목화진딧물(Aphis gossypii)은 세계적으로 분포하며, 박과, 아욱과, 가지과, 운향과 등을 가해하는 광식성 해충으로 작물을 흡즙하여 직접적인 피해뿐만 아니라 식물바이러스 매개하여 2 차 피해를 야기한다(Ebert and Cartwright, 1997;Blackman and Eastop, 2000;Carletto et al., 2009). 목화진딧물을 방제하기 위 한 화학 살충제의 사용으로 화학 살충제의 연용으로 인해 세계 적으로 fenvalerate와 imidacloprid, afidopyropen, chlorfenapyr, cyantraniliprole 등 많은 약제에 대한 저항성이 보고되고 있다 (Nauen and Elbert, 2003;Foster et al., 2012;Koo et al., 2014;Chen et al., 2017;Lee et al., 2022;Li et al., 2022;Nam et al., 2022;Kang et al, 2023;Bass and Nauen, 2023).
살충제 저항성 발달은 대상 해충 방제를 위해 높은 생산비용 과 노동력 증가, 약제의 수명 단축 등을 초래하기 때문에 기존 의 약제를 합리적이며 경제적으로 사용할 수 있는 대안 마련이 필요한 실정이다(Georghiou, 2005;Sparks and Lorsbach, 2017;Freeman et al., 2021). 그 대안으로는 제형의 개선과 보조제의 사용, 그리고 혼합제의 개발을 통한 약효 상승 등이 거론되고 있다(Georghiou and Taylor, 1986Attique et al., 2006, Zhang et al., 2022). 이 중 혼합제의 개발은 병해충 및 잡초의 효율적 방제를 목적으로 2종 이상의 약제를 혼합하여 사용하는 방법으 로 3 가지 장점을 가진다(Madgwick and Kaniz, 2023). 첫 번째 는 적용 대상이 서로 다른 약제들의 혼합을 통하여 병해충을 동 시에 방제할 수 있고, 두 번째는 작용기작이 다른 약제들을 혼 합함으로써 한 가지 작용점에 대해 저항성을 갖는 병해충을 효 과적으로 방제 할 수 있다(Georghiou and Taylor, 1986;Byford et al., 1987;Iverson et al., 2019;Taillebois and Thany, 2022;Madgwick and Kaniz, 2023). 세 번째는 곤충 체내의 무독화 효 소에 의해 쉽게 대사되는 약제와 함께 그 무독화 과정을 저해하 는 약제가 혼합됨으로써 살충활성의 상승효과를 기대할 수 있 다 (Casida, 1970;Bernard and Philogène, 1993;Gleave et al., 2021;Roy et al., 2022;Taillebois and Thany, 2022). EPPO (European and Mediterranean Plant Protection Organization) 와 미국 EPA (U.S. Environmental Protection Agency)에서는 혼합제 개발에 대한 가이드라인을 제시하였으나(U.S. Environmental Protection Agency, 1986;European and Mediterranean Plant Protection Organization, 2018), 국내에서는 혼합제 개발 에 대한 기준이 없기 때문에 혼합제 개발에 앞서 상승효과를 검 정하기 위한 명확한 기준이 필요한 실정이다(Ministry of Agriculture and Forestry, 2000;Son, 2004).
따라서 본 연구는 살충제 저항성 목화진딧물 집단을 대상으 로 afidopyropen과 chlorfenapyr, cyantraniliprole에 대한 각 단 제와 혼합제의 약효를 비교하였으며, 혼합제의 상승효과를 검정 하기위한 기준안으로써 다양한 협력지수(조합지수, %M(synergism), 연합독성계수, 와들리 비율, 상승 비율, 아보트 비율)를 이용하 여 협력작용을 평가하고자 하였다(Abbott, 1925;Wadley, 1945;Sun and Johnson, 1960;Levy et al., 1986;Chou, 2010).
재료 및 방법
시험곤충
목화진딧물 감수성 계통(S)은 2022년 국립농업과학원 곤충 사육실으로부터 분양 받은 감수성 계통을 이용하였으며, 야외 집단으로는 완주(WJ), 춘천(CC), 고성(GS)의 오이재배지에서 채집한 개체군을 온도 25 ± 2°C, 상대습도 60~70%, 16:8(L:D) 의 사육실 조건에서 오이를 기주로 제공하면서 시험에 사용하 였다.
시험 약제
시험에 사용된 살충제 3종(afidoyropen, chlorfenapyr, cyantraniliprole) 은 국내에서 판매되고 있는 제품을 이용하였으며, 약제별 유효성분 및 제형과 추천농도 등은 Table 1과 같다.
약제 감수성 평가
목화진딧물에 대한 약제 감수성 평가는 엽침지법(leaf dipping method)으로 수행하였다. 오이 잎을 ø 5.0 cm로 잘라 각각 희 석한 약액에 30초간 침지한 후 20분간 음건시켰다. Petri-dish (ø 5.0 cm)에 1.5% agar를 깔고 그 위에 음건시킨 오이 잎을 올 린 후 목화진딧물 무시성충을 20 마리씩 접종하였다. 약제처 리 후 온도 25 ± 2°C, 광주기 16:8(L:D), 상대습도 60~70%의 조건으로 유지하면서 72 시간 후 사충수를 조사하고 Abbott’s formula를 이용하여 보정 사충률을 구했으며, probit 분석을 통해 50% 치사농도(LC50)와 90% 치사농도(LC90) 값을 구하 였다(Abbott, 1925;SAS Institute, 2019). 저항성비(Resistance Ratio, RR)는 실내 감수성계통의 LC50 값을 야외집단의 LC50 값으로 나누어 산출하였으며, 모든 시험은 3반복 실시하였다. 혼합제는 각 약제별 추천농도를 기준으로 afidopyropen + chlorfenapyr (1:4)와 chlorfenapyr + cyantraniliprole (1:1), afidopyropen + cyantraniliprole (1:4)를 사용하였으며, 희석하여 실 험에 사용하였다. 혼합제의 감수성 평가는 단제의 감수성 평가 와 동일한 조건으로 진행하였다.
혼합제의 방제효과 포장검정
혼합제의 방제효과는 충북대학교 오이 시설 포장(비닐하우 스)에서 2023년 9월 24일날 정식한 오이를 가지고 2023년 10 월 2일부터 10월 23일까지 수행하였다. 야외에서 채집한 목화 진딧물을 구당 3주씩 난괴법으로 100마리 이상 접종하였다. 목 화진딧물의 생충수는 약제 처리 전, 약제 처리 3, 7, 14, 21일 후 조사하였으며, 각 처리구별 평균 생충수를 조사하여 구해 방제 가를 산출하였다. 모든 실험은 난괴법 3반복으로 수행하였다.
혼합제의 협력작용 분석
혼합제의 협력작용은 LC50 값과 사충률을 이용하여 6가지 계산법으로 분석하였다(Abbott, 1925;Wadley, 1945;Sun and Johnson, 1960;Levy et al., 1986;Martin et al., 2003;Chou, 2010). Chou (2010)는 약제 간의 상호 작용을 상세하게 고려한 조합지 수(Combination Index, CI)를 제시하였으며 식은 다음과 같다.
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(D50)A = A의 LC50 값, (D50)B = B의 LC50 값
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(D)A = 혼합제의 LC50 값 × 혼합제 중 A의 비율, (D)B = 혼합 제의 LC50 값 × 혼합제 중 B의 비율
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α = 1 or 0 (다른 기작의 약제일 경우 1, 같은 기작의 약제인 경우 0)
Martin et al. (2003)은 혼합제의 LC50값을 통해 혼합된 단제 의 비율에 맞는 농도의 활성(%M(A), %M(B))을 이용한 이론으 로 다음과 같이 구하였다.
Sun and Johnson (1960)은 약제간 상호 작용을 확인하기 위 한 연합독성계수(Co-Toxicity Coefficacy, CTC)는 다음과 같 이 구하였다.
공시제는 합제에 들어가는 약제 중 하나를 기준으로 한다. 그러므로 두 약제 간의 혼합 시 항상 TI(A)=100이 된다.
Wadley (1945)는 약제의 개별 효과와 그들의 조합 효과를 중점적으로 확인하기위해 와들리 비율(Wadley Ratio, WR)을 제시하였고, 식은 다음과 같다(Levy et al., 1986).
마지막으로 Brindley and Selim (1984)은 혼합제의 상승효 과를 확인하기 위해 상승 비율(Synergism Ratio, SR)을 제시하 였고, 식은 다음과 같다.
혼합제LC50exp =합제에서의A비율×A약제LC50값 +합제에서의B비율×B약제LC50값
사충률을 이용한 아보트 비율(Abbott Ratio, AR)을 구하는 방법은 다음과 같다(Colby, 1967;Levy et al., 1986).
각 지수들이 나타내는 협력작용의 분류는 Table 2와 같다.
결과 및 고찰
약제 감수성
목화진딧물 감수성계통과 야외집단(WJ, CC, GS)에 대한 3 종의 약제(afidopyropen, chlorfenapyr, cyantraniliprole)와 이들 을 혼합한 약제 3종(afidopyropen + chlorfenapyr, chlorfenapyr + cyantraniliprole, afidopyropen + cyantraniliprole)의 약제 감 수성 결과는 Table 3과 같다. 야외집단 모두 3종의 약제에 대해 RR 값이 100이상으로 나타나 감수성계통에 비해 저항성이 발 달했음을 확인하였다. 또한 혼합제 처리시, 모든 집단에 대해서 는 afidopyropen + chlorfenapyr의 LC50 값은 각 단제별 LC50 값 에 비해 3.7~36.1배 낮았고, WJ와 CC집단에 대해서는 혼합제 chlorfenapyr + cyantraniliprole과 afidopyropen + cyantraniliprole의 LC50 값은 각 단제에 비해 3.0~27.0배 낮게 나타났 다. Somar et al. (2019)은 imidacloprid와 pymetrozine 저항성 목화진딧물에 대해서 이들 합제(imidacloprid + pymetrozine, 1:1)의 LC50 값이 단일 약제의 LC50 값 보다 더 낮았다고 보고한 바 있다. EPPO (2018)는 혼합제 개발의 조건 중 하나로 단일 약 제 보다 낮은 농도에서도 우수한 효과를 보여야 한다고 하였는 데, 본 연구에서 혼합제 afidopyropen + chlorfenapyr조합이 이 에 부합하였고, 이러한 결과들은 단제보다 혼합되었을 경우 살 충활성이 더 높아져 상승효과를 나타내는 것으로 생각된다.
혼합제 협력작용 분석
혼합제의 협력작용은 상승작용(synergism)과 첨가작용(addition action), 길항작용(antagonism)으로 구분되어 있는데, 첨가작 용의 범위에 대해서는 분명한 정의가 제시되어 있지 않은 실정 이다(Martin et al., 2003;Khan et al., 2013;Taillebois and Thany, 2022). 따라서 본 연구는 Sun and Johnson (1960)의 기준에 따 라 첨가작용에서 상승작용에 가까운 경우를 유사작용(similar action), 길항작용에 가까운 경우 독립작용(independent action) 으로 구분하고, 혼합제의 협력작용을 판단하는 기준으로 상승 작용, 유사작용, 독립작용, 길항작용으로 세분화하였다(Table 2). 혼합제의 협력작용 검정은 약제의 농도와 사충률의 관계가 선형적 관계가 아닌 로그 모형이므로 단순식으로 평가하기는 어렵다(Sun and Johnson, 1960). 협력작용에 대한 통계적 분석 은 Bliss (1939)와 Loewe (1928), Finney (1942)등에 의하여 고 안된 이후 여러 연구자들에 의해 협력작용을 검정하는 식들이 보고되었다(Loewe, 1928;Bliss, 1939;Finney, 1942;Wadley, 1945;Sun and Johnson, 1960;Levy et al., 1986;Chou, 2010). 따라서 본 연구에서는 혼합제의 협력작용을 LC50 값을 이용해 CI와 %M(synergism), CTC, WR, SR을 통해 평가하였다(Table 4). 그 결과, 모든 야외집단에서 afidopyropen + chlorfenapyr는 CI 와 %M(synergism), CTC, WR, SR에서 상승작용을 나타내었다. WJ와 CC 집단에 대해서 chlorfenapyr + cyantraniliprole과 afidopyropen + cyantraniliprole은 CI와 %M(synergism), CTC, WR, SR에서 상승작용을 나타내었다. GS집단에 대해서 chlorfenapyr + cyantraniliprole는 CI와 %M(synergism), CTC, WR은 길항작 용을 보였지만, SR은 상승작용을 보였다. 왕담배나방(Helicoverpa armigera)은 cyfluthrin + chlorpyrifos 혼합처리는 BK99R5집단(CI, 0.93; %M(synergism), 31)에 대해서 길항작용을 보였지만, BK77집단 (CI, 1.24; %M(synergism), 0)에 대해서는 첨가작용을 보였다는 보 고가 있다(Martin et al., 2003). 이는 동일한 약제 조합에 대해 지역별 집단에 대한 협력작용은 차이를 보일 수 있음을 보여주 는 것으로 지역마다 사용하는 살충제 종류와 횟수의 차이로 집 단간 살충제 저항성에 차이에서 기인한 것으로 생각된다(Kang et al., 2023). 따라서, 혼합제의 협력작용 평가는 감수성 개체뿐 만 아니라 여러 야외 집단의 저항성을 고려해야 한다고 판단된 다. 열대거세미나방(Spodoptera frugiperda)의 경우 emamectin benzoate + chlorantraniliprole의 9:1과 3:7 조합에서 CTC는 각각 239.38, 128.74로 상승작용을 나타냈고, 복숭아혹진딧물 (Myzus persicae)에 대한 cypermethrin + pirimicarb의 2:8과 1:9 비율에서 CTC는 각각 176.5, 159.1로 상승작용을 나타낸 사례 도 있다(Kim et al., 1987;Zhang et al., 2022). 반면에, SR은 다 른 수식(CI, CTC, WR)들과 다르게 LC50 값 자체를 비교하므 로, 약제 간 LC50 값의 숫자 크기에 따라 결과가 큰 차이를 보일 수 있다. 따라서 본 연구 결과 중, GS집단의 경우에서는 chlorfenapyr + cyantraniliprole와 afidopyropen + cyantraniliprole 의 SR은 다른 수식(CI, %M(synergism), CTC, WR)의 결과(길항작 용)와 다르게 상승작용으로 분석된 것으로 생각된다.
혼합제의 협력작용을 사충률(%)을 이용한 AR로 검정한 결 과는 Table 5와 같다. 그 결과, AR은 모든 야외집단(WJ, 1.70; CC, 4.38; GS, 1.56)에서 afidopyropen + chlorfenapyr 조합이 상승작용을 나타내었고, GS 집단에서 chlorfenapyr + cyantraniliprole, afidopyropen + cyantraniliprole 조합이 길항작용을 나타내었다. AR의 장점은 LC50 값을 구하기 위해 많은 농도를 사용하는 대신 특정 농도에서 빠르게 평가할 수 있다. 또한, 협 력작용 평가에서 CI와 CTC, WR등과 동일한 결과를 나타내어 사충률을 이용한 혼합제의 협력작용을 판단할 수 있다. 이처럼 AR은 사충률을 이용하기 때문에 Levy et al. (1986)은 단제의 사충률이 70% 이하 일 경우 사용을 권장하였다. 따라서 혼합제 의 협력효과를 검정하기 위해서는 기존에 많은 연구자들이 사 용한 CI와 %M(synergism), CTC, WR 뿐만 아니라 AR도 협력효과 를 신뢰성 있게 검정할 수 있음을 확인하였다(Wadley, 1945;Sun and Johnson, 1960;Martin et al., 2003;Attique et al., 2006;Yang and Lai, 2019;Zhang et al., 2022).
혼합제의 방제효과 포장검정
포장에서 단제(afidopyropen, chlorfenapyr, cyantraniliprole) 와 혼합제(afidopyropen + chlorfenapyr, chlorfenapyr + cyantraniliprole, afidopyropen + cyantraniliprole) 처리 3일차에서 각 각 79.6, 85.9, 88.6%와 98.7, 95.8, 90.4%의 방제효과를 나타냈 다(Table 6). 또한 7, 14, 21일 경과후에도 혼합제는 99.0%이상의 높은 방제효과를 나타내어 단제 처리보다 우수한 방제효과를 보 였다. 배추좀나방(Plutella xylostella)에 대해 emamectin benzoate 13.5 g/ha + chlorantraniliprole 0.375 ml/ha를 처리한 선행연구 에서도 단제(emamectin benzoate 15 g/ha, chlorantraniliprole 150 ml/ha)와 유사한 효과가 보고된 바 있다(Zhang et al., 2022). Madgwick and Kanitz (2023)는 혼합제를 적은 양의 농약을 사용 하면서도 높은 방제효과를 가져오며, 해충의 약제 저항성을 효과 적으로 관리할 수 있는 대안으로 제시하기도 하였다.
이상의 결과에서 3 종의 약제(afidopyropen, chlorfenapyr, cyantraniliprole)의 혼합처리는 약제 저항성이 발달한 목화진 딧물의 방제에 효과적인 대안일 될 수 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 혼합제의 협력작용을 검정하기 위해 CI와 CTC, WR, AR등의 수식을 통해 평가가 이루어진다면, 향후 혼합제 연구 및 개발에 도움이 될 것으로 기대된다.