씨 없는 과일 및 야채

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배경

재배되고 판매되고 먹는 과일은 본질적으로 식물의 익은 ​​난소입니다. 야생에서 과일을 맺는 식물은 익은 과일을 땅에 떨어뜨리거나 동물이 먹음으로써 씨앗을 퍼뜨리고 씨앗을 배설합니다. 맛있는 과일은 식물이 씨앗을 전달하는 메커니즘일 뿐입니다. 그러나 인간 소비자의 관점에서 씨앗은 골칫거리가 될 수 있습니다. 예를 들어, 딱딱하고 쓴 씨를 뱉어내는 것은 포도를 먹는 즐거움을 감소시킵니다. 그 결과 원예가들은 인기 있는 과일과 채소의 씨 없는 품종을 개발했습니다. 씨 없는 품종은 미국 포도 시장의 절반 이상을 차지하고 씨 없는 네이블 오렌지는 오렌지 산업의 주류이며 씨 없는 수박은 1990년대 도입된 이후 인기가 높아졌습니다. 씨가 없는 과일과 채소는 세심한 이종 교배를 통해 생산되며 상업적 생존 가능성에 새로운 변종을 가져오는 데 수십 년이 걸릴 수 있습니다.

연혁

작은 씨앗이나 더 큰 열매를 맺는 것과 같이 원하는 결과를 얻기 위해 식물을 조심스럽게 육종하는 것은 농업의 여명기부터 행해져 왔습니다. 식물 육종의 과학적 토대는 19세기 중반 Gregor Mendel의 연구와 함께 이해되기 시작했습니다. 1856년 유전학의 아버지 멘델은 세대 간 식물 형질의 전달을 관장하는 통계 법칙에 대한 연구 결과를 최초로 발표했습니다. 멘델은 자신의 정원에 있는 완두콩 식물의 특정 특성이 다음 세대에 어떻게 전달되는지 연구했으며 유전을 담당하는 식물 내에서 일종의 단위라는 개념을 공식화했습니다. 그의 작업은 한동안 잠자코 있었다가 20세기 초반에 급속히 확장되었습니다. 20세기 중반까지 연구자들은 유전이 유전자에 의해 전달된다는 사실을 확립했으며, 유전자는 화학적 정보를 표현하여 특징적인 특성을 나타냅니다. 씨 없는 열매의 경우 유전적 전달의 세부 사항을 더 많이 이해하는 것이 중요합니다. 식물과 동물의 유전자는 일반적으로 대립 유전자라고 하는 쌍으로 배치됩니다. 대립 유전자의 한 유전자는 일반적으로 우성이고 다른 하나는 열성입니다. 이것은 유기체의 생물학적 구성에서 일반적으로 하나의 형질만 발현된다는 것을 의미하지만, 그 형질에 대한 두 번째 유전자는 여전히 존재합니다. 이것은 유기체의 모든 세포가 핵에 염색체라고 하는 완전한 유전 지도를 가지고 있기 때문에 중요합니다. 세포가 분열할 때 염색체가 두 배로 된 다음 복사본이 새 세포로 들어갑니다. 예외는 성 세포, 난자 및 정자입니다. 이 세포는 염색체 1개 또는 각 유전자 쌍의 절반인 유전 물질의 절반만 운반합니다. 난자와 정자가 만나면 유전자 쌍이 재결합되고 유성 생식을 통해 생성된 새로운 개체는 각 부모로부터 절반씩 유전되는 새로운 완전한 유전 물질 세트를 갖게 됩니다. 전통적인 식물 육종에서 원예가는 예를 들어 작은 종자가 있는 식물을 함께 교배하여 특성을 최적화하려고 합니다. 새로운 세대의 식물이 양쪽 부모로부터 작은 종자 유전자를 물려받았다면, 그것은 또한 작은 종자를 가져야 하고 이 형질을 자손에게 차례로 전달할 수 있어야 합니다. 많은 요인들이 그림을 복잡하게 만들기 때문에 실제 상황에서는 소수의 자손만이 원하는 특성을 보일 수 있습니다.

씨 없는 오렌지와 씨 없는 포도는 자연적으로 발생하는 씨 없는 식물을 재배한 결과입니다. 네이블 오렌지는 19세기 브라질의 농장에서 발견된 씨 없는 오렌지 나무의 후손입니다. 이 나무는 돌연변이, 즉 유전 물질의 어떤 것이 자발적으로 변하여 이 독특한 식물이 된 것입니다. 오렌지 재배자들은 원래 배꼽에서 새로운 나무를 번식시켰기 때문에 오늘날 시장에서 구할 수 있는 모든 네이블 오렌지는 그 브라질 나무의 후손입니다. 일반적인 슈퍼마켓 녹색 씨 없는 포도는 아마도 흑해와 코카서스 해 사이에서 유래한 유럽 씨 없는 포도 품종의 후손입니다. 포도 재배자들은 이 품종을 전 세계에 퍼뜨렸고, 같은 종이 여러 다른 이름으로 존재합니다. 적어도 1872년부터 미국에서 Thompson이라는 이름으로 재배되었습니다. 다른 씨 없는 포도 품종, 심지어 빨간색과 검은색 품종도 Thompson의 후손입니다. Thompson은 종자가 발달을 멈추게 하는 유전적 이상을 가지고 있습니다. 꽃이 수분되고 난자가 수정되지만 씨앗은 몇 주 후에 성장을 멈춥니다. 따라서 포도가 완전히 씨가 없는 것은 아닙니다. 오히려 씨앗은 중단되고 과일 내부에 작은 반점으로 존재합니다. 상업적인 재배자들은 일반적으로 종자 발달에 의해 분비되는 지베릴린이라는 성장 호르몬으로 식물을 처리합니다. 꽃에 호르몬을 담그거나 뿌려서 씨를 뿌렸음에도 불구하고 포도가 크고 즙이 많이 자랍니다.

씨 없는 수박은 1990년대에 미국 시장에서 큰 판매자가 되기 시작했습니다. 열매를 먹을 때 단단한 검은색 씨가 거의 없거나 전혀 없다는 편리함 외에도 새로운 품종은 껍질이 단단하여 배송이 쉽고 유통 기한이 더 깁니다. 씨가 없는 수박은 3세트의 염색체를 가지고 있기 때문에 무균, 즉 씨가 없습니다. 이 상태를 삼중체라고 합니다. Thompson 포도 및 대부분의 다른 유기체와 같은 표준 수박에는 두 세트의 염색체가 있으며 이배체라고 합니다. 3배체 수박을 생산하기 위해 2배체 부모는 4개의 염색체를 가진 4배체 수박에 의해 수분됩니다. 유성 생식 동안 새로운 유기체는 각 부모의 유전 물질의 절반을 상속합니다. 결과적으로 새로운 수박은 2배체 부모로부터 1개의 염색체를, 4배체로부터 2개의 염색체를 가져와 삼배체로 만듭니다. 삼배체 잡종은 사실상 씨가 없습니다. 그것은 아주 적은 수의 씨앗을 생산하며, 이것들은 새로운 수박을 재배하기 위해 심을 수 있습니다. 그러나 새로운 식물은 과일을 생산하기 위해 표준 2배체 수박에 의해 수분되어야 합니다.

연구 및 개발

씨 없는 과일이나 채소의 새로운 변종 개발은 힘든 과정입니다. 연구는 일반적으로 농업 개발 연구소 또는 정부 연구 기관에서 일하는 원예사가 수년을 바칠 수 있는 곳에서 수행됩니다. 연구원은 원하는 특성을 가진 묘목을 찾기 위해 수천 개의 묘목을 연구합니다. 씨 없는 품종을 찾을 때 다른 요소도 고려해야 합니다. 씨 없는 열매는 맛이 좋지 않거나 병에 걸리기 쉬운 경우, 기형 등이 있는 경우 상업적으로 실행 가능하지 않습니다. 열매는 씨가 없는 품종만큼 좋아야 하며 씨가 없다는 장점이 있습니다. 따라서 연구원은 가능성이 있는 식물을 번식시키고, 자손을 연구하고, 이를 다른 가능성 있는 식물과 번식시킵니다. 붉은 씨 없는 포도인 Flame Seedless의 개발자는 퀘스트 과정에서 100,000개가 넘는 묘목을 실험했습니다. 화염을 생산하는 식물은 5가지 품종의 교배종이었습니다.

씨 없는 과일을 번식시키는 전통적인 과정은 씨가 있는 암컷 식물을 씨 없는 수컷의 계통과 교배시키는 것이었습니다. 자손은 시간의 약 15%에서 씨가 없었다. 그러면 이 15%에서 다음 세대가 생성될 수 있습니다. 1980년대부터 원예가들은 씨가 없는 식물의 조직을 배양함으로써 이 과정을 가속화하는 방법을 찾았습니다. 포도의 경우, 종자가 없는 균주의 유산된 종자는 페트리 접시 또는 시험관에서 재배됩니다. 그런 다음 이러한 종자 없는 균주는 다른 종자 없는 균주와 교배되어 50-100% 종자가 없는 자손이 될 수 있습니다. 이 기술은 포도와 함께 큰 성공을 거두며 새로운 씨 없는 품종을 시장에 출시하는 데 걸리는 시간을 단축했습니다. 수박의 경우 씨가 없는 식물의 발아 끝 부분을 성장 조절제와 영양소가 채워진 페트리 접시에 담그면 한 끝에서 최대 15개의 클론 식물이 발아됩니다. 이 기술은 씨 없는 토마토를 생산하는 데에도 사용되었습니다.

재배

확장

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1 새로운 균주가 개발된 후 상업적 종자 재배자는 해당 주식에 라이선스를 부여하고 멘델의 제2법칙. 농부들에게 팔 수 있을 만큼 충분한 규모의 종자를 생산하기 시작합니다. 다음 과정은 씨 없는 수박에 대한 것입니다. 상업적인 종자 재배자는 개발자로부터 종자 또는 묘목을 얻어 격리된 밭에 심습니다. 이들은 사배체(4개의 염색체) 식물입니다. 격리 밭은 다른 수박 밭에서 3마일 떨어져 있어야 꿀벌이 다른 품종으로 씨 없는 식물을 수분하지 않습니다. 또는 격리 필드는 옥수수와 같은 다른 식물로 둘러싸여 있을 수 있습니다. 격리 필드는 일반적으로 1-5에이커입니다. 재배자는 식물을 조심스럽게 관리하며 아마도 성장 호르몬으로 처리할 것입니다. 꿀벌은 식물에 수분을 하여 수백 파운드의 종자를 생산할 수 있습니다. 다음으로, 이 원종자는 다양한 일반 2배체 수박과 함께 종자 생산지에 심어진다. 식물이 꽃을 피우면 재배자가 손으로 수분을 합니다. 수컷 이배체 식물의 꽃가루는 암컷 사배체 꽃으로 옮겨집니다. 결과 과일에는 삼배체 씨앗이 있습니다. 이 씨앗은 농부들에게 판매됩니다.

발아

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2 삼배체 식물은 일반적으로 연약하고 부적절한 온도에 쉽게 죽기 때문에 일반적으로 온실에서 발아되어 묘목으로 들판에 옮겨집니다. 삼배체 종자는 또한 비정상적으로 두꺼운 코팅을 가지고 있으므로 농부는 발아 속도를 높이기 위해 심기 전에 종자의 둥근 끝 부분에 흠집을 낼 수 있습니다. 농부는 가벼운 화분용 흙에 씨앗을 묻고 약간의 물을 더합니다. 그런 다음 온실은 약 29°C(85°F)에서 유지되어야 합니다. 대부분의 씨앗이 발아한 후 온도를 21-27°C(70-80°F)로 낮춥니다.

현장에서

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3 묘목이 생후 3~4주가 되고 잎이 2~3개가 되면 농부가 밭에 이식합니다. 농부는 또한 밭에 표준 2배체 수박을 심어야 하며, 3배체의 2~3개에 한 줄씩 심어야 합니다. 이것들은 더 일찍 밭에 직접 파종되었거나 동시에 이식되었을 수 있습니다. 2배체 품종은 3배체보다 동시에 또는 일찍 성숙하도록 선택됩니다. 수확 시 혼동을 피하기 위해 이배체는 또한 삼배체와 다른 껍질 색을 가져야 하므로 어느 것이 씨가 없는지 명확해야 합니다. 두 품종 모두 성장하고 성숙하며 꿀벌이 꽃을 수분합니다. 삼배체 식물은 씨 없는 수박을 생산합니다. 수확하여 판매하고 있습니다. 내년에 더 많은 3배체 수박을 재배하려면 농부는 새로운 씨앗으로 다시 시작해야 합니다.

미래

정교한 조직 배양법의 성공으로 씨 없는 과일과 채소를 개발하는 데 걸리는 시간이 줄어들고 있습니다. 이것은 원예가들이 검은 포도가 거의 없는 8월에 익는 씨 없는 검은 포도와 같은 특정 시장 격차를 채우기 위해 품종을 계획할 수 있음을 의미합니다. 종자 없는 품종의 생산을 가속화할 수 있는 또 다른 기술은 유전자 전달입니다. 생물학자들은 식물에게 성장 호르몬을 생산하도록 지시하는 과일 식물에 새로운 유전자를 융합할 수 있습니다. 성장 호르몬은 수분 없이도 과일의 성장을 자극합니다. 수분되지 않은 식물은 종자를 생산하지 않습니다. 1990년대 후반 이 방법은 토마토와 수박에 성공적으로 수행되었습니다. 이러한 종류의 생명 공학은 식물 과학에서 가장 빠르게 성장하는 분야 중 하나입니다. 따라서 미래는 과거에 필요했던 긴 테스트 및 개발 시간 없이도 씨 없는 과일 및 채소 품종을 더 많이 생산할 수 있습니다.