Establishment of hybrid breeding system in Sweet Pepper (Capsicum annum L.)

Surendra Lal Shrestha 강원대학교 대학원 2009 국내박사

파프리카는 가지과에 속하는 온대성 작물로써 주변에서 손쉽게 볼 수 있다. 이국적인 특징을 가지고 있으며 최근 고소득작물로 대부분 종자가 비싼 값으로 수입되고 있다. 현재 약 70%정도가 강원도에서 재배되고 있다. 본 연구의 목적은 새로운 유전형질을 가진 개채의 선발과 현존하는 파프리카 품종을 육성하는데 있다. 파프리카의 약배양 실험은 강원대학교 원예학과에서 하였으며 옥외 실험은 화천에서 실시하였다. 현재 널리 재배되고 있는 품종인Derby, Debora, Fiesta, Special, Bossanova, Minipaprika, Clarity, Kufrah, Boogie, Phenlene를 약배양을 하였는데 Kufrah가 69.8%로 가장 높은 캘러스 형성율을 보였으며 재분화율은 Phenlene(2.67%)가 가장 높았으며 다음으로 Bossanova(2.41%)품종이었다. 이것은 모식물(donor plant)의 유전형이 약배양에 있어 중요하다는 것을 보여준다. 약배양을 통해 얻어진 314개체는 형태학적과 세포학적인 특성 조사를 한 결과 25% 묘가 반수체로서 2배체에 비해 낮은 초장과 절간 특징을 보였으며 작은 잎 구조와 화기, 기공크기를 가졌다. 또한 대체적으로 활력이 없었다. 과실도 크기가 작았으며 종자가 거의 없었다. 그리고 많은 용해성 고형물을 가지고 있었다. 이중 3개체가 웅성불임성이 관찰되었다. 배수성을 검정하기 위해 flow-cytometry로 뿌리끝 조직을 관찰하여 염색체 수를 확인하였다. 기공의 크기는 반수체와 2배체 사이에 뚜렷한 차이를 보였다.각 나라에서 이미 생육 평가(초장, 마디수, 마디색, 성숙도)와 화기와 과실의 특성(개화일수, 착과일수, 과실형태, 과실색깔, 경와, 배꼽굴곡) 그리고 수량에 관련된 요소(과실의 평균 무게, 식물 개체당 과실 수확량, 과실당 종자수)가 이미 밝혀진 123가지의 내혼 계통이 국외로부터 수집되었는데 그 중에 계통에 따라서 다양한 식물체와 과실, 그리고 수량 특성이 관찰되었다. 17종류의 계통은 높은 TSS함량(10.0%이상)을 가지고 있었으며 그 중 #133과 #91은 각각 11.8%, 11.7%의 함량을 보였다. 4계통(SP48, C01541, KNU3002, and SP142)은 두꺼운 과피(6.0mm이상)를 가지고 있었다. 따라서 재배에 적합한 계통으로 SP8, SP20, SP21, SP41, SP91, SP115, SP124, SP142, SP143, KNU1009가 선발되었다. 이러한 특성을 이용한 계통선발은 다양한 계통의 동정과 순계 선발에 있어서 유용할 뿐만 아니라 육종가에게 우수한 육종 소재를 제공해줄 것으로 추측된다. 38가지의 모본계통과 29가지의 부본계통을 교잡하여 133가지 조합의 잡종 종자를 얻었다. 그 중 4가지 조합은 종자가 없는 과실이었다. 이 잡종들은 비닐하우스에서 2007년과 2008년, 4월 마지막 주부터 10월까지 재배되었다. 각 식물마다 3개의 방아다리로 관리하였고 관비와 관수는 점적관수 방법을 이용하였다. 위의 양친으로부터 교잡해서 나온 F1은 다음과 같은 특징을 보였다 ; 작은 것과 큰 과실을 가진 개체를 교배할 경우 중간크기의 과실을 가진 F1이 나온다. 빨간색과 노란색 과실의 경우 전부 빨간색계통이며 오렌지색과 노란색의 경우는 전부 노란색을 가진 형질을 보였다. 둥근것과 볼록한 형질 사이에서는 중간 형태의 과실이 나왔다. 이런 모든 잡종 계통들은 각각 2007,08년도에 평가 되어 졌는데 그 중에 30 계통이 우수한 형질을 보였다. 2007년에 Special과 President의 교잡종이 대조군과 같은 조건으로 재배되었다. 그에 반에 2008년에는 11개의 상업적 품종인 Derby, Debla, Fiero, Special, Cupra, Fiesta, Jirisan, Maserati, Boogie, Plenty, President 를 위의 실험군 품종과 비교하기 위해 재배하였다. 우수한 과실형태와 맛, 두꺼운 과피, 높은 TSS함량과, 수확량 즉 잡종강세를 가진 특성을 기초로 하여 가장 우수한 교잡계통인 KNU1017(SP27), 5AVS5(SP27), 5AVS8(SP48), 5AVS7(SP45), 5AVS8(SP45), SP27(SP25), SP12(SP38)을 선발하였다. 이러한 잡종강세를 가진 계통들의 수확량은 각각 86%, 42%, 85%, 130%, 21%, 67% 그리고 126% 였다. 이중에서 5AVS5(SP27)은 노란색 과실을 가지고 있었다. 게다가 5AVS1(SP43)은 미니파프리카 타입으로 높은 TSS함량, 풍미, 원뿔과실모양을 보였다. 다른 계통인 KNU2006(SP14), KNU1006(SP14), KNU1009(SP27), KNU1015(SP32), 5AVS7(SP10), 5AVS8(SP32), 5AVS7(SP34), 5AVS7(SP27), 5AVS7(SP32), 5AVS8(SP10), 5AVS8(SP51), SP10(SP11), SP11(SP27), KNU1015(SP27)은 TSS함량과 과실내 종자수 간에 상관관계가 있었다. 즉 종자수가 감소할수록 높은 TSS함량과 풍미를 보였다. Sweet pepper (Capsicum annum L.) is a warm season crop that belongs to the solanaceae family. It is a fast emerging vegetable and cash crop in Korea where seeds are quite expensive and most of the growing cultivars are exotic. Seventy percent of growing area is under Kangwon Do in summer season crop. The main objective of this study was to create and select new genotypes of sweet pepper equal or better than the existing hybrid cultivars. Anther culture was performed in Kangwon National University, Horticulture Laboratory and rests of the field experiment were performed in Hwacheon area. The anthers of widely grown hybrid cultivars (Derby, Debora, Fiesta, Special, Bossanova, Minipaprika, Clarity, Kufrah, Boogie, and Phenlene) were used in anther culture, where cultivar Kufrah had the highest percentage of callus formation (69.8%) but the percentage of plant regeneration were higher in Phenlene (2.67%) followed by Bossanova (2.41%). Even though there is the effect of genotype of donor plants on the success of anther culture, plantlets could be developed from all of these genotypes. These anther culture derived three hundred fourteen plantlets were morphologically and cytologically characterized. Twenty five percent plantlets were haploid which had shorter height and internodes, smaller leaves, plant structure, flower buds, fruit and stomata size, weak and poor in vigor and mostly seedless fruits with high total soluble solid contents as compared to diploid plants. Five plants were found male sterile. To determine the ploidy level of the plants obtained from in vitro anther culture, chromosome counts in root tip squashes and flow-cytometery were used. Differences in stomata length was also noticed between haploid and diploid plant. One hundred twenty three inbred lines were characterized on vegetative parameter; plant height, number of nodes to first branch, nodal color, maturity, flower and fruit characteristics; days to flowering, fruit set, fruit shape, fruit color, stalk cavity, apex grove, yield parameter; average weight of fruit, yield per plant, and number of seeds per fruit. These inbred lines were collected from abroad, inside the country and developed in the university in the past years. Variation on vegetative, fruit, and yield characteristics was observed. Among them, seventeen lines were recorded with higher TSS content (>10.0%) where SP133, and SP91 had TSS 11.8% and 11.7% respectively. Four lines (SP48, C01541, KNU3002, and SP142) had thicker pericarp (>6.0 mm).With respect to their over all performance, SP8, SP20, SP21, SP41, SP91, SP115, SP124, SP142, SP143, and KNU1009 were selected as superior inbred lines for cultivation. This characterization will help to identify the variety and to maintain purity in future. Beside this, it will provide the information to the breeders on the Sweet pepper varietal improvement work. Thirty eight female lines and twenty nine male lines were crossed and hybrid seeds of one hundred twenty nine combinations were collected. These hybrid lines were grown in plastic house condition on field soil from last week of April to October in 2007 and 2008. Training and pruning were done by keeping three stems per plant. Nutrient and water were supplied through drip irrigation. The effect of crossing between male and female parents to the expression of characteristics in F1 showed that; when small and big sized fruiting plants were crossed, F1 plants beard medium sized fruits, between red and yellow color, all red color, between orange and yellow all yellow color fruits, between round and lamuyo fruits it became glamour shaped fruits. Most of the hybrid lines were evaluated in 2007 and 2008. Among the hybrid lines, thirty lines showed superior performance. In the first year, only hybrid cultivars; special and President, were grown as a control whereas in 2008, eleven commercial hybrid cultivars (Derby, Debla, Fiero, Special, Cupra, Fiesta, Jirisan, Maserati, Boogie, Plenty, and President) were grown for comparison. On the basis of good shape, taste, thick pericarp, high total soluble solid content, yield, and heterosis, seven hybrid lines; KNU1017(SP27), 5AVS5(SP27), 5AVS8(SP48), 5AVS7(SP45), 5AVS8(SP45), SP27(SP25) and SP12(SP38) were found superior, and selected for cultivation. These hybrid lines had heterosis on yield were 86%, 42%, 85%, 130%, 21%, 67%, and 126% respectively. Among them, 5AVS5(SP27) had yellow fruit and the rest were red. In addition to this, 5AVS1(SP43) had shown excellent performance as a minipaprika type containing high TSS, good taste, and conical shape. The other promising lines were KNU2006(SP14), KNU1006(SP14), KNU1009(SP27), KNU1015(SP32), 5AVS7(SP10), 5AVS8(SP32), 5AVS7(SP34), 5AVS7(SP27), 5AVS7(SP32), 5AVS8(SP10), 5AVS8(SP51), SP10(SP11), SP11(SP27), and KNU1015(SP27).

Establishment of hybrid breeding system in sweet pepper (Capsicum annum L.)

Shrestha, Surendra Lal Kangwon National Univ. 2009 국내박사