• 재료 및 방법
• 기주곤충과 기생봉의 사육
• 온도에 따른 기주섭식, 기생수, 우화율, 성비, 발육기간 조사
• 통계분석
• 결과 및 고찰
• 기주곤충-온도에 따른 기주섭식수
• 기주곤충-온도에 따른 진딧물 기생수
• 기주곤충-온도에 따른 우화율
• 기주곤충-온도에 따른 성비
• 기주곤충-온도에 따른 발육기간
• 사 사

 진딧물 방제에 있어 농약의 저항성 및 교차저항성의 발달(Song et al., 1993; Song and Motoyama, 1996; Choi et al., 2001; Seo et al., 2008 and 2009), 환경오염 등 농약 사용의 폐해가 보고되면서 안전한 농산물에 대한 소비자의 욕구를 충족시키기 위한 해충방제수단으로 천적곤충이 이용되고 있다. 작물의 주요 해충인 진딧물의 방제에 이용되는 Aphelinus속은 약 84종이 속해 있는 분류군으로(Noyes, 2003) 기생을 통해 진딧물을 치사시킬 뿐만 아니라 암컷개체는 진딧물을 섭식하여 치사시키는 특성을 가지고 있어(Takada and Tokumaru, 1996) 진딧물 방제에 있어 매우 중요한 생물학적 방제인자로 보고되었다(Chen et al., 2002).

 2007년 토착종으로 처음 보고된 진디면충좀벌(Aphelinus asychis)은 Aphelinus속에 속하며 유럽, 아시아, 아프리카 등 다양한 지역에 분포하는 종으로(Zhu and Fang, 2009) 목화진딧물(Aphis gossypii), 복숭아혹진딧물(Myzus persicae), 감자수염진딧물(Macrosiphum euphorbiae) 등 40여 종의 진딧물을 기주섭식 또는 기생에 의해 치사시키는 기생성 천적으로 알려져 있으며(Elliott et al., 1999), 기주곤충에 따른 생물학적 특성조사를 통한 방제인자로서의 가능성 탐색(Tatsumi and Takada, 2005a), 기능반응연구(Byeon et al., 2011), 콩진딧물(Acyrthosiphon pisum)의 발육단계가 진디면충좀벌의 산란능력에 미치는 영향(Gerling et al., 1990), 기주, 식물, 기주-식물의 상호작용으로 발생되는 화학물질에 대한 진디면충좀벌의 반응(Rao et al., 1999), 진디면충좀벌 성충의 휴면에 미치는 광주기, 온도의 영향(Tatsumi and Takada, 2005b) 등 진디면충좀벌의 생물학적특성과 관련된 다양한 연구가 이루어지고 있다. 또한 이러한 연구들을 통해 알려진 고온적응능력을 이용하여 고온에 적용 가능한 진딧물 천적으로 개발, 상업적으로 진딧물방제에 이용되고 있다.

 한편 Aphelinus속에 속하는 또 다른 종인 목화면충좀벌(Aphelinus varipes)은 기장테두리진딧물 방제에 있어 높은 산란력과 기주섭식능력을 나타내 효과적인 방제수단으로의 가능성을 나타낸 바 있으나(Borgemeister and Poehling, 1988; Höller, 1989; Höller et al., 1993; Weniger, 1994), 목화면충좀벌에 대한 연구는 형태학적 특성(Weniger, 1994), 계통별 분자생물학적 특성 조사(Strong, 1993) 등 분류학적 측면에서의 연구가 주를 이루고 있다.

 잠재적인 천적의 생물학적, 생태학적 특성에 있어 환경요인이 미치는 영향에 대한 지식은 새로운 환경에 있어 천적이 효과적인지를 결정하는데 중요한 자료가 되며, 포식기생자의 경우 온도는 중요한 환경요인 중의 하나이다. 따라서 본 연구에서는 목화면충좀벌의 기주곤충과 사육온도를 달리하여 이에 따른 섭식수, 기생률, 발육기간 등의 생물학적 특성을 조사하고 천적으로 이용되고 있는 진디면충좀벌과의 비교 분석을 통해 방제인자로서의 이용가능성 평가 및 이용기술개발을 위한 기초자료를 얻고자 하였다.

재료 및 방법

기주곤충과 기생봉의 사육

 시험에 사용한 진딧물과 기생봉은 25℃, 광주기 16:8(L:D), 상대습도 50~70%로 유지되는 국립농업과학원 작물보호과 천적사육실에서 누대사육하였다. 진딧물 기생봉의 기주곤충인목화진딧물은 시설오이에서 발생한 개체를 채집하여 실내에서 포트에 키운 오이를 기주로 누대사육한 계통을 이용하였으며, 복숭아혹진딧물은 배추에서 발생한 개체를 채집하여 실내에서 포트에 키운 가지를 기주로 누대사육한 계통을 이용하였다. 진딧물 기생봉인 목화면충좀벌과 진디면충좀벌은 실내에서 키운 보리 포트에서 사육한 보리두갈래진딧물(Schizaphis graminum)에 보리에서 채집한 개체를 접종하여 누대사육한 계통을 이용하였다.

온도에 따른 기주섭식, 기생수, 우화율, 성비, 발육기간 조사

 목화진딧물 성충과 복숭아혹진딧물 성충을 아크릴케이지(가로×세로×높이=27×27×54.5 cm)에 넣은 오이와 가지유묘포트(직경×높이=17.5×12 cm)에 각각 접종한 뒤 약 8시간 동안 산자를 받은 후 제거하였다. 산자 받은 후 1일 이내의 진딧물은 10% agar를 이용하여 곤충사육용기(직경×높이=10×4 cm, SPL Life Science)에 고정시킨 기주식물 잎디스크(직경 7 cm) 위에 30마리씩 접종하였다. 진딧물 기생봉은 우화 후 1일 이내의 목화면충좀벌과 진디면충좀벌 암수 1쌍을 플라스틱병(직경×높이=2.5 cm×7.5 cm)에 넣어 교미시키고 먹이로는 10% 꿀물을 솜에 적셔 제공하여 24시간동안 유지시켰다. 잎디스크에 접종된 진딧물의 개체수를 확인한 후, 교미한 기생봉 중 암컷 1마리를 접종하여 각 조사온도로 조절된 항온기에 넣고 24시간 후 접종한 암컷 기생봉을 제거하였다. 목화면충좀벌과 진디면 충좀벌의 기주섭식수, 기생수, 우화율, 발육기간의 조사온도는 15, 20, 25, 30℃, 16:8(L:D)로 조절된 항온기를 이용하였다. 기생봉 제거 후에는 기생봉이 섭식한 진딧물 섭식수를 현미경 하에서 확인하였으며, 진딧물이 머미가 되면 기생된 머미는 붓으로 한 개씩 골라내어 마이크로튜브(1.7 ml, Axygen INC)에 넣어두고 기생봉의 발육이 완료될 때까지 실험조건을 유지시키며 1일 간격으로 조사하였으며 시험은 10 반복 수행하였으며 기생봉 접종 다음날 조사 시 치사한 개체는 반복에서 제외하였다.

통계분석

 기주섭식수는 목화면충좀벌과 진디면충좀벌이 섭식한 진딧물의 수, 기생수는 흑화된 머미 수, 우화율은 머미 수에 대한 우화개체수의 비율, 성비는 성충으로 우화한 개체 중 암컷의 비율, 발육기간은 기생된 후 우화할 때까지의 기간을 일수로 계산하였다. 통계분석은 JMP 8.0 (SAS Institute) 통계프로그램을 이용하였다. 각 온도에서 두 기생봉 간 기주섭식수, 기생수, 우화율, 암컷비율, 발육기간의 비교를 위해 T-검정을 실시하였으며, 사육 온도의 변화에 따른 각 기생봉의 기주섭식수, 기생수, 우화율, 암컷비율, 발육기간의 차이를 알아보기 위해 일원배치분산분석 후 Tukey-Kramer 테스트를 실시하였다.

결과 및 고찰

기주곤충-온도에 따른 기주섭식수

 목화면충좀벌과 진디면충좀벌의 기주 진딧물과 온도에 따른 기주섭식수는 Fig. 1과 같다. 목화진딧물을 기주로 했을 때 온도별 기주섭식수는 15, 20, 25, 30℃에서 목화면충좀벌이 각각 5.4, 1.0, 9.7, 5.9마리였고, 진디면충좀벌은 각각 2.0, 3.2, 2.9, 5.6마리였다. 15℃, 25℃에서 목화면충좀벌의 기주섭식수(5.4, 9.7마리)가 진디면충좀벌(2.0, 2.9마리)보다 많았으며, 20, 30℃에서는 차이가 없었다. 복숭아혹진딧물을 기주로 했을 때 온도별 목화면충좀벌의 기주섭식수는 4개 온도에서 각각 2.0, 0.9, 1.4, 2.3마리였고, 진디면충좀벌은 각각 3.2, 2.0, 2.9, 3.2 마리였으며 두 종간 기주섭식수는 모든 온도에서 차이가 나타나지 않았다. 한편 사육온도 간 섭식수의 차이는 목화진딧물을 기주로 사육한 목화면충좀벌과 진디면충좀벌, 복숭아혹진딧물을 기주로 사육한 목화면충좀벌에서 나타났으나 온도의 변화에 따른 섭식수의 변화가 일정하게 나타나지는 않았다. Rӧhne(2002)의 결과에 따르면 목화진딧물을 기주로 한 목화면충좀벌의 기주섭식률은 온도의 영향을 받지 않는 것으로 알려졌으며, Schirmer et al. (2008)의 결과 또한 진디면충좀벌의 기주섭식률이 온도의 영향을 받지 않는 것으로 보고되어 본 연구의 결과와 유사한 결과가 나타남을 확인할 수 있었다.

Fig. 1. Mean number of aphids killed by host-feeding in two Aphelinus species when reared on two aphid species (mean±S.E.). Means with different small letters between the two Aphelinus species are significantly different by T-test, P>0.05. Means with different capital letters within the same host and different temperatures (15 to 30℃) are significantly different by Tukey-Kramer test after one way ANOVA, P>0.05. The numbers in histograms show the number of tested individuals.

기주곤충-온도에 따른 진딧물 기생수

 목화면충좀벌과 진디면충좀벌의 기주곤충과 온도에 따른 기생수는 Fig. 2와 같다. 목화진딧물이 기주일 때 온도별 기생수는 15, 20, 25, 30℃에서 목화면충좀벌이 각각 11.1, 9.2, 15.1, 21.0마리였고, 진디면충좀벌은 각각 7.0, 10.9, 12.0, 12.3마리였으며, 15℃와 30℃에서 목화면충좀벌의 기생수(11.1, 21마리)가 진디면충좀벌(7.0, 12.3마리)보다 더 많았다. 복숭아혹진딧물이 기주일 때 목화면충좀벌의 온도별 기생수는 4개 온도에서 각각 5.6, 12.1, 17.1, 7.9마리였고 진디면충좀벌은 각각 2.9, 6.1, 10.0, 7.5마리로 20℃와 25℃에서 목화면충좀벌의 기생수(12.1, 17.1마리)가 진디면충좀벌(6.1, 10마리)보다 더 많은 것으로 나타났다. Schirmer (2008)는 목화진딧물을 기주로 했을 때 25℃에서 목화면충좀벌과 진디면충좀벌의 일일 평균 기생수가 각각 4.8, 17.1마리로 진디면충좀벌의 기생수가 더 많은 것으로 보고하고 있어 본 연구에서 나타난 현상과는 대조적이었는데, 이는 이미 보고된 분포지역별 계통에 따라 다양하게 나타나는 포식기생자의 생물학적 특성(Messenger and van den Bosch, 1971) 때문이라 추측되며 이러한 현상은 Aphelinus 속 기생봉에 대한 실험결과를 통해(Bernal and González, 1993; Lee and Elliott, 1998; Elliott et al., 1999; Röhne, 2002) 확인된 바 있다. 온도 간 기생수의 차이는 목화진딧물로 사육한 진디면충좀벌, 복숭아혹진딧물로 사육한 목화면충좀벌과 진디면충좀벌의 실험결과를 통해 차이를 확인할 수 있었으며 온도가 상승할수록 기생수가 증가하는 것으로 나타나 Raney et al. (1971)의 연구결과와 유사한 결과를 얻었다.

Fig. 2. Mean number of eggs laid by two Aphelinus species parasitizing two aphid species at four different temperatures. Means with the different small letters between the two Aphelinus species are significantly different by T-test, P>0.05. Means with the different capital letters within the same host and different temperatures (15 to 30℃) are significantly different by Tukey-Kramer test after one way ANOVA, P>0.05. Numbers in histograms show the number of tested individuals.

기주곤충-온도에 따른 우화율

 목화면충좀벌과 진디면충좀벌의 기주곤충과 온도에 따른 우화율은 Fig. 3과 같다. 목화진딧물을 기주로 했을 때 목화면충좀벌의 온도별 우화율은 15, 20, 25, 30℃에서 각각 79.3, 83.0, 81.4, 83.3%였고, 진디면충좀벌은 각각 71.1, 90.3, 92.0, 69.4%여서 30℃에서 목화면충좀벌의 우화율(83.3%)이 진디면충좀벌(69.4%)보다 높은 것으로 나타났다. 복숭아혹진딧물을 기주로 했을 때 4개 온도에서 우화율은 목화면충좀벌이 각각 80.5, 94.1, 92.3, 80.1%를 나타냈으며 진디면충좀벌이 각각 94.9, 87.6, 87.9, 75.6%를 나타냈고, 두 종간 우화율의 차이는 없었다. 또한 목화진딧물이 기주일 때 진디면충좀벌에서 온도 간 우화율의 차이가 나타났지만 온도의 증가나 감소에 따른 우화율의 변화는 없었다. 이러한 현상은 많은 면충좀벌류의 실험에서 알려진 바와 같이 32℃까지 온도의 영향을 받지 않는 유약호르몬 작용에 따라 (Force and Messenger, 1964; Tang and Yokomi, 1995; Rӧhne, 2002) 나타났을 가능성이 있는 것으로 생각된다.

Fig. 3. Mean survival rate (from mummification to adult emergence) of two Aphelinus species parasitizing two aphid species at four different temperatures. Means with the different small letters between the two Aphelinus species are significantly different by t-test, P>0.05. Means with different capital letters within the same host and different temperatures (15 to 30℃) are significantly different by Tukey-Kramer test after one way ANOVA, P>0.05. The numbers in the histograms show the number of tested individuals.

기주곤충-온도에 따른 성비

 자손세대의 성비는 방사한 포식기생자의 성공과 실패에 영향을 주는 요인 중의 하나로(Waage and Hassell, 1982) 온도는 암컷의 비율에 영향을 주는 중요한 환경요인으로 알려져 있다(Schlinger and Hall, 1959; Raney et al., 1971). 목화면충좀벌과 진디면충좀벌의 기주 진딧물과 온도에 따른 우화율은 Fig. 4와 같다. 목화진딧물에서 사육하여 우화한 개체 중 온도별 암컷의 비율은 15, 20, 25, 30℃에서 목화진디면충좀벌은 각각 19.5, 69.5, 69.9, 48.6%였고, 진디면충좀벌은 각각 75.2, 63.6, 64.1, 73.9%를 나타냈으며, 진디면충좀벌의 암컷비율이 15℃에서 75.2%, 30℃에서 73.9%로 목화면충좀벌의 암컷비율(각각 19.5, 48.6%)보다 높았다. 복숭아혹진딧물에서 사육하여 우화한 개체 중 온도별 암컷의 비율은 목화면충좀벌에서 각각 65.3, 55.4, 83.4, 90.0%로 나타났고 진디면충좀벌에서는 각각 34.4, 71.7, 65.0, 78.8%로 확인되었으며, 목화면충좀벌의 암컷비율이 15℃에서 65.3%, 25℃에서 90.0%여서 진디면충좀벌의 암컷비율(각각 34.4, 78.8%)보다 높은 것을 알 수 있었다. 온도간의 성비는 목화진딧물을 기주로 한 진디면충좀벌과 복숭아혹진딧물을 기주곤충으로 한 목화면충좀벌과 복숭아혹진딧물에서 차이가 있었으며 대체로 온도가 증가할수록 암컷의 비율이 높아지는 것으로 나타났다. 이는 목화진딧물에서 목화면충좀벌 암컷의 비율이 20℃와 25℃에서 각각 70%와 92%로 나타냄으로 온도가 성비에 영향을 미침을 보고한 Röhne (2002)의 실험결과와 유사한 결과를 얻었다.

Fig. 4. Proportion of females in two Aphelinus species parasitizing two aphid species at four different temperatures. Means with different small letters between the two Aphelinus species are significantly different by t-test, P>0.05. Means with different capital letters within the same host and different temperatures (15 to 30 ℃) are significantly different by Tukey-Kramer test after oneway ANOVA, P>0.05. The numbers in the histograms show the number of tested individuals.

기주곤충-온도에 따른 발육기간

 목화진딧물에서 사육한 목화면충좀벌과 진디면충좀벌의 발육단계별 발육기간은 Table 1과 같다. 목화진딧물을 기주로 한 목화면충좀벌의 산란에서 우화까지 발육기간은 15, 20, 25, 30℃에서 각각 39.5, 18.9, 13.9, 11.7일로 나타났으며, 진디면충좀벌은 각각 37.9, 20.6, 14.2, 13.0일로 나타났고 전체 발육단계에서 2종 좀벌 간 발육기간의 통계적 차이는 나타나지 않았다. 복숭아혹진딧물이 기주일 때 산란에서 우화까지의 발육기간은 목화면충좀벌에서 각각 29.4, 19.9, 14.5, 9.8일이었으며, 진디면충좀벌에서는 각각 30.6, 16.5, 14.7, 13.0일인 것으로 나타났다. 좀벌 간 발육기간의 차이는 알에서 머미까지의 발육단계에서는 20℃와 25℃, 머미에서 우화까지의 발육단계에서는 15℃와 20℃, 전체 발육단계에서는 20℃에서 나타났다(Table 2).

Table 1. Developmental times (days, mean±S.E.) from egg to mummy, mummy to adult emergence and egg to adult emergence for two Aphelinus species on A. gossypii at four different temperatures

Table 2. Developmental times (days, mean±S.E.) from egg to mummy, mummy to adult emergence and egg to adult emergence for two Aphelinus species on M. persicae at four different temperatures

 두 종의 진딧물에서 사육한 목화면충좀벌과 진디면충좀벌의 발육기간은 사육온도가 높아질수록 발육기간이 짧아졌으며 온도 간 발육기간은 통계적으로 유의한 차이를 나타냈다. Schirmer et al. (2008)은 목화진딧물에 기생된 진디면충좀벌의 전체 발육기간을 18℃와 30℃에서 각각 24.6일과 11.9일로 보고하였고 이는 본 연구의 목화진딧물에 기생한 진디면충좀벌을 30℃에서 사육했을 때의 발육기간(13.0일)과 유사한 결과를 나타냈다. 이러한 경향은 보리두갈래진딧물(S. graminum)과 러시아밀진딧물(Diuraphis noxia)에 기생한 진디면충좀벌에서도 유사한 연구 결과를 확인할 수 있었으며(Jackson and Eikenbary, 1971; Bernal and Gonzáles, 1993), 기주곤충의 발육단계별로 온도에 따라 발육기간을 조사한 목화면충좀벌의 연구에서도 사육온도에 따라 발육기간이 짧아짐을 알 수 있어(Rӧhne, 2002) 사육온도는 면충좀벌류의 발육기간에 영향을 주는 것을 알 수 있었다.

 이상의 결과를 종합해보면 목화면충좀벌과 진디면충좀벌은 목화진딧물과 복숭아혹진딧물을 성공적으로 섭식하고 산란에서 우화까지 발육을 완료하였으므로 2종의 진딧물은 진디면충좀벌과 목화면충좀벌의 사육에 적합한 기주로 판단된다. 또한 목화면충좀벌의 기생능력이 고온에서 유리한 것으로 조사되었으며 우화율과 발육기간의 조사결과를 통해 고온에서의 적응능력이 높음을 알 수 있었다. 이 두 기생봉의 진딧물 생물적방제 인자로서의 잠재성은 추후 광량, 광주기 등의 주요 환경요인에 대한 진딧물 밀도에 따른 기생봉의 기주 탐색효율과 기능반응 연구, 실험실 내 또는 온실의 고온조건에서 진디벌류 및 다른 진딧물 천적과의 진딧물 방제효과 비교 연구를 통해 종합적으로 평가되어야 할 것이다.

사 사

 본 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원 농업과학기술 연구개발사업(과제번호:PJ006855)의 지원에 의해 이루어진것임.