식물 육종

Plant breeding
예코로 밀 품종(오른쪽)은 염도에 민감하며, 품종 W4910(왼쪽)과 잡종 교배한 식물에서 높은 염도에 대한 내성을 보인다.

식물 육종은 원하는 특성을 [1]만들기 위해 식물의 특성을 바꾸는 과학이다.그것은 인간과 [2]동물을 위한 제품의 영양의 질을 향상시키기 위해 사용되어 왔다.식물 육종의 목적은 다양한 농업 응용 분야에서 독특하고 우수한 특성을 가진 작물 품종을 생산하는 것이다.가장 자주 언급되는 특성은 생물 및 비생물적 스트레스 내성, 곡물 또는 바이오매스 수율, 맛 또는 특정 생물학적 분자(단백질, 당질, 비타민, 섬유)의 농도와 같은 최종 사용 품질 특성 및 가공의 용이성(수확, 제분, 제빵, 제빵, 혼합 등)[3]과 관련된 특성이다.

식물 육종은 번식을 위해 바람직한 특성을 가진 식물을 단순히 선택하는 것에서부터 유전학과 염색체의 지식을 활용하는 방법, 더 복잡한 분자 기술까지 다양한 기술을 통해 수행될 수 있다.식물의 유전자는 그것이 어떤 종류의 질적 또는 양적 특성을 가질 것인지를 결정하는 것이다.식물 육종업자들은 식물과 잠재적으로 새로운 식물 [2]품종의 특정한 결과물을 만들기 위해 노력하고 있으며, 그 과정에서 그 품종의 유전적 다양성을 특정 몇 가지 생물형으로 [4]좁혀라.

이는 정원사, 농부 등 개인과 정부기관, 대학, 작물특정산업협회, 연구센터 등의 기관에 고용된 전문 식물 사육자에 의해 전 세계적으로 행해지고 있다.

국제개발기구는 수확량이 높고, 질병에 강하고, 가뭄에 잘 견디는 신품종을 개발하거나, 다른 환경과 생육 조건에 지역적으로 적응하는 새로운 품종을 개발함으로써, 새로운 작물을 사육하는 것이 식량안보를 보장하는 데 중요하다고 믿고 있다.

역사

주요 기사:식물 육종의 역사

식물 사육은 정착 농업에서 시작되었고, 특히 9,000년에서 11,000년 [5]전으로 추정되는 첫 번째 농업 식물의 가축화에서 시작되었다.초기 농부들은 단순히 특정한 바람직한 특성을 가진 식물들을 선택했고, 그것들을 다음 세대를 위한 조상들로 사용했고, 시간이 지남에 따라 가치 있는 특징들이 축적되었다.

접목 기술은 [6]기원전 2000년 이전에 중국에서 행해져 왔다.

기원전 500년까지 접목이 잘 확립되고 실행되었다.[7]

그레고르 멘델 (1822–84)은 "유전학의 아버지"로 여겨진다.식물 교배 실험을 통해 그는 유전 법칙을 확립했다.유전학은 식물 번식을 통해 농작물 생산을 개선하기 위한 연구를 촉진했다.

현대의 식물 사육은 응용 유전학이지만, 그것의 과학적 근거는 분자 생물학, 세포학, 계통학, 생리학, 병리학, 곤충학, 화학, 통계학(생체학)을 포괄한다.자체 기술도 개발했다.

종래의 식물 육종

포도 재배에서 교잡과 식물 육종의 역할은 포도나무의 전파를 참조하십시오.
선별적인 교배는 수백 년 동안 야생 양배추(Brassica oleracea)의 바람직한 특성을 확장시켜 오늘날 수십 개의 농작물을 생산하게 했다.양배추, 케일, 브로콜리, 콜리플라워는 모두 이 식물의 품종이다.

식물 육종의 한 가지 주요 기술은 바람직한 특성을 가진 식물을 선택적으로 번식시키고 바람직하지 않은 [8]특성을 가진 식물을 제거하거나 "굴려주는" 과정인 선택이다.

또 다른 기술은 바람직한 성질을 가진 새로운 작물 품종이나 라인을 생산하기 위해 밀접하거나 멀리 떨어져 있는 개체들의 고의적인 교배(교배)이다.식물은 하나의 품종 또는 새로운 유전적 배경에서 특징/유전자를 도입하기 위해 교배된다.예를 들어 곰팡이 내성 완두콩과 고수익의 감수성 완두콩을 교배할 수 있으며, 교배 목적은 고수익 특성을 잃지 않고 곰팡이 내성을 도입하는 것이다.그 후, 십자가의 자손은 고수익 부모와 교배하여, 자손들이 고수익 부모와 가장 비슷하도록 할 것이다(역교차).그 후, 그 십자가의 자손은 수율을 시험하고(위에서 설명한 바와 같이 선택), 곰팡이 내성 및 고수율 내성 식물을 더욱 개발할 것이다.식물은 교배하기 위해 교배할 수도 있다.수분 봉투 사용을 통해 수분 매개자를 제외할 수 있다.

고전적인 교배는 유전적 다양성을 창출하기 위해 염색체 사이의 상동 재조합에 크게 의존한다.고전적인 식물 사육자는 또한 다양성을 창출하고 자연에는 존재하지 않는 잡종 식물을 생산하기 위해 원형질체 융합, 배아 구조 또는 돌연변이 발생(아래 참조)과 같은 많은 시험관 내 기술을 사용할 수 있다.

육종업자들이 작물 식물에 포함시키려고 시도한 특성은 다음과 같습니다.

  1. 영양의 향상, 풍미의 향상, 아름다움의 향상 등 품질 향상
  2. 작물의 수확량 증가
  3. 환경 압력(염도, 극한 온도, 가뭄)에 대한 내구성 향상
  4. 바이러스, 곰팡이, 세균에 대한 내성
  5. 병충해에 대한 내성 향상
  6. 제초제 내성 향상
  7. 수확한 작물에 대한 저장 기간이 길어짐

제2차 세계대전 이전

1902년 가튼의 목록

성공적인 상업적 식물 사육에 대한 [clarification needed]우려는 19세기 후반부터 시작되었다.영국의 가튼 농업 식물 사육업자들은 1890년대에 교차수분을 [9]통해 만들어진 새로운 종류의 농작물을 상업화한 최초의 사람 중 한 명인 존 가튼에 의해 설립되었습니다.이 회사의 첫 번째 소개는 1892년 [10][11]상업에 도입된 통제된 십자가에서 재배된 최초의 농업 곡물 품종 중 하나인 풍요귀리였다.

20세기 초, 식물 사육자들은 유전의 무작위하지 않은 성격에 대한 멘델의 발견이 다른 종류의 빈도를 예측하기 위해 고의적인 수분을 통해 생산된 묘목 개체군에 적용될 수 있다는 것을 깨달았다.밀 잡종은 소위 "곡물 쟁탈전" (1925–1940) 동안 이탈리아의 농작물 생산을 증가시키기 위해 재배되었다.이질성은 조지 해리슨 슐에 의해 설명되었다.그것은 특정한 십자가의 자손들이 양쪽 부모를 능가하는 경향을 묘사한다.식물 육종에 이종의 유용성을 발견함에 따라 교잡 시 이종의 수율 우위를 드러내는 근친종이 발달했다.옥수수는 잡종을 생산하기 위해 이종이 널리 사용된 최초의 종이었다.

유전자 작용을 분석하고 유전적인 변화와 환경에 의한 변화를 구별하기 위한 통계적 방법도 개발되었다.1933년 또 다른 중요한 번식 기술인 옥수수에서 개발된 세포질 수컷 불임(CMS)은 Marcus Morton Rhoades에 의해 설명되었습니다.CMS는 식물이 살균된 꽃가루를 생산하도록 만드는 모계 유전 특성이다.이를 통해 노동 집약적인 디카슬링 없이 하이브리드를 생산할 수 있습니다.

이러한 초기 번식 기술은 20세기 초에 미국에서 수확량을 크게 증가시켰다.비슷한 생산량 증가는 제2차 세계대전 이후 녹색 혁명으로 1960년대 개발도상국의 농작물 생산량이 증가하기 전까지는 다른 곳에서 생산되지 않았다.

제2차 세계 대전 이후

가이젠하임 포도육종연구소 비티스 시험관내 배양

제2차 세계 대전 이후 식물 사육자들이 원거리 근연종을 교배하고 인위적으로 유전적 다양성을 유도할 수 있는 많은 기술이 개발되었습니다.

먼 친척 종들이 교배될 때, 식물 사육자들은 많은 식물 조직 배양 기술을 사용하여 그렇지 않으면 결실이 없는 짝짓기에서 자손을 생산합니다.종간 잡종과 종간 잡종은 일반적으로 서로 성적으로 번식하지 않는 관련 종이나 속들의 교배에서 생산된다.이 십자가를 와이드 십자가라고 합니다.예를 들어, 시리얼 트리치칼레는 밀과 호밀의 잡종이다.십자가에서 생성된 1세대에서 유래한 식물의 세포는 불균일한 수의 염색체를 포함하고 있었고 그 결과 무균 상태가 되었다.세포분열억제제 콜히틴은 세포 내 염색체 수를 두 배로 늘려서 가임주 생성을 가능하게 하기 위해 사용되었다.

하이브리드를 생산하지 못하는 것은 사전 또는 사후 여과 비호환성 때문일 수 있습니다.만약 두 종 또는 속 사이에서 수정이 가능하다면, 이종배아는 성숙하기 전에 중단될 수 있다.이것이 발생했을 경우, 종간 또는 종간 교잡에 기인하는 배아를 구조 및 배양하여 식물 전체를 생산할 수 있다.이러한 방법을 배아 구조라고 한다.이 기술은 아시아 쌀(Oryza sativa)과 아프리카 쌀(Oryza glaberrima)의 교배종인 아프리카를 위한 새로운 쌀을 생산하기 위해 사용되어 왔다.

하이브리드는 또한 원형질 융합이라고 불리는 기술로 생산될 수 있다.이 경우 원형플라스틱은 보통 전기장에서 융합됩니다.생존 가능한 재조합은 배양에서 재생될 수 있다.

EMS와 DMS, 방사선 및 트랜스포존과 같은 화학적 돌연변이는 다른 품종과 함께 번식할 수 있는 바람직한 특성을 가진 돌연변이를 생성하는 데 사용됩니다. 이 과정은 돌연변이 사육이라고 알려져 있습니다.고전적인 식물 사육자들은 또한 조직 배양으로부터 생산되는 식물들, 특히 굳은살에서 파생된 식물들에서 발생하는 소마클로날 변이라고 불리는 과정을 이용함으로써 종 내에서 유전적 다양성을 만들어낸다.유도 다배체 및 염색체 공학이라고 불리는 기술을 이용한 염색체 추가 또는 제거도 사용될 수 있다.

감자식물의 농업연구

바람직한 특성이 종으로 번식될 때, 새로운 식물을 가능한 한 선호하는 부모와 비슷하게 만들기 위해 선호되는 부모에게 많은 십자가가 만들어진다.곰팡이 내성 완두콩이 고수익이지만 감수성이 강한 완두콩과 교배된 예시로 돌아가서, 십자가의 곰팡이 내성 자손을 고수익 부모처럼 만들기 위해, 자손은 몇 세대에 걸쳐 그 부모에게 교배될 것이다(역교배 참조).이 과정은 곰팡이에 강한 부모의 유전적 기여 대부분을 제거한다.그러므로 고전적인 교배는 주기적인 [clarification needed]과정이다.

종래의 사육 기술에서는, 사육자는 새로운 품종에 어떤 유전자가 도입되었는지 정확하게 알 수 없다.따라서 일부 과학자들은 고전적인 번식 방법으로 생산된 식물들은 유전자 변형 식물과 같은 안전성 검사를 받아야 한다고 주장한다.예를 들어, 식물 육종을 통해 특정 종류의 감자에서 의도치 않게 독소라닌이 허용 불가능한 수준으로 증가되는 등, 고전적인 기술로 사육된 식물이 인간의 소비에 적합하지 않은 경우가 있었다.새로운 감자 품종은 시장에 [citation needed]나오기 전에 종종 솔라닌 농도를 선별한다.

생명공학에 의한 종래의 가장 최신의 종래의 교배에도 불구하고, 특징을 짜넣는 데는 복제 작물의 경우 평균 7세대, 자가 수분의 경우 9세대, 교차 [12][13]수분의 경우 17세대가 소요됩니다.

근대 식물 사육

다음 항목도 참조하십시오.새로운 육종 기술

현대의 식물 육종은 바람직한 특성을 식물에 삽입하기 위해, 또는 유전자 변형의 경우, 분자생물학의 기술을 사용할 수 있다.생명공학이나 분자생물학의 응용은 분자 사육이라고도 한다.

분자생물학의 현대적 설비는 현재 식물 사육에 사용되고 있다.

마커 어시스트 선택

주요 기사:마커 어시스트 선택

때때로 많은 다른 유전자들이 식물 번식에 있어 바람직한 특성에 영향을 미칠 수 있다.분자 마커나 DNA 지문 채취와 같은 도구를 사용하면 수천 개의 유전자를 지도화할 수 있다.이를 통해 식물 육종업자는 관심 특성을 가진 식물에 대해 많은 수의 식물을 선별할 수 있다.선별은 식물에서 발현된 특성의 시각적 식별이 아닌 실험실 절차에 의해 결정되는 특정 유전자의 유무에 기초한다.마커 어시스트 선택, 즉 식물 게놈 분석의 목적은 게놈 내의 다양한 유전자의 위치와 기능(페노타입)을 확인하는 것이다.모든 유전자가 확인되면 그것은 게놈 [citation needed][clarification needed]배열로 이어진다.모든 식물은 다른 단백질을 코드하는 유전자와 함께 다양한 크기와 길이를 가지고 있지만, 많은 식물들은 또한 같다.만약 한 식물 종에서 유전자의 위치와 기능이 확인된다면, 매우 유사한 유전자는 또 다른 관련 종의 [14]게놈에서도 발견될 수 있을 것이다.

역육종 및 이중 반수체(DH)

주요 기사:이중 반수체

헤테로 접합성 시작식물에서 바람직한 특성을 가진 균질성 식물을 생성할 수 있으며, 헤테로 접합성 시작식물에서 해당 특성을 가진 균질성 세포를 생성하여 이중 반수체를 만드는 데 사용할 수 있다.이중 반수체는 원하는 특징에 대해 동형 접합이 될 것이다.또한 이러한 방법으로 생성된 2개의 다른 호모 접합식물을 사용하여 헤테로 접합의 장점을 가진 F1 하이브리드식물의 세대를 생성할 수 있다.따라서 바람직한 특성으로 선택된 개별 헤테로 접합식물은 생식을 필요로 하지 않고 원래 선택된 [15]식물에서 파생된 2개의 호모 접합/이중 반수체 라인의 교배 결과 헤테로 접합식물(F1 하이브리드)로 변환될 수 있다.식물 조직 배양은 반수체 또는 이중 반수체 식물군과 세대를 생산할 수 있다.이것은 개개인의 적합성을 높일 바람직한 특성을 선택하기 위해 그 식물 종으로부터 얻은 유전적 다양성을 감소시킨다.이 방법을 사용하면 원하는 특성에 대해 균질한 세대를 얻기 위해 여러 세대의 식물을 번식시킬 필요성이 줄어들기 때문에 동일한 공정의 자연 버전에 비해 많은 시간을 절약할 수 있습니다.반수체 식물을 얻기 위해 사용될 수 있는 많은 식물 조직 배양 기술이 있지만, 현재 미세 포자 배양은 가장 많은 수의 [14]식물 조직 배양에 유망하다.

유전자 변형

주요 기사:트랜스제닉 식물

식물의 유전자 변형은 식물에 특정 유전자 또는 유전자를 첨가하거나 RNAi로 유전자를 쓰러뜨려 바람직한 표현형을 생성함으로써 이루어진다.유전자를 추가함으로써 생기는 식물들은 종종 트랜스제닉 식물이라고 불린다.종이나 교잡 가능한 식물의 유전자 변형 유전자가 그들의 고유 프로모터의 통제 하에 사용된다면, 그것들은 시스제닉 식물이라고 불린다.때때로 유전자 변형은 식물 게놈의 대부분이 변경되지 않기 때문에 전통적인 번식보다 원하는 특성이나 특징을 가진 식물을 더 빨리 생산할 수 있다.

식물을 유전적으로 변형시키기 위해, 추가되거나 제거될 유전자가 식물에 의해 발현되도록 유전자 구조가 설계되어야 한다.이를 위해서는 전사를 촉진하는 프로모터와 새로운 유전자의 전사를 정지하는 종단 배열과 관심 유전자가 식물에 도입되어야 한다.변형 식물 선택을 위한 마커도 포함된다.실험실에서 항생제 내성은 일반적으로 사용되는 지표이다: 성공적으로 변형된 식물은 항생제를 포함한 배지에서 자랄 것이다; 변형되지 않은 식물은 죽을 것이다.경우에 따라 상용 출시 전에 모공장과의 백크로스를 통해 선택용 마커가 제거된다.

이 구조는 아그로박테리움 투메파시엔스나 A. 뿌리진균을 이용한 유전자 재조합이나 유전자 총이나 미세 주입과 같은 직접적인 방법으로 식물 게놈에 삽입될 수 있다.식물 바이러스를 사용하여 식물에 유전자 구조를 삽입하는 것도 가능하지만, 그 기술은 바이러스의 숙주 범위에 의해 제한된다.예를 들어, 콜리플라워 모자이크 바이러스(CaMV)는 콜리플라워와 그와 관련된 종만을 감염시킨다.바이러스 벡터의 또 다른 한 가지 한계는 바이러스가 보통 자손에게 전염되지 않기 때문에 모든 식물에 접종을 해야 한다는 것이다.

현재 상업적으로 출시된 트랜스제닉 식물의 대부분은 병충해와 제초제에 대한 내성을 도입한 식물에 한정되어 있다.일부 곤충에 독성이 있는 단백질을 코드하는 바실러스 튜링겐시스(Bt) 유전자를 배합함으로써 곤충 내성을 얻을 수 있다.예를 들어, 면화 해충인 면화벌레는 BT 면화를 먹고 독소를 섭취한 후 죽는다.제초제는 보통 특정 식물 효소에 결합하고 [16]그 작용을 억제함으로써 작용한다.제초제가 억제하는 효소는 제초제 표적지로 알려져 있다.제초제에 의해 억제되지 않는 표적 부위 단백질의 버전을 발현함으로써 제초제 내성을 작물로 만들 수 있다.이것은 글리포세이트 내성("Roundup Ready") 작물을 생산하는 데 사용되는 방법입니다.

유전자 변형은 주어진 환경에 대한 스트레스 내성을 증가시킴으로써 생산량을 더욱 증가시킬 수 있다.온도 변화와 같은 스트레스는 유전자 발현을 조절하기 위해 전사 인자를 활성화하는 신호 전달 분자의 캐스케이드를 통해 식물에 신호 전달된다.저온 적응에 관여하는 특정 유전자의 과잉 증식은 생산량[17] 손실의 일반적인 원인 중 하나인 동결에 대한 저항력을 더 많이 발생시키는 것으로 나타났다.

제약(및 공업용 화학 물질)을 생산할 수 있는 식물의 유전자 변형은 식물 [18]육종의 다소 급진적인 새로운 영역입니다.

육종과 마이크로바이옴

번식선의 마이크로바이옴은 잡종 식물들이 쿠쿠르비타 씨앗과 사과싹 [19][20][21]내생식물처럼 그들의 부모와 세균 군집의 많은 부분을 공유한다는 것을 보여주었습니다.또, 부모로부터 자손에의 마이크로바이옴의 비례적 기여는, 사육이나 [21]사육시에 각 부모가 공헌하는 유전 물질의 양에 상당한다.

표현형 및 인공지능

2020년 현재 기계 학습, 특히 심층 기계 학습은 최근 표현형 입력에 더 일반적으로 사용되고 있습니다.ML을 이용한 컴퓨터 비전은 큰 발전을 이루었으며, 현재는 잎 표현법 및 인간의 눈에 의해 수행되는 다른 표현법 작업에 적용되고 있습니다.파운드 외 2017과 싱 외 2016은 특히 다중 대상 식물 종에 걸친 프로세스의 일반적인 유용성을 초기에 성공적으로 적용하고 입증한 두드러진 예이다.이러한 방법은 공개적으로 사용할 수 있는 대규모 개방형 데이터 [22]세트에서 훨씬 더 잘 작동합니다.

스피드 브리딩

스피드 브리딩은 왓슨 외 연구진 2018에 의해 도입되었다.Richard et al. 2015에 의해 개발된 절차를 사용하여 스피드 사육 중 클래식(인간 수행) 표현형도 가능하다.2020년 현재, SB와 자동 표현 입력이 결합되어 크게 개선된 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.[22] 위의 § 표현 입력 및 인공지능을 참조하십시오.

문제 및 우려 사항

현대의 식물 사육은, 고전적이든 유전 공학을 통해서든, 특히 식량 작물에 관해서든, 우려의 문제를 안고 있다.이 점에서 육종이 영양 가치에 부정적인 영향을 미칠 수 있는지에 대한 의문은 핵심이다.이 분야에 대한 직접적인 연구는 비교적 거의 이루어지지 않았지만, 발전소의 특정 측면을 선호함으로써 다른 측면이 지연될 수 있다는 과학적 징후가 있다.2004년 미국영양학회 저널에 발표된 '43 Garden Crops, 1950~1999년 USDA 식품조성 데이터의 변화'라는 제목의 연구는 1950년과 1999년에 수행된 채소의 영양분 분석을 비교한 결과 단백질의 6%와 리브플라빈의 38%를 포함하여 측정된 13개 영양소 중 6개에서 상당한 감소를 발견했다.칼슘, 인, 철분, 아스코르브산의 감소도 확인되었다.오스틴 텍사스 대학 생화학 연구소에서 실시된 이 연구는 요약적으로 다음과 같이 결론지었다: "우리는 실제 감소는 일반적으로 수확량과 영양소 [23]함량 사이에 균형이 있을 수 있는 1950년과 1999년 사이의 재배 품종의 변화에 의해 가장 쉽게 설명될 수 있다고 제안합니다."

1990년대 유전자 변형 식품을 둘러싼 논쟁은 1999년에 정점에 달했고,[24] 오늘날에도 계속되고 있습니다.예를 들어 독일은 널리 재배된 해충에 내성이 있는 옥수수 [25]품종의 재배를 금지함으로써 유전자 변형 작물에 대한 유럽의 폭동이 증가하는 것을 지지하고 있습니다.토론은 유전자 조작 식물의 생태학적 영향, 유전자 조작 식품의 안전성, 그리고 상당한 동등성과 같은 안전성 평가에 사용되는 개념을 포함한다.그러한 우려는 식물 사육에 있어서 새로운 것이 아니다.대부분의 국가는 시장에 들어오는 새로운 작물 품종이 안전하고 농부들의 요구를 충족시킬 수 있도록 하기 위해 규제 절차를 마련하고 있다.예로는 품종 등록, 종자 제도, GM 플랜트에 대한 규제 인가 등이 있습니다.

식물 사육자들의 권리 또한 크고 논란이 많은 문제이다.오늘날 신품종 생산은 상업용 식물 사육업자들이 주도하고 있으며, 이들은 지적재산권에 기초한 국내외 협정을 통해 자신들의 작업을 보호하고 로열티를 챙기려 하고 있다.관련된 문제의 범위는 복잡하다.간단히 말하면, 점점 더 제한적인 규제에 대한 비판론자들은, 기술적, 경제적 압력의 조합을 통해, 상업적인 사육자들이 생물 다양성을 감소시키고 있고, 지역 수준에서 [26]종자를 개발하고 거래하는 개인(예: 농부)을 상당히 제한하고 있다고 주장한다.품종 보호 기간을 연장하는 등 사육자의 권리를 강화하기 위한 노력은 [citation needed]계속되고 있다.

새로운 식물 품종이나 품종이 번식할 때, 그것들은 유지되고 번식되어야 한다.어떤 식물은 무성생식으로 번식하는 반면 다른 식물은 씨앗으로 번식한다.종자 번식 품종은 식물 품종 결과의 무결성을 유지하기 위해 종자 공급원과 생산 절차에 대한 특정한 통제를 필요로 한다.수확 후 관련 식물과의 교차 오염 또는 종자 혼합을 방지하기 위해 분리가 필요하다.분리는 보통 식재 거리에 의해 이루어지지만, 특정 작물에서는 식물들이 온실이나 우리에 둘러싸여 있다(F1 하이브리드를 생산할 때 가장 일반적으로 사용된다).

번식은 또한 빠른 과정이 아니다.이것은 병을 개선하기 위해 번식할 때 특히 중요합니다.인간이 새로운 곰팡이 질병의 위협을 인지하고 나서 그 병원체에 대한 내성 작물의 방출까지 평균 시간은 최소 [13][27]12년이다.

유기농업에서의 식물 육종의 역할

유기농을 비판하는 사람들은 전통적인 농업에 대한 실행 가능한 대안이 되기에는 너무 낮은 수확량이라고 주장한다.그러나 이러한 실적 저하의 일부는 적응이 잘 되지 않은 [28][29]품종 재배의 결과일 수 있습니다.유기농업의 95% 이상이 기존의 농업시스템과 유기농업시스템에서 발견되는 생산환경은 그 독특한 [29]경영관행으로 인해 크게 다르지만, 종래에 적응한 품종에 기반하고 있는 것으로 추정되고 있다.가장 주목할 만한 것은 유기농 농가가 기존 재배 농가보다 생산 환경을 제어할 수 있는 투입량이 적다는 점입니다.유기농업의 고유한 조건에 특화된 품종 사육은 이 분야가 잠재력을 최대한 발휘하기 위해 매우 중요하다.이를 위해서는 다음과 [29]같은 특성을 선택해야 합니다.

  • 물 사용 효율
  • 영양소 사용 효율(특히 질소와 인)
  • 잡초 경쟁력
  • 기계적 잡초 방제 허용 오차
  • 해충/질병 내성
  • 조기 성숙(특정 스트레스를 피하기 위한 메커니즘)
  • 비생물적 스트레스 내성(가뭄, 염분 등)

현재 유기 농업에 대한 육종 프로그램은 거의 없으며, 최근까지 이 분야를 다루는 프로그램은 일반적으로 간접 선택(즉, 유기 농업에 중요하다고 여겨지는 특성에 대한 전통적인 환경에서의 선택)에 의존해 왔다.그러나, 유기 환경과 재래식 환경의 차이가 크기 때문에, 유전자와 환경 사이의 상호작용으로 인해 주어진 유전자형은 각각의 환경에서 매우 다르게 수행될 수 있다(유전자-환경 상호작용 참조).이러한 상호작용이 충분히 심할 경우, 기존 환경에서 유기 환경에 필요한 중요한 특성이 드러나지 않을 수 있으며,[28] 이로 인해 제대로 적응하지 못한 개인이 선택될 수 있습니다.가장 적합한 품종이 식별되도록 하기 위해, 유기농 육종 옹호자들은 이제 많은 농업 특성에 대한 직접 선택(즉, 대상 환경에서의 선택) 사용을 장려한다.

유전자 변형 생물에 대한 금지에도 불구하고 유기 농업의 작물 개선에 활용될 수 있는 많은 고전적이고 현대적인 사육 기술이 있다.예를 들어, 개체 간의 통제된 교배는 바람직한 유전자 변이가 재조합되어 자연 과정을 통해 종자 자손에게 전달될 수 있도록 한다.마커 어시스트 선택은 원하는 특성을 가진 자손의 선택을 용이하게 하는 진단 도구로서도 사용할 수 있어 번식 [30]과정을 크게 가속화할 수 있다.이 기술은 특히 저항 유전자가 새로운 배경에 침입하는 것뿐만 아니라 단일 개체로 피라밋된 많은 저항 유전자의 효율적인 선택에 유용하다는 것이 입증되었습니다.불행하게도 분자 표지는 현재 많은 중요한 특징들, 특히 많은 유전자에 의해 제어되는 복잡한 특징들에 대해 사용할 수 없다.

사육 및 식량 안전 보장

향후 농업이 번영하기 위해서는 세계적인 문제에 대처하기 위한 변화가 이루어져야 한다.이러한 문제들은 경작지의 부족, 점점 더 가혹한 작황, 그리고 세계 인구에게 충분한 영양을 제공할 수 있는 식량 안보를 유지할 필요성이다.농작물은 전 세계적으로 접근할 수 있도록 여러 환경에서 성숙할 수 있어야 하며, 가뭄에 대한 내성을 포함한 문제를 해결해야 합니다.특정 유전자를 선택할 수 있는 능력을 통해 [31]작물이 원하는 결과를 얻을 수 있도록 함으로써 식물 육종 과정을 통해 세계적인 해결책이 달성될 수 있다고 제안되어 왔다.

수율

인구가 증가함에 따라 식량 생산도 함께 증가할 필요가 있다.식량 안보에 관한 세계 정상 회의 선언을 충족하기 위해서는 2050년까지 식량 생산량의 70% 증가가 필요할 것으로 추정된다.그러나 농경지의 황폐화로 단순히 더 많은 작물을 심는 것은 더 이상 실행 가능한 선택이 아니다.경우에 따라서는 육지 면적 증가에 의존하지 않고 수확량을 증가시키는 식물 교배를 통해 새로운 종류의 식물을 개발할 수 있다.1인당 식량 생산량이 2배로 증가한 아시아에서도 그 예를 볼 수 있다.이것은 비료의 사용뿐만 아니라 그 [32][33]지역을 위해 특별히 설계된 더 나은 작물의 사용을 통해서도 달성되었다.

영양가

식물 육종은 사료와 작물의 영양가치를 높이는 비용 효율적인 도구이기 때문에 세계 식량 안보에 기여할 수 있다.분석 화학 및 반추 발효 기술을 사용하여 사료 작물에 대한 영양 가치의 향상이 1960년 이후 기록되었습니다. 이 과학과 기술은 사육자들에게 짧은 시간 내에 수천 개의 샘플을 선별할 수 있는 능력을 제공했고, 이는 사육자들이 고성능 잡종을 더 빨리 식별할 수 있다는 것을 의미합니다.유전적 개선은 주로 체외건조물질소화성(IVDMD)으로 인해 0.7-2.5% 증가했으며, IVDMD는 1% 증가하는데 그쳤으며 육우로도 알려진 단일 Bos Taurus는 일일 증가율이 3.2% 증가했다고 보고되었다.이러한 개선은 식물 사육이 미래 농업의 발전을 위한 필수 도구임을 나타냅니다.[34]

환경 스트레스 요인

혹독한 환경과의 싸움으로 잡종 작물의 식물 교배가 세계적으로 매우 인기를 끌고 있다.오랜 가뭄과 물이나 질소의 부족과 함께,[clarification needed] 내응력성은 농업의 중요한 부분이 되었다.식물 육종업자들은 이러한 조건 하에서 농작물을 확실하게 수확할 수 있는 작물을 알아내는 데 초점을 맞추고 있다. 이를 위한 방법은 낮은 질소로 가뭄에 견디는 작물의 변종을 찾는 것이다.이로 인해 식물 사육은 농부들이 스트레스 저항성 작물을 생산할 수 있게 되어 식량 [35]안보를 향상시킬 수 있기 때문에 미래 농업의 생존에 필수적이라는 것이 명백하다.아이슬란드, 독일, 그리고 유럽에서 더 먼 동부와 같은 혹독한 겨울을 경험하는 나라들에서, 식물 사육자들은 서리에 대한 내성과 지속적인 눈 덮개, 서리 건조(서리 아래 바람과 태양 복사로부터의 감소), 그리고 겨울에 [36]토양에서 높은 수분 수준을 얻기 위해 번식하는 것에 관여하고 있다.

참여식물 육종

참여식물 육종(PPB)은 농부들이 다양한 단계에서 [37][38][39]결정을 내리고 연구 과정에 기여할 수 있는 기회를 가지고 농작물 개선 프로그램에 참여하는 것이다.농작물 개선을 위한 참여적 접근법은 식물 생명공학이 농작물 [40]개선을 위해 사용될 때도 적용될 수 있다.참여형 작물 개량(PCI)의 역할이 큰 작물 개량(PCI)에 의해 지역 농업 체계와 유전적 다양성이 개발되고 강화된다.PPB는 농부들이 요구하는 품질에 대한 지식과 PPB의 [41]효과에 영향을 미치는 대상 환경의 평가를 통해 강화됩니다.

식물 증식자 목록

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