Nilaparvata lugens, brown planthoppers, is one of important pests on rice. Korean N. lugens is migrated from China and causing severe damages on rice in early September in Korea. For identifying biotypes of these N. lugens based on complete mitochondrial genomes, we completed mitochondrial genome of N. lugens captured in Hadong-gun, Gyoungsang-nam province in Korea. The circular mitogenome of N. lugens is 17,610 bp including 13 protein-coding genes, two ribosomal RNA genes, 22 transfer RNAs, and a single large non-coding region of 2,424 bp. The base composition was AT-biased (89.5%). 112 single nucleotide polymorphisms (SNPs) and 59 insertions and deletions are identified by comparing with Chinese N. lugens. Based on phylogenetic trees together with those of N. lugens captured in China, no clear phylogenetic relationship along with five biotypes, requiring more researches to achieve biotype identification including detailed analysis of sequence variations on mitochondrial genomes and whole genome analysis of N. lugens in near future.

Development, survival, and reproduction of brown planthopper (BPH) Nilaparvata lugens Stål (Hemiptera: Delphacidae), were studied in laboratory at 25±2°C, 65±5% RH and a 16L : 8D hours photoperiodism on five rice cultivars of: Dongjin 1ho, Chungchungbyeo, Jangseongbyeo, Chinnongbyeo and Jungmo 1045. BPH nymphs successfully survived on all rice cultivars, although survival rate was lowest on Jangseongbyeo (36.0%). Developmental time of immature stages ranged from 11.7±0.59 d on Jungmo 1045 to 12.8±0.59 d on Chinnongbyeo. Reproductive period and female longevity were longest on Dongjin 1ho, Chinnongbyeo and Jungmo 1045 while highest fecundity of N. lugens being observed on these three rice cultivars. Highest and lowest net reproductive rates were calculated on rice cultivars, Jungmo 1045 and Jangseongbyeo, respectively. Mean generation time was the longest on rice cultivar Dongjin 1ho. Respective descending order of intrinsic rates of population increase were on Jungmo 1045, Chinnongbyeo, Dongjin 1ho, Chungchungbyeo and Jangseongbyeo. These population parameters showed that N. lugens can successfully survive and reproduce on Chinnongbyeo and Jungmo 1045.

Both Nilaparvata lugens Stål and Laodelphax striatellus Fallén has been known as the major rice pests which were irregularly migrated into Korea by wind current from China. We re-arranged and compared the resistance profiles to detect the existence convergent adaptation by using the previously published dataset (N. lugens at 2014, 17:711-716 and L. Striatellus at 2016, 19:247-252 in J. Asia Pac. Entomol., respectively). Both species commonly exhibited the high level of resistance to imidacloprids. Especially, the immigrant populations of L. Striatellus exhibited higher resistance level to indigenous populations, suggesting that they would settle down in Korea with insecticide resistance traits being predisposed. To detect the convergent adaptation to insecticide, pearson correlation analysis were employed by comparing mean dosage of LD50 and resistance ratio to nine insecticides. Strikingly, high and similar dosage responses were observed between the two species with high correlation coefficients of 0.928 (df=7, P <0.001) and 0.950 (df=7, P <0.001), respectively, in the comparison of LD50 vs. resistance ratio. This finding indicates that convergent adaption has occurred in both species through consistent selection by insecticides with similar usage patterns.

Nilaparvata lugens Stål is one of the important migratory pests of rice paddy fields in Korea. Resistance levels to nine insecticides were monitored in 12 local strains and correlation analysis was conducted to determine cross-resistance relationships among the tested insecticides. The local strains revealed 1.3- to 28.0-, 1.6- to 6.0-, 2.8- to 237.0-, 0.6- to 0.9-, and 0.7- to 1.3-fold resistance to carbamates, organophosphates, neonicotinoids, fipronil and etofenprox, respectively. Organophosphates revealed moderate correlations with benzofuranyl methylcarbamate (r = 0.566 - 0.614, p > 0.01). Three neonicotinoids were not correlated each other, but imidacloprid and clothianidin were moderately correlated with several benzofuranyl methylcarbamate and organophosphate insecticides (r = 0.590 - 0.705, p > 0.05), indicating that unknown common factors (such as detoxification enzymes) might contribute to resistance to both insecticides. Fipronil and etofenprox exhibited low levels of resistance and cross-resistance with other insecticides, suggesting their potential as an effective insecticide for field application. Resistance level monitoring and correlation analysis would be valuable for the selection of appropriate insecticides to control insecticide-resistant N. lugenes, a typical migratory pest in Korea.

We developed and characterized five polymorphic microsatellites of Nilaparvata lugens from hybridization method using biotin enrichment strategy and two polymorphic microsatellites from Next Generation Sequencing. Also 11 microsatellites that developed by Sun et al. (2011) are employed to carry out genetic analysis of N. lugens in Southeast Asia. The number of alleles per locus ranged from 2 to 12 with an average of 4.63 alleles per locus. The mean observed heterozygosity of the eleven populations ranged from 0.031 to 0.938 and the expected hetetrozygosity ranged from 0.031 to 0.881. Signifiant genetic differentiation was detected among the three N. lugens populations as the FST ranged from 0.028 (Cheong Do and Ha Long) to 0.161 (CH and BN). The results of microsatellite marker suggested that found N. lugens migrated to Korea at least two times in different period or once. Genetic distance of N. lugens between Korea and Hi Pong were mostly closed and genetic distance of Ha Long and HCM were relatively closed. In this study, development of microsatellites should facilitate the study of future population genetics of N. lugens, and eventually elucidate the route of N. lugens migration to Korea. Thus, combining satisfactory microsatellite markers and intensive surveillance methods in paddy field could be easy to understand to the N. lugens migration mechanism.

In the previous study, we found an orange-eyed mutant of the brown planthopper (BPH). And we confirmed that it’s orange phenotype is controlled by single recessive allele in the autosome. To understand the effect of the orange eye color on mating of BPH, we designed two different combinations of the mate choice test with three virgin female and male BPH adults. The one consisted of orange-eyed female (org/org), orange-eyed male (org/org), and homozygous normal-eyed male (+/+) (female mate choice). The other was composed of orange-eyed male (org/org), orange-eyed female (org/org), and homozygous normal-eyed female (+/+) (male mate choice). In female mate choice test, four mating types could be distinguished according to the distribution of the eye-color phenotype in F1 progeny and their hatching-order in each mating pair. Two mating types showed only one eye-color phenotype, normal and orange, respectively, and the other two produced both eye-color phenotypes in a different hatching-order. In male mate choice test, both phenotypes of offsprings were also produced in most mating pairs. From these results, the effect of eye color on mating of BPH was not clearly found, but the multiple mating in both sexes and the mating preference by female are cautiously suggested.

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.

Root zone application of several systemic insecticides was tested for control of the brown planthopper, Nilaparvata lugens (Stål), in Vietnam and Korea. In Vietnam, the results indicated that carbofuran showed the highest nymphal mortality in all experiments, followed by imidacloprid and carbosulfan. When the insecticides were applied on 10-day old rice, carbofuran was shown almost 100% N. lugens mortality at six days after treatment and the efficacy was extended to twelve days after application. In Korea, various root-zone application methods were tested with carbofuran and carbosulfan. The results showed that carbofuran was the most active in reducing the egg hatching rates. When root-zone treated on 40-50 day-old rice in a greenhouse, no nymphs were hatched in carbofuran treated pots, while average of 20 nymphs were emerged in carbofuran broadcasting pots. Especially the number of nymphs emerged in carbosulfan foliar spray was 54 nymphs per pot even at the eight day after application, which was higher than in control pots. This is the first study ever demonstrated the high egg mortality of N. lugens on rice due to the root-zone application of insecticides.

Methanol extracts of 35 plant species in 20 families were tested for their insecticidal activities and repellent effects against Nilaparvata lugens female adult by topical application and spray methods. The insecticidal activities and repellent effects of various plant species and parts were different. The methanol extracts from stem of Garcinia xanthochymus, Senecio scandens and Phytolacca americana, seedcoat of Ginkgo biloba, and leaf + stem of Ailanthus altissima and Catalpa ovata showed potent insecticidal activities against N. lugens. Specially, the G. biloba extract exhibited higher than 90% mortality against N. lugens at a concentration of 4,000 ppm. Repellent effects of plant extracts obtained from whole plant of Daucus carota, fruit of Semecarpus anacardium, leaf + stem of C. ovata and Wisteria sinensis were active, and potent. Also, the plant extracts that are potent in insecticidal activity not necessarily have high repellent activity showing no significant corelation between the two activities.

벼멸구(Nilaparvata lugens)는 벼에 가장 큰 피해를 주는 해충 중의 하나로서, 마이토콘드리아 DNA를 분석한 선행 연구결과에 의하면 북 베트남의 홍하유역을 중심으로 남쪽과 북쪽의 개체군이 유전적으로 뚜렷한 차이를 보이고 있다. 그러나 이러한 마이토콘드리아 DNA의 변이로는 좀더 상세한 지역간 개체군의 유전적 변이를 검정할 수 없으므로, 마이크로새털라이트 마커를 이용할 수 있는 방법을 모색하였다. 총 37개 마이크로새털라이트 위치를 분석한 결과 5개 위치에서 성공적으로 라벨을 할 수 있었으며, 그 중 2개 위치에서 유용한 개체군 변이정보를 얻을 수 있었다. 이러한 두 위치에서 벼멸구의 생태형(1, 2, 3형)에 따른 변이를 검정할 수 있는지의 여부를 검정한 결과, 두 위치 중에서 한 곳(27035)에서는 생태형간의 차이를 나타내지 않았으나, 다른 한 곳(7314)에서는 생태형 간에 차이를 보였다. 따라서 마이크로새털라이트 마커를 이용하면 좀 더 상세한 벼멸구 지역 개체군의 차이를 검정하여 이동과 분산의 근원과 경로를 알아내는데 유용한 방법이 될 것으로 생각된다.

우리나라의 벼논에는 벼를 기주로 하는 여러 종류의 멸구, 즉, 벼멸구, 애멸구, 흰등멸구 들이 혼재하고 있지만 이들간의 구분은 쉽지 않다. 이들의 정확한 식별은 예찰과 방제 전략에서 필수적인 과정이다. 특히, 벼멸구는 가장 중요한 벼의 해충이기 때문에 비전문가에 있어 쉽고, 신뢰성 높은 식별 방법이 요구된다. 따라서 벼논에 분포하고 있는 벼멸구의 정확한 구분을 위하여 벼멸구, 애멸구, 흰등멸구의 약충을 조사한 결과. 두 종류의 해충에 비하여 벼멸구 약충은 다른 특징을 지니고 있었다. 측, 벼멸구 약충은 겹눈 아랫부분과 촉각 사이에 흰색형광성광택을 가지고 있었지만 애멸구나 흰등멸구의 약충에는 없었다. 그리고 형광성 반점은 부화직후 가장 선명하였고, 령기가 진행될수록 약해지다가 성충이 되어서는 없어졌다. 따라서 두부의 형광성반점은 벼멸구 약충의 판별에 활용하는데 있어 혁신적인 방법이라 할 수 있을 것이다.

벼멸구선충(Agamermis unka)은 우리나라에서 벼멸구와 흰등멸구의 중요한 천적이다. 따라서 1992년부터 1998년까지 그리고 2001년 우리나라의 논에서 벼멸구선충의 분포를 조사하였다. 1992년부터 1998년까지 고성과 경상남도농업기술원, 남해, 통영의 예찰포에서 월동 벼멸구선충의 밀도를 조사한 결과 지역과 연도별로 차이가 있었다. 2001년 5개도 30개 시.군 예찰포를 대상으로 벼멸구선충의 월동 밀도를 조사한 결과, 전남의 장흥과 해남, 경남의 남해, 진주, 산청, 사천, 고성, 통영, 의령, 창원, 김해 지 역에서만 분포가 확인되었다. 그리고 경남 남해지 역 이 1,045마리/㎥로 밀도가 가장 높았고, 진주의 경상남도 농업기술원, 고성 예찰포에서는 각각 947마리와 395마리/㎥가 발견되어 다른 지역의 예찰포보다 높았다. 벼멸구선충의 밀도는 무방제구가 살균제처리나 살충제처리구에 비하여 높았으나 유의성은 없었다. 경남 지역 19개 시군의 예찰포에서 벼 수확 후의 벼멸구선충 밀도를 2001년 가을에 조사한 결과는 고성, 진주, 남해, 사천 지역에서만 분포가 확인되었는데, 밀도는 남해지역이 692마리/㎥로 가장 높았다.

벼멸구는 촉각 기부의 등쪽으로 알모양의 24ㅐ의 겹눈을 가지고 있다. 벼멸구의 겹눈은 각각의 단안이 분리되어 있고, 각각의 낱눈이 단지 그들의 각막렌즈를 통해서만이 빛을 받는 연립상 겹눈이다. 각각의 낱눈은 큐티클성 각막렌즈와 그 안쪽에 수정체가 자리잡고 있다. 망막세포는 수정체 바로 아래쪽에 자리하며, 이들은 중심축쪽으로 감간소체들이 밀집결합되어 감간체를 형성한다. 감간체는 수정체 말단부분에서 시작되어 기저막에 까지 다달으며, 그 길이는 약 110~120 정도이다. 수정체는 4개로 구성된 한쌍의 1차색소세포에 의하여 둘러 쌓여 있으며 이것은 또한 부속색소세포에 의하여 둘러 쌓여 있다. 수정체의 기저부위는 망막세포에 의하여 일부가 둘러 쌓여 있고 망막세포의 내벽에서 발생한 감간소체들로 구성된 감간체와 닿아있다. 낱눈의 상층부분은 7개의 망막세포로 구성되어 있으나 3/4부분에서 8번째의 망막세포가 자리잡고 있다. 중앙부위에 위치하고 있는 감간체는 미세용 모들로 구성된 감간소체들로 구성되어 있는데, 이들 미세융모의 단면도는 6각형의 모양을 가지고 있다. 색소세포는 수정체를 감싸고 있는 1차색소세포, 기저막까지 닿아 있는 부속색소세포, 기저막 부위의 기저막색소세포 등 3가지의 색소세포들이 있다.

우리나라에 발생하고 있는 벼멸구 생태형의 형태적 차이를 구명하고자 생태형 1, 2, 3의 단시형 암컷과 숫컷의 다리부분의 형태를 관찰하였다. 앞다리, 가운데 다리 그리고 뒷다리의 제3부절의 형태를 51개 부위에서 조사한 다음 통계학적 분석을 위하여 정준 판별 분석법을 도입하였다. 각 생태형간의 Mahalanobis distance는 숫컷의 경우 생태형 2와 3 사이에서 가장 짧았고, 암컷은 생태형 1과 2 사이에서 가장 길었다. Scatter plot diagram상에서 각 생태 형간 분리현상이 뚜렷하여 중심점이 각각 다르게 나타났고 각 생태형에 속하는 개체는 중심점 부근에 고르게 분포하였다. 각 생태형간의 Group membership 조사에서 암수 모두 각 생태형은 각각 동일한 생텨형을 분류되었다.

폿트에서 벼멸구 성충을 접종하고 buprofezin 처리시기를 달리하였을 때, 접종성충에 미치는 영향 및 약처리시기에 따른 벼멸구 밀도억제효과를 약처리당시의 연령구성과 관련하여 조사하였다. Buprofezin (7.0 g a.i./10 a)은 벼멸구 수컷에 대해서 영향을 미치지 않았으며 갓 우화한 벼멸구암컷에 대해서 수명과 산란수의 감소효과가 있었으나 우화후 3일 이상 경과한 성충의 수명이나 산란수에는 영향을 미치지 않았으며 buprofezin 처리당시의 유충군 밀도는 약처리후 급격히 저하되었다. Buprofezin의 벼멸구개체군 밀도억제효과는 처리약량이 높을수록, buprofezin 처리당시 buprofezin의 약효지속효과내에 노출된 유충군의 비율이 높을수록 좋았는데 buprofezin 7.0 g a.i./10 a 처리의 경우 적정처리시기는 접종 18일후부터 접종후 제1세대 성충이 출현하기 직전까지 약 10일간이었다.

Buprofezin(25% WP)의 처리약량에 따른 벼멸구 유충에 대한 약효지속기간 및 buprofezin이 벼멸구 유충에 미치는 생물학적 영향을 폿트실험으로 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다. Buprofezin의 벼멸구 2령유충에 대한 약효지속효과는 상당히 길며, 처리농도가 높을수록 약효지속기간도 길었다. 17.5 g a.i./10 a 처리는 약처리 35일후에도 90%정도의 살충효과를 유지하였고, 5.78~11.50 g a.i./10 a 처리는 (90% 이상 상충률을 유지하는 약처리후 경과시간)이 9.0~13.5일, (50% 이상 살충률을 유지하는 약처리후 경과시간)은 16.8~22.8일로 추정되었다. 그리고 벼멸구 2령유충에 대하여 약처리 15일까지 95%이상의 살충력을 유지할 수 있는 buprofezin 처리약량은 13.00 g a.i./10 a이었고, 50%이상의 살충력을 유지할 수 있는 처리약량은 4.44 g a.i./10 a로 추정되었다. Buprofezin 7.0 g a.i./10 a 처리는 벼멸구 1령유충에 대하여 약처리 17일후까지 100%의 살충률을 유지하였으며 1령유충에 대한 은 32.5일로 같은 농도의 2령 약충에 대한 보다 15일정도 길었다. Buprofezin(7.0 g a.i./10 a)은 처리당시 4령까지의 유충을 100% 치사시켰고, 5령유충에 대해서는 우화전까지 약 70%의 살충력을 보였으나 5령이 생존하여 우화한 성충암컷은 수명이 현저하게 감소하였고 전혀 산란을 하지 못하였다.

초 록 벼멸구의 살충제 저항성 기구를 구명하고자 fenobucarb, carbofuran 및 diazinon으로 벼멸구를 14~18세대 누대 도태하여 얻어진 벼멸구를 대상으로 저항성 기구를 조사하였으며, 얻어진 결과중 acetylcholinesterase(AChE)와 esterase의 활성 변화에 대하여 보고하고자 한다. AChE활성은 fenobucarb선발 계통에서 1.6배 증가하였으나 타 계통에서는 차이가 없었고, 세포내 분포도 mitochondrial fraction에서 70% 이상으로 계통간 차이가 없었다. 반면, AChE감수성은 fenobucarb와 carbofuran선발 계통에서 각각의 공시 살충제에 대하여 12.2배, 5.6배 감소하였으나 diazinon선발 계통에서는 diazoxon에 대하여 1.7배 감소에 그쳤다. Esterase활성은 fenobucarb선발계통에서 5.6~6.8배, carbofuran선발계통에서 6.4~7.8배, diazinon선발계통에서 4.0~4.4배 증가하였다. 벼멸구의 저항성 증가에 다른 요인이 관련됨을 배제할 수 없으나, 본 실험 결과 esterase 활성증가와 AChE감수성 저하라는 두 요인이 상승적으로 작용하여 벼멸구 저항성을 유발하였음을 확인하였다.

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.

벼멸구를 fenobucarb, carbofuran및 diazinon 등 3종의 살충제로 누대선발하여 얻어진 저항성 별멸구를 대상으로 저항성 유발, 교차저항성 및 저항성 유전에 대해서 조사한 결과를 보고하고자 한다. Fenobucarb, carbofuran으로 18세대, diazinon으로 14세대 누대선발한 결과 각 선발 계통의 반수치사약량은 50.3배, 49.2배 및 5.8배씩 증가하였다. Fenobucarb 및 carbofuran 선발계통은 carbamate계 살충제에 각각 17.7-42.2배, 19.4-40.8배의 높은 교차저항성을 보였고, 분지구조 중 carboxyl ester bond를 가지고 있는 malathion, phenthoate에 대해서도 13.0-12.0배, 8.5-7.5배로 다른 유기인계 살충제에 비하여 높은 교차저항성를 나타내었으며, cypermethrin및 deltamethrin에도 diazinon선발계통에 비하여 3-7배 정도 높은 교차저항성을 보였다. diazion선발계통은 유기인계 살충제(평균 5.0배) 및 카바메이트계 살충제(평균 7.0배)에서 diazion 수준(5.8배)의 교차저항성을 보였다. Fenvalerate에 대한 교차 저항성은 fenobucarb 및 carbofuran 선발 계통에서 낮았으며 diazinon 선발계통에서는 역상관 교차저항성으로 나타났다. 벼멸구의 살충제 저항성은 교잡종()의 우성도가 암컷에서 0.54-0.70, 수컷에서 0.45-0.80으로 나타나 상염색체상의 불완전우성 유전자에 의해 유전되는 것으로 판단된다.

벼멸구에 대한 벼품종의 저항성요인으로 주목되고 있는 선호성, 란 및 약충기간, 부화 및 우화률, 성비, 성충의 수명 및 산란력 등을 조사하였다. 식이 및 산란선호성은 동률벼에서 생태형 모두 높은 선호성을 보였으며, 청청벼와 밀양63호에서는 각각 생태형-2와 3에서 약간 높은 선호성을 보였으나, 동률벼에 비해서는 현저히 낮은 선호성이었다. 난 및 약충기간과 부화율, 우화률 및 생장 지수는 생태형-1의 경 우 타 품종에 比해 密陽 23號에 서 짧고, 높았으며 , 또態型-2와 3 은 各各 좁 팍벼 와 密陽 63號에 서 密陽 23號에서와 같이 짧고, 높게 나타났다. 성충의 수명과 산란수도 생태형-1의 경우 타 품종에 비해 밀양 23호에서 길고, 많았으며, 생태형-2와 3은 각각 청청벼와 밀양 6 63호에서 밀양 23호에서와 같이 수명이 길고 산란수도 많았다.