진딧물 기생성 천적 콜레마니진디벌을 이용한 천적 급성독성시험법 확립

서 론

농업에서 해충 방제를 위해 주로 화학농약을 사용하고 있다. 이로 인한 해충의 살충제 저항성은 과거부터 다수 보고되어 왔으며(Georghiou, 1990), 농약 사용으로 인한 환경 및 경제적 손실이 유발되고 있다는 보고도 존재한다(Pimentel, 2005). 이러한 배경 속에서 종합적 병해충 관리(Integrated Pest Management, IPM)가 대안으로 제시되었다. IPM의 요소 중 하나인 생물학적 방제는 화학농약 의존을 줄여 해충의 저항성 문제를 완화하고, 지속 가능한 해충 관리 방안을 제공한다는 점에서 중요성이 크다(Bale et al., 2007). 특히 온실에서 생물학적 방제로 천적 곤충 활용 시 살충제 저항성 해충 방제에 효과적일 뿐만 아니라, 수확 전 안전사용기간이 요구되지 않으므로 작물 수확에 제한이 없다는 등의 장점이 있다(van Lenteren, 2000).

천적 곤충은 농업 생태계의 중요한 구성원으로 고려되어야 하며, 유럽에서는 농약 등록 시 Aphidius rhopalosiphi와 Typhlodromus pyri 같은 비표적 절지동물에 대한 위해성을 평가하고 있다(European Commission, 2011, 2013a, 2013b; European Parliament & Council, 2009; EFSA PPR Panel, 2015). 마찬가지로 국내에서도 농약 등록 시 기생벌과 포식성 응애 같은 천적 곤충에 대한 독성시험 자료를 제출하도록 요구하고 있다. 그러나 농촌진흥청 고시「농약 및 원제의 등록기준」에는 어류, 꿀벌, 조류, 지렁이 등에 대한 시험방법만 제시되어 있을 뿐, 천적에 대한 시험법은 포함되어 있지 않다(RDA, 2025). 국내 시험연구기관에서 천적 곤충에 대한 독성시험을 수행할 수 있는 표준화된 시험법이 부재하고, 유럽의 시험법을 따를 시 표준 시험종을 국내에서 확보할 수 없는 등의 문제가 존재한다. 이로 인해 현재까지 국내 농약 등록 시 제출된 천적 독성시험 자료는 모두 국외 시험연구기관에서 수행된 자료였다. 따라서 이러한 한계를 극복하기 위해 국내 환경에 적합한 천적 시험종과 이에 따른 독성시험법을 확립하는 것이 필요하다.

국내에서 유럽의 기생벌 표준 시험종을 대체할 종으로는 동일한 진딧물고치벌아과(Aphidiinae)에 속하는 콜레마니진디벌(Aphidius colemani)이 제안될 수 있다. 이 종은 세계적으로 널리 분포하며 진딧물류 방제를 위해 상업적으로 대량 활용되고 있다(Benelli et al., 2014). 국내에서는 2003년부터 진딧물 방제를 목적으로 시설원예농가에 보급되기 시작하였으며, 현재는 널리 활용되고 있어 시험에 사용할 개체를 안정적으로 확보할 수 있다. 국내에서 콜레마니진디벌 등 천적 곤충에 대한 농약의 독성을 평가하는 연구들이 다수 존재한다. 그 중 Kim et al. (2006)은 살충제 47종, 살균제 23종, 살비제 9종, 농약보조제 4종에 대하여 콜레마니진디벌의 독성을 평가하였다. 시험은 배추 유묘에 약제를 분무한 후 음건하여 아크릴 용기에 넣고 콜레마니진디벌 성충 30마리를 접종하는 방법으로 실시하였다. 시험 결과 살충제 중에서 피리미카브, 에토펜프록스 등 6종은 낮은 독성을 나타냈으나, 클로르피리포스 및 카바릴을 포함한 대부분의 살충제에서 높은 독성을 나타냈다. 살균제와 살비제의 경우 대부분이 낮은 독성을 나타냈으며, 농약보조제 4종의 경우 나머지 79종의 농약 비해 낮은 독성을 나타냈다. 이와 같이 국내에서 콜레마니진디벌에 대하여 농약의 독성을 시험한 연구들이 존재하지만, 국내 농약 등록 시 요구되는 International Organisation for Biological Control (IOBC)의 기생벌 독성 시험법에 따라 수행한 연구는 미비하다.

본 연구에서는 천적 곤충 중 하나인 기생벌을 대상으로, 기존 표준 시험종 Aphidius rhopalosiphi를 대체할 국내 기생벌 시험종을 선발하였다. 또한 IOBC의 비표적 절지동물에 대한 독성시험법 중 기생벌 독성시험법으로 제시된 Mead-Briggs et al. (2000)의 시험법을 토대로 국내 시험종에 대한 시험법을 검증하였으며, 이를 통해 국내에서 기생벌 급성독성시험을 수행할 수 있는 기반을 마련하고자 하였다.

재료 및 방법

시험생물 및 우화 환경조건

Mead-Briggs et al. (2000)의 기생벌 독성시험법에서 표준 시험종인 Aphidius rhopalosiphi는 국내에서 시험에 사용할 개체를 확보하기 어렵다. 따라서 국내 시험종으로 동일한 진딧물고치벌아과(Aphidiinae)에 속하며, 진딧물 방제용 천적으로 국내에서도 널리 활용되고 있는 콜레마니진디벌(Aphidius colemani)을 선발하였다. 본 연구에서는 진딧물 머미(mummy) 상태의 콜레마니진디벌을 ㈜곤충산업연구소(논산, 한국)에서 구매하여 실험실 내에서 우화시킨 후 시험에 사용하였다.

진딧물 머미에서 우화한 콜레마니진디벌 성충을 포획하기 위해 전용 포집기를 제작하였다. 포집기는 세 가지 요소로 구성되어 있다. 콜레마니진디벌 제품을 담을 수 있는 원형 통(지름 10.5 cm × 높이 3 cm)과 검은색 깔때기, 메쉬가 부착된 25 mL 코니칼 튜브(conical tube)를 조합하여 사용한다(Fig. 1). 실험실 내 환경은 온도 25 ± 2^oC, 상대습도 75 ± 5%, 광주기 16 h light : 8 h dark로 설정하였다. 우화 개체 포집 도구 사용 시 우화한 기생벌은 빛을 향해 이동하므로 검은색 깔때기를 지나 상단의 코니칼 튜브로 유입된다. 코니칼 튜브의 메쉬 위에는 꿀물(honey-water solution, 30% v/v)에 적신 거즈를 두어 시험에 투입하기 전까지 먹이를 공급하여 개체의 생존을 유지하였다. 이와 같은 방법으로 우화 48시간 이내의 개체들을 확보하여 시험에 사용하였다.

Fig. 1.

The components and use of the parasitoid wasp collection device: A, individual components of the device; B, assembled device; C, device in use.

기생벌 급성독성시험법

본 연구에서는 국내 농약 등록 시 요구되는 기생벌 독성 시험의 표준 시험법인 Mead-Briggs et al. (2000)의 방법을 토대로 국내 실정에 맞추어 시험을 실시하였다.

기생벌 급성독성시험은 기생벌 독성시험 전용 케이지를 이용하여 실시하였다. 독성시험 케이지당 콜레마니진디벌을 10마리씩 노출시켰으며, 각 처리구당 4반복을 하였다. 기생벌 급성독성시험을 위한 케이지는 두 장의 사각형 유리판(가로 10 cm × 세로 10 cm)과 하나의 사각형 스테인리스 프레임(가로 10 cm × 세로 10 cm × 높이 2 cm)으로 구성되어 있다. 스테인리스 프레임의 4면에는 원형(지름 1 cm) 구멍이 각 면당 3개씩 총 12개가 있으며, 이 중 11개의 구멍에는 메쉬를 붙여 공기가 통하도록 하였다. 메쉬가 있는 구멍 중 하나에는 에어펌프와 연결할 수 있는 관을 부착하여 시험물질이 휘발되며 기생벌에 끼칠 수 있는 영향을 최소화하였다(Fig. 2).

Fig. 2.

The Components and use of the parasitoid wasp toxicity test cage: A, individual components; B, assembled test cage; C, cage in use.

스프레이를 이용하여 시험물질을 사각형 유리판의 한 면에 분무하였다. 유리판은 건조 후 시험물질이 분무된 면이 스테인리스 프레임의 안쪽을 향하도록 결합하였으며, 이를 독성시험 케이지로 사용하였다. 콜레마니진디벌은 스테인리스 프레임의 메쉬가 없는 구멍을 통해 10마리씩 투입하였다. 시험은 무처리구, 시험물질 처리구 및 양성대조물질 처리구로 설정하였다.

기생벌 독성시험은 48시간 동안 진행하였다. 시험 기간 동안 온도 25±2^oC, 상대습도 75±5%, 광주기 16 h light : 8 h dark로 설정하였다. 시험 기간 동안 꿀물(honey-water solution, 30% v/v)에 적신 거즈를 케이지의 메쉬가 없는 구멍에 넣어 먹이를 공급하였다. 시험물질 노출 24시간, 48시간에 치사 개체를 관찰하였으며, 시험 종료 후 48시간 LR₅₀ (median lethal rate) 값을 산출하였다.

결 과

양성대조물질을 이용한 기생벌 급성독성시험

기생벌 독성시험법을 확립하기 위하여 양성대조물질 디메토에이트 46% 유제를 이용하여 시험을 실시하였다. 시험 결과 24시간에 0.0828, 0.1242 g a.i./ha 처리구에서 60, 87.5%의 치사율을 나타냈고, 48시간에는 두 처리구 모두 100% 치사율을 나타냈다(Table 1).

Table 1.

Mortality of Aphidius colemani in dimethoate 46% EC toxicity test

해당 결과를 토대로 추후 시험에서 양성대조물질 처리구의 처리량 기준을 설정하기 위해 0.115 g a.i./ha로 시험을 실시하였다. 시험 결과 24시간에 87.5%, 48시간에 100% 치사율을 나타냈다.

플로니카미드를 이용한 기생벌 급성독성시험

플로니카미드 50% 입상수화제를 시험물질로 선정하여 기생벌 급성독성시험을 실시하였다. 시험결과 무처리구에서 24시간에 2.5%, 48시간에 7.5%의 치사율을 나타냈다. 플로니카미드 처리구의 경우 24시간에 3.1, 6.3, 12.8, 26.0, 52.8, 100.0 g a.i./ha에서 각각 0, 0, 2.5, 12.5, 12.5, 7.5%의 치사율을 나타냈으며, 48시간에 2.5, 7.5, 7.5, 17.5, 22.5, 27.5%의 치사율을 나타냈다. 양성대조물질은 0.115 g a.i./ha로 처리하였으며, 24시간에 100% 치사율을 나타냈다(Table 2).

Table 2.

Mortality of Aphidius colemani in flonicamid 50% WG toxicity test

플로니카미드 50% 입상수화제를 이용한 기생벌 독성시험을 실시한 결과 48시간 LR₅₀ 값은 100 g a.i./ha를 초과하는 것으로 나타났다(Table 3).

Table 3.

LR₅₀ values of flonicamid 50% WG for Aphidius colemani (24 and 48 h)

고 찰

본 연구에서는 국내 농약 등록 시 제출하는 항목인 천적에 대한 급성독성시험 중 기생벌에 대한 급성독성시험법을 확립하고자 하였다. 이를 위해 양성대조물질과 플로니카미드 50% 입상수화제를 이용하여 표준 기생벌 독성시험법인 Mead-Briggs et al. (2000)의 방법을 토대로 기생벌 급성독성시험을 실시하였다.

기존 기생벌 표준 시험종인 Aphidius rhopalosiphi는 국내에서 발견된 보고가 존재하지만(Choi and Kim, 2018), 시험에 사용할 개체를 안정적으로 확보할 수 없다. 따라서 국내 시험종으로 콜레마니진디벌(Aphidius colemani)을 선발하였다. 양성대조물질을 이용한 독성시험 결과 0.0828, 0.1242 g a.i./ha 처리구에서 24시간에 60, 87.5%의 치사율을 나타냈으며 48시간에 모두 100% 치사율을 나타냈다. 이후 추가로 실시한 0.115 g a.i./ha 처리구에서는 24시간에 87.5%, 48시간에 100% 치사율을 나타냈다. Stará et al. (2011)의 연구에서 콜레마니진디벌에 대하여 디메토에이트 40% 유제 독성시험 시 200 L/ha 비율로 살포한 0.4 g a.i./L 농도에서 24시간에 100% 치사율을 나타냈다. Mead-Briggs et al. (2000)은 기존 시험종인 A. rhopalosiphi의 경우 디메토에이트 0.12 g a.i./ha 처리 시 일반적으로 24시간에 75~100%의 치사율을 나타낸다고 보고하였다. 위 문헌들과 본 연구의 양성대조물질 시험 결과를 비교하였을 때, 콜레마니진디벌과 A. rhopalosiphi의 디메토에이트에 대한 독성 정도는 유사하다고 판단된다. 실제 A. rhopalosiphi가 표준 시험종으로 제안된 이후 콜레마니진디벌과 같은 유사한 종들도 시험종으로서의 적합성에 대한 논쟁이 있었다. 특히 콜레마니진디벌의 경우 다양한 작물과 기주를 활용할 수 있기 때문에 시험 적용성이 넓어 A. rhopalosiphi를 대체할 수 있다는 의견이 있었다. 그러나 콜레마니진디벌을 시험종으로 삼기 위해서는 두 종의 생물학적 특성에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 하였다(Mead-Briggs et al., 1998). 콜레마니진디벌과 A. rhopalosiphi의 농약에 대한 독성을 비교하는 연구는 디메토에이트에 국한되어 있다. 따라서 디메토에이트에 대하여 두 종이 유사한 수준의 독성을 나타낸다 하더라도, 이를 통해 두 종이 모든 농약에 대하여 유사한 독성을 나타낸다고 일반화하는 것에는 한계가 있다고 판단된다.

플로니카미드는 선택성이 높은 살충제로, 진딧물과 같은 흡즙성 해충에 높은 효과를 보이는 반면, 기생벌과 같은 유익한 곤충에는 해가 없다고 알려져 있다(Morita et al., 2014). 본 연구에서는 이러한 플로니카미드의 기생벌 독성시험 결과를 기존 기생벌 표준 시험종인 A. rhopalosiphi와 비교함으로써 국내 기생벌 독성시험 시 콜레마니진디벌의 활용 가능성을 검토하고자 하였다. 플로니카미드 50% 입상수화제 시험 결과 무처리구에서 24시간에 2.5%, 48시간에 7.5%의 치사율을 나타냈다. 이는 시험 유효성 기준인 48시간 무처리구 치사율 13% 미만을 충족하는 결과였다. 플로니카미드 처리구의 최저 처리량 3.1 g a.i./ha에서 24시간에 0%, 48시간에 2.5%의 치사율을 나타냈으며, 최고 처리량 100.0 g a.i./ha에서는 24시간에 7.5%, 48시간에 27.5%의 치사율을 나타냈다. 또한 양성대조물질 처리구의 경우 0.115 g a.i./ha에서 24시간에 100% 치사율을 나타냈다. 따라서 시험 결과 플로니카미드 50% 입상수화제의 콜레마니진디벌에 대한 48시간 LR₅₀ 값은 100.0 g a.i./ha를 초과하는 것으로 나타났다. McDougall et al. (2024)은 100 L/ha 비율로 페트리 접시에 플로니카미드를 분무한 후 건조하여 콜레마니진디벌을 3마리씩 투입하였다. 시험은 처리구당 10반복으로 실시하였다. 시험 결과 플로니카미드 50 g a.i./ha 처리구에서 72시간 치사율은 30% 이하로 나타났다. 본 연구에서 플로니카미드 52.8 g a.i./ha 처리구의 48시간 치사율은 22.5%로 나타났다. 두 시험의 결과를 비교하였을 때, 노출 시간과 시험 방법에서 차이가 있었으나 전반적으로 유사한 경향을 나타냈다.

Jansen et al. (2011)의 연구에서 A. rhopalosiphi에 대하여 플로니카미드 50% 입상수화제 80 g a.i./ha 처리 시 48시간에 약 44.0%의 치사율을 나타냈다. 또한 48시간 급성독성시험 이후 살아남은 암컷 개체에 대해 실시한 생식능 시험에서 플로니카미드 처리구는 무처리구에 비하여 80% 이상 낮은 생식능을 보였다. 본 연구에서는 동일 약제에 대하여 콜레마니진디벌을 대상으로 Jansen et al. (2011)의 연구보다 더 높은 처리량으로 시험을 실시하였으나, 48시간 치사율은 오히려 낮게 관찰되었다. 이는 두 종 간의 플로니카미드에 대한 감수성 차이의 가능성을 시사한다. 그러나 이러한 결론은 급성지표에 국한되어 있으므로 추가적으로 생식능과 같은 아급성 영향 지표에 대한 검증이 필요하다고 판단된다.

기존 기생벌 독성시험법은 유럽의 표준 시험종인 A. rhopalosiphi를 기준으로 마련되었으며, 국내 농약 등록 시에도 해당 시험법을 준용하여 국외에서 시험한 A. rhopalosiphi 독성 자료가 제출된다. 이에 본 연구에서는 국내에서 기생벌 독성시험이 가능하도록 개체수 확보가 용이한 콜레마니진디벌을 시험종으로 선발하였다. 양성대조물질 시험을 통해 기생벌 급성독성시험법을 확립하였으며, 시험 결과 기존에 보고된 A. rhopalosiphi의 독성 값과 유사한 결과를 나타냈다. 이후 플로니카미드 50% 입상수화제에 대한 급성 독성시험을 실시하였으며, 시험 결과 A. rhopalosiphi의 독성 값과는 다소 차이가 있음을 확인하였다. 이를 통해 약제의 종류에 따라 콜레마니진디벌과 A. rhopalosiphi 간에 독성 반응의 차이가 나타날 수 있음을 확인하였다. 그럼에도 불구하고 본 연구 결과는 콜레마니진디벌을 국내 기생벌 독성 시험에서 시험종으로 활용할 수 있는 가능성을 시사한다. 다만, 보다 정확한 검증을 위해 향후 다양한 약제를 대상으로 급성독성과 함께 생식능과 같은 아급성 영향 지표에 대한 콜레마니진디벌과 A. rhopalosiphi의 비교 연구가 필요하다고 판단된다.

Acknowledgments

본 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원의 ‘환경 및 동식물에 대한 농약독성시험법 설정 및 개선연구’(과제번호: PJ01579705)의 지원으로 수행되었습니다.

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