The production of hybrid onion (Allium cepa L.) seed is economically feasible using systems of cytoplasmic-genic male sterility(CMS). The identification of cytoplasm types might be helpful to development of sterile and maintainer lines. Due to this reason, a knowledge of the cytoplasm type is essential for hybrid breeding in onion. Especially, due to the biennial generation time of onion, to distinguish of onion cytoplasm type in individual plant may be helpful to reduce the efforts in a breeding program, when new sterile lines and the corresponding maintainer lines be developed. In our study, we applied the PCR-marker (orfA-501) to identify the cytoplasmic genotypes of collected 100 accessions of bulb onion. Among accessions, S-cytoplasm was found in 57 accessions. Nineteen accessions possessed only N-cytoplasm and twenty four accessions possessed both S- and N-cytoplasm.

Rye has been a major winter forage crop in Korea. Varietal improvement of rye has been practiced either by hybrid or population breeding systems. Hybrid breeding offers important advantages over population breeding since it is normally a cross-pollinated crop. The hybrid breeding in rye has been possible since cytoplasmically inherited forms of male sterility (CMS) and corresponding nuclear restorer genes were found. The objectives of this research were to develop the maintainer and restorer lines of Korean inbred lines and to estimate the effect of 'Pampa' type of CMS cytoplasm on yield and its related characteristics. For easy discrimination of male-sterile status of plants, anther scoring and the restore index system in which seed-setting and pollen quantity of viability were taken into account were established. High significant correlation between pollen quantity and pollen viability was found. For "Pampa" cytoplasm, four of 14 Korean inbred lines tested turned out to be a maintainer but no restorer was found. But for "235b" CMS cytoplasm, seven inbred lines acted as complete restorers. The Korean inbred rye lines acted mainly as maintainers in "Pampa" cytoplasm but acted mainly as restorer in "235b" cytoplasm. The 'Pampa' cytoplasm inducing male sterility reduced cohn length and plant height and increased the number of tiller, so forage yield and grain yield were enhanced. However, heading date was slightly delayed compared to the normal cytoplasm.elayed compared to the normal cytoplasm.

화청벼에서 유기시킨 심백경유 및 유전자적 웅성불임 돌연변이계통에 있어서 두 특성간의 상호관련성을 검토하였고, 종실의 몇가지 이화학적 특성을 밝혔다. 돌연변이계통의 생육형질과 불임의 안정성을 조사하였고 웅성불임화시 기를 추정하였다. 이들을 토대로 웅성불임종자의 조기 외관 식별에 의한 새로운 일대잡종품종 육성체계를 구상하였고 자연교잡율도 검토하였다. 그 결과는 다음과 같이 요약된다. 1. 심백 및 유전자적 웅성불임 돌연변이는 다면발현 효과를 가진 단순열성유전자에 의해 지배되었다. 즉 이 돌연변이계통이 교잡된 분리집단에서 심백종자는 곧 웅성불임종자임을 확인하였다. 2. 심백종자는 외형과 크기는 정상종자와 동일하였으나 배유 중앙부위의 전분결정조직이 성기고 전분입자 모양도 원형~타원형 이었다. 따라서 1,000립중, 절대밀도, 경도 등이 정상종자에 비해 유의하게 낮아졌다. 3. 심백종자의 단백질함량과 알칼리 붕괴도는 정상종자와 동일하였으나 아밀로스함량이 유의하게 낮아졌고, 호응집성에서는 상당히 harder gel 특성을 보였다. 4. 웅성불임식물체는 정상식물체에 비해 초장 및 간장이 현저히 단축되었고 이삭추출이 불량하였으며 주당수수가 유의하게 적었다. 5. 화분발육단계 중 웅성불임화시기는 감수분열기 이전인 것으로 추정되었고, 이 웅성불임은 온도나 일장에 관계없이 항상안정적이었다. 6. 이 돌연변이체를 이용하여 일대잡종을 육성하는 체계를 구상하였고, 그 효율을 세포질적-유전자적 웅성불임(CGMS)이나 환경감응 유전적 웅성불임(EGMS) 등을 이용하는 체계와 비교하였다. 7. 분리집단에서 정조상태로 웅성불임증자를 선별시 비중선 단독으로는 비중 1.14~l.16 g/cm 에서 순도 85~90% 웅성불임종자의 순도로 웅성불임종자를 선별할 수 있었는데, 10~15%의 흔입된 정상종자는 파종 후 유묘 또는 일대잡종생산포에서 생육상태 판정으로 용이하게 제거할 수 있을 것으로 판단되었다. 8. 웅성불임계통의 자연교잡율은 수분조작처리구(GA3 처리+지엽절단+rope 사용 화분털기)에서 화분친 2열, 웅성불임 1열 재식시 17.3%로 가장 높았다.

단순열성 유전자에 의한 GMS민 IR36ms에 가야벼, 남풍벼, 신광벼 및 수원 296 등 4개 한국 수도품종을 각각 4회 연속 Bulk로 교잡시킨 BC3 F2 에서 웅성불임 개체를 얻어서 여기에 각 반복친을 1회 더 Backcross시킨 BC4 F2 세대에서 웅성불임 개체들을 선별하였다. 여기에 각 반복친을 교잡시켜 4품종의 Msms 유전자형을 얻고 이를 다시 BC4 F2 에서 선발한 웅성불임 개체(msms)에 교잡시키므로서 가야벼ms, 남풍벼ms, 신광벼ms 및 수원 296ms를 육성하였다. 이들 4개 웅성불임 계통들의 주당수수, 수당영화수, 출수기 및 수장은 모품종과 차이가 있었으나 웅성불임 계통들의 간장은 모품종에 비하여 단축되었다. 동일한 웅성불임 유전자를 가진 GMS 계통도 반복친에 따라 자연교잡 정도의 현저한 차이가 있었다. 가야벼ms는 11.5%, 남풍벼 ms는 13.1%, 신광벼ms는 1.9% 그리고 수원 296ms는 12.7%의 자연교잡율을 나타내었다. 화분친으로부터 15~90cm 거리 내에서는 가야벼 mS 및 남풍벼ms의 자연교잡율의 거리에 따른 차가 인정되지 않았다.

우리나라 수도 품종을 배경으로 한 세포질적 유전적 웅성불임계통들에 우리나라 품종의 임성회복친을 교잡시킨 HR1619A/남풍벼, HR1619A/가야벼, HR1619A/계통234, 통일A/남풍벼, 통일A/청청벼, 수원296A/계통209, 수원296A/계통237, 수원296A/계통252 및 계통201A/계통234 등 9개 Hybrid를 육성하고 이들의 수량 및 수량 구성요소, 흰빛잎마름병 저항성 및 미질을 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1 공시된 9개 Hybrid들 중 계통201A/계통234, 통일A/남풍벼 및 HR 1619A/남풍벼 등 3개 Hybrid의 수량성이 높았는데 각각 우수친에 비해 36％, 17％ 및 10％의 증수(Heterobeltiosis)를, 표준품종인 청청벼에 비해 각각 19％, 17％ 및 14％의 증수(Standard Heterosis)를 보였다. 2. 공시된 Hybrid중 HR1619A/가야벼와 수원296A/계통237의 수량은 양친보다 낮았다. 3. 수량구성요소 중 수당입수의 잡종강세가 현저하였고 주당수수, 천립중 및 임실율의 잡종강세는 인정되지 않았다. 4. Hybrid의 흰빛잎마름병 저항성은 양친 중 강한친과 같은 반응을 보였다. 5. Hybrid들의 Amylose 함량은 20.8％∼24.7%였고 딘백질함량은 9.3％∼10.0％, 알칼리 붕괴도는 3.7∼7.0으로서 각각 양친품종과 비슷하였다.

중공의 CGMS (cytoplasmic-genetic male sterility)를 한국품종으로 이전하여 그들을 MS유지계통으로 쓸 경우 이들이 임성회복친과 교잡되어 발현될 것으로 기대되는 수중의 잡종강 세정도를 중공의 CGMS계통 및 그 유지계통들과의 잡종과 대비하여 조사검토하였다. 그 결과는 다음과 같이 요약된다. 1. 수량의 잡종강세는 heterosis(F1 /MP)로 표현하여 113~221.1% 전체평균 150.5%이었고 hetero-beltiosis(F1 /better p)로 표현하여 86.1~179.8%전체평균 125.3%이였다. 품종군별로는 중공계통들이 가장 높았는데 유지계통들은 MS계통들보다 높았다. 다음으로 높은 것은 임성회복친들이었고 한국품종으로 유지계통들은 가장 낮은 잡종강세를 보였다. 2. 수량구성요소별로 잡종강세를 heterobeltiosis로 표현해 보면 수수는 전체평균 92.7%로 감소되었고 수당입수는 120.0%로 증가했으며 임실율은 103.0%로 유의할만한 변화가 없었고 천립중은 112%로 증가하였다. 증수에 크게 기여한 수당입수와 천립중의 heterobeltiosis를 품종군별로 보면 수량의 그것과 비슷한 경향이었다. 3. 수량구성요소가 수량에 기여한 정도를 임성회복친별 교배조합군별로 검토하기 위하여 경노계수를 계산하였더니 밀양46, 수원294 및 수원287 조합 모두에서 다같이 수당입수가 0.8073~0..8649로 가장 컸고 다음은 천립중으로 0.2000~0.5032이었다. 4. 품종군별 잡종조합의 수량을 교배조합능력이라고 간주하고 이것을 전체평균에 대한 비율로 계산하여 비교했는데 임성회복친 중 밀양46과 수원294는 일반조합능력은 비슷하나 특수조합능력은 차가 있고 S. 287은 일반조합능력이 떨어진다. 유지계통별로는 중공의 유지계통이 가장 높았고 한국유지계통이 가장 낮았다. 중공의 CGMS를 한국품종으로 이전하는데 있어서의 문제점을 검토하였다.

유채의 F1 수량이 획기적으로 증수되고 있으나 유질과 유박의 성분이 개량된 F1 육성 보급하는 것이 가장 바람직한 일이라 하겠다. 필자 등은 유질과 유박의 성분이 완전 개량된 세포질 유전자적 웅성불임 계통을 개발한 바 있다. 그러나 화분친으로 이용할 수 있는 성분개량 품종수는 극히 적다. 따라서 국내 육성계통중 성분이 개량된 O-erucic acid, Low-glucosinolate 계통을 화분친으로 이용하는 문제를 검토코저 511육성 계통을 공시하여 F1 의 임성회복력과 F1 의 유용형질의 Heterosis 발현에 대해 조사하였다. 1. MS를 이용한 F1 임성회복력에서 공시 화분친중 81%의 계통들이 완전 임성회복 유전자를 가지고 있었으며 부분 임성회복 품종이 5%, 비회복 계통이 14%에 불와해서 국내 육성계통들의 임성회복능력이 매우 높은 것으로 밝혀졌다. 2. 비회복 육성계통중 11계통은 Fertility index가 1～3으로 웅성불임 계통의 불임성을 유지하는 능력을 가지고 있어 성분개량 유지계통으로 다양하게 활용할 수 있게 됐다. 3. 이들 MS의 Maintainer는 대부분 핵내 유전자가 Sterile인 Isuzu, Bronowski, 유달, Chisaga에 유래하고 있었다. 4. F1 의 Heterosis 발현에서 개화기와 초장은 대부분 중간친보다 늦어지고 긴 경향이며 평균 중간친보다 4일 늦었으며 초장은 45cm나 길었다. 5. 수량구성 형질들은 협장과 1협결실립수만이 중간친보다 짧거나 같은 외는 모든 형질들이 월등히 많고 긴 방향으로 발현하였다. 6. 특히 분지수와 수장 등이 크게 F1 Heterosis를 발현하였을 뿐만 아니라 1 수협수에서도 중간친보다 8개나 더 많았다. 7. 국내 육성계통을 화분친으로 공시한 F1 의 10a당 수량성은 511조합의 F1 중 91%가 다수성 강세를 발현하는데 그 중에서 10a당 450kg이상 560kg나 증수는 조합만도 11조합이 있었다.

유채 수량을 획기적으로 증수하는데 F1의 잡종강세를 이용하기 위한 연구의 일환으로 조합능력이 높은 MS와 F1 을 선발하기 위하여 조합능력을 검정하고 Non-Isogenic maintainer를 활용한 우수MS의 3원교잡 F1 형질발현에 대해 검토했다. 본 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 세포질 유전자적 웅성불임 계통들의 일반조합능력에서는 유달MS가 수량과 수량구성형질들이 특별히 우수하였으며 내한성도 강하였다. 2. 유달MS의 특수조합 능력에서는 143화분친과의 F1 중 10a당 수량이 450kg 이상되는 F1이 12조합이나 있었으며 그중에서 특히 수량이 높은 조합은 유달MS 목포 10호-F1 로서 103당 518kg의 종실을 생산하여 표준품종 유달보다 96% 이상 증수되었다. 3. 화분친으로 공시한 143품종 중에서 90품종이 임성회복유전자를 가지고 있었으며 유럽품종들은 공시품종중 78%, 한국품종에서는 58%의 품종들이 완전 임성회복 품종들이었다. 4. Non-Isogenic maintainer를 활용한 3원교잡 F1 의 형질발현에서는 숙기는 2원교잡 F1 보다 3~4일 이 빨랐으며 수량형질인 수장, 1 수래수, 유효분교수, 래장, 1,000 입중 등에서 2원교잡 F1보다 길고 많아서 다수성인 방향으로 Heterosis가 발현을 하였다. 5. 3원교잡 F1의 잡종강세에 의한 수량성을 같은 유달MS의 2원교잡 F1 의 수량성과 비교한 결과 3원교잡 F1 의 평균 103당 수량은 423kg으로서 평균 60%나 더 증수되어 우성유전자의 집적에 기인한 Heterosis 발현이 더 켰다. 6. 3원교잡 F1 의 대량종자생산은 MS와 Maintainer의 증식단계와 MS의 Maintainer의 교호재식과 화분친의 증식단계 그리고 Yudal MS Non-Isogenic maintainer (Isuzu)와 화분친(목포 10호)과의 교호재식 단계의 3단계가 필요하다. 소요면적은 60.1ha이며 여기서 채종된 3원교잡 F1 으로 6만ha를 재배할 수 있었다.