농산물의 품질 향상과 생산성 증대를 위해 농약의 적절한 사용이 필요하다. 그러나 농약을 적절히 사용해도 수확 농산물의 표면이나 내부에는 농약이 잔류할 가능성이 항상 있다. 농약의 과다한 잔류는 국민 보건상 커다란 문제가 될 수 있으므로 농약의 잔류량을 신속히 측정할 수 있는 분석법이 절실히 요구되고 있다(박, 2003). 살충제 Imidacloprid는 유기인계 살충제로 해충에 전신마비, 이완, 활동성 저하 등을 일으켜 박멸한다. 국내에서는 귤굴나방, 조팝나무 진딧물, 벼멸구, 굼벵이 류 등의 방제를 위해 감귤, 사과, 고추, 배, 장미, 복숭아 및 벼농사에 광범위하게 사용되고 있다(Bayer CropScience-Korea, 2002). (중략)
본 실험에서는 acetylcholinesterase(AChE, EC 3.1.1.7)를 이용한 간이 잔류농약 검사법에 필요한, 유기인계 및 카바메이트계 살충제에 대한 감수성이 증가된 AChE(MAChE)를 baculovirus를 이용하여 대량으로 생산하는 시스템을 구축하고 생산된 효소의 특성을 관찰하였다. 한라산에서 채취한 초파리에서 AChE의 cDNA를 합성한 후 PCR을 이용하여 AChE의 lipid anchor부분을 제거하고 site directed mutagenesis에 의해 E107Y, F368L, L408E의 염기서열을 변화시켜 재조합된 MAChE cDNA를 합성하였고 baculovirus vector에 삽입하여 대량생산을 시도하였다. 대량 증식에 필요한 조건으로 감염횟수가 네 번일 때, 그리고 세포수가 $2{\times}10^6$ cell/ml일 때 세포의 증식과 효소의 활성이 극대화됨을 알 수 있었다. His tag을 붙여 Ni-NTA affinity column을 이용하여 MAChE를 정제하였으며, 정제된 효소는 실험조건하에서는 pH(3-10)와 온도$(20-50^{\circ}C)$의 변화에 영향을 받지 않았다. 농약 추출액으로 methanol을 사용했을 때가 ethanol을 사용할 때 보다 효과적임을 알 수 있었다. 대표적인 유기인계와 카바메이트계 농약에 대한 저해율을 조사한 결과 재조합된 MAChE는 대만의 집파리 및 변형되지 않은 AChE에 비하여 전반적으로 농약에 대한 감수성이 높은 것으로 나타났다.
유기인계 농약에 대한 cholinesterase(ChE)활성저해 관계를 규명 하고자 in vivo와 in vitro 실험을 하였다. 병아리 혈장의 ChE 활성은 $23{\mu}mol$/min/g protein이었다. in vivo에서 terbufos의 투여량을 $LD_{50}$의 0.2배(0.362 mg/kg)와 0.5배(0.905 mg/kg)로 투여하였을 경우, 투여 15분 후에 ChE 활성이 각각 36%와 96%까지 저해되었으며 그 후 회복이 일어난다. in vitro에서 유기인계의 P에 S가 결합된 P=S구조의 phosphorodithioate와 phosphorothioate의 Ki는 $74{\sim}322\;mole^{-1}min^{-1}$로 낮았다. 그러나 P에 S가 산화되어 O가 결합된 P=O구조의 phosphate와 phosphorothiolate의 Ki는 $13898{\sim}79610\;mole^{-1}min^{-1}$로 높았다. 따라서 P=S가 P=O로 산화됨으로서 ChE의 저해도가 커져서 독성이 강해짐을 확인하였다. phosphorodithioate와 phosphorothioate형의 $pI_{50}$값은 $21{\sim}102 mg/L(ppm)$ 이었다. 그러나 phosphate와 phosphorothiolate형의 $pI_{50}$값은 $0.519{\sim}0.071$ mg/L(ppm)이었다. 즉 ChE을 이용한 enzyme-inhibition(EI)법을 유기인계 농약의 정성적 검출에 이용한다면, P=O구조인 phosphate와 phosphorothiolate형은 1ppm이하 즉 ppb단위까지 정성적 검출이 가능하다.
외국으로부터 수입되는 농식품에 대하여 국내에 미등록 된 유기인계 농약 aspon, chlorthion, chlorthiophos, crotoxyphos, demeton-O, demeton-S, demeton-S-methyl, dioxathion, heptenophos, iodofenphos, leptophos, methyl-trithion, propetamphos 및 sulfotep 등 14종에 대한 안전성 평가를 위하여 다성분 잔류분석법을 확립하고자 하였다. 잔류분석법은 식품의약품안전청에서 고시한 다종농약다성분 동시분석법-제2법에 잘 적용되었다. 수입 농산물의 대표 시료로 선정된 현미와 오렌지에 대한 유기인계 농약 14종 대한 잔류분석법의 밸리데이션을 실시한 결과 특이성, 직선성, 정확성, 정밀성 및 정량한계 수준을 만족시키는 것으로 나타났다. 단지 crotoxyphos의 경우는 기기상의 정량한계가 낮아서 저농도에서의 회수율은 좋지 않은 결과를 나타내었다. 따라서 본 연구에서 확립된 다성분 잔류분석법은 수입 농산물 중 crotoxyphos를 제외한 aspon 외 12종의 유기인계 농약에 대해 적용 가능한 것으로 나타났다.
유기인계 농약 5종 및 카바메이트계 농약 4종의 토양에 대한 흡착계수를 구하여 이동성을 구분하고, 흡착계수와 토양 반감기를 이용하여 토양 중에서의 농약의 용탈 잠재성을 평가하고자 하였다. 비이온성 농약인 유기인계 살충제 chlorpyrifos-methyl, diazinon, fenitrothion, isazofos, parathion과 카바메이트계 살충제 fenobucarb(BPMC)와 metolcarb 및 카바메이트게 제초제 dimepiperate와 molinate를 대상농약으로 하였고, 논, 밭, 산림토양 및 제주도 화산회토를 시험토양으로 흡착실험을 수행하였다. 유기탄소기준흡착계수(Koc)에 의한 이동성 분류체계에 의하면 metolcarb, molinate, 및 fenobucarb는 mobile, isazofos를 포함하는 6종 농약은 토양에 따라 moderately mobile 또는 slightly mobile 등급에 속하였다. 그리고 Koc와 토양 중에서의 반감기를 기준으로 지수화한 Groundwater Ubiquity Score(GUS) index 방법과 Koc와 분해상수 및 토양환경조건의 영향을 고려하는 흡착/분해 표준지수 방법을 이용한 용탈잠재성은 metolcarb, fenobucarb 및 molinate는 용탈 가능성이 있고 isazofos, dimepiperate 및 diazinon은 약간의 용탈 가능성이 있는 것으로 나타났으며 fenitrothion, parathion 및 chlorpyrifos-methyl은 용탈 가능성이 매우 낮은 것으로 평가되었다. 흡착/분해 표준지수 방법을 변형하여 Koc값 대신에 Kd값으로 평가하면 유기물 함량이 높은 제주토양에서는 유기물 함량이 낫은 다른 토양에 비하여 농악의 용탈잠재성이 낮은 것으로 나하나 농약의 흡착에 직접적인 영향을 미치는 토양 유기물이 용탈 잠재성을 결정짓는 중요한 요인으로 작용하였다.
농약 잔류물을 70% acetone으로 추출한 다음 dichloromethane 층으로 옮겨 추출물을 florisil과 alumina-N으로 충진시켜 column chromatography를 행하였다. 마지막 추출물을 electron-capture detector(GC/ECD)와 nitrogen-phosphorus detector(GC/NPD)를 가진 GC로 분석하였다. 분석 결과 17 가지의 유기염소계 농약과 15 가지의 유기인계 농약의 회수율이 각각 60.8 에서 84.9%와 70.5에서 100.0%의 범위이었으며(phosmet와 azlnphos-methyl은 제외) 본 분석 방법의 최소 검출 준위도 낮았다(0.021-0.058mg/kg).
유기인계나 카바메이트 살충제는 신경전달계 효소인 Acetylcholinesterase(AchE)를 저해하므로 농산물중에서 농약의 잔류여부 확인이 가능하다. 이러한 바이오센서는 환경 관리를 위한 민감한 센서로 사용될 수 있으며, 최근에는 AchE를 이용한 잔류농약을 측정할 수 있는 바이오센서 기술이 주목을 받고 있다. 우리는 최근에 감광성고분자물질인 고정화물질을 이용하여 광기교화반응에 의해 AchE를 막에 고정화시켜 잔류농약을 측정할 수 있는 바이오센서를 개발하였다. 고정화시킨 효소는 $4^{\circ}C$에서 6개월 동안 안정하였으며, 유기인계와 카바메이트계의 농약에 대한 반응에서도 기존의 용액형태의 효소보다 민감한 반응을 보였다. 또한 본 연구개발로 제작된 바이오센서에 의한 잔류농약 측정법은 용액형태의 효소에 의한 잔류농약 측정법보다 신속 간편하여 5분 안에 잔류농약에 대한 효소의 억제율을 측정할 수 있었으며, chlorpyrifos, cabaryl, carbofuran methidathion에 대해 농약의 검출 능력이 정밀분석법에 의한 검출한계에 근접한 것으로 나타났다
다성분 동시분석방법의 적용성을 검토하기 위하여 골프장 농약잔류량검사 대상항목 30종 중 다성분 동시분석이 가능할 것으로 판단되는 24종(유기인계 농약 11종, 유기염소계 농약 5종, 합성피레스로이드계 농약 4종 및 기타 농약 4종 및 농약성분에 대한 토양 잔디 물 등 매체별 회수율 실험 결과, 다성분 동시분석방법의 적용이 가능한 농약은 16종이었으며, 모든 매체에서 70% 이상의 회수율을 보였다. 이들 농약을 계통별로 분류하면, 유기인계 농약 8종(chlorpyrifos, chlorpyrifos-methyl, diazinon, EPN, fenitrothion, phenthoate, phosalone, and toclofos-methyl), 유기염소계 농약 4종(daconil, captan, endosulfan, and tetradifon), 합성피레스로이드계 농약 2종(fepropathrin, lambda-cyhalothrin), 기타 농약 2종(bromopropylate, pendimethalin)이었다. 다성분 동시분석방법의 적용 할 수 없는 8종의 농약 중 dicofol의 경우는, 물과 잔디에서는 회수율이 70%를 상회하였으나, 토양에서는 53%로 나타나 토양의 경우 다성분 동시분석방법의 적용은 어려운 것으로 판단되었다. 또한 amitraz는 매체별 회수율이 70% 이하였고, pyraclofos는 매체별 평균 회수율이 다성분 동시분석방법 적용기준($70{\sim}130%$)에 벗어났으며, bensulide, deltamethrin, iprodione, phosphamidon, tralomethlin의 농약은 전혀 검출되지 않아 본 연구에서 사용한 다성분 동시분석방법을 적용할 수 없었다.
농작물중 농약 잔류량조사 계획의 일환으로 전국주요시설 재배지에서 채취한 딸기와 오이 각 50점과 서울시 소재 5개 슈퍼마켓에서 시판되는 딸기를 수집, 농약 잔류량을 조사하였다. 딸기에서는 일부 시료에서 procymidone, chlorothalonil. captan, diazinon, ${\alpha}-endosulfan$ 등이 미량으로 검출되었으나 조사최대치의 경우에도 잔류허용기준의 1/79~1/2 에 불과하였다. Malathion, Fenitrothion, parthion 등 유기인계 살충제는 전시료에서 불검출되었으며 시판 딸기에서도 이와 비슷한 경향이었다. 오이에서는 유기인계 살충제가 전시료에서 불검출되었으며 기타 살균제의 검출빈도는 딸기와 비슷하였으나 잔류수준은 다소 낮은 경향이었다. 딸기와 오이 중 검출 빈도와 잔류수준이 비교적 높았던 농약은 procymidone과 chlorothalonil로서 이들의 조사최대치도 잔류허용기준에 크게 미달되고 있어 현재로서는 별 문제가 없는 것으로 판단되고 있다. 수일에 의한 딸기중 잔류농약의 경감효과는 38~95%로서 상당부분이 제거 되었다. 딸기 잿빛 곰팡이병 방제약으로 현재 많이 사용되고 있는 procymidone이나 dichloflanid에 대한 농약잔류향조사는 국내에서는 처음으로 시도되었으며, 아울러 본 조사연구는 금후 이들 농약에 대한 잔류허용기준설정에 기초자료가 될 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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