본 연구는 누에의 식엽성 곤충을 대체할 실험곤충으로서의 유용성과 자외선이 한국산 곤충병원성선충 (Heterorhabditis sp. 202 strain, Heterorhabditis sp. Gyeongsan strain, Steinernema sp. 223 strain, S. carpocapsae Pocheon strain, S. glaseri Dongrae strain, S. longicaudum Nonsan strain)의 병원성과 생존에 미치는 영향을 알아보기 위하여 수행하였다. 누에에 대한 곤충병원성선충의 병원성을 조사한 결과 누에의 령기나 곤충병원성선충의 계통이나 종에 따라 상이한 병원성을 나타내었는데 5령충에 대해서는 Steinernematidae선충의 병원성이 높았고, 1령충에 대해서는 Heterorhabditidae선충의 병원성이 높았다. UV-C는 곤충병원성선충에 유해하여 노출 60분후에는 모든 선충이 치사되었다. UV-C 조사는 곤충병원성선충의 병원성에도 영향을 미쳐 노출 10분 후에도 누에나방 3령충에 대하여 6.7% 이하의 보정사충율을 나타내었다. 야외 뽕나무밭(UV량: $2.3mW/cm^2$)에서 곤충병원성선충, S. carpocapsae Pocheon strain을 엽면 살포 4시간 후 채취한 뽕나무 잎을 급상한 누에는 치사되지 않았다. 뽕잎에서 $4.0mW/cm^2$의 UV 1시간 노출은 곤충병원성선충, S. carpocapsae Pocheon strain의 누에에 대한 병원성에 차이를 보이지 않았다.
솔수염하늘소(Monochamus alternatus)는 우리나라와 일본의 소나무림에서 소나무재선충(Bursaphelenchus xylophilus)을 전파하는 매개충으로 알려져 있다. 본 연구는 곤충병원성선충을 이용하여 솔수염하늘소의 생물적 방제 가능성을 알아보기 위하여 수행하였다. 실험에 이용한 한국산 곤충병원성선충 4종(Heterorhabditis sp. Gyeongsan, Steinernema carpocapsae GSN1, S. glaseri Dongrae, S. longicaudum Nonsan 계통)은 소나무 고사목 내의 미끼곤충인 꿀벌부채명나방 유충을 치사시켰는데 S. carpocapsae GSN1의 병원성이 가장 높았다. 두 선충 모두 7.5 cm 깊이에 있는 꿀벌부채명나방을 치사시켰다. 곤충병원성선충은 솔수염하늘소 유충과 성충 모두에 병원성을 보였는데 성충에 대한 분무처리 시 S. carpocapsae GSN1 계통보다 Heterorhabditis sp. Gyeongsan 계통의 병원성이 높았다. 솔수염하늘소 유충이 서식하고 있는 소나무 벌채목에 대한 S. carpocapsae GSN1 계통의 수피면 분무처리와 벌채목 수침 처리 시 분무처리에서만 선충에 감염 된 유충이 확인되었다. 곤충병원성선충은 고사목 수체 내 솔수염하늘소 유충 방제의 실용성은 낮았지만 수체 내 해충에 대한 방제 가능성은 있어 추후 천공성 해충의 방제에 활용 가능성이 있을 것으로 생각된다.
본 연구는 골프장 잔디 해충의 종합적 관리를 위하여 잔디의 관리 과정 중에 곤충병원성 선충을 투입함으로서 굼벵이 방제의 효율을 향상시키고, 작업 공정을 축소시킴으로서 노동력과 경비를 절감시키며, 환경친화적 방제를 통해 골프장 잔디의 관리자나 이용자들에게 쾌적한 환경을 제공하기 위한 목적으로 수행하였다. 잔디의 예고는 곤충병원성선충의 병원성에 영향을 미쳤는데 꿀벌부채 명나방 유충을 이용한 pot 실험과 등얼룩풍뎅이와 주황긴다리풍뎅이를 이용한 야외실험 모두에서 잔디의 예고가 짧을수록 선충의 방제 효과가 높았다. 통기작업은 곤충병원성 선충의 종에 따라 굼벵이에 대한 병원성에 차이를 보였다. 굼벵이에 대한 병원성이 낮은 곤충병원성 선충은 통기작업과 병행하여 처리하면 병원성이 높아졌으나 병원성이 높은 선충은 큰 차이를 보이지 않았다. 통기작업의 수행시기도 곤충병원성 선충의 병원성에 영향을 미쳤는데 곤충병원성 선충의 처리 전에 잔디에 대한 통기작업을 하는 것이 굼벵이의 방제효과를 높였다. Steinernema carpocapsae 포천 계통 처리 시 등얼룩풍뎅이 유충 밀도 감소율은 선충 처리 전 통기와 선충 처리 후 통기 처리에서 각각 80.4%와 66%를 보여 무통기 처리의 35.4%에 비하여 높았다.
곤충병원성 선충의 종류 및 배양방법에 따른 지방산 함량비를 조사하였다. In vivo로 배양된 곤충병원성 선충 7계통의 지방산 조성은 비슷하였으나, 지방산 함량비에서 차이가 있었다. 곤충병원성 선충 S. carpocapsae 종을 in vivo 및 in vitro로 배양하여 분석한 결과 배양방법에 따라 지방산의 함량비가 달라질 뿐만 아니라 선충의 토양내 침투력이 달라지는 것을 확인하였다. Olive oil을 첨가하여 선충을 배양했을 경우 주요 지방산 함량비를 in vivo로 배양된 결과와 유사하게 조절할 수 있었으며 선충의 병원성도 soy oil을 첨가하여 배양한 선충에 비해 크게 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
곤충병원성 선충의 이용 효율을 높이기 위하여 곤충병원성 선충 상호간 또는 선충과 곤충병원성 곰팡이와의 상호관계를 알아보았다. Steinernema glaseri는 기주의 무게에 따라 성충수에서는 차이가 없었으나 침입태 유충수에서는 차이가 있었다. 선충의 접종 농도에 따른 침입 발육된 성충수는 기주당 20마리 이하의 접종에서는 차이를 보였으나 40마리 이상 1,000마리 접종구에서는 차이가 없었고, 증식된 유충수도 기주당 1,000마리 접종구에서 현저히 적은 것을 제외하고는 차이가 없었다. 동일 기주에서의 선충 상호간 관계에서는 steinernematid 선충에 의한 기주 치사율이 heterorhabditid 선충에 의한 것보다 높았다. 즉, 서로 다른 종의 곤충병원성 선충을 동일 기주에 접종하였을 때, S. carpocapsae 포천에 의한 기주 치사율은 $76.2\pm$4.8%였고 Heterorhabditis bacteriophora 함양에 의한 치사율은 $23.8\pm$4.8%였다. 또한 S. carpocapsae 포천에 의한 기주치사율이 각각 $90.5\pm$4.8%와 $80.9\pm$4.8%, H. bacteriophora NC 1에 의한 것은 9.5$\pm$4.8%였다. S. glaseri NC와 H. bacteriophora 함양 및 H. bacteriophora NC 1을 동시 접종하였을 때는 S. glaseri NC에 의한 것이 각각 $61.9\pm$9.65%와 $80.9\pm$4.8%, H. bacteriophora 함양에 의한 것이 $38.1\pm$9.5%, H. bacteriophora NC 1에 의한 것이 $19.1\pm$4.8%였다. 그러나 두 선충의 동시 감염은 관찰되지 않았다. 그리고 S. carpocapsae All과 곤충병원성 곰팡이인 Beauveria brongniartii를 동시 또는 곰팡이를 먼저 처리했을 때는 곰팡이 12시간 전 처리부터 선충과 곰팡이의 동시 감염이 관찰되었고, H. bacteriophora NC 1는 곰팡이 6시간 전 처리부터 동시 감염이 관찰되었다. 선충에 의한 감염과, 곰팡이에 의한 감염, 선충과 곰팡이 동시 감염은 곰팡이 48시간 전 처리부터 관찰되었다. 그러나 유충 증식수는 선충 단독 감염보다 동시 감염충에서 현저히 떨어졌다.
본 연구에서는 국내에서 분리된 곤충병원성 선충인 Steinernema carpocapsae종과 공생박테리아인 Xenorhabdus nematophilus종의 지방산을 분석하여 비교하였다. In vitro에서 수확된 곤충병원성 선충은 탄소 18개를 함유한 지방산이 가장 많은 것을 확인할 수 있었고, in vivo에서 수확된 곤충병원성 선충도 탄소 18개를 함유한 지방산이 가장 많은 것을 확인할 수 있었다. 하지만 그 다음으로 많은 지방산 성분이 in vitro에서 수확된 선충의 경우 탄소가 19개인데 비해 in vivo에서는 16개의 탄소를 가진 지방산인 것으로 나타나 차이점이 있는 것으로 확인되었다. 공생박테리아인 경우는 탄소의 수가 16개인 지방산이 가장 많이 함유된 것으로 나타났다.
곤충병원성 선충의 효율적 검색법 확립과 생물적 방제제로서 유용한 선충 종의 탐색을 위하여 수행된 연구로서 남한 각지의 다양한 생태환경에서 토양을 채집하고, 병원성 검정과 병행하여, 감염력과 증식력 및 보존력이 강한 계통을 선발하였으며, 각종 해충에 대한 살충력을 검정하여 생물적 방제제로서의 유용성을 시험하였다. 우리나라에서 검출된 곤충병원성 선충은 주로 Rhbditida에 속하는 Steinermatidae 및 1 Heterorhabditidae였으며, 본 연구에서도 Rhabditida의 선충이 다수를 차지하는 경향은 같았다. 그러나, Rhabditidae에서는 현재까지 알려진 Steinernematidae와 Heterorhabditidae외에도 19계통의 Rhabditidae와 2 계통의 Diplogasteridae가 새로 검출되었고, Tylenchida에 속하는 선충도 5계통이 발견되었으며, 금후 속 및 종 단위의 상세한 동정이 필요할 것이다. 병원성이 우수한 선충계통은 생존 유충과 번데기에서 개체당 20만∼30만 마리가 증식하였으므로, 증식용 숙주 1마리 분의 병원체로 구제가능한 해충의 이론치는 십만을 초월할 것으로 추산되었다. 선발 계통의 선충은 대부분 통성활물기생이며, 능동적인 숙주의 추적 및 감염치사한 사체에서 증식함은 "적극적 사물기생" 또는 "살생부생성"으로 간주할 수도 있었다. 본 연구는 생물살충제 연구를 위한 생태환경기술 개발에 필요한 자료를 제공할 뿐 아니라, 기초생명과학 연구용 선충 계통의 선발과 증식 및 보존 관리를 비롯하여 널리 활용될 수 있을 것이다.
본 연구는 해충에 대한 생물적 방제제로서 유용한 곤충병원성 선충의 효율적 검색과 in vitro에서의 대량 증식 가능성을 조사하였으며 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 토양으로부터 곤충병원성 선충의 검색을 위한 trap용 곤충으로는 꿀벌부채명나방보다 누에가 감수성이 높았다. 2. Sterinernema, Rhabditidae, Diplogastroidae과 계통의 선충은 꿀벌부채명나방 유충에서의 증식은 5만 마리 이하였으나, 누에 유충에서는 15만에서 35만 마리의 선충 증식이 일어났으며, 누에 번데기에서는 25만 마리 이상의 선충이 증식되었다. 누에 증식에 있어 누에 번데기를 사용했을 때가 가장 우수하였다. 3. Sterinernema, Rhabditidae, Diplogastroidae과 계통의 선충에 대한 증식률은 열풍건조 번데기의 흡수처리 후 배양 및 기타 천연물 인공배지에서 증식은 가능하였으나 살아있는 누에 유충보다는 증식률이 낮았다. 4. 이상의 결과로 토양으로부터 곤충병원성 선충을 분리하는데 누에를 이용한 trap이 매우 우수하였으며, 선충의 증식에 있어 누에 유충 및 번데기가 효과적인 것으로 판단된다.
곤충병원성 선충인 Steinernema carpocapsae All (ScA)과 포천(ScP) 계통, S.glaseri NC (SgN)와 동래(SgD) 계통, Heterorhabditis bacteriophora NC 1 계통(HbN)이 당근뿌리혹선충 (Meloidogyne hapla)의 난낭 형성에 미치는 영향을 구명하기 위하여 토마토를 이용한 pot실험을 수행한 결과는 다음과 같다. 450마리의 당근뿌리혹선충이 있는 100g 토양에 곤충병원성 선충을 2.5$\times$$10^{5}$ 마리 농도로 처리한 결과 ScA처리에서 9.4-36.5개, SgN처리에서 5.7-24.7개, HbN처리에서 11.2-16.0개로서 당근뿌리혹선충 단독 처리에서의 62.5개보다 난낭수가 매우 적었다. Steinernema선충을 100㎤당 100마리, 200마리의 당근뿌리혹선충에 대해 2,020마리/토양 350g와 1.6$\times$$10^{5}$ 마리 농도로 처리한 결과 Steinernema 선충의 종간, 계통별 또는 처리농도 간에는 난낭수의 차이가 없었으나, 당근뿌리혹선충 단독 처리와 비교하면 난낭수가 현저히 감소하였다 곤충병원성 선충을 당근뿌리혹선충 처리 3일 전에 처리한 것이 3일 후에 처리한 것보다 난낭 형성 억제에 더 효과적이었다. 한편, 곤충병원성 선충은 토마토의 생육에 아무런 영향을 끼치지 않았다.
엽채류 재배지에 많은 피해를 주고 있는 파밤나방을 환경친화적으로 방제하기 위하여 우리나라 토양에서 분리한 steinemematid 선충과 heterorhabditid 선충 5계통(Steinernama carpocapsae GSN1, Steinernema sp. GSNUS-10, Steinernema sp. GSNUS-14, Heterorhabditis bacteriophora Hamyang, Heterorhabditis sp. GSNUH-1)을 이용하여 petri dish와 pot 및 엽채류 재배 온실에서 병원성과 방제효과를 조사하였다. 곤충병원성 선충 5계통의 파밤나방에 대한 반수치사농도($LC_{50}$)를 조사한 결과, 선충의 계통과 파밤나방의 령기에 따라 차이가 있었다. $LC_{50}$은 Steinernema carpocapsae GSN1 (GSN1) 계통이 파밤나방 $2{\sim}4$령충에서 $3.8{\sim}5.1$마리로 가장 낮았다. 파밤나방에 대한 pot와 시설재배지에서의 병원성 실험결과도 선충 계통, 처리농도, 처리횟수 및 엽채류의 종류에 따라 차이가 있었다. Steinernema 계통 선충들이 Heterorhabditis 계통 선충들보다 병원성이 높았다. 선충의 처리회수에 따른 파밤나방 유충 치사율은 선충의 계통과 처리농도에 관계없이 1회 처리보다 2회와 3회 처리에서 방제효과가 높았다. 파밤나방에 대한 곤충병원성 선충의 방제효과는 양배추나 케일보다 배추에서 높았다. 시설 재배지에서 GSN1이 파밤나방에 대한 방제효과가 가장 높았고, 처리농도에서는 $m^2$당 100,000마리(720,000마리 $7.2m^{-2}=1{\times}10^9$마리 $ha^{-1}$)가 다른 두 농도처리보다 높았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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