농약류 3종의 독성평가를 위해 FETAX(Frog Embryo Teratogenesis Assay-Xenopus) 기법에 따라 국내에 서식 중인 두꺼비(Bufo gargarizans)의 배아를 배양하면서 Benomyl(살균제), Carbofuran(살충제), Thiobencarb(제초제)의 영향을 probit 분석법으로 조사하였다. 그 결과, Benomyl, Carbofuran, Thiobencarb의 농도에 의존하여 유생의 체장 길이는 감소하고 치사율과 기형율은 증가하였다. Benomyl, Carbofuran, Thiobencarb의 teratogenic concentration(EC50)은 각각 1.03, 8.74, 4.98㎎/ℓ 을 나타내어 Benomyl이 기형 유발에 가장 민감하게 반응하였으며, embryo lethal concentrations(LC50)은 7.26, 560.72, 16.87㎎/ℓ 을 나타내어 Benomyl이 가장 낮은 농도에서 배아가 치사되는 것으로 나타났다. Teratogenic index (TI=LC50/EC50)는 Benomyl 7.05, Carbofuran 64.16, Thiobencarb 3.39를 나타내어 TI값이 모두 기형유발물질로 판단되는 기준인 1.5이상으로 시험에 사용된 농약류 3종은 최기형성 물질로 판단된다. Carbofuran이 가장 강력한 최기형성물질로 작용함을 알 수 있었으며, 농약류가 두꺼비 및 양서류의 배아 발달에 미치는 영향과 그 작용기작을 규명하기 위해서는 보다 구체적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

Molecular diagnostic markers are necessary for establishing highthroughput screening systems to support insecticide-resistant population management. Here, we identified single amino acid substitution mutations related to carbamate resistance in Laodelphax striatellus Fallén type-1 acetylcholinesterase (Lsace1) using carbofuran-selected strains. The phenotypic resistance profiles of the final selection strain (SEL9) compared to the susceptible strain revealed a 14-fold higher resistance ratio based on topical application, 1.2-fold higher general esterase activity, and 4.3- fold higher acetylcholinesterase insensitivity based on the 50% inhibitory concentration (I50), suggesting that insensitivity of the target site could occur as a resistance factor. Comparison of the nucleotide sequences of Lsace1 of five strains (SUS, SEL0, SEL3, SEL6, and SEL9) revealed two amino acid substitutions (F330Y and F331H). To understand the roles of these mutations, we determined the allele frequency of both point mutations in the selected strains using quantitative sequencing methods. In addition, several quantitative genotypic traits (e.g., gene copy numbers and transcript levels of Lsace1, Lsace2, and LS.CarE1) were assessed. A correlation analysis of genotypic and phenotypic traits revealed strong correlations between resistance level and I50 with F331H allele frequency. Interestingly, the F331H mutation was negatively correlated with transcript levels of Lsace1, suggesting that selection pressure might result in a reduction of the target gene. Overall, the F331H mutation and reduced mRNA are important factors in the development of carbamate resistance. Furthermore, the point mutation can be used to monitor rapid carbofuran resistance in conjunction with molecular diagnostic methods such as quantitative sequencing.

Laodelphax striatellus is an important pest of rice due to not only sucking rice seedlings, but also transmitting serious plant viruses. Among various kinds of insecticide groups (carbamates, organophosphorus, neonicotinoids, etc.), carbofuran, a systemic carbamate insecticide, has been most extensively used to control rice pests including L. striatellus, resulting in widespread carbamate resistance in Korea and other Northeast Asia countries. To identify the genes associated with carbofuran resistance, we obtained a 14-fold higher resistant strain (SEL9) from the mixed-field population (SEL0) by consecutive selection. A transcriptome-based analysis was conducted and differentially expressed genes (DEG) were compared between the SEL9 and SEL0 strains. A total of 96,185,150 reads were analyzed, of which 62,860,430 reads were mapped. From these reads, 15,356 transcripts were annotated. A total of 327 up-regulated and 275 down-regulated genes were identified in the resistant SEL9 strain compared to SEL0 strain by DEG analysis. Gene ontology (GO) analysis was performed using DEGs showing statistical significance (P < 0.05). The GO analysis identified 1,320 genes in biological process group, 1,100 genes in cellular component group and 428 genes in molecular_function group.

Toxicities of Carbofuran showed different patterns by three application methods, Drench(as systemic effect), Leaf dipping(as contact and systemic effects) and Topical(as contact effect) applications. LC50 dropping pattern was L-shape in Drench, low slope line in Topical and intermediate of them in Leaf dipping. Drench application was the most Carbofuran treatment method to Brown planthoppers. Dropping patterns of LC50 were almost same between resistant and susceptible strains. The checking time of Carbofuran toxicity was suggested to be 2nd day after application by SD analysis of mortality. Resistance ratios were peak on 3rd day after application in Drench, 4th day(Susceptible) and 5th day(Resistant) in Leaf dipping and showed steady increase line pattern in Topical application.

관주처리에 의한 벼멸구 흡즙 섭식 독성, 잎 침지처리에 의한 접촉독성과 식물체내 침투에 의한 섭식독성, 미량국소처리에 의한 표피 접촉 독성 등, 처리 방법에 따른 카보퓨란의 벼멸구에 대한 살충 작용 특성을 분석하였다. 카보퓨란 관주처리는 시간에 따른 벼멸구의 살충력 변화가 2 가지 패턴으로 나타났다. 상대적으로 높은 농도(8~30 ppm)의 처리에서는 급격히 사충율이 올라가다가 시간이 지남에 따라 증가율이 낮아지는 로그곡선의 형태와 낮은 농도(1~4 ppm)의 처리에서는 사충율 증가 패턴이 S 자 모양의 곡선 형태를 보였다. 관주처리 시 높은 농도에서는 처리 효과가 즉시 나타나 하루 만에 치사율이 40% 이상 도달하였으나 상대적으로 낮은 1~2 ppm의 농도에서는 처리 5일 후에야 80~100%에 달하는 사충율을 얻을 수 있었다. 침지처리는 사충율이 처리 1일 후 약효가 급격히 증가하고 이 후 증가율이 낮아졌다. 국소처리도 침지처리와 비슷한 경 향을 보이나 침지처리와는 달리 처리 후 3일 이후에는 사충율이 거의 증가하지 않았다. 약효 최적 조사 시간은 관주처리에서 처리 후 2일 (42시 간)이었으며 침지처리와 국소처리에서는 처리 후 1~2일이 약효 조사 적기였다.

Metabolic resistance mechanisms of Laodelphax striatella to several insecticides, such as neonicotinoids, organophosphates and pyrethroids, have been investigated by evaluating the transcription levels of CYP450 genes. Nevertheless, no study on the CYP450-mediated carbamate resistance in L. striatella has been conducted to date. Here, we determined the transcription levels of six CYP450 genes and one carboxylesterase gene to screen detoxification genes associated with carbamate resistance. The CYP6CW1 exhibited the highest transcription level (18 fold) in a resistance strain. Interestingly, its transcription level increased slightly (3 fold) in a susceptible strain upon the exposure to a sublethal dose (LC30) of carbofuran. These results suggest that CYP6CW1 expression is inducible by carbofuran and its overexpression is likely responsible for carbofuran tolerance and resistance in L. striatella.

A carbofuran-resistant strain (CAS) showed ca. 41.1- and 15.1-fold resistance compared to a susceptible strain (SUS) and a non-selected field strain (FM), respectively. Enhanced activities of carboxylesterase and P450 were found as ca. 3- and 1.6-fold higher in CAS strain, suggesting these enzymes play a minor role in carbofuran resistance. Interestingly, the insensitivity of acetylcholinesterase (AChE) to carbofuran was revealed to be ca. 5.5- and 3.7-fold higher in CAS strain compared to, indicating that AChE insensitivity mechanism is associated with carbofuran resistance. In the western blot analysis, two kinds of AChEs were found and type-1 AChE (Nlace1) was identified as the major AChE in N. lugens. The open reading frame of Nlace1 is composed of 2,106 bp (ca. 78 Kd) and revealed 52.5% and 24.3% identity compared with Nephotettix cincticeps and Drosophila melanogaster, respectively. In the screening of point mutations, four amino acid substitutions (G119A, F/S330Y, F331I and H332L) were identified in the CAS strain that likely contribute to the AChE insensitivity. The allele frequencies of these mutations increased in the survived populations following the selection by LC50 of carbofuran, confirming that they are in fact associated with reduced sensitivity to carbofuran in N. lugens. These point mutation can be useful for the monitoring of resistance levels in conjunction with QS methods.

The root zone applications of a systemic insecticide, carbofuran, were evaluated for their impacts on the brown planthopper, Nilaparvata lugens (Stål), and spider populations in the greenhouse and rice paddy fields. In the green house experiments, no BPH nymphs were hatched at root zone treated on 40 to 50 day-old rice, while around 20 to 54 nymphs per pot were emerged in broadcasting and foliar spray treatments. This indicates that the root zone treatment can kill the eggs of BPH effectively. This is the first study ever demonstrated the high egg mortality of BPH due to the root-zone application. In the field experiments, the density of BPH in root zone treated plots were four to six times lower than in broadcasting and foliar spray plots at the 21 days after application. The BPH outbreaks and hopper-burns were observed at all treatments except the root zone treated plot at the 28 days after application. The root-zone application did not impact on the spider population, while foliar spray killed most of all spiders just one day after application. The densities of spider in foliar spray plots were always lower than in root-zone treated and control plots. The results indicated that the root-zone application of carbofuran can control BPH effectively without adverse effects to the spiders inhabited on the paddy field.

토양중 유기물 함량 차이에 따른 토양내에서 carbofuran과 ethoprophos의 약효 변화, 수직 이동성 및 잔효성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 고구마뿌리혹선충 (Meloidogyne incognita)을 공시하여 실험하였다. 두 약제 모구 토양중 유기물 함량이 많을수록 약효는 감소였다. 약제의 수직이동성은 토양 표면에서 0~2cm층에서는 유기물의 함량에 관계없이 두 약제 모두 80%이상의 높은 방제가를 보였으나, 2~4cm층에서는 유기물의 함량에 관계없이 두 약제 모두 80%이상의 높은 방제가를 보였으나, 2~4cm 층에서는 두 약제의 방제가가 다르게 나타났다. Carbofuran의 경우 유기물 함량에 따라 10~30%의 방제가를 나타냈으나, ethoprophos는 0.4% 유기물 토양에서만 약 30%의 방제가를 나타냈으며, 나머지 유기물 토양에서는 효과가 거의 없었다. 또한 4cm 이하의 토양에서는 carbofuran은 대부분의 토야에서 5~20%의 내외의 약효를 나타냈으나, ethoprophos은 거의 나타내지 않았다. 따라서 , 두 약제 중에서 토양중 이동성은 carbofuran이 더 큰 것으로 나타났다. 토양중 유기물 함량은 두 약제의 잔효지속기간에 큰 영향을 주었으며, 유기물 함량이 증가함에 따라 약효지속기간이 감소하였다. 약효의 반감기는 carbofuran의 경우 유기물 함량이 0.4%인 토양에서는 2~3주로 나타났으나, 0.8%, 1.6% 토양에서는 1주 정도였다. 한편, ethoprophos의 경우 0.4%, 0.8%의 토양에서는 3~4주, 1.6%인 토양에서는 1~2주로 나타났다. 그러나 두 약제 모두 3.2%의 유기물함량 토양에서 약제의 효과가 거의 나타나지 않았다.

Bioconcentration factors of some carbamates BPMC, carbaryl and carbofuran were determined. The tested fishes were zebrafish (Brachydanio rerio) and red sword tail (Xiphophorus hellieri). The fishes were exposed to 0.05 ppm, 0.01 ppm, 0.50 ppm, one- hundredth concentration of 96-hrs LC_(50) and one-thousandth concentration of 96-hrs LC_(50) and test periods were 3, 5 and 8 days. Obtained results are summerized as follows: In the case of BPMC and carbaryl, BPMC and carbaryl concentration in zebrafish extract and BCFs of BPMC, carbaryl were lower than those of red sword tail, and increased as increasing test concentration. In the case of same experimental concentrations, BPMC concentration in zebrafish extract and BCFs of BPMC were decreased as prolonging test periods. In the case of same experimental periods, carbaryl concentration in zebrafish extract and BCFs of carbaryl were decreased as increasing test concentration, especially dropped at 0.50 ppm. Carbofuran did not bioaccumulate in zebrafish for test periods, in the case of red sword tail, it was impossible to calculate on BCFs data because test concentration of one-hundredth and one-thousandth of 96hrs LC_(50) was under the detecting limit on GC. Test concentration of 0.05 and 0.10 ppm were the same tendency with BPMC and carbaryl. Determined depuration rate conatant were highest on carbofuran, and followed by carbaryl, and BPMC. It is suggested that low BCF of carbofuran is due to its relatively high water solubility and depuration rate, compared to BPMC and carbaryl. Therefore, carbofuran had no little bioconcentration effect on the aquatic ecosystem.

비 이앙직전 carbofuran 토양혼화처리의 본논초기 발생해충 방제효과 및 비래성 해충인 벼멸구에 대한 약효지속효과를 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 포장에서 5월 하순 이앙직전 carbofuran 토양혼화처리는 6월 중순 carfuran 수면시용처리나 diazinon (3G) +BPMC (50% EC) 2회처리보다 본논초기 발생해충인 애멸구, 끝동매미충, 이화명나방 1화기에 대한 방제효과가 우수하였다. 폿트에서 carfuran 토양혼화처리의 벼멸구 암컷성충에 대한 직접살충효과는 약처리 1개월후에 50%정도로 떨어졌으나 그의 차세대에 대한 밀도억제효과는 약처리 37일후까지 90%이상, 46일후에도 70%정도를 유지하였다. 따라서 이상의 결과로부터 이앙직전 carfuran 토양혼화처리는 본논초기 발생해충 전반에 대한 효과적인 방제수단이 될 수 있으며 6월중 비래하는 벼멸구에 대해서 90%이상 그리고 7월 초순에 비래하는 벼멸구에 대해서도 어느정도의 밀도 억제효과를 발휘할 수 있을 것으로 생각된다.

벼멸구의 살충제 저항성 기구를 구명하고자 fenobucarb와 carbofuran으로 벼멸구를 18세대 이상 누대 선발하여 얻어진 저항성 벼멸구를 대상으로 저항성 기루를 조사하였으며, 얻어진 결과 중 살충제의 체벽 투과량, 대사 및 대사산무렝 대하여 보고하고자 한다. Fenobucarb및 carbofuran은 처리 1시간 이내에 처리된 양의 50%이상이 벼멸구 체벽을 투과하였고, 계통별 체벽 투과량 차이는 크지 않았으나, 저항성 계통에서 적었으며, 배설된 양도 처리 3시간 이후 저항성 계통에서 증가하여 5시간 후에는 감수성 계통에 비해 각각 1.9배, 1.6배가 많았다. 벼멸구 체내에서는 두 살충제 모두 감수성 계통에 비하여 저항성 계통에서 2시간 정도 빠르게 분해되었다. 벼멸구 homogenate를 이용하여 대사산물을 조사한 결과 fenbucarb의 주 대사산물은 OSBP(o-sec-butyl phenol)이고, crbofuran의 주 대사산물은 3-ketocarbofuran phenol이었으며, 대사산물량은 저항성 계통에서 2배 정도 증가하였다. 주 대사산물인 OSBP 및 3-ketocarbofuran phenol의 감수성 벼멸구에 대한 반수치사약량은 100/g 이상으로 독성이 없었다. 살충제의 빠른 분해대사는 벼멸구의 주요한 저항성 기구중 하나인 것으로 나타났다.

본 연구는 경상남도 진주에 위치한 농촌진흥원 해충 시험포장에서 Carbofuran 입제를 본답기에 2회 처리와 농가 관행방제인 살충제 9회 처리간의 벼 해충과 이들 천적의 밀도를 비교 조사하였다. 1. Carbofuran 입제를 기계이앙시 육묘상자 처리와 7월중순 수면 처리등 본답기에 2회만 처리하여도 벼의 주요해충인 멸구 매미충류, 나방류, 굴파리, 총채벌레등의 방제효과가 관행 방제인 살충제 9회 처리와 비등한 경향이었다. 2. 벼 해충의 천적인 거미류와 멸구류의 난기생봉(Anagrus sp.)의 밀도는 Carbofuran 입제 처리가 관행방제보다 2.4배 밀도가 높았다.

Carbofuran(Furadan 3G)과 Diazinon(3G)의 이른봄철 근계주변 1회 골처리(Side-furrow treatment)에 의한 고자리파리(Hylemyia antiqua Meigen)의 방제효과와 그들 살충제가 마늘의 생육에 미치는 영향에 관한 시험을 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다. (1) Carbofuran처리(피해주율 )는 무처리(피해주율 ), Diazinon처리(피해주율 )에 비하여 고자리파리의 방제효과가 현저히 높었으며 그의 처리시기가 빠르면 빠를수록 방제효과가 양호하였다. 즉, 4월 상순의 처리(피해주율 )에 비하여 3월 중하순 처리(피해주율 )에서 방제효과가 양호하였다. (2) Carbofuran과 Diazinon처리에서 마늘의 초장, 줄기의 굵기 및 마늘의 구경이 증대하였는데 특히 Carbofuran처리에서 생육촉진현상이 뚜렷하였으며 그 현상은 처리시기가 빠를수록 생육촉진이 뚜렷하게 발현되었다. (3) Diazinon처리에 비하여 Carbofuran처리에서 구당 입묘수가 많었을 뿐만 아니라 마늘 개체당 중량이 크게 증가하였다. (4) 마늘의 수량은 Diazinon처리에 비하여 Carbofuran처리에서 현저히 높았으며 처리시기가 빠를수록 마늘의 수량이 크게 증대되었다. 즉, 10a 당 마늘의 수량은 무처리 472.8kg, Diazinon 3월 13일과 20일 처리에서는 각각 563.7kg, 629.6kg, 4월 3일 10일 처리에서는 각각 561.4kg, 463.4kg인데 비하여 Carbofuran 3월 13일과 20일처리에서는 각각 1070.6kg, 1018.3kg이었고 4월 3일과 10일처리에서는 각각 963.8kg, 843.3kg이었다. 이상의 결과를 종합하여 볼 때 Carbofuran 이른 봄철(3월 중하순) 근계주변 1회 골처리는 고자리파리의 방제효과가 높었을 뿐만 아니라 마늘의 초장, 줄기의 굵기 및 구경의 생육을 크게 촉진하여 마늘의 수량성을 높일 수 있었다.

Carbofuran (2,3-Dihydro-2,2-Dimethyl-benzofuranyl methyl carbamate)와 Diazinon (0,0-Diethyl-0-(2-isopropyl-4-methyl-6-pyrimidinyl) phosphorothioate)을 10:0, 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5, 5, 4:6, 3:7, 2:8, 1:9, 0:10의 비율로 혼합하여 거세미나방 3냉기유충의 가운데 가슴등판에 1.0μl씩 국소처리 하였을 때, 이들의 연합독작용을 평가하였다. Carbofuran Diazinon을 혼합하였을 경우 거세미 나방 3령기유충에 대해서 협력작용(Synergism)을 나타내었으며 Carbofuran과 Diazinon을 4.8 : 5.2의 비율로 혼합하였을 때 최대의 협력효과(Synergistic effect)를 얻을 수가 있었다.

침투성 살충제 Carbofuran의 Capsule 근부처리, 액상근부주변처리 및 수면시용을 실시하였을 때 논거미(늑대거미류와 애접시거미류) 밀도에 미치는 영향을 알아보기 위해 수원과 이리에서 포장시험을 실시하였다. 1. Carbofuran의 처리에 의하여 거미의 밀도가 저하되며 관용방법인 수면처리에 비하여 근부처리의 경우 거미의 밀도가 더욱 낮었다. 2. 액상근부주변처리에 비하여 Capsule 근부처리에서 거미의 밀도가 더욱 낮었다. 3. 근부처리에서나 수면처리에서 약량이 증가함에 따라 거미밀도가 낮어졌다. 4. 무처리에서 거미밀도는 팔굉품종에서 높았고 유신품종에서 낮았으나 약제처리에서 품종간 거미밀도차이는 인정할 수 없었다. 5. 해충의 방제효과가 좋았던 Capsule 근부처리에서 거미 밀도가 낮은 이유는 식물연쇄에 의한 독성 및 살해로 고찰되었다. 6. Carbofuran의 경우 처리방법을 달리하였을 때 거미에 대한 살해를 감소시킬 수는 없을 것으로 사료된다.

IRRI에서 고안제작한 액상 주입기(Liquid applicator)에 의한 Carbofuran 액상근부주변 처리의 수도 해충 방제 효과에 대한 시험을 Capsule 근부처리, 입제, 수면처리와 비교 시험을 호남작물시험장 묘 포장에서 실시하였다. Carbofuran 액상근부 주변처리는 Carbofuran Capsule 근부 처리에 비하여 해충 방제효과가 낮었다. 그러나 Carbofuran, Diaainon입제 수면시용, 2내지 4회 처리와 대등내지는 상회하는 해충방제 효과가 있었다. 이들 해충 방제효과는 유신품종에 비하여 팔굉 품종에서 현저히 높였으며 액상 Carhofuran일회 근부처리는 수도 전 생유기에 걸친 이화명충, 애멸구와 줄무늬 잎마름병 및 끝동매미충 방제의 가능성이 엿 보였다.