진딧물, 가루이 및 총채벌레와 같은 미소 곤충류가 높은 생 식력과 빠른 증식 속도를 기반하여 문제 해충으로 등장하였다. 더욱이 온대지역에서 시설재배지의 확대로 이들의 월동집단의 증가는 이듬해 발생 초기 밀도를 증가시켜 특정 지역의 연중 환 경조건과 맞물려 돌발해충으로 주목받게 되었다. 이러한 해충 가운데 대표적으로 꽃노랑총채벌레(Frankliniella occidentalis) 가 포함된다.

꽃노랑총채벌레는 전 세계적으로 광범위하게 분포하며 채 소, 과일, 화훼 등 원예 농작물에 심각한 피해를 주는 해충이다 (Lacasa and Liorens, 1996;Reitz et al., 2020). 또한 다른 불완 전변태 곤충과 같이 미성숙 및 성숙 발육태 모두가 왕성한 섭식 활동으로 작물에게 직접적 피해를 주고 있다(Kirk and Terrt, 2003;Demirozer et al, 2012). 또한 간접적 피해로서 토마토위 조반점바이러스(TSWV: tomato spotted wilt virus)를 매개하 여 경제적 손실을 가중시키고 있다(Pappu et al., 2009;Webster et al., 2011;Zhao et al., 2014).

이 해충이 가해하는 다양한 기주 가운데 고추는 주요 양념 채 소류 가운데 하나이다. 국내 연간 고추 생산량은 2021년도 기준 으로 92,756톤인데 이 가운데 26.6%가 안동을 중심으로 하는 경 북 지역에서 생산되고 있다(KOSIS, 2021). 노지 고추는 물론이 고 시설재배지에서 재배되는 고추가 전체에서 큰 비중을 차지하 고 있다. 안동지역 시설재배지의 경우 고추를 가해하는 두 가지 주요 총채벌레는 꽃노랑총채벌레와 대만총채벌레로서 이들의 발생 밀도는 전체 총채벌레 가운데 99%에 이른다(Kim et al., 2022). 이 시설재배지의 경우 크게 2회의 성충 발생 피크를 갖는 다. 첫 발생피크는 6월에 정점을 이루고 있으며, 두 번째 발생 피 크는 9월에 있다. 이들 사이 7-8월의 여름기간 동안 시설재배지 의 40℃ 이상의 고온이 이들 총채벌레 발육을 억제하는 것으로 온도 발육 결과는 보여주고 있다. 이들 총채벌레들은 TSWV에 감염되어 있으며 연중 최저 4%에서 최고 31%의 보독율 변이를 나타냈다(Kim et al., 2022). 따라서 국내 시설재배지 고추에 총 채벌레는 직간접적 피해를 주는 위험 요인으로 평가된다.

이 해충을 방제하기 위해 다양한 화학 살충제가 등록되어 사 용되고 있다. 실내 조건에서 직접 또는 먹이를 통한 간접 접촉을 통해 이들 상용 약제들은 높은 방제 효과를 보이고 있다(Cho et al., 2018). 그러나 야외 작물 생육 조건에서 이들 화학 약제의 처 리는 기대 이하의 방제 효과를 줄 수 있다. 이러한 이유는 이 해충 의 좁은 틈 속에 끼어들어 살아가는 행동으로 살포된 화학 농약 과의 직접적 접촉이 낮아져 나타날 수 있다. 또한 이 해충의 살충 제 저항성 발달과 관련이 있다(Zhang et al., 2019). 이러한 약제 저항성 발달은 총채벌레가 갖는 생물학적 특성으로부터 쉽게 유 추될 수 있다. 즉, 생식 다양성으로 양성생식은 물론이고 교미하 는 데 시간과 에너지를 소비하지 않으면서 자손을 번식시킬 수 있는 단성생식, 그리고 불과 10일 내외의 빠른 생활사는 저항성 개체의 선발과 이들의 밀도 증가가 단시간에 가능하게 하였다. 이러한 살충제 저항성은 비교적 방제에 널리 이용되었던 스피노 사드(spinosad)에 대해 잘 알려져 있다(Bielza et al., 2007). 이 약 제에 대한 저항성 기작으로 작용점 변화가 주목받고 있다. 이는 스피노사드 약제의 작용점인 nicotinate acetylcholine receptor (nAChR)에서 일부 단위체 (α6)에서 점돌연변이에 의해 아미노 산이 치환되어(Gly → Glu) 유발된 것으로 알려졌다(Puinean et al., 2013). 더불어 비교적 작용점이 상이한 약제 사이에 교차저 항성을 나타내 단일산화효소와 같은 약제 대사를 촉진하는 반응 에 기반한 해독효소 활성 증가도 이러한 약제 저항성에 관여하는 것으로 보인다(Espinosa et al., 2005).

총채벌레 방제에 대한 이러한 화학적 방제의 어려움을 극복 하기 위한 대체 기술로 천적을 통한 생물적 방제 기술이 활용되 고 있다. 이 가운데 미끌애꽃노린재(Orius laevigatus)는 총채 벌레에 특히 효과가 탁월하다(Ballal and Yamada, 2016). 더욱 이 일부 화학 살충제(methoxyfenozide와 flonicamid)가 미끌애 꽃노린재 또는 이리응애(Amblyseius swirskii)에 대해서 독성 이 낮아 이들 혼합 방제가 동시에 가능하다는 연구 결과가 있다 (Colomer et al., 2011). 이러한 천적류에 추가적으로 총채벌레 의 특이적 발육태를 공격할 수 있는 뿌리이리응애(Stratiolaelaps scimitus)를 적용하여 무처리구 대비 약 74.9%의 방제효과를 이끌었다(Jung et al., 2019). 더욱이 나비목 해충에 특이적으로 단백질 합성을 억제하여 살충효과를 주는 pydaryl과 같은 선택 적 약제는 천적류 또는 꿀벌에 대한 독성이 없고 인축 피해도 없다는 연구 결과도 있어 화학약제와 천적의 병행 처리는 불가 능하여 보이지 않는다(Isayama et al., 2005).

그러나 급격한 꽃노랑총채벌레의 밀도 증가는 때에 따라 생 물적 방제만으로는 억제를 할 수 없어 불가피하게 화학적 방제 를 추가할 필요가 있으며, 자연히 천적에게도 영향을 주게 된다 (Angeli et al., 2005). 본 연구는 이러한 한계를 극복하기 위해 화학 약제와 생물적 방제제의 이상적 종합방제를 구현하기 위 해 수행되었다. 이를 위해 고추 재배지에 발생한 꽃노랑총채벌 레에 유효한 화학 상용 약제를 선발하였다. 선발된 약제들을 바 탕으로 미끌애꽃노린재를 대상으로 감수성 차이를 구분하였 다. 이후 이들 약제를 대상으로 시설재배지에서 잔류성을 생물 검정 및 화학분석을 통해 분석하였다. 이를 통해 총채벌레 방제 에 유효하면서 천적에 안전한 약제를 선발하고, 이들 약제를 처 리한 후 천적을 안전하게 재투입하는 시기를 결정하여 시설재 배지 총채벌레 종합방제에 필요한 기반 자료를 구축하고자 하 였다.

재료 및 방법

공시충 사육

꽃노랑총채벌레는 국립농업과학원(전주)에서 분양받아 증식 시켰다. 사육 환경조건은 온도 25±2℃, 상대습도 65±5%, 14시 간 광주기 조건을 유지하였다. 원형 사육용기(지름 100 ㎜, 높이 40 ㎜)에 알부터 성충까지 사육하였으며, 5일 동안 발아시킨 강 낭콩(Phaseolus coccineus)을 유충과 성충의 먹이로 제공하였 다. 미끌애꽃노린재는 오상킨섹트(구리)에서 제공받아 상기 사 육환경 조건에서 배양시켰다. 이 성충을 사육용기(지름 160 ㎜, 높이 250 ㎜)에 돌나물(Sedum sarmentosum)을 산란 기주로 투 입하여 알을 받고 다시 3일 경과 후 새로운 사육용기에 옮겨 세대 를 유지하였다. 천적의 먹이는 생물이용연구소(안동)에서 분양 받은 기장테두리진딧물(Rhopalosiphum padi)을 제공하였다.

농약제조 및 살포

상용 살충제 17개(Table S1)를 권장농도로 조제하였다. 곤 충사육용기(Model 310050, SPL Life Science, Sungnam, Korea)에 여과지를 깔아준 뒤에 증류수를 처리하여 습도를 유 지하였다. 이 여과지 위에 파라필름(Parafilm M, Bemis, WI, USA)을 올려 꽃노랑총채벌레의 침지를 막았다. 우화 후 48시 간이 지난 꽃노랑총채벌레 암컷 10마리를 시험용기에 옮겼다. 소형 분무기(100 mL, 투명스프레이, 친우코렉트, 인천)를 이용 하여 총채벌레가 담긴 용기에 1 mL의 처리 약제를 분무하였다. 대조구는 동일한 부피의 물을 분무하였다. 분무 후 강낭콩 반쪽 을 먹이로 넣고, 일정 시간(24, 48, 72 시간) 경과후 치사 개체를 계수하였다. 시험용기에 담긴 10마리의 총채벌레가 시험구로 각 처리 농도는 3반복으로 분석하였다.

온실재배지 농약살포

선발된 2개의 농약 T7과 T12를 45주의 홍고추(한림 품종)와 45 주의 꽈리고추(녹광 품종)를 재배하고 있는 온실에서 분무기를 이 용하여 각 품종별 20 L씩 분무하였다. 대조구는 물을 분무하였다. 분무하기 전에 꽃노랑총채벌레는 주당 100마리 이상 유지하였다. 처리 후 3, 5, 7일 동안 꽃노랑총채벌레의 생충수를 조사하였다.

잔류농약 천적 위해성 평가

온실 조건에서 재배되는 고추에 선발된 5가지 살충제를 소 정의 농도로 제조하여 각 고추에 약 250 mL의 부피로 분무하였 다. 살포 후 24, 48, 72, 96시간 간격으로 약제 처리된 잎을 수거 하여 생물검정 및 화학분석(아래 참조)에 이용하였다. 곤충사 육용기에 여과지를 바닥에 깔고 1 mL의 증류수로 첨가하여 습 도를 유지하였다. 여기에 수거한 고추잎(지름 65㎜)을 넣고 10 마리의 성충 미끌애꽃노린재를 방사했다. 먹이로 약 100마리 이상의 기장테두리진딧물을 처리 고추잎 위에 올려 놓았다. 이 후 3일 동안 24시간 마다 살충율을 조사했다.

LC-MS/MS를 이용한 잔류농약 화학분석

상기에서 주기적으로 수거된 고추잎은 AnA-Q 키트 (QuEchERS Kit, 한국분석기술연구소, 대전)를 이용하여 전처 리하였다. 간략하게 이 전처리 과정을 기술하면, 고추잎 5g을 액체질소를 이용하여 분쇄 후에 acetonitrile (Sigma-Aldrich Korea, 서울) 10 mL을 추가한 뒤에 1분 동안 진탕 추출을 진행 했다. 키트에 포함된 추출염을 넣고 1분 동안 다시 진탕 추출을 실시하였다. 진탕된 시료를 3,000 rpm에서 5분 동안 원심분리 하였다. 상층액을 0.2 ㎛ 필터를 이용해 세균을 제거하였다. 분 리된 상층액을 정제염을 넣고 1분 동안 다시 진탕 처리 후 10,000 rpm에서 2분 동안 원심분리 후 상층액을 다시 상기 필 터로 걸러낸 후 키트에 동봉된 마이크로튜브에 옮겨주었다. 추 출된 시료는 LC-MS/MS 분석에 이용하였다.

질량분석기를 이용하여 분석할 때 시료 매질에 의한 영향을 최소화하기 위해 매질보정검량선(matrix-matched calibration) 을 이용하였다. 대조구는 acetonitrile을 이용하였다. 기기분석 을 위한 기기는 liquid chromatography (LC, Nanospace, Osaka Soda, Sweden), mass spectrometer detector (MS, QTRAP4500, Sciex, MA, USA)을 이용하였다. 세부적 기기 분석 조건은 Table S2와 S3에 수록하였다.

통계분석

처리 효과는 SAS의 PROC GLM (SAS Institute, 1989)을 이 용하여 분산분석을 실시하였다. 처리 평균간 비교는 LSD 방법 을 이용하여 제I형 오류 확률 0.05를 기준으로 판별하였다.

결 과

총채벌레 방제용 살충제 스크리닝

시판되는 17가지 농약(Table S1)을 대상으로 꽃노랑총채벌 레의 감수성을 비교하였다. 약제 처리는 각 제품의 권장농도로 제조하여 처리하였다. 이들 가운데 100%에 가까운 방제가를 보인 농약은 pyriproxyfen+spinetoram, spinosad, chlorpyrifos, acetamiprid, abamectin, chlofenapyr, dinotefuran, emamectin benzoate를 포함하여 총 8종류였다(Fig. 1A). 약효가 높은 이들 약제를 대상으로 양독반응을 분석하였다(Fig. 1B). 이 가운데 반수치사약량을 기반으로 가장 독성이 높은 제품은 pyriproxyfen+ spinetoram 합제와 spinosad였다(Table 1). 이 두 약제의 야외 실증 시험이 진행되었다. 시설재배지에서 고추를 가해하 는 꽃노랑총채벌레를 대상으로 권장농도로 살포한 결과, 두 가 지 약제 모두 90% 이상의 방제가를 보였다(Fig. 2).

미끌애꽃노린재에 대한 독성평가

꽃노랑총채벌레에 대해서 높은 살충력을 보인 5가지 약제로 미끌애꽃노린재에 대한 독성을 평가하였다(Fig. 3). 세 가지 약 제인 acetamiprid, spinosad 그리고 chlorpyrifos는 천적에 높은 살충력을 보인 반면, pyriproxyfen+spinetoram과 abamectin은 비교적 낮은 독성을 나타냈다.

농약 살포에 대한 잔류량 분석과 미끌애꽃노린재에 대한 독성 평가

다시 꽃노랑총채벌레에 대해서 높은 살충력을 보인 5가지 약제를 시설재배지 고추에 각각 살포한 후 처리 경과 후 서로 다른 시기에 잎을 수거하여 독성평가를 하였다(Fig. 4). 처리 후 1일 경과 잎에 미끌애꽃노린재를 노출시킨 결과 모든 약제는 높은 독성을 보였다. 특히 acetamiprid와 chlorpyrifos는 가장 높은 살충효과를 보였다. 처리 후 2일 경과하면 acetamiprid와 chlorpyrifos 제외한 모든 약제의 살충효과는 20% 이하로 감소 하였다. 반면 acetamiprid와 chlorpyrifos는 처리 후 3일 경과할 때까지 높은 살충효과를 유지하였다. 반면 꽃노랑총채벌레에 높은 살충효과를 보이는 pyriproxyfen+spinetoram과 abamectin 은 미끌애꽃노린재에 대한 독성은 상대적으로 낮았다.

상기 독성 분석에 이용된 고추잎을 대상으로 잔류하는 살충 제 농도를 처리 경과 후 시간별(1, 3, 10 및 14일)로 분석하였다 (Fig. 5). Spinosad의 경우 표준물질이 없어 분석에서 제외되었 다. Acetamiprid (‘T14’)는 처리 후 3일 경과까지 높은 잔류량 (약 300 ppb = 750 ng/2.5 g hot pepper)을 유지하였고, 이후 14 일 경과까지 약 120 ppb의 잔류량을 유지하였다. Chlorpyrifos (‘T4’)는 초기(1일 경과) 높은 잔류량을 보인 후 빠르게 분해되 었으나 일정량(약 100 ppb)이 14일까지 유지되었다. 반면 아바 멕틴(‘T16’)과 스피네토람 합제(‘T7’)는 비록 초기에 약 200 ppb의 잔류량을 보였지만 3일 경과 이후에는 빠르게 감소하여 10일 이후에는 거의 검출되지 않았다(Fig. 5B).

고 찰

최근 진딧물, 가루이 및 총채벌레를 포함하는 여러 미소곤충 류가 시설재배지를 중심으로 크게 문제가 되고 있다. 이들의 공 통점은 소형이지만, 짧은 생활사를 기반으로 특정 지역의 빠른 밀도 증가가 특징적이다(Lahiri et al., 2022). 이에 대비하여 해 충의 초기 밀도 증가를 억제하기 위해 작물 정식과 동시에 천적 을 투입하는 Natural Enemy First (NEF) 기술이 개발되어 응애 류에 대한 뚜렷한 방제효과 사례도 보고되었다(Ham et al., 2019). 그러나 NEF 기술이 농가 현장에서 다양한 작물에서 적용되지 않은 현실을 고려하면 증가하는 해충의 밀도를 속효성 화학 약 제의 처리로 일단 밀도를 낮춘 후 천적 투입을 고려하게 된다. 따라서 천적을 이용한 생물 방제에서 화학 약제의 투입은 불가 피한 것으로 보인다. 본 연구는 이러한 현실을 고려하여 약제 처리 이후에 어느 시기에 천적을 투입하여야 안정적으로 천적 개체군을 관리하는지에 연구분석의 초점을 맞추었다.

총채벌레 방제를 위한 17종의 다양한 상용 살충제가 처리되 었고, 이 가운데 8종이 추천 살포농도에서 100%에 가까운 실내 방제효과를 주었다. 이들은 유기인계 1종류(chlorpyrifos), 네 오니코티노이드 2종류(acetamiprid, dinotefuran), 아바멕틴 2 종류(abamectin, emamectin), 스피노사드 2종류(pyriproxyfen+ spinetoram, spinosad) 그리고 chlorfenapyr가 선발되었다. 이 가운데 가장 살충성이 높은(반수치사약량 기준 - Table 1 참조) 스피노사드 단제와 스피네토람과 피리프록시펜 합제가 시설재 배지 노출 실험을 통해 꽃노랑총채벌레에 대한 현장 방제 우수 성도 입증되었다. Chlorfenapyr를 제외하고 나머지 7종류의 약 제는 모두 중추신경계를 교란하는 작용기작을 가진다. 예를 들 어, 스피네토람(Spinetoram)은 스피노사드 유래 두 종류의 스 피노신(3’-ethyl-5,6-dihydrospinosyn J + 3’-ethoxy-spinosyn L) 혼합물로 스피노사드와 같이 nAChR에 대한 작용점을 갖는 신경독이다(Sparks and Nauen, 2014). Chlorfenapyr는 흰개미 를 대상으로 개발된 살충제이지만 살비효과도 보이는 약제로 서 체내에서 산화효소에 의해 N-ethoxymethyl이 제거되면서 활성화되어 미토콘드리아의 산화적 인산화 반응을 교란하는 호흡저해제이다(Pimprale et al., 1997). 포유동물의 독성이 낮 아 WHO에서는 저위험군 약제로 분류되고 있다(Tomlin, 2000). 꽃노랑총채벌레에 대해서 보다 폭넓은 범위에서 광범위하게 사용되는 상용 살충제를 대상으로 약제 스크리닝 실험이 이전 연구에서 분석된 바 있다(Cho et al., 2018). 이 연구에서는 단제 의 경우 본 연구에서 입증한 spinetoram 및 spinosad 그리고 유 기인계 계통의 chlorpyrifos가 우수한 방제효과를 보여 유사한 연구 결과를 나타냈다. 그러나 아바멕틴의 경우는 상이하여 불 과 21%의 낮은 방제효과를 이전 연구에서 나타냈다. 이러한 상 이한 방제효과는 이 약제에 대해서 잘 알려진 약제 저항성으로 해석될 수 있다. 아바멕틴에 대한 저항성이 꽃노랑총채벌레 야 외집단에서 보고된 바 있다(Siqueira et al., 2001). 아바멕틴은 척추동물에 존재하지 않는 glutamate-gated chloride channel을 억제하여 살충력을 보이는 선택성 약제로서 잘 알려져 있다. 따 라서 국내 집단 사이에 이 작용점의 유전적 차이를 분석할 필요 가 있다.

상용살충제에 대한 미끌애꽃노린재의 약제 감수성은 꽃노랑 총채벌레와 상이하였다. 꽃노랑총채벌레에 대해서 살충성이 높 은 5개의 약제를 미끌애꽃노린재에 처리한 결과 총채벌레에 비 교적 독성이 낮았던 acetamiprid가 천적 노린재에 대해서 가장 높은 살충성을 보여 주었다. 반면에 총채벌레에 가장 높은 살충 성을 주었던 스피네토람 합제는 미끌애꽃노린재에 대해서는 비 교적 낮은 살충성을 나타냈다. 이러한 상이한 약제 반응성은 해 충과 천적 사이에 선택적 살충제의 선발이 가능하다는 것을 내 포하였다. 유사한 살충제 스크리닝 연구가 Dáder et al. (2020)에 의해 미끌애꽃노린재에 대해서 진행되었고, 다이아마이드 계통 의 약제인 chlorantraniliprole이 비교적 이 천적에 낮은 독성을 준다고 보고한 반면 스피네토람과 아바멕틴은 높은 독성을 주 어 본 연구와 차이점을 나타냈다. 이러한 상이한 결과는 아마도 두 연구 사이의 생물검정 방법의 차이에서 기인될 수 있다. 본 연 구는 실내 노출실험이지만, 이전 연구는 야외 살포 처리 이후 천 적의 보존 상태를 구분하는 연구 방법을 이용하였다.

약제 처리 이후 독성 잔류 상태를 생물검정과 화학분석으로 추적한 결과 아바멕틴과 스피네토람 약제들이 빠른 야외 분해 와 더불어 낮은 잔류 독성을 미끌애꽃노린재에 주었다. 반면에 유기인계 및 네오니코티노이드 약제는 비교적 긴 잔류성과 더 불어 미끌애꽃노린재에 대해서 높은 독성을 비교적 오랫동안 지속하였다. 이상의 결과는 아바멕틴과 스피네토람 약제가 꽃 노랑총채벌레에게 높은 방제효과를 주면서 미끌애꽃노린재와 같은 천적에 대해서 비교적 낮은 위해성을 주는 것으로 판명되 었다. 따라서 시설 고추재배지에서 꽃노랑총채벌레의 일시적 대발생이 일어나는 경우 방제효과가 높은 아바멕틴 또는 스피 네토람 약제를 긴급 방제로 투입하고, 처리 후 3일 경과하면 다 시 미끌애꽃노린재를 재투입하여 전체적 꽃노랑총채벌레의 평 균밀도를 경제적피해수준 이하로 유지하게 하는 종합방제 기 술을 구현할 수 있다고 본 연구는 제시하고 있다.