양 고추냉이 정유 를 이용 한 천연물 농약 개발 글 ㆍ 사진 / 이상길 ( 임업 연구원 산림 환경부 ) 양 고추냉이 정유 를 이용 한 저곡 해충 퇴치 제 시제품 . 왼쪽 으로부터 캡스 탄 ( 창고 소독 용 ) , 쌀벌레 캡스 ( 가정용 ) , 캡스 탄 골드 ( 목재 및 토양 소독 용 ) 주요 5 종 저장물 해충 에 대한 양 고추냉이 정유 의 농도 별 살충 활성 양 고추냉이 정유 의 작용기 작 산림 자원 을 이용 하 여 환경친화 적 생물 농약 을 개발 할 목적 으로 여러 식물체 추출물 에 대한 생물 검정 을 실시 한 결과 양 고추냉이 정유 로부터 살충 활성 물질 을 분리 하 였으며 , 이 정유 를 이용 하 여 저장물 해충 퇴치 를 위한 시제품 을 제작 하 였 다 . 일찍이 식물체 유래 2 차 대사산물 들 이 나타내 는 다양 한 생물 활성 으로 인해 농약 개발 분야 에서 많 은 연구 가 수행 되 어 왔 고 , 그 결과 로테논 을 비롯 한 피레스 로이드 계 화합물 들 이 실용 화 할 수 있 게 되 었 다 . 많 은 식물체 추출물 들 과 정유 들 이 다양 한 저장물 해충 들 에 대해 살 란 · 기피 · 살충 활성 을 나타낸다고 보 고 되 고 있 으며 , 또한 식물체 유래 화합물 들 은 살충제 저항성 해충 들 에 대해 매우 효과 적 인 것 으로 알려 지 고 있 다 . 이러 한 살충 활성 을 보이 는 대부분 의 식물체 추출물 들 과 정유 물 들 의 살충 성분 들 은 주로 모노 터피 노이드 계열 에 속하 며 , 이 들 화합물 들 은 대부분 상당히 높 은 휘발 성 을 갖 고 있 기 때문 에 대개 는 훈증 독 기능 을 보인다 . 말라치 온과 같 은 예방 용 살충제 들 은 처리 곡물 의 표면 에 장기간 잔류 될 수 있 는 잔류 문제 와 훈증제 로 사용 하 는 메 칠 브로마이드 와 클로로피크린 과 같 은 유기 합성 약제 들 역시 높 은 인축 독성 을 나타내 기 때문 에 식물체 유래 화합물 들 의 이러 한 훈증 작용 은 저장물 해충 들 에게 는 상당히 중요 한 기 작 으로 그 응용 성 이 크 다고 할 수 있 다 . 저장물 해충 에 대한 방제 현황 저장물 해충 에 대한 방제 는 주로 액제 나 훈증제 의 지속 적 인 처리 에 의존 하 고 있 다 . 비록 이 들 약제 들 이 효과 적 이 기 는 할지라도 수십 년 에 걸친 이 들 의 반복 적 인 처리 가 천적 생태계 를 교란 시켰 다 . 또한 해충 들 의 대발 생 을 야기 하 였을 뿐 만 아니 라 다양 한 형태 의 살충제 들 에 대한 저항성 종 들 의 발달 을 초래 하 였으며 , 인간 을 비롯 한 환경 과 비목 적 생물 들 에 대한 역효과 를 유발 하 였 다 . 특히 , 메 칠 브로마이드 와 포스핀 과 같 은 훈증제 들 이 저장물 해충 들 로 인한 저장물 및 많 은 농산물 들 의 예방 과 방제 를 위해 매우 효과 적 인 수단 으로 사용 되 어 왔 을 지라 도 몇몇 저장물 해충 들 은 메 칠 브로마이드 와 포스핀 에 대해 저항성 을 발달 시켰 다 . 또한 EPA ( 1993 년 ) 는 이 들 약제 들 이 오존층 파괴 와 높 은 인축 독성 을 야기 하 기 때문 에 선진국 의 경우 는 2001 년 까지 그리고 개발 도 상국 들 은 2010 년 까지 이 들 의 사용 을 금지 하 는 협약 을 통과 시켰 다 . 그러나 현실 적 으로 이 들 약제 의 대 체제 개발 이 어렵 고 , 그 개발 을 위한 기간 유예 를 위해 미국 을 비롯 한 선진국 들 에서 조차 도 그 사용 금지 시기 를 잠재 적 으로 2005 년 까지 유예 시킨 상태 이 며 그 사용량 은 점점 감소 하 고 있 는 실정 이 다 . 따라서 저장물 해충 대 체제 개발 은 전 세계 적 인 관심사 라 할 수 있 다 . 식물체 에 근간 한 생물 활성 물질 에 관한 많 은 연구 들 이 주로 농업 해충 방제 제 또는 그 예방 제 개발 을 위해 수행 되 었 다 . 하지만 , 상대 적 으로 저장물 해충 에 대해 방제 제 및 그 예방 제 를 개발 하 고자 하 는 연구 는 아직 도 기초 적 인 연구 단계 에 있 다 . 시험 곤충 본 시험 에 사용 한 검정 용 저장물 해충 들 은 화랑 곡 나방 ( Plodia interpunctella ( H ner ) ) 유충 , 권연 벌레 ( Lasioderma serricorne ( Fabricius ) ) 성충 , 쌀바구미 ( Sitophilus oryzae ( L . ) ) 성충 및 팥바구미 ( Callosobruchus chinensis ( L . ) ) 성충 그리고 애수시렁이 ( Attagenus japonicus Reitter ) 유충 등 5 종 의 곤충 들 로 , 감수성 계통 들 은 살충제 에 대한 어떤 노출 도 없 는 실내 사육 충 들 만 을 선택 하 여 본 시험 에 이용 하 였 다 . 모든 충 들 의 사 육 조건 은 온도 28 ± 1 ℃, 상대 습도 55 ± 5 % 그리고 광 조건 16 : 8 시간 ( 주 : 야 ) 으로 하 였 다 . 양 고추냉이 정유 의 살충 활성 검정 식물체 및 그 유래 성 정유 를 이용 한 스크리닝 에서 중요 한 요소 는 초기 농도 를 어떻게 설정 하 느냐 이 다 . 본 시험 에서 는 초기 농도 를 50 mg 으로 설정 하 여 예비 실험 을 거친 후 100 % 의 살충 활성 이 관찰 되 면 이후 이 농도 를 기준 하 여 5 mg 씩 줄여 농도 별 검정 을 실시 하 였 다 . 메탄올 100 ㎕ 에 양 고추냉이 정유 각각 의 농도 로 녹여 여지 ( Whatman No . 2 , 직경 5 cm ) 에 마이크 로 피펫 을 이용 해 처리 하 였 다 . 처리 즉시 여지 를 후드 내 로 옮겨 약 20 초 가량 넣 어 두 어 용매 를 최대한 휘발 시켰 다 . 대 조구 역시 동일 하 게 처리 하 였 다 . 이 여지 를 페트리 디쉬 ( 직경 5 cm , 높이 3 . 5 cm ) 에 넣 어서 각 성충 20 개체 씩 을 처리 된 여지 위 에 방사 한 후 뚜껑 을 닫 고 그 살충 활성 을 관찰 하 였 다 . 살충 활성 은 처리 24 시간 후 에 미세 한 붓 을 이용 해 각 대 상충 의 부속지 및 몸통 을 자극 하 여 전혀 움직임 이 없 는 충 은 사충 으로 간주 하 였 다 . 살충 검정 은 3 반복 으로 하 였 고 , 그 살충 율 에 대한 평균 간 비교 는 Scheffe 검정 을 이용 하 였 다 ( S - AS Institute , 1996 ) . 양 고추냉이 정유 의 각 검 정충 들 에 대한 활성 결과 는 에 나타내 었 는데 , 각 충 들 에 대한 활성 은 실험 충 및 농도 의존 적 인 양상 을 보였 다 . 본 정유 는 15 mg 이상 수준 에서 화랑 곡 나방 유충 · 쌀바구미 성충 · 팥바구미 성충 에 대해 100 % 살충 활성 을 나타냈 고 , 권연 벌레 성충 및 애수시렁이 유충 에 대해서 는 93 . 3 % 의 살충 활성 을 보였 다 . 10 mg 수준 에서 는 화랑 곡 나방 에 대해 93 . 3 %, 쌀바구미 에 대해서 100 % 높 은 살충 활성 을 보였 다 . 그러나 5 mg 수준 에서 는 쌀바구미 성충 에 대해서 만 100 % 의 활성 을 나타냈 다 . 각 충 들 의 농도 의존 적 인 반응 은 정유 내 함유 된 살충 활성 물질 의 함 유농 도 및 그 휘발 성 에 기인 한 적정 한 포화 수준 이 낮 은 농도 수준 에서 는 도달 되 기 힘들 었 기 때문 일 것 으로 생각 된다 . 양 고추냉이 정유 의 살충 활성 작용기 작 구명본 시험 에서 스크리닝 에 사용 한 검정 법 으로 는 관찰 된 살충 활성 이 직접 접촉 독 에 의한 것 인지 아니 면 훈증 독 에 의한 것 인지 를 알 수 없 기 때문 에 5 종 대 상충 모두 에 대해 24 시간 후 100 % 의 높 은 살충 활성 을 나타낸 양 고추냉이 정유 를 대상 으로 쌀바구미 와 권연 벌레 에 대해 그 작용기 작 을 Ahn 등 ( 1998 년 ) 의 방법 에 따라 조사 하 였 다 . 정유 5 mg 씩 을 메탄올 100 ㎕ 에 녹여 스크리닝 에서 사용 한 동일 한 크기 의 여지 에 마이크 로 피펫 을 이용 해 처리 한 후 후드 에서 20 초 동안 건조 시켰 다 . 20 개체 의 쌀바구미 및 권연 벌레 성충 을 미리 다이어트 컵 ( 직경 3 . 6 cm , 높이 4 cm ) 에 방사 하 고 , 그 입구 는 60 - 메 쉬 천 으로 밴 딩 함 으로써 공기 의 자유 로운 유출 은 허락 하 면서 도 그 천 위 에 놓여 질 여지 ( 물질 ) 와 의 직접 적 인 접촉 을 방지 하 였 다 . 이 컵 을 더 큰 플라스틱 용기 ( 직경 4 . 7 cm , 높이 8 . 4 cm ) 에 넣 고 정유 성분 이 처리 된 각각 의 여지 를 그 안쪽 의 다이어트 컵 상단 ( 천위 ) 에 올려 놓 고 , 그 입구 를 뚜껑 으로 완전히 밀폐 한 시험 구 A 와 그 입구 를 60 - 메 쉬 천 으로 밴 딩 하 여 외부 공기 의 자유 로운 출입 을 가능 케한 시험 구 B 로 구별 하 였 다 . 게다가 충이 여지 에 처리 된 물질 과 자유 롭 게 접촉 할 수 있 도록 큰 플라스틱 용기 ( 직경 4 . 7 cm , 높이 8 . 4 cm ) 에 20 개체 의 성충 을 방사 하 고 여지 를 넣 어 주 어 그 뚜껑 을 완전히 밀폐 한 시험 구 C 와 천 으로 밴 딩 하 여 공기 의 자유 로운 출입 을 가능 케한 시험 구 D 로 구분 하 였 다 . 쌀바구미 에 대한 검정 은 3 반복 으로 하 였 고 , 권연 벌레 에 대한 검정 은 4 반복 으로 하 였 다 . 또한 각 시험 구 에 대한 대 조구 역시 메탄올 만 을 처리 하 여 각각 4 개 구로 구분 하 였 다 . 24 시간 후 에 미세 한 붓 을 이용 해 스크리닝 시 와 동일 한 방법 으로 그 사충 유무 를 판별 하 였으며 , 통계 처리 역시 동일 하 게 하 였 다 . 처리 24 시간 후 100 % 의 살충 활성 은 안쪽 에 다이어트 컵 을 넣 고 바깥 의 플라스틱 용기 입구 를 완전히 밀폐 시킨 시험 구 A 와 내측 용기 의 삽입 없이 단지 큰 용기 에 정유 를 처리 한 여지 를 깔 아 놓 고 그 입구 를 완전히 밀폐 한 시험 구 C 에서 관찰 할 수 있 었 다 . 반면 에 , 입구 를 단지 천 으로 밴 딩 하 여 공기 의 출입 을 자유 롭 게 한 시험 구 B 와 D 에서 는 별다른 활성 을 나타내 지 않 았 다 . 이 와 같 은 결과 가 이 들 충 들 의 살충 활성 에 가장 큰 영향 을 미치 는 것 은 바로 정유 내 활성 물질 들 의 휘발 성 에 기인 한다는 것 을 나타낸다 ( 표 2 참고 ) . 이상 의 시험 예 를 통해 설명 한 바 와 같이 양 고추냉이 정유 는 5 종 저장물 해충 에 대해 매우 우수 한 살충 활성 을 나타낸다 . 또한 그 살충 활성 을 나타내 는 주 작용기 작 이 접촉 독 보다 는 훈증 독 에 의한 것 임 을 알 수 있 다 . 이 는 활성 화합물 이 상당히 휘발 성 이 높 은 물질 임 을 예측 할 수 있 다 . 따라서 본 시험 을 통해 기존 의 저장물 해충 방제 제 의 대 체제 개발 을 위해 양 고추냉이 정유 가 매우 유력 하 다는 것 을 나타내 고 , 양 고추냉이 정유 를 근간 으로 한 제형 화 시험 을 통해 그 자체 로서 충분 한 저장물 해충 방제 제 의 역할 을 할 수 있 음 을 알 수 있 다 . 양 고추냉이 정유 의 제제화 및 시제품 제작 양 고추냉이 추출 정유 를 이용 하 여 환경 바이오 벤처 기업인 ( 주 ) 비아이지 와 공동 으로 3 종 제형 의 시제품 을 제작 하 였 다 . 가정 용 쌀벌레 퇴치 용 으로 개발 한 ‘ 쌀벌레 캡스 ’ 는 천연 식물 성 양 고추냉이 정유 를 전분 으로 마이크로캡슐 한 제제 로서 그 성분 이나 효과 를 온전히 보전 할 수 있 도록 하 여 퇴치 효과 와 지속 효과 를 높였 다 . 또한 마이크로캡슐화 를 통해 휘발 에 의한 약물 감소 가 방지 되 고 냄새 에 대한 마스킹 효과 가 있 도록 하 였 다 . 농림 산물 , 문서 등 의 보관 창고 및 버섯 재 배사 소독 용 으로 개발 한 ‘ 캡스 탄 ’ 은 원터치 스프레이 제 로 액화석유가스 를 충전 하 여 분사 할 수 있 도록 하 였 다 . 캔 에 양 고추냉이 정유 와 분사제 를 넣 은 것 으로 사용 시 스위치 를 눌러 고정 시키 면 2 분 내 에 양 고추냉이 정유 가 모두 분사 되 도록 제조 하 여 간편 하 게 사용 할 수 있 도록 제제 한 것 이 다 . ‘ 캡스 탄 골드 ’ 는 캡스 탄 분사 시 빠른 포화 및 휘 산 으로 넓 은 창고 에 여러 개 를 사용 하 지 못하 고 포화 상태 가 오래가 지 못해 약효 가 떨어지 는 문제점 을 개선 한 제제 로서 , 양 고추냉이 정유 에 안정제 를 넣 어 액체 상태 로 만들 어 캔 의 윗부분 만 제거 하 도록 고안 하 여 목재 소독 이나 토양 소독 시 간편 하 게 처리 할 수 있 도록 하 였 다 . 임업 연구원 과 ( 주 ) 비아이지 는 원료 및 제형 개발 기술 에 대해 이미 특허 를 출원 하 여 기술 보호 를 해 놓 았 으며 , 쌀벌레 캡스 의 경우 환경 호르몬 걱정 없 는 용기 를 만들 기 위해서 생분해성 플라스틱 을 사용 하 였 다 . 맺음말 오존층 파괴 훈증 농약 인 메틸 브로마이드 를 대체 할 수 있 는 강한 살충 활성 을 갖 는 양 고추냉이 정유 를 이용 하 여 사용 목적 에 따라 간편 하 게 이용 하 도록 3 종 의 제형 을 개발 하 였 다 . 특히 농림 산물 에 잔류 하 지 않 으며 , 쌀바구미 · 밤바구미 · 화랑 곡 나방 등 의 저곡 해충 과 털두꺼비하늘소 와 같 은 산림 해충 의 발생 을 억제 시키 는 방제 제 를 상품 화 하 였 다 . 이번 시제품 의 출시 로 수입 에 의존 하 고 있 는 저장 곡물 방충 농약 을 대체 할 수 있 어 외화 절감 효과 는 물론 환경 오염 을 막 을 수 있 는 계기 를 마련 하 였 다 . 공유 하 기 글 요소