a이 생산되어 가장 많은 채종량을 나타내었다(
Table 6).
‘알찬흑찰’은 제주도를 제외한 우리나라 모든 지역에서 재배 가능한 1대 단교잡 찰옥수수 품종으로 매년 종자 갱신을 통해 종자가 이용되어야 한다. 조명나방에 대해서 감수성을 나타내어 적절한 시기에 방제를 하여야 하며, 등숙기에는 노린재 피해로 상품성이 떨어질 수 있으므로 적기에 방제하여야 한다. ‘알찬흑찰’은 열성인자(wx)를 보유하고 있는 검정색 찰옥수수이므로 일반옥수수, 단옥수수(su, se 등), 초당옥수수(sh2, bt 등) 등 다른 종류의 옥수수와 흰찰옥수수, 노랑찰옥수수 등과 함께 재배 시 고유의 특성이 사라지므로 반드시 시간적 혹은 공간적으로 격리 재배하여야 하며 수확 후 시간이 경과할수록 전분이 딱딱해지므로 품질이 우수한 찰옥수수 생산을 위해서는 적기 수확이 필요하다. 너무 과도한 밀식 재배는 끝달림 불량 등 이삭 상품성을 떨어뜨리므로 가급적 표준재배(60×25 cm)하여야 하며, 우기에는 포장의 배수관리에 신경을 써야한다.
적요
‘알찬흑찰’은 자식계통 ‘KBW16’을 종자친(모본)으로 하고 ‘KBW23’을 화분친(부본)으로 하는 단교잡종 찰옥수수이다. ‘알찬흑찰’은 2013년, 2015년 생산력검정시험을 거쳐 2018~2020년 3년간 전국 6개 지역에서 지역적응시험을 수행하였으며 그 우수성이 인정되어 2020년 농촌진흥청 직무육성 신품종으로 선정되었다. ‘알찬흑찰’은 안토시아닌을 32.9 μg g-1 함유하고 있어 이삭색은 검정색을 나타내고 이삭 형태는 중간형을 나타낸다. ‘알찬흑찰’의 출사일수는 74일로 표준 품종인 ‘일미찰’과 같았으며, 이삭의 길이는 19.3 cm로 ‘일미찰’과 비슷하였고 착립장률은 94%로 ‘일미찰’보다 낮았다. ‘알찬흑찰’의 깨씨무늬병, 그을음무늬병, 조명나방 등 병해충 저항성과 도복은 ‘일미찰’과 유사하였다. ‘알찬흑찰’의 10 a당 이삭수와 이삭중은 각각 6,336개/10a, 1,136 kg/10a로 이삭수는 ‘일미찰’보다 많고 이삭중은 ‘일미찰’과 비슷하였다. 백립중은 27.7 g으로 ‘일미찰’보다 작았으며, 관능평가 결과 전체기호도가 4.7로 ‘일미찰’보다 낮았지만 유의한 차이는 없었다. 모⋅부본 재식 비율을 2: 1로 하였을 때 가장 높은 채종 효율을 보였으나 부본의 출사기가 늦어 시차 파종이 필요한 것으로 판단된다.
사사
본 연구는 농촌진흥청 국립식량과학원 연구사업(과제명: 찰옥수수 자식계통 육성 및 생산력검정시험(3주관), 과제번호: PJ016806032025)의 지원으로 수행되었습니다. 본 품종을 육성하는데 협력하여 주신 농촌진흥청 연구정책국, 경기도농업기술원, 강원도 옥수수연구소, 충북도원농업기술원, 경상북도 농업기술원, 경상남도농업기술원 및 내병충성 검정을 담당한 국립식량과학원 작물환경과 등 관계자님들께 감사드립니다.
Fig. 1Breeding procedure of ‘Alchanheukchal’.
Fig. 2Plant type and ear appearance of ‘Alchanheukchal’ (left: plant, right: ears).
Table 1Agronomic characteristics of ‘Alchanheukchal’ ('18~'20, RYT).
Table 1
|
Hybrid |
Days to
silking
(days) |
Culm
length
(cm) |
Ear height
ratio
(%) |
Ear characteristics |
Length
(cm) |
Width
(cm) |
Kernel set ratio
(%) |
|
Alchanheukchal |
74 |
199 |
52 |
19.3 |
4.2 |
94 |
|
Ilmichal |
74 |
208 |
50 |
19.7 |
4.4 |
97 |
|
|
tsz
|
- |
0.68ns
|
1.05ns
|
2.58ns
|
0.09*
|
0.18*
|
Table 2Resistance to disease and lodging tolerance of ‘Alchanheukchal’ ('18~'20, RYT).
Table 2
|
Hybrid |
Disease resistance (0~9)z
|
Corn borer
(0~9)z
|
Lodging tolerance
(1~9)y
|
|
Bipolaris maydis
|
Exserohilum turcicum
|
|
Alchanheukchal |
2.6 |
1.0 |
3.9 |
1.0 |
|
Ilmichal |
2.5 |
1.0 |
5.1 |
1.1 |
|
|
tsx
|
0.09ns
|
- |
1.24ns
|
0.99ns
|
Table 3Kernel quality and sensory evaluation of ‘Alchanheukchal’ ('18~'20, RYT).
Table 3
|
Hybrid |
Amylopectin ratio
(%) |
Anthocyanin contents
(μg g-1) |
Pericarp thickness
(μm) |
100 kernel weight
(g) |
Grain |
Hardness
(g ∅ mm-1) |
Sensory evaluation
(1~9)z
|
Length
(mm) |
Width
(mm) |
|
Alchanheukchal |
95.5 |
32.9 |
43.1 |
27.7 |
9.3 |
8.5 |
503 |
4.7 |
|
Ilmichal |
94.9 |
- |
38.4 |
35.9 |
9.7 |
10.2 |
394 |
5.5 |
|
tsy
|
0.21ns
|
- |
0.36ns
|
4.67*
|
0.88ns
|
1.37*
|
1.11ns
|
1.34ns
|
Table 4The yield of ‘Alchanheukchal’ in number of fresh ears from regional yield trials for three years ('18~'20, RYT).
Table 4
|
Location |
Alchanheukchal (ears/10a) |
|
Ilmichal (ears/10a) |
|
|
|
'18 |
'19 |
'20 |
Mean |
'18 |
'19 |
'20 |
Mean |
|
Suwon |
6,239 |
6,581 |
6,154 |
6,325 |
|
5,983 |
6,239 |
4,530 |
5,584 |
|
Yeoncheon |
5,048 |
6,333 |
5,889 |
5,757 |
|
4,952 |
6,222 |
5,444 |
5,539 |
|
Hongcheon |
6,930 |
6,600 |
6,600 |
6,710 |
|
6,820 |
6,490 |
3,300 |
5,537 |
|
Cheongju |
6,863 |
7,153 |
6,597 |
6,871 |
|
6,144 |
7,014 |
7,986 |
7,048 |
|
Naju |
6,389 |
- |
- |
6,389 |
|
5,972 |
- |
- |
5,972 |
|
Daegu |
6,405 |
6,389 |
5,486 |
6,093 |
|
5,425 |
6,250 |
4,722 |
5,466 |
|
Jinju |
6,511 |
6,513 |
5,903 |
6,309 |
|
6,378 |
6,336 |
5,972 |
6,229 |
|
|
Mean |
6,341 |
6,595 |
6,105 |
6,351 |
|
5,953 |
6,425 |
5,326 |
5,911 |
|
|
tsz=0.14ns
|
Table 5The yield of ‘Alchanheukchal’ in total weight of fresh ears from regional yield trials for three years ('18~'20, RYT).
Table 5
|
Location |
Alchanheukchal (kg/10a) |
|
Ilmichal (kg/10a) |
|
|
|
'18 |
'19 |
'20 |
Mean |
'18 |
'19 |
'20 |
Mean |
|
Suwon |
1,032 |
1,035 |
1,049 |
1,039 |
|
1,178 |
1,115 |
2,193 |
1,495 |
|
Yeoncheon |
682 |
1,024 |
801 |
836 |
|
1,025 |
1,303 |
1,055 |
1,128 |
|
Hongcheon |
886 |
1,104 |
901 |
964 |
|
911 |
1,326 |
553 |
930 |
|
Cheongju |
1,290 |
1,658 |
1,616 |
1,521 |
|
1,352 |
2,025 |
2,039 |
1,805 |
|
Naju |
1,293 |
- |
- |
1,293 |
|
1,295 |
- |
- |
1,295 |
|
Daegu |
1,065 |
1,314 |
1,084 |
1,154 |
|
1,127 |
1,360 |
989 |
1,159 |
|
Jinju |
1,177 |
1,082 |
1,352 |
1,204 |
|
1,296 |
1,371 |
1,426 |
1,364 |
|
|
Mean |
1,061 |
1,203 |
1,134 |
1,144 |
|
1,169 |
1,417 |
1,376 |
1,311 |
|
|
tsz=0.06ns
|
Table 6Seed production trial of ‘Alchanheukchal’ in Yeongwol.
Table 6
|
Year |
Planting Pattern
(♀ : ♂) |
Inbred |
Silking
date |
Pollen dispersal date |
Plant height
(cm) |
Ear height
(cm) |
F1 seed production
(kg/10a)z
|
|
2020 |
2:1 |
KSE14 (♀) |
7/22 |
|
155 |
14.3 |
88b
|
|
KSE23 (♂) |
|
7/14~7/19 |
168 |
13.7 |
|
|
|
3:1 |
KSE14 (♀) |
7/22 |
|
156 |
14.3 |
46a
|
|
KSE23 (♂) |
|
7/14~7/19 |
171 |
15.3 |
|
|
|
4:1 |
KSE14 (♀) |
7/22 |
|
160 |
14.5 |
82b
|
|
KSE23 (♂) |
|
7/14~7/19 |
170 |
14.8 |
|
References
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