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장미는 국화와 더불어 우리나라 절화 생산액의 50% 이상을 차지하고 전체 화훼 수출액의 33%(2010년)를 차지하는 중요 한 작목이다. 2011년 동일본 대지진과 장기간의 화훼산업 위 축으로 인해 화훼생산과 소비가 감소하고 있지만 산업활성화 를 위한 국산품종 개발과 보급 노력은 계속되고 있다(MAFRA 2019). 장미속은 4아속 10절 200여종으로 분류되고(Ma et al. 1997) 다양한 생태적 특성과 배수성을 가지고 있지만 대체로 종간교잡과 종내교잡이 수월하여 교잡에 의한 다수의 품종이 육성되고 있다(Darlington and Wylie 1955;Ma et al. 1997;Rowley 1961).

교잡육종과 더불어 육종년한을 단축시키고 효율을 높이는 수단으로 기존 우수 품종의 화색 및 화형 등 소수 형질의 특 성변화를 인위적으로 유도하는 돌연변이 육종이 장미를 비롯 한 다양한 작물에서 시도되고 있다(Van Harten 1998). 특히 화훼류의 경우 돌연변이 육종법이 가장 활발히 사용되고 있으 며, 국화(Kim et al. 2009;Park et al. 2007), 무궁화(Song et al. 1999, 2005, 2006), 장미(Koh et al. 2008) 등에서 화색 다 양화를 통한 시리즈 개발을 통해 품종의 가치를 높이고 있다. 돌연변이 육종에서 사용하는 돌연변이 유발원(mutagen)은 목 표형질에 따라 다른데 방사선은 조숙성 돌연변이와 염색체 전 좌를 얻는데 유리하며, 웅성불임유발에는 화학적인 돌연변이 유발원이 효과적이다. 돌연변이 유발효과는 유발원의 종류와 처리방법 및 선량에 의하여 결정되며, 재료의 유전적 특성과 생육단계 그리고 생리적 상태 등에 따라 유발효과가 다르다 (Wi 2007). 그 동안 세계적으로 사용된 돌연변이 유발원의 90% 이상은 이온화 방사선(ionizing radiation) 이며, 그 중에 서도 감마선이 가장 빈도수가 높다. 이유는 이들 방사선은 균 일하고 안정한 처리가 쉬우며 또한 잔류 방사능이 없다는 점 등을 들 수 있다(Tanaka et al. 2010).

방사선은 벼, 맥류 등 자식성 식물과 화훼류, 과수류 등 영양번식 식물에 효과적이며 옥수수, 목초류 등의 타식성 작 물에서는 상대적으로 그 처리효과가 낮다(Ahloowalia and Maluszynski 2001). 벼, 밀, 콩, 토마토 등의 종자번식식물은 종자를 조사하는 것이 보통의 처리방법이며, 과수, 뽕나무, 차 나무, 임목 등 영년생 목본류는 식물체나 삽수체 조사를, 장 미, 국화 등 화훼류는 식물체, 삽수, 배양묘 조사를 통한 돌연 변이 유기를 한다(Broertjes and Van Harten 1988;Kim et al. 2006;Koh et al. 2008). 화훼류에서 돌연변이체의 가장 일반 적인 형태는 화색변이와 꽃 형태 변이이고 그 외 꽃잎 수의 증가나 감소를 들 수 있다. 화색변이는 적색이나 핑크색의 안 토시아닌 색소 감소와 색조 변화와 관련이 있다. 안토시아닌 색소 생산능력이 감소하게 되면 적색과 핑크색은 흰색이나 오 렌지 색조로 변하게 되고 안토시아닌과 카로티노이드 색소의 혼합으로 인해 황색으로 변하게 되지만 반대로 안토시아닌 색 소의 획득과 황색소의 소실은 흔치 않다(De Vries et al. 1974).

Smilansky et al.(1986)은 불임인 ‘Mercedes’에 방사선을 처 리하여 획득한 돌연변이가 오히려 임성을 가졌으며 40%의 종 자발아율을 보였다고 하였다. 방사선 조사에 의하여 나타나는 발아불량, 생존율 저하, 생육저해, 불임발생 등의 장해정도를 방사선 감수성(radiosensitivity)이라고 하는데 조사 개체의 50% 가 살아남을 수 있는 선량을 반치사선량(LD50, 50% Lethal dosage), 돌연변이체 유묘의 초장이나 뿌리의 길이가 무처리 의 1/2에 달하는 선량을 반생장선량(RD50, 50% Reduction dosage) 이라고 부른다. 감마선을 식물체에 처리할 때의 방사 선 감수성 차이는 종속간에 최대 260배, 같은 식물의 품종간 에는 2~3배의 차이가 나타나기도 하며, 또한 종자의 수분함량 에 따라 감수성에 영향을 받기도 한다(Tanaka et al. 2010). 장미에서도 기내 배양묘(Kim et al. 2006), 발근삽목묘(Koh et al. 2010) 등 감마선 처리 시료 형태와 품종에 따라 방사선 감 수성 차이가 있었으나 그 차이는 매우 적었다.

화색이 우수하고 가시가 없어 수송성이 뛰어난 스프레이 장 미 ‘Haesal’은 2012년 품종보호권을 획득하여(품종등록번호: 제3875호) 농가에 보급되기 시작하였고 국내유통은 물론 일본 수출도 매년 꾸준하게 증가하는 우수한 품종이다(Kim et al. 2011). 따라서 본 연구에서는 시장기호성이 우수한 ‘햇살’의 기본적인 특성을 유지하면서 화색이 다른 변이품종을 육성하 기 위해 삽수와 발근삽목묘에 각각 감마선을 처리하여 시료 형태와 화색변이체 유용성을 구명하고자 하였다.

재료 및 방법

식물재료 및 감마선 처리

시험은 2012년 품종등록된(등록번호: 제3875호) 분홍색 스 프레이 장미 ‘Haesal’(Rosa hybrid Hort.)을 이용하였다. 삽수 감마선 처리를 위해서는 꽃봉오리가 열릴 무렵 정도 자란 줄 기를 사용하였고, 처리 3일전에 꽃봉오리를 제거하였다. 감마 선 처리후 삽목을 위해 5매엽을 1개 붙인 삽수를 조제하였는 데 잎의 위쪽은 1cm 정도 남기고 수평으로 절단하고, 잎의 아 래쪽은 4cm 정도를 남기고 약 45° 각도로 잘랐다. 조제된 삽 수는 암면 배지가 충진된 32공 트레이(48ⅹ48ⅹ48mm, Seedling shell, Myungsung placon ltd. Korea)에 삽목을 하고, 포그시 설이 설치된 삽목상에서 발근을 유도하였다. 삽목에 사용한 암면배지는 액상 50%, 기상 45%, 고상 5% 물리성을 가져 함 수율이 높아 삽목에 매우 유용한 배지이다. 포그는 삽목 후 3 일 동안은 1시간, 3일부터 5일까지는 2시간, 5일부터 10일까 지는 3시간 간격으로 각각 40초간 작동하였고, 발근이 확인된 후로는 매일 1회 수도물을 두상관수하였다. 40일이 경과하였 을 때 발근과는 관계없이 삽수의 잎이 녹색으로 살아 있는 것 은 모두 정식하였고, 정식 전 암면을 절개하여 뿌리생장량을 조사하였다. 감마선 선량이 높아 삽목 후 40일에도 뿌리발생 이 없는 개체는 그대로 정식을 하였고 정식 후에도 발근이 되 지 않아 고사하거나 신초생장이 되지 않는 것은 고사한 것으 로 간주하여 치사률을 산출하였다. 발근삽목묘는 삽목 후 40 일된 묘 가운데 발근이 확인된 것을 사용하였고, 감마선은 삽 수와 함께 2016년 7월 한국원자력연구소 감마선 조사실에서 처리하였다. 삽수는 플라스틱 물통에 담긴 상태로 처리하였 고, 발근삽목묘는 처리 전 관수를 충분히 한 삽목용 트레이 상 태로 각각 30, 50, 70, 90, 110Gy의 선량으로 24시간 동안 처 리하였다. 발근삽목묘는 정식 후 고사하거나 신초생장이 되지 않는 개체를 고사한 것으로 간주하여 치사률을 산출하였다.

감마선 처리 후 재배환경 및 특성조사

발근삽목묘는 감마선 처리 2일째, 삽수는 감마선 처리 후 삽목한 40일 묘를 각각 경남농업기술원 화훼연구소 벤로형 유 리온실(30ⅹ25ⅹ5.5m) 내 코코피트 배지(20ⅹ10ⅹ100cm, Marisha coco products ltd., Sri Lanka)에 15cm 간격으로 정식하였고, 배지는 2열로 배치하였다. 재배시험 규모는 처리별 120주씩, 반복당 40주씩 정식하였고 난괴법 3반복으로 배치하였다. 정 식한 묘는 네덜란드 Sonneveld 배양액(Sonneveld 1985) 조성 을 이용한 양액재배를 하였고, 배양액 공급은 타이머식 양액 기(NMC-pro, Netafim, Korea)를 이용하여 pH 5.5~6.3, EC는 1.3~1.5dS･m^-1의 범위에서 계절과 환경에 따라 근권의 EC가 1.8~2.5dS･m^-1가 되도록 조절하였다. 온실환경관리는 동계 야 간 최저온도 18℃, 하계 환기설정온도 29℃, 온실습도 60~70% 기준으로 난방 및 차광을 하였고, 그 외 모든 재배과정은 농촌 진흥청 표준재배법에 준하여 실시하였다(RDA 2001). 정식 후 감마선 처리한 발근삽목묘와 삽수는 각각 9월 중순, 10월말부 터 개화하였고 생육특성은 고사주를 제외한 정상생육을 보인 개체를 대상으로 선량에 따라 10주, 5주씩 표본을 추출하여 조사하였고, 화색, 화형 등의 변이 발생은 살아남은 모든 개체 를 대상으로 조사하였다. 개화가 끝난 개체는 꽃봉오리를 제 거하고 측지를 유도한 후 절곡하였고 기부에서 발생하는 신초 를 개화시키면서 2018년말까지 변이발생을 조사하였다. 변이 개체 중 비교적 원품종 ‘Haesal’ 과 유사한 특성을 가진 두 계 통(MUL-1, MUL-2)은 50주씩 삽목증식하여 2018년 10월부터 1년간 재배하면서 농촌진흥청 농사시험연구조사기준(RDA 1995)에 준하여 생육특성을 조사하였다.

결과 및 고찰

감마선 처리별 생육 상태 및 신초 고사

스프레이 장미 ‘Haesal’의 변이체를 유기하기 위해 삽수와 발근삽목묘에 각각 감마선을 처리한 후 유리온실에서 코코피 트 배지에 정식하여 재배하면서 생육상태 및 변이 발생 양상 을 확인한 결과 재료 형태에 관계없이 선량이 높아질수록 식 물체 치사율은 높아졌고, 신초 발생량과 신초 생장량이 감소하 였다(Table 1). 감마선 처리한 삽수의 발근묘 정식 전 삽목 배 지를 절개하여 뿌리발육 정도를 확인한 결과 선량이 높아질수 록 뿌리 발생량이 적었고, 90Gy 이상에서는 전혀 발근이 이루 어지지 않았다(Fig. 1). 정식후에도 거의 대부분은 발근이 되 지 않거나 발근속도가 매우 느렸고 액아도 신장하지 않았다.

식물체 고사는 70Gy부터 발생하기 시작했고 50% 치사선량 (LD50, 50% Lethal dose)은 70Gy~110Gy였다. 반면에 발근삽 목묘에 감마선을 처리하였을 경우는 처리 후 묘가 바로 고사 하지는 않았지만 선량이 높아질수록 배지 정식 후 뿌리활착이 늦고 신초 생장량이 적고 속도가 느려졌으며, 생장을 멈춘 식 물체가 많았다. 치사율은 삽수 처리에 비해 낮았고 LD50은 90Gy~110Gy로 높았다. 그러나 90Gy 이상에서는 같은 선량의 삽수 처리에 비해 신초생장량이 적었다(Table 1). Koh et al. (2010)은 스탠다드 장미 ‘Spidella’와 ‘Cabernet’ 삽목묘에 감마 선을 처리하였을 경우 두 품종간 차이는 있었으나 모두 90Gy 부터 식물체 고사가 나타났고, LD50은 각각 110Gy와 150Gy 였다고 하였고, Kim et al.(2006)은 기내 신초에 감마선을 처 리한 결과 ‘Amadeus’는 70Gy, ‘Little Marvel’은 90Gy부터 나타 났다고 하였다. 따라서 장미에서는 감마선을 처리하는 시료의 형태와 품종에 따라 차이는 있었지만 대체로 70Gy부터 식물 체가 치사하기 시작한다고 볼 수 있다. 이는 기내 신초에 감 마선을 처리한 다른 작물들, 즉 감(Koh 2000), 배(Koh 1999), 국화(Goo et al. 1999)의 경우 30~60Gy 수준에서 거의 대부 분 고사한 것과 비교하면 장미가 현저하게 감마선에 대해 강 한 것을 볼 수 있다.

신초 생장은 삽수에 감마선을 처리하였을때가 평균 54.2cm 로 발근삽목묘에 감마선을 처리하였을 때 49.3cm보다 컸는데, 이는 발근삽목묘에서는 90Gy 이상에서 식물체 신초 생장이 50% 이상 감소하였기 때문이었다(Table 1). 그러나 이와 같은 차이는 정식 1년차에 나타난 결과였으며 1년이 경과하고 기부 절단이 3번 이상 반복되고 나면 처리에 관계없이 선량에 따른 신초생장의 차이는 나타나지 않았다.

시료 형태별 화색변이 발생 형태

시료 형태별 감마선 처리에 따라 고사한 개체를 제외하고 정상적인 생장을 보인 개체를 대상으로 변이 발생 정도를 조 사하였다. 삽수에 감마선을 처리한 식물체에서는 전체 313개 의 식물체 가운데 8개, 2.6% 변이가 발생하였고 변이형태별로 는 완전변이체 5개, 키메라 1개, 기형화 2개였고, 화색별로는 기형화를 포함하여 연한 녹색 1개, 분홍색 3개, 연한 황색 3개 였다. 방사선량에 따른 변이 발생을 보면 50Gy에서 완전변이 체 1개, 70Gy에서 완전변이체 4개, 90Gy에서는 키메라 1개와 화형변이 1개, 110Gy에서 화형변이 1개가 발생하였다. 50~70Gy 에서만 완전변이체가 발생하였고, 90Gy 이상에서 키메라와 화형변이만 발생하였으며 특히 화색변이면서 원 품종 ‘Haesal’ 과 유사한 특성을 가진 의미있는 변이체(MUL-1, MUL-2)가 모 두 삽수에 감마선을 처리한 것으로부터 나왔다(Table 2).

발근삽목묘에 감마선을 처리한 식물체에서는 전체 384개의 식물체 가운데 12개, 3.1% 변이가 발생하였고, 변이형태별로 는 완전변이체 5개, 키메라 4개, 형태변이 3개였고, 화색별로 는 기형화를 포함하여 연한 그린색 1개, 분홍색 4개, 연한 황 색 3개였다. 방사선량에 따른 변이 발생을 보면 30Gy에서 완 전변이체 1개, 50Gy에서 완전변이체 2개, 키메라 1개가 발생 하였고, 70Gy에서 완전변이체 2개와 키메라 1개, 90Gy에서는 키메라 2개와 형태변이 1개, 110Gy에서 기형화 2개가 발생하 였다(Table 2). 감마선 처리선량에 따라 뚜렷하게 변이형태가 구분되었던 삽수 처리와 달리 발근 삽목묘에 감마선을 처리한 결과는 완전변이체는 30Gy~70Gy, 키메라는 50Gy~90Gy, 형태변 이는 90Gy~110Gy에서 발생하였으나 대체로 선량이 90Gy 이 상 높아지면 완전변이체보다는 형태변이 발생이 늘어났다 (Table 2). Koh et al.(2010)이 장미 발근삽목묘에 30~170Gy 의 감마선을 처리하였을 때 완전변이체, 키메라, 모자이크, 키 메라와 모자이크의 혼합형 등의 변이형태와 다양한 화형변이, 그리고 꽃잎수가 5장으로 감소한 변이 등을 획득한 바 있고, Smilansky et al.(1986)은 적색 장미 ‘Mercedes’로부터 유기한 변이체를 분석한 결과 화색변이 75%, 꽃봉오리 크기 변이 52.6%, 꽃 모양 변이 30.2%, 꽃잎수 변이 26.7%, 잎색 변이 19%, 화탁모양 변이 19%, 그리고 가시발생 변이를 보였다고 하였다. 그러나 스프레이 장미 ‘Haesal’을 이용한 본 시험에서 는 모자이크 형태의 변이와 꽃잎수 5장을 가진 형태 등의 변 이는 나타나지 않았고 대체로 변이의 폭이 크지 않았다. 국화 는 백색이나 황색 꽃에서 채도가 더 높은 다양한 변이가 발생 하지만(Goo et al. 2003) 장미는 대부분 원 품종보다 명도가 높고 채도가 낮은 변이가 발생한다는 Koh et al.(2010)의 보고 가 있었고, 본 시험에서 나타난 화색 변이도 원 품종 ‘Haesal’ 의 분홍색에 비해 명도가 높고 채도가 낮은 연한 황색, 연한 녹색이었다(Fig. 2).

화색변이체의 생장특성

감마선에 의한 돌연변이 유기라는 측면에서는 삽수처리와 발근삽목묘 처리에 관계없이 몇 가지 화색 및 화형변이를 획 득할 수 있었지만 본 시험의 목적은 시장성이 좋은 스프레이 장미 ‘Haesal’의 주요특성을 공유하면서 화색이 다른 변이를 유도하기 위한 것이었다. 화색 변이 MUL-1과 MUL-2는 모두 삽수에 감마선을 처리한 것으로부터 나온 완전변이체이고, MUL-1은 연한 녹색으로 70Gy 처리에서, MUL-2는 연한 황색 으로 50Gy 처리에서 나왔다. 화색변이 계통을 삽목 증식하 여 1년간 재배하면서 주요한 특성을 조사한 결과 화색변이 MUL-1과 MUL-2의 절화장은 각각 63.5cm, 64.2cm로 ‘Haesal’ 과 차이가 없었다(Table 3). 그러나 MUL-1과 MUL-2의 꽃 직 경은 각각 3.2cm, 3.1cm로 ‘Haesal’의 3.8cm보다 작았고, 꽃 잎수도 각각 27.0개, 27.3개로 ‘Haesal’의 32.0개보다 적었다. MUL-1과 MUL-2의 절화수량은 각각 156.5 본(㎡/년), 158.0본 으로 스프레이 장미 ‘Haesal’의 170.0본 보다 적었으나(Table 3), 가시 발생 정도와 잎의 형태는 ‘Haesal’과 차이가 없었다 (Fig. 2). 본 연구에서는 결과적으로 삽수에 감마선을 처리한 것으로부터 유용한 화색변이 MUL-1과 MUL-2를 육성하였지만 전체적인 변이 양상이 삽수와 발근삽목묘가 크게 다르지 않았 고, Koh et al.(2008)은 스탠다드 장미 ‘Red Sandra’의 발근삽 목묘에 감마선을 처리하여 화색변이 품종 ‘Honami’를 육성한 바 있기 때문에 본 연구 결과만으로 감마선에 대한 품종특이 성과 삽수의 유용성을 입증한 결과라고 보기는 어렵다. 그러 나 삽수처리는 발근삽목묘에 비해 많은 량의 삽수를 비교적 간편하게 감마선 처리를 할 수 있는 편이성과 그에 따른 변이 발생률의 증가를 기대할 수 있는 장점이 있다.