Diamide 저항성 파밤나방의 약제 관리 프로그램

서 론

파밤나방(Spodoptera exigua, Beet armyworm)은 아시아를 비롯해 유럽, 북중미, 아프리카, 호주 등 101개국에 분포되어 있으며(CAB, 1972; Zheng et al., 2011), 십자화과 작물을 포함한 다양한 농작물을 섭식하는 다식성 해충으로 심각한 경제적 피해를 주고 있다(Capinera, 2002; Metcalf and Flint, 1993; Xiu and Dong, 2007). 또한, 한국을 포함한 동아시아에서는 매년 4~11세대가 발생하며, 넓은 기주범위, 장기 비행 능력의 특징으로 인해 살충제에 대해서 빠르게 저항성을 획득하는 것으로 알려져 있다(Fu et al., 2017; Karimi-Malati et al., 2014). APRD (Arthrpod Pesticide Resistance Database, 2020)에 따르면 파밤나방은 diamide 계통 약제를 포함하여 약 40여가지 약제에 대하여 미국, 중국 등 전세계적으로 저항성이 보고되어 있다. Diamide 약제는 IRAC (Insecticide Resistance Action Committee, 2020) 28번으로 chlorantraniliprole, cyantraniliprole, cyclaniliprole, flubendiamide, tetraniliprole이 등록되어 있다(Cordova et al., 2006; Ebbinghaus-Kintscher et al., 2007; Jeanguenat, 2013; Kousika and Kuttalam, 2020; Sparks and Nauen, 2015). Diamide 약제는 ryanodine receptor (RyR)에 작용하여 표적으로 할 수 있는 해충 수가 광범위하며, 특히 나비목 해충에 대해 효과적인 살충제로 알려져 있다(Ebbinghaus-Kintscher et al., 2007; Troczka et al., 2017). RyR은 곤충의 근섬유 사이에 존재하는 근형질과 내부 원형질의 소포체에 존재하는데(Sattelle et al., 2008), 흥분과 수축 작용을 통해 세포 내 저장소의 Ca²⁺를 조절하는 역할로 알려져 있다(Lanner et al., 2010). Diamide는 이 때 Ca²⁺의 항상성을 방해하여 지속적으로 근육을 수축하게 하여 치사에 이르게 한다(Cordova et al., 2006).

국내 지역별 채집된 파밤나방에 대해서 diamide 약제에 대한 감수성 평가에서 2014년도 채집된 개체는 100% 살충률을 보였으나, 2017년도 채집된 개체에서는 높은 저항성을 보였다(Cho et al., 2018). 이렇듯 diamide 저항성을 보이는 파밤나방에 대한 연구는 계속 수행되고 있다(Kim et al., 2021). 국내를 비롯한 전 세계적으로 파밤나방에 대하여 diamide 약제에 대한 저항성 매커니즘 관련 연구는 다양한 방법으로 진행되고 있다. Wang et al. (2018)은 cytochrome P₄₅₀ monooxygenase가 저항성과 관련이 있다고 보고하였다. 또한, 중국에서 채집된 파밤나방에서 RyR의 glutamic acid 돌연변이(G4946E)를 확인하였다(Zuo et al., 2017). 최근에는 중국과 한국에서 채집된 파밤나방의 RyR의 isoluecine 돌연변이(I4790M)을 확인하였다(Kim et al., 2021; Zuo et al., 2020).

해충의 저항성은 표적해충을 방제하기 위해서 약제를 지속적으로 살포하게 되는데, 이때 약제를 잘못된 방법으로 처리하거나 동일한 약제를 연용 및 남용하여 사용할 경우 저항성이 증가할 수 있다. 이에 반하여, 해충의 저항성은 약제를 처리하지 않고 누대 사육하는 경우 감소하게 된다(Shen et al., 2020; Yang et al., 2014). Diamide를 포함한 다양한 살충제에 대한 저항성 발달을 지연시키면서 저항성을 관리하기 위해서는 약제 저항성을 모니터링하고 세대가 지남에 따른 저항성 수준 변화 연구가 중요하다.

IRM (Insecticide Resistance Management)은 해충 저항성 관리를 의미하며, 목표 해충 개체군을 대상으로 해충 방제법에 대한 저항성을 지연시키기 위해 취한 해충 저항성 관리를 의미한다(Crop Life, 2011). IRM 프로그램을 유지하기 위한 필수적인 조건으로는 농부, 농업회사, 연구원, 정부 규제 기관들의 긴밀한 협력과 지속 가능한 상태를 위하여 저항성과 변화 요인에 대한 이해와 적응이 필요하다(Wozniak et al., 2012).

본 연구에서는 전라남도 해남 지역의 파밤나방의 diamide 약제에 대한 저항성 수준과 약제 노출없이 세대별 감수성 변화를 평가하였다. 또한 저항성 파밤나방에 우수한 약제를 선발하였으며, 이를 바탕으로 diamide 저항성 집단의 방제를 위한 프로그램을 구성하여 방제가를 비교하였다. 본 연구결과는 diamide 저항성 파밤나방에 대한 약제 방제 프로그램의 기초자료로 제공하고자 한다.

재료 및 방법

시험약제

시험에 사용한 약제는 현재 파밤나방에 등록되어 국내에 판매되고 있는 제품을 이용하였으며, 유효성분, 제형과 추천 농도는 다음과 같다(Table 1).

Table 1.

Information of the tested insecticides

Diamide 저항성 관리 프로그램

충청북도 청주 지역의 파 재배지에서 시험을 진행하였다. Diamide 이외에 약제들에 대한 약제 감수성 평가에서 90% 이상 살충률을 보인 약제를 선정하여 구성하였다. Program 1과 2는 선정된 3개 약제와 diamide 약제 1개를 추가로 하여 구성하였으며, program 3과 4는 선정된 2개 약제와 diamide 약제 2개를 추가로 하여 구성하였다. 마지막으로 대조구 program 5는 diamide 계통 약제를 제외한 프로그램으로 구성하였다. 각 프로그램의 약제 처리 순서는 무작위로 선택하였으며, 약제 종류 및 순서는 다음과 같다(Table 2). 시험 약제는 10일 간격으로 3회 처리하였으며, 약액은 추천 농도로 희석하여 사용하였다. 최초 약제 처리 전 포장 내 피해엽을 모두 제거한 후 시험을 진행하였으며, 시험 약제 처리마다 2~3일 내에 파밤나방 유충 2~3령을 처리구당 50마리씩 접종하였다. 시험 조사는 각 구당 20주의 전체엽수와 피해엽수를 조사하여 피해엽률을 구하였으며, 방제효과 비교는 Tuckey’s Studentized Range Test로 비교하여 분석하였고, 시험구 배치는 난괴법이었으며, 3반복으로 수행되었다(SAS institute, 2010). 방제가는 다음과 같이 계산하였다.

$\[ \mathrm{방}\mathrm{제}\mathrm{가}\left(\%\right)=\frac{\begin{array}{c}\mathrm{ }\mathrm{ }\mathrm{무}\mathrm{처}\mathrm{리}\mathrm{구}\mathrm{의}\mathrm{ }\mathrm{피}\mathrm{해}\mathrm{엽}\mathrm{률}\mathrm{ }–\mathrm{ }\mathrm{ }\\ \mathrm{처}\mathrm{리}\mathrm{구}\mathrm{의}\mathrm{ }\mathrm{피}\mathrm{해}\mathrm{엽}\mathrm{률}\end{array}}{\mathrm{무}\mathrm{처}\mathrm{리}\mathrm{구}\mathrm{의}\mathrm{ }\mathrm{피}\mathrm{해}\mathrm{엽}\mathrm{률}}\times 100 \]$

Table 2.

Tested insecticides and treatment date for IRMa) programs in green onion field, Cheongju

결 과

Diamide 계통 약제 감수성 평가

감수성 집단과 해남 집단을 대상으로 chlorantraniliprole와 cyantraniliprole에 대하여 약제 감수성 평가를 진행하였다. Chlorantraniliprole에 대하여 해남 집단의 저항성비는 410,000배 이상 나타났으며, cyantraniliprole에 대해서 해남 집단의 저항성비는 200,000배 이상 나타났다(Table 3).

Table 3.

Susceptibility to diamide insecticides in the susceptible strain (S) and Haenam population (HN) of S. exigua

저항성 점 돌연변이 확인 및 빈도 분석

감수성 집단과 해남 집단을 대상으로 RyR 특이적 점 돌연변이 G4946E와 I4790M을 확인하였다. 점 돌연변이 G4946E는 확인할 수 없었으나, 점 돌연변이 I4790M은 해남 집단에서 확인할 수 있었다(Fig. 1). 이에 점 돌연변이 I4790M을 빈도 분석한 결과, 감수성 집단에서 adenine (A)과 guanine (G)의 비율이 95.0 : 5.0이었으나, 해남 집단의 경우 2.0 : 98.0으로 나타났다(Table 4).

Fig. 1.

Partial nucleotide sequences of DNA fragment of ryanodine receptor in the susceptible strain (S) and Haenam population of S. exigua. Black color box includes identified ryanodine receptor mutation, (A) G4946E and (B) I4790M.

Table 4.

Genotypes of point mutations (I4790M) in the RyR genes of S. exigua

약제 노출없이 세대별 약제 감수성

해남 집단을 대상으로 chlorantraniliprole와 cyantraniliprole에 대하여 어떠한 약제의 노출 없이 세대별 약제 감수성 변화 평가를 진행하였다. 처리 72시간 후 chlorantraniliprole와 cyantraniliprole 약제에 대한 LC₅₀ 값이 지속적으로 감소하였다(Table 5). Chlorantraniliprole에 대하여 해남 집단 파밤나방의 F₁의 저항성비는 416,052배였으나, 세대가지나 F₃ 세대의 저항성비는 5,100배로 F₁ 세대에 대한 DR값이 98.77%였으며, F₆ 세대의 저항성비는 271배로 감소하여 DR 값이 99.93%였다. Cyantraniliprole에 대해서도 F₁ 세대의 저항성비는 208,000배였으나, 세대가 지나 F₃ 세대의 저항성비는 660배로 F₁ 세대에 대한 DR 값이 99.68%였으며, F₆의 저항성비는 105배로 감소하여 DR 값이 99.95%였다. 또한, 세대별로 chlorantraniliprole과 cyantraniliprole의 추천 농도 25 ppm에서의 살충률을 비교한 결과, 지속적으로 살충률은 증가하였으며 chlorantraniliprole은 6세대에서 90% 이상, cyantraniliprole은 5세대에서 90% 이상의 살충률을 나타내었다(Fig. 2).

Table 5.

Susceptibility to diamide insecticides of susceptible strain and Haenam population (HN) of S. exigua without any insecticide exposure over generations

Fig. 2.

Corrected mortality to diamide insecticides at recommended concentration in S. exigua without any insecticides exposure over generations. Means followed by the same letters are not significantly different (p < 0.05; Tukey’s studentized range test (SAS Institute 9.3(SAS, 2010)).

살충효과가 우수한 약제 선발

Diamide 저항성임을 확인한 해남 집단 파밤나방에 대해서 11종의 약제에 대한 감수성 평가를 진행하였다. 이 중 90% 이상의 살충률을 보인 약제는 broflanilide, chlorfenapyr, fluxametamide, indoxacarb, spinetoram이었다(Fig. 3). 위 5종의 약제를 선발하여 IRM (Insecticide resistance management) 프로그램을 구성하는데 이용하였다.

Fig. 3.

Comparison of susceptibility in the Haenam population of S. exigua against 11 insecticides at recommended concentration.

약제 저항성 관리 프로그램

위 선발한 5종의 약제와 diamide 약제를 조합하여 청주지역 파 재배지에 적용하였다. 그 결과, program 4가 94.3%로 가장 높은 방제가를 보였으며, program 3, program 1, program 2 순으로 방제가가 높았다. 모든 IRM 프로그램은 91% 이상의 방제가를 나타내었으며, 대조구인 프로그램 5(diamide 계통 약제를 제외)와 유의한 차이가 나타나지 않았다(Table 6).

Table 6.

Comparison of four IRMa) programs to control S. exigua in green onion field, Cheongju

고 찰

파밤나방을 방제하기 위해서는 주로 화학적 방법이 주가되었기에 다양한 살충제에 대해서 저항성이 보고되어 있다(Gao et al., 2014). 특히 diamide 약제는 나비목에 효과적이라 알려져 있어, 2006년 개발된 이후 지속적인 사용에 의해 저항성이 보고되어 있다(Ebbinghaus-Kinster et al., 2007; Lai et al., 2011; Che et al., 2013; Zhang et al., 2014; Zuo et al., 2020). 국내에서도 diamide 살충제에 대해서 저항성을 보이는 파밤나방이 보고되어 있다(Cho et al., 2018; Kim et al., 2021). Diamide 약제는 국내에 ‘알타코아’, ‘토리치’ 등 다양한 상표명으로 파밤나방에 대한 방제 약제로 판매되고 있다(KCPA, 2020).

본 연구에 앞서 국내 파밤나방에 대하여 감수성 평가 결과, 2013년 다섯 지역에서 모두 100% 살충률을 나타냈으나, 2017년에는 네 지역에서 60% 이하의 살충률을 나타내며, 국내에서 diamide 저항성 파밤나방이 증가하고 있음을 보고하였다(Cho et al., 2018). 또한, chlorantraniliprole에 대해서 여주, 진도, 안성 집단이 4,000배 이상의 저항성비를 보여 여전히 국내 파밤나방의 저항성이 나타나고 있음을 보고하였다(Kim et al., 2021). 본 시험에서도 chlorantraniliprole에 대해서 해남 집단의 저항성비는 410,000배 이상이었으며, cyantraniliprole에 대해서 200,000배 이상 나타났다. 이전 연구에서, chlorantraniliprole 저항성 배추좀나방에서 flubendiamide에 교차저항성이 나타났으나, cyantraniliprole에 대해서는 교차저항성이 나타나지 않았다고 보고하였다(Kang et al., 2017). 하지만, 본 연구에서는 chlorantraniliprole와 cyantraniliprole 두 약제 모두 높은 저항성이 나타났기에 두 약제 사이에 교차저항성이 나타났다고 사료된다. 이러한 이유로는 담배거세미나방과 배추좀나방에 대해서 diamide 약제간 동일한 작용기작을 갖추어 교차저항성이 일어나기 쉽다고 보고되어 있기 때문이다(Liu et al., 2015; Sang et al., 2016). 또한, diamide 살충제에 대해서 저항성이 발현되는 원인으로 RyR의 점 돌연변이가 있는데, 배추좀나방에서 E1338D, G4946E, I4790M과 Q4594L (Guo et al., 2014; Steinbach et al., 2015; Troczka et al., 2015), 파밤나방에서는 G4946E (Zuo et al., 2017)와 I4790M (Kim et al., 2021; Zuo et al., 2020)이 밝혀져 있다. 점 돌연변이 G4946E와 I4790M에 대하여 분석한 결과, 점 돌연변이 I4790M은 확인할 수 있었으나, 점 돌연변이 G4946E는 확인할 수 없었다. 약제 감수성 평가와 점 돌연변이 확인으로 저항성 진단 마커로써 점 돌연변이 I4790M을 이용할 수 있다고 여겨진다. 해남 집단 파밤나방을 약제 노출없이 누대사육하면서 세대별 약제 감수성 평가를 진행하였다. F₁에 대하여 F₄의 DR (Depression ratio)값이 99% 이상으로 저항성이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 기존 연구에서, DR 값을 통해 아무런 약제 접촉 없이 누대사육할 경우 세대가 지남에 따른 저항성비의 감소를 나타내었다(Shen et al., 2020). 본 연구결과와 비슷하게 metaflumizone 저항성 배추좀나방에 대하여 약제 노출을 중단한 이후 감수성을 평가하였을 때, LC₅₀ 값이 지속적으로 감소하였다(Shen et al., 2020). 또한, 벼멸구는 약제를 처리하지 않고 15세대 이상 누대사육하였을 때 LD₅₀ 값이 지속적으로 감소하였다(Yang et al., 2014).

IRM 프로그램 구성을 위하여 파밤나방에 등록된 11종의 약제에 대하여 약제 감수성 평가를 진행하였다. 위 11종 약제는 현재 파밤나방 방제를 위하여 국내에 등록되어 있을 뿐만 아니라, 방제효과가 우수하다고 알려져 있다(Ahmad and Arif, 2010; KCPA, 2020; Maxwell and Fadamiro, 2006; Sakamoto et al., 2004; Sung et al., 2019; Takagi et al., 2007; Whiting el al., 2000; Zhou et al., 2011). 하지만 감수성 평가결과, 90% 이상의 살충률을 나타낸 약제는 broflanilide, chlorfenpyr, fluxametamide, indoxacarb, spinetoram이었다. 위 5종 약제를 이용하여 IRM 프로그램을 구성하였다. Diamide 계통 약제의 판매금액과 제품수는 제품이 출시된 이후로 꾸준하게 증가하였다(KCPA, 2019). 또한, 제형과 상관없이 diamide 약제의 판매는 계속해서 증가하는 추세이므로 diamide 약제를 배제하지 않고 효과가 좋았던 다른 계통 약제와 교호처리하는 방법으로 IRM 프로그램을 구성하였다. 그 결과, 모든 프로그램이 91% 이상의 높은 살충효과를 나타냈으며, 대조구인 program 5의 방제가와 유의한 차이를 보이지 않았다. 따라서 diamide 약제와 교호처리를 했을 때뿐만 아니라 하지 않았을 때도 파밤나방 방제가 가능할 것으로 판단된다.

기존 연구에서, diamide 저항성은 다양한 효소의 발현 증가와 RyR의 발현 증가로 인하여 저항성이 나타난다고 보고하였다(Kang et al., 2017; Lai et al., 2011; Liu et al., 2015). 또한, 파밤나방에 대해서 RyR 특이적 점 돌연변이로 G4946E와 I4790M이 보고되어있다(Kim et al., 2021; Zuo et al., 2017; Zuo et al., 2020). 이를 미루어보아 약제 감수성 평가 이외에 다양한 저항성 매커니즘에 관한 연구를 추가적으로 진행한다면 IRM 프로그램에 응용할 수 있을 것으로 생각된다.

본 연구결과는 diamide 저항성 파밤나방에 대한 약제 방제 프로그램의 기초자료로 제공하고자 한다.

이해상충관계

저자는 이해상충관계가 없음을 선언합니다.

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