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문제 정의
- 본 연구는 서로 다른 작용기작을 가진 두약제인 Fenobu- carb와 Imidacloprid를 뿌리 침지 시간에 따른 벼멸구의 살충 활성과 섭식측정장치(EPG)를 이용하여 체관부를 찌르는 섭식 행동의 상관관계를 밝히고자 수행하였다.
제안 방법
- 다른 한쪽은 식물의 뿌리쪽 흙에 연결하여 벼멸구가 구침활동을 할 때 회로가 연결되어 파형이 기록되도록 하였다. Amplifier의 진폭은 50배로 설정하였고 노이즈를 최소화하기 위해 구리망으로 차단한 Faraday cage안에서 수행하였다. 침투이행성과 잔효성 실험은 약제를 처리한 후 벼멸구를 벼 잎에 올려놓아 섭식행동을 하도록 하고 4시간 동안 기록하였다.
- EPG를 이용한 기록은 벼멸구를 벼 유묘에서 각 시험구별로 12시간 후부터 시작하였으며, 각 시험구별로 10회 반복하였다. 그 실험에서 나온 전기적인 패턴을 전기적인 특징에 따라 분류를 한 뒤 각각의 파형 발생시간을 측정하였고, 모든 data는 실험 시작 후 4시간 동안 측정한 것을 가지고 분석하였다(Fig.
- 이 방법은 감로 성분 중 아미노산을 검출해 내는 방법인 Rosen (1957)의 Ninhydrin method를 응용하였다. Ninhydrine 아미노산과 반응하면 청자색이 되기 때문에 filterpaper에 감로가 떨어진 후발 색(청자색) 여부 확인하였다.
- 결론적으로, 본 실험에서는 약제반응을 EPG를 이용해서 약제 양에 따라 침투 시간을 달리하여 벼멸구의 섭식행동 변화를 분석해 보았다. 본 실험에서 뿌리 침지 시간과 EPG의 관계를 알 수 있었는데, 결과에서 보듯이 EPG 파형 분석 시실질적인 섭식파형(N4-b)은 침지시간에 관계없이 파형이 매우 짧게 나타나거나 파형이 나타나지 않는 것을 확인했다.
- 그 실험에서 나온 전기적인 패턴을 전기적인 특징에 따라 분류를 한 뒤 각각의 파형 발생시간을 측정하였고, 모든 data는 실험 시작 후 4시간 동안 측정한 것을 가지고 분석하였다(Fig. 1). 벼멸구의 섭식행동의 차이는 EPG파형의 총 기간과 빈도, 처음으로 N4-a파형과 N4-b파형에 도달하기 까지 걸린 시간의 평균을 DMRT검정방법으로 유의수준 0.
- N4-a파형 또는 N4-b파형이 나타나지 않은 경우에는 총 기록시간(240분)을 결과 값에 포함시켜 파형의 도달 경과 시간을 계산하였다. 또한 기록시간 중 각 파형이 한번이라도 나타난 개체율을 백분율로 환산하여 약제 간 섭식행동 시간의 차이를 비교하였다. 침지시간에 따른 약효와 EPG파형과의 관계는 Excel 2007 프로그램(Microsoft Corporation, USA)에서 회귀분석법을 이용하여 분석하였다.
- 벼멸구 구침의 탐침행동과 섭식행동을 Tjallingii(1978, 1985)의 DC 시스템을 일부 변경한 방법으로 회로를 연결하고 그 결과를 분석하였다. 회로의 연결은 직경 18 인 금선 (Goodfellow, UK)을 3-4cm로 벼멸구 등쪽 가슴 중앙에 전도성 있는 페인트(Silver conductive paint, RS, 101-5621, UK)를 발라 부착하였고 벼멸구에 연결한 금선은 Giga-8 DC EPG amplifier에 연결하였다.
- 확인하였다. 벼멸구는 사용 전 1시간 굶긴 후 실험에 사용하였고, 감로의 분비 확인은 filterpaper에 2% ninhydrin을 아세톤에 녹여 1 ml을 도포하였고, 준비된 filterpaper를 벼 줄기의 아랫부분에 끼워 놓고 감로가 떨어진 시간과 EPG recording time의 시점을 확인하였다. 앞에서 언급했던 EPG setting과정에서 벼 아랫부분은 젖은 탈지면에 둘러싸이게 되므로 그 위에 filterpaper를 바로 올려 놓으면 모두 젖어버리기 때문에 그 전에 은박지를 끼워 놓았다.
- 약제에 침지 후 뿌리는 흐르는 물로 뿌리에 묻어 남아있을 수 있는 약제를 씻어내었고, 유묘 다섯 주씩 뿌리를 솜에 말아 유리시험관(05x15 cm)에 넣고 증류수를 채웠다. 벼멸구의 섭식행동은 약제를 처리한 24시간 후에 시간별 침투이행성 효과를 조사하였다. 시험관 당 벼멸구 암컷 성충을 10마리씩 접종하였고 3반복으로 수행하였으며, 무처리는 벼 유묘에 증류수만 처리하였다.
- 본 실험에서는 Fig. 1에서 보는 바와 같이 벼에서 벼멸구의 섭식행동에 따른 파형을 6개의 EPG 파형으로 구분하였다. Kim et al.
- (2009)은 7개 파형으로 구분하였다. 본 실험에서는 Seo et al. (2009)의 연구에서 명시된 7개 파형(np, N1, N2, N3, N4-a, N4-b, N5)을 참조하여 분석하였지만, 약제의 효과에 초점을 두었기에 Nl, N2 파형은 본 실험에서 따로 분리하지 않았다.
- 분석된 섭식파형을 근거로, 침투이행성 약제를 두 가지 처리농도에서, 침지시간을 달리하여(1, 4, 8, 12, 16, 20, 24시간) 처리한 후 보정살충율과 파형과의 관계를 비교 분석하였다. 벼 유묘를 Fenobucarb와 Imidacloprid의 처 리농도와 침지 시간에 따른 벼멸구의 np 파형과 보정사충율의 상관관계를 조사한 결과(Table 1), 두 약제간에 비슷한 경향을 보였으며, 값을 보면 Fenobucarb 0.
- 벼멸구의 섭식행동은 약제를 처리한 24시간 후에 시간별 침투이행성 효과를 조사하였다. 시험관 당 벼멸구 암컷 성충을 10마리씩 접종하였고 3반복으로 수행하였으며, 무처리는 벼 유묘에 증류수만 처리하였다.
- 실제 섭식을 하는지 알아보기 위하여 벼멸구의 감로 분비를 확인하였다. 벼멸구는 사용 전 1시간 굶긴 후 실험에 사용하였고, 감로의 분비 확인은 filterpaper에 2% ninhydrin을 아세톤에 녹여 1 ml을 도포하였고, 준비된 filterpaper를 벼 줄기의 아랫부분에 끼워 놓고 감로가 떨어진 시간과 EPG recording time의 시점을 확인하였다.
- 침투이행성과 잔효성 실험은 약제를 처리한 후 벼멸구를 벼 잎에 올려놓아 섭식행동을 하도록 하고 4시간 동안 기록하였다. 실험에서 나온 전기적인 파형은 PROBE 3.0 소프트웨어(Wagenitigen Agricultural University, Wageningen, The Netherlands)# 사용하여 파형의 모양 및 주파수 분류는 Seo et al. (2009)의 방법을 응용하여 각각의 파형 발생 시간을 측정하였다(Fig. 1). 모든 EPG data는 실험 시작 후 4시간 동안 측정한 결과를 가지고 분석하였다.
- 침투이행성 실험은 2엽기 벼 유묘 뿌리의 흙을 씻어 제거한 후 2종의 살충제를 아치사농도로 증류수에 희석한 용액 - Fenobucarb (0.7, 0.4 ppm), Imidacloprid (36, 12 ppm) 에벼 유묘의 뿌리를 1, 4, 8, 12, 16, 20, 24시간 동안 침지 시간을 달리하여 침지하였다. 약제에 침지 후 뿌리는 흐르는 물로 뿌리에 묻어 남아있을 수 있는 약제를 씻어내었고, 유묘 다섯 주씩 뿌리를 솜에 말아 유리시험관(05x15 cm)에 넣고 증류수를 채웠다.
- Amplifier의 진폭은 50배로 설정하였고 노이즈를 최소화하기 위해 구리망으로 차단한 Faraday cage안에서 수행하였다. 침투이행성과 잔효성 실험은 약제를 처리한 후 벼멸구를 벼 잎에 올려놓아 섭식행동을 하도록 하고 4시간 동안 기록하였다. 실험에서 나온 전기적인 파형은 PROBE 3.
- , 2009). 하지만 본 실험에서와 같이 이러한 방법이 여의치 않을 때는 구침을 찌르지 않는파형(np)으로 우선 판단하고, 기존에 분석/보고된 파형을 근거로 섭식파형을 판단하였다.
- 그 결과를 분석하였다. 회로의 연결은 직경 18 인 금선 (Goodfellow, UK)을 3-4cm로 벼멸구 등쪽 가슴 중앙에 전도성 있는 페인트(Silver conductive paint, RS, 101-5621, UK)를 발라 부착하였고 벼멸구에 연결한 금선은 Giga-8 DC EPG amplifier에 연결하였다. 다른 한쪽은 식물의 뿌리쪽 흙에 연결하여 벼멸구가 구침활동을 할 때 회로가 연결되어 파형이 기록되도록 하였다.
대상 데이터
- 본 시험에 사용된 벼멸구(Mlugen)는 농촌진흥청 농업과학기술원 해충과에서 1993년도에 분양 받아 누대 사육 중인 것을 사용하였다. 벼멸구는 3주 동안 재배한 추청벼(za sativa cultivar Chucheong) 유묘를 기주로 플라스틱 사육용기(25x30x45 cm)를 이용하여 약제 노출 없이 누대 사육 하였으며, 실내 사육조건은 온도 25 土 rc, 광주기 16L : 8D, 상대습도 50~60%를 유지하였다.
- 시험에 사용된 약제는 벼멸구 방제용으로 시판되고 있는 상품인 Fenobucarb (50%, EC; 2-sec-butylphenyl methylcarbamate (BPMC)) 0.7 ppm, 0.4 ppm과 IMdacloped (8%, SC; l-[6-chloro-3-pyridinyl)methyl]-7V-nitro-2-iinidazolidi- nimine) 36 ppm, 12 ppm을 조제하여 실험에 사용하였다.
데이터처리
- 1). 벼멸구의 섭식행동의 차이는 EPG파형의 총 기간과 빈도, 처음으로 N4-a파형과 N4-b파형에 도달하기 까지 걸린 시간의 평균을 DMRT검정방법으로 유의수준 0.05% 이하에서 비교하였다. N4-a파형 또는 N4-b파형이 나타나지 않은 경우에는 총 기록시간(240분)을 결과 값에 포함시켜 파형의 도달 경과 시간을 계산하였다.
- 또한 기록시간 중 각 파형이 한번이라도 나타난 개체율을 백분율로 환산하여 약제 간 섭식행동 시간의 차이를 비교하였다. 침지시간에 따른 약효와 EPG파형과의 관계는 Excel 2007 프로그램(Microsoft Corporation, USA)에서 회귀분석법을 이용하여 분석하였다.
이론/모형
- 감로분비의 확인은 간단한 아미노산 검증 방법인 Rosen (1957)의 Ninhydrin method를 이용하여 실험충인 벼멸구가체관부를 섭식하는지 확인을 병행하였다. 그 결과 체관부 섭식 시간이 긴 대조구에서는 감로가 확인 되었지만, 약제 처리 구에서는 감로의 분비가 확인되지 않았다.
- 앞에서 언급했던 EPG setting과정에서 벼 아랫부분은 젖은 탈지면에 둘러싸이게 되므로 그 위에 filterpaper를 바로 올려 놓으면 모두 젖어버리기 때문에 그 전에 은박지를 끼워 놓았다. 이 방법은 감로 성분 중 아미노산을 검출해 내는 방법인 Rosen (1957)의 Ninhydrin method를 응용하였다. Ninhydrine 아미노산과 반응하면 청자색이 되기 때문에 filterpaper에 감로가 떨어진 후발 색(청자색) 여부 확인하였다.
성능/효과
- 결과에서 보듯이 모든 침지시간 모든 약제 처리구에서 구침을 찌르지 않는 시간이 매우 길게 나타남을 보여주고 있다. 구침을 찌르지 않는 것은 기주가 섭식하기에 적당하지 않음을 보여주는 하나의 반증이다.
- 섭식하는지 확인을 병행하였다. 그 결과 체관부 섭식 시간이 긴 대조구에서는 감로가 확인 되었지만, 약제 처리 구에서는 감로의 분비가 확인되지 않았다.
- 7 ppm에서 24시간 뿌리침 지 시간을 제외한 모든 침지시간대에서 파형을 확인할 수 있었다. 그러나 Imidacloprid 12 ppm으로 침지시간에 따라 처리 시 매우 짧은 시간 파형이 확인 되었고, 뿌리 침지 8시간 이후에는 파형을 확인할 수 없었다(Table 1). 또한 N4-a 파형은 Fenobucarb에서는 짧은 시간이지만 확인을 할 수 있었지만, Imidacloprid에서는 거의 확인을 할 수 없었다.
- 모든 처리구에서 파형이 관찰되지 않았다. 그러나 물관부 파형은 각 시간대 각 처리구에서 관찰되었는데, 물관부 섭식 파형이 짧지만, 거의 모든 시간대에서 나타남을 확인할 수 있었다(Table 1). 이 결과는 Saxena and Khan (1985)는 감수성 벼에 neem oil을 처리하였을 때, N.
- 그러나 Imidacloprid 12 ppm으로 침지시간에 따라 처리 시 매우 짧은 시간 파형이 확인 되었고, 뿌리 침지 8시간 이후에는 파형을 확인할 수 없었다(Table 1). 또한 N4-a 파형은 Fenobucarb에서는 짧은 시간이지만 확인을 할 수 있었지만, Imidacloprid에서는 거의 확인을 할 수 없었다. 실질적인 섭식 파형 인 N4-b 파형은 Fenobucarb 0.
- 벼 유묘를 Fenobucarb와 Imidacloprid 약제에 처리농도와 침지시간에 따른 벼멸구의 섭식과 관련된 파형(N3, N4-a, N4-b)과 보정살충율의 상관관계를 조사한 결과(Table 1), 두 약제가 비슷한 경향을 보였으며, F값은 Fenobucarb 0.4 ppm, 0.7 ppm 처리시 0.8864, 0.8361 그리고 Imidacloprid 12 ppm, 36 ppm 처리시 0.8342, 0.8139의 높은 상관관계를 나타내었다(Table 1). 체관부 섭식시간은 약제 침지시간이 길어질수록 짧아졌으며, 살충력은 증가함을 보였다.
- 벼 유묘를 Fenobucarb와 Imidacloprid의 처 리농도와 침지 시간에 따른 벼멸구의 np 파형과 보정사충율의 상관관계를 조사한 결과(Table 1), 두 약제간에 비슷한 경향을 보였으며, 값을 보면 Fenobucarb 0.4 ppm, 0.7 ppm 처리 시 0.8133, 0.8770 그리고 Imidacloprid 12 ppm, 36 ppm 처리시 0.8394, 0.8394로 높은 상관관계를 나타내었다(Table 1). 살충력은 np 파형이 짧을수록 낮게 나타나는 반면 np 파형이 길어지면보정살충율은 높게 올라가는 경향을 보여주었다.
- 체관부 섭식시간은 약제 침지시간이 길어질수록 짧아졌으며, 살충력은 증가함을 보였다. 벼멸구의 체관부 섭식에 관련된 파형 중 체관부 근처 파형인 N3 파형은 Fenobucarb 0.4 ppm에서 모든 침지시간대에서 파형을 확인할 수 있었지만, Fenobucarb 0.7 ppm에서 24시간 뿌리침 지 시간을 제외한 모든 침지시간대에서 파형을 확인할 수 있었다. 그러나 Imidacloprid 12 ppm으로 침지시간에 따라 처리 시 매우 짧은 시간 파형이 확인 되었고, 뿌리 침지 8시간 이후에는 파형을 확인할 수 없었다(Table 1).
- 그리고 복숭아혹진딧물에 대해서 기존에 알려진 신경전달물질 수용체를 차단하여 섭식저해, 마비, 방황에 의해 치사시키는 살충제로서 작용하는 것 같다고 보고한 예가 있다(Nauen and Elbert, 1994; 1997). 본 실험에서 Imidacloprid를 처리한 시험구에서 EPG 파형 분석시 특이하게 N6 파형이 나타남을 확인할 수 있었는데(Fig. IF), 이것은 벼멸구가 기주에 구침을 찔렀지만, 약제에 의해 마비가 되면서 구침을 찌른 상태가 유지되고 EPG의 회로는 연결된 상태가 유지되기에 non-probing 파형과 비슷한 파형을 보여주는 것으로 확인했다.
- 분석해 보았다. 본 실험에서 뿌리 침지 시간과 EPG의 관계를 알 수 있었는데, 결과에서 보듯이 EPG 파형 분석 시실질적인 섭식파형(N4-b)은 침지시간에 관계없이 파형이 매우 짧게 나타나거나 파형이 나타나지 않는 것을 확인했다. 구침을 찌르지 않는 파형(np)은 침지 시간이 길어질수록 섭식하지 않는 시간이 길어짐을 확인하였다.
- 본 실험에서 체관부 가까이 섭식을 시도하려는 파형은 나오나(N3, N4-a), 실질적 섭식파형(N4-b)은 약제 처리 시 12시간 이후에는 모든 처리구에서 파형이 관찰되지 않았다. 그러나 물관부 파형은 각 시간대 각 처리구에서 관찰되었는데, 물관부 섭식 파형이 짧지만, 거의 모든 시간대에서 나타남을 확인할 수 있었다(Table 1).
- Kimmins (1989)도 벼멸구에 대한 감수성 품종과 저항성 품종에 대한 섭식 행동 분석에서 감수성 품종에서 더 많은 체관부 섭식을 보여주었다고 보고 하였다. 본 실험에서는 뿌리 침지에 따른 약제 처리 시 체관부 섭식자인 벼멸구의 체관부 섭식 시간이 대조구에 비해 현저히 줄어드는 것을 확인하였다 (Fig. ID) 위에서 보고된 이전의 연구와 마찬가지로 비 적합 식물이나 저항성 식물에 대해 체관부 섭식시간이 적어짐을 약제 처리 시에도 확인하였다. 이것은 약제처리에 따른 섭식 행동 연구 시 구침을 찌르지 않는 행동과 마찬가지로 실질적인 섭식행동이 약제 효과 판단에 중요하다는 것을 확인하였다.
- 기주의 상태가 섭식하기에 불가능 할 시 충은 구침을 찌르지 않거나(np), 기주 탐색을 많이 하거나(N2, N3; 본 실험에서는 분리하지 않음), 실질적인 섭식(N4=b)을 하지 않음을 보여주었다. 본 실험의 결과에서 보여주듯이 체관부 섭식 자가 체관부를 섭식하지 않고, 물관부를 섭식하는 시간이 체관부 섭식시간보다 길다는 결과도 섭식 불가능하다는 것을 확인할 수 있었다.
- 8394로 높은 상관관계를 나타내었다(Table 1). 살충력은 np 파형이 짧을수록 낮게 나타나는 반면 np 파형이 길어지면보정살충율은 높게 올라가는 경향을 보여주었다. 이러한 경향은 담배가루이(Seo et al.
- (2002)은 벼멸구가 갖는 저항성 기작으로서 acetylchinestemse의 변경에 있다고 보고 하였고, Fenobucarb 약제를 많이 처리시 ace- tylchinesterase가 바뀌고 세대가 지나면서 더 높은 저항성을 보이게 된다고 보고하였다. 이런 문제를 최소하게 하기 위해서 벼멸구 방제 시에는 살충제 처리 양을 줄일 필요가 있다 본 연구의 결과에서 보듯이 Fenobucarb 0.4 ppm 처리 시 구침을 찌르지 않는 시간이 길게 나타남을 확인했듯이 살충제 처리 양을 줄여도 조금 늦지만, 방제가 가능할 것으로 판단되며, 살충제의 약을 줄임으로서 저항성 발달을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
- 8139의 높은 상관관계를 나타내었다(Table 1). 체관부 섭식시간은 약제 침지시간이 길어질수록 짧아졌으며, 살충력은 증가함을 보였다. 벼멸구의 체관부 섭식에 관련된 파형 중 체관부 근처 파형인 N3 파형은 Fenobucarb 0.
후속연구
- 이것은 실질적으로 섭식하지 않는 시간(N4-b)이 길어지고, 구침을 찌르지 않는시간(np)이 길어질수록 살충력도 높아짐을 확인하였다. 따라서 벼멸구는 벼에 직접적으로 흡즙하여 피해를 야기하므로, 벼멸구의 흡즙행동을 이해한다면, 방제를 위해 처리한 약제의 효과를 정확하게 판단할 수 있으며 약효의 중요한 기준을 제시할 수도 있을 것이다. 본 실험에서 약제별 작물체내 일정 농도 이상에서 섭식 억제 효과 및 살충효과를 확인할 수 있었으며 잔효 및 지속효과에 대한 추가적인 연구를 통해 벼멸구의 체계적 방제 방법을 재수립 할 수 있을 것으로 사료된다.
- 따라서 벼멸구는 벼에 직접적으로 흡즙하여 피해를 야기하므로, 벼멸구의 흡즙행동을 이해한다면, 방제를 위해 처리한 약제의 효과를 정확하게 판단할 수 있으며 약효의 중요한 기준을 제시할 수도 있을 것이다. 본 실험에서 약제별 작물체내 일정 농도 이상에서 섭식 억제 효과 및 살충효과를 확인할 수 있었으며 잔효 및 지속효과에 대한 추가적인 연구를 통해 벼멸구의 체계적 방제 방법을 재수립 할 수 있을 것으로 사료된다.
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