포식성 곤충인 담배장님노린재[Nesidiocoris tenuis (Reuter) (Hemiptera: Miridae)]는 진딧물, 가루이류, 일부 나방류를 포함한 주요 해충을 방제하기 위해 온실 작물에서 활용되고 있다(Calvo et al., 2012;Pérez-Hedo and Urbaneja, 2015). 그러나 토마토 온실에서는 먹이가 부족할 경우 이 포식자가 식물에 피해를 줄 수 있다(Calvo et al., 2009;Chinchilla-Ramírez et al., 2021). 그럼에도 불구하고, 때때로 식물 피해를 유발하는 이 포식자의 특성을 완화하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있으며, 여기에는 해당 특성을 감소시키기 위한 포식자의 육종 프로그램과, 식식성을 줄이기 위하여 토마토 식물에 내생균을 접종하는 방법 등이 포함된다(Garantonakis et al., 2018;Pérez-Hedo et al., 2024). 이러한 접근은 작물에 대한 부정적인 영향을 최소화하고, 담배장님노린재의 높은 해충 방제 효율을 보다 효과적으로 활용하는 것을 목표로 한다(Garantonakis et al., 2018;Pérez-Hedo et al., 2024).

최근에는 포식성 곤충이 선호하는 파장의 LED (light-emitting diode)를 활용하여 농경지나 온실에서 해충 방제 효율을 향상시키는 전략이 제안되고 있다(Ogino et al., 2016;Uehara et al., 2019;Park and Lee, 2021, 2025;Park et al., 2021, 2022, 2023). Ogino et al. (2016)은 405 nm 파장의 LED를 이용하여 가지 재배지에서 애꽃노린재[Orius sauteri (Poppius) (Hemiptera: Anthocoridae)]의 정착률을 증가시켰으며, 그 결과 총채벌레 밀도를 감소시키는 데 성공하였다. 유사하게 Park et al. (2022)은 385 nm 파장의 LED를 이용하여 토마토 온실에서 담배장님노린재의 정착률을 높이고, 담배가루이[Bemisia tabaci (Gennadius) (Hemiptera: Aleyrodidae)]에 대한 방제 효율을 향상시켰다. 각 연구는 환경 조건, 천적 곤충, 대상 해충 등의 세부 사항에서 차이를 보이나, 곤충의 주광성을 생물학적 방제 전략에 활용한다는 공통점을 가진다.

곤충에 대한 유인성이 높은 파장을 선별한 기존 연구들은 Y-튜브나 소형 박스와 같은 비교적 소규모 조건에서 수행되었으며, 대조구로 백색광 또는 다른 색상의 광원이 함께 존재하는 등 다른 광원의 간섭이 포함된 경우가 많았다(Ogino et al., 2015;Uehara et al., 2019;Park and Lee, 2021;Park et al., 2021;Park et al., 2023). 이러한 실험에서는 처리 광원, 대조 광원, 또는 무반응 선택지를 포함하여 곤충에게 세 가지 이상의 선택지를 제공하였다. 그러나 농경지나 온실에서 광원을 활용하여 천적 곤충의 정착률을 향상시킨 기존 연구들에서는, 광원이 야간에만 사용되었으며 다른 광원의 간섭이 없거나 매우 제한된 조건에서 수행되었다(Ogino et al., 2016;Uehara et al., 2019;Park et al., 2022). 따라서 특정 파장의 유인성을 보다 정확하게 평가하기 위해서는, 다른 광원을 엄격히 차단한 조건에서 유인반응을 재평가할 필요가 있다고 판단하였다. 이러한 접근은 기존 연구에서 사용된 파장의 유인성을 검증할 뿐만 아니라, 해충 방제 효율을 향상시킬 수 있는 새로운 유망 파장을 탐색하는 데에도 기여할 수 있다.

LED를 이용하여 포식성 곤충을 조절함으로써 해충 방제 효율을 향상시키려는 기존 연구들은 이러한 기술의 가능성을 명확히 제시하였다(Ogino et al., 2016;Uehara et al., 2019;Park et al., 2022). 그러나 LED 광원을 효과적으로 활용하기 위해서는 파장뿐만 아니라 광량 또한 고려할 필요가 있다. 광량에 따라 곤충의 유인반응이 달라질 수 있으며(Sone and Miyatake, 2023), LED 광원의 광량은 소비전력에 따라 달라질 수 있다. 따라서 과도한 전력 사용을 방지하고 LED 설치 비용을 절감하면서 효과적인 유인반응을 얻기 위해서는 적절한 소비전력(W)을 규명할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 기존에 담배장님노린재에 대해 높은 유인성을 보인 것으로 보고된 다섯 가지 파장(365, 385, 395, 405, 445 nm) (Park and Lee, 2021)에 대하여 세 가지 소비전력(3, 6, 9 W) 조건에서 암실 실험을 수행하여 유인반응을 비교하였다. 또한, 보다 넓은 환경을 대표하는 온실 조건에서 9 W LED를 이용하여 담배장님노린재에 대한 유인반응을 추가로 평가하였다.

재료 및 방법

실험 곤충

실험에 사용된 담배장님노린재는 ㈜오상킨섹트로부터 구입하였다. 곤충은 얼음팩이 포함된 스티로폼 상자에 담겨 24시간 이내에 배송되었으며, 활력 저하를 방지하기 위해 배송 당일에만 실험에 사용하였다. 배송된 개체의 대부분은 성충이었으며, 약충은 실험에 사용하지 않았다.

암실 실험

실험은 국립농업과학원(농촌진흥청, 완주)의 온도 조절이 가능한 암실에서 수행하였다. 암실의 크기는 20.8 m³ (가로 × 세로 × 높이 = 2 × 4 × 2.6 m)였으며, 실험 기간 동안 온도는 25°C로 유지하였다. 365, 385, 395, 405, 445 nm 파장의 LED 광원(LED 칩: LG Innotek Co. Ltd., 서울; 광원 제작: Skycares, 김포)을 사용하였으며, 각 광원은 3, 6, 9 W (50 cm 거리에서 각각 25, 50, 75 µmol m⁻² s⁻¹)에 해당하는 세 가지 소비전력 조건으로 설정하였다.

LED 광원의 크기는 2.5 × 8 cm (가로 × 세로)였으며, 중앙에 LED 칩이 설치되어 있었다. 투명 끈끈이 트랩(15 × 25.3 cm; 가로 × 세로; 그린아그로텍, 경산)의 중앙에 LED 광원을 삽입할 수 있도록 직사각형 구멍을 뚫고, 해당 위치에 LED 광원을 부착하였다. 트랩이 부착된 LED 광원은 한쪽 벽면 끝에 지면으로부터 1.3 m 높이에 설치하였으며, 반대편 벽면 하단에서 담배장님노린재 성충 50개체를 방사하였다. 포식자 방사와 동시에 LED 광원을 점등하였다.

유인반응은 1시간 후 투명 끈끈이 트랩에 포획된 개체 수를 계수하여 평가하였다. 실험 시간(1시간) 동안 LED 광원을 제외한 모든 광원은 차단하였으며, 실험 종료 시까지 출입을 금지하였다. 각 파장 및 소비전력 조건에 대한 실험은 각각 독립적으로 수행하였으며, 3회 반복하였다.

온실 실험

온실 실험은 국립농업과학원(농촌진흥청, 완주)의 온실에서 수행되었다. 온실의 크기는 약 379.8 m³ (가로 × 세로 × 높이 = 7 × 14.5 × 4.2 m)였으며, 작물을 재배하지 않은 빈 온실에서 2018년 8월 29일부터 31일까지(일몰 시각: 각각 19:04, 19:02 및 19:01) 실험을 진행하였다. 온실 실험은 암실보다 넓은 공간에서 수행되었기 때문에, 암실 실험에서 시험한 소비전력 중 가장 높은 9 W LED 광원을 사용하였다.

암실 실험과 유사하게, 투명 끈끈이 트랩과 9 W LED 광원을 온실 한쪽 끝 벽면에 지면으로부터 약 1.5 m 높이에 설치하였다. 담배장님노린재 성충 100개체는 일몰 60분 전에 LED 광원의 반대편 끝에서 방사하였다. 실험 중 포식자의 이탈을 방지하기 위해 모든 출입문과 측창을 폐쇄하였다.

LED 광원은 일몰 1시간 전부터 일몰 후 4.5시간까지 총 5.5시간 동안 점등하였다. 실험 기간 중 일몰 후 박명은 약 30분간 지속되었다. 실험 종료 시 투명 끈끈이 트랩에 포획된 포식자 수를 유인반응의 지표로 사용하였다. 각 파장(365, 395, 405, 445 nm)에 대한 실험은 각각 독립적으로 수행하였으며, 3회 반복하였다. 385 nm 파장에 대한 자료는 Park and Lee (2021)에 보고된 데이터를 포함하였으며, 해당 자료는 본 연구에서 수행된 온실 실험과 동일한 시기에 동일한 조건에서 함께 수행된 것이다. 기존 연구에서는 385 nm 파장에 대한 결과만 보고되었으나, 본 연구에서는 동일 기간에 수행된 전체 파장 데이터를 통합하여 분석하였다.

통계 분석

암실 실험에서 파장과 소비전력에 따른 담배장님노린재의 평균 유인반응을 비교하기 위해 SAS의 PROC GLM을 이용한 이원분산분석(two-way ANOVA)을 수행하였다(SAS Institute, 2013). 온실 실험에서는 파장에 따른 평균 유인반응을 비교하기 위해 SAS의 PROC ANOVA를 이용한 일원분산분석(one-way ANOVA)을 수행하였다(SAS Institute, 2013). 각 분산분석에서 잔차의 정규성은 SAS의 PROC UNIVARIATE를 이용한 Shapiro-Wilk 검정으로 확인하였으며, 암실 실험(W = 0.984, P=0.779)과 온실 실험(W = 0.959, P=0.672) 모두 정규성 가정을 충족하였다(SAS Institute, 2013). 등분산성은 잔차도를 통해 확인하였으며, 두 실험 모두 뚜렷한 분산의 불균일성은 관찰되지 않았다.

결과

암실 실험

암실 실험 결과에서, 파장과 소비전력 간 상호작용은 담배장님노린재의 유인반응에서 관찰되지 않았다(Table 1). 또한, 모든 파장에서 소비전력에 따른 담배장님노린재의 유인반응에는 차이가 나타나지 않았다(Fig. 1, Table 1). 반면, 365 nm(3 W: 68.0%, 6 W: 68.0%, 9 W: 61.3%)와 385 nm(3 W: 66.0%, 6 W: 64.0%, 9 W: 58.0%)에서의 유인반응은 다른 파장에 비해 높게 나타났다(Fig. 1, Table 1).

온실 실험

온실 실험에서 담배장님노린재의 유인반응은 365, 385, 395, 405 및 445 nm에서 각각 20.3, 33.3, 27.3, 24.0 및 18.3%로 나타났으나, 이들 간에는 통계적으로 유의한 차이가 없었다(Fig. 2, Table 1).

고찰

본 연구에서는 다른 광원의 간섭이 없는 암조건에서 LED 광원의 파장에 따른 담배장님노린재의 유인반응을 확인하였다. 본 연구에서 관찰된 파장별 유인반응은 백색광을 대조구로 사용한 Park and Lee (2021)의 결과와 전반적으로 유사하였다. 또한, 365 nm 및 385 nm 파장의 광원이 담배장님노린재에 가장 높은 유인반응을 나타내어 기존 연구 결과(Park and Lee, 2021)와 일치하였다. 이는 다른 광원의 간섭이 없는 조건에서도 담배장님노린재가 365 nm 및 385 nm 파장에 높은 유인반응을 나타냄을 보여준다. 다만 실제 농가에서는 다양한 광원이 존재할 수 있으므로, 이러한 광조건에서의 유인반응에 대해서는 추가적인 평가가 필요할 것으로 판단된다.

Uehara et al. (2019)은 405 nm 파장에서 담배장님노린재의 유인반응이 가장 높다고 보고하였으나, Park and Lee (2021) 및 본 연구에서는 405 nm 파장이 365 nm 또는 385 nm 파장보다 낮은 유인반응을 나타냈다. 이러한 차이는 지역 간 담배장님노린재 개체군 간 변이에 기인할 가능성이 있으며, 이 가능성은 미끌애꽃노린재(O. laevigatus)를 이용한 연구인 Park et al. (2021)에서 확인된 바 있다. 또한, Park et al. (2023)은 405 nm 파장이 다양한 곤충에서 385 nm와 유사한 수준의 유인반응을 나타낸다고 보고하였다. 따라서 Ogino et al. (2016) 및 Uehara et al. (2019)에서 사용된 405 nm 파장이 본 연구에서 사용된 385 nm 파장보다 유인성이 낮다고 단정하기는 어렵다.

소비전력과 관련하여, 암실 실험에서는 서로 다른 소비전력 간 포식자의 유인반응에 차이가 나타나지 않았다. 따라서 본 실험 규모(20.8 m³)에서는 3 W 수준의 광원으로도 담배장님노린재의 정착을 유도하기에 충분할 것으로 판단된다.

온실 실험에서는 385 nm 파장에서 가장 높은 유인반응(33.3%)이 관찰되었으나(Fig. 2;Park and Lee, 2021), 시험된 파장 간 유의한 차이는 나타나지 않았다. 그러나 이러한 통계적 차이의 부재가 385 nm (Park et al., 2022) 또는 405 nm (Ogino et al., 2016;Uehara et al., 2019) 파장과 동일한 수준으로 천적 곤충의 정착을 향상시킬 수 있음을 의미하는 것은 아니다. 전반적으로 온실 조건에서의 담배장님노린재 유인반응은 본 연구의 암실 실험이나 기존 Y-튜브 실험(Park and Lee, 2021)에 비해 낮게 나타났다. 한편, 온실 실험은 일몰 1시간 전부터 수행되었으므로 실험 초반의 자연광을 포함한 주변 광원이 담배장님노린재의 유인반응에 영향을 미쳤을 가능성을 완전히 배제할 수 없다. 따라서 온실에서 나타난 낮은 유인반응을 광원의 소비전력이나 공간의 크기만으로 설명하기는 어렵다.

다만, 본 연구에서 유인반응의 기준은 LED 광원에 부착된 끈끈이 트랩에 포획된 개체 수를 기반으로 하였다. 온실에서는 암실보다 넓은 공간으로 인해 방사된 개체가 보다 넓게 분산되었을 가능성이 있다. 또한, 광원에 유인되었으나 트랩에 포획되지 않고 주변이나 지면에 위치한 개체가 존재했을 가능성을 배제할 수 없다. 향후에는 광원으로부터 거리별 유인 개체 수를 평가하여 거리별 유인율을 확인할 수 있는 연구(Uehara et al., 2019)가 필요할 것으로 판단된다.

445 nm 파장은 식물 생장을 촉진하기 위한 보광 광원으로 널리 사용되며, 본 연구에서 사용된 일부 다른 파장 또한 식물 생장 촉진에 활용되는 경우가 있다(Tokuno et al., 2012;Khoshimkhujaev et al., 2014;Kang et al., 2018;Yousef et al., 2021). 따라서 LED 광원이 식물 생장, 천적 정착, 해충 방제 효율에 미치는 영향을 통합적으로 평가하는 것이 필요하며, 특히 다른 파장 또한 담배장님노린재에 대해 일정 수준의 유인반응을 나타낸다는 점을 고려할 필요가 있다.

본 연구는 다른 광원의 간섭이 없는 암조건에서 LED 광원의 파장에 따른 담배장님노린재의 유인반응을 재평가하였으며, 365 nm와 385 nm 파장의 LED 광원이 담배장님노린재에 대해 가장 높은 유인반응을 나타냈다. 향후 곤충 종이나 환경 조건에 따라 다른 파장에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다. 아울러, 본 연구는 방사된 천적의 정착을 증진시키기 위한 LED 광원의 파장 및 광량 조건에 대한 기초 자료를 제공하였다.