국내 과수화상병 등록 약제의 사과나무 개화기 방제 효과

서 론

화상병은 Erwinia amylovora에 의해 장미과 식물에 발생하는 세균병으로(Van der Zwet et al., 2012), 국내에서는 2015년도에 배(Myung et al., 2016a)와 사과나무(Park et al., 2016)에서 처음으로 발견되었다. 화상병은 우리나라에서 식물방역법상 금지급 검역병으로 지정되어 있는데(Park et al., 2017), 화상병이 발생하면 해당 과원의 발병한 나무를 제거하거나 과원 전체를 폐원하는 공적 방제를 실시하고 있다(Park et al., 2022). 뿐만 아니라 병이 발생한 과원 주변의 모과나무(Myung et al., 2016b), 살구나무(Lee et al., 2021), 팥배나무(Lim et al., 2023a), 산사나무(Lim et al., 2023b) 등에서도 발생이 확인된 바 있다.

화상병은 꽃 마름으로 시작하여 신초, 잎, 줄기와 과실에 수침 증상이 나타나며, 나중에는 갈색 또는 검은색으로 괴사한다(Slack et al., 2017). 화상병균은 그람음성 세균으로 궤양 조직이나 병든 식물 잔재물 등에서 월동하며, 개화기에 꽃이나 신초 등의 상처와 수공 같은 자연 개구를 통해 기주 식물에 침입하고 비, 바람, 곤충, 사람 등에 의해 확산된다(Van der Zwet et al., 2012). 이런 화상병을 방제하기 위해서는 동계기 궤양 등의 전염원을 사전에 제거하고, 개화기에 꽃이나 개화기 이후에 신초를 통해 화상병균 감염되는 것을 차단하는 것이 필요하다(Van der Zwet et al., 2012). 특히, 미국에서는 화상병균의 감염에 가장 중요한 기관인 꽃의 개화시기에 항생제를 살포하여 감염을 차단하는 방법이 가장 보편적인 방제 방법으로 알려져 있다(Johnson and Stockwell, 1988).

화상병균은 국내에서 금지급 검역병원체로 지정되어 있기 때문에 일반 포장에서는 시험 연구가 금지되어 있다. 이에 따라, 농촌진흥청에서는 외국에서 화상병 방제용으로 사용되는 농약 중에 국내에 이미 사과와 배의 다른 병해에 등록된 농약을 약해 시험 만을 거쳐 화상병 방제용 농약으로 직권 등록하여 사용하고 있다(Lee, et al., 2018). 현재 농촌진흥청에서는 전국의 시군을 대상으로 개화기에 화상병 약제를 화상병 예측 정보(http://fireblight.org)에 따라 2회 살포하도록 규정하고 있으며, 방제 약제는 매년 각 지자체 별 규정에 따라 선정된 화상병 약제 2종을 보급하고 있다. 그러나 농업 현장에서는 등록된 약제들의 방제 효과에 대해 의문을 제기하면서 이들 약제에 대한 방제 효과 검증을 요구하는 의견이 많은 실정이다.

따라서, 본 연구에서는 화상병에 등록된 항생제, 화학농약, 미생물제 등 개화기에 사용할 수 있는 18종의 약제를 대상으로 사과 개화기 살포시 방제 효과를 검정하였다. 화상병은 일반 포장에서 시험이 불가능하기 때문에 농촌진흥청에서 운영하는 LMO 안전관리 규정에 따라 건립한 격리하우스에서 2021년과 2023년 두 차례에 걸쳐 시험을 수행하였다. 또한 지자체 별로 선정한 약제를 종류별로 분석하여 실제 농업 현장에 사용되고 있는 실태를 조사하였다. 본 연구를 통해 향후 지자체 별 약제 선정 시, 각 지자체의 실정에 맞도록 방제 효과를 고려할 수 있는 방향을 제시하고자 한다.

재료 및 방법

시험 약제

국내에서 사과 화상병 방제용으로 등록되어 개화기에 처리할 수 있는 약제 18종을 선정하였다(Table 1). 이 중 Oxolinic acid+Oxytetracyclinedihydrate (WG) 등 6개 품목은 2023년에만 시험하였고, 나머지 12개 품목은 2021년과 2023년에 시험을 수행하였다.

Table 1.

Information of the tested control agents for fire blight

시험 포장 및 처리 방법

화상병은 금지급 검역병으로 일반 포장에서의 방제 시험이 불가능하기 때문에 화상병 다발생 지역인 충주시 소재 격리하우스에서 시험하였다. 시험 품종은 2021년에는 15년생 후지를, 2023년에는 3년생 홍로를 대상으로 하였고(Table 2), 개화기를 포함한 시험기간 동안에는 살충제나 다른 종류의 살균제를 살포하지 않았다.

Table 2.

Summary of inoculation of E. amylovora and control agent spraying

시험처리구는 2021년에는 나무당 50개 이상의 화총이 달려 있는 서로 다른 위치에 있는 가지를 2개씩 선정하여 시험구로 정하였고, 각 반복 시험구는 서로 다른 나무에 선정하여 난괴법 3반복으로 시험하였다. 2023년에는 시험 묘목을 4^oC의 저온 창고에 보관하다가 약제 처리 4주전에 대형 포트에 심어 관리하였고, 각각 개별 나무를 1개 시험구로 정하여 약제 처리 당 3반복 난괴법으로 배치하여 시험하였다.

접종에 사용한 시험 균주는 E. amylovora TS3128 균주를 24시간 TSA (Tryptic soy agar) 배지에 배양 후 이를 멸균수에 희석하여 사용하였다. 병원균 접종은 2021년에는 시험균주를 O.D._600nm=0.5로 희석하여 꽃이 80% 정도 개화한 만개기(4월 26일, Fig. 1A)에 나무 당 1개 꽃의 암술에 10 μl씩 떨어뜨린 후 뒤영벌(Bombus agrorum)을 이용하여 다른 꽃으로의 감염을 유도하였다. 반면 2023년에는 시험 균주를 O.D.600 nm=0.1로 희석하여 만개기(5월 19일, Fig 1B)에 나무 전체에 분무 접종하였다. 병원균 접종은 모두 해가 질 무렵부터 시작하여 야간에 시행하였다.

Fig. 1.

Flowering status of apple flowers at the time of inoculation in (A) 2021 and (B) 2023.

시험 약제는 추천 약량에 맞게 희석 배수(Table 1)에 따라 수돗물에 희석하여 바람이 적어 약제 살포 시 비산이 잘 되지 않는 오전 7시에서 10시 사이에 나무 전체를 대상으로 분무 처리하였다. 약제 처리 시기는 화상병 꽃감염 위험 경보 후 1일 이내 약제 살포를 시작 하는 것으로 가정하여 2021년에는 병원균 접종 후 1일차과 4일차에 3일 간격으로 2회 살포하였다. 2023년에는 화상병 꽃감염 위험 경보를 감염 위험 1일 전에 알려 주도록 시스템이 변경되어 감염 위험 전에 약제를 살포할 수 있기 때문에 이를 가정하여 병원균 접종 전 1일차과 접종 후 2일차에 3일 간격으로 2회 살포하였다(Table 2).

발병 조사

꽃에 나타나는 화상병 병징은 균 접종 후 1-2주 후에 암술 부위나 꽃대가 갈변되기 시작하는 것을 볼 수 있었다(Fig. 2-A). 화총 중에 1개 이상의 꽃에 병징이 보이는 것을 발병한 것으로 판단하여 접종 3주 후에 시험구의 전체 화총수 대비 발병한 화총 수의 비율을 꽃감염율로 조사하였다. 접종 후 약 3주가 지나면서 과대지와 주변 신초에도 병징이 나타났고(Fig. 2-D), 4주 후에는 과대지가 달린 가지에도 수침상의 병징이 확대되는 것을 볼 수 있었다(Fig. 2-E, F). 본 시험에서는 Peil 등(2019)이 사용한 꽃 병징 등급을 변형하여, 접종 4주 후에 꽃 병징에 등급을 평가하고, 다음 식과 같이 발병도를 조사하였다(Table 3, Fig. 2).

발병도 = {(1등급의 화총 수 × 1) + (2등급의 화총 수 × 2) + (3등급의 화총 수 × 3) + (4등급의 화총 수 × 4) + (5등급의 화총 수 × 5)} / (전체 화총 수 × 5) × 100

Fig. 2.

Symptoms according to the classes of disease severtiy. (A) class 1, (B) class 2, (C) class 3, (D) class 4, (E, F) class 5.

Table 3.

Classes of disease severitya) of floral cluster of apple

결과 및 고찰

방제 효과 시험

2021년 당시 등록되어 있던 12종의 약제를 대상으로 시험한 결과는 Table 4와 같다. 대조구의 꽃감염율은 59.2%였고, 단제 형태인 스트렙토마이신 수화제와 옥솔린산 수화제의 방제가는 각각 92.7%, 86.9%로 효과가 우수한 것으로 나타났고, 옥솔린산 입상수화제는 77.9%의 방제가를 보여 제형에 따라 수치에는 차이가 있는 것으로 보였으나 통계적으로는 차이가 없었다. 또한 옥시테트라사이클린디하이드레이트 입상수화제와 옥시테트라사이클린알킬메틸암모늄 수화제 역시 방제가는 다소 낮았으나 통계적 유의성을 없는 것으로 나타났다. 반면 합제 중에는 옥솔린산.스트렙토마이신 수화제(10+15)가 92.4%로 가장 높은 방제가를 보인 반면 다른 합제들은 47.9%-79.7%의 방제가로 단제들에 비해 방제 효과가 낮은 것을 확인할 수 있었다. 생물농약인 바실루스서 브틸리스큐에스티713 수화제와 바실루스아밀로리퀴파시엔스엠비아이600 수화제는 방제가가 각각 61.5%와 41.3%로 화학농약 대비 그 효과가 매우 낮았다.

Table 4.

Incidence of blossom blight of fire blight and control value per treatment of CAs

2023년에는 총 18개의 약제를 대상으로 시험했는데, 이 시험에서도 2021년과 마찬가지로 단제로는 스트렙토마이신 수화제와 옥솔리산 수화제가 방제가 87.1%와 87.4%로 가장 높은 방제효과를 나타내었고 옥시테트라사이클린의 단제 2종은 그 효과가 통계적으로 유의성은 없었으나, 방제가는 다소 떨어졌다(Table 5). 이는, 옥시테트라사이클린의 작용 기작이 ‘정균 효과’이기 때문에 화상병 방제에 부분적인 효과만 보인다는 보고(McManus and Jones, 1994; Stockwell and Duffy, 2012)와 일치하였다.

Table 5.

Incidence of blossom blight, disease severity of fire blight and control value per treatment of CAs

옥시테트라사이클린과 스트렙토마이신으로 구성된 합제의 경우 2021년과 2023년 모두 방제효과가 옥시테트라사이클린 단제와 통계적으로 유의한 차이가 없을 뿐만 아니라 스트렙토마이신 수화제와도 통계적으로 유의성이 없었다(Table 4, Table 5). 옥시테트라사이클린과 옥솔린산 합제 역시 옥시테트라사이클린 단제와 그 효과가 차이가 없었고, 옥솔린산 수화제와 비교했을 때도 통계적으로 유의성 있는 차이는 없었다(Table 5). 일반적으로 농약을 합제로 제조하는 것은 이들 약제의 상승 효과나 서로 다른 병해충을 동시에 방제하는 것을 목적으로 하고 있는데, 본 시험에서는 옥시테트라사이클린과 합제로 구성된 약제들은 단제에 비해 낮거나 비등한 방제 효과를 보였다. 이는 합제 사용으로 인해 방제효과는 상승되지 않으면서, 오히려 항생제 성분이 남용되어 저항성을 유도할 가능성이 있기 때문에 이들의 사용에 대한 심도 있는 고려가 필요할 것으로 사료된다.

미국에서는 옥시테트라사이클린이 효과가 낮음에도 불구하고 싼 가격 때문에 여전히 사용되고 있고, 항생제 저항성 관리 전략의 하나로 이용되고 있다(Johnson et al., 2023). 국내에서는 아직 화상병균에 대한 스트렙토마이신 등의 약제 저항성이 보고되지 않았지만, 화상병균과 유사한 가지검은마름병균에서는 이미 보고되었기 때문에(Lee, et al., 2023), 국내 화상병의 저항성균 출현을 사전에 예방하기 위한 전략이 필요할 것으로 사료된다. 따라서, 우리나라에서도 약제저항성 화상병균 출현에 대비하여 옥시테트라사이클린 단제를 대안으로 고려하여 구체적인 처리 방법에 대한 연구가 필요할 것이다. 뿐만 아니라 미국에서는 가스가마이신 역시 스트렙토마이신 저항성 대체용 약제로 사용되고 있는 반면에(Adaskaveg et al.; McManus and Jones, 1994) 국내에는 개화기 전에 살포하기 위한 동제의 합제로 등록되어 있는 실정이다. 따라서 방제효과가 우수한 스트렙토마이신이나 옥솔린산에 대한 저항성균의 출현에 대비한 관리 전략으로서 가스가마이신을 개화기 사용 농약으로 등록하는 것이 필요할 것으로 사료된다.

옥솔린산의 경우 수화제와 입상수화제 2종이 등록되어 있는데, 이들의 화상병 방제효과는 2021년에는 통계적으로 차이는 없었지만, 2023년에는 수화제가 방제가 86.9%로 옥솔린산 입상수화제의 66.4%보다 통계적으로 유의성 있게 높았다(Table 5). 이는 살균제의 제형에 따라 방제효과가 다르다는 연구들(Pan et al., 2021; Mustafa and Hussein, 2020)을 뒷받침하는 결과로, 화상병에 대해서도 제형에 따른 방제 효과의 차이에 대한 심도 있는 연구가 필요할 것으로 사료된다.

2023년에는 미생물제 3종, 박테리오파지 제품 1종, 유도저항성 제품 1종, 및 추출물 제품 1종을 추가하여 시험하였다. 생물 농약의 경우 2021년과 마찬가지로 방제 효과가 낮았는데, 바실루스서브틸리스큐에스티713 액상수화제와 바실루스아밀로리퀴파시엔스747 입상수화제를 제외한 모든 처리구에서 50% 이하의 방제가를 나타냈다(Table 5). 이런 미생물농약들은 미국에서도 45~62% 정도의 방제효과를 보였는데(DuPont, et al., 2023), 본 시험에서도 이와 유사한 결과를 나타냈다. 하지만, 미생물제는 약제에 따라 직접 살균력을 보이는 것도 있지만 유도저항성을 가지는 약제 등도 있기 때문에 처리 시기 등 그 방법에 대한 정밀한 실험이 필요할 것으로 사료된다.

시·군별 화상병 방제 약제 사용 현황 분석

2021년부터 2023년까지 화상병 발생 시군에서 과수 농가에 지원했던 화상병 방제 농약을 분류한 결과 항생제 등 화학농약의 사용 비율이 2021년 66.7%에서 2023년 52.1%로 점차 감소하는 추세였고, 미생물제나 저항성유도제 등의 사용 비율이 증가하였다(Table 6). 국내에서는 스트렙토마이신이 샤인머스켓 포도의 씨를 없애는 생장조정제로 사용되고 있는데, 이것이 사과나 배의 수정에 문제를 일으킬 수 있다는 우려로 농가들이 스트렙토마이신 등 화학농약을 개화기에 살포하는 것을 기피하고 있으며, 더욱이 항생제를 처리할 경우 약해가 나타날 수 있다는 농가의 부정적 인식이 개화기 화학농약 사용 감소의 주 원인으로 사료된다.

Table 6.

Number of cities according to the type of control agents for fire blight on blooming stage of pear and apple in Korea from 2021 to 2023

농촌진흥청에서는 사과와 배 개화기에 화상병의 꽃감염 위험 예측정보에 따라 약제방제를 할 수 있도록 권고하고 있으며(Namkung and Yun, 2023), 본 연구의 결과 국내에 등록된 약제의 방제 효과는 미생물제보다 항생제에서 더 높았다. 2019년 국내에서 화상병이 대 발생한 원인 중 하나는 꽃감염 위험 시기에 적기 방제를 하지 않은 것으로 밝혀졌으며(Ham et al., 2020), 스트렙토마이신 등 방제효과가 높은 항생제라도 병원균의 꽃감염이 이미 이루어진 날로부터 3일 후에 처리하면, 그 효과가 매우 저하될 수 있다(Shtienberg et al., 2001). 결과적으로 국내 농가들의 화학농약에 대한 부정적인 인식에 따른 개화기 항생제 사용 기피현상은 화상병에 대한 방제 효과를 감소시켜 화상병의 폭발적 증가를 야기할 수 있다. 따라서, 화상병을 예방하기 위해서는 방제효과가 높은 약제를 적기에 살포할 수 있도록 과학적 근거에 의해 농업인을 설득하고, 지도하는 것에 농촌지도기관이 보다 적극적으로 나설 것을 제안한다.

Acknowledgments

본 연구는 농촌진흥청 공동연구사업(과제명: 과수화상병 발생지 격리시설에서 화상병의 확산 경로와 방제 효과 구명, RS-2021-RD009082)의 지원을 받아 수행되었음.

References

• Adaskaveg JE, Förster H, Wade ML, 2011. Effectiveness of kasugamycin against Erwinia amylovora and its potential use for managing fire blight of pear. Plant Dis. 95(4):448-454. [https://doi.org/10.1094/PDIS-09-10-0679]
• DuPont ST, Cox K, Johnson K, Peter K, Smith T, et al., 2023. Evaluation of bipesticdes for the control of Erwinia amylovora in apple and pear. J. Plant Pathol. [https://doi.org/10.1007/s42161-023-01372-7]
• Ham H, Lee KJ, Hong SJ, Kong HG, Lee M-H, et al., 2020. Outbreak of fire blight of apple and pear and its characteristics in Korea in 2019. Res. Plant Dis. 26(4):239-249. (In Korean) [https://doi.org/10.5423/RPD.2020.26.4.239]
• Johnson, KB, Stockwell, VO, 1998. Management of fire blight: A case study in microbial ecology. Ann. Rev. Phytopathol. 36:227-248. [https://doi.org/10.1146/annurev.phyto.36.1.227]
• Lee M-H, Ham H, Choi, H-W, Park DS, 2023. Isolation of streptomycin-resistance Erwinia pyrifoliae in Korea. Plant Disease 107(3):616-619. [https://doi.org/10.1094/PDIS-03-22-0553-SC]
• Lee M-H, Ji S, Ham H, Kong H, Park DS, et al., 2021. First report of fire blight of Apricot (Prunus armeniaca) caused by Erwinia amylovora in Korea. Plant Dis. 105(3):696. [https://doi.org/10.1094/PDIS-09-20-1973-PDN]
• Lee MS, Lee I, Kim SK, Oh C-S, Park DH, 2018. In vitro screening of antibacterial agents for suppression of fire blight disease in Korea. Res. Plant Dis. 24(1):41-51. (In Korean) [https://doi.org/10.5423/RPD.2018.24.1.41]
• Lim Y-J, Oh H., Lee M-H, Roh E, Ham H, et al., 2023a. First report of fire blight caused by Erwinia amylovora on Korean Mountain Ash (Sorbus alnifolia) in Korea. Res. Plant Dis. 29(1):79-81. (In Korean) [https://doi.org/10.5423/RPD.2022.28.4.79]
• Lim Y-J, Ham H, Lee M-H, Park DS, Roh E, et al., 2023b. First report of fire blight on chinese hawthorn (Crataegus pinnatifida) caused by Erwinia amylovora in Korea. Plant Dis. 107(10):3275. [https://doi.org/10.1094/PDIS-04-23-0703-PDN]
• McManus, PS, Jones, AL, 1994. Epidemiology and genetic analysis of streptomycin-resistant Erwinia amylovora from Michigan and evaluation of oxytetracycline for control. Ecology and Epidemiology. 84(6):627-633. [https://doi.org/10.1094/Phyto-84-627]
• Myung I-S, Lee J-Y, Yun M-J, Lee Y-H, Lee Y-K, et al., 2016a. Fire blight of apple, caused by Erwinia amylovora, a new disease in Korea. Plant Dis. 100(8):1774. [https://doi.org/10.1094/PDIS-01-16-0024-PDN]
• Myung, I-S, Yun, M-J, Lee, Y-H, Kim, G-D, Lee, Y-K, 2016b. First report of fire blight caused by Erwinia amylovora on Chinese quince in South Korea. Plant Dis. 100(12):2521. [https://doi.org/10.1094/PDIS-04-16-0562-PDN]
• Mustafa IF, Hussein MZ, 2020. Synthesis and technology of nanoemulsion-based pesticide formulation. Nanomaterials 10(8):1608. [https://doi.org/10.3390/nano10081608]
• Namkung K-B, Yun SC, 2023. Improvement of fire blight blossom infection control using Maryblyt in Korean apple orchards. Plant Pathol. J. 39(5):505-512. [https://doi.org/10.5423/PPJ.OA.08.2023.0110]
• Pan S, Cao H, Li B, Zhang D, Mu W, et al., 2021. Improving the efficacy against crop foliage disease by regulating fungicide adhesion on leaves with soft microcapsule. Pest Manag. Sci. 77(10):4418- 4424. [https://doi.org/10.1002/ps.6476]
• Park DH, Yu J-G, Oh E-J, Han K-S, Yea MC, et al., 2016. First report of fire blight disease on Asian pear caused by Erwinia amylovora in Korea. Plant Dis. 100(9):1946-1946. [https://doi.org/10.1094/PDIS-11-15-1364-PDN]
• Park DH, Lee YG, Kim JS, Cha JS, Oh CS, 2017. Current status of fire blight caused by Erwinia amylovora and action for its management in Korea. J. Plant Pathol. 99(Special issue):59-63.
• Park IW, Song Y-R, Trung Vu N, Oh E-J, Hwang IS, et al., 2022. Monitoring the reoccurrence of fire blight and the eradication efficiency of Erwinia amylovora in burial sites of infected host plants using sentinel plants. Res. Plant Dis. 28(4):221-230. (In Korean) [https://doi.org/10.5423/RPD.2022.28.4.221]
• Peil A, Hübert C, Wensing A, Horner M, Emeriewen OF, et al., 2019. Mapping of fire blight resistance in Malus×robusta 5 flowers following artificial Inoculation. BMC Plant Biology 19:532. [https://doi.org/10.1186/s12870-019-2154-7]
• Shtienberg D, Zillberstaine M, Oppenheim D, Herzog Z, Manulis S, et al., 2001. Efficacy of oxolinic acid and other bactericides in suppression of Erwinia amylovora in pear orchards in Israel. Phtyoparasitica 29(2):143-154. [https://doi.org/10.1007/BF02983958]
• Slack SM, Zeng Q, Outwater CA, Sundin GW, 2017. Microbiological examination of Erwinia amylovora exopolysaccharide ooze. Phytopathology 107(4):403-411. [https://doi.org/10.1094/PHYTO-09-16-0352-R]
• Stockwell VO, Duffy B, 2012. Use of antibiotics in plant agriculture, Rev. Sci. Tech. 31(1):199-210. [https://doi.org/10.20506/rst.31.1.2104]
• Van der Zwet T, Orolaza-Halbrendt N, Zeller W, 2012. Fire blight: History, biology, and management, APS press, Minnesota, USA. Pp.460.