벗초파리(Drosophila suzukii)는 베리류 작물, 체리, 포도 등에 심각한 수확량 손실을 입히는 해충이다. 잘 알려진 훈증제인 phosphine (PH3)과 ethylformate (EF)를 저온과 병합처리 하면 벗초파리의 살충효과가 상승되는데 그 원인을 규명하고자 본 연구에서는 TUNEL assay 를 이용한 apoptosis 분석과 이차원 전기영동(2DE) 및 MALDI-TOF/TOF를 통한 벗초파리 체내 단백질 변화를 분석하였다. Apoptosis 분 석 결과, 저온과 훈증제 복합 처리구, 각각의 훈증제와 저온 단독 처리구 순으로 apoptosis가 강한 경향을 보였다. 단백질 발현 분석 결과, 약 800 개의 spot이 관찰되어 그 중 가장 변화가 큰 42개의 spot을 동정한 결과, cathepsin D과 heat shock protein 83이 훈증제와 저온 복합처리군에 서 발현이 현저히 증가했다. 이러한 결과는 훈증제와 저온 복합처리에 의한 벗초파리의 살충효과 상승작용에 대한 생리학적 변화를 확인하는 중 요한 지표가 될 수 있다.

Ethyl formate (EF) is a potent fumigant replacing methyl bromide. The use of EF is limited to a quarantine process. Appling EF to agricultural field as a safe insecticide in greenhouse give us valuable benefits including less residual concern. In this regard, residual pattern after EF fumigation in greenhouse should be undertaken. In the previous study, we have established agricultural control concentration of EF to control pests in a greenhouse. EF was fumigated at 5 g m-3 level for 2 h. The concentration of EF inside a greenhouse was analyzed to be 4.1-4.3 g m-3 at 30 min after fumigation. To prepare an analytical method for residues in cucumber crops and soil in the greenhouse, the limit of detection (LOD) of the method was 100 ng g-1 and the limit of quantitation (LOQ) of this method was 300 ng g-1. R2 values of calibration curves for crops and soil were 0.991-0.997. In samples collected immediately after ventilation, EF concentration was determined to be below LOQ level. In addition, EF level was below LOQ in samples collected at 3 h after ventilation except that leaf samples of melon during the flowering period showed a level of 1,068.9 ng g-1. Taken together, these results indicate that EF used in quarantine can be applied to agricultural fields without residual issue as an effective fumigant for insect pest control.

본 연구는 식물검역 분야에서 주요하게 사용되고 있는 메틸브로마이드 훈증제로 인해 발생하는 약해를 저감하기 위한 물질을 모델식물인 애기장대를 이용하여 스크리닝하였다. 사전연구를 통하여 메틸브로마이드 훈증제의 식물 독성 메커니즘으로 활성산소발생와 식물 성장 호르몬인 옥신의 식물체 내 분배억제효과가 발생하는 것을 바탕으로 하여, 약해 저감물질후보군으로 활성산소를 제거하는 역할을 하는 ROS scavenger 2종 (NAC, GSH)과 옥신을 훈증제 처리 전 애기장대에 처리한 후 약해의 저감 정도를 육안평가와 더불어 관련 유전자의 발현을 확인하였다. 연구 결과 메틸브로마이드에 의해 유도된 약해는 옥신보다는 활성산소를 저감시키는 물질후보군들에서 약해 저감효과가 나타났다. 이 중 GSH을 이용하여 농도구배하여 전처리하였을 때, 5 mM GSH 전처리 후 메틸브로마이드 훈증 시 약해 저감효과가 두드러졌다. GSH 전처리 시 식물체 내에 MBF1c와 HSP70 유전자 발현이 증가하는 것을 확인하였으며, 이는 메틸브로마이드 훈증으로 유도되는 약해를 방어하는 역할을 담당하였을 것이라고 평가된다. 따라서, 식물검역 훈증제 메틸브로마이드에 의해 발생하는 약해를 저감하는 데 GSH의 사용가능성을 평가하였으며, 이를 기반으로 다양한 식물체에 적용하여 수출입 시 약해로 인한 경제적 손실을 감소시킬 수 있기를 기대한다.

인삼 뿌리썩음병균(Cylindrocarpon destructans)과 뿌리혹선충(Meloidogyne spp.)은 국내 인삼(panax ginseng C. A. Meyer) 연작장해의 주요인으로, 인삼 생산성 향상을 위해 방제가 필요하다. 본 연구는 새로 개발한 액제 훈증성 토양 소독제를 살포하며 동시에 비닐피복이 가능한 트랙터부착형 토양 소독기를 이용하여 dimethyl disulfide (DMDS)를 처리하였을 때, C. destructans와 뿌리혹선충의 방제효과를 분석하고, 시작기의 성능을 확인하기 위해 수행하였다. 토양 소독기를 이용하여 인삼 재배 포장에 DMDS를 처리한 후 비닐이 피복된 상태에서 5주간 훈증하였다. 토양 소독기의 성능은 약제 살포량 오차 2.5%, 작업능률 0.9h/10a로 40%의 노력절감 효과가 있는 것으로 나타났다. 또한, 처리 전후 C. destructans 의 밀도를 분석한결과 82.5%의 밀도 억제 효과가 있는 것으로 나타났으며, 뿌리혹선충 방제효과는 100%로 나타났다. 따라서, 본 토양 소독기 시작기를 이용하여 능률적으로 DMDS를 처리할 수 있으며, C. destructans와 뿌리혹선충의 방제효과를 볼 수 있는 것으로 판단된다.

FDM 3D printing structures have rough surfaces and require post-treatment to improve the properties. Fumigation is a representative technique for removing surface unevenness. Surface treatment by fumigation proceeds by dissolving the surface of the protruding structure using a vaporized solvent. In this study, 3D printed PVB outputs are surface-treated with ethyl-alcohol fumigation. As the fumigation time increases, the surface flattens as ethanol dissolves the mountains on the surface of PVB and the surface valleys are filled with dissolved PVB. Through the fumigation process, the mechanical strength tends to decrease, and deformation rate increases. Ethanol vapor permeates into PVB, widening the distance between chains and resulting in weak bonding strength between chains. In order to confirm the effect of fumigation only, an annealing process is performed at 80 oC for 1, 5, 10, 30, and 50 minutes and the results of the fumigation are compared.

에틸포메이트는 살충 효과가 빠르고 환경에 무해하며 특히 인축독성이 낮아 검역용 훈증제로 등록되어 있다. 이러한 에틸포메이트를 이용하여 훈증 챔버 (0.275 m3) 내에서 4종의 농업 해충 (오이총채벌레, 담배가루이, 복숭아혹진딧물, 점박이응애)과 4종의 작물 (참외, 오이, 토마토, 고추) 유묘기를 대상으로 12시간 훈증 처리하여 약효와 약해를 평가하였다. 에틸포메이트 1.5 g/m3의 약량으로 12시간 훈증 했을 때 담배가루이와 복숭아혹진딧물은 93.3% 이상의 높은 살충력를 나타내었으나, 점박이응애는 2.0 g/m3 약량에서도 20% 미만의 낮은 살충력을 나타내었다. 그리고 에틸포메이트의 CT값(농도ⅹ시간)이 훈증 처리 온도 20 ± 1.5℃에서 8.9 g･h/m3 이상일 때 점박이응애를 제외한 나머지 3종의 해충에 대해서 90% 이상의 살충 효과를 얻을 수 있었다. 에틸포메이트 1.5 g/m3의 약량으로 상기 4작물을 12시간 훈증했을 때 약해 증상은 나타나지 않았다. 따라서 에틸포메이트 훈증기술은 시설 내 해충방제를 위한 새로운 방식이 될 수 있으며 관행적인 살충제의 사용을 줄일 수 있을 것으로 생각된다. 그러나 해충의 충태별, 작물의 생육 시기별 에틸포메이트 약효 및 약해에 대한 많은 연구가 이루어져야 할 것으로 생각된다.

많은 산림해충들은 목재검역에서 문제가 되고 있어 포스핀(PH3)을 이용하여 광릉긴나무좀, 왕녹나무좀, 노랑애나무좀의 성충에 대한 살충 활성을 조사하였다. 3종의 나무좀류에 대하여 99% 살충활성을 보이는 LCT값은 각각 3.192 (광릉긴나무좀), 0.994 (왕녹나무좀), 0.501 mg ‧ h/L (노랑애나무좀) 순으로 나타났다. 포스핀을 처리한 3종의 나무좀류는 시간이 지남에 따라 살충활성도 증가하였다. 특히 광릉긴나무좀에서 는 0.4 mg/L 이상의 농도에서 약제처리 7일 후에 100%의 사충률을 보였다. 이러한 결과로 볼 때 포스핀이 3종의 목재해충 성충에 대해 메칠브 로마이드의 대체훈증제로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

알락하늘소(Anoplophora chinensis)와 유리알락하늘소(A. glabripennis)는 전 세계적으로 검역상 중요한 하늘소과 해충이다. 우리나라에서 이들은 자연 기주목과 분재에서 피해를 주고 있다. 본 연구에서는 분재에서 phosphine의 이들 두 하늘소에 대한 방제효과를 조사하였다. Phosphine은 솔수염하늘소 유충과 알에 대해 높은 훈증효과를 보였다. 2 g/m3 농도의 phosphine을 24시간 훈증처리 시 유리알락하늘소와 알락하늘소 난은 부화하지 못하였고, 알락하늘소 유충은 동일농도에 168시간 훈증처리 시 100% 치사되었다. 분재 생육기(2월)나 휴면기(1월) 모두에서 phosphine 훈증제는 2 g/m3 농도에서 두 알락하늘소를 100% 치사시켰다. 그러나 2월에 각 분재목[단풍나무(Acer palmatum)와 소사나무(Carpinus turczaninowii), 아그배나무(Malus sieboldii)]을 대상으로 훈증처리 시, 세 수종 모두에서 잎과 꽃잎의 크기가 작아지고, 꽃의 개화가 지연되는 약해가 발생되었다.

주요 농업해충인 복숭아혹진딧물 약충과 성충을 대상으로 포스핀 및 에틸포메이트 훈증제에 대한 감수성 평가를수행하였다. 포스핀은 6개 농도(0.025, 0.051, 0.099, 0.501, 0.999 및 2.001 mg/L)를 처리하였으며, 그 결과 0.099 mg/L에서약충과 성충은 각각 39.3%, 44.9%의 살충률을 보였으며, 두 태 모두 0.501 mg/L 이상 처리구에서는 100% 사망하여포스핀을 대상으로 한 약충과 성충의 LCT50 값은 각각 1.983, 1.845 mg h/L임을 확인하였다. 에틸포메이트 처리는약충은 7개 농도(0.45, 2.55, 3.98, 5.03, 9.77, 15.03 및 20.29 mg/L), 성충은 6개 농도(1.05, 2.03, 3.01, 4.06, 5.03 및9.77 mg/L)를 처리하였으며, 그 결과 5.03 mg/L에서 약충과 성충은 각각 95.6, 96.7%의 살충률을 보였으며, 9.77mg/L 이상 처리시 100% 사망하여 에틸포메이트를 대상으로 한 LCT50 값은 각각 1.593, 2.295 mg h/L임을 확인하였다.

쌀에 발생하는 해충인 머리대장가는납작벌레를 대상으로 포스핀 훈증제 감수성 평가를 수행하였다. 머리대장가는납작벌레 알, 후기유충 및 성충을 대상으로 수행하였으며, 포스핀은 0.025, 0.051, 0.099, 0.501 및 0.999 mg/L 5개농도를 20시간 동안 처리하였다. 그 결과, 머리대장가는납작벌레 알은 0.025 mg/L에서 46.5%의 살충률을 보였고0.999 mg/L에서는 100.0%의 높은 살충률을 확인하였다. 후기유충과 성충은 0.099 mg/L 농도에서 각각 98.9, 94.4%의살충률을 보였으나, 0.501 mg/L 처리시에는 후기유충 및 번데기 모두 100%의 살충률을 확인하였다. 포스핀을 대상으로한 머리대장가는납작벌레의 태별 LCT50 값은 알은 0.710 mg h/L, 후기유충과 성충은 각각 0.254, 0.477 mg h/L로나타났으며, LCT99 값은 알은 1.593 mg h/L, 후기유충 1.278 mg h/L, 성충 3.042 mg h/L임을 확인하였다.

메틸브로마이드(MB)는 오존층 파괴물질로서 환경문제와 중독의 안전성 문제가 발생하고 있다. 저곡해충방제에포스핀 훈증제(PH3)가 지속적으로 사용되어졌고, 최근 PH3 저항성 해충 발생이 높아지고 있는 실정이다. 이를대체하기 위해 환경문제 및 저항성에 대해 유해성이 적은 에틸포메이트 훈증제(EF)가 주목받고 있다. 본 연구에서는포스핀 훈증제를 대체할 수 있는 에틸포메이트 훈증제에 따른 포스핀 저항성 쌀바구미의 살충효과를 메틸브로마이드와 비교분석하였다. 메틸브로마이드 10mg/L를 처리하였을 때 전기유충과 성충에서 100%의 살충율 보였고 후기유충과번데기에서는 50%의 낮은 살충율을 보였다. 에틸포메이트 70mg/L를 처리하였을 때는 전기유충과 번데기에서 100%의사충율을 보였고 후기유충과 성충에서도 90% 이상의 높은 살충율을 보였다. 에틸포메이트 훈증제는 높은 살충율을보이므로 메틸브로마이드와 포스핀을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

전 세계적으로 저곡해충 방제를 위해 포스핀 훈증제가 많이 사용되어 왔다. 포스핀 훈증제의 지속적인사용으로저곡해충의 포스핀 훈증제 저항성이 보고되고 있다. 포스핀 훈증제 저항성 저곡해충의 출현 빈도가 높아짐에 따라유전자 분석을 통해 유전자 변이를 파악하고, 포스핀 훈증제 저항성 해충에 맞는 방제방법 확립이 필요하다. 본연구에서는 저곡해충 3종(가루개나무좀, 거짓쌀도둑거저리, 쌀바구미)의 포스핀 훈증제 저항성종과 감수성종에대하여 포스핀 저항성 획득 유무를 확인할 수 있는 Dihydrolipoamide dehydrogenase(DLD) 유전자의 아미노산 변이를비교분석하였다. 시험결과 포스핀 훈증제 저항성 가루개나무좀과 거짓쌀도둑거저리는 P(Proline)에서 S(Serine)로아미노산 변이가 일어났고, 쌀바구미에서는 N(Asparagine)에서 T(Threonine)로 아미노산 변이를 확인하였다.

이산화염소(ClO2) 키트를 이용한 식품 저장시설에서의 훈증 상용화 기술개발을 위하여 저장해충들에 대한 훈증효과를 검증하였다. ㈜농심의 원주, 강릉, 안동, 순천, 광주, 전주, 제주물류센터에서 화랑곡나방 유충, 성충, 어리쌀바구미성충, 거짓쌀도둑거저리 성충, 수시렁이류 유충을 대상으로 이산화염소 훈증효과를 조사한 결과, 원주의 경우 처리구에서 3일째 화랑곡나방 성충과 수시렁이 유충 생존률이 0%였으며, 강릉도 각각 13.33, 16.6%로 낮게 나타났다.안동에서는 무처리구에서 화랑곡나방 유충과 성충의 7일째 생존률이 32, 23.33%, 처리구는 10.34, 0%, 화랑곡나방성충과 어리쌀바구미 성충의 경우 순천 처리구에서 8일째 모두 0%였으며, 광주 처리구에서는 각각 8일, 9일째0%, 전주 처리구에서도 각각 9일, 8일째 0%로 무처리구보다 생존율이 낮았다. 7곳의 물류센터에서 이산화염소처리구에서 대상해충들의 생존률이 낮게 조사되어 이산화염소의 방충효과가 있는 것으로 판단되었다.

이산화염소 훈증 처리는 저곡해충에 대한 방제 가능성을 가지고 있다. 특히 체내로 독성 가스의 침투력을 높이기 위해 기문의 개방화를 유 도하면 이 훈증 가스 처리 효과를 증가시킬 수 있다. 이 가설을 증명하기 위해 본 연구는 이산화염소 훈증 처리에 감수성을 보이는 화랑곡나방 (Plodia interpunctella)을 대상으로 기문 개방 활동을 분석하였다. 화랑곡나방 유충의 기문은 모두 9쌍으로 앞가슴에 1쌍 그리고 복부에 8쌍을 각 각 지니고 있다. 이들은 몸 내부에 가로 및 세로기관지와 연결된 구조를 지녔다. 기문 개방 유무는 염색액 침투 방법으로 판정하였으며 이를 토대 로 분석한 결과 주변 온도 증가에 따라 기문 개방화는 약 60% 까지 증가하였다. 특히 이산화탄소에 노출되면 기문개방화는 약 95%까지 증가하였 다. 반면에 이산화염소에 노출되면 화랑곡나방 유충의 기문은 대부분 닫혀 기문개방율이 약 25%로 줄었다. 이산화염소 처리에 이산화탄소를 추 가한 결과 기문개방율은 이산화탄소 단독 처리만큼 크게 증가하였다. 이를 토대로 두 혼합 가스를 처리하여 살충효과를 분석한 결과 이산화염소 단독 처리에 비해 혼합처리가 현격하게 높은 살충력을 나타냈다.

소나무재선충병 피해목을 제거하는 방법 중 매개충이 서식하는 벌채목 대상으로 하는 훈증방제법이 있다. 그러나 훈증방법 은 피복재가 훼손되면 재산란의 우려가 있다. 또한 숲가꾸기 산물을 임내 존치했을 때도 매개충(솔수염하늘소)의 서식처로 활용될 수 있다. 본 실험은 훈증목과 숲가꾸기 산물에 대한 매개충의 산란여부와 진주, 사천, 거제의 4개소 109개 훈증무더기에 대해 훈증 피복재의 훼손여부를 알아보았다. 2010년~2014년까지 동일공간에 배치한 훈증목에 매개충을 방사한 결과, 2010년~2013년 훈증목에서는 유충이 없었지만 2014년 훈증목에서는 솔수염하늘소의 유충이 발견되었다. 그러나 2013년과 2014년 훈증목을 각각 따로 사육상에 배치 후 산란을 유도했을 때 2013년 처리구에서 유충 1마리가 발견되었다. 소나무재선충 병 피해지 3지역 4개소에서 훈증무더기를 109개 대상으로 훈증 피복재의 찢어짐, 구멍 등을 조사한 결과 평균 14.7 %의 훼손율을 보였지만 2015년 훈증무더기 피복재는 전혀 훼손되지 않았다. 또한 2012년부터 2014년까지 리기다소나무(Pinus rigida)를 대상으로 숲가꾸기를 실시한 지역에서 존치된 벌채목에서 하늘소류의 침입공과 탈출공이 다수 발견되었다. 숲가꾸 기 산물을 수집 후 야외 사육상에 배치 후 매개충의 산란을 유도한 결과 2012~2014년 산물에서는 유충이나 유충 침입공을 발견할 수 없었다.

포천시 소재 산림생산기술연구소 잣나무림에서 소나무재선충병 감염목의 메탐소듐 훈증방제시 외부로 유출되는 이소시안화메틸(MIC, methyl isocyanate)과 이소티오시안화메틸(MITC, methyl isothiocyanate)의 발생량을 시간 및 거리별로 측정하였다. 메탐소듐은 소나무재선충병 훈증방제 지침에 따라 처리하였으며, MIC와 MITC는 미국 직업안전위생관리국(OSHA)의 No. 54 방법에 근거하여 측정 및 분석하였다. MIC 발생량은 훈증제 처리 1일차에 최대 0.55 ㎍/㎥으로 가장 많았으며, 시간이 경과할수록 지속적으로 감소하여 7일차에는 최대 0.07 ㎍/㎥으로 감소하였다. 거리별로는 훈증제 처리 중앙지점에서 발생량이 많았으며, 20m와 50m 지점에서는 처리 7일차에 검출되지 않았다. 측정된 MIC 발생 최대량은 미국 EPA와 국내 고용노동부의 급성노출기준인 50 ㎍/㎥(1일 8시간 노출 또는 일주일 40시간 노출), 미국 캘리포니아 EPA의 만성노출기준인 1 ㎍/㎥(6개월 ~ 7년 지속 노출)의 1.1 ~ 55% 수준으로 확인되었다. MITC 발생량은 훈증제 처리 1일차에 최대 115.72㎍/㎥으로 가장 많았으며, 3일차부터 급격하게 감소하여 7일차에는 최대 14.27㎍/㎥으로 감소하였다. 거리별로는 훈증제 처리 10m 지점 이후에서는 1일차부터 MITC가 검출되지 않았다. 미국 EPA의 MITC 급성노출기준은 67㎍/㎥으로, 1일차 처리 원점을 제외한 전 기간 및 지점에서 기준 이하로 검출되거나 미검출되었다.

포스핀 정제(에피흄, 공기중 수분과 반응하여 포스핀 가스를 만드는 제형)는 현재까지 알려진 훈증약제 중 저곡해충방제를 위해 양곡창고, 검역전처리 등에 널리 사용 중이다. 또한 경제적이고 편리한 물질로 처리후 잔류성이 없어 전 세계적으로 광범위하게 사용하였다. 그러나 온도별 발생량이 일정치 않으며, 훈증시설을 고려하지 않고 과도한 약량 처리로 인해 포스핀 저항성 해충이 보고되고 있다. 국내 수입 곡류 보관중인 대한곡물협회에 최근 보고에 따르면 포스핀 정제를 이용한 방제에 실패하였으며, 이는 수입국에서 유입된 저곡해충의 알, 유충 등은 곡물내부에 존재하는 포스핀 저항성 저곡해충일 가능성이 높아 기존 검역 처리방법을 재정립이 필요하다. 이에 어리쌀바구미에 대한 포스핀 약제 감수성을 평가하여 소독처리기준에 적용하고자한다. 본 실험에서는 포스핀 훈증제의 농도별(0.001~2.0 mg/L)로, 포스핀 약제에 노출되지 않은(감수성 집단) 어리쌀바구미와 포스핀 약제에 꾸준히 노출(저항성 집단)된 어리쌀바구미에 대해 20℃에서 약효를 확인하였다. 시험결과 감수성 어리쌀바구미는 0.02 mg/L의 농도에서 100% 사멸하였지만, 저항성 어리쌀바구미는 감수성 어리쌀바구미의 100배 농도인 2.0 mg/L 농도에서 75%의 살충율을 보였다.