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문제 정의
- 본 연구는 이산화염소의 해충 생리 교란의 일환으로 화랑곡나방의 호흡에 미치는 영향을 분석하는 데 목적을 두었다. 이를 위해 화랑곡나방의 기문 및 기관지 구조를 분석하였다.
- 이때 이산화염소 처리에 따른 화랑곡나방의 기문활동 교란을 분석하였다. 이러한 기문활동을 기반으로 이산화염소 처리에 이산화탄소 혼합 처리를 통해 이 훈증제 처리의 최적 방제 기술을 개발하여 보고한다.
제안 방법
- interpunctella larval spiracles with ambient temperature. Each treatment was replicated three times, in which each replication used 10 larvae to measure opening rate. Different letters indicate significant difference among means at Type I error = 0.
- Sodium chlorite (NaClO2)를 전기분해방식(Gates, 1998)으로 분리하여 이산화염소를 제조하였다. 간략하게 과정을 소개하면, NaClO2를 전기적으로 분리하여 양극성의 소듐이온은 다공성 막을 통해 음극으로 이동하게 하고, 순수한 이산화염소(> 99%)만 음극에 남게 하였다.
- 기문 개폐율은 전체 9쌍의 기문을 대상으로 열린 기문 쌍을 계수하여 비율로 산출하였다. 각 처리는 10마리를 이용하여 3반복으로 실시되었다.
- 간략하게 과정을 소개하면, NaClO2를 전기적으로 분리하여 양극성의 소듐이온은 다공성 막을 통해 음극으로 이동하게 하고, 순수한 이산화염소(> 99%)만 음극에 남게 하였다.
- 이때 인큐베이터들의 상대습도는 55-60%를 기록하였다. 기문 개폐율은 전체 9쌍의 기문을 대상으로 열린 기문 쌍을 계수하여 비율로 산출하였다. 각 처리는 10마리를 이용하여 3반복으로 실시되었다.
- 전체 기관지의 분포를 확인하기 위해 이산화탄소에 노출시킨 화랑곡나방 5령충을 -70℃에서 10분간 저온 처리하여 기문의 추가 개폐 활동이 없도록 빠르게 치사시킨 후 methylene blue 염색액(methylene blue 3 g, 95% ethanol 300 mL, 증류수 100 mL)에 25 초 간 침지시킨 후 해부하여 열린 기문을 통해 기관지로 스며들어간 염색액을 확인하고 이를 유발한 기문을 개방된 것으로 판정하였다. 또한 이러한 염색액 침투기술을 이용하여 화랑곡나방 유충의 주요 기관지의 분포를 관찰하였다.
- 상기의 이산화탄소 효과 분석법과 유사한 방법으로 이산화염소 처리 효과를 분석하였다. 이때 이산화염소는 밀폐 원형용기에 깔린 여과지에 800 ppm의 용액 500 μl를 분주하여 용기내에 기화되는 이 가스에 2시간 노출되게 하였다.
- 1C). 이 결과 각 기문에서 기관지가 세로 및 가로로 뻗어 나오는 것을 관찰하였다.
- 훈증 처리의 경우는 밀폐 사각 용기(54 × 44 × 46 cm)를 이용하여 기화된 이산화염소를 불어넣었다. 이때 용기 내에 이산화염소의 농도는 PortaSens ІІ 가스누수검출기(Analytical Technology, Collegeville, PA, USA)를 이용하여 10분 간격으로 감지하여 가스 주입량을 조절하여 용기 내 농도를 실험목적에 따라 맞추었다.
- 이후 기문의 개폐 활동을 온도와 이산화탄소 노출에 따라 분석하였다. 이때 이산화염소 처리에 따른 화랑곡나방의 기문활동 교란을 분석하였다. 이러한 기문활동을 기반으로 이산화염소 처리에 이산화탄소 혼합 처리를 통해 이 훈증제 처리의 최적 방제 기술을 개발하여 보고한다.
- 화랑곡나방 유충의 기문 개폐를 열린 기문을 통해 염색액 침투 방법에 따라 판정할 수 있었다. 이러한 염색액 침투방법을 이용하여 주변 온도에 따라 화랑곡나방의 기문 활동을 분석하였다(Fig. 2). 온도가 증가함에 따라 기문의 개폐 활동이 뚜렷이 증가하였다(F = 3.
- 본 연구는 이산화염소의 해충 생리 교란의 일환으로 화랑곡나방의 호흡에 미치는 영향을 분석하는 데 목적을 두었다. 이를 위해 화랑곡나방의 기문 및 기관지 구조를 분석하였다. 이후 기문의 개폐 활동을 온도와 이산화탄소 노출에 따라 분석하였다.
- 이후 밀폐 사각용기의 뚜껑을 닫고(이때에도 원형용기의 뚜껑은 열려 있다) 이산화염소 처리 장소로 옮겨 사각 용기 뚜껑에 위치한 밀폐된 주입구를 통해 100 ppm 농도의 이산화염소를 12시간 동안 주입하였다. 이산화염소 단독 처리는 이산화탄소 가스에 노출하지 않고 바로 이산화염소 가스에 12시간 처리하였다. 이후 야외 공기로 환기된 실내 조건에 노출 후 2시간 방치 후 생존 개체를 계수하였다.
- 밀폐 원형용기(직경 9 cm)를 이용하여 화랑곡나방 5령충 10마리를 넣은 후 이산화탄소(99%) 가스를 용기내로 채웠다. 이후 25℃에서 10분간 처리한 후 상기의 염색액 침투기술로 개방 기문수를 확인하였다. 기문개폐율 산출은 상기와 동일하였다.
- 이 시료를 60℃ 오븐에 10분 동안 건조시켰다. 이후 Spurr Coater CP 3030 SCD 005/Baltec을 사용하여 금으로 증착한 뒤 주사전자현미경으로 15-25 KV에서 관찰하였다.
- 이를 위해 화랑곡나방의 기문 및 기관지 구조를 분석하였다. 이후 기문의 개폐 활동을 온도와 이산화탄소 노출에 따라 분석하였다. 이때 이산화염소 처리에 따른 화랑곡나방의 기문활동 교란을 분석하였다.
- 이 밀폐 사각 용기도 뚜껑이 열어 둔 채로 CO2 인큐베이터(MCO-15AC, Sanyo, Tokyo, Japan)에서 1시간 동안 15% 이산화탄소 가스에 노출되었다. 이후 밀폐 사각용기의 뚜껑을 닫고(이때에도 원형용기의 뚜껑은 열려 있다) 이산화염소 처리 장소로 옮겨 사각 용기 뚜껑에 위치한 밀폐된 주입구를 통해 100 ppm 농도의 이산화염소를 12시간 동안 주입하였다. 이산화염소 단독 처리는 이산화탄소 가스에 노출하지 않고 바로 이산화염소 가스에 12시간 처리하였다.
- 이때 이산화염소는 밀폐 원형용기에 깔린 여과지에 800 ppm의 용액 500 μl를 분주하여 용기내에 기화되는 이 가스에 2시간 노출되게 하였다. 이후 상기의 염색액 침투기술로 개방 기문수를 확인하였다. 기문개폐율 산출은 상기와 동일하였다.
- 이산화염소 단독 처리는 이산화탄소 가스에 노출하지 않고 바로 이산화염소 가스에 12시간 처리하였다. 이후 야외 공기로 환기된 실내 조건에 노출 후 2시간 방치 후 생존 개체를 계수하였다. 여기서 시험구는 원형용기이며 각 처리는 3 반복으로 실시되었다.
- 전체 기관지의 분포를 확인하기 위해 이산화탄소에 노출시킨 화랑곡나방 5령충을 -70℃에서 10분간 저온 처리하여 기문의 추가 개폐 활동이 없도록 빠르게 치사시킨 후 methylene blue 염색액(methylene blue 3 g, 95% ethanol 300 mL, 증류수 100 mL)에 25 초 간 침지시킨 후 해부하여 열린 기문을 통해 기관지로 스며들어간 염색액을 확인하고 이를 유발한 기문을 개방된 것으로 판정하였다. 또한 이러한 염색액 침투기술을 이용하여 화랑곡나방 유충의 주요 기관지의 분포를 관찰하였다.
- 주사전자현미경(S-2500C, Hitachi, Tokyo, Japan) 분석을 위해 화랑곡나방 5령충 전체를 양면테이프를 이용하여 시료대에 부착시켰다. 이 시료를 60℃ 오븐에 10분 동안 건조시켰다.
- 1B). 체내 기관지의 분포를 알아보기 위해 methylene blue 염색약을 열린 기문을 통해 주입하여 기관지 분포를 관찰하였다(Fig. 1C). 이 결과 각 기문에서 기관지가 세로 및 가로로 뻗어 나오는 것을 관찰하였다.
- 화랑곡나방 5령충을 15, 20, 25, 30, 35℃의 인큐베이터에 8시간 처리한 후에 상기의 염색액 침투기술로 개방 기문수를 확인하였다. 이때 인큐베이터들의 상대습도는 55-60%를 기록하였다.
- 화랑곡나방 유충 기문 활동에 대한 이산화탄소의 영향을 분석하였다(Fig. 3). 무처리의 경우 기문 개폐가 기문 마다 차이를 보여 25-85%의 변이를 보이며 전체적으로 약 60%의 기문개방율을 나타냈다.
대상 데이터
- 사육 조건은 25℃ 항온조건과 65-75% 상대습도에서 16:8 (L:D) h의 광주기를 이용하였다. 본 연구의 다양한 처리는 모두 5령 유충을 이용하였다.
- 화랑곡나방 5령 유충을 대상으로 기문의 구조와 수를 관찰하였다(Fig. 1). 머리를 제외하고 가슴과 배에 기문이 존재하였다(Fig.
데이터처리
- 기문개폐율과 생존율 결과들은 arcsin transformation 후에 SAS의 PROC GLM (SAS Institute, 1989)을 이용하여 one-way ANOVA 분석을 실시하였고 평균간 비교는 LSD 방법을 이용하였다. 처리 사이에 차이는 제 I형 오류의 확률을 0.
이론/모형
- 본 연구에서 이용된 공시충의 사육은 Kumar et al. (2015)에 기술된 방법을 따랐다. 사육 조건은 25℃ 항온조건과 65-75% 상대습도에서 16:8 (L:D) h의 광주기를 이용하였다.
성능/효과
- , 2006). 그러나 본 연구에서 처리한 이산화탄소의 농도는 15% 또는 이하로서 정밀한 밀폐 장치가 없어도 현장에 적용할 수 있는 기술로 판단된다.
- 무처리의 경우 기문 개폐가 기문 마다 차이를 보여 25-85%의 변이를 보이며 전체적으로 약 60%의 기문개방율을 나타냈다. 그러나 이산화탄소에 노출될 경우 모든 기문의 개방을 촉진하여 전체적으로 약 95%의 기문개방율을 나타냈다. 이산화탄소에 처리된 개체들은 처리 후 모두 생존하였다.
- 이 이산화탄소 농도 처리에서 사망 개체는 없었다. 이를 바탕으로 두 가스의 단독 및 복합 처리를 한 결과, 이산화염소 단독 처리에 비해 복합처리가 현격하게 높은 살충효과를 주었다(Fig. 5).
- 이산화염소에 대해서 기문을 닫음으로 유해 가스 노출에 대한 방어기작을 펼친 화랑곡나방은 이산화탄소의 혼합 처리로 인해 기문 개방화가 유도되었고, 이로 인하여 이산화염소의 체내 이동이 원활하여졌을 것이고 결과적으로 살충 효과가 크게 증가하였다. 이산화탄소의 훈증제에 대한 협력 효과는 다른 훈증제들의 효과에서 입증되었다.
- 이산화탄소의 기문 개방 촉진 효과와 비교하여 이산화염소의 경우는 화랑곡나방의 기문 개방화를 억제하여 전체적으로 약 25%의 기문개방율을 나타냈다.
- 이상의 결과는 이산화염소 처리에 대한 화랑곡나방 호흡계의 방어기작을 관찰할 수 있었고, 이를 이산화탄소와 혼합 처리로 기문개방화를 유도하여 훈증 효과를 크게 증가시키는 기술을 제시하고 있다. 본 연구는 이산화염소 처리에 비교적 내성이 높은 종령 유충을 대상으로 실시되었으나 추후 다양한 발육태에 대해서 이산화탄소와 혼합 처리에 대한 연구가 추가될 필요가 있다.
- 이산화탄소와 이산화염소의 상반된 기문 활동 조절 효과는 이들의 혼합 처리 효과에 대한 의구심을 갖게 하였다. 이에 두 가스 처리를 동시에 한 결과 기문개방화는 무처리 또는 이산화탄소 처리 수준만큼 증가되었다(Fig. 4).
후속연구
- 이상의 결과는 이산화염소 처리에 대한 화랑곡나방 호흡계의 방어기작을 관찰할 수 있었고, 이를 이산화탄소와 혼합 처리로 기문개방화를 유도하여 훈증 효과를 크게 증가시키는 기술을 제시하고 있다. 본 연구는 이산화염소 처리에 비교적 내성이 높은 종령 유충을 대상으로 실시되었으나 추후 다양한 발육태에 대해서 이산화탄소와 혼합 처리에 대한 연구가 추가될 필요가 있다. 이를 바탕으로 향후 이러한 기술을 현장에 접목시킬 수 있는 처리 시스템이 개발되어 저곡해충 방제를 겨냥하는 이산화염소의 훈증 처리가 보다 효과적으로 응용되기를 기대한다.
- 본 연구는 이산화염소 처리에 비교적 내성이 높은 종령 유충을 대상으로 실시되었으나 추후 다양한 발육태에 대해서 이산화탄소와 혼합 처리에 대한 연구가 추가될 필요가 있다. 이를 바탕으로 향후 이러한 기술을 현장에 접목시킬 수 있는 처리 시스템이 개발되어 저곡해충 방제를 겨냥하는 이산화염소의 훈증 처리가 보다 효과적으로 응용되기를 기대한다.
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