Introduction
배추좀나방(Plutella xylostella, diamondback moth)은 배추(kimchi cabbage), 무(radish), 케일(kale), 브로콜리(broccoli) 등의 십자화과 작물을 가해하는 농업 해충이다(Couty et al., 2006). 전세계적으로 영국, 캐나다, 인도, 중국, 호주 등 아열대 지역에서 발생하며(Dosdall, 1994; Chapman et al., 2002; Uthamasamy et al., 2011; Wei et al., 2013; Perry et al., 2019), 세계 경제에 연간 40 - 50억 달러의 경제적 손실을 입히는 것으로 보고되고 있다(Furlong et al., 2013). 국내에서 배추좀나방은 이른 봄철과 가을에 발생하는 것으로 보고되고 있다(Kim and Lee, 1991). 배추좀나방의 가해는 유충 단계에서 발생하며 령기에 따라 1령충은 주로 잎의 해면엽육조직을 가해하며 노령유충은 아래 잎표면을 가해하여 잎에 구멍을 내어 작물의 성장을 더디게 하면서, 피해 작물의 상품적 가치를 하락시키고 수량 손실을 초래하여 경제적인 피해를 끼친다(Kim et al., 2000; Jeon et al., 2005).
배추좀나방을 방제하기 위하여 많은 종류의 화학합성 살충제들이 등록되어 있는데, 유기인계(Wang and Wu, 2012; Kim et al., 2017), 피레스로이드계, 곤충성장저해제(insect growth regulator, IGR) 계통(Douris et al., 2016; dos Santos Stecca et al., 2017), 스피노신계(Zhao et al., 2006; Lima Neto et al., 2016), 디아마이드계(Wang and Wu, 2012; Ribeiro et al., 2017) 등과 같이 여러 종류의 작용기작을 가지고 있는 살충제가 사용되고 있다. 또한 Bacillus thuringiensis (B.t) 균주를 사용한 살충제(Tabashnik et al., 1990; Zago et al., 2014)와 식물성 기름 성분을 사용한 살충제(Pavela, 2012; Filomeno et al., 2017)가 사용되고 있다.
하지만 살충제의 오남용에 따른 배추좀나방의 살충제에 대한 저항성이 전세계적으로 발달되고 있다고 보고되고 있다. 중국의 양쯔강 지역의 배추좀나방에서는 abamectin과 chrolfenapyr에서 높은 수준의 저항성이 보고되었다(Jiang et al., 2015). 호주에서는 피레스로이드계 살충제의 사용이 증가함에 따라 저항성이 발달하였다는 연구 보고가 있다(Endersby et al., 2008). 또한 dimide 계열의 살충제는 배추좀나방을 포함한 남미토마토나방(Tuta absoluta), 파밤나방(Spodoptera exigua), 이화명나방(Chilo suppressalis), 차애모무늬잎말이나방(Adoxophyes honmai)과 같은 나비목 해충에서 저항성이 나타나고 있다는 보고도 있다(Wang and Wu, 2012; Uchiyama and Ozawa, 2014; Roditakis et al., 2015; Kang et al., 2017; Yao et al., 2017; Zuo et al., 2017).
국내에서는 1991년 대관령 지역 개체군에서 B.t계 약제에 대한 저항성 발달(41.3배)이 보고되었고(Song, 1991), 유기인계, 피레스로이드계, 유기염소계 살충제에서 각각 3.3 - 61.1, 7.5 - 141.7, 10.5 - 33.3배 저항성이 발달한 것으로 조사되었다(Lee et al., 1993). 이후 카바메이트계(Cho et al., 2001)와 B.t계(Kim et al., 2010) 약제들에 저항성 발달이 보고되고 있다.
배추좀나방의 저항성 발달에 관한 연구가 늘어남에 따라 국내에서도 인도와 중국과 같이 살충제 저항성 및 감수성을 모니터링하고 대책을 수립할 필요성이 제기되고 있다(Jiang et al., 2015; Kwon et al., 2015; Tamilselvan et al., 2021). 따라서 본 논문에서는 국내 5개의 권역 중 경기도와 영남 권역의 3개의 시·군의 배추 재배지에서 채집된 각 시군의 배추좀나방 개체군에 대하여 배추좀나방에 등록된 살충제 가운데 단제로 된 8개 살충제에 대하여 감수성을 모니터링하고 경제적이고 지역별 저항성 개체의 발생을 지도화하여 효과적인 방제법을 모색하고자 한다.
Materials and Methods
대상곤충 채집 및 사육방법
본 실험에 사용된 배추좀나방(P. xylostella) 지역 개체군은 경기도와 영남 권역 각 3개의 시군에서 채집하였다. 2023년 3월부터 5월까지 경기도 여주(YJ), 경기도 용인(YI), 경기도 포천(PC), 경상남도 김해(GH), 경상북도 상주(SJ), 경상남도 통영(TY)의 배추 재배지에서 채집하였다(Table 1). 지역 개체군의 유지 및 증식은 지역별 개체군의 오염을 방지하기 위하여 각각의 아크릴케이지(30 cm × 30 cm × 60 cm)에 배추 유묘를 정기적으로 공급하여 온도 25 ± 2℃, 상대 습도 50 - 60%, 광조건 16L : 8D 조건에서 누대 사육하였다. 실험에 사용할 감수성 개체군을 평가하고자 충남대학교 곤충생리학실험실에서 10년이상 살충제에 노출시키지 않고 누대 사육한 개체군(S1)과 ㈜동방아그로에서 15년이상 살충제에 노출시키지 않고 누대 사육한 개체군(S2)을 분양받아 실험하였다.
실험약제
실험에서 사용된 약제는 2023년 현재 배추좀나방에 등록되어 있는 살충제 중 Insecticide Resistance Action Committee (IRAC)에서 제시한 살충제의 계열 구분법에 따라서 14개의 단제를 우선 선발하였다. 그 중 사용량이 많은 살충제 8종, etofenprox (20% EC, Sebero, Kyung Nong, Korea), spinetoram (5% WG, Delegate, FarmHannong, Korea), emamectin benzoate (2.15% EC, Eipam, Syngenta, Korea), chlorfenapyr (10% SC, Sekkueo, FarmHannong, Korea), methoxyfenozide (21% SC, Runner, FarmHannong, Korea), indoxacarb (5% SC, Jonggyeolja, Hanearl Science, Korea), cyantraniliprole (5% EC, Prokyueo, Kyung Nong, Korea), fluxametamide (9% EC, Captain, Kyung Nong, Korea)를 선발하여 사용하였다(Table 2).
생물검정
배추좀나방의 생물검정 방법은 IRAC에서 제안한 ʻIRAC SUSCEPTIBILITY TEST METHOD 018’에 따른 엽침지법(leaf dipping method)으로 수행하였다. 배춧잎 절편(6 cm)을 각 농도의 살충제 용액에 30초간 침지 후 3시간동안 음건하였다.
약제 처리된 배추 절편을 여과지(Filter-paper No.1, ADVANTEC Group, Japan)를 깐 petri dish (Cat. No. 10090, SPL Life Sciences, Korea)에 옮기고 실내 증식한 배추좀나방 2 - 3령 유충을 10마리씩 6반복으로 접종하였다. 사충수 조사는 접종 72시간 후에 수행하였으며, methoxyfenozide는 IRAC에서 IGR로 분류하여 지효성 살충제 효력 확인 기준인 120시간 후에 사충수를 조사하여 약효를 판단하였다. 약제별 반수치사농도(LC50 ) 산출은 Abbott의 공식을 따른 보정사충률을 산출 후(Abbott, 1925), SPSS (version 13.0, SPSS, USA)를 이용한 probit분석을 수행하였다(Finney, 1971).
Results and Discussion
감수성 개체군 평가 및 선발
저항성 수준을 비교하기 위해 감수성 평가가 필요하여 감수성 개체로 사용된 S1 개체군과 S2 개체군의 살충제에 대한 감수성 실험 결과, S2 개체군의 LC50값은 etofenprox 0.224 ppm, spinetoram 0.006 ppm, emamectin benzoate 0.010 ppm, chlorfenapyr 0.831 ppm, methoxyfenozide 0.060 ppm, indoxacarb 0.012 ppm, cyantraniliprole 0.003 ppm, f luxametamide 0.004 ppm으로 S1 개체군에 비하여 현저하게 낮게 나타났다. S1 개체군의 경우 대부분의 살충제에 대해 지역별 개체군보다 높은 LC50값이 나오는 것도 있어서 S2를 실험실 개체군(Laboratory population, LAB)으로 선발하였고 이를 감수성 개체로 하여 저항성 발달 정도를 검토하였다(Table 3).
Table 3
Compare of LC50 (ppm) values to each insecticide after treatment for 3 or 5 days with susceptible P. xylostella S1 and S2 population.
국내 지역별 저항성 수준 비교
국내 5개 권역 중 경기도와 영남 2개 권역 3개의 시·군 배추 재배지에서 배추좀나방을 채집하여 증식한 후 엽침지법으로 생물검정을 진행하였다. 지역 개체군 LC50값을 구하고 S2 개체군의 LC50값과 비교한 값(resistance ratio, 이하 저항성비)을 산출하였다. 경기도 여주에서 채집한 개체군으로 실험 결과, 여주 개체군의 저항성비는 etofenprox 34.00배, spinetoram 40.50배, emamectin benzoate 5.00배, chlorfenapyr 2.04배, methoxyfenozide 114.88배, indoxacarb 54.75배, cyantraniliprole 119.00배, fluxametamide 64.00배로 나왔으며(Table 4), methoxyfenozide와 cyantraniliprole은 높은 저항성비를 보였다. 경기도 용인 개체군의 저항성비는 etofenprox 34.67배, spinetoram 23.50배, emamectin benzoate 7.30배, chlorfenapyr 2.84배, methoxyfenozide 37.90배, indoxacarb 42.92배, cyantraniliprole 166.33배, f luxametamide 195.25배로 나왔다(Table 5). Cyantraniliprole와 fluxametamide 약제가 높은 저항성비를 나타냈다. 경기도 포천 개체군의 저항성비는 etofenprox 40.05배, spinetoram 0.08배, emamectin benzoate 38.42배, chlorfenapyr 0.02배, methoxyfenozide 283.23배, indoxacarb 0.09배, cyantraniliprole 3.51배, fluxametamide 0.21배로 비교적 methoxyfenozide 저항성비가 높았다(Table 6).
Table 4
LC50 and LC90 values to each insecticide with Yeoju population P. xylostella after treatment for 3 or 5 days.
Table 5
LC50 and LC90 values to each insecticide with Yongin population P. xylostella after treatment for 3 or 5 days.
Table 6
LC50 and LC90 values to each insecticide with Pocheon population P. xylostella after treatment for 3 or 5 days.
영남권역 김해와 상주에서 채집한 개체군으로 실험 결과, 김해 개체군의 저항성비는 etofenprox 44.65배, spinetoram 27.17배, emamectin benzoate 3.60배, chlorfenapyr 1.90배, methoxyfenozide 80.97배, indoxacarb 61.67배, cyantraniliprole 138.00배, fluxametamide 89.50배로 나왔으며(Table 7), 상주 개체군의 저항성비는 etofenprox 36.11배, spinetoram 24.50배, emamectin benzoate 3.70배, chlorfenapyr 2.81배, methoxyfenozide 85.83배, indoxacarb 57.00배, cyantraniliprole 224.67배, fluxametamide 303.25배로 나왔다(Table 8). 영남 권역 통영 개체군의 저항성비는 etofenprox 23.34배, spinetoram 0.11배, emamectin benzoate 12.33배, chlorfenapyr 0.03배, methoxyfenozide 367.28배, indoxacarb 0.08배, cyantraniliprole 2.57배, fluxametamide 0.25배로 나왔다(Table 9).
Table 7
LC50 and LC90 values to each insecticide with Gimhae population P. xylostella after treatment for 3 or 5 days.
Table 8
LC50 and LC90 values to each insecticide with Sangju population P. xylostella after treatment for 3 or 5 days.
Table 9
LC50 and LC90 values to each insecticide with Tongyeong population P. xylostella after treatment for 3 or 5 days.
약제별 저항성 수준 비교
Etofenprox는 pyrethroid계 살충제로 1987년에 최초로 개발되었으며, 체내에 침투하여 신경계의 나트륨 채널을 조절하여 신경조절을 방해하는 속효성 살충제이다(Hemingway, 1995). Etofenprox의 저항성 개체 보고는 상용화 이후 1년이 경과한 1988년, 바퀴(Blatella germanica)에서 최초로 발견되었다(Umeda et al., 1988). 국내 배추좀나방의 etofenprox 저항성에 관한 연구에서 지역 개체군 LC50값이 1.1 - 2.3 ppm으로 중간 수준의 저항성이 발달되었다 보고했으나(Jeong et al., 2017), 본 실험에서는 Etofenprox의 경기와 영남 권역 지역 개체군 LC50값은 5.229 - 10.002 ppm으로 높은 값을 나타내지만 저항성비를 비교하였을 때는 비교적 높지 않은 값을 나타낸다,
Spinetoram은 spinosyn계 살충제로 주로 신경전달물질에서 억제 작용하는 gamma-aminobutyric acid (GABA)의 전달을 막아 신경 교란을 유발하는 살충제이다(DeAmicis et al., 2011; Zhao et al., 2015; Yin et al., 2017) 인도 배추좀나방의 spinetoram 저항성에 관한 연구에서 지역 개체군의 LC50값이 최대 1.57 ppm로 나왔으며 이를 중간 정도의 저항성으로 평가했다(Tamilselvan et al., 2021). 본 실험에서 spinetoram LC50값은 0.141 - 0.363 ppm으로 높은 저항성이 발생한 지역은 없었다.
Emamectin benzoate은 avamectin계 살충제로 토양 방선균 Streptomyces avermitilis의 발효과정에서 생성되는 물질로 신경근육연접(neuromuscular junction) 부위의 마비 유발을 통하여 해충을 치사에 이르게 하는 작용기작을 가졌다(Jansson et al., 1997). 인도와 하와이 배추좀나방의 emamectin benzoate 저항성 연구에서 지역개체군의 LC50값이 각각 최대 31.77, 39.07 ppm을 보여 저항성 개체로 보고하였다(Mau and Gusukuma-Minuto, 2001; Biradar et al., 2020). 본 실험에서 emamectin benzoate LC50값은 0.036 - 1.268 ppm으로 높은 저항성이 발생한 지역은 없었다.
Chlorfenapyr의 작용기작은 세포 내 미토콘드리아의 ATP (adenosine triphosphate) 생산 과정 중 산화적 인산화 단계를 방해하여 에너지를 생성을 차단하여 치사를 유발하는 살충제로(Raghavendra et al., 2011), 대만에서 chlorfenapyr 저항성 연구에서 지역개체군의 LC50값이 20.56 - 167.05 ppm으로 높은 저항성 개체가 발생하였다 보고했다(Kao and Cheng, 2001). 본 실험에서 chlorfenapyr의 LC50값은 1.577 - 2.997 ppm으로 나오고 저항성 비도 0.02 - 2.84배로 나왔으나, 감수성 개체군의 LC50값이 0.831 ppm으로 비교적 높게 나왔으므로 저항성을 가지고 있다고 생각된다.
Methoxyfenozide는 나방류 해충에 특이적 살충효과를 갖는 diacylhydrazine계 살충제로 기존 살충제와는 다른 작용기작으로 타 살충제에 저항성이 생긴 해충에도 교차저항성이 발생하기 힘든 특성을 가졌다(Schneider et al., 2003; Rehan and Freed, 2014). 해충의 탈피호르몬을 유도하여 비정상적으로 빠른 탈피를 촉진하여 치사에 이르게 하는 작용기작을 가진 지효성 살충제로(Smagghe et al., 2003), 하와이 배추좀나방의 methoxyfenozide 저항성 연구에서 LC50값이 최대 235.00 ppm으로 저항성 개체 발생으로 보고되었다(Ellison, 2007). 본 실험에서 methoxyfenozide의 LC50값은 2.274 - 7.643 ppm이고, 저항성비는 37.90 - 367.28배로 나왔다. 경기도에서는 여주와 포천에서 저항성비 114.88배와 283.23배로 2지역에서 저항성비가 높게 나타났다. 영남 권역에서는 통영에서 367.28배로 높은 저항성비를 보였다.
Indoxacarb는 oxadiazine계 살충제로 sodium channels을 차단하여 화학 신호 전달을 방해, 운동신경계를 교란하여 해충을 치사에 이르게 하는 작용기작을 가졌다(Wing et al., 2000). 국내 배추좀나방의 indoxacarb 저항성 연구에서 지역 개체군 LC50값이 0.8 - 1.4 ppm으로 나와 조사 지역에서 저항성이 발달하지 않은 것으로 보고되었다(Jeong et al., 2017). 본 실험에서 LC50값은 0.515 - 1.034 ppm으로 유사한 결과를 보였으나, 저항성비는 경기도 여주와 용인에서 54.75, 42.92배이고, 영남 권역 김해와 상주에서 61.67, 57.00배로 중간 정도 저항성이 발달하였음을 확인하였다. 저항성이 발생했다고 보긴 어렵지만 지속적인 모니터링을 필요로 한다.
Cyantraniliprole은 diamide계 살충제로 해충의 근육 세포 내 칼슘채널을 저해하여 섭식 억제를 통해 치사에 이르게 하는 작용기작을 가졌다(Selby et al., 2013). 국내 배추좀나방의 Cyantraniliprole 저항성 연구에서 지역 개체군에 LC50값이 0.02 - 0.95 ppm으로 낮은 저항성을 보인다 보고했다(Cho et al., 2018). 본 실험에서 Cyantraniliprole은 0.343 - 0.674 ppm으로 유사한 LC50값을 보였으나, 경기도 여주와 용인에서 119.00, 166.33배로 높은 저항성비를 보였으며, 영남 권역 김해와 상주에서 138.00, 224.67배의 높은 저항성비를 보여 저항성이 발달한 것으로 보인다.
Fluxametamide는 기존 diamide계에서 개량된 meta-diamide계 살충제로, GABA의 전달을 차단하고 신경 교란을 유발하여 해충의 성장, 섭식, 번식력 및 다양한 생리학적 및 생화학적 과정에 장애를 주어 치사에 이르게 하는 작용기작을 가졌다(Quan et al., 2016; Umetsu and Shirai, 2020; Jeschke, 2021; Gope et al., 2022). 국내에서 배추좀나방의 살충제로 효력이 뛰어나다는 연구 결과가 있으나(Kim et al., 2019) 저항성에 관한 구체적인 연구는 아직까지 진행되지 않았다. 본 실험에서는 0.256 - 1.213 ppm의 LC50값을 보였으며, 저항성비는 경기도 여주에서는 64.00배로 중간 정도의 저항성비를 보였으며, 경기도 용인에서는 195.25배로 높은 저항성비를 나타냈다. 영남 권역 김해와 상주에서는 89.50배와 303.25배로 높은 저항성 발달을 보였다.
현재 국내에 등록된 대다수 배추좀나방 살충제는 추천 희석 배수가 배추좀나방뿐만 아니라 배추흰나비, 담배거세미나방, 파밤나방 등과 같이 몸집이 더 크고 살충 효력을 보기 위해 더 많은 성분을 투여해야 하는 해충들과 같은 배수로 희석해서 방제하도록 등록되어있다(RDA, 2023). 이는 배추좀나방의 살충제 감수성 실험 결과 높은 살충률을 나타내는 이유이다.
Etofenprox, chlorfenapyr, methoxyfenozide는 다른 살충제들에 비하여 LC50값이 높게 나왔으나 etofenprox, chlorfenapyr와 mehoxyfenozide의 저항성비는 낮게 나왔다. 이는 본 실험에 사용한 감수성 개체군(S2)이 2007년부터 누대사육을 개시하였기에 2007년 이전에 사용 개시한 살충제 etofenprox (1996), chlorfenapyr (1997), methoxyfenozide (2000), indoxacarb (2000) 중에서 etofenprox, chlorfenapyr, methoxyfenozide에 대하여 저항성을 가진 개체로 사육을 시작하여 생긴 결과로 보인다. 2007년 이후에 사용 개시한 살충제들인 spinetoram (2009), emamectin benzoate (2007), cyantraniliprole (2012), fluxametamide (2018)는 모두 높은 살충 효력과 낮은 LC50값을 보였으나 cyantraniliprole과 fluxametamide에서 높은 저항성비를 보였다. 이는 경기도와 영남 권역 지역 개체군이 아직 spinetoram과 emamectin benzoate에 저항성을 가지고 있지 않고 cyantraniliprole과 fluxametamide에서는 저항성이 발달하고 있는 과정으로 보인다.
Endersby 등(2008)은 주로 사용되는 살충제에 대해 저항성 개체만 생존하는 연구 결과를 보고했으며, 해당 지역에서 저항성이 높은 살충제는 사용량이 높은 살충제임을 알 수 있음을 제시하였다. 따라서 현재 등록된 농약 개체군에 대해 지역별로 약제 저항성 수준을 파악하고 지속적인 모니터링을 통해 농약 연용에 의해 저항성 병해충 출현 속도 가속화를 줄이고, 지역에 따른 저항성 정보를 토대로 최선의 약제 선발 기준 제공에 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다.
