[논문]한국 논에서 제초제 저항성잡초의 발생 현황, 메카니즘 및 방제

박태선; 성기영; 조현숙; 서명철; 강항원; 박기웅

doi:10.7744/cnujas.2014.41.2.085

한국 논에서 제초제 저항성잡초의 발생 현황, 메카니즘 및 방제
Current status, mechanism and control of herbicide resistant weeds in rice fields of Korea 원문보기

농업과학연구 = CNU Journal of agricultural science, v.41 no.2, 2014년, pp.85 - 99

박태선 (농촌진흥청 국립식량과학원) , 성기영 (농촌진흥청 국립식량과학원) , 조현숙 (농촌진흥청 국립식량과학원) , 서명철 (농촌진흥청 국립식량과학원) , 강항원 (농촌진흥청 국립식량과학원) , 박기웅 (충남대학교 식물자원학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Sulfonylurea (SU)-resistant weeds of eight annual weeds, Monochoria vaginalis, Scirpus juncoides and Cyperus difformis, etc., and four perennial weeds, Scirpus planiculmis, Sagittaria pigmaea, Eleocharis acicularis and Sagittaria trifolia as of 2013 since identification Monochoria korsakowii in the reclaimed rice field in 1998. And the resistant Echinochloa oryzoides to ACCase and ALS inhibitors has been confirmed in rice fields of the southern province, Korea in 2009. In the beginning, the M. vaginalis, S. juncoides and C. difformis of these SU-resistant weeds were rapidly and individually spreaded in different fields, however, these resistant weeds have been occurring simultaneously in the same filed recently. The resistant biotype by weed species demonstrated about 10-to 1,000-fold resistance, based on $GR_{50}$ values of the SU herbicides tested. And the resistant biotype of E. oryzoides to cyhalofop-butyl, pyriminobac-methyl, and penoxsulam was about 14, 8, and 11 times more resistant than the susceptible biotype base on $GR_{50}$ values. The products and applied area of SU-included herbicides have been increased rapidly, and have accounted for about 69% and 96% in Korea, respectively. In Korea, the main cause of SU-resistant weed is extensive use of these herbicides. The top ten herbicides by applied area were composed of all SU-included herbicides by 2003. The concentrated and successive treatment of ACCase and ALS inhibitors for control of barnyardgrass in rice led up to the resistance of E. oryzoides. Also, SU-herbicides like pyrazosulfuron-ethyl and imazosulfuron which effective to barnyardgrass can be bound up with the resistance of E. oryzoides. The ALS activity isolated from the resistant biotype of M. korsakowii to SU-herbicides tested was less sensitive than that of susceptible biotype. The concentration of herbicide required for 50% inhibition of ALS activity ($I_{50}$) of the SU-resistant M. korsakowii was 14-to 76-fold higher as compared to the susceptible biotype. No differences were observed in the rates of [$^{14}C$]bensulfuron uptake and translocation. Acetolactate synthase (ALS) genes from M. vaginalis resistant and susceptible biotypes against SU-herbicides revealed a single amino acid substitution of proline (CCT), at 197th position based on the M. korsakowii ALS sequence numbering, to serin (TCT) in conserved domain A of the gene. Carfentrazone-ethyl and pyrazolate were used mainly to control SU-resistant M. vaginalis by 2006 in Korea. However, the alternative herbicides such as benzobicyclone, to be possible to control simultaneously the several resistant weeds, have been developing and using broadly, because the several resistant weeds have been occurring simultaneously in the same fieled. The top ten herbicides by applied area in Korea have been occupied by products of 3-way mixture type including herbicides with alternative mode of action for the herbicide resistant weeds. Mefenacet, fentrazamide and cafenstrole had excellent controlling effects on the ACCase and ALS inhibitors resistant when they were applied within 2nd leaf stage.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

일단 SU계 제초제 저항성잡초들이 발생하면 기존에 사용하고 있는 제초제로는 방제가 불가능한 실정이기 때문에 농업인과 전국 지도기관으로부터 민원이 급증하고 있다. 따라서 본고에서는 현재까지 국내 논에서 저항성잡초들의 발생 현황과 방제전략을 종합적으로 기술하여 제초제 저항성잡초를 관리할 수 있는 방안을 제안하고자 한다.

성능/효과

2014년까지 국내 논에서 sulfonylurea(SU)계 제초제들에 대한 저항성잡초로 확인된 잡초들 1998년도에 충남서산 간척지 논에서 물옥잠이 확인된 이후 일년생 물달개비, 올챙이고랭이, 알방동사니 등 9초종, 다년생 올미, 새섬매자기 등 다년생 잡초 4초종이 발생하여 총 13초종이다. 그리고 2009년 ACCase 및 ALS 저해제들에 대한 저항성 피가 담수직파 논의 서·남부지역에서 처음 확인되었다.
저항성잡초들의 생체중 50%를 억제하는 제초제 농도(GR₅₀)는 저항성 계통이 감수성 계통에 비해 수 십배에서 수 천배 높게 나타났다. ACCase 및 ALS 저해 제초제들인 cyhalofop-butyl, pyriminobac-methyl, penoxsulam 저항성 강피에 대한 저항성 계통의 GR₅₀은 감수성 계통에 비해 각각 14, 8, 11배나 높게 나타났다. 국내의 논에서 제초제 저항성의 다발생과 확산의 원인은 크게 잡초측면과 제초제 측면으로 구분할 수 있다.
직파재배 논에서 ACCase 및 ALS들이 혼합된 제초제들의 연용은 제초제 저항성 피를 유발하였고, 이는 피에 효과적인 SU계 제초제들인 pyrazosulfuron-ethyl 및 imazosulfuron과 무관하지 않다. SU계 제초제들에 대한 물옥잠의 저항성 계통의 I₅₀은 감수성 계통에 비해서 14배에서 76배 높았는데, 이는 제초제의 흡수 및 이행에 의한 차이보다는 ALS 유전자의 점 돌연변이(point mutation)에 의한 것으로 나타났다. 즉 ALS 유전자 아미노산 197번째 proline이 serine로 변화되었기 때문이다.
5엽기까지만 가능하여 가구당 논 경지 면적이 빠르게 늘어나고 있는 현재의 상황을 고려하면 피의 확산은 불가피할 것이다. 국내 논에서 발생된 제초제 저항성잡초의 생체중을 50% 억제하는 SU계 제초제들의 농도는 감수성 생태형에 비해 수십에서 수백 배 높은 것으로 확인되었다. 일단 SU계 제초제 저항성잡초들이 발생하면 기존에 사용하고 있는 제초제로는 방제가 불가능한 실정이기 때문에 농업인과 전국 지도기관으로부터 민원이 급증하고 있다.
, 2013). 다음으로 올챙이 고랭이와 강피도 각각 약 33,800ha와 13,600ha 발생한 것으로 조사되었다. 국내의 경우 저항성 물달개비가 가장 빠르게 확산하고 있으나, 농업적 환경이 비슷한 일본은 저항성 올챙이고랭이가 빠르게 확산되고 있다(Yoshida et al.
뿐만 아니라 SU계 혼합 제초제들은 논 전체 등록 제초제 중 약 70%를 차지하고 있고, 피 방제를 위한 ALS 및 ACCase 저해 제초제들은 국내 전체 논 제초제들 40% 이상이나 차지하고 있다. 둘째, 최근 제초제 전문 약제로 많은 물량이 판매되고 있는 엽록소 저해제인 benzobicyclone과 mesotrione은 다수확 품종인 통일형 품종과 찰벼, 흑미 품종에 약해가 발생하여 많은 민원이 발생하고 있다. 셋째, 국내 논에서 저항성잡초 발생에 의한 제초제 사용량이 급격히 증가하고 있음에도 불구하고 미국과 유럽(HRAC, Herbicide Resistance Action Committee), 호주(WAHRI, Western Australian Herbicide Resistance Initiative) 등 선진국들과 같은 저항성잡초 연구를 위한 연구하는 전문기관이 없을 뿐만 아니라 연구 인력이 많이 부족한 실정이다.
앞으로 이러한 현상은 가속될 뿐만 아니라 ACCase 및 ALS 저해제들에 대한 저항성 피의 발생으로 제초제 사용량 및 사용횟수는 훨씬 증가할 것으로 생각된다. 따라서 논 제초제 저항성잡초 발생에 따른 문제점들은 첫째, 저항성잡초들은 매년 매우 빠르게 확산될 것으로 생각된다. Table 14와 15에서 보는 바와 같이 SU계 제초제들에 대한 저항성잡초들과 ALS 및 ACCase 저해제들에 대한 저항성 피가 확산하고 있음에도 불구하고 SU계 제초제들의 혼합 제초제들과 ACCase 및 ALS 저해제들이 혼합된 제초제 품목들이 여전히 매우 높은 선호도로 판매되고 있는 실정이다.
초기에는 SU계 제초제들에 대한 저항성잡초들인 물달개비, 올챙 이고랭이, 알방동사니 등은 하나의 논 필지에 하나의 초종들이 발생을 하였으나 최근에는 하나의 필지에 다수의 초종들이 동시적으로 발생하고 있다. 저항성잡초들의 생체중 50%를 억제하는 제초제 농도(GR₅₀)는 저항성 계통이 감수성 계통에 비해 수 십배에서 수 천배 높게 나타났다. ACCase 및 ALS 저해 제초제들인 cyhalofop-butyl, pyriminobac-methyl, penoxsulam 저항성 강피에 대한 저항성 계통의 GR₅₀은 감수성 계통에 비해 각각 14, 8, 11배나 높게 나타났다.
Table 4는 국내에서 발생하고 있는 몇몇 주요 SU계 제초제들에 대한 저항성잡초들의 생체중을 50% 억제하는 제초제 농도(GR 50)를 감수성 계통에 대한 비율로 나타낸 것이다. 조사된 잡초의 저항성 계통의 GR 50은 제초제의 종류 및 잡초 초종에 따라 차이가 있으나 일반적으로 감수성 계통보다 수 십배부터 수 백배 높게 나타났다. Table 5는 최근 문제가 되고 있는 저항성 강피로 추정되는 지역인 익산, 김제 및 부안에서 채집한 강피를 ACCase 및 ALS 저해제인 cyhalofop-butyl과 penoxsulam을 농도별로 처리한 다음 감수성 계통과 비교한 결과 익산, 김제 수집종은 제초제 무처리구와 같이 100% 생존을 보였을 뿐만 아니라 cyhalofopbutyl 4배량에서도 약 80% 생존하였다(Park et al.
그러나 앞으로 국내 논에서 제초제 저항성잡초의 관리에 대해서는 많은 문제점들을 내포하고 있다. 첫째, 현재까지 제초제 저항성 유발 약제들인 ALS 및 ACCase 저해제들의 사용량이 증가하기 때문에 제초제 저항성 잡초들은 계속 발생할 뿐만 아니라 더욱 빠른 속도로 확산할 것이다. 둘째, 미국, 유럽, 호주 등 선진국들과 같은 제초제 저항성 잡초를 연구할 수 있는 전문 연구기관과 인력이 부족하다.

후속연구

제초제 저항성잡초에 의해서 국내 논제초제 사용량은 1995년부터 2009년까지 15년간 국내의 논 면적은 약 17% 감소하였으나 제초제 사용량은 약 76%나 증가하였다. 앞으로 이러한 현상은 가속될 뿐만 아니라 ACCase 및 ALS 저해제들에 대한 저항성 피의 발생으로 제초제 사용량 및 사용횟수는 훨씬 증가할 것으로 생각된다. 따라서 논 제초제 저항성잡초 발생에 따른 문제점들은 첫째, 저항성잡초들은 매년 매우 빠르게 확산될 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	제초제 저항성잡초의 현황은?	현재 제초제 저항성잡초는 전 세계적으로 65개국에서 82종의 작물에서 235초종이(쌍자엽 138, 외떡잎 97) 보고되었다. 이들 제초제 저항성잡초들은 22계통의 제초제 중 155 종류의 제초제들에 대하여 보고되었으며, 국가별로는 미국, 호주, 케나다, 중국 순으로, 작물별로는 밀, 옥수수, 콩, 벼 순으로 보고되었다. 제초제 작용기작으로는 ALS (acetolactate synthase), 광합성 저해제들에 대한 저항성 잡초들이 가장 많이 보고되었으며, 특히 국내의 경우 논에서 피 전용 약제로 많이 사용되는 ACCase(Acetyl-CoA Carboxy lase) 저해제들에 대한 저항성잡초들이 1990년대 중반부터 빠르게 증가하고 있는 실정이다(Heap 2014).
	SU계 제초제 들에 대한 저항성잡초의 초기 발생 원인은 무엇인가?	, 1999; Park, 2004). 이들 SU계 제초제 들에 대한 저항성잡초들은 초기에는 주로 미국이나 유럽의 밀, 콩, 옥수수밭 등에서 많이 사용되고 있는 chlorsulfuron에 의하여 발생되었다(Durner et al., 1991; Ohmes et al.
	SU계 제초제에 대한 저항성 잡초의 1980년대 후반 특징은?	, 1999). 그러나 1980년대 후반부터는 bensulfuron-methyl, pyrazosulfuron-ethyl 등이 논에서도 광범위하게 사용됨에 따라 최근에는 논에서 훨씬 빠른 속도로 저항성잡초의 발생이 증가하고 있다. 현재까지 논에서 발생하는 제초제 저항성잡초들은 주로 ALS 저해제인 SU계 및 ACCase 저해 제들인 phenoxy계 제초제에 대하여 약 50초종이 보고되었다.

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