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ISSN : 1225-0171(Print)
ISSN : 2287-545X(Online)
Korean Journal of Applied Entomology Vol.60 No.3 pp.277-286
DOI : https://doi.org/10.5656/KSAE.2021.07.0.030

Developmantal Characteristics and Host Preference of Parasitic Natural Enemy, Binodoxys communis (Gahan) (Hymenoptera: Braconidae)

Bueyong Park1,2, Sang-Guei Lee1*, Gil-Hah Kim3*
1Crop Protection Division, Department of Agro-Food Safety and Crop protection, National Institute of Agricultural Sciences, Wanju 55365, Korea
2Planning and Coordination Division, National Institute of Agricultural Sciences, Wanju 55365, Korea
3Department of Plant Medicine, College of Agriculture, Life and Environment Sciences, Chungbuk National University, Cheongju 28644, Korea
*Corresponding author:sglee@korea.kr, khkim@chungbuk.ac.kr
June 9, 2021 July 3, 2021 July 22, 2021

Abstract


The natural enemy was identified as a parasitic wasp, Binodoxys communis Gahan. B. communis taxonomically belongs to the family braconidae, subfamily aphidinae, and genera binodoxys. It develops normally at 17.5 to 32.5°C, and not at 35°C. Depending on the temperature, the longest development period of B. communis was 21.9 days at 17.5°C, and shortest was 6.46 days at 32.5°C. The effective accumulated temperature was 175.44 DD for females as well as males; however, the developmental threshold temperature was 10.87°C and 10.74°C for females and males, respectively. This parasitic wasp was found to prefer cotton aphids and soybean aphids as its prey.



기생성 천적 쌍꼬리진디벌(Binodoxys communis Gahan)의 발육 특성 및 기주선호성

박 부용1,2, 이 상계1*, 김 길하3*
1국립농업과학원 농산물안전성부 작물보호과
2국립농업과학원 기획조정과
3충북대학교 농업생명환경대학 식물의학과

초록


본 연구에서는 기생성 천적 쌍꼬리진디벌(Binodoxys communis)에 대한 분류·동정과 성비, 수명 등 생물학적 특성과 기주 선호성을 조사하 였다. 본 시험에서 조사한 온도 조건(17.5°C ~ 35.0°C) 중 35.0°C를 제외한 모든 온도 조건에서 발육이 정상적으로 완료되었다. 온도 조건별로 는 17.5°C에서 발육 기간이 21.7일로 가장 길었고, 32.5°C에서 6.4일로 나타나 온도가 높아질수록 발육 기간이 짧아지는 경향을 보였다. 암수 성 비는 25.0°C ~ 30.0°C의 온도범위 내에서 암컷의 비율이 높은 경향을 보였다. 암컷의 발육영점온도는 10.87°C, 유효적산온도는 175.44 DD였 고, 수컷은 발육영점온도는 10.74°C, 유효적산온도는 175.44 DD로 암수간 유의한 차이는 없었다. 복숭아혹진딧물 등 4종의 농작물 주요 진딧 물을 대상으로 한 기주 선호성은 상대적으로 목화진딧물에 대하여 가장 높은 것으로 나타났으며, 콩진딧물에 대해서도 높은 편이었지만, 복숭아 혹진딧물과 싸리수염진딧물에 대하여는 선호도가 낮거나 없는 것으로 나타났다.



    진딧물은 농작물에 발생하는 대표적인 해충으로 국내외에 4,000여 종 이상이 보고되어 있으며(Blackman and Eastop, 2000), 국내에는 368종이 보고되어 있다(Paek et al., 2010). 진딧물은 번식력이 강하고 그 생활사가 짧아 방제하기 어려워 농작물에 큰 문제가 되고 있다(Lee and Kim, 1989). 이중 목화진딧물은 식물체를 흡즙하고 감로를 배설하여 직접적인 작물 성장저해 뿐만 아니라 CMV, CABYV 등 바이러스를 매개하는 2차 피해 도 주는 해충이며(Kim, 2008;Blackman and Eastop, 2000), 특 히 오이 등 시설채소 재배지에서 문제가 많이 되고 있다(Choi et al., 1990).

    해충방제를 목적으로 농약이 널리 사용되고 있지만 저항성 의 발현이나 작물잔류와 같은 우려 때문에 대체 방제법에 대한 관심과 연구가 지속적으로 이루어지고 있다(Park et al., 2018). 대체 방법에는 천적, 미생물, 식물추출물 등 친환경적인 방법들 이 제시되고 있는데 이러한 친환경 방제방법들 중 천적을 이용 한 방제기술은 농약 사용량 절감과 저항성 발현으로 인한 방제 효율 저하 방지 측면에서 중요한 방제법이라 할 수 있으며, 해 충 방제 과정에 있어 광합성, 호흡, 생합성, 색소변형 등과 같은 생장과정동안 받게 되는 작물의 스트레스를 최소화하여 고품 질 농산물 생산은 물론이고 지속가능한 농업의 실천이 가능하 다는 점에서 기존의 방제 방법과 차별화된다고 볼 수 있다(De- Lorenzo et al., 2001;Shakir et al., 2016). 또한 2019년부터 시 행된 농약허용기준강화제도(PLS)에 대응할 수 있는 중요한 방 제기술이라 할 수 있다(Lee et al., 2018).

    천적은 포식성 천적과 기생성 천적으로 구분할 수 있는데 진 딧물의 대표적인 포식성 천적으로는 무당벌레(Coccinellidae), 혹파리(Cecidomyiidae), 꽃등에(Syrphidae), 풀잠자리(Chrysopidae) 등이 있으며, 기생성 천적으로는 진디벌(Aphidinae)과 면충좀벌(Aphelinidae), 좀벌(Eulophidae) 등이 있다(Olkowski et al., 1992;Albuquerque et al., 1994;Brooks et al., 1994;Kim and Choi, 2000;Agarwala et al., 2003;Luo et al., 2014).

    진딧물의 기생성 천적중 하나인 쌍꼬리진디벌(Binodoxys communisGahan, 1926)은 고치벌과(Braconidae)에 속하는 기 생성 천적으로 미국에서 콩진딧물(Aphis glycines) 방제를 위한 연구가 선행된 바 있다(Gahan, 1926). Binodoxys 속(Genus)은 Binodoxys (Trioxys)의 형태로 혼용되기도 하는데, Trioxys 속 (Genus)은 Trioxys, Binodoxys, Betuloxys, PectoxysFissicaudus 와 같이 5개의 아속(subgenus)으로 나누어지기 때문이다. 이 아 속들 중 TrioxysBinodoxys가 가장 많은 비중을 차지하고 있 다(Zuparko, 1983). 이 속(Genus)은 일반적으로 초본식물에 서 식하는 진딧물에 기생하는 특성이 있으며, 세계적으로 70종 이 상이 보고되어 있다(Lazarevic et al., 2017).

    국내에서 Binodoxys 속은 Binodoxys communis 외에 국내 고유종인 Binodoxys odinae Paik과 Binodoxys indicus Subba Rao, Binodoxys orientalis Stary and Schlinger 등 12종이 있는 것으로 알려져 있다(Kwon, 2009).

    본 연구에서는 국내 토착천적으로 탐색 및 선발된 기생성 천 적 쌍꼬리진디벌의 생물적 특성과 기주 선호성을 확인하였다.

    재료 및 방법

    시험곤충 탐색 및 분류

    시험곤충은 2017년 전북 정읍 및 익산 소재 노지고추 재배지 에서 기생성 천적에 기생된 진딧물 머미(mummy)와 기생벌을 채집하여 형태 및 염기서열 분석을 통해 종을 동정하였다. 유전 자 진단은 기생벌 각 개체별로 genomic DNA를 추출하였고 (kit: DNeasy Blood & Tissue Kit (50), QIAGEN, Germany), primer (LCO-1490, HCO-2190, forward and reverse)를 사용 하여 PCR을 실시하였다(Table 1). DNA 염기서열은 Genbank database (NCBI: National Center for Biotechnology Information) 에서 Blast 방식으로 염기서열의 유사성을 확인하였다(Schäffer et al., 2001).

    시험곤충 사육

    시험에 사용한 쌍꼬리진디벌은 국립농업과학원 작물보호과 천적사육실에서 아크릴케이지(45.0 × 45.0 × 40.0 cm)에 넣어 목화진딧물(Aphis gossypii)을 먹이로 공급하며 누대 사육하였 다(24 ± 1°C, RH 60 ± 5%, 14L:10D). 목화진딧물은 오이(Cucumis sativus L.) 유묘를 1주일 간격으로 교체해 주면서 개체를 유지하였고, 꿀물 등 인공먹이는 일절 공급하지 않았다.

    성비와 수명

    쌍꼬리진디벌의 수명과 암수 비율을 8개의 온도(17.5, 20.0, 22.5, 25.0, 27.5, 30.0, 32.5, 35.0 ± 1°C), 광주기 16L : 8D 및 상대 습도 60 ± 10%의 조건으로 설정한 항온기(Multi-room Incubator, VisionBionex, VS-1203PF)에서 조사하였다. 기생벌의 특성상 진딧물 체내에 알을 산란하기 때문에 진딧물이 머미화 된 후 그 안에서 유충 단계가 진행되어 태(stage) 구분이 명확하지 않아 Röhne (2002)의 선행연구를 참고하여 진딧물 체내에 산란하여 진딧물이 머미화 되었을 때부터 우화 직전까지를 알-유충기로 구분하였다. 진딧물이 머미화가 된 직후 머미들을 잎에서 떼어 내 지름 35 mm, 높이 10 mm의 페트리디시(SPL 10035)에 각각 1개씩 넣은 후 우화여부를 관찰하였다. 암수 성비는 수명 시험과 동일한 온도 조건과 방법으로 조사하였으며, 처리구당 머미 30 개씩 무작위로 샘플링하여 우화 후 실체현미경(Olympus, JP/ SZU-141)을 이용하여 암수 여부를 판단하였다. 조사 기간은 온 도별 발육 조건에 맞도록 온도별로 기간을 충분히 두어 조사하였 다. 또한 갓 우화한 성충은 목화진딧물이 접종된 오이 잎을 미리 넣어 둔 페트리디시(SPL 310202)에 암수 1쌍씩 30쌍을 접종하 여 8가지 온도에서 24시간 간격으로 생존 여부를 조사하였다.

    기주선호성

    쌍꼬리진디벌의 진딧물에 대한 기주 선호성과 기생율을 조 사하기 위해 농작물에 발생하는 대표적인 진딧물인 복숭아혹 진딧물(Myzuse persicae), 목화진딧물(A. gossypii), 싸리수염 진딧물(Aulacorthum solani) 및 콩진딧물(A. glycines)을 대상 으로 선호성 조사를 수행하였다. 복숭아혹진딧물은 고추를 기 주로, 목화진딧물은 오이를 기주로, 싸리수염진딧물과 콩진딧 물은 콩을 기주식물로 누대사육하고있는 개체군을 이용하였 다. 각각의 진딧물은 기주식물과 함께 아크릴케이지(45.0 × 45.0 × 40.0 cm)에 넣고 진딧물 100마리에 대하여 쌍꼬리진디 벌을 1 : 5의 비율로 방사하여 10일간 기생 여부를 조사하였고, 선호성이 있다고 판단되는 경우에 1 : 10, 1 : 15로 비율을 달리 하면서 기생율을 조사하였다.

    결과 및 고찰

    분류 및 선발

    탐색된 천적의 분자생물학적 분류동정을 위해 Universal primer로 partial COI 영역을 PCR하여 증폭한 후 염기서열을 읽고(Tables 1, 2), NCBI(National Center for Biotechnology Information)의 Genbank database에서 BLAST 검색 결과 쌍꼬 리진디벌(B. communis), 세마디진디금좀벌(Pachyneuron aphidis), 가루진디벌(Diaeretiella rapae), Aphidius rhopalosiphiAlloxysta sp.로 동정되었다(Supp. I, II). 이중 가루진디벌은 선 행 연구가 되어 있고, 세마디진디금좀벌과 Alloxysta sp. 들은 중기생벌(hyperparasite)로 천적으로서 가치가 없고, Aphidius rhopalosiphi는 실내 유지·증식에 어려움이 있는 한계점이 있 다. 그러나 쌍꼬리진디벌은 진딧물만으로도 개체군 유지가 가 능하고, 진딧물에 대한 기생능력이 양호한 것으로 판단되어 향 후 실용화 가능성이 있다고 보아 시험대상 천적으로 선정하였 다. 이에 종 동정의 정확도 제고를 위해 유전분석 결과를 바탕 으로 형태적으로도 분류·동정을 한 결과 쌍꼬리진디벌로 재확 인하고 이들을 표본화 하였다(Figs. 1, 2). 쌍꼬리진디벌은 한국 곤충명집에 기록된 국내 기록종이며(Paek et al., 2010), 국립농 업과학원 곤충표본실에도 표본으로 확인이 가능하였다. 선행 문헌 조사에서도 “On some unrecorded Aphid wasps in Korea (Aphidiinae: Braconidae: Hymenoptera) (Paik, 1976)”에서 국내 존재가 최초 보고된 것을 확인하였다. 국제병해충연구소(CABI) 에 따르면 중국과 대만 및 동남아 등지에 쌍꼬리진디벌이 존재 하고 있는 종으로(Fig. 3), 주요 기주로는 목화진딧물, 조팝나무 진딧물 및 콩진딧물 등이 보고되어 있다. 중국에서는 흑룡강성 등에서 쌍꼬리진디벌 분포 보고가 있고(Wyckhuys et al., 2008), 미국 등 북미에서도 분포하는 것으로 알려져 있다(Heimpel and Casas, 2008).

    본 연구를 통해 분석된 쌍꼬리진디벌의 유전정보는 NCBI에 등록되었고 Genbank accession number는 MK070445, MK070446 및 MK070447이다.

    성비와 수명

    쌍꼬리진디벌의 성비는 온도가 낮거나(17.5-22.5°C) 높은 (32.5°C) 조건에서는 수컷의 비율이 높았고 25-30°C에서는 암 컷의 비율이 높았다(Table 3). 이 결과는 온도가 낮아질수록 암 컷의 비중이 높아지는 배추나비고치벌의 경우와 다른 경향을 보였고(Kwon et al., 2019), 온도가 증가할수록 암컷의 비율이 높은 경향을 보이는 목화면충좀벌이나 진디면충좀벌의 경우와 도 다소 다른 경향을 나타내었다(Röhne, 2002;Kang et al., 2012). 다만 같은 고치벌과(Braconidae)인 진디벌(Aphidius ervy)과 목 화검정진디벌(Ephedrus plagiator) 및 망토진디벌(Praon volucre) 의 경우 온도에 따른 암수 성비 변화의 특성이 없다는 선행 연구와 비교해 볼 때 쌍꼬리진디벌의 성비는 생육 적온에서 암 컷의 비율이 높아지는 것으로 판단되지만, 기생성 천적류의 온 도별 성비는 종마다 다양하며 일정한 경향을 나타내지는 않는 것으로 판단된다. 쌍꼬리진디벌이 생육 최적 온도 범위에 암컷 비중이 높게 나타난 경향은, 자손세대의 성비가 기생성 천적의 성공과 실패에 중요한 요인이 되는 만큼 기생성 천적에서도 천 적으로서 범용성을 기대할 수 있는 장점이 될 수 있다고 여겨진 다(Waage and Hassell, 1982;Sigsgaard, 2000;Ji et al., 2014).

    쌍꼬리진디벌은 35.0°C를 제외한 모든 온도에서 정상적인 발육이 가능하였다. 온도별로는 가장 낮은 온도인 17.5°C의 조 건에서 발육 기간이 21.7일로 가장 길었으며, 32.5°C의 고온 조 건에서는 6.4일로 가장 짧게 나타났다. 이점은 25°C의 온도 조 건에서 총 발육기간이 약 11 ~ 14일이라고 한 Wychuys et al.(2008)의 선행 연구와 비교해 볼 때, 본 연구는 총 발육기간 이 약 13일 전후로 나타나 국내 개체군도 매우 유사한 특성이 있는 것으로 여겨진다. 유사 종인 진디벌의 경우 고온인 30°C 의 온도 조건에서는 발육완료 기간이 6.3일이라고 하여 쌍꼬리 진디벌의 6.9일과 유사하였으나 온도가 낮아질수록 다소 차이 를 보였는데, 20°C에서는 진디벌이 11.2일, 쌍꼬리진디벌이 15.7일로써 쌍꼬리진디벌보다 발육완료 기간이 짧아지는 경향 을 보였다(Malina and Praslicka, 2008). 콜레마니진디벌은 30.6°C 에서 5.3일, 20.6°C에서 8.3일로 조사되어 쌍꼬리진디벌보다 다소 짧은 경향을 보여주었으나(Frewin et al., 2010), Steenis (1993)는 25°C에서 10.0일, 20°C에서 12.7일이라 보고하여 쌍 꼬리진디벌과 큰 차이가 없었다. 같은 Binodoxy 속인 Binodoxys indicus에 대한 연구에서도 22°C에서 발육완료 기간이 12.4일, 32°C에서 9.6일로 조사되어 쌍꼬리진디벌과 큰 차이가 없었다 (Singh et al., 2000).

    전반적으로 온도 조건이 높을 경우 총 발육 기간은 짧아지는 것으로 나타났는데(Table 4), 이러한 특성은 곤충의 일반적인 특성 중 하나로, 저온에서 발육 기간이 길어지는 것은 곤충의 신진대사 효율이 낮아짐을 의미하며 이는 우화율에도 부정적 인 영향을 미친 것으로 볼 수 있다(Carroll and Quiring, 1993). 이 특성은 쌍꼬리진디벌과 같은 진딧물의 기생성 천적 뿐만 아 니라 깍지벌레 등 다른 해충 종의 기생성 천적들도 유사한 경향 을 보여주고 있다(Rosenheim and Rosen, 1992;Kapranas and Luck, 2008).

    직선회귀식을 이용하여 추정된 쌍꼬리진디벌의 발육영점온 도는 암수간에 큰 차이를 보이지 않았다. 암컷의 경우 발육영점 온도는 10.87°C, 유효적산온도는 175.44 DD로 나타났으며 수 컷은 10.74°C의 발육영점온도와 175.44 DD의 유효적산온도 를 보였다(Table 5). 이는 다른 기생성 천적인 진디벌의 232 DD 와 Aphidius rhopalosiphi의 194 DD 및 망토진디벌의 276 DD 보다 낮은 경향을 보였다(Sigsgaard, 2000). 한편 유효적산온도 는 진딧물 종류 등 기생성 천적의 기주에 따라 달라지는 경향을 보인다는 연구결과도 있어 기주에 따른 차이도 감안해야 할 필 요성이 있다고 여겨진다(Zamani et al., 2007).

    발육영점온도와 유효적산온도를 이용하여 기상청(KMA: www.kma.go.kr) 30년(1981 ~ 2010년)의 평년온도에 대입하여 발생 세대를 추정한 결과 최초 채집지역인 전북 정읍지역에서 쌍 꼬리진디벌은 노지에서 연 8 ~ 9회 정도 발생할 것으로 예측된다.

    쌍꼬리진디벌 머미의 평균 우화율은 실내조건에서 약 80% 수준이었으며 평균치를 기준으로 1월, 12월의 겨울철과 6월, 7 월 및 8월의 여름철에 우화율이 상대적으로 낮았으며, 9월, 10 월 및 11월인 가을철에 가장 우화율이 높은 경향을 보였다 (Table 6).

    기주선호성

    쌍꼬리진디벌은 복숭아혹진딧물에 일부 기생이 되긴 하였 으나 머미의 크기가 작은 편이었으며 전반적으로 기생력은 높 지 않았으며, 싸리수염진딧물에 대하여도 기생이 이루어지지 않아 기주선호성이 없는 것으로 판단되었다. 다만 콩진딧물에 대한 쌍꼬리진디벌의 기주선호성은 비교적 높은 것으로 나타 났다(Table 7, Fig. 4).

    목화진딧물에 대하여 쌍꼬리진디벌의 선호성은 높은 것으 로 나타났으며, 기생력도 양호한 것으로 조사되었다(Table 7). 목화진딧물에 대한 기생 효과가 확인됨에 따라 방사 비율을 1 : 10, 1 : 15로 조정하여 먹이-밀도 반응시험을 실시하였다. 1 : 10 비율에서는 8일차부터 진딧물보다 기생당한 머미 수가 더 늘어 났으며 1 : 15 비율에서는 9일차부터 진딧물보다 기생당한 머 미 수가 더 늘어나는 경향을 보였다(Table 8, Fig. 5).

    본 연구에서 쌍꼬리진디벌의 기주선호성은 콩진딧물이 목 화진딧물에 비하여 높지 않았지만, 미국 등 북미 지역에서는 쌍 꼬리진디벌에 의한 콩진딧물의 방제효과가 인정되어 쌍꼬리진 디벌이 콩진딧물의 생물적 방제 인자로 사용된 사례가 있으며 (Wyckhuys et al., 2009), 국내에서도 그 가능성은 배제할 수 없 다고 여겨진다. 쌍꼬리진디벌은 콩진딧물의 모든 영기를 선호 하지만 특히 2령과 3령을 더 선호한다고 알려져 있다(Heimpel and Casas, 2008;Ragsdale et al., 2011). 이는 지역간 쌍꼬리진 디벌의 먹이가 되는 진딧물의 종 다양성과 생태는 물론 북미 지 역의 쌍꼬리진디벌 계통과 국내의 쌍꼬리진디벌 계통간 차이 가 존재할 가능성도 있을 것이라 추정되며, 또한 대규모 노지재 배, 항공방제 등 재배 방식과 약제방제 방식의 차이에 따른 농 경지 생태계 생물상의 차이에서 기인하는 것으로 판단된다. 이 점은 향후 쌍꼬리진디벌을 활용한 목화진딧물 방제에 있어, 콩 과 콩진딧물을 이용한 새로운 뱅커플랜트로서의 역할도 기대 해 볼 수 있을 것이라 여겨진다.

    사 사

    이 연구는 농촌진흥청 공동연구사업(PJ01094501)의 지원 으로 수행되었으며 지원에 감사드립니다.

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    Phylogenetic tree from cytochorom c oxidase subunit I (mtCOI) gene sequences dataset of mitocondrial DNA of Binodoxys communis haplotype using neighbor joining method.

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    Amplified fragments of Binodoxys communis mitogenome.

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    Geographic distribution map of Binodoxys communis (CABI, 2015).

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    Soybean aphid mummified by B. communis.

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    Parasitic statue by parasitoid wasp : aphid ratio (Upper: 1:5, Middle: 1:10, Lower: 1:15).

    Primer information

    COI PCR condition

    Sex ratio of B. communis at eight different temperatures

    Development period for stage and longevity of B. communis at eight different temperatures

    Low threshold temperature and thermal requirement estimated by liner regression of B. communis

    Monthly eclosion rate of B. communis mummy

    Cumulated number of peach aphid (Myzuse persicae), foxglove aphid (Aulacorthum solani) and soybean aphid (Aphis glycines) mummy parasited by B. communis

    Cumulated number of Cotton aphid, A. gossypii mummy parasited by B. communis in parsitoid waps : aphid = 1 : 5, 1 : 10, 1 : 15 density

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