: 보문 : 韓應昆誌 48(4): 467~477 (2009) Korean J. Appl. Entomol. 식물에대한꽃매미의섭식행동과섭식자극 이정은ㆍ문상래ㆍ안희근ㆍ조선란ㆍ양정오ㆍ윤창만ㆍ김길하 * 충북대학교농업생명환경대학식물의학과 Feeding Behavior of Lycorma delicatula (Hemiptera: Fulgoridae) and Response on Feeding Stimulants of Some Plants Jeong-Eun Lee, Sang-Rae Moon, Hee-Geun Ahn, Sun-Ran Cho, Jeong-Oh Yang, Changmann Yoon and Gil-Hah Kim* Dept. of Plant Medicine, Coll. of Agri. Life and Environment Sciences, Chungbuk National University, Republic of Korea ABSTRACT : Host preference was tested on the 7 species plants against ggot-mae-mi, Lycorma delicatula (Hemiptera: Fulgoridae). This insect highly preferred Ailanthus altissima and Vitis vinifera however, didn't choose the other plants preferentially. Both nymphs and adults lived longest in A. altissima and V. vinifera but lived in short and low ecdysis rate against other plants and 3 species fruits. By analyzing the phloem-feeding behavior using EPG, L. delicatula was showed the short time in non-probing phase and it also exhibit the longest feeding time in A. altissima and V. vinifera, but other plants did not feed the phloem at all. In sugar contents analysis, A. altissima existed high sucrose proportion and followed by fructose>glucose, V. vinifera was analyzed by an order of glucose> fructose>maltose>sucrose>rhamnose, Malus pumila was as glucose> fructose, Pyrus calleryana was as glucose>unkown>fructose, Hibiscus syriacus was as sucrose>glucose. Nymphs and adults of L. delicatula lived longest in 5% sucrose solution, and next is in 5% fructose solution. However, they lived short in other sugar solutions. L. delicatula nymph and adult according to the combination of sugar proportion found in original plants lived longer in sugar combination solution of A. altissima and those of V. vinifera was next. Analyzed original sugar proportion from M. pumila, P. calleryana, H. syriacus respectively, L. delicatula lived short period comparing to the A. altissima, V. vinifera. This result was judged that sugar contents affected on choosing the host plants. KEY WORDS : Lycorma delicatula, Host preference, EPG, Feeding behavior, Feeding stimulant 초록 : 꽃매미의식물에대한선호도을조사한결과, 가죽나무와포도나무를가장선호하였으며, 사과나무, 배나무, 무궁화나무, 소나무와복숭아나무는선호하지않는것으로나타났다. 7 종식물에대하여꽃매미약충과성충은가죽나무와포도나무에서가장오래생존하였고, 다른식물에서는생존기간이짧았다. 과수열매에서는거의생존하지못하였다. 꽃매미의섭식행동분석결과, 약충과성충모두가죽나무와포도나무에서섭식하지않는시간 (non-probing time) 은가장짧았고, 체관부섭식시간 (phloem-feeding time) 은가장길었다. 이를제외한나머지식물과열매에서는체관부섭식시간이 0 분으로섭식을하지못하였다. 5 종식물을당분석한결과, 가죽나무는 sucrose 함량이가장높았고 fructose > glucose 순으로, 포도나무에는 glucose > fructose > maltose > sucrose > rhamnose 순이고, 사과나무는 glucose > fructose, 배나무는 glucose > unknown > fructose, 무궁화나무는 sucrose > glucose 순으로당성분이존재하였 *Corresponding author. E-mail: khkim@chungbuk.ac.kr 467
468 Korean J. Appl. Entomol. 48(4), December 2009 다. Parafilm membrane 검정법으로생존기간을조사한결과, 약충과성충모두 sucrose 5% 용액에서가장생존기간이길었으며, fructose 5% 용액이그다음이었다. 이를제외한나머지성분에서는짧은수명을나타내었다. 분석된당성분의조합에의한검정에서도약충과성충모두가죽나무와포도나무의당성분조합에서다른당성분조합과비교하여긴수명을보였다. 당성분이꽃매미가기주를선택하고섭식하는데영향을미치는것으로생각된다. 검색어 : 꽃매미, 기주선호성, EPG, 섭식행동, 섭식자극물질 꽃매미 (Lycorma delicatula) 는몇년전만해도사람들에게잘알려지지않은곤충이었다. 2006년에서울, 경기지역에서발생하면서사람들의관심을받기시작했는데, 그후해마다밀도가증가하면서전국적으로발생하여피해를주고있다 (KFRI, 2007; Han et al., 2008; Park et al., 2009). 꽃매미는많은개체들이무리를지어생활하기때문에사람들에게혐오감을줄뿐아니라, 식물을흡즙하고배설물을배출하여광합성을저해하거나그을음병을생기게하고, 심할경우고사시킨다. 1932년 Doi에의해우리나라에서처음보고된 (Doi, 1932) 꽃매미는중국및동남아시아등의비교적기온이높은지역에서서식하는아열대성곤충으로보고되어있으며, 우리나라에서는문제가되지않았지만, 2006년부터중국에서유입되어정착한것으로보인다 (Han et al., 2008). 가죽나무, 참죽나무, 소태나무, 미국담쟁이덩굴, 머루, 포도나무등목본 38종과초본 3종등 41종이꽃매미의기주식물로알려져있다 (Park et al., 2009). 최근꽃매미의대발생으로피해가잇달아보도되고특히포도농가에서피해가속출함에따라이에대한방제가시급한상황이다. 꽃매미의기주범위를파악할뿐만아니라, 가해를받을가능성이있는작물을미리알아내어예방하기위한기초자료로서우선적으로섭식행동에관한연구가필요하다. 흡즙형곤충의섭식행동은주로 EPG(Eletrical Penetration Graph) 기술을이용해서분석을하게된다 (McLean and Kinsey, 1967; Kim et al., 2005). EPG가처음사용된곤충은진딧물이며 (McLean and Kinsey, 1967; Tjallingii, 1988), 이후로매미충 (Khan and Saxena, 1985) 과멸구류 (Youn and Chang, 1993) 의섭식행동연구에사용되었다. 하지만꽃매미의섭식행동에관한연구는아직이루어지지않은실정이다. 식식성곤충이기주를선택하는데식물의화학적요인과물리적요인이중요하다. 나비목곤충같은식식 성곤충은기주의적합성을파악하기위해식물에있는특정한화학물질을감지하며, 곤충과식물체의상호작용에영향을받는것으로보고되어있다 (Renwick and chew, 1994; Honda et al., 1997). 많은곤충들은에너지원으로서탄수화물을필요로하며, 또한이런성분은곤충들의섭식자극물질로알려져있다 (Bernays and Simpson, 1982). Chlorogenic acid와 sucrose는콜로라도감자잎벌레같이가지과식물을섭식하는곤충의섭식자극물질로보고되어있으며 (Hsiao and Franekel, 1968), Endo et al. (2004) 은감자잎에존재하는 methyl linolenate와 fructose, glucose가큰이십팔점박이무당벌레 (Epilachna vigintioctomaculata) 의섭식을자극한다고하였다. 이처럼당성분은섭식자극물질의역할뿐아니라곤충이살아가는데필수적인영양분이다. 꽃매미의섭식자극물질을탐색하고, 기주를선택하는데당성분이어떤영향을미치는지연구할필요가있다. 본연구에서는 7종식물에대한꽃매미의섭식행동차이를분석하고각식물의당성분이기주선택에미치는영향을연구하여방제에기초자료를제공하고자한다. 재료및방법실험곤충과식물꽃매미 (Lycorma delicatula) 는 2009년충북대학교와인근의가죽나무에서 2 4령약충을채집하여온도 25±2, 상대습도 50 60%, 광주기 16L : 8D 조건에서가죽나무를기주로하여사육용상자 (27 30 46 cm) 에서사육하면서탈피한지 24시간이내의 3령약충과암컷성충을실험에사용하였다. 약충은암수구별없이사용하였고성충은암컷만을사용하였다. 암수는꽃매미의복부끝에있는붉은색산란관의유무로구별하였다.
Lee et al.: Feeding Behavior and Stimulants of Lycorma delicatula 469 Table 1. 7 species plants and 3 species fruits used in this study Common name Scientific name Family Part Korean name Tree of heaven Ailanthus altissima Simaroubaceae Branch 가죽나무 Grapevine Vitis vinifera Vitaceae Branch 포도나무 Red pine tree Pinus densiflora Pinaceae Branch 소나무 Rose of sharon Hibiscus syriacus Malvaceae Branch 무궁화나무 Apple tree Malus pumila Rosaceae Branch 사과나무 Fruit 사과 Pear tree Pyrus calleryana Rosaceae Branch 배나무 Fruit 배 Peach tree Prunus persica Pinaceae Branch 복숭아나무 Fruit 복숭아 실험에는가죽나무와포도나무, 사과나무, 배나무, 무궁화나무, 소나무, 복숭아나무를사용하였다 (Table 1). 이들은모두충북대학교내부속농장과그주변에서재배된무농약나무로, 건전한가지와열매를실험에사용하였다. 선호도와생존기간조사 7종식물의가지 ( 가죽나무, 포도나무, 사과나무, 배나무, 무궁화나무, 소나무, 복숭아나무 ) 를일정길이로 (30 cm) 자른후시들지않게물이든유리병에꽂은후사육용상자 (40 40 40 cm) 안에일정한간격으로배치를다르게하였다. 꽃매미약충과성충을접종한후, 온도 25±2, 상대습도 50 60%, 광주기 16L : 8D조건이일정하게유지되는사육실로옮겨일정시간간격으로각식물에붙어있는꽃매미의수를기록하였다. 생존기간비교는 7종식물의가지를일정길이로 (20 cm) 자른후유리병에꽂아준비하였고, 3종열매를 cage당각 20 개씩준비하였다. 사육용상자 (28 28 28 cm) 에각식물의가지와열매를넣은다음, 꽃매미 3령약충과성충을접종하여생존기간을기록하였고, 약충은탈피율도조사하였다. 실내사육조건은 25±2, 상대습도 50 60%, 광주기 16L : 8D로유지하였고, 매일유리병의물을새로이공급하였고, 가지는마르기전에수시로교체하였다. 모든실험은 3반복으로하였다. EPG 기록과 Data 분석꽃매미약충과성충의탐침행동과섭식행동을조사하기위해 Tjallingii (1988) 의 DC system을이용하여섭식파형을기록하였다. 전도성페인트 (Silver conductive paint, RS, 101-5621, UK) 를이용하여직경 100μm, 길 이 5cm인금선 (Goodfellow, UK) 을꽃매미의등쪽가슴중앙에부착하였다. 꽃매미에연결된금선을 Giga-8 DC EPG amplifier에연결하고꽃매미는식물가지위에올려놓았으며, 6시간동안기록하였다. EPG신호는 PC 에기록되고그결과는 STYLET 3.8 program으로분석하였으며 (Tjallingii and Mayoral, 1992), 모든실험은노이즈를최소화하기위해구리망으로차단된 Faraday cage 안에서수행하였다. EPG에기록된전기적인패턴을바탕으로파형을분류하고각각의파형발생시간을측정하였다. 각수종별로 10회반복하였으며, 모든 data 는실험시작후 6시간동안측정한것으로분석하였다. 각식물별꽃매미의섭식행동차이는 Tukey s Studentized Range Test로검정하였다 (SAS Institute, 2003). 당분석을위한시료준비및분석가죽나무, 포도나무, 사과나무, 배나무, 무궁화나무가지를 1kg을준비하여절단하여 methanol에 3일간침지시켜추출한후농축기로농축시켰다. 각농축된추출물 20g을증류수 800 ml에녹인후분액여두에넣고 hexane 800 ml를넣어충분히흔들어 hexane층을분리하였다. 남은물층을위와같은방법으로 chloroform, ethyl acetate층으로분리하였고, 마지막으로남은물층을회전진공농축기 (Heidolph, Germany) 로 45 에서감압농축을하였다. 이런과정으로얻어진최종시료로당분석을하였다. 당분석은 HPLC (Agilent Technologies 1200 series, Santa Clara, CA; pump : Quaternary pump, column : Zorbax carbohydrate (4.6 mm 250 mm, 5 μm ), solvent : acetonitrile + water (8:2), flow rate : 2 ml/min, detector : RID, injection : 1 μl ) 를이용하였다. 당표준물질은이동상인 acetonitrile : water (8:2) 에녹여각 4mg/ml
470 Korean J. Appl. Entomol. 48(4), December 2009 농도의보존용액을조제한후필요에따라희석하여일련의표준용액을만들고 1μl를 HPLC에주입하여농도변화에따른검정곡선을작성하였다. 각시료 3g의물질은증류수 3g에 1 : 1로희석후 ADVANTEC cellulose acetate 0.45 μm hydrophlic 필터로여과하였고, HPLC 로분석하기전보존용액 : 시료 = 10 : 1 로재희석후분석에사용하였다. 검출된 peak의 retention time과당표준품 retention time을비교하여당성분을동정하였다. 그리고 peak의면적을계산하여각식물에존재하는당성분의비율을분석하였다. 실험에사용한 rhamnose, fructose, glucose, sucrose, maltose 표준물질은 Sigma(St. Louis, MO, USA) 제품, HPLC용 acetonitrile 은 Burdick & Jackson(USA) 의제품을사용하였다. 당성분에대한생존기간조사 HPLC로분석한당성분의표준품을증류수로희석하여 5, 1, 0.1% 용액을만들고, 각식물별로분석된당성분의함량비로혼합하여 10, 5% 용액을만들었다. 용액을이용한생물검정을위해 parafilm membrane (parafilm M, USA) 을사용하였다 (Mittler and dadd, 1962). petridish ( : 9cm, h: 0.6mm) 에각용액을가득채운후 Mitsuhashi and Koyamar (1969) 가이용했던방법을응용하여 parafilm membrane을손으로일정한두께로잡아당겨늘인후용액의표면적을감쌌다. 용액이채워진 petridish를생물검정용기 ( : 11 cm, h: 8 cm) 에 parafilm membrane이위로오도록비스듬히세워놓았다. 빈공간은솜으로채 워서꽃매미가끼이지않도록하였다. 약충과성충을접종하고뚜껑을닫은후온도 25±2, 상대습도 50 60%, 광주기 16L : 8D조건의사육실로옮겨생존기간을조사하였다. 각실험은 3반복으로하였다. 실험결과의분석은 Tukey s studentized range test로하였다 (SAS Institute, 2003). 결과및고찰식물에대한선호도꽃매미약충및성충에대한가죽나무, 포도나무, 사과나무, 배나무, 복숭아나무, 무궁화나무, 소나무에대한선호도조사를한결과, 가죽나무를가장선호하며, 그다음이포도나무였다. 그외에다른식물은선호도가낮았다 (Fig. 1). 약충은가죽나무와포도나무의선호도가차이가났으며, 다른식물은낮은선호도를나타내었다. 성충의경우, 가죽나무와포도나무가비슷한경향을보였고, 소나무가가장낮은선호도를보였다. 많은곤충들이기주식물을찾아가는데후각적인요소로기주식물의냄새를이용한다고알려져있다 (Visser, 1986). Xiao et al. (2002) 은왕담배나방 (Helicoverpa armigera) 암컷이비기주인중국굴피나무 (Pterocarya stenoptera) 의젖은잎에서추출한물질에유인이된다고하였다. 이처럼곤충은자신이원하는기주를찾아가는데식물의휘발성물질을감지하여찾아간다. Hori Fig. 1. Preference rate of Lycorma delicatula nymph and adult to 7 species plants at each time (n=150).
Lee et al.: Feeding Behavior and Stimulants of Lycorma delicatula 471 et al. (2006) 의연구에따르면딸기잎돼지벌레 (Galerucella vittaticollis) 의기주식물들과비기주식물들의휘발성물질을포집하여유인효과를보았는데기주식물들에있는주요성분인 cis-3-hexenyl acetate에유인이되었다고한다. 반면비기주식물에는 cis-3-hexenyl acetate가존재하지않거나상대적으로적은양이있었다고하였다. 꽃매미또한자기가원하는기주를찾아가는데이런휘발성물질을감지했을거라생각된다. 분명기주와비기주식물이방출하는휘발성물질은다를것이다. 이런물질에대한꽃매미의반응은아직연구되어있지않지만, 꽃매미를식물로유도하거나기피시키는데중요한역할을했을것이다. 식물의휘발성물질에대한꽃매미의반응은많은연구가필요하다. 식물에대한생존기간비교 7종식물과 3종열매에대한약충과암컷성충의생존기간과탈피율을조사한결과는 Table 2와같이나타났다. 탈피후 24시간이내의 3령부터사망까지생존기간을조사한결과, 가죽나무와포도나무가각 15.0일, 15.4일로가장길었고, 사과나무와배나무, 무궁화나무, 복숭아나무가 6일이내, 소나무가 5일이내였으며, 3종의열매에서는모두 2일이내로짧은생존기간을보였다. 성충도 7종식물에대한생존기간은가죽나무 6.8 일, 포도나무 6.1일로가장길었고다른식물에서는 2일이내로짧은생존기간을보였다. 약충과성충모두가죽나무와포도나무간에생존기간의차이는있었으나유의성은없었다. 사과나무, 배나무, 소나무, 무궁화나무, 복숭아나무간에생존기간은유의성이없었으며, 가죽나무와포도나무와비교하여유의성이있었다. Jung and Im. (2005) 은저항성벼와감수성벼에서벼멸구의생존율을조사하였는데저항성벼에서는생존율이매우낮았지만감수성벼에서는생존기간이길었다고하였다. 그리고 Yang et al. (2009) 은담배가루이 B, Q-biotype 에대한고추품종에서의발육기간과생존율을조사하였는데, B-biotype은고추품종에서약충이생존하지못하였고, 우화율도 5.8% 이하로매우낮게나타났다고하였다. 이처럼먹이식물이곤충에미치는영향은크며, 기주가아닌식물에서는생존할수가없다. 꽃매미도가죽나무와포도나무에서는생존기간이길었지만, 다른 Table 2. Survivorship of Lycorma delicatula when inoculated 3rd instar and adult on 7 species plants and 3 species fruits Longevity Ecdysis rate Plants Type n Part (mean±sd, day) (%) d Ailanthus ultissima Nymph a 110 15.0 ± 1.0 A c 63.3 Branch Adult b 110 6.8 ± 0.6 a c - Vitis vinifera Nymph 105 15.4 ± 3.0 A 63.0 Branch Adult 105 6.1 ± 0.7 a - Pinus densiflora Nymph 51 4.5 ± 1.5 B 5.9 Branch Adult 51 2.2 ± 0.5 b - Hibiscus syriacus Nymph 51 5.6 ± 1.2 B 7.8 Branch Adult 51 2.5 ± 0.4 b - Malus pumila Pyrus calleryana 51 Branch 5.3 ± 0.4 B 17.7 Nymph 50 Fruit 1.2 ± 0.3 B 0.0 Adult 51 Branch 2.4 ± 0.3 b - 54 Branch 6.0 ± 2.1 B 9.3 Nymph 50 Fruit 1.7 ± 1.4 B 0.0 Adult 54 Branch 2.1 ± 0.4 b - Prunus persica 50 Branch 5.5 ± 1.1 B 0.0 Nymph 50 Fruit 1.6 ± 1.0 B 0.0 Adult 50 Branch 2.9 ± 0.3 b - a Longevity until 3rd instar to death; b Longevity until adult to death; c Means followed by same letter(capital letter for nymph and small letter for adult) are not significantly different at P=0.05 by Tukey s Studentized Range Test (SAS Institute, 2003); d Ecdysis of 3rd to 4th instar.
472 Korean J. Appl. Entomol. 48(4), December 2009 식물에서는생존기간이짧았다. 꽃매미가 4령으로탈피시, 가죽나무와포도나무에서각각 63.3%, 63.0% 로탈피율이가장높게나타났지만나머지는사과나무 (17.7%)> 배나무 (9.3%)> 무궁화 (7.8%)> 소나무 (5.9%)> 복숭아 (0%)= 사과, 배, 복숭아열매 (0%) 순으로낮은탈피율을보였다. 성충단계로탈피한개체는없었다. 이처럼생존할수없는식물에서는탈피율또한매우낮았다. 이처럼곤충은섭식하는먹이에따라생존이나발육하는데큰영향을받으며, 선호하는기주를찾아가는것은생존을위한선택일것이다. Campbell et al. (1982) 은곤충의기주저항성차이는기주에섭식자극제가충분히존재하지않거나섭식저해제가존재하기때문일수있다고하였다. 또 Miller and Miller (1986) 는곤충은기주잎의영양상태, 물리적및화학적방어물질의반응에따라기주적합성의중요한원인으로결정된다고보고하였다. 비슷한맥락에서비기주에는섭식자극물질이없거나또는저해물질이있어필요한영양분을섭취할수없어생존할수없거나정상적인탈피가이루어지지않는것으로보인다. EPG패턴분석과섭식행동비교꽃매미의섭식파형에대한연구는저자가아는한아직없다. 꽃매미에대한파형은다음과같은방법으로구분하였다. 꽃매미는체관부와물관부를섭식하는곤충이다. 각식물별약충과성충의파형에대한공통적인파형을분류하였고, 실험자가꽃매미의구침활동을관찰하여 non-penetration 파형과 pathway phase 파형을구분하였다. 약충의파형분석에서체관부와물관부섭식으로생각된파형은가죽나무와포도나무에서만관찰되어섭식관련파형으로판단하였다. 이파형들은성충의파형분석에서도유일하게가죽나무와포도나무에서만기록된파형으로섭식에중요한파형일거라생각되어, 다른매미목곤충의파형분석의패턴과비교해본결과, 체관부섭식파형일것이라판단하였고, 다른또하나의파형은물관부섭식파형일것이라판단하였다. 4가지유형으로분류된파형은 Fig. 2와같다. 1번파형은 1시간동안기록된전체파형의형태를보여주며, 3번파형은 pathway phase로꽃매미가기주에구침으로찌르면서먹이를확인하는파형이다. 4번은 xylem phase로판단되는파형으로물관부를섭식할때나타나는파형이며 5번파형은 phloem phase로판단되는파형으로섭식에중요한패턴으로체관부를흡즙할때나 오는파형이다. 2번파형은 non penetration으로구침의활동이없을때나오는파형으로, 표시된부분은구침을찌르긴하였지만, 구침활동이일어나지않아전압의변화가없는상태를기록하고있는데이는섭식행동이일어나지않았음을보여준다. EPG를이용한섭식파형은진딧물에서 5가지패턴을보여주고 (Tjallingii, 1978, 1985; Kimmins et al., 1987) 멸구류는 6가지 (Kim et al., 2005; Youn and Chang, 1993), 담배가루이는 7가지패턴 (Lei et al., 1996; Lei et al., 1999; Jiang et al., 1999; Yang et al., 2009) 으로분석되었으나, 본실험에서는보고된곤충들의섭식파형을참고하여꽃매미의섭식에중요한 4가지파형을분류하여섭식여부를알아보고자하였다. 7종식물에대한꽃매미약충과성충에대한섭식행동분석결과 (Table 3), non penetration이각식물에대해서큰차이를보였다. 꽃매미약충과성충은가죽나무에서 242.0분, 223.2분, 포도나무는 228.7분, 245.6분으로다른 5종의식물보다짧게나타났다. 또한, 꽃매미의실질적인섭식파형인체관부섭식파형에서큰차이를보여주었다. 꽃매미약충과성충은가죽나무에서 45.7분, 52.8분과포도나무에서 23.7분, 29.0분으로 20 분이상체관부를섭식하였다. 그러나다른 5종의식물인복숭아나무, 사과나무, 배나무, 무궁화나무, 소나무에서는모두 0.0분으로체관부섭식시간이나타나지않았다. 꽃매미과 (Fulgoridae) 곤충은식물의체관부를흡즙하는곤충으로분류되어있다 (Naskrecki and Nishida, 2007). 따라서체관부흡즙여부는꽃매미의기주선택기준으로볼수있으며, 꽃매미의섭식행동연구에매우중요하다. 본실험에서가죽나무, 포도나무, 복숭아나무는약충과성충모두 20분이상의물관부섭식파형 (G) 을보여주고있으며사과나무, 배나무, 무궁화나무는약충에서최대 9분으로나타났으나, 성충은 15분이상의물관부파형을보여주고있다. 그러나소나무에서는약충과성충모두물관부파형이나타나지않았다 (Table 3). 이렇듯소나무를제외한 6종의기주에서물관부섭식파형이성충에서나타나고있다. 그러나, 체관부섭식곤충이에너지를얻기위해선체관부를섭취해야한다. 체관부섭식곤충인유시진딧물 (Alate aphid) 은에너지흡수를위해체관부를섭식해야하며그렇지않으면생존할수없다고하였다 (Ward, 1991). Davis and Radcliffe (2008) 은체관부섭식곤충인진딧물은 4가지작물에서물관부섭식행동이나타나지만, 체관부섭식을해야만
Lee et al.: Feeding Behavior and Stimulants of Lycorma delicatula 473 1. Overview of Lycorma delicatula probing process of 1hr 2. Non penetration 3. Pathway phase 4. Xylem phase 5. Phloem phase Fig. 2. EPG waveforms recorded by probing of Lycorma delicatula.
474 Korean J. Appl. Entomol. 48(4), December 2009 Table 3. Mean duration (min) of Lycorma delicatula nymph and adult probing behavior parameters in 6 h on 7 species plants Plant Species (Min±SD) Parameter Types Ailanthus altissima Vitis vinifera Prunus persica Malus pumila Pyrus calleryana Hibiscus syriacus Pinus densiflora np C G Nymph 242.0 ± 4.9b 228.7 ± 60.8b 285.1 ± 45.0ab 332.1 ± 19.6a 332.8 ± 40.6a 309.2 ± 28.8a 359.3 ± 1.56a Adult 223.2 ± 36.3b 245.6 ± 28.6b 307.0 ± 7.2a 320.1 ± 10.7a 320.3 ± 33.8a 309.0 ± 14.7a 344.7 ± 14.0a Nymph 49.2 ± 16.5b 75.8 ± 14.2a 44.5 ± 32.9b 27.9 ± 19.6c 27.2 ± 10.6c 41.8 ± 21.4b 3.9 ± 1.9c Adult 62.9 ± 29.4a 60.3 ± 23.7a 28.7 ± 9.6b 15.0 ± 8.9b 24.0 ± 19.6b 30.4 ± 10.9b 12.8 ± 11.4b Nymph 23.1 ± 13.8a 31.8 ± 17.0a 30.3 ± 18.1a 0.0 ± 0.0c 0.0 ± 0.0c 9.0 ± 4.2b 0.0 ± 0.0c Adult 20.9 ± 8.8ab 24.9 ± 11.6ab 24.2 ± 11.6a 24.8 ± 12.1a 15.0 ± 14.9ab 20.5 ± 4.1a 0.0 ± 0.0c Nymph 45.7 ± 30.8a 23.7 ± 9.0b 0.0 ± 0.0c 0.0 ± 0.0c 0.0 ± 0.0c 0.0 ± 0.0c 0.0 ± 0.0c E Adult 52.8 ± 23.4a 29.0 ± 17.8c 0.0 ± 0.0c 0.0 ± 0.0c 0.0 ± 0.0c 0.0 ± 0.0c 0.0 ± 0.0c Non-penetration duration (np), pathway phase (C), xylem phase (G), phloem phase (E). 생존할수있으며, 체관부섭식파형의존재는진딧물의기주를판단하는데중요한기준이라하였다. 따라서꽃매미가물관부파형을나타난다하여도, 그식물이주기주임을판단할수없다. 물관부파형과체관부섭식파형이존재할때꽃매미의기주임을판단할수있다. 이처럼 EPG를이용하여꽃매미의 7종식물에대한실질적인섭식여부를알수있었다. 선호도와생존기간에서의결과와종합적으로볼때꽃매미는생존을위한기주로써가죽나무와포도나무를선택하며, 사과나무, 배나무, 무궁화나무, 복숭아나무, 소나무는기주로서부적합하다. 당성분분석과생존기간비교 앞서실험에서꽃매미는가죽나무와포도나무를선호하며잘섭식하고생존할수있었다. 꽃매미가가죽나무와포도나무에서서식할수있는데에는여러가지요인이관여했을것이다. 그중식물에존재하는당은곤충이생존을위해필요로하는물질중하나이다. 가죽나무와포도나무에는꽃매미의생존을위해필요한당이존재하고나머지식물에는이런성분이없거나적은양이있을것이라생각된다. 각식물에대한당성분의차이를분석한결과는다음과같다 (Fig. 3). 가죽나무에는 sucrose의함량이가장높았고 fructose > glucose순이며, 포도나무에는 glucose > fructose > maltose > sucrose > rhamnose순으로당성분이존재하였다. 사과나무에는 glucose > fructose, 배나무에는 glucose > unkown > fructose, 무궁화나무에는 sucrose > glucose Fig. 3. HPLC analysis of sugars in 5 plant extracts. (A) Ailanthus altissima (B) Malus pumila (C) Hibiscus syriacus (D) Vitis vinifera (E) Pyrus calleryana (F: fructose, G: glucose, S: sucrose, R: rhamnose, and M: maltose). 순으로당성분이존재하였다 (Table 4). 꽃매미가선호하며섭식을잘하는가죽나무와포도나무에는 sucrose 와 fructose가같이존재하는것을알수있었다. 특히포도나무에는 sucrose와 fructose외에다른당성분들도존재하였다. 반면사과나무, 배나무, 무궁화나무에는 glucose의함량이높았다. 무궁화나무의경우 sucrose의함량이높았지만, glucose 또한존재하였으며선호식물의당성분과는다르게 fructose가존재하지않았다. 당성분의함량과조성이꽃매미약충과성충의생존
Lee et al.: Feeding Behavior and Stimulants of Lycorma delicatula 475 Table 4. Sugar proportions in 5 plant extracts Plants Ratio of component (%) Rhamnose Fructose Glucose Sucrose Maltose Unknown Ailanthus altissima - 19.8 14.9 65.1 - - Vitis vinifera 9.4 24.7 43.7 9.6 12.3 - Malus pumila - 11.5 88.4 - - - Pyrus calleryana - 10.7 66.6 - - 20.5 Hibiscus syriacus - - 38.1 61.8 - - Fig. 4. Comparative survivorship of Lycorma delicatula nymph and adult against sugar concentration. 에영향을주는지를조사한결과는 Fig. 4와같다. 약충의경우 sucrose 5% 용액에서 13.1일로가장오래생존하였고 fructose 5% 용액에서 11.4일을생존하였다. 그다음으로 rhamnose용액이 7.8일, maltose용액이 6.1일, glucose용액이 6.0일로가장짧은수명을보였다. sucrose 용액에서는 0.1%, 1% 농도까지 10일이상의수명을보였으며, fructose용액은 1% 농도까지 10일이상의수명을나타냈다. 대체적으로당액의농도가낮아질수록수명이줄어드는경향을보였다. 또한 sucrose 5% 용액을섭식한 3령약충이 4령으로탈피하는비율은 73.3% 로가장높았으며 fructose 5% 용액을섭식한경우는 66.6% 의탈피율을나타내었다. 나머지당성분을섭식한약충은탈피할때까지생존하지못하였다. 암컷성충을대상으로한실험에서도약충과비슷한경향을나타내었다 (Fig. 4). 가죽나무에는 sucrose의함량이가장많으며 frucrose 또한존재하고, 포도나무에도 fructose의함량이많으며 sucrose 또한존재한다. 실험결과로볼때, 꽃매미가살아가는데 sucrose와 fructose가큰영향을미치며섭식자극에중요한역할을하는것으로보인다. Onagbola et al. (2007) 의연구에의하면금졸벌과 pteromalus cerealellae는 sucrose 25% 용액을섭식하였을때수명이가장길었다고하였고. 또한 Luo et al. (2009) 은큰밤고치벌 (Microplitis mediator) 에대한당성분이미치는영향을연구하였는데, sucrose 용액에서생존기간이가장길었으며 fructose, glucose가그다음이었고, 나머지 mannose, galactose, raffinose penthhydrate에서는생존기간이짧았다고하였다. 꽃매미도 sucrose용액에서생존기간이가장길었다. 본실험에서는 sucrose용액다음으로 fructose용액의생존기간이길었고 glucose용액은낮은생존기간을나타내었다. 이는곤충마다필요로하는성분이다르기때문이라생각되며곤충이살아가는데당성분이영향을미치는것으로생각된다. 이미당은많은곤충들의섭식자극물질로알려져있다 (Bernays and Simpson, 1982). Endo et al. (2004) 은감자잎의 methanol추출물에서큰이십팔점박이무당벌레 (Epilachna vigintiocto maculata) 의섭식자극물질을찾았는데 methyl linolenate와 fructose, glucose같은당성분이었다. 이처럼 sucrose와 fructose는꽃매미의생존을위해필요한
476 Korean J. Appl. Entomol. 48(4), December 2009 Table 5. Survivorship of Lycorma delicatula nymph and female adult fed on mixture of sugar Mixture Ratio F+G+S 19.8 : 14.9 : 65.1 R+F+G +S+M F+G 11.5 : 88.4 F+G 10.7 : 66.6 9.4 : 24.7 : 43.7 : 9.6 : 12.3 Conc. Longevity (mean±sd, day) n (%) Nymph a Adult b 10 15 13.1 ± 0.2 a c 6.9 ± 0.8 a c 5 15 14.2 ± 0.8 a 5.9 ± 0.4 a 10 15 14.0 ± 0.6 a 6.0 ± 0.2 a 5 15 13.1 ± 0.5 a 5.6 ± 0.6 a 10 15 8.2 ± 0.5 b 3.0 ± 0.4 b 5 15 7.8 ± 0.7 b 3.1 ± 0.4 b 10 15 8.0 ± 0.6 b 3.2 ± 0.6 b 5 15 7.1 ± 0.3 bc 3.1 ± 0.3 b G+S 38.1 : 61.8 10 15 6.2 ± 0.3 c 3.5 ± 1.0 b 5 15 6.0 ± 0.4 c 3.1 ± 0.5 b Water - - 15 4.8 ± 0.3 d 2.6 ± 0.6 b a Longevity until 3rd instar to death. b Longevity until adult to death. c Means followed by same letter are not significantly different at P=0.05 by Tukey's Studentized Range Test (SAS Institute, 2003). 물질이며, 섭식을자극하는것으로생각된다. 앞서실험에서각당성분만을가지고생물검정을하였으나당성분들이서로혼합되었을때꽃매미의생존기간에어떤영향을미치는지알아보고자각당성분들의함량대로혼합하여생물검정을해보았다 (Table 4). 약충의경우 F+G+S( 가죽나무 ) 10% 용액에서 13.1일, 5% 용액에서 14.2일을생존하였고, R+F+G+S+M( 포도나무 ) 10% 용액에서 14.0일, 5% 용액에서 13.1일을생존하여가죽나무와포도나무의당조합에서가장긴수명을보였다. 사과나무, 배나무, 무궁화나무의당조합에서는 6 8일이내의수명을나타내어가죽나무와포도나무의당조합과차이를보였다 (Table 5). 물만공급하였을경우 4.8일을생존하였다. 약충의탈피율은 F+G+S ( 가죽나무 ) 10% 용액에서 60.0%, 5% 용액에서 66.7% 였으며, R+F+G+S+M( 포도나무 ) 10% 용액에서 66.7%, 5% 용액에서 60% 를나타내었다. 반면에다른식물의당조합에서는탈피하는개체가없었다. 이처럼탈피율이높은경우생존기간또한길었다. 암컷성충의경우도마찬가지로 F+G+S( 가죽나무 ) 용액과 R+F+G+S+M( 포도나무 ) 용액에서가장긴수명을보였고, 다른당조합에서는 3일이내의짧은수명을보였다 (Table 5). 성충의경우물만공급했을경우 2.6일을생존하였다. Fig. 3에서보듯이가죽나무와포도나무는 sucrose와 fructose가동시에존재하고있으며, 앞선실험결과와종합적으로볼때꽃매미가기주로가죽나무와포도나무를선택하게된것은이러한당성분이존재하고있기때문일것이다. 사과나무와배나무의경우 glucose의함량이높기 때문에이들식물에서는꽃매미가살아갈수가없는것이다. 무궁화나무의경우 glucose도존재하지만 sucrose 또한존재하고있다. 하지만당성분을함량대로조합하여생물검정을한결과에서무궁화는 sucrose가존재하지만꽃매미의수명은가장짧았다. 이는당성분간에혼합되었을경우서로간에영향을받는것으로생각된다. Mitsuhashi and Koyama (1969) 는당성분을혼합하여벼멸구의생존율을보았는데 glucose와 fructose 를혼합하였을경우 glucose 단독처리시보다생존율이낮아졌으며, sucrose와 maltose를혼합하였을경우혼합양에따라생존율이달라졌다고하였다. 본연구에서는당을중심으로섭식자극물질을연구하였다. 하지만당이외의성분에대해서도연구가필요하다. 사사 본논문은농림부 / 농림기술관리센터지정포도연구사업단의연구비지원과교육인적자원부의제2단계두뇌한국 21사업으로수행한결과이다. Literature Cited Bernays, E.A. and S.J. Simpson. 1982. Control of food in-take. Adv. Insect Physiol. 16:59-118. Campbell, B.C., D.L. Mclean, M.G. Kinsey, K.C. Jones and D.L Dreyer. 1982. Probing behavior of the greenbug (Schizaphis graminum, biotype C) on resistant and susceptible varieties of sorghum. Entomol. Exp. Appl. 31: 140-146.
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