감마선이 무당벌레의 생존과 발육에 미치는 영향 Effects of Gamma Irradiation on the Survival and Development of the Multicolored Asian Ladybird Beetle, Harmonia axyridis (Coccinellidae; Coleoptera)원문보기
감마선을 조사하였을 경우에 무당벌레의 생존 및 발육, 산란, 부화와 같은 생식작용 및 이들 자손들의 성비에 미치는 영향을 조사하였다. 무당벌레 알은 조사선량 50 Gy 이상에서는 부화하지 못했으며, 1령과 3령 유충은 40 Gy 이상에서는 대부분 사망하였다. 번데기와 성충도 70 Gy 이상의 감마선 조사선량에 대해 조금씩 영향을 받기 시작하였다. 일정량의 감마선에 노출된 후에 정상적으로 생존하였다 하더라도, 유충과 번데기의 발육기간이 정상개체에 비해 길어지는 경향을 나타내었다. 감마선에 노출된 성충의 자손들은 일부 처리구에서 암컷이 편중적으로 나타나기도 하였으나, 세대가 진행될수록 성비가 안정되어 가는 것도 확인되었다. 대체적으로 F1과 F2세대에서 감마선에 의해 영향을 받는 것으로 확인되었다. 감마선에 조사된 후 생존한 개체의 세포를 코멧분석한 결과, DNA손상에 의한 코멧꼬리를 확인할 수 있었다.
감마선을 조사하였을 경우에 무당벌레의 생존 및 발육, 산란, 부화와 같은 생식작용 및 이들 자손들의 성비에 미치는 영향을 조사하였다. 무당벌레 알은 조사선량 50 Gy 이상에서는 부화하지 못했으며, 1령과 3령 유충은 40 Gy 이상에서는 대부분 사망하였다. 번데기와 성충도 70 Gy 이상의 감마선 조사선량에 대해 조금씩 영향을 받기 시작하였다. 일정량의 감마선에 노출된 후에 정상적으로 생존하였다 하더라도, 유충과 번데기의 발육기간이 정상개체에 비해 길어지는 경향을 나타내었다. 감마선에 노출된 성충의 자손들은 일부 처리구에서 암컷이 편중적으로 나타나기도 하였으나, 세대가 진행될수록 성비가 안정되어 가는 것도 확인되었다. 대체적으로 F1과 F2세대에서 감마선에 의해 영향을 받는 것으로 확인되었다. 감마선에 조사된 후 생존한 개체의 세포를 코멧분석한 결과, DNA손상에 의한 코멧꼬리를 확인할 수 있었다.
The effects of gamma irradiation on the survival, development, fecundity, and sex ratio of the multicolored Asian ladybird beetle (Harmonia axyridis) were investigated. A dose of more than 50 Gy dose of irradiation on eggs completely inhibited hatch, and 1st and 3rd instar larva irradiated with over...
The effects of gamma irradiation on the survival, development, fecundity, and sex ratio of the multicolored Asian ladybird beetle (Harmonia axyridis) were investigated. A dose of more than 50 Gy dose of irradiation on eggs completely inhibited hatch, and 1st and 3rd instar larva irradiated with over 40 Gy almost died. Adverse effects of gamma irradiation over 70 Gy were also observed in the survival and development of pupae and adults. Although irradiated individuals usually survived, they had longer periods of larval and pupal development than untreated individuals. Slight female-biased sex ratios were observed in some treatments. However, sex ratio differences soon equilibrated. Generally, inherited harmful effects of gamma irradiation were observed in F1 and F2 generations. Comet tail indicating DNA damage was showed in survival individuals exposed to gamma irradiation.
The effects of gamma irradiation on the survival, development, fecundity, and sex ratio of the multicolored Asian ladybird beetle (Harmonia axyridis) were investigated. A dose of more than 50 Gy dose of irradiation on eggs completely inhibited hatch, and 1st and 3rd instar larva irradiated with over 40 Gy almost died. Adverse effects of gamma irradiation over 70 Gy were also observed in the survival and development of pupae and adults. Although irradiated individuals usually survived, they had longer periods of larval and pupal development than untreated individuals. Slight female-biased sex ratios were observed in some treatments. However, sex ratio differences soon equilibrated. Generally, inherited harmful effects of gamma irradiation were observed in F1 and F2 generations. Comet tail indicating DNA damage was showed in survival individuals exposed to gamma irradiation.
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문제 정의
감마방사선은 돌연변이원으로 잘 알려져 있는 만큼, 색상다형현상을 보이는 무당벌레의 체색을 돌연변이원으로 바꿀 수 있는지를 확인하기 위해, 무당벌레의 알, 1령과 3령유충, 번데기, 성충에 대해 3 Gy 부터 최대 100 Gy까지 감마선을 조사하여 자손세대의 색상패턴을 조사하였으나, 앞날개색상패턴에 있어 뚜렷한 변화는 관찰되지 않았으나, 이들의 생존율, 발육기간, 알의 부화율 및 성비에 있어 정상개체와 상당한 차이를 보이며 감마선이 무당벌레의 생물학적 특성에 부정적인 영향을 미치는 것이 확인되었다, 산란 후 1일이 경과한 알에 3 Gy부터50 Gy까지 감마선을 조사하고 조사량에 따라 알의 부화율을 조사한 다음, 부화한 알을 실내에서 누대사육하여 F4세대까지 유충기간, 번데기기간을 조사하여 정상적으로 발육이 가능한지 확인하고자 하였다.
본 연구는 앞날개의 다형성을 보이는 무당벌레에 방사선을 조사하여 색상패턴 변화를 실험실에서 의도적으로 유도하여 앞 날개무늬패턴 연구를 위한 실험재료 확보를 위해 수행되었으나 색상패턴변화는 확인하지 못하고 무당벌레의 발육과 생존능력에 있어 부정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. 무당벌레의 종내에서의 앞날개 다형현상에 대한 원인은 아직까지 확실히 밝혀져 있지 않지만, 분자유전학적 특성의 차이에 기인한다는 주장과(Soares et al.
알에서 부화한 1령 유충에 10~50 Gy까지 방사선을 조사하고 생존율과 유충기간, 성비 및 번데기 기간을 측정하여 방사선 조사량에 따른 차이를 확인하고자 하였다.
제안 방법
감마선은 한국원자력연구원 방사선과학연구소의 60Co 감마선 조사시설을 이용하였으며, 20-25개로 구성된 알 덩어리는 60Co을 이용한 방사선 조사량(gray, Gy)을 0, 3, 5, 7, 10, 20, 30, 40, 50 Gy에 24시간 노출시키고 부화여부와 발육기간을 조사하였다.
유충에 대한 방사선 영향평가를 위해, 1령에서 3령까지 각각 15마리씩 0, 10, 20, 30, 40, 50 Gy에 24시간을 노출시키고 생육을 관찰하였으며, 번데기의 경우에는 15개를 0, 20, 40, 60, 70, 100, 300, 500 Gy에 24시간 노출시킨 후에 성충으로의 우화여부와 생존 여부를 관찰하였다. 성충의 경우에는 번데기에서 우화한 후 3일이 경과된 교미하지 않은 10마리의 개체를 사용하였으며, 30, 40, 50, 60, 70 Gy에 노출시킨 후에 교미와 산란 여부를 조사하였다. 각 발육단계별로 gamma선에 노출시킨 조사량을 달리한 것은 예비실험을 통하여 조사량이 높을 경우, 부화를 하지 못한다든가 발육하지 못하고 사망하는 경우가 발생해 이후 실험을 진행할 수 없었기 때문이며, 또한 모든 시험은 3반복으로 수행하였으며, 조사선량에 따른 차이를 확인하기 위해SPSS(PASW Statistics 18)에서 일원배치분산분석(One-way ANOVA)통계처리하여 유의성을 검정하였다.
성비에 있어서는 3 Gy와 7 Gy의 F4세대를 제외하고는 암컷을 비율이 높게 나타났는데, 방사선 조사량에 따른 뚜렷한 차이를 확인하기는 어려웠다(Table 2). 알 단계에서 방사선에 노출되었음에도 정상적으로 부화하고 성장한 성충의 산란한 알의 부화율을 측정하였다. 정상개체에 비해 조사량 모두에서 50%도 채 안 되는 부화율을 보여주어 방사선에 노출되어 정상적으로 성장한 무당벌레라 하더라도 그들의 발달이후 성충의 생식능력에 있어 부정적인 영향을 받은 것을 확인 할 수 있었다(Table 3).
Co을 이용한 방사선 조사량(gray, Gy)을 0, 3, 5, 7, 10, 20, 30, 40, 50 Gy에 24시간 노출시키고 부화여부와 발육기간을 조사하였다. 유충에 대한 방사선 영향평가를 위해, 1령에서 3령까지 각각 15마리씩 0, 10, 20, 30, 40, 50 Gy에 24시간을 노출시키고 생육을 관찰하였으며, 번데기의 경우에는 15개를 0, 20, 40, 60, 70, 100, 300, 500 Gy에 24시간 노출시킨 후에 성충으로의 우화여부와 생존 여부를 관찰하였다. 성충의 경우에는 번데기에서 우화한 후 3일이 경과된 교미하지 않은 10마리의 개체를 사용하였으며, 30, 40, 50, 60, 70 Gy에 노출시킨 후에 교미와 산란 여부를 조사하였다.
4M Tris용액에 10분간 두차례넣기를 반복하고 70% 에탄올로 세척 후 건조하였다. 이 후 SYBR Green I 1 ㎕+TE buffer 10 ml 염색용액을 처리하여 염색 후 건조하고 형광현미경(Leica DM5000B, Germany)으로 형광염색 된 코멧꼬리의 형성여부로 세포내 DNA 사슬의 손상정도를 관찰하였다.
Grill(1999)은 앞날개 색상패턴 발현이 유충시기의 먹이의 양에 의해 영향을 받는다고 보고한 바 있으며, Komai & Hosino(1951)는 번데기기간 동안에 온도와 습도 조건이 영향을 미칠 수 있음을 보고한 바 있다. 이러한 색상 패턴변화에 영향을 줄 수 있을 것으로 추정되는 자외선 또는 방사선에 의한 색상변이를 확인하는 과정에서 감마선이 무당벌레의 발육을 저해하고 자손의 성비의 불균형을 초래하며, 생식이나 생존에 영향을 미치는 것을 확인하게 되어 감마선 조사량에 따른 차이를 확인하고자 하였으며 이러한 차이의 원인을 파악하기 위해 Comet 분석을 통해 감마선에 의해 무당벌레의 DNA 손상정도를 관찰하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용된 무당벌레는 곤충사육실에서 목화진딧물과 복숭아혹진딧물, 무테두리진딧물을 먹이로 제공하면서 곤충사육용기(ø10×4 cm)에서 사육하였다.
데이터처리
성충의 경우에는 번데기에서 우화한 후 3일이 경과된 교미하지 않은 10마리의 개체를 사용하였으며, 30, 40, 50, 60, 70 Gy에 노출시킨 후에 교미와 산란 여부를 조사하였다. 각 발육단계별로 gamma선에 노출시킨 조사량을 달리한 것은 예비실험을 통하여 조사량이 높을 경우, 부화를 하지 못한다든가 발육하지 못하고 사망하는 경우가 발생해 이후 실험을 진행할 수 없었기 때문이며, 또한 모든 시험은 3반복으로 수행하였으며, 조사선량에 따른 차이를 확인하기 위해SPSS(PASW Statistics 18)에서 일원배치분산분석(One-way ANOVA)통계처리하여 유의성을 검정하였다.
성능/효과
1령과 3령 유충에 방사선을 조사한 후 생존한 개체를 사육하여 성충으로 우화시킨 후 산란한 알의 부화율을 조사한 결과, 방사선에 노출되지 않은 정상개체들에 비해 방사선 조사 개체들이 산란한 알의 부화율이 현저히 낮게 나타나, 알 단계에서 방사선에 노출된 개체들의 결과와 마찬가지로 방사선에 노출되어 정상적으로 성장한 무당벌레라 하더라도 성장 이후 생식능력 뿐만 아니라 자손세대에 부정적인 영향을 줄 수 있음을 보여주었다(Table 8).
3령 유충에 방사선을 조사한 결과도 1령 유충의 결과와 유사하게 방사선량이 높아질수록 생존율이 낮아지는 경향을 보였다. 40 Gy 조사량부터는 자손세대의 유충기간을 조사할 수 없을 정도로 생존개체의 수가 현저히 낮았으며, 우화했다 하더라도 곧바로 사망하여 이후 실험을 진행할 수 없었다.
3령 유충에 방사선을 조사한 결과도 1령 유충의 결과와 유사하게 방사선량이 높아질수록 생존율이 낮아지는 경향을 보였다. 40 Gy 조사량부터는 자손세대의 유충기간을 조사할 수 없을 정도로 생존개체의 수가 현저히 낮았으며, 우화했다 하더라도 곧바로 사망하여 이후 실험을 진행할 수 없었다. 유충기간은 조사선량에 관계없이 세대가 진전될수록 짧아지다가 F3세대부터 무처리 개체들과 유사한 발육기간을 보였다(Table 6).
후세대로 갈수록 부화율이 점점 감소하였으나 방사선량에 따른 차이를 확인하기는 어려웠다(Table 5). 동일한 조사선량에 대한 생존율은 발육단계별로도 차이를 보였는데, 알은 40 Gy에서도 일부 개체는 생존하여 부화하였으나, 유충은 40 Gy이상의 조사선량에서는 모든 개체가 사망하여 다음 단계의 실험을 진행할 수 없었던 만큼 무당벌레는 유충보다는 알이 감마선에 좀더 안전한 것으로 판단되었다.
번데기와 성충단계에 방사선을 조사한 결과, 알이나 유충단계보다 높은 생존율을 보여주었다. 두 단계 모두 100 Gy 이상의 조사량에 대해서는 100% 모두 성충으로 우화하지 못하거나 사망하였고, 번데기에 방사선을 조사하고 난 후 성비를 관찰한 결과, 40 Gy에서는 암컷의 비율이 상당히 높게 나타나며 성비 불균형을 보이는 것으로 확인되어, 일반적으로 번데기나 성충과 같이 발육이 거의 완성된 단계에서도 방사선이 생존과 발육, 성비에 부정적인 영향을 미치는 것으로 판단되었다(Table 9). 감마선에 의한 자손의 성비 불균형은 본 연구결과에서만 나타난 것은 아니다.
방사선에 조사된 후 생존한 모세대 개체의 DNA의 손상여부를 확인하기 위해 comet 분석을 수행한 결과, 3 Gy와 60 Gy가 조사된 개체는 무처리와 차이가 없었으나, 70 Gy가 조사된 일부 개체의 경우, DNA손상에 의해 생긴 코멧꼬리가 확인됨에 따라, 방사선 조사에 의해 DNA가 손상될 수 있는 가능성도 보여주었다(Fig. 1). 일반적으로 방사선 조사는 세포조직을 손상시키고 DNA의 화학적 결합을 붕괴하는 것으로 알려져 있는데, 이러한 DNA손상은 조사된 유기체의 발달이나 생식을 저해할 수 있는 결과로 이어질 수 있다.
40 Gy이상의 처리에서는 정상적으로 성장하지 못하여 유충기간을 조사할 수 없었다(Table 1). 번데기기간에 있어서도 방사선 처리에 의해 정상적인 용기간보다 길어지는 경향을 보였으며, 모세대와 F1세대에서는 무처리구에 비해 유충기간이 다소 지연되었으나, F2세대부터는 큰 차이를 보이지 않았다. 성비에 있어서는 3 Gy와 7 Gy의 F4세대를 제외하고는 암컷을 비율이 높게 나타났는데, 방사선 조사량에 따른 뚜렷한 차이를 확인하기는 어려웠다(Table 2).
번데기와 성충단계에 방사선을 조사한 결과, 알이나 유충단계보다 높은 생존율을 보여주었다. 두 단계 모두 100 Gy 이상의 조사량에 대해서는 100% 모두 성충으로 우화하지 못하거나 사망하였고, 번데기에 방사선을 조사하고 난 후 성비를 관찰한 결과, 40 Gy에서는 암컷의 비율이 상당히 높게 나타나며 성비 불균형을 보이는 것으로 확인되어, 일반적으로 번데기나 성충과 같이 발육이 거의 완성된 단계에서도 방사선이 생존과 발육, 성비에 부정적인 영향을 미치는 것으로 판단되었다(Table 9).
알에 감마선을 조사하여 식품의 저장 시 해충의 오염이나 발생을 차단하는 실험결과에서 확인해보면, 담배제품의 권연벌레 알 방제는 0.8 Gy에서도 모두 사망하며 방제되었으며(Ohh and Chung, 1994), 무당벌레는 50 Gy 이상 조사 시 알의 부화가 거의 이루어지지 않는 것이 확인되었다.
40 Gy 조사량부터는 자손세대의 유충기간을 조사할 수 없을 정도로 생존개체의 수가 현저히 낮았으며, 우화했다 하더라도 곧바로 사망하여 이후 실험을 진행할 수 없었다. 유충기간은 조사선량에 관계없이 세대가 진전될수록 짧아지다가 F3세대부터 무처리 개체들과 유사한 발육기간을 보였다(Table 6). 성비와 번데기 기간은 전 세대에 걸쳐 무처리구와의 차이를 보이지 않았으며 조사량에 따른 차이도 나타내지 않았다(Table 7).
8 Gy에서도 모두 사망하며 방제되었으며(Ohh and Chung, 1994), 무당벌레는 50 Gy 이상 조사 시 알의 부화가 거의 이루어지지 않는 것이 확인되었다. 이러한 감마선 조사는 사실상 노출된 그 세대뿐만 아니라, 방사선 조사 후 생존하였다 하더라도 그 다음세대의 생존과 산란율 및 부화율에 영향을 미치는 것으로 확인되었는데, 본 실험에서도 F1 세대까지는 감마선에 노출되지 않은 개체와의 발육 및 생식에 있어 큰 차이를 보였다. Ayvaz et al.
감마방사선은 돌연변이원으로 잘 알려져 있는 만큼, 색상다형현상을 보이는 무당벌레의 체색을 돌연변이원으로 바꿀 수 있는지를 확인하기 위해, 무당벌레의 알, 1령과 3령유충, 번데기, 성충에 대해 3 Gy 부터 최대 100 Gy까지 감마선을 조사하여 자손세대의 색상패턴을 조사하였으나, 앞날개색상패턴에 있어 뚜렷한 변화는 관찰되지 않았으나, 이들의 생존율, 발육기간, 알의 부화율 및 성비에 있어 정상개체와 상당한 차이를 보이며 감마선이 무당벌레의 생물학적 특성에 부정적인 영향을 미치는 것이 확인되었다, 산란 후 1일이 경과한 알에 3 Gy부터50 Gy까지 감마선을 조사하고 조사량에 따라 알의 부화율을 조사한 다음, 부화한 알을 실내에서 누대사육하여 F4세대까지 유충기간, 번데기기간을 조사하여 정상적으로 발육이 가능한지 확인하고자 하였다. 일반적으로 방사선을 처리하지 않은 알은 평균 76.3%의 부화율을 나타내는데, 방사선이 조사된 알은 부화율이 현저히 낮아질 뿐만 아니라 50 Gy 이상 조사된 알은 모두 부화하지 않는 것이 확인되었다. Aye et al.
알 단계에서 방사선에 노출되었음에도 정상적으로 부화하고 성장한 성충의 산란한 알의 부화율을 측정하였다. 정상개체에 비해 조사량 모두에서 50%도 채 안 되는 부화율을 보여주어 방사선에 노출되어 정상적으로 성장한 무당벌레라 하더라도 그들의 발달이후 성충의 생식능력에 있어 부정적인 영향을 받은 것을 확인 할 수 있었다(Table 3). 알에 감마선을 조사하여 식품의 저장 시 해충의 오염이나 발생을 차단하는 실험결과에서 확인해보면, 담배제품의 권연벌레 알 방제는 0.
후속연구
방사선 조사는 농산물이나 식품의 살균, 살충 기술로 많이 이용되고 있고 최근에는 전자빔을 이용한 해충방제 기술을 개발하는 연구결과도 속속 보고되고 있다. 이러한 방사선 조사는 방제 대상 해충의 발육 및 생식을 저해하고 성비의 불균형을 초래하여 이후 발생하게 될 해충 개체군수를 최소화 시킬 수 있는 효과적인 방제수단이 될 수 있지만, 이러한 방사선이 유기체에 미치게 될 영향평가를 충분히 수행한 후 선택적으로 활용되어야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
감마선은 식품이나 저장곡물에 어떻게 활용되는가?
감마선은 식품이나 저장곡물의 해충방제에 널리 이용되고 있는 방제 방법이다(Browen et al., 1971; Ahmed, 1990; Wang, 1990; Mikhaiel, 1996).
감마선 조사가 기존 살충제에 비해 지닌 장점은 무엇인가?
, 1971; Ahmed, 1990; Wang, 1990; Mikhaiel, 1996). 기존 살충제가 환경 및 인축독성에 문제가 되는 반면에 일정한 선량의 감마선 조사는 인축에 안전할 뿐만 아니라 살충제처럼 잔류로 인한 환경파괴 우려가 적은 것으로 알려져 있다(Adamiker, 1975). 현재 식품의 방사선 조사는 선진국을 중심으로 실용화가 이루어지고 있으며, WHO(1981)에서는 10 kGy이하로 조사된 모든 식품의 안전성을 공식적으로 인정하기도 하였다.
국내에서 허가된 식품의 방사선 조사 범위는 얼마인가?
현재 식품의 방사선 조사는 선진국을 중심으로 실용화가 이루어지고 있으며, WHO(1981)에서는 10 kGy이하로 조사된 모든 식품의 안전성을 공식적으로 인정하기도 하였다. 국제원자력기구(IAEA)의 2008년 보고에 따르면 전 세계적으로 약 50여개 국가에서 230개 이상의 식품군에 방사선을 조사하여 식품의 저장하거나 유통시킬 때에 유해생물에 오염되지 않도록 관리하고 있는 것으로 나타나 있으며, 국내에서는 26개 품목에 대해 0.15~10kGy 범위의 감마선 조사가 허가되어 있다 (KFDA, 2008). 이러한 방사선을 이용한 해충방제는 여러 연구자들에 의해 이루어지고 있는데, 권연벌레(Lasioderma serricorne)의 알이 0.
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