최근 농산물 안전성에 대한 국민들의 관심이 증가하면서 친 환경 농산물의 생산 비중도 전체 농산물 생산량 대비 2005년 4.4%에서 2009년 12.2%로 증가하였다(e-Narajipyo, 2014). 하 지만 최근 2013년 7.0%로 감소하였는데, 이는 친환경 농산물 재배 농가에서 활용 가능한 효과적인 방제방법이 미흡하여 해 충 발생에 대처하는데 농가들이 애로를 겪고 있기 때문으로 보 인다. 일반적으로 친환경 유기 농산물에서 발생하는 해충은 관 행농법에 비해 해충 종 및 발생량이 더 많아 피해가 큰 것으로 알려져 있다(Jeon and Kim, 2006). 특히 십자화과작물들에서 배추좀나방(Plutella xylostella) 및 과채류에서 복숭아혹진딧 물(Myzus persicae)과 총채벌레류 등이 주요 경제 해충들이다. 진딧물은 작물을 직접 흡즙해서 피해를 입히고 간접적으로는 그을음병과 바이러스병을 매개하여 2차적인 피해를 가져온다 (Kim et al., 1986). 대표적인 농업해충인 복숭아혹진딧물은 기 주 범위가 매우 넓어서 방제가 까다로운 해충이고, 배추좀나방은 채소작물의 생장을 방해하고 상품 가치를 떨어뜨려 연간 10억 달 러 이상의 피해를 야기한다(Choi et al., 1984; Kim et al., 2006).

배추좀나방은 고령지 재배지에서 토착화하여 극심한 피해를 일으키고 있는데(Kim and Lee, 1991), 가장 큰 문제는 이들이 기존 화학합성 살충제들에 대해 저항성을 보이고 있다는 데 있다. 최근 한 연구에서 배추좀나방 야외 개체군이 indoxacarb (25.3배), abamectin (61.7배), lufenuron (705.2배) 등에 높은 저항성을 갖고 있음이 밝혀졌다(Santos et al., 2011). 그래서 전 세계적인 배추좀나방 저항성 문제를 해결하기 위한 심도 깊은 논의가 이뤄지기도 하였다(Furlong et al., 2013). 저항성 문제는 비단 배추좀나방에게만 해당되는 것이 아니라 총채벌레(Demirozer et al., 2012), 진딧물(Bass et al., 2014) 그리고 파밤나방에 대해 서도 잘 알려졌다. 2009년부터 2012년 중국 7개 지역 16개 야외 파밤나방 개체군들의 살충제 저항성 연구에서 chlorfenapyr를 제외한 8종 살충제 특히 cypermethrin (79-1240배)과 chlorpyrifos (8-3080배) 등에서 높은 저항성 출현이 보고되었다(Che et al., 2013). 이와 같은 관행 농법에서의 문제점을 극복하기 위해 일 부 연구자들은 식물체를 활용하여 기존 화학합성 살충제들의 단점을 보완하고자 노력하고 있다(Scott et al., 2003).

우리나라 친환경농가에서는 멀구슬나무 열매, 녹차나무 잎, 고추씨 오일, 은행나무 열매, 자리공나무 열매, 매실, 때죽나무 껍질, 여뀌, 어성초, 참나무 오일 그리고 각종 한약재에서 유래 된 다양한 식물추출물이 농가에서 병해충 방제용 민간요법으 로 활용되고 있다(Kim and Kim, 2009). 하지만 민간요법으로 사용되고 있는 많은 식물 추출물들은 대상 해충에 대한 방제가 나 희석배율이 불명확한 것이 사실이다. 이러한 현실적인 농업 현장에서의 문제점을 극복하기 위해 정부에서는 친환경유기농 자재목록공시와 품질인증제 등을 통해 제도권화를 추진하여 많은 유기농자재들이 농업 현장에서 상업적으로 활용되도록 하였다.

이상의 현실적인 면을 고려하여 본 연구는 시중에 유통되고 있는 식물 추출물을 유효성분으로 함유한 유기농자재로서 목 록공시된 제품들의 배추좀나방과 파밤나방 유충, 꽃노랑총채 벌레와 복숭아혹진딧물 성충에 대한 살충력 및 섭식저해력을 알아봄으로써 친환경 농산물 관련 분야에 활용될 수 있는 정보 를 제공하기 위해 수행하였다.

재료 및 방법

시험재료

해충 또는 병해충방제용으로 친환경유기농자재목록공시된 상업용 제품 27종을 구입하여 본 연구에 사용하였다(Table 1). 실험에 활용한 유기농자재는 식물추출물과 미생물자재의 경엽 처리 또는 엽면처리가 가능한 제품들을 선별하여 충해관리용 11종과 병해충관리용 16종이었다. 그 외 유기농자재 선별에 있 어 작물과 대상해충에는 기준을 두지 않았고, 유기농자재의 처 리 농도는 각 유기농자재별 추천농도를 기준으로 배량 또는 반 량 등으로 희석하여 사용하였다.

대상곤충

연구대상 해충들인 꽃노랑총채벌레(Frankliniella occidentalis Pergande), 파밤나방(Spodoptera exigua Hübner), 배추좀나방 (Plutella xylostella L.), 복숭아혹진딧물(Myzus persicae Sulzer) 4종을 농과원 작물보호과에서 계대사육 중인 계통으로 2014년 6월 말에 분양 받아 사용하였다. 확보한 해충들에 대한 실내사육 은 배양기(HB-103M, Hanbaek Scientific)에서 온도를 25±1℃ 로 유지하여 관리하였다.

파밤나방은 콩가루와 밀배아를 기초로 만든 인공사료를 조 제하여 공급하였는데, 1-3령까지는 페트리디쉬(4.5×10 cm)에 서 사육하였고 동종포식을 예방하기 위해 3-4령기부터는 30-40 개체를 단일 사육 용기(18×27×9 cm)에 넣어 사육하였다. 3-4 령용 사육용기 바닥에 톱밥을 1.5 cm 깔아두고 인공사료는 건 조되면 새로 교체해주었다. 번데기가 되면 종이호일로 성충 용 기(17×20.5 cm)를 덮어줘서 우화한 성충이 산란을 했을 때 알 집을 분리하기 쉽도록 해 주었다. 성충 용기는 설탕물(5%)도 함께 공급했다. 파밤나방의 알은 2일에 한 번씩 분리하였고, 성 충이 된 후 1주일까지만 3회 정도 알을 수집하였다.

배추좀나방 사육용 기주는 유채싹을 사용하였는데, 온실에 서 재배한 배추 포트를 사육 상황에 맞춰 공급하기도 하였다. 사육상자(25×25×25 cm)에 유충 밀도에 따라 유채싹의 공급량 을 조절하였고, 말령이 되면 유채 공급을 중단하였다. 말령에서 번데기가 된 후 4-5일 이후 우화한 성충을 흡충기로 선별하여 다른 사육상자에 방사해주고 산란용으로 유채싹을 공급했다. 알은 2일 간격으로 받았고, 2일 마다 성충을 새로운 사육상자에 옮겨주었다.

꽃노랑총채벌레의 기주는 강낭콩을 사용하였는데, 미리 싹 을 틔운 강낭콩 떡잎을 공급하여 관리하였다. 꽃노랑총채벌레 의 사육은 산란용 용기(9×10 cm)와 약충용 용기(10×4.5 cm)를 별도로 하여 활용하였다. 성충이 담긴 산란용 용기에 강낭콩 떡 잎을 매일 넣어주고 다음 날 새로운 떡잎으로 교체하여 산란하 도록 하였다. 성충용 용기 역시 매일 새로운 떡잎으로 보충해주 었고, 떡잎이 건조되면 새 떡잎으로 교체하였다.

복숭아혹진딧물 기주식물은 온실에서 포트에서 재배한 배 추(5-6엽기)를 사용하였고, 사육상자(25×25×25 cm)에 배추 포 트를 넣어주었다. 기주가 시들거나 식해가 심해지면 새로운 배 추 포트를 공급하여 관리하였다.

생물검정

배추좀나방과 파밤나방 유충은 2-3령, 복숭아혹진딧물 성충 은 활력이 우수한 개체들을 선별하여 실내검정용으로 활용하 였고, 검정은 분무법으로 하였다. 페트리디쉬(직경 5.5 cm) 바 닥에 코르크보러로 일정한 크기로 절단한 배추잎을 넣고 시험 곤충 10개체씩을 방사하였다. 준비한 시험액(배량, 추천농도, 반량 등 3-5개 수준의 농도)을 약 30 cm 이격하여 상기 준비한 페트리디쉬 내 절단 잎에 충분히 도포되도록 5회 분무(0.75± 0.061 g) 처리하였다. 실험 곤충들이 외부로 탈출하지 않으면 서 공기 유출입이 가능한 뚜껑을 사용하여 페트리디쉬를 덮었 다. 시험은 3-5반복으로 실시하였고, 24시간 또는 48시간 노출 후 살충율을 조사하였다. 활성이 우수한 시험약제에 대해서는 섭식저해율을 병행 조사하였다.

또 다른 실내시험은 잎침지법을 활용하였는데, 각 검정대상 곤충들인 배추좀나방 유충과 복숭아혹진딧물 성충은 기주식물 인 배추 잎 그리고 파밤나방 유충과 꽃노랑총채벌레 성충은 콩 잎(직경 5.0 cm)을 준비한 시험액(배량, 추천농도, 반량 등 3-5 개 수준의 농도)에 30초 동안 침지하여 사용하였다. 시험에 사 용한 꽃노랑총체벌레 성충은 우화 후 7-12일 된 개체들이었다. 침지 후 각 기주 잎을 철망에 올려두고 2시간 실내에서 음건하 여 건조시킨 후, 페트리디쉬(직경 5.5 cm)에 넣고 시험곤충 10 개체씩을 방사하였다. 시험곤충들이 외부로 탈출하지 않도록 공기 유출입이 가능한 페트리디쉬 뚜껑으로 닫았고, 모든 시험 은 3-5반복으로 실시하였다. 처리 24시간과 48시간 후 살충율 을 조사하였는데, 활성이 우수한 시험약제에 대해서는 대상 약 제들의 추천농도에서 섭식저해율도 병행 조사하였다.

섭식저해율 % = [(섭식 전 잎 면적-섭식 후 잎 면적)/섭식 전 잎 면적] × 100.

통계처리

실내 검정에서 얻어진 살충율의 평균간 비교는 본페로니법 (Bonferroni’s test)을 실시하였고 평균 및 표준오차를 제시하 였다(SAS Institute, 2004). 또한 파밤나방 및 배추좀나방 유충 에 대한 섭식저해율의 비교는 t-test를 활용하였다.

결과 및 고찰

배추좀나방유충

배추좀나방 유충에 대해 친환경 유기농자재목록공시제들에 표기된 추천농도 분무시 유효성분으로 고삼(고삼추출물 60%, EOIS)과 고삼외 3종(백부근추출물, 멀구슬추출물, 개박하추 출물, EOISm)을 혼합 함유한 살충제가 각각 97%와 93%의 살 충력을 나타냈다(Table 2). 또한 고삼 외 2종 식물추출물(EOISc) 을 함유한 자재가 73%의 활성을 보였고 나머지 살충제들은 60% 이하의 살충력을 보였다. 이들 식물 추출물들의 살충활성 에 관한 연구는 상대적으로 많이 이뤄지지 않은 것으로 보인다. 멀구슬나무와 고삼 식물추출물을 유효성분으로 한 KNI3126 의 오이총채벌레 및 배추좀나방에 대한 살충활성이 알려졌고 (Hwang et al., 2009), 최근에 온실 포트시험에서 황련과 고추 씨 추출물이 각각 배추좀나방 유충에 대해 73%와 70%의 살충 력을 나타냈다(Choi et al., 2013). 그런데 본 연구와 달리 아프 리카 식물체 9종의 배추좀나방 유충에 대한 야외살충력 검정에 서 castor oil의 활성이 밝혀졌고(Amoabeng et al., 2013), Cedar 오일을 잎침지하였을 때 배추좀나방 유충에 대해 살충활성이 보고되었는데(Chaudhary et al., 2011), 이러한 차이는 식물 종 (Cedrus deodara) 또는 실험 방법의 차이에서 기인한 결과로 여겨진다.

배추좀나방 유충에 대해 분무시험에서 60% 이상의 살충력 을 나타낸 살충제들을 대상으로 잎침지법이 추천농도 및 반량 희석 농도에서 고삼 60% 단독 함유제(EOIS)가 100%를 나타 냈고, 고삼 외 3종(백부근추출물, 멀구슬추출물, 개박하추출물, EOISm)을 혼합 함유한 제제가 90% 그리고 미생물 추출물 (89.62%, EOIM) 역시 100% 살충력을 보였으나, 반수로 희석 하면 50% 이하의 감소된 활성을 나타냈다(Table 3). 국내 고 삼과 차이는 있으나 고삼속인 중국 Sophora 식물(Sophora alopecuroids)의 메탄올 추출물이 배추좀나방 유충에 생장 및 발육, 산란저해활성을 나타냈고(Yu et al., 2007), 멀구슬나무 추출물이 섭식 선호도 및 산란행동에 있어 기피력을 나타냄이 알려졌다(Charleston et al., 2005).

파밤나방

친환경유기농자재들의 파밤나방 유충에 대한 추천농도 및 반량 희석 처리구들 모두에서 처리 24시간 후 고삼 60% 단독제 제(EOIS)가 100%의 강한 살충력을 보였고 고삼외 2종 추출물 (EOISc)을 함유한 제제가 47% 활성을 보였으며, 그 외 살충제 들에서는 처리 48시간 후에도 살충력을 기대하기 어려웠다 (Table 4). 이와 비슷하게 멀구슬나무(Melia azedarach) 잎 추 출물의 잎 침지로 파밤나방 유충에 대해 carboxylesterase와 glutathione-s-transferase 효소의 저해를 통해 살충력을 발휘함 이 밝혀졌고(Rachokarn et al., 2008), 개박하(Nepeta cataria) 정유의 Spodoptera littoralis에 대한 훈증활성도 보고되었다 (Pavela, 2005). 또한 친환경농자재를 식물에 처리하고 톱다리 개미허리노린재 성충을 방사한 후 살충력을 비교한 연구에서 도 고삼 추출물 처리구가 120시간 후 55% 살충력을 보인 반면 나머지 자재들을 전혀 효과를 나타내지 않았다(Kwon et al., 2011).

파밤나방 유충에 대해 분무법에서 활성을 나타낸 고삼 60% 함유제(EOIS)와 고삼 외 2종 식물 추출물(EOISc)을 함유한 제 제들을 대상으로 배량, 추천량, 반량의 농도에 잎침지를 실시하 였다. 고삼 60% 단독제제(EOIS)는 반량처리구에서도 100% 살충력을 나타낸 반면, 고삼외 2종 혼합제(EOISc)는 배량 처리 에서 97%, 추천량에서 80%의 살충력을 나타냈다(Table 5). 다 른 연구들에서 파밤나방 유충에 대한 식물 추출물들의 섭식저 해활성 연구는 미흡한 것이 사실이다. 파밤나방 유충에 대한 Hymenoxys robusta 메탄올 추출물의 살충 및 섭식저해활성 (Juárez et al., 2014) 그리고 Jatropha gossypifolia 잎 에틸아세 테이트 또는 에탄올 추출물의 살충(Khumrungsee et al., 2010) 및 섭식저해활성(Panvongsa et al., 2012) 등이 알려졌다.

꽃노랑총채벌레

꽃노랑총채벌레 성충에 대한 살충력은 잎침지만을 실시하 여 24시간과 48시간 노출 후 조사하였다. 검정에 활용한 15종 유기농자재들 중 고삼 60% 단제(EOIS) 만이 추천농도에서 87% 활성을 나타냈다(Table 6). 그 외 식물 추출물들을 유효성 분으로 함유한 제제들에서는 유의할만한 살충력을 나타내지 않았다. 식물 추출물 중 canola, coriander, neem, eugenol, peppermint 그리고 citronella oil 등을 단독이 아닌 혼합제로 함 유한 제품이 꽃노랑총채벌레에 대해 80% 이상의 우수한 살충 력을 보였다(Cloyd et al., 2009). 이와 같은 식물 오일들의 살충 활성은 훈증력으로 발휘되었다(Janmaat et al., 2002).

복숭아혹진딧물

친환경유기농자재들의 복숭아혹진딧물 성충에 대한 추천농 도 분무시험에서 유효성분으로 고삼 외 3종(백부근추출물, 멀 구슬추출물, 개박하추출물, EOISm)을 혼합 함유한 제제가 90%의 강한 살충력을 보였고 유채외 2종 추출물(EOIR)에서 도 47%의 활성이 나타났다(Table 7). 흥미롭게도 이들 제제는 처리 수준을 2배로 하였을 때, 노출시간이 증가할수록 살충력 이 증가하는 경향을 보였으나 농도 증가로 현저히 증가된 살충 력을 기대하기는 어려웠다. 기타 식물 추출물을 유효성분으로 한 제제들의 복숭아혹진딧물 성충에 대한 살충력은 미미했다. 고삼 추출물의 이러한 효과는 다른 연구들에서도 비슷하게 고 삼과 멀구슬나무 추출성분으로만 이루어진 EFAM-B 약제가 처리 7일후에 17%의 낮은 생충률을 보이며 또한 3일 후 7일 후 에 각각 86%와 84%의 방제가를 보였다(Ryu et al., 2013). 고삼 추출물은 복숭아혹진딧물(Myzus persicae)을 비롯한 목화진딧 물(Aphis gossypii), 점박이응애(Tetranychus urticae), 톱다리 개미허리노린재(Riptortus pedestris) 성충에 대해 높은 살충 력을 갖는다(Kim et al., 2005; Kim et al, 2009; Kwon et al., 2011). 그리고 식물 추출물들 중 neem, capsiacin 또는 양명아 주(Chenopodium ambrosioides) 정유 기반 0.5% 유제의 복숭아 혹진딧물에 대해 강한 살충활성을 나타냈고(Edelson et al., 2002; Chiasson et al., 2004), 굴거리나무(Daphniphyllum macropodum) 껍질 유래 2종 알칼로이드들은 배추좀나방 유충에 대해 살충력 을 발휘했다(Li et al., 2009). 또한 본 연구의 혼합제에 함유되 었던 백부근 뿌리와 잎에서 분리한 2종 성분들이 곤충 니코틴 아세틸콜린 수용체에 대한 전기생리학적 in vitro 시험에서 이 수용체 억제활성 및 복숭아혹진딧물에 대한 살충활성이 보고 되었다(Tang et al., 2008).

복숭아혹진딧물 성충에 대한 추천농도 잎침지 검정에서 24 시간 노출 시, 유효성분으로 고삼 외 3종(백부근추출물, 멀구슬 추출물, 개박하추출물, EOISm)을 혼합 함유한 제제만이 100% 의 강한 접촉독성을 나타냈고, 나머지 시험 제제들은 살충력을 기대하기 어려웠다(Table 8). 이러한 경향은 2배로 농도를 증가 하여 노출시켜도 비슷하였다. 복숭아혹진딧물 성충에 대한 추 천농도 잎침지 시험에서 48시간 노출 시, 유효성분으로 씨트로 넬라오일 외 1종(EOICi)을 혼합 함유한 제제가 50% 그리고 유 채외 2종(EOIR)을 함유한 제제가 50%의 증가된 살충력을 나 타냈다(Table 8). 또한 이들을 2배로 농도를 증가시켜 처리하면 살충력은 67%와 70%의 증가된 활성을 보였다. 즉, 살충력은 농도 및 노출시간에 의존적인 양상을 나타냈다.

섭식저해활성

파밤나방에 대한 시험 농자재들의 추천농도로 분무처리 후 섭식저해활성을 조사한 결과, 무처리구 대비하여 통계적(P=0.5) 으로 유의한 활성을 나타낸 자재들은 cedar oil 16% (EOICe), 고삼 60% 단제(EOIS), 고삼외 3종 혼합제(EOISm), 고삼외 2 종 혼합제(EOISc), 미생물 89.62%(EOIM), 유채외 2종 혼합제 (EOIR), 식물추출물(EOIPv), 차나무추출물 48%(EOIT)제 등 으로 나타났다(Fig. 1). 특히 고삼 추출물을 함유한 제제들에서 우수한 섭식저해 활성을 보였다. 배추좀나방 유충에 대해서도 고삼 추출물 함유제들의 활성이 높게 나타났다. 이와 같은 우수 한 섭식저해활성은 상대적으로 높은 살충력으로 인해 나타난 결과로 여겨진다. 또한 배추좀나방 유충에 대해서는 cedar oil 16%(EOICe), 미생물 함유제(EOIBs), 고삼 60% 단제(EOIS), 고삼외 3종 혼합제(EOISm), 미생물 25%(EOIB), 미생물 89.62% (EOIM), 유채외 2종 혼합제(EOIR), 고삼외 2종 혼합제(EOISc), 시트로넬라오일외 1종(EOICi), 겨자외 2종(EOIMc), 식물추출 물(EOIPv), 차나무추출물 48%(EOIT)제 등이 70% 이상의 강 한 섭식저해활성을 보였다. 배추좀나방을 포함한 나비목 해충 에 대한 식물 추출물 및 유래 화합물들의 섭식저해활성(Lü et al., 2013; Sivasubramanian et al., 2013) 그리고 파밤나방에 대 한 일부 식물체들의 섭식저해 활성이 밝혀졌다(Panvongsa et al., 2012; Huang et al., 2014; Juárez et al., 2014). 비록 일부 식물체 들의 나비목 해충들에 대한 섭식저해활성에 대한 연구가 이뤄 졌을지라도 상대적으로 살충활성에 대한 연구에 비해 미흡하 였다.

식물 추출물에 비해 상대적으로 식물체 정유들의 해충에 대 한 살충 및 섭식저해활성이 더 많은 연구가 이뤄졌고 상업적으 로도 많은 제품들이 개발되어 활용되고 있으나, 약해에 대한 문 제를 완전히 극복한 것은 아니라고 보인다(Cloyd et al., 2009). 비록 식물체 유기 용매 추출물이나 식물체 정유들의 유효성 및 경제성이 유기화학합성 살충제들에 비해 경쟁력이 약할지라 도, 향후 이들은 저항성 종들의 관리 측면에서 기존 유기화학합 성제들에 대한 의존도를 줄이고 소비자들의 안전성에 대한 욕 구를 충족시켜줄 수 있는 유기농산물들의 생산을 위한 수단으 로서 활용 빈도가 증가할 것으로 기대한다.