DC-EPG 시스템을 활용하여 애멸구(Laodelphax striatellus) 암컷 성충이 벼를 섭식하는 동안 발생되는 전기적 신호를 기록하고 분석하여, 벼멸구에서 보고된 것(Seo et al., 2009)과 같은 방식으로, np, L1, L2, L3, L4-a, L4-b, L5의 7 개 EPG 파형으로 구별하였다. 파형들의 모양과 발 생 패턴은 벼멸구(Nilaparvata lugens)와 매우 유사하였고, L4-b의 직전에는 반드시 L3와 L4-a가 연속된 순서로 나타났다. 감로는 L4-b에서 주기 적으로 분비되었다. 레이저 stylectomy 후 섭식부분의 미세절편을 관찰한 결과, 애멸구 구침의 끝이 L3와 L4-a, L4-b에서는 벼의 체관부 근처 또 는 체관부에서 관찰된 반면, L5에서는 물관부에서 관찰되었다. 레이저 stylectomy로 L4-b에서 잘려진 애멸구 구침의 절단부로부터 유일하게 벼 수액이 용출되었고, HPLC로 분석된 수액 안의 당 성분으로 식물의 체관부 탄수화물 이동태인 설탕(sucrose)만이 검출되었다. 이상의 관찰 결과 와 애멸구의 EPG 파형 전개 과정 분석을 통해, L1과 L2는 관다발 도달 전에 발생하는 구침을 찌르고 타액 분비가 동반된 구침의 이동 행동으로, L3와 L4-a는 체관부에서 섭식을 위해 사전에 준비하는 과정으로, L4-b는 체관부 수액을 흡즙하는 행동으로, 마지막으로 L5는 물관부에서 형성되 는 섭식행동으로 벼멸구와 유사하게 결론지었다.

복숭아혹진딧물(Myzus persicae)은 전 세계적으로 분포하며, 경제적으로 매우 중요한 작물을 포함한 약 400여종 이상의 작물에서 해충이다. 이러한 이유로 살충제를 과용하였으며 따라서 여러 살충제 종류에 저항성을 가진 M. persicae개체군을 야기했다. 본 연구에서는 저항성 개체군의 섭식행동을 연구하기에 앞서 감수성 개체에서 접촉 및 섭식독성, 침투성 살충제 처리에 따른 섭식행동의 차이를 확인하고자 하였다. 본 실험에 사용된 M. persicae감수성 개체군은 살충제에 노출되지 않고 누대 사육한 것이며 무시형 성충을 사용하였다. 접촉 및 식독 작용을 하는 Deltamethrin계, 침투이행성의 Imidacloprid계 살충제를 각각 선발하여 처리하였으며, 처리 후 24h, 48h, 72h에 살충률을 비교하였다. EPG기록은 4시간 동안 지속되었으며, 살충제 처리 후 1시간부터 진행하였고 물을 처리한 대조구와 비교하여 분석하였다. 그 결과는 두 처리구의 섭식행동 차이를 확인하기 위해 첫 번째로 potential drop이 일어난 시간, 총 탐침시간, 총 섭식시간 및 섭식행동을 하지 않고 구침을 식물체에 접촉하지 않은 총 시간을 측정하여 비교하였다.

담배가루이(Bemisia tabaci)는 토마토에 토마토황화잎말림바이러스병 (TYLCV)을 매개하는 중요해충이다. 본 연구에서는 담배가루이의 RNAi를 토마토 식물에 발현시키고, RNAi 발현토마토를 담배가루이 기주식물로 제공하여 EPG(Electrical Penetration Graph)를 사용하여 섭식행동을 분석하였다. EPG는 파종 후 4주째 되는 토마토에 담배가루이 RNAi를 접종삽입한 후 10일째 되는 RNAi 발현토마토를 이용하였으며, 담배가루이는 성충으로 우화 후 2-3일 되는 것을 사용하였다. 비교구 토마토는 무처리와 TRV RNA2, att site가 포함된 TRV RNA2가 삽입접종된 것으로, 3시간 동안 기록하였다. RNAi 발현토마토는 wh0001, wh0002, wh0030를 사용하였으며, 기록된 EPG 파형 분석을 통해 총 탐침횟수와 기간, 기주의 물관부, 체관부 섭식행동 등을 비교분석하였다. 그 결과, 비교구 대비 모든 RNAi 발현토마토에서 체관부 섭식은 낮게 나타났다. RNAi 발현토마토 wh0001은 첫 탐침까지 약 10배정도 빨랐지만, 기주에 구침을 넣지 않은 시간이 약 1.5배 증가하였다. RNAi 발현토마토 wh0002의 경우에는 첫 탐침까지 약 5배정도 오래 걸렸고, 총 탐침횟수도 가장 적었다. RNAi 발현토마토 wh0030은 물관부를 거의 섭식하지 않았으며, 구침을 기주에 접촉하지 않은 시간 또한 길었다. 따라서 모든 RNAi 발현토마토에서 비교구 토마토보다 섭식시간이 짧아지는 경향을 보여주고 있어, 현재 선발된 3종류의 RNAi는 섭식에 관련된 유전자를 방해하는 것으로 추정된다.

Electrical Penetration Graph(EPG)는 기주식물과 곤충을 전기적 회로에 연결하여 곤충의 섭식활동으로 나타나는 전기적 신호를 실시간 기록하고 특정 섭식관련 파형에 대해 정량적 분석이 가능한 시스템이다. 미국선녀벌레는 기주범위가 넓고 군서하기 때문에 농작물에 섭식을 통한 직접 피해와 왁스물질과 감로분비를 통한 2차 피해를 줄 가능성이 큰 흡즙성 외래 해충이다. 본 연구에서는 미국선녀벌레의 섭식 특성을 이해하고 피해작물을 예측하기 위한 기초연구로서 EPG를 이용하여 기주식물로 알려진 무궁화를 섭식하는 동안 나타나는 전형적인 섭식파형을 분리하였다(np, Mp1, Mp2, Mp4 Mp4-H, Mp5, Mp5-1, Mp7). np는 구침을 찌르지 않는 상태로 전압수준이 “0”에 가까우며, Mp1은 구침을 식물에 찌름과 동시에 전압이 급격하게 상승되어 섭식활동을 시작하는 파형으로 분리하였다. Mp2는 Mp1 이후 3∼5.8V의 전압수준에서 나타나는 불규칙성의 wave 모양의 파형으로 분리하였다. Mp4는 전압수준이 “0”이하로 가장 낮고 진폭이 0.1V 이하의 반복적인 peak가 약 4∼5Hz 주기적으로 나오는 특징을 보였다. 특히 Mp4가 진행 중인 가운데 감로를 분비하기위해 배 끝을 빠르게 여러 번 움직이는 행동을 보이는데 이때 약 0.6V 진폭의 peak 파형을 Mp4-H로 분리하였다. Mp5와 Mp5-1은 전압수준이 약 3V로 높고 아래로 뾰족한 peak가 약 4∼6Hz 주기적으로 나타나는데 각각을 진폭의 상대적 크기로 구분하였다. Mp7은 전압수준이 2.5∼5V로 높으면서 Mp2와 유사하지만 진폭이 더 낮고 약 0.03Hz 주기로 반복되는 특징을 보였다. 한편, Mp5와 구침의 식물조직 내 위치 관계를 추적한 결과 물관부 섭식활동과 관련이 있을 것으로 추정되었다.

최근 두과작물을 비롯한 벼와 과수 등에서 톱다리개미허리노린재에 의한 피해가 증가하고 있으며, 이의 방제에도 많은 관심이 모아지고 있다. 톱다리개미허리노린재는 구침을 가지고 있는 전형적인 흡즙형 곤충이다. 따라서 이들 톱다리개미허리노린재의 섭식행동을 EPG를 이용하여 관찰하고 특성을 파악하여 방제활동에 응용하고자 한다. 두과작물인 울타리콩을 기주식물로 하여 톱다리개미허리노린재의 섭식행동특성을 EPG로 기록하였다. 톱다리개미허리노린재에서 EPG 섭식 파형은 크게 8가지로 분류할 수 있었다. 톱다리개미허리노린재가 잎 위에 앉아 섭식하지 않고 있을 때 아무런 전압의 변화를 보이지 않는 경우에 waveform NP, 섭식할 장소를 물색하기 위하여 잎 위를 배회하는 경우에는 불규칙한 전압변화 패턴을 보이는데 이는 waveform Z, 톱다리개미허리노린재가 흡즙을 하기 위하여 식물체에 구침을 삽입할 때 나타나며 파형의 진폭이 큰 waveform PA, 구침을 삽입하면서 feeding sheath를 형성하기 위한 타액을 분비하는 waveform PB, 식물의 유조직에 구침이 들어갈 때에 나타나는 waveform PC1, 유관속관다발조직으로 구침이 들어가 섭식하는 것으로 추정되는 waveform PC2, 유관속관다발조직의 체관부에 구침을 찔러 넣고 feeding sheath를 형성하기 위하여 타액을 분비하는 waveform PE1, 체관부에서 흡즙할 때에 나타나는 waveform PE2등의 EPG 패턴을 확인하였다.

Three rice planthoppers, the brown planthopper (Nilaparvata lugens), the white back planthopper (Sogatella furcifera), and the small brown planthopper (Laodelphax striatellus) and the green rice leafhopper (Nephotettix cincticeps) are major homopteran sap-sucking rice pests in Korea. These insect pests commonly have highly modified mouthparts, the stylet bundle, for piercing and sucking. Two pairs of mandibular and maxillary stylets consist of the stylet bundle by interlocking each stylet, which forms the two canals, larger one for food canal and smaller one for salivary canal. Destructive damages result from direct feeding effects (hopperburing) with heavy infestation and/or transmitting virus diseases (Rice stripe virus and Rice black-streaked dwarf virus by L. striatellus and Rice dwarf virus by N. cincticeps). Damage level is closely related to the feeding behavior of sap-sucking insects, so generally honeydew excretion amount on the resistant rice variety is smaller than that on the susceptible. Therefore, the method to measure the honeydew excretion amount has been primarily used as an indirect way to compare the feeding amount between the susceptible and the resistant. On the other hand, the electrical penetration graph (EPG) technique was firstly developed by McLean and Kinsey (1964) to measure voltage changes during piercing and sucking of insect on the plant. Since specific voltage waveforms were identified and it was known that each waveform is commonly related to salivary and feeding behavior of insect stylets in the plant tissue, EPG technique has been used to real-timely and quantitatively measure feeding behavior of piercing and sucking insects on susceptible and resistant rice variety. However, identifying each different waveform distinctly and understanding biological function of each waveform are certainly necessary to analyze feeding behavior in the plant tissue such as phloem sap ingestion. In this study, the stylet penetration behavior of N. lugens, S. furcifera, L. striatellus, and N. cincticeps on rice plants (Oryza sativa) was evaluated through the use of a direct current based electrical penetration graph (DC-EPG). To accomplish this, we classified the EPG waveforms of planthopper group into seven different patterns, np, N1, N2, N3, N4-a, N4-b, and N5, according to their shapes, voltage amplitudes, voltage levels, and frequencies. The N4-b pattern was always preceded by N3 and N4-a, in that order. Continuous honeydew excretion only occurred during the N4-b period, and the honeydew deposited on a filter paper containing ninhydrin reagent during the N4-b period were stained into violet. Based on the location of the stylets in the cross-section of rice tissue and honeydew excretion, the EPG waveforms for the stylet penetration behaviors of the three rice planthoppers were assigned to the following groups; np: non-penetration of stylets, N1: penetration initiation, N2: salivation and stylet movement, N3: an extracellular activity near the phloem region, N4-a: an intracellular activity in phloem region, N4-b: phloem sap ingestion, and N5: activity in the xylem region. Futhermore, we classified the EPG waveforms of the green rice leafhopper, N. cincticeps into seven different patterns, Nc1, Nc2, Nc3, Nc4, Nc5, Nc6, and Nc7 according to their shapes, voltage amplitudes, voltage levels, and frequencies. The Nc6 pattern was always preceded by Nc5 pattern. The Nc6 pattern of the leafhopper was carefully considered as a phloem sap feeding behavior based on regular honeydew excretion. On the other hand, the planthopper group and the leafhopper hardly showed the phloem sap feeding pattern on resistant rice varieties during an EPG-recording. In addition, the duration of the phloem sap feeding patterns was highly decreased on resistant rice varieties relative to susceptible ones. From these results, it is suggested that the phloem sap feeding related patterns are an important parameter to determine resistance of rice plant.

파프리카 품종별 복숭아혹진딧물의 기주섭식 행동패턴과 생명표작성을 통한 생물학적 특성차이를 비교하기 위해, 현재 시판되고 있는 파프리카 4품종(그린에이스, 오로벨, 퍼플, 스마트 고추)에서 복숭아혹진딧물(Myzus persicae)의 생식개시일, 수명, 생식일, 총 산자수, 평균세대기간(Tc), 순증가율(R0), 내적자연증가율(rm)을 25±℃, 상대습도60-70%, 광주기16L:8D 조건에서 조사하여 생명표를 작성하고 EPG기술을 이용하여 섭식행동의 차이도 비교하였다. 파프리카 품종간 복숭아 혹진딧물의 수명은 17.2~17.7일, 생식일은 11.9~12.4일, 총 산자수는 42.6~45.3 마리, 내적증가율에서0.364~0.365로 품종 간에 차이는 있었으나 통계적으로 유의하지 않았지만, 생식개시일, 평균세대기간(Tc), 순증가율(R0)은 오로벨에서 각각5.6일, 10.29일, 42.86마리였고 그린에이스에서는 각각6.6일, 10.46일, 45.27 마리로 품종간 차이가 확인되었다. EPG를 이용한 체관부 섭식시간 분석에서 첫 번째 탐침시간은 158~386초, 총 구침을 빼고 있는 시간은 6675~7096초, 체관부 섭식횟수는 7.67~8.33회, 총 체관부섭식시간에서 9116~10871초로 품종간 차이는 있었으나 통계적으로 유의하지 않았지만, 탐침횟수, 구침활성시간, 첫 번째 체관부섭식시간은 오로벨에서 17.67회, 714초, 639초였고 그린에이스에서는 31.33회, 1460초, 1426.33초로 품종간 차이를 보이는 경향을 나타냈다.

Etofenprox에 대해 저항성과 감수성을 보이는 복숭아혹진딧물(Myzus persicae) 개체군을 가지고, 진딧물이 섭식하는 동안 약제에 노출되었을 때 반응하는 양상을 EPG패턴을 비교함으로써 처리된 약제에 대한 저항성 발달 여부를 검토하였다. 본 실험에서 사용한 복숭아혹진딧물 야외와 실내개체군은 etofenprox의 추천농도 처리 후 48시간에 각각 36.7과 86.7%의 살충율을 보였으며, 반수치사농도에 있어 30배 이상의 차이를 나타내어 야외에서 채집한 개체군의 경우 etofenprox에 저항성을 나타내는 개체군으로 사용하였다. 또한 교차저항성 발달 여부를 확인하기 위해 fenpropathrin 처리 후 살충율을 조사한 결과, 두 개체군 모두에서 각각 28%와 29%로 낮은 살충율을 보였으며, thiamethoxam에 대해서는 48시간 후에 저항성개체군이 57%, 감수성 개체군은 79%를 나타내었다. 또한 EPG 기록시작 후 1시간 뒤, 약제를 살포하고, potential drop, contact signal의 빈도 수, 총 섭식 시간, 총 구침을 빼고 있는 시간, pathway activity 패턴 등을 조사하였다. Etofenprox 처리 후 조사한 결과, 처리 전의 섭식행동에 있어서는 유사하였으나, 처리 후 저항성 개체군의 경우는 섭식 및 탐침 시간이 감수성 개체군에 비해 훨씬 길게 나타나 약제에 노출된 이후에도 활발히 일어나는 경향을 보였으며, fenpropathrin의 결과에서는 조사한 EPG 조사패턴 모두에서 두 개체군간 큰 차이를 보이지 않았다.

The changes of feeding pattern and the amount of insecticide penetrated into the leaf were monitored for 420 min after treatment of three concentrations of dinotefuran. At about 30 min after treatment of insecticide, the overall feeding pattern in EPG (Electrical Penetration Graph) monitoring was started to change, and there was significant difference in proportions of NP (non-penetration), PA (pathway activity), and phloem-feeding patterns among the different concentrations of dinotefuran treatment. Especially, as the amount of insecticide penetrated into a leaf increased, the reactive behaviors against this insecticide such as withdrawal of proboscis and movements of stylet of aphid were more quickly exhibited. And also, total time at which the proboscis of the aphids did not penetrate the plant was getting longer. The amount of dinotefuran penetrated into a leaf was monitored with HPLC. When the recommended concentration (100 ㎎/L) of the insecticide was treated, 5.24~7.24 ㎎/L of the insecticide was detected from the leaf, and the proboscis of the aphids was apparently withdrawn from the leaf at approximately 60 minutes after treatment of this insecticide.

After treatment with imidacloprid, there were clear differences in the time to the first reaction of Myzus persicae among the concentrations treated. The time taken for the proboscis of the aphids to penetrate, during the recording plants increased as the imidacloprid concentration increased. Imidacloprid concentration inflow into a leaf was investigated using high-performance liquid chromatography, and the residues of the imidacloprid varied slightly with the different concentrations treated. However, the inflow rates of this insecticide into a leaf increased as the dipping times increased. Furthermore, it was shown that there was no relationship in inflow concentration between the concentrations and times of treatment. However, the concentration in the leaf differed according to the dipping time. Judging from the fact that the first reaction behavior against imidacloprid displayed at an inflow concentration of 0.32-0.35 ㎎/L, we concluded that inflow concentrations causing the first reaction of the aphids to the insecticide were much lower than the concentration treated. The general feeding characteristics of the aphids indicated that xylem and/or phloem feeding behavior continued after a series of probing behaviors and stylet activity during the first 3 h from the start of EPG recording. After 90 min treatment with imidacloprid, feeding behavior over the next 30 min indicated a significant increase in the withdrawal of the stylet from the plant at all treated concentrations. Xylem and/or phloem feeding patterns were significantly decreased during this time. In particular, the proportion of xylem feeding differed according to the concentration of imidacloprid.

본 연구에서는 벼를 흡즙하는 벼멸구 (Nilaparvata lugens, 매미목)의 섭식행동을 EPG (Electrical Penetration Graph) 기법과 감로분비 여부, 식물조직 절편 관찰을 통해 분석하였다. EPG 파형은 모양과 주파수에 따라 np, P, path, X, S, sPh, Ph 파형으로 구분하였는데, Ph파형에서 감로가 주기적으로 분비되는 것이 관찰되었다. 여과지에 받은 감로는 닌히드린 시약에 발색반응을 보여 Ph파형이 벼멸구가 벼 체관부를 흡즙하는 것을 나타낸다고 추정되었다. 벼 조직 내 벼멸구 구침의 도달경로를 알기 위하여, EPG 파형을 보면서 상기 파형들이 나타날 때 벼멸구 구침을 레이저빔으로 절단하였다. 벼멸구 구침을 포함하고 있는 벼 조직을 TEM 시료로 제작한 후 염색하여 광학현미경으로 관찰한 결과, X파형에서는 구침이 물관부 근처에, S와 sPh 파형에서는 체관부 근처에, Ph파형에서는 체관부에 도달되어 있었다. 이상의 결과로부터 X파형은 벼 물관부 및 그 근처에 벼멸구가 구침을 찔러넣었을 때, Ph파형은 체관부를 흡즙할 때 나타나는 파형으로 분류되었다. 한편, S와 sPh파형은 항상 Ph파형 앞에 나타나는 파형으로 벼멸구가 체관부를 섭식하기 위한 필수적인 단계이며 세포벽 파괴 및 침 분비와 관련이 있는 것으로 추정되었다.

복숭아혹진딧물의 섭식행동을 관찰하기 위해, 고추, 무, 배추, 가지, 참외 등 5종류의 기주식물에서 EPG기술을 이용하였다. 복숭아혹진딧물의 구침이 식물체 표면에 접촉된 후 전기적 연결이 일어나기까지 소요되는 시간과 맨 처음 potential drop이 일어나기까지 소요된 시간, 구침의 세포간극내에서의 활동에 의하여 일어나는 potential drop의 수, 전기적 연결신호가 나타난 시점부터 체관부를 섭식하는 순간까지 소요된 시간 등을 조사한 결과 Potential drop 수에서는 기주들 사이에 유의성 있는 차이를 나타내었다. 그러나 나머지 요인에서는 기주식물들 사이에 큰 차이를 보이지 않았지만, 참외나 배추보다는 고추, 무, 가지에서 즘 더 기주선호성과 관련된 섭식패턴들을 확인할 수 있었다.

충남지방에서 많이 재배되고 10개의 벼 품종을 대상으로 벼멸구(Nilaparvata lugens)의 섭식행동을 EPG 패턴으로 분석하였다. 또한 벼의 섭식시간과 감로분비량의 관계를 알아보고 측정한 EPG 패턴을 비교분석하였다. 벼멸구의 각 EPG type을 전기적인 특성에 따라 1-6까지의 6가지로 분류하였다. 이중 Type 1은 구침을 꽂지 않고 쉬거나 돌아다닐 때 나타나는 패턴이고 Type 2는 체관을 흡즙할 때 나타나는 패턴이고 Type 3은 처음으로 구침을 꽂을 때, Type 4는 타액 분비시, Type 5는 물관의 흡즙시, Type 6은 구침의 세포내 이동시 나타난다. 벼멸구의 각 품종에 대한 섭식시간은 금남벼에서는 짧은 시간동안 이루어졌고 동전벼, 대안벼, 동안벼, 대산벼에서는 오랜 시간 흡즙을 하였다. 또한 금남벼에서는 장시간 구침을 삽입하지 않는 시간이 길었다. 감로의 분비량은 동진벼에서 가장 많았고 금남벼에서 가장 적은 감로를 분비했다. 이 감로의 분비량은 체관의 흡즙시간과 비례하여 나타났다. EPG type과 감로의 분비량을 분석한 결과 벼멸구가 선호하는 품종은 동진벼, 동안벼, 대산벼, 대안벼 등이었고 그렇지 않은 품종은 금남벼, 다산벼, 남천벼 등이었다.