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한국육종학회지 KCI 등재 Korea Journal of Breeding Science

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권호

Vol. 45 No. 3 (2013년 9월) 16

1.
2013.09 서비스 종료(열람 제한)
식물연구에 있어 다양한 분자마커의 개발은 학문적 그리고 기술적으로 새로운 혁신을 가져왔다. DNA를 이용한 분자마커는 DNA 지문뿐만 아니라 식물의 분류학, 생리학 및 유전공학 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 밀은 옥수수, 벼와 함께 세계 중요 3대 작물 중 하나로서 17,000 Mb의 게놈을 가지고 있어 연구에 많은 어려움이 따르고 있다. 본 연구는 현재까지 보고된 분자마커를 이용한 밀 연구 분야에 관한 보고들을 분석하여 앞으로의 연구 방향을 제시하고자 하였다. 1990년부터 2012년까지 발표된 주요 논문 1,123편을 분석한 결과 유전육종 분야가 38.3%로 가장 높았으며, 분자표지인자와 생리학 분야가 각각 26.9%와 1.5%로 나타났다. 미국을 포함하여 중국, 호주 영국 등 4개국에서 발표한 논문이 전체의 50% 이상을 차지하고 있으며, 이들 국가소속기관 연구소에서 발표된 논문이 전체의 52%로서, 대학보다 활발히 진행되고 있는 것을 알 수 있었다. 특히 밀의 연구는 1992년부터 2007년까지 급격하게 증가하였는데 이것은 밀의 다양한 육종사업과 분자표지인자 기법의 발달이 영향을 미쳤기 때문이다. 그러나 국내 밀의 연구 논문은 88편으로 2008년 이후 대부분 보고되는 것으로 보아 밀의 연구가 매우 늦게 시작된 것을 알 수 있다. 현재까지 국내 밀의 연구는 유전육종 분야에 집중되어 있는 것을 알 수 있다. 국산 밀은 ‘금강’ 등 30 여 품종이 생산량 증가, 재해저항성 증진 등의 목적으로 육성되었다. 예를들어 백립계 제면용으로서 내한성과 붉은곰팡이 중도 저항성을 가지는 ‘한백’, ‘적중’, ‘알찬’, ‘수강’ 등의 품종이 개발되었다. 이와 같이 다양한 목적에 맞는 밀 품종이 육성되어 있기 때문에 이 후의 연구는 용도별 신품종 육성과 함께 국산 밀 품종을 보호하는 방향으로 나아가야할 것이다. 이를 위해선 국산 밀의 기본적인 식물적 특성과 유전적 특성이 확립되어야한다. 최근 국산 밀의 품질 및 품종 판별에 적합한 분자표지인자를 개발하기 위한 다양한 분석방법이 시도되고 있다. 다양한 분자표지인 자 기술 및 개발은 앞으로의 밀 육종사업에 유용한 도구로서 이용가치가 매우 높기 때문에 SSR, ISSR, STS 등의 분자표지인자를 개발하여 국내 밀품종을 보호할 뿐만 아니라, 밀의 수량성 및 고품질과 내재해성 등에 관련된 많은 연구를 통하여 밀의 품질과 수량성 향상에 이용해야 할 것이다.
2.
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본 연구는 국내외에서 육성 및 수집된 복숭아 주요품종에 대하여 SSR 마커를 이용하여 유전적 다양성 분석을 수행하였다. 복숭아 품종식별에 적합한 SSR 마커를 선정하기 위하여 9개의 주요품종을 대상으로 총 189개의 SSR 마커를 분석하였다. 최종 선발된 20개의 SSR 마커를 대상으로 72품종을 이용하여 분석하였을 때, SSR 마커에 의해 분석된 대립유전자의 수는 2~9개였고, 총 71개의 대립유전자가 분석되었으며 마커 당 평균 대립유전자의 수는 3.6개로 조사되었다. PIC 값은 0.246~0.771의 범위에 속하였으며 평균값은 0.523으로 나타났다. SSR 마커를 이용하여 분석된 복숭아 72품종의 품종간 유전적 거리는 0.39~1.00의 범위를 나타내었고, 복숭아의 대표적 형태적 특성인 솜털의 유무에 따라 천도계 복숭아 그룹과 백도계 복숭아 그룹으로 나눌 수 있었으며, 72품종 중 68품종은 SSR 마커의 유전자형에 의해 구분되었으나, 돌연변이로 육성된 품종은 분자표지로 식별되지 않았다. 본 연구결과는 복숭아 품종의 유전적 다양성 및 품종식별 연구를 위한 자료로 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
3.
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사시나무의 클론간 생장 특성(전체 건중량, 줄기 건중량, 잎의 전체 건중량)과 대사물질간의 관계를 구명하여 조기선발을 위한 생장 관련 주요 인자를 구명하고자 사시나무 삽목묘(유묘)를 대상으로 우량클론과 일반클론간의 생장특성을 조사하였고, 수체내의 대사물질을 분석하였다. 사시나무 유묘의 줄기 건중량과 잎 내의 glucose, sucrose, inositol 등 당 함량과 정의 상관관계(p<0.05)가 있었으며, 잎의 건중량과는 줄기 내의 glutamic acid, alanine, threonine등과 같은 아미노산류의 함량과 정의 상관관계가 있었다. 사시나무 잎 내의 대사물질은 우량클론에서 glucose, sucrose, inositol 등과 같은 당류가 일반클론보다 고도의 유의 차이(p<0.01)가 있게 높게(1.3배 이상) 함유한 것으로 나타났으며,rythronic acid, malic acid, pentanedioic acid 및 proline도높게 함유한 것으로 나타났다. 또한 우량클론의 줄기내의 대사물질은 glutamic acid, alanine, threonine등과 같은 아미노산류의 함량이 일반클론에 비해 유의적으로 높게(1.2배 이상)함유하고 있는 것으로 나타났고, 더불어 succinic acid, maleicacid의 함량도 고도의 유의차이(p<0.01)로 우량클론에서 높게 함유하고 있었다. 생장이 우수한 사시나무 클론은 유묘의잎에서는 당류가 줄기에서는 아미노산류가 높게 함유하여 이러한 복합적 인자가 사시나무 우량클론 선발을 위한 대사 표지자의 개발에 필요한 기초 자료로 이용될 수 있을 것이다.
4.
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고추의 고유 특성인 매운맛은 태좌 조직에서 주로 발현되는 capsaicinoid라는 화학물질에 의한 것으로 알려져 있고, 이 물질을 생합성하는 유전자와 매운맛의 유무를 판별할 수 있는 분자표지까지 개발되어 있다. 그러나, 아직 매운맛 함량에 대한 유전연구와 분자적 기전은 그 연구가 깊지 못한 상황이고, 본 연구는 고추 매운맛 함량 연구를 위한 F7 RIL mapping집단을 육성하고 매운맛 함량을 비롯한 주요한 원예적 특성들을 평가하기 위해 수행되었다. 자방친인 ‘생력211’의 capsaicinoid 함량은 341.6 mg/100 g으로 ‘청양’ 고추 품종보다 높은 수준인 것으로 확인되었고, 화분친인 ‘생력213’은 무신미인 것으로 HPLC 결과와 분자표지 결과가 일치하였다. 양친을 교배 후 자가수정하여 육성된 F7 RIL 93계통들에 대해서 매운맛 함량을 분석한 결과, 최저 77.8 mg/100 g부터 최고 1046.0 mg/100 g까지로 그 변이 폭이 매우 크며, 매운 계통들 내에서의 함량 분포도는 정규곡선 양상을 보여 본 육성 집단이 향후 매운맛 함량 연구를 위해 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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본 연구에서는 토마토 MAB에 활용하고자 토마토 7 품종의 genome-wide SNPs 데이터베이스를 구축하고, MAB를 위한 분자마커 선발 프로그램을 개발하였다. 토마토 전사체 데이터를 NCBI-SRA에서 다운로드 하여 in silico 분석으로 SNP를 추출하였다. 전사체 데이터에서 추출된 SNP를 재료로 7 품종의 토마토 계통을 이용해 총 21개 교배조합별 SNP 분자마커를 선발하였고, primer가 이용 가능한 마커를 이용하여 데이터베이스를 구축하였다. 마커를 선발하기에 앞서 염색체의 분획으로 두 가지 방법을 사용하였는데, 물리적 거리에 따른 분획과 유전거리에 따른 분획 방법이다. 물리적 거리를 이용한 분획은 각 염색체를 동일한 크기의 5개의 구획으로 나누고, 한 구획 당 교배조합별 차이를 보이는 3개의 SNP를 선발하였다. 교배조합이 바뀔 때마다 이용 가능한 SNP가 자동으로 primer 정보와 함께 제공되도록 하였다. 유전거리를 반영한 분획 방법은 각 염색체의 유전적 거리를 측정하여 물리적 거리에 차등을 두어 염색체 구획을 설정하였다. 즉 재조합이 자주 일어나는 염색체 양끝 말단 부분은 구획을 조밀하게 나누어 MAB 마커 또한 많이 할당하여 자세히 조사하도록 구성하였다. 유전거리에 따른 마커 선발에는 1,924개의 tomato- EXPEN 2000 map 분자마커와 SNP 마커를 이용하였다. 교배조합별로 이용할 수 있는 마커를 12개 염색체 상에 그래픽적으로 제공함으로써 사용자가 쉽게 이해하고 이용할 수 있는 MAB 위한 마커 선발 프로그램을 개발하였다. 이러한 토마토 MAB용 분자마커를 제공하는 프로그램은 실제적인 여교잡 선발 육종에 적용하여 분자마커의 활용을 높이고, 육종효율을 증진시킬 것이다.
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이차원 전기영동 분석을 이용하여 국내 밀 32 품종의 HMW-GS 단백질 발현의 정성 및 정량적인 분석을 통해 품 HMW-GS 발현 정도를 평가하여 국내 밀 품종 육성의 초 자료로 활용하고자 수행하였다. 평균 HMW-GS 스팟 수는 11.78개였으며, Glu-A1 1.31개, Glu-B1 5.53개, 그리고 Glu-D1에서 4.94 개였다. Glu-B1과 Glu-D1에서는 subunit에 따른 단백질 스팟 수가 차이가 없기 때문에, Glu-A1에서는 1과 2* subunit을 지닌 품종이 null allele 품종에 비하여 단백질 스팟 수가 많았다. 단백질 스팟 수는 조경밀이 18개로가장 많았으며, 다홍밀은 7개로 제일 적었다. 단백질의 상대적인 발현량을 조사한 결과 평균 0.44로 대비 품종인 Chinese Spring에 비하여(1.0) 낮았고, 고분밀이 1.11로 가장 높았으며, 은파밀이 0.24로 가장 낮았다. 단백질 스팟수와 발현량을 이용한 유연관계 분석 결과, 국내 밀 품종을 6개 그룹으로 분류할 수 있었다.
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헤어리베치의 꽃색 중 보라색, 분홍색, 백색의 유전 양상을 구명하기 위하여 보라색 꽃 품종(청풍보라), 분홍색 꽃 품종(Mamecho) 그리고 백색 꽃 품종(HV-Kw1) 상호 간에 교잡하여 잡종 2세대(F2)에서 꽃색 분리 비율을 조사하고, 또한 분홍색과 연분홍색 사이의 유전 양상을 조사하기 위하여 연분홍색 꽃 품종(HV-Mp1)과 분홍색 꽃 품종(Mamecho)을 교잡하여 F2에서 꽃색 분리 비율을 조사한 결과 백색/보라색 조합과, 보라색/분홍색 조합에서 보라색은 백색과 분홍색에 대해 3 : 1의 비율로 분리하였고, 연분홍색/분홍색 조합에서 분홍색 3, 연분홍색 1의 비율로 분리하였으나, 백색/분홍색 조합의 F2 집단에서는 보라색 9, 분홍색 3, 백색 4의 비율로 분리하였다. 이러한 헤어리베치 꽃색 유전분리 결과로 볼 때 본 연구에서 사용된 품종들의 보라색, 분홍색, 그리고 백색 꽃은 서로 다른 두 쌍의 유전자 열성상위 작용에 의해 발현되며, 연분홍색은 분홍색에 대하여 단일 열성관계인 것으로 나타났다. 본 연구결과는 헤어리베치 품종 육성의 기초 자료로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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새로운 팥 품종 새길 Vigna angularis은 년 밀양 국립식량과학원에서 개발하였다 새길 은 충주재래 를 모본으로 하고 충주팥전남재래 호 을 부본으로 교배하여 품종을 개발하였다 조숙 대립 내재해성 계통으로 선발된 품종으로 밀양 로 명명하였으며 년간 지역적응시험을 실시한 결과 고품질의 내재해 다수성 품종으로 선발하여 이후 새길 로 명명하였다 새길 은 개화기 및 성숙기가 대조군인 충주팥에 비해 일 빠르고 개화기간은 일 짧다 생산력검정시험 결과 립중은 으로 충주팥보다 무거웠으며 당 평균수량은 으로 나타났다
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‘고운’은 농촌진흥청 국립식량과학원 고령지농업연구센터에서 가을재배용 칩가공용 품종을 육성하고자 1998년 건물함량이 높은 가공용품종 ‘Lemhi russet’와 수량성이 높은 단휴면 2기작 식용품종인 ‘추백’을 인공교배하여 육성하였다. 그후 봄재배와 가을재배를 통하여 실생세대와 생산력검정예비시험, 생산력검정본시험을 거치면서 H98005-4를 선발하였으며, 2005년과 2006년에 걸쳐 제주, 남해, 강릉 등 3지역에서봄, 가을재배를 통해 지역적응시험을 실시한 결과 그 우수성이 인정되어 2006년 농작물 직무육성 신품종 선정위원회에서국가목록 등재품종으로 선정되었다. ‘고운’은 남부 해안 2기작감자 재배지역에 적응하는 칩가공용 감자품종으로 숙기는중간정도이다. 반직립형으로 생장하며, 꽃색이 흰색이고, 자연조건하에서 열매는 거의 달리지 않는다. 괴경모양이 짧은 계란형으로 육색이 흰색이며, 내외부 생리장해 발생이 적다. 괴경의 건물함량이 높고 환원당 함량이 낮아 칩가공성이 우수하다. 괴경의 휴면기간은 수확후 60~70일 정도이다. 더뎅이병과 역병에 대하여 중도저항성이지만 감자바이러스Y에는 약하기 때문에 씨감자 채종재배시 진딧물 방제를 철저히 하여야한다. 풋마름병에 대해서는 저항성이 없으므로 풋마름병 발생지역에서는 재배하지 말아야 한다. ‘고운’의 수량성은 2005년부터 2006년까지 2년간 실시한 지역적응시험 결과 봄재배시33.2 ton/ha, 가을재배시 26.2 ton/ha로 나타나 ‘Dejima’에 비하여 각각 87%, 86%의 수량성을 보였다. ‘고운’의 적응지역은 전라북도 해안지역과 전라남도와 경상남도의 2기작감자 재배지역이다.
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‘청풍흑찰’은 충북농업기술원에서 2009년도에 육성한 다수성 흑색 찰벼 품종이다. 잎은 녹색이고, ‘흑선찰’보다 길이는 짧고, 너비는 비슷하다. 초형은 반직립형이며, 줄기의 강도가 강한 편이다. 이삭 추출은 양호하고 착립밀도는 조밀하다.까락은 벼알 선단부분에 약간 발생되며, 탈립이 잘 안되고 부선은 황색, 영색은 담자색이다. 출수기는 8월 23일인 중만생종이다. 간장은 65 cm로 작은 편이고, 주당수수와 천립중은‘흑선찰’과 비슷하였으나. 수당립수는 16개 더 많았다. 성숙기 하엽노화는 느린 편이며, 줄기의 강도가 강하여 도복에 강하다. 도열병에는 저항성을 나타냈지만, 해충에 저항성이 없다. 단백질 함량은 ‘흑선찰’보다 낮고, 도정수율 및 강하점도가 높아 가공적성이 뛰어나며, 기능성 성분 함량이 높고, 항산화 활성이 뛰어났다. 수량성은 ‘06~‘08년 3개년 간 실시한지역적응시험 보통기 보비재배 3개소에서 평균 현미수량이5.80 MT/ha로 ‘흑선찰’ 대비 53% 증수되었다.
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‘원흑’은 나물콩 특성이 우수한 고품질 내재해 다수성 신품종육성을 목표로 ‘다원콩’과 ‘진주1호’의 F1에 ‘진주1호’를 다시 교배하여 계통육종법으로 선발한 YS1318B-2B-3-3-3-4-1계통으로 계통명은 익산63호이다.유한신육형으로 꽃색은 자색이고 잎의 모양은 난형이며 종피색과 제색은 흑색이며, 성숙기가 지나도 협개열에 강하다. 성숙기는 10월 4일로 ‘다원콩’보다 10일이 늦은 만숙종으로 경장이 다소 길고, 꼬투리수가 많으며, 종자 100립의 무게는 8.8 g으로 ‘다원콩’보다 작은 소립이다. 바이러스 접종시 모자이크를 보이나 포장에서는 강하며 불마름병은 ‘다원콩’보다 강한 중도저항성을 보였다. 종실의 조단백과 조지방함량은 ‘다원콩’과 비슷하며, 콩나물의 아스파라긴산 함량은 낮았으나 이소플라본 함량이 ‘다원콩’의 2배 이고, GABA 함량이 높은 고기능성 품종이다. 콩나물재배시 경실과 비정상발아율이 낮고 발아율과 배축신장성이 좋으며 수율이 풍산나물콩에 비해 20% 높았다. 수량성은 2007년부터 2009년까지 3년간 실시한 지역적응시험 결과 전국 6개소 평균수량은 ha당 2.34톤으로서 ‘다원콩’보다 128% 증수하였다.
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포도 신품종 ‘옥랑’은 ‘세리단’을 모본으로 하고 ‘캠벨얼리’를 부본으로 교배하여 2002년도에 우수 계통을 선발한 후 2003년부터 2009년까지 7년간 ‘포연-3호’의 계통명으로 지역적응시험을 실시하여 2009년도에 최종 선발하였다. 옥천지역에서 발아기는 4월 17일, 만개기는 5월 29일, 성숙기는 8월 30일로 ‘세리단’ 품종에 비하여 40일 정도 빠른 조생종으로 수세는 약~중간 정도이며 성엽 앞면의 주맥상의 안토시아닌의 함량도 중간 정도이다. 과실의 평균 과방중은 300 g, 과립중은 3.4 g이며 당도는 16.9 °Bx 로 대조품종에 비하여 조금 높은 수준이다. 과피색은 흑색이며 풍부한 여우향을 나타내며, 화진 현상이 적어 착립율이 우수하다. 또한 포도주 제조시 와인의 관능검사에서 우수한 것으로 나타났다.
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‘My City’는 경기도농업기술원에서 2010년도에 육성한 분화용 국화 신품종으로 2006년도에 분홍색에 흰색이 혼합된 복색 분화용 국화 ‘Fabienna’ 품종을 모본으로 하고, 적색 중륜형 분화용 국화 ‘Redwing’ 품종을 부본으로 교배하여 얻었다. 이 품종은 빨간색과 노란색이 어우러진 복색의 분화용 품종으로 20 cm이상의 긴 초장을 가지며 꽃의 직경도 5 cm이상인 홑꽃형이다. 2008~2010년까지 춘계 촉성재배와 동계 억제재배를 포함한 특성검정을 수행 하였으며, 자연개화기는 10월 26일이며, 전조재배와 차광재배로 개화조절이 용이한 주년재배 품종이다. 화경은 56.0 mm, 착화수는 본당13.4화이고 꽃잎수는 26.2매이다. 엽색은 녹색(RHS Green Group 137A)이고 줄기색도 녹색(RHS Green Group 138B)인 이 계통은 2010년 11월 ‘경교 B1-13’ 으로 부여하고 2010년 12월 농작물 직무육성 심의회를 거쳐 ‘마이시티’로 명명 하였다. ‘마이시티’는 흰녹병 저항성 검정시 약하게 발병되었고 기호도는 높았다. ‘My City’는 연중 개화가 균일하며 독특한 화색에 분화로서 적합한 초장과 분지성을 가지고 있어 연중생산과 내수용 판매에 적합한 품종이다.
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녹협 호 는 도입 유전자원 와 를 인공교배하여 계통육성으로 선발된 계통으로 계통명은 밀양 호 이다 년 월과 월에 온실에서 시험 재배하여 생육 특성과 풋협 꼬투리의 수량성을 조사한 결과 협채소용으로 유망시 되어 우리나라에서는 처음으로 협채용 강낭콩 신품종 녹협 호 로 선정되었다 녹협 호 는 협채용 꼬투리 수확기의 협색은 녹색이며 성숙기의 협색은 담황색이다 화색과 종피색은 백색이며 종실의 립의 건조된 무게는 이다 협 단면은 둥글며 저온에서 개화 및 착협성이 비교적 우수하고 온실재배에서 협채의 수량성은 당 톤으로 강낭콩 호 보다 증수되었다
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KAS360-22 종자에 1998년 250 Gy의 감마선을 조사하였다. 그 후대에서 미이라병에 저항성을 가지는 계통을 선발・육성하여, ‘원율’로 명명하고 2009년에 최종적으로 품종보호권을 출원 신청하여 2012년 등록 완료하였다. 원품종 KAS360-22의 종피색이 노란색인데 반하여 신품종 ‘원율’은 갈색을 나타냈다. 100립중은 재래종 KAS360-22이 17.2 g, ‘원율’은 27.5 g으로 종자무게는 증가하였으며, ‘일품검정콩’(27.4g)과는 별다른 차이를 보이지 않았다. 신품종 ‘원율’의 10a 당 수량은 미이라병 발병 조건에서 233.3 kg으로 재래종 KAS360-22 (24.9 kg)에 비교하여 10.6배 가량 높았고, 대조구 ‘일품검정콩’(121.4 kg)에 비교하여도 1.9배 가량 높아 밥밑용 콩으로 안정적인 수량 확보가 가능할 것으로 사료된다.
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‘설레미’는 국립식량과학원 상주출장소에서 2011년도에 육성한 조생 고품질 고식미 도정특성 우수 품종이다. ‘설레미’는 남부중산간지, 북부평야지 및 중산간지, 남부고냉지 및 동북부해안지 보통기 보비재배에서 평균 출수기가 8월 1일로‘오대벼’보다 3일 늦은 조생종이다. 간장은 73 cm로 오대벼보다 작으며, 수당립수는 많고 등숙비율이 높은 중립종에 속한다. 위조현상은 나타나지 않았으며 성숙기 하엽노화가 늦고수발아는 ‘오대벼’보다 안되는 내수발아성이다. 내냉성은 보통이다. ‘설레미’는 도열병에 저항성 반응을 보였다. 입형은현미장폭비가 1.90으로 단원형이며 심복백이 없고 맑고 투명하다. ‘오대벼’에 비해 아밀로스함량은 낮고 단백질함량은 약간 높으며 밥맛은 매우 양호하다. 도정율, 백미완전미율이 각가 77.5%, 97.7%로 ‘오대벼’에 비해 높다. 쌀수량은 보통기표준재배에서 5.60 MT/ha로 ‘오대벼’보다 7% 많은 편이다.