오이총채벌레 방제를 위한 곤충병원곰팡이 Isaria fumosorosea FG340

서 론

미소 해충인 총채벌레는 약 5,000여종 이상이 알려져 있으며, 이들 중 약 87종이 작물에 피해를 주는 것으로 알려져 있다(Pelikan 1998; Demirozer et al., 2012). 총채벌레는 작물의 잎, 꽃, 과실을 주로 흡즙 가해하여 잎을 뒤틀리게 하거나 기형과를 유발하는 등 직접적인 피해를 일으키고 식물바이러스(TSWV; Tomato Spotted Wilt Virus)를 매개하여 간접적인 피해를 일으킨다(Ulman et al. 1997). 작물에 발생한 총채벌레는 한 세대가 증식하는 기간이 짧아 밀도 증가 속도가 매우 빠르기 때문에 농가에 큰 피해를 일으킬 수 있다(Ananthakrishnan 1993; Lewis 1997). 더욱이 총채벌레를 방제하기 위해 농가에서 사용되는 화학살충제의 반복적 사용으로 인해 약제저항성이 빠르게 발달되고 있어 방제가 힘든 실정이다(Morishita 1993; Choi et al., 2005). 이러한 특징 때문에 총채벌레가 고품질 채소류, 과일 및 화훼 생산에 있어서 위협적 요소로 작용하고 있다(Kirk and Terry, 2003). 우리나라에서는 비닐하우스 등을 이용한 다양한 작물 재배 및 연작 재배로 총채벌레의 피해가 증가하고 있으며 시설재배지에서는 꽃노랑총채벌레(Frankliniella occidentalis)와 오이총채벌레(Thrips palmi)가 주로 문제가 되고 있다(Jeon et al., 2017). 작물에 피해를 준다고 알려진 약 87종의 총채벌레 중 오이총채벌레는 34 과(Families) 이상의 작물을 가해하며 특히 고추, 가지, 콩, 오이 등 박과와 가지과 작물에 심각한 피해를 주는 것으로 알려져 있다(Miyazaki and Kudo, 1988).

오이총채벌레의 방제를 위해 애꽃노린재류, 포식응애류 등 포식자와 곤충병원성선충을 포함하는 포식 기생자, 곤충병원곰팡이와 같은 병원균이 우수한 방제 도구로 사용되어 질 수 있다(Cox et al., 2006). 이 중 Isaria fumosoroseus, Beauveria bassiana, Verticillium lecanii, Metarhizium anisopliae 등과 같은 곤충병원곰팡이는 해충의 표피에 접촉, 침투하여 독성물질을 분비하거나 기주곤충의 면역을 차단하고, 혈강에서 대량증식하여 기주의 영양분을 고갈시켜 해충을 치사에 이르게 한다. 또한 증식된 곰팡이가 기주의 표피에 포자를 형성하여 2차 감염원으로 작용하는 장점을 가져 미소흡즙 해충의 방제를 위해 효과적으로 활용되고 있다(Charnley et al., 1997). 또한 곤충병원곰팡이는 해충의 약제 저항성 발달과 관련된 mono-oxygenase와 esterase와 같은 효소의 활성을 억제함으로서 해충의 살충제 감수성을 증가 시키는 작용을 한다(Kanost et al., 1990). 곤충병원곰팡이와 치사량 이하의 살충제를 혼합 또는 교호 처리함으로서 해충의 살충제저항성 발달을 낮추고 효과적으로 해충을 방제할 수 있는 시도가 이뤄지고 있다(Ambethgar, 2009).

본 연구에서는 총채벌레를 친환경적으로 방제하기 위해 곤충병원곰팡이의 오이총채벌레 방제효과를 실내와 온실에서 검정하고, 제형화된 미생물 입제를 무농약 고추 하우스에 처리하여 총채벌레 방제효과를 검정하였다.

재료 및 방법

결 과

I. fumosorosea FG340 균주의 오이총채벌레에 대한 살충효과를 알아보기 위해 오이 엽절편을 이용한 생물검정을 실시한 결과, I. fumosorosea FG340 균주를 1×106~1×108 포자 수/ml 농도로 처리하였을 때 오이총채벌레의 누적살충율은 처리 4일 후 46.0 ± 6.8% ~ 82.0 ± 6.6% (df=3, 23, F=29.13, P<0.001), 처리 7일 후 90.0 ± 5.5% ~ 100.0 ± 0.0%(df=3, 23, F=83.98, P<0.001)였으며 무처리구의 누적살충율은 처리 4일 후 8.0 ± 3.7%, 7일 후 14.0 ± 2.5% 였다. 무처리구의 살충율을 반영한 처리구의 보정살충율은 처리 4일차40.1 ± 9.5 ~ 80.6 ± 7.3%, 처리 7일차에는 88.1 ± 6.9% ~ 100.0± 0.0% 였다(Fig. 1A).

Fig. 1.

Insecticidal activity of Isaria fumosorosea FG340 against Thrips palmi 2nd instar juveniles. Different concentrations of Isaria fumosorosea FG340 (1×106, 107 ,108 conidia/ ml) was treated on cucumber leaf disc in laboratory (A) and greenhouse (B). Control was treated with 0.02% Tween 80 solution. Data were analyzed using ANOVA (p < 0.001), and the differences were further elucidated using Turkey's studentized range test. Different letters above line indicate significant differences at p < 0.001 at each time point.

I. fumosorosea FG340 균주의 살충효과를 온실에서 검정하기 위해 오이 유묘를 이용한 생물검정을 실시하였다. I. fumosorosea FG340균주 현탁액(1×106 ~ 1×108 포자 수/ml)을 처리한 오이총채벌레의 누적살충율은 처리 4 일차 60.0 ± 8.4% ~ 65.3 ± 1.3% (df=3, 23, F=8.08, P=0.0017), 처리 7일에는 85.3 ± 6.1% ~ 94.7 ± 3.3% (df=3, 23, F=31.04, P<0.001)로 나타났으며 무처리구의 살충율을 반영한 처리구의 보정살충율은 처리 7일차에 73.3 ± 11.3~90.6 ± 5.8%로 나타났다(Fig. 1B). I. fumosorosea FG340균주의 온실에서의 살충효과는 기내에서와 같이 우수한 것으로 나타났다.

이러한 우수한 방제효과가 있는 I. fumosorosea FG340 균주를 입제 형태의 제형으로 제조하여 그 효과를 기내와 농가포장에서 확인하였다. I. fumosorosea FG340 입제의 포자 농도는 1 g 당 2.7×10⁹ 포자 이었으며 입제를 100배, 200배 희석하여 오이총채벌레가 투입된 semi-pot형태의 오이 잎에 살포한 결과 처리 5일 후 각각 64.2 ± 5.7%, 69.8 ± 3.6% (df=2, 26, F=94.82, P<0.0001), 처리 7일 후 각각 71. 1 ± 1.2%, 88.4 ± 3.3% (df=2, 26, F=133.21, P<0.0001)의 보정살충율을 나타내어 입제의 살충효과도 I. fumosorosea FG340균주 자체의 효과만큼 우수한 것으로 나타났다(Table 1).

Table 1.

Insecticidal activity of pellet formulated Isaria fumosorosea FG340 against Thrips palmi 2nd instar juveniles

I. fumosorosea FG340 입제의 총채벌레 방제효과를 포장에서 검정하기 위해 논산 무농약 고추 농가의 하우스에 발생하는 총채벌레의 밀도를 조사하였다. 고추 농가에 발생한 총채벌레의 형태를 실체현미경으로 조사한 결과 꽃노랑총채벌레로 확인되었으며 2020년 6월 25일에 고추 유묘에 발생한 총채벌레의 밀도가 0.82 ± 0.4/꽃으로 다소 높은 밀도로 발생하여 I. fumosorosea FG340 입제를 처리하기 시작하였다. 처리 이후 총채벌레의 밀도는 관행 처리구와 미생물 처리구에서 모두 낮은 밀도로 유지되다가 8월 28일부터는 관행 처리구에서 총채벌레 밀도가 급격히 증가하는 것으로 조사되었다. 8월 28일 ~ 10월 22일 기간 동안 처리구에 발생한 총채벌레는 0.00 ~ 0.33/꽃으로 낮은 밀도로 유지되었지만 관행 처리구의 총채벌레 발생은 8월 19일 이후 급격히 증가하여 9월 10일에는 1.35/꽃 밀도로 발생하였다. 8월 28일 ~ 10월 22일 기간 동안의 관행처리 대비 미생물 처리구의 보정 살충율은 92.7% ~ 100%인 것으로 나타나 I. fumosorosea FG340의 총채벌레 방제효과가 매우 뛰어난 것 으로 나타났다(Fig. 2). 고추하우스에서의 실험은10월 22일 이후 고추의 작기가 종료됨에 따라 마무리 되었다.

Fig 2.

Insecticidal activity of formulated Isaria fumosorosea FG340 against thrips at pepper in plastic house. Formulated I. fumosorosea FG340 was diluted 200 times and sprayed every week. Control was treated with commercialized organic insecticide. Average population of thrips / flower (A) was counted and corrected mortality (B) was calculated by Henderson-Tilton’s formula. Data were analyzed using ANOVA (p < 0.0001), and the differences were further elucidated using Turkey's studentized range test. Different letters above line indicate significant differences at p < 0.001 at each time point.

고 찰

작물 생산에 있어서 문제가 되는 총채벌레를 방제하기 위해 다양한 계열의 화학 살충제가 사용되지만 반복된 사용으로 총채벌레의 약제저항성이 빠르게 발달하고 있다. Jeon et al. (2017)에 따르면 국내 7지역의 오이총채벌레가 neonicotinoid계통 약제에 대해 약제저항성이 발달하였으며 교차 저항성 형성으로 방제 약제에 관한 관리가 필요한 것으로 나타났다. 약제저항성으로 방제가 어려운 총채벌레를 효과적으로 방제하기 위한 수단으로 방제 기작이 다른 생물학적 방제법을 활용할 수 있다. 다른 생물에는 영향이 없으며 해충에만 선택적으로 작용하는 곤충병원곰팡이 Verticillium lecanii 처리로 오이총채벌레 유충을 42.9% 방제하였으며, Beauveria bassiana BbH, B. bassiana BbHa, I. fumosoroseus 97 균주는 온실의 오이총채벌레를 24.2 ± 0.8%, 12.9 ± 0.3%, 0.2 ± 0.2% 방제하였다(Castineiras et al., 1996; Cuthbertson et al., 2005). 또한 오이총채벌레를 효과적으로 방제하기 위해 종합방제체계 구축을 위한 전략으로 화학살충제와 생물학적 방제제를 교호 처리하는 방법도 제시되고 있다. Imidacloprid와 V. lecanii, 곤충병원성 선충인 Steinernema feltiae을 교호 처리하였을 때의 오이총채벌레 방제 효과는 83%로 화학살충제인 imidacloprid을 단독으로 처리(32%)했을 때보다 우수한 것으로 나타났다(Cuthbertson et al. 2005). I. fumosorosea FG340균주는 오이 엽절편을 활용한 실내 검정과 오이 포트를 활용한 온실검정에서 오이총채벌레를 73.3 ± 11.3% ~ 88.1 ± 6.9% 방제하는 것으로 나타나 화학살 충제와 다른 생물적 방제 수단을 이용했을 때 보다 효과적으로 오이총채벌레를 방제할 수 있는 것으로 나타났다. 곤충병원곰팡이는 곤충의 표피에 부착, 발아하여 해충을 침투하기 때문에 처리 온·습도에 따라 살충효과가 달라질 수 있지만 선행연구 결과에 따르면 I. fumosorosea FG340균주는 45%의 낮은 습도에서도 높은 살충효과를 나타내어 습도의 영향을 덜 받는 것으로 나타났다(Han et al., 2014b). 이러한 특성 때문에 상대적으로 습도가 낮은 온실조건에서도 실내 생물검정의 결과와 유사한 우수한 살충효과를 나타낸 것으로 생각된다.

오이총채벌레에 대해 우수한 방제효과를 나타내는 I. fumosorosea FG340 균주의 산업화를 위해 입제 제형을 제작하여 총채벌레에 대한 살충효과를 연구실과 농가에서 검정하였다. 기내에서 I. fumosorosea FG340 입제를 200배 희석 분무 처리한 결과 오이총채벌레를 71.1 ± 1.2% 방제하는 것으로 나타나 균주를 배양하여 처리하였을 때와 비슷한 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 기내 생물검정을 통해 살충효과가 확인된 입제를 무농약 고추 농가에 적용하여 미생물제로의 상용화 가능성을 확인하였다. 무농약 농가에서 실험하여 대조구로 화학살충제를 처리할 수 없었지만 기존 농가에서 살충을 위해 처리하는 유기농업자재 처리구를 대조구로 설정하여 현장 실증하였다. 총채벌레 밀도가 증가한(0.82 ± 0.4) 6월 25일부터 일주일 간격으로 I. fumosorosea FG340 입제를 200배 희석하여 분무 살포한 결과 농가 처리 유기농친환경자재 대비 92.7% ~ 100%의 방제효과를 나타냈다. 이러한 곤충병원곰팡이의 우수한 방제효과는 다른 문헌에서도 확인된다. Ahmed and El-Mogy (2011)의 포장실험 결과에서는 B. bassiana를 양파의 생육기와 개화기에 처리하였을 때 파총채벌레(Thrips tabaci)를 70.4%, 85.3% 방제하여 화학살충제인 Malathion (87.2%, 86.5%) 보다 더욱 효과적으로 총채벌레를 방제하는 것으로 나타났고, B. bassiana SZ-26 균주 또한 양파의 파총채벌레 성충과 유충을 효과적으로 방제하는 것으로 나타났다(Ahmed and ElMogy, 2011; Wu et al., 2013). Maniania et al. (2003)의 결과에 따르면 Metarhizium anisopliae와 유기인계 살충제인 Dimethoate를 각각 양파에 처리 하였을 때 파총채벌레를 방제하는 효과는 비슷하게 나타났으나 총채벌레를 제외한 포식성 딱정벌레, 기생벌 등의 천적과 다른 곤충의 밀도를 조사한 결과 Metarhizium anisopliae 처리구에서는 처리 전 밀도와 비슷한 것과 대조적으로 Dimethoate 처리구에서는 밀도가 감소하는 것으로 나타났다(Maniania et al., 2003). 꽃노랑총채벌레를 효과적으로 방제하는 B. bassiana 역시 꽃노랑총채벌레의 천적인 포식성응애에는 영향을 미치지 않는 것으로 조사되었다. 이렇듯 곤충병원곰팡이는 생태계에는 영향을 미치지 않고 해충을 효과적으로 방제하기 위해 활용될 수 있다. 따라서 살충효과가 우수한 곤충병원곰팡이 I. fumosorosea FG340 균주를 처리함으로서 농가에서 문제가 되는 총채벌레를 효과적으로 관리할 수 있을 것으로 기대된다.

Acknowledgments

본 연구는 국립농업과학원의 기관고유사업(PJ01427101)의 지원에 의해 수행되었습니다.

References

• Ahmed SS, El-Mogy MM, 2011. Field evaluation of some biological formulations against Thrips tabaci (Thysanoptera: Thripidae) in onion. World Appl. Sci. J. 14(1):51-58.
• Ambethgar V, 2009. Potential of entomopathogenic fungi in insecticide resistance management (IRM): A review. J. Biopestic. 2(2):177-193.
• Ananthakrishnan T, 1993. Bionomics of thrips. Annu. Rev. Entomol. 38(1):71-92. [https://doi.org/10.1146/annurev.en.38.010193.000443]
• Castineiras A, Pena JE, Duncan R, Osborne L. 1996. Potential of Beauveria bassiana and Paecilomyces fumosoroseus (Deuteromycotina: Hyphomycetes) as biological control agents of Thrips palmi (Thysanoptera: Thripidae). Florida Entomol. 79(3):458-461. [https://doi.org/10.2307/3495597]
• Charnley AK., 1997, Entomopathogenic fungi and their role in pest control, The mycota IV environmental and microbial relationships, Berlin, Springer., pp.185-201.
• Choi BR, Park HM, Yoo JK, Kim SG, Baik CH, et al., 2005. Monitoring on insecticide resistance of major insect pests in plastic house. Korean J. Pestic. Sci. 9(4):380-390. (In Korean)
• Cox PD, Matthews L, Jacobson RJ, Cannon R, MacLeod A, et al., 2006. Potential for the use of biological agents for the control of Thrips palmi (Thysanoptera: Thripidae) outbreaks. Biocontrol Sci. and Techn. 16(9):871-891. [https://doi.org/10.1080/09583150600827728]
• Cuthbertson AGS, North JP, Walters KFA, 2005. Effect of temperature and host plant leaf morphology on the efficacy of two entomopathogenic biocontrol agents of Thrips palmi (Thysanoptera: Thripidae). Bull. Entomol. Res. 95(4):321- 327. [https://doi.org/10.1079/BER2005363]
• Demirozer O, Tyler-julian K, Funderburk J, Leppla N, Reitz S, 2012. Frankliniella occidentalis (Pergande) integrated pest management programs for fruiting vegetables in Florida. Pest Manag. Sci. 68(12):1537-1545. [https://doi.org/10.1002/ps.3389]
• Han JH, Kim JJ, Lee SY, 2014a. Insecticidal activity of Metarhizium anisopliae FT83 against the different stages of beet armyworm, Spodoptera exigua. Korean J. Pestic. Sci. 18(4):417-421. (In Korean) [https://doi.org/10.7585/kjps.2014.18.4.417]
• Han JH, Jin BR, Kim JJ, Lee SY, 2014b. Virulence of entomopathogenic fungi Metarhizium anisopliae and Paecilomyces fumosoroseus for the microbial control of Spodoptera exigua. Mycobiol. 42(4):385-390. [https://doi.org/10.5941/MYCO.2014.42.4.385]
• Henderson CF, Tilton EW, 1955. Tests with acaricides against the brow wheat mite, J. Econ. Entomol. 48(2):157-161. [https://doi.org/10.1093/jee/48.2.157]
• Jeon SW, Park BY, Park SK, Lee SK, Ryu HJ et al., 2017. Establishment of Discriminating concentration based assessment for insecticide resistance monitoring of palm thrips. Korean J. Environ. Biol. 35(4):557-565. (In Korean) [https://doi.org/10.11626/KJEB.2017.35.4.557]
• Kirk DJ, Terry LI, 2003. The spread of the western flower thrips Frankliniella occidentalis (Pergande). Agric. Forest Entomol. 5(4):301-310. [https://doi.org/10.1046/j.1461-9563.2003.00192.x]
• Kanost MR, Kawooya JK, Law JH, Ryan RO, Van Heusden MC et al., 1990. Insect hemolymph protein. Adv. In insect Phys. 22:299-396. [https://doi.org/10.1016/S0065-2806(08)60008-9]
• Lewis T, 1997. Thrips as crop pests. Wallingford Ltd., CAB International, UK. pp.740.
• Maniania NK, Sithanantham S, Ekesi S, Ampong-Nyarko K, Baumgartner J, et al., 2003. A field trial of the entomogenous fungus Metarhizium anisopliae for control of onion thrips, Thrips tabaci. Crop Prot. 22(3):553-539. [https://doi.org/10.1016/S0261-2194(02)00221-1]
• Miyazaki M, Kudo I, 1988. Bibliography and host plant catalogue of Thysanoptera of Japan. Miscellaneous Publications of the National Institute of Agro-Environ. Sci. 3:1-246.
• Morishita M, 1993. Toxicity and synergism of some insecticides against larvae of Thrips palmi Karny (Thysanoptera: Thripidae). Jpn. J. Appl. Ent. Zool. 37(3):153-157. [https://doi.org/10.1303/jjaez.37.153]
• Pelikan J, 1998. Thrips palmi (Thysanoptera) threatens Europe an glasshouse crops. Plant Protection-UZPI 34(1):39-42.
• Püntener W, 1981. Manual for field trials in plant protection second edition. Agricultural Division, Ciba-Geigy Limited, Basel, Switzerland. pp.205.
• RDA(Rural Development Administration), 2003. Standard of analysis and survey for agricultural research. Suwon, Korea. pp.475. (In Korean)
• Ulman DE, Sherwood JL, German TL, 1997. Thrips as vectors of plant pathogens. In: Lewis T, editors. Thrips as crop pests. Wallingford, UK: CAB International. pp.539-565.
• Wu S, Gao Y, Xu X, Zhang Y, Wang J, et al., 2013. Laboratory and greenhouse evaluation of a new entomopathogenic strain of Beauveria bassiana for control of the onion thrips Thrips tabaci. Biocon. Sci. Tech. 23(7):794-802. [https://doi.org/10.1080/09583157.2013.794896]