Current Issue

실험에 사용된 카보퓨란(Carbofuran)은 원제 70% 테크니컬 등급을 사용하였으며 이는 농업과학원 작물보호과에서 분양 받았다. 잎침지와 관주처리, 미량국소처리에 사용한 카보퓨란은 아세톤에 희석하여 카보퓨란 기준 10,000 ppm 농도의 보관용액을 만들고 필요에 따라 처리 농도에 맞게 희석하여 사용하였다. 3% 카보입제 4 kg을 1,000m² (300평)에 물 6 cm를 대고 살포 시 농도는 약 2 ppm이 되어 이를 추천농도로 이용하였다.

실험 곤충으로 감수성 벼멸구는 농업과학원 작물해충과 사육실에서 1995년부터 약제에 노출시키지 않고 추청벼 유묘에서 누대 사육되어온 벼멸구를 감수성 대조 계통으로 사용하였으며, 저항성 벼멸구는 농촌진흥청 작물보호과에서 누대 사육 중인 감수성 대조계통 대비 카보퓨란에 대해 약제 처리 19.2배의 저항성을 보이는 남해에서 채집된 계통을 추청벼를 이용하여 키워가면서 실험에 사용하였다. 벼멸구의 먹이로는 볍씨를 살균제 베노람^® 수화제(베노밀(20%)+티람(20%)) 200배 희석액에 하루 저녁 침지한 후 흐르는 물에 씻고 물을 갈아주면서 물 속에서 발아시킨 후 실험 바트(30 × 40 × 8 cm)에 가제를 깔고 발아 볍씨로 얇게 깔아 25^oC 인큐베이터에서 물을 공급해 가면서 키운 유묘를 사용하였다. 볍씨 싹이 1 cm 정도 자라면 인큐베이터에서 꺼내 실험실 아크릴 상에서 3 cm 정도 키워 실험에 사용하였다. 벼멸구 사육과 유묘 재배는 온도 25^oC, 상대습도 80%, 광주기 16:8의 실내 조건에서 이루어졌다.

뿌리를 통한 식물체 내 침투 이행에 의한 카보퓨란의 흡즙 독성 효과를 알아보기 위하여 관주처리 실험을 수행하였다. 보관용액(10,000 ppm)으로부터 0.01% 트윈80 증류수로 추천농도의 50배(100 ppm)인 농도를 만든 후 증류수로 1/2씩 희석하여 6개 농도로 만들어 관주 처리에 사용하였다. 각 농도 별 카보퓨란 약액을 25 ml씩 시험관(φ3 × 25 cm)에 채우고, 20일 이상 육묘상에서 자란 추청벼 유묘를 15개씩 탈지면에 말아서 시험관에 약액이 닿을 정도로 끼워 넣었다. 우화한지 3-5일 된 벼멸구 암컷 성충 30마리를 10마리씩 흡충기로 잡아 이산화탄소로 2초간 마취 후 각각의 농도로 처리된 유묘 시험관에 10마리씩 3개의 시험관에 접종, 망사로 막은 후 온도 25^oC 실험실에서 보관하면서 6일 간 사충수를 조사하였다. 실험은 3반복으로 실시되었다.

잎을 통한 식물체 내 카보퓨란의 침투이행에 의한 흡즙독성과 잎 표면 부착 약제의 벼멸구 표피 침투에 의한 접촉독성을 알아보기 위해 침지처리 실험을 수행하였다. 보관용액(10,000 ppm)으로부터 0.01% 트윈80 증류수로 추천농도의 150배(300 ppm)의 약액을 조제 후, 증류수로 1/2씩 희석하여 6개의 농도를 만들어 사용하였다. 희석된 카보퓨란 6 농도의 약액에 20일 이상 육묘상에서 자란 추청벼 유묘를 위부분인 잎만을 1분간 침지하여 30분간 음건한 후, 25 ml씩 증류수를 채운 시험관에 처리된 유묘를 15개씩 탈지면에 말아 시험관에 끼워 물이 닿을 정도로 밀어 넣었다. 여기에 우화한지 3-5일 된 암컷 성충을 흡충기를 이용하여 시험관 당 10마리씩 3개의 시험관에 접종, 6일간 사충수를 조사하였다. 실험은 3반복으로 실시되었다.

국소처리 실험은 살충제가 곤충 표피를 통해 체내로 직접 침투하여 독성을 나타내는 접촉독성 정도를 알아보기 위해 실시되었다. 보관용액(10,000 ppm)으로부터 아세톤으로 1/32배로 희석하여 처리 용액 (312.5 ppm)을 만들고, 이를 1/2씩 아세톤으로 희석하여 6 종류의 농도를 만들어 실험에 이용하였다. 20일 이상 육묘상에서 자란 추청벼를 15개씩 솜에 말아서 25 ml 물을 채운 시험관에 끼워 넣은 유묘 시험관을 준비하고, 흡충기를 이용하여 우화한지 3-5일 된 벼멸구 암컷 성충을 처리 농도 당 10마리씩 잡아 CO₂로 2초간 마취시킨 뒤, 각각의 농도로 희석된 카보퓨란 약액을 국소처리기(Hamilton Micro dispense, PB-600)로 벼멸구 복부에 0.22 μl씩 처리하여 준비한 3개의 유묘 시험관에 10마리씩 총 30마리를 접종한 후 6일간 사충수를 조사하였다. 실험은 3반복으로 실시되었다.

작물체의 뿌리를 통한 카보퓨란 흡수, 즉 식물체내로 침투에 의한 독성 효과를 보는 관주처리 시험 결과 벼멸구의 사충율은 처리 후 경과 시간에 따라 높아지고 있다. 감수성 벼멸구의 흡즙에 대한 영향은 높은 농도(8-30 ppm)의 처리에서 처리 일 수가 지남에 따라 사충율의 증가율이 낮아져가는 로그 형태를 보이나, 낮은 농도(1-2 ppm)의 처리에서는 시간에 따른 사충율 증가 패턴이 초기에는 낮고 시간이 지남에 따라 사충율 증가율이 커지다 다시 낮아지는 S자 모양의 sigmoid 곡선의 형태를 보이고 있었다(Lee et al., 2017). 그러나 저항성 벼멸구는 낮은 농도인 3.13 ppm에서 만 S자 모양의 sigmoid 곡선의 형태를 보였고 그 모양도 감수성 벼멸구에서 보인 S형 사충율 증가 패턴보다(Lee et al., 2017) 좀 더 직선화된 S자 형태의 sigmoid 곡선의 형태를 보였다 (Fig. 1).

Fig. 1. 
Mortality of resistant BPH on the days after carbofuran treatment by drench application.

침지 처리의 경우 처리 후 경과 시간에 따른 사충율의 차이가 감수성의 경우 30-45%인데 반해 저항성은 20-30%의 차이로 저항성에서 시간에 따른 사충율이 감수성에서보다 천천히 증가하고 있음을 보여주고 있다(Fig. 2). 침지 처리에서는 높은 농도의 처리에서도 약효가 낮으며 모든 농도에서 시간에 따른 약효 증가 속도가 낮아(감수성 45% 증가/6일간, 저항성 28%/6일간) 카보퓨란의 식물체나 충체 표피침투에 의한 살충 효과 발현이 저항성 벼멸구에서 더 어렵다는 것 보여주고 있다. 저항성 벼멸구는 대체로 침지처리후 4일까지는 사충율의 증가가 완만하여(평균 사충율 증가 율10.8%/4 농도), 감수성과 비교하여(평균 27.3%/4 농도) 사충율 증가율 거의 반 수준 이하의 증가율이었다. 이 후 다소 사충율 증가 속도가 빨라졌으나 감수성의 증가율에는 못미치고 있다(Lee et al., 2017).

Fig. 2. 
Mortality of resistant BPH on the days after carbofuran treatment by dipping application.

국소처리의 경우 처리 3일 이후에는 약효가 증가하지 않아(Fig. 3) 감수성과 거의 같은 경향을 보였는데(Lee et al., 2017) 약제 처리와 함께 3일 까지 약제의 낮은 침투율로 사충율이 소폭 상승하다 3일 이후 약효의 증가를 보이지 않아 카보퓨란은 접촉에 의한 약효 발현을 위해서는 표피의 낮은 투과성을 넘어설 수 있는 많은 양 즉 38 ppm 이상의 약제를 투입하여야 80% 이상의 살충율을 기대할 수 있을 것으로 생각된다.

Fig. 3. 
Mortality of resistant BPH on the days after carbofuran treatment by topical application.

처리 방법 별로 시간 경과에 따른 LC₅₀의 변화를 비교하여 약효의 발현 일을 추정하여 보면 그 패턴이 처리 방법별로 차이를 보이고 있다. 시간이 지남에 따라 LC₅₀이 가장 큰 차이를 보이는 것이 관주처리였으며(Fig. 4) 침지처리(Fig. 5)에서는 LC₅₀의 변화가 관주처리(Fig. 4)와 국소처리(Fig. 6)와는 달리 일정하게 계속 줄어들어 저항성 벼멸구에서 침지에 의한 약효 판별 시기 결정에 다소 혼란을 주고 있다. 저항성 벼멸구의 경우 관주처리와 국소처리는 처리 후 경과 일수에 따른 LC₅₀의 변화를 보면 초기에 높고 3일 혹은 4일까지 급격히 줄어들며 그 후 변동율이 낮은데 비해 침지처리의 경우는 계속 약제 영향을 받아 반수치사농도가 계속 줄어드는 경향을 보였는데, 침지처리는 표피 침투에 의한 살충력과 흡즙에 의한 살충력이 동시에 작용함으로써 일어나는 현상으로 생각된다.

Fig. 4. 
LC₅₀ change of susceptible and resistant BPH to carbofuran by drench application.

Fig. 5. 
LC₅₀ change of susceptible and resistant BPH to carbofuran by dipping application.

Fig. 6. 
LC₅₀ change of susceptible and resistant BPH to carbofuran by topical application.

표준편차 변화에 의한 사충율 조사일은 처리후 높은 편차의 변화가 적은 1-4일 후 모든 처리에서 최적 조사시기로 보인다(Fig. 7). 관주처리의 경우 LC₅₀을 기준으로 하는 저항성 비는 조사 일에 따라 3-7배의 차이(Fig. 8)를 보이고 있고 관주 처리의 경우 상대적으로 높은 저항성 비를 보이는 3일 후에 저항성비를 조사하는 것이 좋으리라 생각된다. 침지처리의 경우 LC₅₀에 의한 저항성비는 조사 시간에 따른 변화가 6-9배로, 최대 저항성 비를 보이는 시간은 처리 후 4일(Fig. 8)로 저항성 판별 최적 조사시간도 이를 따르는 것이 타당할 듯 보인다. 국소처리의 경우 LC₅₀은 3-7배로 3일까지 증가하고 있어(Fig. 8) 최적 저항성 조사일은 처리 후 3일이 예상된다.

Fig. 7. 
Standard deviation of resistant BPH mortality at each day after carbofuran treatment by three application methods.

Fig. 8. 
Resistance ratios from LC₅₀ of resistant and susceptible BPHs by three carbofuran application methods.

카보퓨란의 뿌리 흡수, 즉 식물체내로 침투에 의해 독성효과를 나타내는 카보퓨란 관주처리 경우 약제 침투량은 처리 농도와 노출 시간에 의존하는데(Trevisan et al., 2004) 사충율도 이에 따라 달라진다(Lee et al., 2017). 저항성 벼멸구의 경우 처리 후 시간에 따른 사충율 증가 속도가 감수성과 다른 양상을 보이고 있는데 이는 저항성이 발달하면서 약제의 해독 능력이 높아져 침투되는 카보퓨란을 꾸준히 일정한 속도로 농약을 분해하다가(Yoo et al., 2002) 늘어나는 카보퓨란을 감당 못해 죽음에 이른다고 볼 수 있다. 카보퓨란은 처리 후 2-3일에 치사량에 이르게 되며, 높은 농도의 처리로 인한 침투농약의 증가로 사충률이 높아져 가는 것으로 보인다. 일반적으로 살충력의 발현은 노출 시간이 지남에 따라 약제가 체내에 축적되어 해독되고 남은 양이 치사량을 넘어감에 따라 사충율이 높아지는데(Dosono-Lopez and Frigarick, 1969), 감수성 벼멸구에서는 30 ppm의 농도에서는 하루 만에 치사율이 70% 정도 도달할 정도의 많은 카보퓨란 양이 체내로 흡수되었는데(Lee et al., 2017) 반해, 저항성 벼멸구는 저항성기작에 의해 침투된 많은 살충제를 해독할 수 있어(Yoo et al., 2002) 살충 효과 발현이 상당히 지연되어 감수성보다 낮은 기울기의 사충율 증가를 보이고 증가 폭도 크지 않으며, 사충율이 100%에 이르는 시간도 더 길게 나타나고 있는 것으로 보인다. 카보퓨란의 침투성 약효는 시간에 따라 흡즙된 농약의 축적에 의해 계속 증가할 것이므로 실제 포장에서의 약효는 감수성과 마찬가지로 처리 5일 이후에도 사충율이 계속 높아질 것으로 예상된다. 실제 포장에서 카보퓨란의 살충 효과는 17일에서 30일간 지속되며(Aquino and Pathak, 1976; Bae et al., 1992; Bae and Hyun, 1987; Bautista et al., 1979; Pham et al., 2008), 약효 조사기간도 처리 후 30일 까지 일주일 간격 또는 10일 간격으로 조사하고 있다(Jotwani et al., 1979; Yen et al., 1997). 포장에서 살포되는 추천 농도 2 ppm(벼 재배에 있어서 논의 물을 평균 6 cm의 깊이로 유지하고 가정하고 10a 당 3% 카보퓨란을 4 kg을 살포할 경우 카보퓨란 농도는 약 2 ppm이 됨)으로 관주처리 될 경우 감수성 벼멸구의 경우 처리 5일 후에는 거의 100%에 달하는 사충율을 얻을 수 있었으며 그의 ½인 1 ppm의 농도를 처리할 경우에도 계속되는 침투효과로 인한 카보퓨란의 지속적 체내 축적 효과로 처리 6일 후, 벼멸구의 사충율이 80%에 달하며 시간이 흐르면 더 높은 살충효과를 기대할 수 있으나(Lee et al., 2017) 저항성 벼멸구의 경우 3 ppm의 농도에서 5일 후 60%, 6일 후 70%의 사충율을 보였다. 그러므로 2 ppm의 추천 농도에서 저항성 벼멸구로부터 충분한 사충율을 얻기 위해서는 5일 이상의 시간이 필요하고 저항성 벼멸구의 방제를 위해서 카보퓨란을 사용하는 것은 무의미한 일로 대체 약제를 적극 추천하는 바이다.

침지 처리의 경우 사충율이 감수성(Lee et al., 2017)에 비해 처리 후 경과 시간에 따라 천천히 증가하고 있음을 보여 주고 있다(Fig. 2). 침지 처리에서는 높은 농도의 처리에서도 약효가 낮으며 모든 농도에서 시간에 따른 약효 증가 속도가 낮아(감수성 45% 증가/6일간, 저항성 28%/6일간) 카보퓨란의 충체 표피 침투에 의한 약효 발현이 저항성 벼멸구에서 더 어렵다는 것 보여주고 있다. 저항성 벼멸구는 대체로 침지처리 후 4일까지는 사충율의 증가가 완만하여 감수성(Lee et al., 2017)과 비교하여 거의 반 수준의 증가율이 었다. 이 후 다소 사충율 증가 속도가 빨라졌으나 감수성의 증가율에는 못 미치고 있다.

국소처리 결과가 침지처리의 경우와 다른 이유는 침지처리는 약제의 충체 표피 침입과 흡즙에 의한 소화관으로의 침투 피해가 같이 작용하므로 관주처리와 국소처리 효과가 함께 작용한 결과로 보이기 때문이다. 즉 침지처리는 식물체가 약액에 침지된 후 표피에 부착된 농약 중 일부분은 벼멸구의 접촉에 의해 충 체내로 들어가 효과를 나타냄과 동시에 일정 부분은 식물체 표피로 침투하여 흡즙에 의한 약제 체내 축적으로 약제처리 4일 이 후 사충율이 증가하는 현상이 나타나나(Fig. 2) 국소처리는 처리 3일 후 약제 침입이 끝나 더 이상 살충율의 증가가 일어나지 않는 것으로 보인다(Fig. 3). 따라서 4일 이후의 사충율 증가는 식물체 표면에 부착된 농약의 식물체 침입에 의한 벼별구 흡즙으로 일어난다 볼 수 있다. 이는 저항성 벼멸구에서 약제 관주처리 시 약효가 3일 이후 증가하는 현상과 일치하고 있다. 일반적으로 카보퓨란은 처리 후 2-4시간 후에 급격히 약제 침투 평형에 이르고 이 후 서서히 침투가 일어나는 것으로 알려져 있다(Liu and Kim, 2003; Salman, 2013). 이를 고려하면 국소처리는 처리 후 4시간 이내에 접촉에 의해 유효 약량이 이미 체내에 침투되었다고 판단할 수 있고, 이 후는 추후 접촉되거나 과잉 양이 처리되어 표피에 침착, 투과되지 않은 약제가 천천히 침투하여 약효가 서서히 증가하는 것으로 판단된다. 감수성의 경우와 마찬가지로 저항성 벼멸구의 경우도 단시간에 평형을 이룬 후 계속 천천히 침투하는 카보퓨란이 충체 내의 해독작용을 거치면서 2-3일 후까지 사충율을 천천히 높아지다가 이 후 체내 침투 약제가 감소하여 사충율이 증가하지 않는 것으로 생각된다. 3가지 처리방법의 결과를 종합하여 보면 벼멸구에서 약제의 표피투과성 저하가 약제 저항성 발달의 한 요인이 됨을 알 수 있다.

처리 방법 별로 시간 경과에 따른 LC₅₀의 변화를 비교하여 약효의 발현 일을 추정해 보면 그 패턴이 처리 방법 별로 차이를 보이고 있다. 저항성 벼멸구에 대한 카보퓨란의 약효 평가 시기는 약효가 충분히 발현되는 시기, 즉 LC₅₀ 값이 낮이 지는 비율이 급격히 줄어드는 시기로 관주처리는 조사일이 처리 후 4일, 침지처리는 처리 후 4일, 국소처리는 처리 후 3일이 적절한 것으로 보인다. 또한 약효 평가 시 처리 방법 별 조사시기 결정에 대해서는 약제 간 혹은 처리농도 간 사충율의 편차가 가장 큰 시기에 조사를 하는 것이 (Lee et al., 2017) 가장 합리적임을 선행 연구자들이 보고하고 있어(Lee et al., 2017; Jeong et al., 2019), 이들의 논문에 따른 최적 저항성 벼멸구에 대한 카보퓨란의 약효 조사일은 앞으로 깊은 논의가 되어 결정되어야 할 것이지만 선행 연구자의 제안에 따라 반수 치사농도의 10% 이내의 증감은 같은 결과로 보면 관주처리 시는 1-4일, 침지처리 시는 1-4일, 국소 처리 시는 1-6일로 되어 LC₅₀의 변화에 따른 최적 약제 조사일을 포함하고 있어 LC₅₀과 표준편차에 의한 최적 조사일과 일치함을 보여준다. 다만 약제의 처리방법별 처리 후 조사 일의 불일치에 의한 혼란을 피하기 위해 처리 방법에 관계없이 저항성 벼멸구에 대한 카보퓨란 약효평가 조사일로는 처리 후 4일이 가장 합당한 것으로 보인다(Fig. 7). 감수성 벼멸구에 대한 약효 평가 최적일이 약제 처리 후 2일로 저항성 벼멸구에서의 카보퓨란 약효 평가일 4일과 서로 달라 혼란을 야기할 수 있지만 해충의 약제저항성을 정확히 평가하기 위해서는 조사일이 서로 다름을 받아들이는 것이 합리적이라 판단된다.

약제 저항성 평가를 위한 약제저항성 비는 약효 평가와는 개념이 다른, 감수성과 저항성 해충의 상대적 개념으로 반수치사농도 비율로 나타내므로 감수성 해충에 대한 약제 평가 시기에 따라 저항성 비가 달라진다. 따라서 저항성 해충에 대한 약효 평가 조사시기가 감수성과는 다를 것으로 판단된다. 최적 약효 발현 시점과는 달리 약제저항성비를 기반으로 한 최적 조사 시간으로 관주처리 시 3일, 침지처리시 4일, 국소처리 시 3일을 추천하는 바이다(Fig. 8). 이는 저항성 해충에 대한 약효 평가와 약제 저항성 평가의 조사시기를 서로 달리해야 함을 말하고 있다.

카보퓨란의 저항성 벼멸구의 약효 평가를 위한 최적 약효조사 일을 종합하면 LC₅₀과 약효 표준편차를 기반으로 한최적 조사일은 약제 살포 후 4일로 감수성의 경우 약 2일보다 2일 늦으며, 약제에 대한 저항성을 판단하기 위한 최적조사 일은 관주처리는 카보퓨란 처리 3일 후, 침지처리는 카보퓨란 처리 4일 후 와 국소처리는 카보퓨란 처리 3일 후로 처리 간 혼란을 없애기 위해 약제저항성 판단을 위한 조사일을 통합하면 처리 후 3일을 권한다. 결국 저항성과 감수성 계통 사이에 최적 조사 일과 1일 정도 차이가 있다. 결론적으로 정확한 약효와 저항성 평가를 위해서는 약제에 따라서, 혹은 처리 방법과 해충의 감수성, 저항성 계통에 따라서 약제의 조사 일이 달라져야 한다. 더욱이 포장에서의 카보퓨란의 벼멸구에 대한 약효는 약제 살포 후 시간이 지남에 따라 계속 늘어나므로 사충율이 최고에 달하는 시간에 약효가 평가되는 것이 합당하므로 이를 감안하여 실내 약효실험에서 감수성 벼멸구에 대한 카보퓨란의 약효는 처리 후 2일(Lee et al., 2017), 저항성 벼멸구에 대해서는 4일, 그리고 저항성 비는 처리 후 3일에 조사하는 것을 카보퓨란의 약효와 저항성 평가를 위한 최적 조사일로 추천하는 바이다. 마지막으로 처리 방법에 따른 저항성 발현을 분석하면 관주처리와 국소처리의 저항성 비는 LC₅₀ 기준으로 1일 후 관주처리가 4.2 정도, 국소처리가 4.5 정도이고 2일 후에는 각각 5정도(Fig. 8)로 초기 카보퓨란의 저항성의 1/2은 약제 대사에 의한 생리적인 것으로 1/2은 표피의 약제 침투저항에 의한 것으로 판단되며, 시간이 지날수록 관주처리는 저항성비가 떨어지고 국소처리는 저항성비가 줄지 않아 처리 3일이 후에는 충체 표면의 카보퓨란 침투가 저항성 발현에 더욱 중요하게 된다고 하겠다.