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ISSN : 1225-0171(Print)
ISSN : 2287-545X(Online)
Korean Journal of Applied Entomology Vol.59 No.3 pp.185-202
DOI : https://doi.org/10.5656/KSAE.2020.06.0.026

Diapause and Voltinism in Ostrinia furnacalis (Lepidoptera: Crambidae) in Suwon, and Larval Instar Sensitivity to Diapause Induction

Eun Young Kim1,3, I Hyeon Kim1, Bo Yoon Seo2, Yonggyun Kim3, Chang-Gyu Park4, Jin Kyo Jung1*
1Crop Cultivation and Environment Research Division, National Institute of Crop Science, Rural Development Administration, Suwon 16429, Korea
2Crop Protection Division, National Institute of Agricultural Sciences, Rural Development Administration, Wanju 55365, Korea
3Department of Plant Medicals, Andong National University, Andong 36729, Korea
4Department of Industrial Entomology, Korea National College of Agriculture and Fisheries, Jeonju 54874, Korea
*Corresponding author:jungjk@korea.kr
April 29, 2020 June 2, 2020 July 23, 2020

Abstract


The diapause induction season in Ostrinia furnacalis (Lepidoptera: Crambidae) was estimated in Suwon. Three batches of adult generations were observed, the first one from early May to early July, the second from early or mid-July to early or mid-August, and the third from mid-August to October. In outdoor larval rearing, colony rearing occurring from mid-July to mid-August produced both non-overwintering and overwintering larvae, whereas late-reared colonies produced only overwintering larvae. Larvae collected during July and August in maize fields produced both non-overwintering and overwintering larvae, whereas late-collected larvae produced only overwintering larvae. The results indicated that O. furnacalis has a bi- or trivoltine complex life cycle in this area. In the laboratory, when larvae of all instars within 9 h after molting were first treated to a diapause induction condition (11:13 h = light:dark photoperiod and 20°C), almost all larvae were induced to diapause. However, when similar treatments were conducted age-specifically for the 5th instar larvae, diapause induction rates in 3- and 4-day-old larvae of the 5th instar decreased. In contrast, when larvae were subjected to the diapause induction treatment only during the periods from the hatching stage to the 2nd, 3rd, and 4th instar, almost all larvae were not induced to diapause. The results suggest that the early age of the 5th larval instar is the last stage for sensitivity to diapause induction stimuli. In the diapause-induced larvae, hemolymph trehalose content increased and body supercooling points dropped, compared with those in non-diapause larvae.



수원 지방에서 조명나방 휴면과 발생 세대수 및 휴면유도에 대한 유충의 민감성

김 은영1,3, 김 이현1, 서 보윤2, 김 용균3, 박 창규4, 정 진교1*
1국립식량과학원 재배환경과
2국립농업과학원 작물보호과
3안동대학교 식물의학과
4국립한국농수산대학 산업곤충과

초록


수원 지방에서 조명나방(Ostrinia furnacalis)(나비목: 포충나방과) 성충 발생횟수와 유충 휴면이 유도되는 시기를 분석하였다. 성충은 일년 에 3회 발생 하였는데, 1화기는 5월 초부터 7월 초까지, 2화기는 7월 초중순부터 8월 초중순까지, 3화기는 8월 중순부터 10월까지이었다. 7월말 부터 8월 중순 사이에 갓부화 유충을 야외에서 사육하기 시작하였을 때, 그 해와 이듬해 용화한 개체들이 같이 발생하였다. 이후 사육된 집단에서 는 모두 월동 유충들만 출현하였다. 야외에서 7월과 8월 중 채집된 유충들에서는 월동하거나 월동하지 않는 개체들이 같이 발생하였고, 이후 채집 된 개체들에서는 모두 월동하는 개체들만 나타났다. 이 결과들은 수원에서 조명나방은 연중 2세대와 3세대를 경과하는 개체들이 같이 발생하는 복합 생활사를 갖는 것을 보였다. 실험실에서, 조명나방 유충을 영기별로 탈피 직후(9시간 이내)에 휴면유도 조건(11:13 시간 = 명:암 광주기, 20°C)에 처음 처리하였을 때, 거의 모든 유충들에서 휴면이 유도되었다. 유사한 처리를 5령으로 탈피한 유충 나이별로 적용하였을 때, 5령 3일과 4일 나이의 유충에 대한 처리에서는 휴면유도율이 감소하였다. 한편 알에서 갓 부화했을 때부터 휴면유도 조건에서 사육하던 유충들을 3령, 4령, 5령 탈피 직후에 비휴면 조건으로 옮겼을 때, 거의 대부분의 유충들은 휴면에 유도되지 않았다. 그 결과로부터 5령 초기 나이의 유충들이 휴면유 도 자극에 반응하는 최종 단계라고 추정되었다. 비휴면 유충들에 비해, 휴면이 유도된 유충들에서는 혈림프 내 트레할로스 함량이 증가하였고, 몸 체 과냉각점이 낮아졌다.



    많은 곤충들은 계절 변화에 따른 발육 저해 환경 - 발육영점 이하의 온도, 먹이 고갈, 건조, 과습 등 - 에 처해질 때 다가올 환 경 변화를 미리 감지하여 발육을 정지하는 휴면 현상을 보인다 (Tauber et al., 1986;Danks, 1987). 온대와 한대지역에 서식하 는 곤충들은 겨울철에 발육을 정지하는 동면을 하는데, 이 과정 중 영하 온도에서도 생존할 수 있게 체내에 동결보호제를 증가 시켜 내한성을 나타낸다(Storey and Storey, 2012). 따라서 이 런 지역에서는 동면하는 곤충의 내한성은 휴면과 동반하여 나 타난다(Denlinger, 1991). 휴면이 정지된 현상이 아닌 연속되는 과정으로 이해되면서, 휴면 기간과 그 전후를 순서대로 휴면전 (pre-diapause) 단계와 휴면 단계, 휴면후(post-diapause) 단계로 구분되어 왔다(Koštál, 2006). 휴면전 단계는 유도 단계와 준비 단계로 더 세분되었는데, 가장 처음 시작하는 휴면유도 단계는 환경의 표시자극이 임계값에 도달할 때 개체의 직접적인 발육 에서 휴면상태로 전환을 유도하는 단계이다. 이 단계는 유전적 으로 결정된 특정한 단계이고, 표시자극에 반응하여 환경에 나 빠지기 전에 미리 발생한다. 따라서 휴면유도 단계와 휴면 단계 는 동일한 발육단계가 아닐 수 있다. 표시자극으로는 광주기, 열주기, 식물체로부터의 정보통신물질(allelochemicals) 등이 있는데, 광주기가 가장 많이 연구되어 있다(Tauber et al., 1986). 광주기에 의한 휴면유도가 지배적인 곤충종의 경우, 특 정 휴면유도 단계에서 개체군의 반이 휴면에 들어갈 때의 감응 하는 일장이 임계일장(critical photoperiod)이다(Tauber et al., 1986). 그러나 온도와 습도 등의 다른 요인은 휴면 강도를 변동 시킬 수 있다(Gill et al., 2017). 해충 방제에서 휴면 연구는 토 착해충의 휴면 성질을 이해하고, 개체군 동태를 모델링하며 해 충 관리 방법을 구상하는데 필요하다(Denlinger, 2008).

    조명나방(Ostrinia furnacalis)(나비목: 포충나방과)은 옥수 수(Zea mays)(벼목: 벼과)의 주 해충으로 우리나라를 포함한 아시아와 오세아니아 대륙에 열대지역부터 온대지역까지 분포 한다(Mutuura and Munroe, 1970;Bae, 2001). 열대지역에서는 연중 휴면 없이 9~12회 세대가 겹쳐 나타나지만, 월동기간을 갖는 고위도에서는 지역에 따라 1~6회 발생하여, 위도와 기후 에 따라 연중 발생횟수가 다르다(Saito and Oku, 1985;Nafus and Schreiner, 1991;Xiao et al., 2016). 국내에서는 경기도 수 원과 강원도 춘천과 평창의 옥수수포장에서 실시한 유인등 트 랩 조사에서 연중 3회 발생하고, 1세대와 2세대 유충이 옥수수 잎과 줄기, 열매를 가해하는 것이 보고되었다(Lee et al., 1980). 조명나방은 옥수수 줄기 잔재물 안에서 말령 유충태로 월동한 후 이듬해 늦봄과 초여름에 걸쳐 용화하고 우화한다(Lee et al., 1980;Park et al., 2017). 온대 지역에서 조명나방 말령 유충의 휴면유도에 중요한 표시자극은 14시간 이하의 임계 일장시간 이고, 이는 온도에 따라 범위가 다르다고 알려져 있다(Gong et al., 1984;Yang et al., 2014). 이 휴면유도에 필요한 임계 일장 은 지역 개체군에 따라 다른데, 고위도지역이 저위도지역 보다 긴 경향으로, 이들 지역개체군의 형질은 유전된다(Guo et al., 2013;Huang et al., 2013). 이 휴면유도 조건에 민감한 조명나 방 발육단계를 3령 유충으로 추정하기도 하였다(Yang et al., 2014). 이런 조명나방에서의 휴면유도는 겨울이 닥치기 전에 만나는 환경조건에 의해 비롯되는데, 조명나방이 발생하는 시 기의 세대에 따라 일부 혹은 전체의 개체가 휴면에 유도될 수 있다. 따라서 관찰되는 발생세대수와 실제 발생하는 세대수가 다른데, 예를 들면 연중 2번의 발생횟수를 보이는 지역에서 실 제로는 1번의 발생횟수를 갖는 집단들이 포함되어 있고, 그들 의 비율도 해에 따라 달라진다(Saito and Oku, 1985;Lu et al., 1995). 조명나방 유충은 월동 중 내한성 기작으로 체내 글리세 롤을 함량을 증가시키며, 이에 따라 내한성 정도의 한 지표로 사용되는 과냉각점(supercooling point)이 낮아지는데, 이 과냉 각점도 지역 개체군에 따라 변이가 있다고 알려져 있다(Bale, 1996;Goto et al., 2001;Xie et al., 2015). 한편, 유럽과 아메리 카 대륙에서 옥수수의 주요 해충이면서 조명나방과 동속종인 O. nubilalis에 대해서는 휴면유도와 동면 중 내한성에 관해 일 찍부터 여러 연구가 행해져 왔다. 이 곤충은 조명나방과 유사하 게, 위도에 따라 발생횟수의 차이가 있고 세대에 따라 휴면 비 율이 다르며(Brindley and Dicke, 1963), 휴면유도 여부는 일장 주기와 열주기에 의해 밀접하게 관련되어 있다고(Beck and Hanec, 1960;Beck, 1985) 알려져 있다. 또 휴면유도 조건을 감 지하는 유충의 발육단계는 알려져 있지 않으나 늦어도 5령 탈 피 후 1일째까지 휴면유도 조건을 받아야 하고(Mutchmor and Beckel, 1959), 동면 중 체내 글리세롤과 트레할로스 함량의 증 가(Kojić et al., 2018) 등의 속성들이 밝혀져 왔다.

    국내에서는 조명나방이 월동하는 시기와 휴면조건을 감응 하는 시기를 포함한 휴면 특성에 대해 구체적으로 연구된 적은 아직 없다. 이에 본 연구에서는, 수원 지방에서 시기별로 야외 에서 유충의 발육과정을 관찰하여 조명나방 유충이 휴면조건 을 받는 시기를 추정하였고, 발생세대별 휴면유도 비율을 분석 하였다. 또, 휴면유도 조건에 대한 유충 영기별 반응을 조사하 여 휴면유도에 민감한 영기를 추정하였다. 이와 함께 휴면이 유 도된 유충의 혈림프 당 함량과 과냉각점을 비교하였다.

    재료 및 방법

    실험곤충

    조명나방 실험실 집단은 수원 지방 옥수수 포장(37°16´N, 126° 59´E)에서 채집된 유충들을 곤충사육실(25 ± 1°C, light:dark hour = 15L:9D, 60 ± 10% RH)에서 인공사료(Jung et al., 2005) 를 먹이면서 약 20년 동안 누대사육하며 유지한 집단이다. 단 1-3년 간격으로 수원을 포함하여 강원도 홍천(37°53'N 128°02'E)이나 충북 괴산(36°49'N 127°56'E)에서 채집된 개체 들을 일부 섞으면서 집단을 유지하였기 때문에, 지역적으로 순 수하게 분리된 계통은 아니었다. 야외 및 실내 사육실험에 사용 된 유충들은 실험실 집단에서 해당되는 단계를 선택하여 인공 사료를 먹이면서 해당 조건에 적응시켰다.

    본문에서 조명나방 유충의 마지막 영기를 지칭하는 용어에 대해 말령 혹은 5령이 사용되었는데, 이는 유충 영기 수의 복잡 성 때문이었다. 조명나방 유충은 5령까지 경과하는 비율이 높 으나, 온도 조건에 따라 최대 8령까지 탈피하는 개체변이가 관 찰되는 경우도 있었다(Jung, J.K., unpublished observation). 본 실험에서 5령 이후의 영기 탈피를 정확하게 관찰하지 않았기 때문에, 5령을 기준으로 실험에 들어간 경우에 5령을 기준으로 표현하고, 5령을 포함한 용화전 마지막 영기를 지칭하는 경우 에는 말령으로 표현하였다.

    연중 성충 발생 조사

    조명나방의 연중 발생 세대수를 짐작하고 세대별 발생 기간 을 추정하기 위해 몇 해의 연중 성충 밀도변동 양상을 분석하였 다. 성충 발생 양상은 성페로몬트랩과 유인등을 이용하여 조사 하였다. 트랩 조사는 모두 수원 소재의 식량과학원 옥수수 포장 (37°16´N, 126°59´E)에서 수행하였다. 성페로몬트랩 조사는 Park et al. (2017)의 방법과 같이 날개형 끈끈이 트랩에 성페로 몬미끼(Boo and Park, 1998)를 설치하여 2004, 2006, 2009, 2015, 2017년에 수행하였다. 유인등 트랩 조사는 수은전구 (200W)를 장착한 펀넬트랩을 이용하여 2006년에 수행하였다. 포장 당 트랩을 2~3개 설치하여, 2004년과 2015년은 대부분 2 일 간격으로 조사하였고, 다른 3개 연도는 대체로 1일 간격으로 조사하였다. 조사된 성충수를 1일당 트랩당 포획수로 환산하 여 밀도를 나타내었다.

    야외 유충 사육

    실험실 집단의 갓부화한 조명나방 유충을 2007년에는 5월 28일부터 9월 28일까지 불규칙한 간격으로 11회, 2009년에는 8월 11일부터 10월 31일까지 12회 야외에서 우화될 때까지 사 육하였다. 유충에는 부화일부터 개체별로 인공사료를 먹이면 서 경기도 수원 소재 국립식량과학원(37º16´N 126º59´E 40ASL) 건물 외부에 설치된 그늘막 아래에서 Park et al. (2017)과 동일 한 방법으로 사육하였다. 사육 집단별로 2007년에는 150마리 씩, 2009년에는 100마리씩 사육하였는데, 잃어버린 유충들은 처음 처리한 수에서 제외하고 분석하였다. 용화일과 성충 우화 일 만을 기록하여, 처리 개체 수에 대해 그 해 혹은 이듬 해 용화 하고 우화한 비율을 산출하였다. 또 전체 용화한 개체 수에 대 해 이듬해 용화한 개체 수의 비율로 상대월동률을 계산하였다. 유충과 용, 우화전 기간을 각각 산출하였는데, 월동한 개체들에 대해서는 용화전 기간과 우화전 기간을 이듬해의 1월 1일부터 계산한 Julian일로 표현하였다.

    야외 유충 채집

    야외에 서식하고 있는 조명나방 유충이 월동에 들어가는 시 기를 알기 위해 옥수수 포장에서 옥수수 줄기 안에 있는 조명나 방 유충을 며칠 간격으로 채집하였다. 2009년에는 6월 26일부 터 11월 10일까지 21회, 2010년에는 7월 1일부터 10월 27일까 지 17회, 2011년에는 7월 4일과 8월 2일 2회 채집하였다. 채집 된 유충을 야외 그늘막에서 인공사료를 먹이면서 개체별로 사 육하였고 용화일과 우화일을 조사하였다. 채집 집단별로 전체 채집 유충 수에 대한 용화율과 월동률을 산출하였고, 채집된 영 기별로 용화한 전체 개체 수에 대해 이듬해 용화한 개체 수의 비율로 상대월동률을 산출하였다.

    단일과 장일조건 및 20°C와 25°C에서 유충 발육 기간 조사

    실험실에서 휴면유도 조건에 조명나방 유충을 처리하였을 때 휴면이 유도되었는지에 대한 판단 기준을 설정하고, 야외에 서의 유충 발육시기에 관련된 실험 결과 분석에서 유충 발육기 간을 참고하기 위해, 20°C와 25°C의 두 온도와 장일(15L:9D, 16L:8D)과 단일(11L:13D) 조건들을 조합한 몇 환경에서 유충 발육기간을 측정하였다. 갓부화 유충을 개체별로 사육하여 탈 피일, 용화일, 우화일을 기록하였고, 유충 영기간과 용기간을 산출하였다. 이 중 15L:9D 광주기에서 20°C와 25°C 조건으로 사육한 집단의 경우에는 사육실 집단으로부터 4령 말기인 개체 들을 골라 해당 조건에 두어 사육하면서 5령으로 탈피한 후부 터 발육과정을 기록하였고, 말령 기간과 용 기간만 산출하였다.

    실내에서 처리하는 휴면유도 조건으로 20°C 온도와 11L:13D 광주기를 설정하였다. 이는 2007년 야외 사육실험에서 마지막 유충 사육일인 9월 28에 갓부화 유충을 사육하였을 때 말령에 이르기까지 한달 정도 걸릴 것이라는 가정 아래, 일몰시간 기준 으로 10월 하순의 일장 11시간을 광조건으로 정하고, 9월말 평 균온도인 약 20°C를 기준으로 설정한 것이다. 또한 22°C 혹은 25°C에서 11L:13D의 조건이 100% 가깝게 휴면을 유도했던 결과도 참고하였다(Gong et al., 1984;Yang et al., 2014).

    휴면유도 실험

    휴면유도를 위한 첫 번째 실험으로, 실험곤충 유지집단(장 일조건 사육)으로부터 1령부터 5령까지 각각 영기별로 탈피 확 인 후 9시간 이내인 개체들을 임의로 선택하여 20°C, 단일조건 (11L:13D)으로 옮겨 인공사료와 함께 소형 플라스틱 컵에서 개체별로 사육하였다. 각 영기별 처리구에서 5령으로 탈피하 고 나서 평균 약 20~32일 지난 후에 25°C와 장일조건(15L:9D) 으로 옮겼다. 이 실험에서 1령부터 4령까지 단일조건으로 처리 된 개체들은 한 영기 내에서 단일조건 처리 기간은 같았는데(1 령 53일, 2령 45일, 3령 43일, 4령 36일), 개체간 변이 때문에 5 령 탈피 후 단일조건을 받은 기간은 평균 20-27일이었다. 5령에 서 처음 단일조건을 처리한 집단은 처리기간이 32일이었다. 각 처리에서 용화일과 우화일을 기록하였고, 장일조건으로 이동 하기 전 용화율(처리수에 대한 용화수 비율)과 이동 후 용화전 기간, 휴면유도율(이동한 유충의 전체 용화수에서 휴면이 유도 된 개체 비율)을 처리 사이에 비교하였다. 영기별로 약 30마리 를 처리 하였는데, 발육기간은 전체 처리수 대상으로, 용화율과 휴면유도율은 처리수를 무작위로 3분하여 3반복으로 분석하 였다.

    두 번째 실험으로, 실험곤충 유지집단으로부터 유충들을 꺼 내 4령 말일(5령 탈피 1일전), 5령 탈피 후 4시간 이내, 1일, 2일, 3일, 4일 후의 나이별 개체들을 만들고, 이들을 각각 20°C, 단일 조건에 처리하였다. 4령 말일 개체들은 26일(즉 5령 탈피 후 25 일) 동안, 다른 나이들은 처리시점부터 25일 동안 처리하였다. 처리기간이 지난 후 25°C, 장일조건으로 옮겨 용화까지 관찰하 였다. 나이별로 전체 60~90마리를 처리하였다. 단일조건 처리 중의 말령의 용화전 기간과, 용화율, 장일조건으로 이동한 후의 말령의 용화전 기간과 휴면유도율을 산출하였다.

    세 번째 실험으로, 위 두 실험 방식과는 거꾸로 알에서 갓부 화한 유충을 20°C, 단일조건에서 사육하고, 3령, 4령, 5령으로 탈피한 후 24시간 이내(각각 부화 후 11일, 17일, 25일)에 25°C, 장일조건으로 이동시켰다. 이동 후 5령 탈피 후 용화전 기간과 휴면유도율을 처리들 사이에 비교하였다.

    위 실험들에서 조명나방 유충이 휴면에 유도가 되었는지를 판단하는 지표로 사용된 휴면유도율(diapause induction rate) 은 임의의 기준으로 판단된 가상의 값이다. 조명나방 유충 휴면 을 특징짓는 외관상 변화(형태와 행동)는 알려져 있지 않아, 여 러 보고에서 휴면이 유도되었는가를 판단하는 기준은 말령 유 충 기간이 대조구에 비해 어느 정도 지연 되는가 이었다. 예를 들면, 조명나방 휴면 연구에서, 22°C, 25°C, 28°C 온도에서 여 러 일장조건에 처리된 유충집단들에서 해당 온도의 대조구(일 장 15L:9D) 유충들이 용화한 이후 14일 될 때까지 용화하지 못 한 유충 수의 비율로 휴면유도율을 설정하였거나(Yang et al., 2014), O. nubilalis에 대한 한 연구에서는 대조구(16L:8D)에서 용화하는 시점까지 처리구에서 용화하지 못한 유충을 휴면이 유도되었다고 판단하였다(Skopik and Takeda, 1987). 본 연구 에서는 휴면유도 온도 조건으로 20°C와 11L:13D 광주기를 사 용하였는데, 같은 온도의 대조구로 사용된 장일조건(15L:9D 혹은 16:8D)에서 말령 유충기간은 평균 16~24일이었다. 위 첫 번째와 두 번째 휴면유도 실험에서 단일조건(11L:13D)이 말령 유충에 처리된 기간은 평균 20~32일이었는데, 이 기간은 대조 구의 말령 유충기간과 크게 다르지 않았다. 따라서 이 기간을 해당 온도의 장일조건(대조구)에서 말령 발육에 충분한 기간으 로 가정하였다. 위 참고한 보고들에서 휴면유도에 처리된 유충 들을 해당 조건에 계속 두었던 것과는 달리, 본 연구에서는 휴 면유도 조건을 처리한 후에 유충들을 다시 25°C, 장일조건 (15L:9D)로 이전하여 사육하였는데, 이 유충들에는 휴면 종료 를 유도하는 조건에서 발육을 허용한 상태였다. 본 연구에서는 이런 비휴면 조건에서 14일 이후에 용화하는 개체들을 휴면에 유도된 개체로 판단하였다. 이는 휴면에 한번 유도된 유충들이 조건이 좋아지더라도 바로 발육속도를 회복하지 않고 지연된 발육을 보이는 현상(Skopik and Takeda, 1987)에 따라 결정한 것이었다. 따라서 휴면이 충분하게 유도되지 않은 유충들은 발 육이 빨라질 것을 가정하였다. 한편, 위의 세 번째 실험에서는 영기별로 단일조건에서 장일 조건으로 이전하였기 때문에, 휴 면유도 기준을 위 첫 번째와 두 번째 실험과는 다르게 설정하였 다. 우선 25°C 장일조건(15L:9D 혹은 16:8D)에서 말령기간이 8~10일 정도였는데, 이를 참고하여 10일을 대조구 말령 발육기 간으로 설정하고, 이후 14일 이후까지(합해 24일) 용화하지 못 한 개체들을 휴면에 유도되었다고 설정하였다.

    혈림프 글리세롤, 포도당, 트레할로스 함량 분석

    휴면유도 두 번째 실험에서 4령 말일과 5령 2일째까지 나이 별로 단일조건으로 처리된 유충을 처리 마지막 날(처리 후 25~26일) 혈림프를 채취하여 당과 다가알콜을 분석하였다. 대 조구로는 25°C, 장일조건으로 사육된 유충에서 5령 탈피 후 7 일 후 유충으로부터 채취한 혈림프를 사용하였다. 유충 복지를 가위로 잘라 내고 흘러나오는 혈림프를 마이크로피펫을 이용 하여 채취하였다. 채취된 혈림프를 phenyl thiourea (SIGMA, USA) 가루를 약간 넣은 1.5 mL 에펜돌프튜브에 담아 보관하 였다. 수집한 혈림프를 4°C에서 13,000 rpm 속도로 5분간 원심 분리한 후에 상층액을 당 분석에 이용하였다. 음이온교환수지 (Dowex 1×8, 200-400 mesh, HCOO- form, USA)와 양이온교 환수지(Dowex 50W×8, 100-200 mesh, H+ form, USA), C18 역상수지(200-400 mesh, SIGMA, USA) 컬럼(각 300 ㎕)을 소 형 유리관으로 제작하고 여기에 분리된 혈림프를 흡착시켰다. 증류수를 전개용매로 이용하여 위 컬럼을 차례로 통과시켜 중 성 당과 다가알콜을 분리하였다. 분리된 시료를 HPLC (Shimadzu pump LC-6AD, Japan)에서 아미노기컬럼(NH2 column) (Alltech Prevail carbohydrate ES 5 le, 4.6×250 mm, USA)을 이용하여 75% 아세토나이트릴수용액(flow rate 1 ml/min)을 전개용매로 하여 분리하고 광산란검출기(evaporative light scattering detector)(Alltech® 3300 ELSD, USA)를 이용하여 포함된 당과 다가알콜들을 분석하였다. 표준화합물과 용출시 간을 비교하여 분리되는 화합물을 동정하였는데, 글리세롤, 포 도당, 트레할로스가 주로 탐지되어 이들 화합물만을 정량하였 다. 5마리에서 채취한 혈림프를 합한 것을 한 반복으로, 처리별 로 3개 반복으로 분석하였다.

    휴면유도 개체의 과냉각점 측정

    혈림프 당 분석과 동일한 처리를 받은 유충 몸체의 과냉각점 을 측정하였다. 유충 몸에 K형 온도프로브를 테이프로 부착하 고, 스티로폼 상자(36.5×31.5×24 cm) 안쪽 중앙에 위치시켰다. 온도센서를 12채널 온도 데이터로거(Lutron, BTM-4208SD, Taiwan)에 연결하고, 스티로폼 상자를 -80°C 초저온냉동고에 넣어 1초 간격으로 온도를 측정하였다. 측정된 온도 자료로부 터 온도가 느리게 떨어지는 곡선 도중에 온도가 급격하게 상승 하기 시작하는 온도를 과냉각점으로 추출하였다. 처리별로 12 마리를 반복하였다.

    일장과 온도

    일장은 한국천문연구원 천문우주지식정보에서 제공하는 수 원 지방의 일출·일몰 시간 자료를 이용하여 구하였는데(KASI website, N.D.), 일출몰 시간과 시민박명시간(태양의 중심점이 지평선 아래 6°에 위치할 때부터 일출 직전까지 시간과 일몰 직 후부터 태양의 중심점이 지평선 아래 6°에 위치할 때까지의 시 간)(여명: 각 해당시간)의 두 기준으로 일장시간을 구하였다. 온도는 국립기상청에서 제공하는 하루 중 시간별 온도를 평균 한 값으로 사용하였다(KMA website, N.D.).

    통계 처리

    처리 사이에 평균값을 비교하는 경우 SAS 프로그램(Version 9.1)의 Proc GLM 함수로 일원분산분석을 한 후, 95% 신뢰수 준에서 Tukey 검정으로 평균간 서열을 판정하였다(SAS Institute Inc., 2004).

    결 과

    성충 발생 시기와 발생 세대

    수원 지방에서 4년간 성페로몬트랩으로 조사된 조명나방 성 충 발생에서 밀도 변동 양상으로 판단하여 1화기 성충의 최대 발생은 5월말 혹은 6월 초중순이었고 대체적으로 7월 10일 이 전에 완료되었다(Fig. 1). 2화기는 7월 중에 형성되고 8월 상순 혹은 중순에 끝나는 것으로 보이나 3화기 발생시기와 뚜렷하게 구분되지 않았다. 3화기 성충 발생은 9월 초에 정점을 형성하였 고, 2004년 기준으로 10월말까지 발생하였다. 2화기와 3화기 의 포획밀도는 1화기에 비해 현저히 낮았다. 2006년의 경우에 도 성페로몬트랩 조사에서는 2화기와 3화기 구분이 뚜렷하지 않았고, 발생밀도가 낮았다(Fig. 2). 그러나 같은 해 유인등 트 랩을 이용한 조사에서는 2화기와 3화기 성충 밀도는 1화기 밀 도와 거의 대등한 수준이었고, 2화기와 3화기가 어느 정도 구분 되는 것으로 판단되었다. 유인등에서는 1, 2화기의 경우 발생 피크(50% 누적발생 비율)가 성페로몬트랩 조사보다 약간 늦게 형성되는 것으로 관찰되었다. 이상의 결과에서, 해에 따라 약간 의 시기 변이를 보이면서, 공통적으로 수원 지방에서 3번의 성 충 발생횟수를 보였다.

    야외 인공사육 유충의 발육과 월동태 발생 시기

    2007년 야외 그늘막 조건에서 시기별로 갓부화 유충을 사육 했을 때, 5월 28일부터 6월 29일 사이에 사육을 시작한 집단의 유충들은 모두 그 해에 용화 및 우화하고 월동에 들어간 개체는 나타나지 않았다(Table 1). 그러나 7월 20일부터 8월 17일 사이 사육이 시작된 집단들에서는 비월동 개체들과 월동개체들이 같이 출현하였고, 월동개체들의 상대비율이 시기가 지남에 따 라 증가하였다. 이후 9월 1일부터 28일 사이 사육이 시작된 집 단들에서는 모두 월동개체들만 출현하였다. 9월 1일 집단까지 는 사육 유충의 용화율은 80% 이상을 보였으나, 9월 14일 집단 에서는 약 72%로, 9월 28일 집단에서는 약 17%로 급격히 감소 하였다. 2009년에는 8월 11일 사육집단은 약 4% 정도가 그 해 용화하였고, 약 64% 정도가 월동에 들어가 이듬해 용화하였다 (Table 1). 이후 8월 20일부터 9월 29일까지의 사육집단은 월동 개체들만 출현하였고, 10월중 사육을 시작한 집단들에서는 모 든 유충이 말령까지 발육하지 못하고 사망하였다. 2007년과 마 찬가지로 9월 하순부터 사육집단들의 유충 생존율은 급격히 감 소하였다. 번데기(비월동과 월동개체들 합)의 우화율은 2007 년 9월 28일 집단과 2009년 9월 29일 집단이 각각 약 62%와 56%로 낮은 반면, 그 이전시기 사육집단들에서는 모두 80% 이 상의 우화율을 보였다.

    2007년 사육집단의 비월동개체에서 우화까지의 발육기간 은 8월 3일 사육시작 집단까지 계속 짧아졌고, 이후 8월 17일 집단에서 다시 약간 길어졌다(Table 2). 1세대 유충이 출현한다 고 판단되는 시기(Figs. 1 and 2) 중, 6월 7일 사육집단의 평균 우화일은 7월 8일이었고, 6월 29일 사육집단은 7월 27일이었 다. 2세대 유충의 출현이 예상되는 시기 중, 7월 20일 집단의 평 균 우화일은 8월 15일이었고, 8월 3일 집단은 8월 26일이었다. 2세대의 말기 혹은 3세대 초기로 추정되는 시기인 8월 17일 사 육집단의 평균우화일은 9월 15일에 도달하였다.

    사육집단별로 사육 시작시기가 꽤 간격이 있음에도 불구하 고 월동개체들의 이듬해 출현시기가 거의 동시화되는 경향이 나타났는데, 2007년 집단들의 평균 우화일은 5월 말부터 6월 중순 사이였고, 2009년 집단들에서는 6월 초중순 사이에 평균 우화일이 형성되었다(Table 2). 그러나 집단별로 약간씩 차이 가 보여, 2007년 집단의 경우 이듬해 평균용화일이 가장 빠른 것은 9월 28일 사육 집단, 가장 느린 것은 8월 17일 집단이었고, 같은 경향이 우화일에도 발견되었다. 2009년의 경우에는 9월 29일 집단의 용화일과 우화일이 가장 빨랐다.

    야외채집 유충들의 월동태 발생 시기

    2009년과 2011년 사이에 야외 옥수수포장에서 채집된 유충 들을 야외조건에서 사육하였을 때, 2009년에는 7월 7일에 처음 으로 3령으로 채집된 유충에서 말령으로 월동하는 유충이 나타 났다(Table 3). 채집된 각 유충 영기별로 용화한 개체들 중 말령 으로 월동한 개체들의 상대비율이 100%로 된 시기는 2령이 8 월 18일, 3령이 8월 25일, 4령과 말령이 9월 1일이었다. 이후에 채집된 유충들은 모두 월동에 들어갔다. 전체적으로 월동유충 의 생성비율이 시기 경과에 따라 증가하는 경향을 보이면서, 9 월 1일부터 채집된 유충들은 월동한 개체들만 출현하였다.

    2010년에는 8월 12일 처음으로 2, 3, 4, 말령으로 채집된 유충 들에서 월동한 개체들이 나타났다(Table 3). 각 채집된 유충 영 기별로 말령으로 모두 월동하여 용화한 개체들의 상대비율이 100%로 된 시기는 2령과 3령이 8월 12일, 4령과 말령이 9월 2일 이었다. 영기 구분 없이 채집된 유충 전체로 볼 때 채집시기 경과 에 따라 월동유충 생성비율이 증가하였고 9월 2일 채집집단부 터는 모두 월동유충만 생성되었다. 2011년에는 7월 4일과 8월 2 일에 채집된 유충에서는 월동하는 개체가 생성되지 않았다.

    휴면유도 감응 유충 발육단계

    20°C 혹은 25°C와 단일조건(11L:13D)에서 갓부화 유충부 터 사육한 개체들에서 1령부터 4령까지의 각 영기별 유충들은 온도에 대한 반응으로 발육기간이 약간 달랐으나, 두 온도 모두 에서 장일조건(16L:8D)에 처리된 개체들에 비해 영 기간이 크 게 연장되는 개체들은 나타나지 않았다(Table 4). 그러나 두 온 도에서 장일조건(15L:9D 혹은 16L:8D)으로 처리된 개체들이 평균 8~24일 정도의 말령기간을 갖는 결과에 비해, 단일조건으 로 처리된 개체들은 5령으로 탈피 후 말령 기간이 매우 길어지 는 현상이 발생하였다. 단일조건으로 처리된 유충들의 3~6% 정도가 말령 기간이 20일 이내였으나, 나머지 유충들은 말령기 간이 40일 이상 걸려 25°C에서는 101~120일(38.8%), 20℃에 서는 121~140일(37.5%)이 가장 높은 비율로 나타났다. 이 결 과는 본 연구에서 휴면유도 조건으로 사용한 20°C 온도와 11L:13D의 광주기가 조명나방 유충 대부분에 휴면을 유도할 수 있는 것을 나타냈다.

    첫 번째 휴면유도 실험으로, 유충 영기별로 갓탈피한 개체들 을 20°C 단일조건에서 사육하고, 5령으로 탈피한 후 약 20~32 일까지 같은 조건을 계속 처리한 후, 처리 영기별로 같은 날 25°C 장일조건으로 이동했을 때, 이동 후 용화까지 걸린 기간 은 처리된 모든 영기에서 평균 20일 이상이었다(Table 5). 또, 이동 전(단일처리 기간 중)에 용화한 개체들은 전혀 나타나지 않았고, 휴면유도율은 85~100%로 처리 사이에 유의한 차이는 나타나지 않아, 5령 탈피 직후의 개체들까지도 대부분이 휴면 에 유도되는 것으로 판단되었다.

    두 번째 휴면유도 실험으로, 4령 말일부터 5령 탈피 후 4일 유충까지 나이별로 유충들을 휴면유도 조건에 처리하고 다시 25°C 장일조건으로 이동하였을 때, 4령 말일과 5령 탈피 후 4시 간에 처리된 집단에서는 장일조건으로 이동하기 전에 용화하 는 개체가 나타나지 않았다. 그러나 5령 탈피 후 1일 이상인 나 이에서 처리된 집단들에서는 장일 조건으로 이동 전, 즉 단일조 건 처리 중에 용화하는 개체들이 생성되었고 3일과 4일 집단부 터는 그 비율이 이전 나이 집단에 비해 유의하게 큰 결과가 나 타났다. 이때 용화전 기간은 처리간에 유의한 차이는 발생하지 않았다(Table 6). 그러나 장일조건으로 이동 된 말령들의 용화 전 기간은 처리된 나이가 많아짐에 따라 유의하게 짧아지는 현 상이 발생하였다. 이에 따라 휴면유도율은 4령 말일부터 5령 2 일째 유충 처리에 대해서는 80~100%이었고 처리 나이별로 유 의한 차이는 없었으나, 5령 3일과 4일 유충들에서는 각각 약 50%와 20%로 유의하게 낮아졌다. 즉 5령 탈피 이후에는 나이 가 많아짐에 따라 휴면에 유도되는 비율이 감소하였다.

    세 번째 휴면유도 실험으로, 갓부화 시기부터 단일조건에서 사육된 유충들을 3령, 4령, 5령으로 탈피 직후 장일조건으로 옮 겼을 때, 처리된 영기가 늦을수록 이동 후 말령 기간이 평균 9~15일 사이에서 유의하게 증가하였다(Table 7). 그러나 대부 분의 유충이 휴면유도의 판정기간인 5령 탈피 후 24일 이전에 용화하였다. 단 4령과 5령 갓탈피 직후 이동한 집단에서 24일 이후까지도 용화하지 않은 개체들이 나타나, 휴면유도율이 최 대 약 3%의 낮은 비율로 나타났다. 즉, 대부분의 개체가 이 조 건에서 휴면에 유도되지 않았다.

    휴면유도 유충들의 혈림프 내 글리세롤, 포도당, 트레할로스 함량

    앞의 5령 전후 나이별로 휴면이 유도된 유충들의 혈림프 내 글리세롤 함량은 약 4 ug/ul 전후로 장일 25°C 조건에서 생성된 말령 유충의 혈림프 글리세롤 함량과 유의한 차이가 없었다 (Fig. 3). 포도당 함량은 휴면이 유도된 유충들에서는 약 1 ug/ul 이상으로 탐지되었는데, 5령 2일 유충에서 약 4 ug/ul로 유의하 게 많았다. 그러나 장일 25°C 조건에서 만들어진 말령 유충에 서는 포도당을 탐지하지 못했다. 트레할로스 함량은 휴면이 유 도된 유충들에서 평균 25~38 ug/ul 범위로 장일조건의 유충의 평균 12 ug/ul 보다 높았는데, 4령 말일에 처리된 것이 대조구와 유의한 차이를 보였다.

    휴면유도 유충들의 과냉각점

    앞의 5령 전후 나이별로 휴면이 유도된 유충들의 과냉각점 은 영하 20°C 전후로 측정되었는데, 모든 처리에서 이 값들은 장일 25°C 조건에서 생성된 말령 유충 몸의 과냉각점인 약 영 하 9.6°C 정도에 비해 유의하게 낮았다(Fig. 4).

    고 찰

    월동 후 조명나방 1화기 성충의 발생 시기는 성페로몬트랩 의 자료에서 5월 초중순부터 밀도가 증가하여 5월 말과 6월 초 중순 사이에 피크들을 보이고 이후 7월 초순까지 감소하는 양 상이 뚜렷하였다(Figs. 1 and 2). 1화기 성충 발생 시기는 월동 후 야외에서 사육된 성충들의 우화시기(Table 2;Park et al., 2017)와도 거의 일치하여, 해당기간이 1화기인 것은 뚜렷하였 다. 그러나 2화기의 경우 발생최성기와 2화기 종료 시점은 쉽게 판단할 수 없었다. 이는 성페로몬트랩 조사 결과의 경우, 첫째, 1화기에 비해 2화기와 3화기 밀도가 상대적으로 작은 것, 둘째, 추정되는 화기 동안에 특정 시기에 집중적으로 포획되는 경향 이 없이 일일 경과에 따라 밀도 변동이 매우 크고 밀도가 유사 한 여러 피크가 나타나는 것 때문으로 보였다. 예를 들면 2009 년 성페로몬트랩 조사의 경우 7월 하순에 큰 발생피크가 관찰 되었지만 8월 초순과 중순에 각각 2번의 밀도 감소일이 있었고, 2015년의 경우에는 7월 하순과 8월 초순에 2번의 밀도 감소일 이 있어, 2화기 종료 지점을 특정하기가 어려웠다(Fig. 1). 2006 년 성페로몬트랩 조사 결과에서도 2화기 종료 시점이 7월말이 나 8월 초순 혹은 8월 중순경으로 역시 뚜렷하게 구분되지 않았 다(Fig. 2). 한편 같은 해에 조사된 유인등 트랩 결과에서는 7월 말 성페로몬트랩과 동일한 날에 밀도 저하가 관찰되었으나 다 음 날 바로 높은 밀도가 포획되어 다시 8월 중순에 낮은 밀도가 2일간 유지되었다. 이후 다시 3화기로 추정되는 밀도 증가가 관 찰되어 2화기와 구분할 수 있었고, 이 8월 중순을 당시의 2화기 종료시점이었을 것으로 추정하였다. 이상의 결과를 종합하면, 여러 해의 성페로몬트랩 포획에서 2화기 종료시점이 뚜렷하게 구분되지 않으나 공통적으로 8월 초순 혹은 중순에 밀도 저하 시기들이 있고, 2006년 유인등 트랩 결과에서 8월 중순을 2화 기 종료시점으로 추정한 것에 근거하여, 조명나방 2화기 종료 시기는 8월 초중순에 형성될 것으로 판단하였다. 이후 3화기는 10월 초순까지 형성되는 것으로 판단되었다. 그런데 해에 따라 서는 10월 말까지도 포획되는 경우가 생겨, 그 해 환경에 따라 더 진전된 세대의 성충이 더 발생할 수도 있다고 짐작되었다. 그러나 10월 중 발육을 시작하는 유충들은 대부분 발육을 완성 하지 못한 결과(Table 1)로 볼 때, 4화기 성충이 발생하여도, 다 음 세대를 만들지 못할 것으로 추정되었다. 그런데 지구 온난화 경향에 따라 조명나방의 동속종인 O. nubilalis의 발생시기가 더 빨라진다고 예측한 것처럼(Gagnon et al., 2019), 조명나방의 연중 발생 양상도 향후 점진적으로 변화할 가능성이 있다. Lee et al. (1980)은 1979년에 유인등 트랩으로 조사한 결과에 기초 하여 수원 지방에서는 조명나방의 연중 성충 발생횟수가 뚜렷 하게 3번이었다고 판단하였고, 이는 본 연구에서의 결론과 크 게 다르지 않다. 또 당시의 화기별 발생 시기도 본 연구의 결과 와 크게 다르지 않았다. 본 연구는 Lee et al. (1980)의 조사 이후 20년 이상 지난 결과이지만, 조명나방의 발생 세대는 크게 변동 이 없는 것으로 판단되었다. 그러나 성충 밀도 변동만으로 세대 기간을 정확하게 추정하는 것은 한계가 있으므로 세대 구분에 대한 더 정밀한 연구가 필요하다.

    한편, 성페로몬 트랩 조사에서 2, 3화기 발생 밀도가 1화기 발생 밀도에 비해 상대적으로 작은 현상이, 해당 지역에서 식생 과 환경에 따른 연중 조명나방 개체군 발생 밀도 변화의 고유한 과정인지 혹은 조사방법 때문에 발생한 현상인지는 불확실하 다. 이에 관련하여 2006년 유인등 트랩에서는 2, 3화기의 성충 밀도가 1화기에 비해 작지 않았던 결과를 보여, 이 현상이 조명 나방 개체군 밀도 변동의 고유 현상이 아닐 수도 있다고 판단되 었다. 조사방법론의 문제를 가정하여 트랩 설치 위치(포장 가 장자리와 안쪽)나 높이 등의 트랩 설치 방법이 원인일 가능성을 검토한 적이 있었으나, 처리 사이에 유의한 차이가 없어 관련된 원인은 찾지 못했었다(Jung, J.K., unpublished observation). 본 연구의 결과와 유사한 기존 보고들을 쉽게 발견할 수 없었고, 다른 보고에서 연중 2번의 발생세대가 관찰되는 일본 아오모리 현 구로이시시(40°40'N 140°35'E)에서 성페로몬트랩 조사 결 과 2화기의 발생이 상대적으로 많은 것이 관찰되었거나 (Kimura, 2017), 중국 지린성 창춘시(43°49'N 125°24'E)에서 성페로몬트랩의 형태에 따라 1화기 혹은 2화기 포획량이 서로 달랐다고(Chen et al., 2016) 하여, 특정한 경향을 찾을 수는 없 었다. 따라서 이련 현상에 관련하여서는 이후 조명나방 세대별 로 포장 내 유충의 서식 밀도와 성충 발생밀도와의 상관성을 추 적하는 연구를 바탕으로 정확한 원인을 찾을 필요성이 있다.

    또 2006년 조사 결과에서 1화기와 2화기에서 50% 성충 누 적발생시점이 성페로몬트랩 조사 결과에서 보다 유인등 트랩 결과에서 늦은 것으로 나타났고, 3화기의 경우에는 오히려 빠 른 것으로 나타났다(Fig. 2), 이 원인이 성페로몬에 대한 수컷의 반응 기간과 빛에 대한 암수 성충의 반응 기간 때문인지는 뚜렷 하지 않다. 앞으로 야외 알 발생 시기와의 상관성을 분석하는 연구를 통해 두 형태의 트랩의 유용성에 대해 판단하는 것이 필 요하다.

    조명나방의 유충 휴면이 유도되는 세대를 알기 위해 갓부화 유충을 야외에서 사육하였을 때(Table 1 and 2), 2007년 5월 28 일부터 6월 29일 사이에 사육을 시작한 집단에서는 월동유충 이 생성되지 않아 1세대 유충에서는 휴면에 유도되는 개체들이 매우 적을 것으로 추정되었다. 7월 20일에 사육을 시작한 집단 은 전체 용화한 개체들 중 7.6%가 8월 3일 집단에서는 24.8%가 월동에 들어가 이듬해 용화하였는데, 이 시기는 뚜렷하게 2화 기 성충이 출현하는 시기로, 이때 발육하는 유충은 2세대 유충 인 것이 뚜렷하였다. 8월 17일에 적용된 집단은 약 92%가 월동 하였는데, 이 사육시작 시기는 2화기 성충 발생이 8월 초 혹은 중순에 대체로 마무리될 것이라는 추정으로 볼 때 세대를 뚜렷 하게 규정하기는 어렵다. 그러나 7월 20일부터 이 시기까지 월 동용이 생성되는 비율이 계속 증가하는 현상으로, 2세대 유충 에서는 일부가 시기가 지남에 따라 휴면유도 조건에 유도되는 비율이 증가하는 것을 나타냈다. 2009년 8월 11일에 사육을 시 작한 시점은 2화기 성충의 발생기간을 고려할 때 대체로 2세대 유충세대의 후반부로 생각할 수 있는데, 약 94%의 높은 월동률 을 나타내, 마찬가지로 2세대 유충의 후반부로 갈수록 휴면에 유도되는 비율이 높았다. 2007년 9월 1일부터 그리고 2009년 8 월 20일부터 사육한 집단은 모두 월동에 들어갔는데, 이 시기 처음 발육하는 유충은 2007년의 경우에는 3세대 유충이었던 것이 명확하고 2009년의 경우 2세대의 마지막 혹은 3세대 초기 라고 추정되었다. 따라서 이 결과로 3세대 유충은 대부분 휴면 유도 조건에 반응하여 휴면에 들어가는 것으로 결론지었다. 또 이 결과는 수원 지방에서 조명나방 성충이 3회 발생하더라도, 세대는 2번 혹은 3번 경과하는 개체들이 섞여 있다는 것을 나타 내었다.

    유사한 결과가 야외 옥수수포장에서 채집하여 야외에서 발 육시킨 유충들에서도 나타났다. 2009년 7월 7일 채집된 3령 유 충이나, 7월 22일 채집된 5령 유충에서 월동유충이 일부 발생 했는데(Table 3), 이들 채집 시기는 당시의 온도(20~25°C)(Fig. 5)에서 발육기간(Table 4)을 짐작하였을 때, 1세대 유충(1화기 성충의 자손)의 후기 혹은 2세대 유충의 초기(2화기 성충의 자 손)에 갓 탈피 유충이 발육을 시작한 것으로 짐작되었다. 이후 7 월 22일부터 8월 11일 사이 채집된 3령 유충, 7월 28일부터 8월 18일 사이에 채집된 4령과 말령 유충에서 역시 일부가 월동유 충으로 발육했는데, 이들 채집 시기는 거의 2세대 유충이 발육 하는 시기로 추정되었다. 그 이후 채집된 각 영기별 유충에서는 대부분이 월동유충으로 발육하였고, 이들 유충은 3세대 유충 인 것이 거의 확실하였다. 2010년 채집된 유충에서는 1세대로 추정되는 시기에 채집된 유충들에서는 월동 개체가 전혀 나타 나지 않았고, 2세대 기간으로 추정된 8월 12일 채집된 2, 3, 4, 말령 유충들에서 전부 혹은 일부가 월동유충으로 나타났다. 3 세대 유충 발육시기로 추정되는 9월 2일부터의 채집 유충들은 모두 월동개체가 나타났다. 따라서 이 결과에서도 마찬가지로 1세대 유충에서는 월동유충이 거의 발생하지 않고, 2세대에서 는 일부분, 3세대에서는 대부분의 유충이 월동유충으로 발달 한다고 추정되었다. 채집 시기별로 유충세대를 임의로 구분하 였을 때, 1세대는 약 0~6%, 2세대는 약 47~61%, 3세대는 거의 100%가 휴면에 유도되었다고 추정되었다. 그러나 세대 구분이 정확하지 않을 수 있고, 채집 유충 수가 당시의 밀도변동을 반 영하지 못했을 가능성 및 말령 유충의 경우 시기가 지남에 따라 앞 시기 이미 휴면이 유도된 개체들이 중첩되어 실제 휴면유도 율이 떨어질 수 있는 이유 때문에 이 세대별 휴면유도율은 상당 한 오차를 가질 수 있다.

    이와 같이 한 지역에서 조명나방 연중 발생 세대가 다른 개 체들이 섞여 있는 것은, 연중 2회의 성충 발생으로 보이는 일본 이와테현 모리오카시와 중국 지린성 창춘시에서 1세대 중 휴면 에 유도되는 개체들이 발생하는 것 때문에 해당 지역에서 연중 1세대와 혹은 2세대가 발생하는 것이 확인되어 있다(Saito and Oku, 1985;Lu et al., 1995). 동속종인 O. nubilalis의 경우에도 미국 노스캐롤라이나 클레이턴 지역에서 성충이 연중 4회 발생 하는데 야외 사육실험을 통해 1세대부터 휴면 개체 발생비율이 증가하는 것이 보고되었다(Ellsworth et al., 1989).

    한편, 야외 유충 사육 결과를 이용하여 휴면이 유도된 시기 의 일장 길이를 분석하였다(Fig. 5). 처음 월동용이 생긴 사육시 작일은 2007년 7월 20일이었고, 이때 일장은 일출몰 기준 14.4 시간(여명 포함 15.4시간)이었는데, 1령부터 휴면유도 조건을 받는 것을 가정한다면 적어도 이 시간 이하의 일장이 휴면을 유 도할 것으로 판단되었다. 또 사육유충에서 월동용만이 생긴 첫 사육일은 2007년 9월 1일과 2009년 8월 20일이었는데, 이때 일 장은 각각 13.0(여명 포함 13.9시간)과 13.4시간(여명 포함 14.4시간)이었다. 결과적으로 수원 지방에서 일출몰 기준 14.4 시간부터 13.0시간 사이(여명 포함 15.4~13.9시간)의 일장이 차지하는 시기에 발육이 시작되는 유충들로부터는 개체변이에 의해 일부 유충이 휴면에 유도되고, 그 이하의 일장부터 온도 저하에 따라 발육이 완성되지 못하는 시기(10월초)(일장 약 11.8시간, 여명 포함 12.7시간)까지는 대부분의 유충이 휴면에 유도되는 것으로 추정되었다. 이때 여명을 포함한 일장시간을 같이 제시한 이유는, 조명나방에서 실험실에서 얻어진 휴면유 도 임계일장(한 집단의 50%가 휴면에 유도된 일장)이 야외에 서 시기별로 사육한 유충에서 50%가 휴면에 들어간 사육시기 의 일장과 거의 유사했다고 주장한 보고(Yang et al., 2014)와, O. nubilalis에서 휴면유도 일장을 추정하는데 여명을 포함한 시간을 사용한 보고(Ellsworth et al., 1989) 및 그 여명을 포함 한 일장의 유용성을 분석한 보고(Onstad and Brewer, 1996) 때 문이었다. 이와 관련하여 일장시간에 대한 곤충의 반응에서 여 명 시간을 포함하여 분석할 필요성을 제시한 경우도 있다(Beck, 1980). 그러나 여명을 포함한 일장이 조명나방 휴면유도 일장 에 사용되는 것은 아직 일반화되어 있지 않기 때문에 본 연구에 서는 두 종류의 일장을 같이 제시하였다. 본 연구에서 2007년 야외 유충 사육시기에 따른 휴면유도율 변화 곡선으로 보면(the curve drawn from the data in Table 1), 50% 정도가 휴면에 유 도된 사육시작 시점은 8월 7일로 이때의 일장은 약 13.9시간(여 명 포함 14.9시간)이었다(Fig. 5). 한편 2009년과 2010년 야외 유충채집 시기에 따랐을 때는 8월 14일 이었고(the curve drawn from the data in Table 2), 이때의 일장은 13.7시간(여명 포함 14.6시간)이었다. 이들 일장(일출몰 기준 혹은 여명 포함)이 수 원 지방 조명나방 개체군에 대해 휴면을 유도하는 실제 임계 일 장에 근접한 것인지는 알지 못한다. 이는 앞으로 조절된 환경에 서 수원 지방 개체군에 대한 정밀 실험을 거쳐 밝혀질 수 있을 것이다.

    본 연구에서 비휴면 조건에서 사육하던 조명나방 유충을 영 기별로 탈피 직후(9시간 이내)에 본 연구에서 설정한 휴면유도 조건에 이동시켰을 때, 1령부터 5령까지의 처리 모두 휴면이 유 도되었다. 이 결과는 조명나방 5령 유충도 그 조건에 휴면이 유 도되는 것을 나타냈다. 그러나 이 5령 단계에서 휴면유도 조건 에 대한 반응은 나이별로 달라, 5령 3일째 유충부터 휴면유도 조건 처리 중에 용화하는 개체 수가 유의하게 증가하고, 결과적 으로 휴면유도율이 유의하게 감소하였다. 따라서 5령 초기까 지만 휴면유도 조건에 민감하게 반응한다는 것을 나타냈다. 한 편, 휴면조건에서 사육하던 조명나방 유충을 3, 4, 5령 탈피 직 후(당일)에 비휴면 조건으로 옮겼을 때에는 휴면이 거의 유도 되지 않았는데, 이 결과와 앞의 두 휴면유도 실험결과를 종합하 면, 본 연구실에서 유지하고 있는 조명나방 유충은 적어도 5령 초기부터 휴면유도 조건에 일정기간 지속적으로 노출되는 경 우 휴면에 유도될 수 있는 것으로 판단되었다. 야외에서는 동지 까지 일장기간이 지속적으로 짧아지므로, 수원 지방에서 조명 나방 유충이 5령 탈피 직후 처음 휴면 유기 조건에 노출되었다 면, 이후 계속 그 조건에 노출되는 상태가 되기 때문에, 본 실험 실 결과처럼 충분히 휴면에 유도될 것으로 추정된다.

    위 휴면유도의 첫 번째 실험 중 1령부터 휴면유도 조건에 처 리한 실험과 유사한 실험이 보고된 예가 Yang et al. (2014)의 연구에서 발견되었다. 이 보고에서는 항온조건에서 조명나방 갓부화 유충을 단일(12L:12D)조건에서 사육하면서 유충의 영 기를 구분하지 않고 날짜별로 장일(15L:9D) 조건으로 옮기면 서 휴면이 유도되는 비율을 관찰하였다. 이 보고에서 25°C에서 100% 휴면이 유도되기 위해서는 최소 약 24일 동안 단일조건 처리가 필요한 결과를 보였다. 이 기간은 해당온도에서 유충 발 육기간을 참조할 때(Table 4), 5령으로 탈피 후 평균 약 11일 전 후의 기간 동안 휴면유도 조건에 놓였던 것으로 짐작되었다. 그 런데, 같은 보고에서 갓부화 유충부터 장일(15L:9D)에서 사육 하면서 날짜별로 단일(12L:12D)로 옮겨 휴면유도율을 조사한 실험은 본 연구의 영기별로 휴면을 유도한 첫 번째 실험과 유사 하였는데, 5령 탈피 전에 단일 조건 처리가 된 경우가 많았음에 도 휴면유도 비율이 낮은 결과들이 있었고, 이는 본 연구의 결 과와 일부 다른 것으로 판단되었다. 또, 같은 보고에서 휴면유 도 조건으로 1령부터 계속 사육하는 전체 발육기간 중에 3령 후 반부에 비휴면 조건을 주었을 때만, 휴면유도율이 크게 떨어지 는 결과에 의거하여 조명나방의 경우 휴면유도 조건에 대한 민 감 단계는 3령일 것으로 주장하였다. 그러나 본 연구에서 휴면 유도에 3령 기간이 반드시 포함될 필요가 없는 것이 증명된 것 처럼, 이 주장도 더 검토가 필요하다. Yang et al. (2014)의 연구 와 본 연구의 실험조건이 동일한 조건이 아니었기 때문에, 이들 결과만으로 조명나방 휴면유도 단계에 대해 뚜렷한 결론을 내 기는 아직 어렵다고 판단된다. 단, 본 연구의 결과만에 기초하 여 판단할 때, 수원지방에 서식하는 조명나방의 경우 5령 탈피 전후의 짧은 기간이 휴면유도 조건을 감응하는데 깊은 관련이 있을 것으로 추정된다.

    본 연구와 유사한 실험이 조명나방과 동속종인 O. nubilalis 를 대상으로도 연구되었다(Mutchmor and Beckel, 1959). 이 연구에서는 우선 각 유충 영기별로 한 영기에만 휴면유도 조건 을 처리하였는데, 4령에서 약 4%, 5령에서 71%의 휴면유도율 을 얻었다. 이어 5령 탈피 전 24시간, 탈피 후 0, 24, 48, 96시간 부터 휴면유도 조건을 처리하였을 때, 탈피 후 24시간째부터 시 간이 지남에 따라 휴면유도율이 급격히 감소한 결과로 휴면유 도 조건은 적어도 5령 탈피일부터 받아야 한다고 결론지었다. 또 5령 탈피 후 40일까지 기간별로 휴면유도 조건을 처리하였 을 때, 처리기간이 길수록 휴면유도율이 증가하는 것을 보였다. 이 결과들은 본 연구에서 조명나방이 5령 탈피 후부터도 휴면 이 유도된다는 결과와 5령이 연령이 지날수록 휴면유도율이 떨 어지는 결과와 유사하였다.

    본 연구에서 휴면유도 조건을 받은 조명나방 말령 유충의 과 냉각점과 혈림프내 당과 다가알콜을 정량하였다. 그 결과로 비 휴면 말령 유충에 비해 휴면유도 조건을 받은 말령 유충에서 혈 림프 트레할로스 함량이 유의하게 증가하였다. 포도당 함량도 유의하게 증가하였으나, 트레할로스 함량에 비해 매우 적은 양 이었다. 글리세롤 함량은 차이가 없었다. 따라서 본 연구의 휴 면유도 조건 처리가 조명나방 말령에서 혈림프 내 트레할로스 함량을 증가시켰고 이것이 과냉각점을 낮춘 원인으로 추정되 었다. 본 연구의 휴면유도 조건은 일장조건과 온도 두 요인의 변화를 준 것이었는데, 과냉각점과 혈림프 당과 다가알콜 측정 에서 사용된 대조구로는 25°C, 15L:9D 조건에서 사육된 말령 유충만 사용하였기 때문에, 실제 휴면유도에 의한 트레할로스 함량 변화가 온도 혹은 일장조건에 의한 것인지는 분명하지 않 다. 따라서 여기에서는 휴면유도에 따른 내한성 관련 환경요인 들의 역할을 구분하여 결론을 내리지는 못한다. 단, 수원 지방 야외에서는 일장이 계속 짧아지는 가운데 적어도 8월 하순부터 는 대체적으로 온도가 계속 떨어지므로, 조명나방 유충이 본 연 구의 조건과 유사한 휴면유도 환경을 만날 것으로 추정된다. 따 라서 이와 같은 혈림프 트레할로스 함량 증가 현상이 야외 조건 에 있는 조명나방 유충에서도 특정 시기에 나타날 가능성은 있 다. 트레할로스를 포함하여 월동중 혈림프 구성물질들의 조성 변화에 대해서는 이후 구체적인 연구가 필요하다. 트레할로스 는 일반적으로 곤충의 혈림프에 존재하는 주 탄수화물 형태로 에너지 저장고로 이용되거나, 내동결성물질의 역할, 삼투압과 열에 의한 스트레스 아래서 단백질 안정화 역할, 섭식 행동과 영양분 흡수를 조절하는 되먹임 메커니즘을 조절하는 한 요소 로서 기능한다(Thompson, 2003). 곤충에서 트레할로스가 내 동결의 주 기능을 하는 예로는 벼물바구미(Lissorhoptrus oryzophilus)(바구미과) 월동 성충의 몸 전체 시료 분석과(Lee et al., 2002), 가중나무고치나방(Samia cynthia, syn. Philosamia cynthia)(산누에나방과) 휴면용의 혈림프 시료 분석(Hayakawa and Chino, 1981)에서 보고되었다. 조명나방에서는 10월부터 1월 사이 혈림프 트레할로스 함량이 10 mg/ml 전후로 크게 변 동되지 않는 것을 보였으나, 글리세롤이 1월까지 급격하게 증 가하는 현상(약 0에서 30 mg/ml까지)을 보여, 트레할로스가 내 한성에 큰 역할을 하지 않을 것으로 추정한 보고가 있다(Goto et al., 2001). 그러나 동속종인 O. nubilalis에서는 몸 전체 시료 분석을 통해 트레할로스가 글리세롤과 같이 월동 중 유충에서 비휴면 유충에 비해 10배 이상 증가하여 주요 내동결성 물질의 하나로 보고하고 있다(Kojić et al., 2018). Ostrinia속에서 아직 휴면에 들어가기 전의 휴면유도 단계에서의 환경자극에 따른 생리변화에 관한 보고가 없어, 이후 관련된 부분의 연구가 필요 하다.

    이상의 연구에서, 수원 지방에서 조명나방은 3회의 성충 발 생을 보이는데, 2세대부터 휴면조건을 받는 유충들이 생겨나 기 시작하여 연중 2세대 혹은 3세대를 걸치는 개체들이 섞여 있 는 것을 밝혔다. 그리고 7월 중순부터 휴면에 유도되는 개체들 이 발생하기 시작하여 8월 하순부터는 대부분의 유충이 휴면유 도 조건에 반응할 수 있을 것으로 추정하였다. 한편 5령 탈피 직 후부터 일정기간 이상 지속적으로 휴면유도 조건을 받는 경우 휴면개체가 발생할 수 있다는 것을 보였다. 이 결과들은 앞으로 조명나방 월동 개체군의 크기를 추정하는데 이용될 수 있을 것 으로 생각된다.

    사 사

    실험곤충 사육과 발육과정을 기록한 국립식량과학원 배순 일씨와 홍순녀씨에게 감사드린다. 본 연구는 농촌진흥청 어젠 다 연구과제(PJ01527801)를 수행하는 과정에서 얻은 결과를 바탕으로 작성되었다.

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    Adult occurrence patterns in Ostrinia furnacalis investigated with sex pheromone traps in 4 years. The trap check intervals were every two days for 2004 and 2015, and every day for 2009 and 2017. The trapping periods and the approximated adult generations are expressed as the ranges in parentheses and the ordinal numbers, respectively in the graphs.

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    Adult occurrence patterns in Ostrinia furnacalis investigated with a sex pheromone trap (A) and a light trap (B) in 2006. The approximate generations are divided with vertical broken lines on the graphs. The cumulative proportions within every adult generation are expressed, and their 50% occurrence dates were estimated.

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    Glycerol, glucose, and trehalose content in the hemolymph of age-specifically diapause-induced Ostrinia furnacalis larvae. Experimental procedures are the same as those of Table 6. Neonate larvae were reared in a long daylength (15L:9D) and 25°C before treatment with the diapause induction condition (11L:13D and 20°C). The 4th and the 5th instar larvae of different ages were treated with the diapause induction condition. Hemolymph was collected on the final day of the diapause induction treatment period before transfer to the non-diapause condition. Labels on the abscissa indicate the final day-old larvae of the 4th instar as 4LFD, 4-h-old larvae of the 5th instar as 5L4H, 1-day-old larva of the 5th instar as 5L1D, 2-day-old as 5L2D, 3-day-old as 5L3D, and 4-day-old as 5L4D. ‘Control’ indicates 7-day-old larvae of the fifth instar reared from egg stage at 25°C and 15L:9D. [ANOVA: glycerol, F4,10 = 2.51 (P = 0.1086); glucose, F4,10 = 34.04 (P < 0.0001); trehalose, F4,10 = 5.12 (P = 0.0166); means are compared with the Tukey’s test at α = 0.05.].

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    Supercooling points (SCPs) of Ostrinia furnacalis larvae of different ages treated with a short daylength. Experimental procedures are the same as those of Table 6. Neonate larvae were reared in a long daylength (15L:9D) and 25°C before treatment with the diapause induction condition (11L:13D and 20°C). The 4th and the 5th instar larvae of different ages were treated with the diapause induction condition. SCPs were measured on the final day of the diapause induction treatment period. Labels on the abscissa are the same as in Fig. 3. [ANOVA: F4,51 = 23.67 (P < 0.0001); means are compared with the Tukey’s test at α = 0.05.]

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    Fluctuation in mean daily temperature and daylength in Suwon, 2007 (left) and 2009 (right) (Solid line, long dashed line, and short dashed line represent temperature, daylength, and daylength including civil twilight).

    Survival rates of non-overwintering (NOW) and overwintering (OW) insects and relative overwintering rates (ROWR) in outdoor rearing of Ostrinia furnacalis neonate larvae in Suwon, 2007 and 2009

    1ROWR indicates the percentage of pupated overwintering larvae to the total pupated larvae.

    Development periods(mean ± standard deviation) of immature stages, and pupation and emergence dates in outdoor rearing of Ostrinia furnacalis neonate larvae in Suwon, 2007 and 2009

    1NOW and OW indicate non-overwintering and overwintering insects, respectively.
    2Mean pupation and adult emergence dates are indicated in parentheses.
    3Developmental periods of larvae and pre-adults (L + P) in the overwintering cohorts are expressed as Julian days.
    4Dead adults were found belatedly in next January.

    Relative overwintering rates of mature larvae in different instars of Ostrinia furnacalis larvae collected in maize fields from 2009 to 2011

    Collected larvae were applied to the outdoor rearing. Relative overwintering rate is expressed as the percentage of overwintering larvae to the total pupated larvae in each larval instar.
    1CN: collected number; 2total pupated number/CN in each instar.

    Developmental periods (mean ± standard deviation) of Ostrinia furnacalis larvae and pupae under different environmental conditions

    1Larvae reared in the laboratory (25°C and 15L:9D photoperiod) were transferred to the corresponding condition on the last day of the 4th instar larval stage.
    2Numerical ranges in round parentheses indicate minimum and maximum periods.
    3Numbers in square parentheses indicate the number of replicates.

    Developmental characteristics (mean ± standard deviation) in Ostrinia furnacalis larvae of different instars treated with a short daylength (11L:13D) (SD) and 20°C, and then transferred to a long daylength (15L:9D) (LD) and 25°C

    1Larvae were transferred within 9 h after molting from the laboratory colony (15L:9D and 25°C) to the diapause induction condition (SD and 20°C), and then transferred again to the non-diapause condition (LD and 25°C) after the treatment periods.
    2Numerical ranges in round parentheses indicate minimum and maximum periods.
    3Numbers in square parentheses indicate the number of replicates.
    4ANOVA: prepupal period after transfer, <i>F</i><sub>4,123</sub> = 2.38 (<i>P</i> = 0.0551); diapause induction rate, <i>F</i><sub>4,10</sub> = 2.30 (<i>P</i> = 0.1297).

    Developmental characteristics (mean ± standard deviation) in Ostrinia furnacalis larvae of different ages treated with a short daylength (11L:13D) (SD) and 20°C, and then transferred to a long daylength (15L:9D) (LD) and 25°C

    1Larvae were maintained in an LD condition (15L:9D) and 25°C before treatment with the diapause induction condition (SD and 20°C).
    2Numerical ranges in round parentheses indicate minimum and maximum periods.
    3Numbers in square parentheses indicate the number of replicates.
    4ANOVA: pupation rate before transfer, <i>F</i><sub>5,12</sub> = 49.01 (<i>P</i> < 0.0001); prepupal period before transfer, <i>F</i><sub>3,91</sub> = 1.71 (<i>P</i> = 0.1708); prepupal period after transfer, <i>F</i><sub>5,269</sub> = 6.57 (<i>P</i> < 0.0001); diapause induction rate, <i>F</i><sub>5,12</sub> = 47.46 (<i>P</i> < 0.0001); means were compared with the Tukey’s test at α = 0.05.

    Developmental periods (mean ± standard deviation) in Ostrinia furnacalis larvae of the last larval instar treated with a long daylength (LD) at different larval instars which were reared in a short daylength (SD)

    1Newly-hatched larvae were reared at the SD condition (11L:13D and 20°C), and then transferred to the LD condition (15L:9D and 2°C) within 24 h after molting into the corresponding larval instars.
    2Numerical ranges in round parentheses indicate minimum and maximum periods.
    3Numbers in square parentheses indicate the number of replicates.
    4Percentage of larvae with last larval instar period more than 24 days.
    5 ANOVA: prepupal period, <i>F</i><sub>2,260</sub> = 53.57 (<i>P</i> < 0.0001); diapause induction rate, <i>F</i><sub>2,6</sub> = 1.04 (<i>P</i> = 0.4109); means are compared with the Tukey’s test at α = 0.05.

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