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문제 정의
- 국내에서 저병원성 소나무재선충의 연구 초기 당시, 필자는 일본 삼림총합연구소로부터 저병원성 계통의 소나무재선충을 분양 받아 일본에서의 저병원성 소나무재선충 초기연구와 유사한 실험을 수행하는 과정에 국내의 소나무에서 분리된 재선충의 isolate (한개의 피해목 절편 샘플 또는 한 마리의 하늘소 매개충으로부터 분리‧배양된 단위)에서도 저병원성 계통을 발견하게 되었으며, 이어 저병원성 선충은 고사하고 수년이 경과한 고사목에서는 흔히 관찰됨을 알게 되었다. 본 연구는 우리나라의 소나무재선충 피해림에서 저병원성 선충의 출현 양상과 이의 인공접종에 의한 소나무의 유도저항성, 그리고 저병원성 선충의 번식 능력 등을 검토함으로써 차후 이를 이용한 소나무재선충의 생물적 방제법 개발을 위한 기초자료를 제공하기 위하여 수행되었다.
제안 방법
- 접종 방법은 줄기를 2 mm 정도 두께로 약 10 mm를 칼로 내려 자르고 약 20° 벌린 틈에 선충현탁액(선충 약 1,000 마리)을 50 µl 떨어뜨렸다. Tamura (1984)에 의하면 접종된 선충은 4일후까지는 접종부위에 머물러 있으므로, 본 실험에서는 접종 후의 정착률은 접종 2일 후 접종부위의 줄기 2 cm를 채취하였고, 수체내 부위별 선충 밀도는 접종 30일 후 접종부위, 접종부위로부터 약 15 cm 떨어진 상부, 하부의 줄기, 그리고 측지를 채취하여 조사하였다. 채취된 샘플은 전정가위로 3 × 3 × 3 mm 크기의 절편을 만든 후 Kimwipes 여과지로 싸고 증발접시(90 ml, 직경 80 mm, 높이 45 mm) 안의 그릇 모양으로 구부린 철망(1.
- 2006~2007 실험에는 저병원성 소나무재선충 2계통(isolate: C14-5 및 OKD-1)을 일본삼림총합연구소에서 분양받아 사용하였으며, 2008년도에는 국립산림과학원 산림병해충과 및 남부산림연구소에서 계대배양하던 선충 계통 중 저병원성 계통이 우연히 발견되어(isolate: Jinju) 이들 3계통의 저병원성 선충이 사용되었다. 각 저병원성 계통의 선충을 선접종하고 일정기간 경과 후 고병원성 선충을 후접종하여 처리별 공시목에서의 고사율을 조사함으로써 저병원성 선충의 선접종에 의한 유도저항성 효과를 테스트하였다. 계통별 선충은 잿빛곰팡이병균(Botrytis cinerea)의 균사배지상에 배양하여, 만연된 배지는 Baermann funnel에 뒤집어 올려놓고 25℃ 내외에서 12 시간 정도 경과 후에 기울여 놓은 4각통에 선충 현탁액을 따르고 2시간 후 가라앉은 선충을 스포이드로 채취하였다.
- 접종 선충수는 저병원성의 경우 접종 부위당 5,000 마리, 즉 공시목당 1만 마리이었으며 고병원성은 접종 부위당 2,500 마리, 즉 공시목당 5,000 마리이었다. 계통별 선충을 접종하고 일정기간 경과 후 공시목의 고사율을 조사하였는데, 각 공시목의 갈변된 침엽이 20% 이하인 경우는 건전, 80% 이상은 고사, 20% 초과부터 80% 미만은 0.5본 고사로 간주하여 1개 반복내 공시목 4본의 평균치를 산정하였다. 실험 규모는 각 처리당 4본 × 4반복으로서, 처리간의 유의성 검정은 SPSS를 이용한 일원배치분산분석에 따른Duncan의 다중검정에 의하였다.
- 계통별 선충의 현탁액을 수고 60 cm 정도의 소나무 치수 줄기 중앙부에 접종한 후 소나무의 부위별 선충 밀도를 조사하였다. 사용된 isolate는 Sacheon (고병원성)과 Jinju (저병원성)로서 선충 계통별로 소나무 치수 10본에 접종하였다.
- 분리·배양된 선충은 isolate별로 각각 6본의 소나무치수에 접종하여 병원성을 검정하였다.
- 소나무재선충에 의하여 고사가 진행중인 피해목 또는 최근 고사한 나무에서 채집된 선충은 모두 고병원성 선충임이 판명됨에 따라 고사한지 오래된 피해목에서 선충을 채집하여 병원성을 검정하였다. 경상남도 진주시 소나무재선충 피해림에 존치된 피복망(소나무재선충 피해목의 처리방법으로서, 우화탈출한 하늘소는 밖으로 빠져 나오지 못하고 하늘소의 기생벌은 탈출할 수 있도록 고안되었음.
- 철망 아래부위와 증발접시 바닥간의 간격은 약 10 mm이었고 수면과 증발접시 상부 테두리간의 거리는 약 10 mm이었다. 실험실의 온도는 약 23℃이었으며 침적 15시간 후 철망을 걷어내고 약 3시간 후 가라앉은 선충들의 개체수를 검경하였다.
- 계통별 선충은 잿빛곰팡이병균(Botrytis cinerea)의 균사배지상에 배양하여, 만연된 배지는 Baermann funnel에 뒤집어 올려놓고 25℃ 내외에서 12 시간 정도 경과 후에 기울여 놓은 4각통에 선충 현탁액을 따르고 2시간 후 가라앉은 선충을 스포이드로 채취하였다. 실험을 위한 공시목은 근원경 1.5 cm, 수고 1 m 내외의 4-5년생 적송으로서, 저병원성선충 선접종은 지상 10-15 cm 부위에, 고병원성(isolate: Sacheon)의 후접종은 선접종 지점으로부터 위의 5 cm 정도 떨어진 지점에 처리하였다. 처리방법은 두께 약 2 mm, 길이 10mm 정도를 위에서 아래로 잘라 절단부를 20° 정도 벌린 후 선충 현탁액 40 µl를 절개부위에 떨어뜨려 현탁액이 표면장력에 의하여 머물러 있게 하였으며 이때 접종은 2개 부위에 1본당 접종량의 절반씩 나누어 처리하였다.
- 일본의 소나무재선충 피해림에서 수집된 선충의 상당수가 저병원성이었던 결과(Kiyohara and Bolla, 1990)에 의거, 국내에서 저병원성 선충의 발생빈도를 조사하였다.
- 잿빛곰팡이병 균사배지 상에 만연된 계통별 고병원성 및 저병원성 선충 배지로부터 1 × 2 cm의 절편을 채취하여 선충 계통별로 10개의 잿빛곰팡이병 균사가 만연된 배지 상에 접종한 후, 모든 배지에서 선충의 90%이상이 만연될 때까지 각 배지에서 선충의 만연에 소요되는 시일을 조사하였다.
- 채취된 샘플은 전정가위로 3 × 3 × 3 mm 크기의 절편을 만든 후 Kimwipes 여과지로 싸고 증발접시(90 ml, 직경 80 mm, 높이 45 mm) 안의 그릇 모양으로 구부린 철망(1.1 mm mesh, 철사 굵기 0.4 mm) 위에 올려 놓았다.
- 처리방법은 두께 약 2 mm, 길이 10mm 정도를 위에서 아래로 잘라 절단부를 20° 정도 벌린 후 선충 현탁액 40 µl를 절개부위에 떨어뜨려 현탁액이 표면장력에 의하여 머물러 있게 하였으며 이때 접종은 2개 부위에 1본당 접종량의 절반씩 나누어 처리하였다.
대상 데이터
- 2006~2007 실험에는 저병원성 소나무재선충 2계통(isolate: C14-5 및 OKD-1)을 일본삼림총합연구소에서 분양받아 사용하였으며, 2008년도에는 국립산림과학원 산림병해충과 및 남부산림연구소에서 계대배양하던 선충 계통 중 저병원성 계통이 우연히 발견되어(isolate: Jinju) 이들 3계통의 저병원성 선충이 사용되었다. 각 저병원성 계통의 선충을 선접종하고 일정기간 경과 후 고병원성 선충을 후접종하여 처리별 공시목에서의 고사율을 조사함으로써 저병원성 선충의 선접종에 의한 유도저항성 효과를 테스트하였다.
- 소나무재선충에 의하여 고사가 진행중인 피해목 또는 최근 고사한 나무에서 채집된 선충은 모두 고병원성 선충임이 판명됨에 따라 고사한지 오래된 피해목에서 선충을 채집하여 병원성을 검정하였다. 경상남도 진주시 소나무재선충 피해림에 존치된 피복망(소나무재선충 피해목의 처리방법으로서, 우화탈출한 하늘소는 밖으로 빠져 나오지 못하고 하늘소의 기생벌은 탈출할 수 있도록 고안되었음.) 내의 2007년도 고사목 6본 및 2008년도 고사목 7본에서 본당 4부위의 목편을 2010년도에 채취하여 선충을 분리하였다. 분리·배양된 선충은 isolate별로 각각 6본의 소나무치수에 접종하여 병원성을 검정하였다.
- 각 저병원성 계통의 선충을 선접종하고 일정기간 경과 후 고병원성 선충을 후접종하여 처리별 공시목에서의 고사율을 조사함으로써 저병원성 선충의 선접종에 의한 유도저항성 효과를 테스트하였다. 계통별 선충은 잿빛곰팡이병균(Botrytis cinerea)의 균사배지상에 배양하여, 만연된 배지는 Baermann funnel에 뒤집어 올려놓고 25℃ 내외에서 12 시간 정도 경과 후에 기울여 놓은 4각통에 선충 현탁액을 따르고 2시간 후 가라앉은 선충을 스포이드로 채취하였다. 실험을 위한 공시목은 근원경 1.
- 목편은 지상 5-6 m의 측지 중 줄기와 가장 가까운 부분에서 채취하였으며, 약 3 × 3 × 3 mm 크기의 chip을 만들어 Baermann funnel로 선충을 분리한 후 잿빛곰팡이병 균사배지에서 증식시켜 소나무치수에 접종하였다.
- 계통별 선충의 현탁액을 수고 60 cm 정도의 소나무 치수 줄기 중앙부에 접종한 후 소나무의 부위별 선충 밀도를 조사하였다. 사용된 isolate는 Sacheon (고병원성)과 Jinju (저병원성)로서 선충 계통별로 소나무 치수 10본에 접종하였다. 접종 방법은 줄기를 2 mm 정도 두께로 약 10 mm를 칼로 내려 자르고 약 20° 벌린 틈에 선충현탁액(선충 약 1,000 마리)을 50 µl 떨어뜨렸다.
- 일본 삼림총합연구소에서 분양받은 두 계통의 저병원성 소나무재선충 C14-5 및 OKD-1을 소나무 치수에 선접종하고 일정시간 경과후 고병원성 선충을 후접종하여 공시목의 상태를 관찰한 결과는 Fig. 1과 같다.
- 일본의 소나무재선충 피해림에서 수집된 선충의 상당수가 저병원성이었던 결과(Kiyohara and Bolla, 1990)에 의거, 국내에서 저병원성 선충의 발생빈도를 조사하였다. 일본의 경우 피해연혁이 오래된 남부지역에서 저병원성 선충의 발생빈도가 높았으므로, 이에 착안하여 국내 소나무재선충 최초발생지와 가까운 경상남도 5개 지역의 소나무재선충 피해림에서 피해고사목 및 인근의 고사진행목과 건전목 106본으로부터 공시목당 1개씩의 목편을 채취했다. 목편은 지상 5-6 m의 측지 중 줄기와 가장 가까운 부분에서 채취하였으며, 약 3 × 3 × 3 mm 크기의 chip을 만들어 Baermann funnel로 선충을 분리한 후 잿빛곰팡이병 균사배지에서 증식시켜 소나무치수에 접종하였다.
데이터처리
- 실험 규모는 각 처리당 4본 × 4반복으로서, 처리간의 유의성 검정은 SPSS를 이용한 일원배치분산분석에 따른Duncan의 다중검정에 의하였다.
성능/효과
- 본 연구에서는 국내의 저병원성 소나무재선충을 탐색하는 과정에 한반도에서 가장 피해가 오래된 경남지역에서 샘플을 채취하여 병원성을 검경한 바Table 1과 같이 모두 고병원성이었는데, 현재 국내에서는 소나무재선충 피해목은 발견되는 즉시 벌채하므로 생물검정에 사용된 선충은 모두 고사한지 수개월 이내의 나무에서 채집된 것으로 보이며, 따라서 신규고사목에 존재하는 선충은 고병원성이었던 것으로 판단된다. 반면 고사한지 2-3년 된 벌채목에서의 선충은 저병원성일 가능성이 높았다(Fig.
- (2005)은 고병원성 및 저병원성계통의 잿빛곰팡이병 균사배지에서의 번식속도는 고병원성계통이 보다 빨랐음을 보고하였다. 본 연구의 고병원성선충 및 저병원성선충의 잿빛곰팡이병 균사배지에서의 증식속도에 있어 고병원성계통 Chuncheon은 접종 4일 후 만연이 완료되었고, 저병원성계통 C14-5중 빠른 것은 접종 6일 후에 만연되고 늦은 것은 11일 후에 만연되어 증식속도에 큰 차이를 보였다. 그러나 이들을 제외한 고병원성 2계통과 저병원성 3계통은 증식속도에 큰 차이가 없었다(Table 3).
- Kiyohara (1984)는 고병원성선충만 접종한 소나무, 저병원성선충만 접종한 소나무, 저병원성선충의 선접종 후 고병원선충을 후접종한 소나무에서의 시일 경과 별 선충밀도를 조사한 결과 고병원성 선충 처리구에서는 접종 10일 후부터 선충 개체수가 괄목할만한 증가를 보인 반면, 저병원성 선충만 접종한 소나무 및 저병원성선충의 선접종 후 고병원성 선충을 후접종한 처리구에서는 선충의 증식이 되지 않았음을 보고하였다. 이들 결과에서 보면 소나무는 선충류에 대하여 Painter (1951)가 제시한 기주식물의 해충에 대한 저항성의 3요소 중 항생성(antibiosis)을 가지고 있는데, 저병원성 소나무재선충은 수목항생성의 영향을 받아 증식이 어렵다는 것, 그리고 고병원성선충은 소나무 고유의 항생성을 극복하는 능력이 있어 기주체내에서 쉽게 증식한다는 것이 추론된다. 한편 저병원성선충을 선접종한 나무의 경우 항생성이 보다 증대되어 고병원성 선충의 증식을 억제하는 능력을 갖게 되는 것인지, 또는 저병원성 선충과의 간섭현상에 의하여 고병원성 선충의 증식이 억제되는 것인지 등에 대하여는 보다 면밀한 연구가 요구된다.
- 한편 Kosaka (2004)의 경우 선접종 2개월 후가 1개월 후보다 유도저항성 효과가 높아 현재까지의 실험에 따라 다소 상이한 결과가 나타났으므로 앞으로 실험환경 등을 포함한 보다 구체적인 연구가 필요하리라 사료된다. 저병원성 선충을 2006년 7월14일에 선접종하고 익년 7월2일에 고병원성 선충을 후접종한 처리구(B와 C)는 고병원성 선충만 같은 시기에 접종한 것(A)에 비하여 수목고사율이 낮아 저병원성 선충의 선접종 효과가 최소 1년 가량 지속되는 것으로 나타났다. 2006년도에 고병원성 선충만 접종한 처리구(D와 G)에서, 9월7일에 접종한 공시목은 7월28일에 접종한 것에 비하여 고사율이 낮았는데, 이는 접종 후 기온이 낮아 선충의 급속한 증식이 억제되었기 때문으로 보인다.
- 저병원성 선충의 반복접종 효과를 테스트하기 위한 실험에서, 대부분의 경우 저병원성 선충을 2회 선접종한 처리구(E, F, G)는 1회 선접종한 것(H, I, J)보다 수목피해 정도가 낮았다(Fig. 2).
- 저병원성선충 3계통(C14-5, OKD-1, Jinju) 모두 소나무치수에의 접종 2일 후의 초기정착률은 고병원성 선충보다 낮지 않았으나 접종 30일 후의 증식률은 수목의 모든 부위에서 고병원성 선충보다 현저히 낮았다(Table 2). Kiyohara (1984)는 고병원성선충만 접종한 소나무, 저병원성선충만 접종한 소나무, 저병원성선충의 선접종 후 고병원선충을 후접종한 소나무에서의 시일 경과 별 선충밀도를 조사한 결과 고병원성 선충 처리구에서는 접종 10일 후부터 선충 개체수가 괄목할만한 증가를 보인 반면, 저병원성 선충만 접종한 소나무 및 저병원성선충의 선접종 후 고병원성 선충을 후접종한 처리구에서는 선충의 증식이 되지 않았음을 보고하였다.
- 채집된 106개의 목편 중 완전히 고사한 소나무입목에서 분리·배양된 9개의 소나무재선충 isolate 및 부분적으로 고사하였거나 외견적으로 건전한 소나무입목에서 분리·배양된 8개의 isolate, 도합 17개 isolate의 병원성을 검정한 결과, Table 1과 같이 모두 고병원성으로 판명되었다.
- 4 mm) 위에 올려 놓았다. 철망 아래부위와 증발접시 바닥간의 간격은 약 10 mm이었고 수면과 증발접시 상부 테두리간의 거리는 약 10 mm이었다. 실험실의 온도는 약 23℃이었으며 침적 15시간 후 철망을 걷어내고 약 3시간 후 가라앉은 선충들의 개체수를 검경하였다.
- 저병원성 선충의 선접종(2006년 7월14일) 14일 후 고병원성을 후접종한 처리구(E와 F)의 공시목 고사율은 고병원성 선충만 처리한 것(D)과 차이가 없어 2주일은 유도저항성을 발현시키는데 충분하지 않은 기간으로 보인다. 한편, 저병원성 선충을 2006년 7월14일 선접종하고 동년 9월7일에 고병원성 선충을 후접종한 결과(H와 I), 선접종을 하지 않은 처리구(G)보다 수목고사율이 다소 낮아 저항성유도효과가 인정되었다. 이와 관련된 일본에서의 연구 결과는 Kiyohara(1984)의 경우 선접종 5일후부터 유도저항성 효과가 나타났으며 선접종 21일내지 30일 후의 유도저항성 효과가 가장 높았고 그 이후에는 효율성이 다소 떨어졌음을 보고한바 있다.
- 현재로서 구체적인 실험자료는 없으나, 잿빛곰팡이병 균사배지에서 저병원성 선충은 같은 저온저장(3-4℃) 조건에서 고병원성 선충보다 오랜기간 생존함이 관찰되었다. Iwahori et al.
후속연구
- 수목이 고사하여 일정시간이 경과한 후 저병원성선충만 존재하는 시기에 하늘소가 고사목에서 탈출하도록 조절하는 것이 가능하다면(수목고사 후 일정기간에 한하여 메프유제 살포에 의한 고사목 탈출성충의 구제, 또는 일정기간의 피복망 이용 등에 의하여), 하늘소는 저병원성선충을 체내에 가지고 탈출하여 인근의 건전목에 전파할 것이고 이러한 현상이 반복되면 임분의 저항성이 유도되어 결국 소나무재선충의 피해를 자연적으로 억제하는 방법이 개발될 가능성이 있을 것이므로 앞으로 이와 관련된 구체적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 이와 관련된 일본에서의 연구 결과는 Kiyohara(1984)의 경우 선접종 5일후부터 유도저항성 효과가 나타났으며 선접종 21일내지 30일 후의 유도저항성 효과가 가장 높았고 그 이후에는 효율성이 다소 떨어졌음을 보고한바 있다. 한편 Kosaka (2004)의 경우 선접종 2개월 후가 1개월 후보다 유도저항성 효과가 높아 현재까지의 실험에 따라 다소 상이한 결과가 나타났으므로 앞으로 실험환경 등을 포함한 보다 구체적인 연구가 필요하리라 사료된다. 저병원성 선충을 2006년 7월14일에 선접종하고 익년 7월2일에 고병원성 선충을 후접종한 처리구(B와 C)는 고병원성 선충만 같은 시기에 접종한 것(A)에 비하여 수목고사율이 낮아 저병원성 선충의 선접종 효과가 최소 1년 가량 지속되는 것으로 나타났다.
- 이들 결과에서 보면 소나무는 선충류에 대하여 Painter (1951)가 제시한 기주식물의 해충에 대한 저항성의 3요소 중 항생성(antibiosis)을 가지고 있는데, 저병원성 소나무재선충은 수목항생성의 영향을 받아 증식이 어렵다는 것, 그리고 고병원성선충은 소나무 고유의 항생성을 극복하는 능력이 있어 기주체내에서 쉽게 증식한다는 것이 추론된다. 한편 저병원성선충을 선접종한 나무의 경우 항생성이 보다 증대되어 고병원성 선충의 증식을 억제하는 능력을 갖게 되는 것인지, 또는 저병원성 선충과의 간섭현상에 의하여 고병원성 선충의 증식이 억제되는 것인지 등에 대하여는 보다 면밀한 연구가 요구된다.
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