꿀벌 외부 기생성 응애류 방제용 살비제의 양봉꿀벌에 대한 실내 독성평가

서 론

국내 양봉꿀벌 (Apis mellifera)에 기생하는 응애류에는 대표적으로 꿀벌응애 (Varroa destructor)와 중국가시응애 (Tropilaelaps mercedesae)가 있다 (Lee et al., 2005). 꿀벌응애류는 꿀벌 외부에 기생하는데 꿀벌응애는 꿀벌 번데기 및 성충의 지방체 (fat body)를, 중국가시응애는 유충의 혈액 (hemolymph)을 섭식 (Phokasem et al., 2019; Ramsey et al., 2019)하여 직간접적인 피해를 준다. 꿀벌응애류에 의한 감염은 날개 변형 바이러스 (deformed wing virus, DWV)를 포함한 약 다섯 가지의 바이러스를 매개할 뿐만 아니라 (Ramsey et al., 2019; Posada-Florez et al., 2020) 영양분을 빼앗아 일벌의 무게, 면역력, 살충제 저항성을 감소시키고 수명을 단축시킨다 (Bowen-Walker and Gunn, 2001; Yang and Cox-Foster, 2005, 2007; Rosenkranz et al., 2010; Annoscia et al., 2012). 결과적으로 일벌 개체 수를 감소시켜 봉군 내부의 다양한 질병 발생을 야기하고, 감염 정도가 심할 경우 봉군 망실의 큰 피해를 유발한다. 국내에서도 지속적인 꿀벌응애와 중국가시응애 피해가 보고되고 있으며 특히 꿀벌응애는 봉군 붕괴 현상과도 관련이 있는 것으로 확인되었다 (Choi et al., 2014; Barroso-Arévalo et al., 2019; Flores et al., 2021). 꿀벌응애류의 방제 효율을 높이기 위해서 생물학적 방제, 물리적 방제, 화학적 방제를 병행하는 종합해충관리 (Integrated pest management, IPM)가 필수적이다 (Noël et al., 2020). 이 중 화학적 방제에는 개미산 (formic acid), 옥살산 (oxalic acid), 식물성오일 등 친환경 물질 (Gregorc and Planinc, 2002; Underwood and Currie, 2003; Choi et al., 2012)과 pyrethroid, organophosphate, amitraz 등 합성 화학물질이 이용된다 (EPA). 가장 대중적으로 사용되는 살비제로는 스트립제로 벌집틀 사이에 끼워주는 fluvalinate, 분무 처리하는 coumaphos와 amitraz가 있다. 하지만 최근 몇몇 농가에서 침투성 살비제인 cymizaole hydrochloride을 주원료로 하는 살비제 처리 후 양봉꿀벌의 약제 피해가 보고 되었다 (이, 2022).

본 연구에서는 꿀벌응애류 방제에 사용되는 cymiazole hydrochloride, amitraz, coumaphos를 주원료로 하는 살비제의 양봉꿀벌 일벌에 대한 독성을 확인하고자 추천 용법과 용량에 따른 실내 독성평가를 수행하여 정확한 독성 정보를 제공하고자 하였다.

재료 및 방법

2. 시험 살비제

본 실험에서는 국내 양봉 농가에서 꿀벌응애류 방제를 위하여 주로 사용되는 세 가지 살비제 cymiazole hydrochloride, amitraz, coumaphos를 사용하였다. 본 실험에 사용된 살비제의 유효성분량, 추천농도, 제형은 Table 1과 같다.

Table 1.

Information of the acaricides tested in this experiment

결 과

1. 세 가지 살비제에 대한 양봉꿀벌 일벌의 실내 독성평가

Cymiazole hydrochloride를 주성분으로 하는 살비제를 추천 사용방법에 따라 꿀벌 일벌에 48시간 동안 자율급식을 한 결과 22.2±1.9%의 사충률을 보였다. Amitraz와 coumaphos를 주성분으로 하는 각 살비제를 추천 사용방법에 따라 꿀벌 일벌에 분무한 뒤 48시간 동안 관찰한 결과 각각 3.3±5.8%, 1.1±3.3%의 사충률이 확인되었다 (Table 2). 종합하였을 때, 추천 사용방법에 따른 꿀벌 일벌의 사충률이 cymiazole hydrochloride에서 amitraz와 coumaphos에 비하여 각각 약 6.7배, 20.2배 높게 나타났다.

Table 2.

Comparative toxicities of the three acaricides against Apis mellifera workers at 48 h post treatment

2. Cymiazole hydrochloride에 대한 양봉꿀벌 일벌의 반수치사량 (LD₅₀)

시험 살비제 중 가장 높은 양봉꿀벌 일벌의 사충률을 보인 cymiazole hydrochloride에 대한 유해성 평가 기준 마련을 위하여 케이지 내부에서 48시간 동안 일벌 한 마리의 평균 당액 섭식량 (131.5±9.5 mg), 48시간 동안 주사기 내 당액의 평균 증발량 (14.3±2.1 mg)을 고려한 일벌의 반수치사량 (LD₅₀)을 산출한 결과 225.71 μg/bee로 확인되었다 (Table 3).

Table 3.

LD50 of the worker bees for the cymiazole hydrochloride

고 찰

국내 양봉꿀벌에 기생하는 응애류 중 꿀벌응애와 중국가시응애는 양봉꿀벌 유충의 벌방이 봉개하기 전 침입하고 봉개 후 산란 및 번식 활동을 이어나간다 (Nazzi and Conte, 2016; de Guzman et al., 2017). 꿀벌응애류의 봉개된 벌방 내부에서 살충제의 피해로부터 벗어날 수 있는 생태적 특성과 약제 저항성의 발달은 방제를 어렵게 하고 양봉 농가의 피해를 증가시킨다 (Premrov Bajuk et al., 2017; Noël et al., 2020). 꿀벌응애류의 발견과 함께 방제 효율이 높은 살비제 개발을 위한 노력이 지속되었다. 과거 dicofol, lactic acid, bromopropylate, phenothiazine, chlorobenzilate 등 다양한 화학물질이 꿀벌응애류 방제를 위하여 사용되었으나 사용상의 편리성 및 안전성 등의 문제가 야기되어 사용이 금지되었으며 (Koeniger and Fuchs, 1989; Noël et al., 2020), 현재 미국 환경보호청 (EPA)에 등록 및 승인된 살비제로는 fluvalinate, formic acid, sucrose octanoate, thymol, oil of eucalyptus, menthol, hop beta acids resin, amitraz, oxalic acid, coumaphos가 있다 (EPA).

Cymiazole hydrochloride는 coumaphos와 같은 침투성 살비제로, 꿀벌 간의 영양교환 (trophallaxis)에 의하여 봉군 내 전체 꿀벌에게 퍼져나가게 된다 (Nixon and Ribbands, 1952; Bevk et al., 2012). 꿀벌의 중장에서 체내로 퍼져나간 살비제는 꿀벌에 기생하는 응애류가 꿀벌의 지방체 및 혈액을 섭식할 때 응애류의 체내로 이동하여 살비 효과를 나타낸다. 국내에서는 1990년대 이전부터 개발되어 상용화되었다.

각 살비제는 최적화된 사용량과 방법을 명시하는데, cymiazole hydrochloride는 설탕물에 희석하여 주사기로 소비에 뿌려주는 뿌려주기법과 사양급이하는 사양액 혼합급이법, 화분, 설탕과 반죽하여 급이하는 화분 혼합급이법을 사용한다. 이 중 농가에서는 뿌려주기법과 사양액 혼합급이법을 가장 많이 사용한다. 뿌려주기법은 주사기로 흘려준 살비제가 혼합된 설탕물을 꿀벌이 섭식하여 접촉 독성보다는 섭식 독성 효과를 나타낼 것으로 판단하였다. 이는 섭식 독성이 나타나는 사양액 혼합급이법과 동일한 효과를 나타낼 것으로 가정하여 섭식 테스트만을 진행하였다. 그 결과 cymiazole hydrochloride의 혼합급이법 추천 처리 농도 (700 ppm)로 희석된 50% 설탕물을 자율 섭식한 꿀벌 일벌의 사충률이 22.2±1.9%로 확인되었고 이는 추천 처리 농도인 125 ppm과 640 ppm으로 분무된 amitraz와 coumaphos에서 보여준 사충률 (3.3±5.8%, 1.1±3.3%)보다 각각 6.7배, 20.2배 높은 수치였다 (Table 2). 1993년 우 등이 실제 봉군에 cymiazole hydrochloride를 뿌려주기법과 사양액 혼합급이법으로 각각 처리한 결과 꿀벌에 대한 높은 안전성을 보이는 것으로 확인되었지만 (Woo et al., 1993), 죽은 벌을 봉군 외부로 버리는 일벌의 습성을 고려할 때 약제 처리에 의하여 사망한 일벌의 수를 정확하게 측정할 수 없었기 때문으로 판단된다.

침투성 살비제는 꿀벌과 꿀벌 사이의 영양 교환으로 확산되는 동안 점점 그 농도가 희석되기 때문에 처음 처리 농도가 높을 수 있고 이로 인한 피해가 발생할 수 있다 (Koeniger and Fuchs, 1989). 침투성 살비제를 처음 섭식하는 꿀벌이 영양 교환으로 희석된 살비제를 섭식하게 된 꿀벌에 비하여 더 많은 약해를 받을 수 있는 특성을 고려했을 때, 소규모의 꿀벌 집단에 충분한 양의 살비제가 제공된 본 실험에서 각 개체가 섭식한 살비제의 양이 실제 봉군에 처리한 것보다 높을 가능성이 있다. 하지만 또 다른 침투성 살비제인 coumaphos를 추천 사용법과 용량대로 처리하였을 때 1.1±3.3%, 침투성 살비제는 아니지만 coumaphos와 처리 방법이 동일한 amitraz를 처리하였을 때 3.3±5.8%의 낮은 사충률을 나타내는 것으로 보아 cymiazole hydrochloride에서 보이는 사충률 (22.2±1.9%)은 상대적으로 높은 것으로 판단된다.

본 실험의 결과만으로 cymiazole hydrochloride 살비제가 보고된 농가 피해의 직접적인 원인이라고 할 수는 없다. 하지만 추천 사용량에서 보이는 사충률 (22.2±1.9%)은 안전한 살비제 이용을 위해서 재평가의 필요성이 있다. Amitraz와 coumaphos의 경우 cymiazole hydrochloride에 비하여 상대적으로 낮은 사충률을 보이지만, 화학 살충제 오남용에 의한 저항성 증가는 방제 효율의 감소로 이어지기 때문에 주기적인 독성평가를 통한 관찰이 필수적이다. 이를 위해서 여러 지역의 다양한 양봉꿀벌 봉군에 대한 semi-field, field 실험을 통하여 꿀벌에 보다 안전한 살비제의 독성 정보 제공이 요구된다.

Acknowledgments

본 연구는 농촌진흥청 연구과제 PJ01497004의 연구비로 지원된 결과이다.

References

• 이동광. 2022. “응애 구제약 탓 꿀벌 집단폐사”...피해 농업인 3억 손배소 제기. 한국농어민신문. 3374호 (2022.03.04), 2면. http://www.agrinet.co.kr/news/articleView.html?idxno=307607
• Annoscia, D., F. Del Piccolo and F. Nazzi. 2012. How does the mite Varroa destructor kill the honeybee Apis mellifera? Alteration of cuticular hydrcarbons and water loss in infested honeybees. J. Insect Physiol. 58(12): 1548-1555. [https://doi.org/10.1016/j.jinsphys.2012.09.008]
• Barroso-Arévalo, S., E. Fernández-Carrión, J. Goyache, F. Molero, F. Puerta and J. M. Sánchez-Vizcaíno. 2019. High load of deformed wing virus and Varroa destructor infestation are related to weakness of honey bee colonies in Southern Spain. Front. Microbiol. 10: 1331. [https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01331]
• Bevk, D., J. Kralj and A. Čokl. 2012. Coumaphos affects food transfer between workers of honeybee Apis mellifera. Apidologie 43(4): 465-470. [https://doi.org/10.1007/s13592-011-0113-x]
• Bowen-Walker, P. L. and A. Gunn. 2001. The effect of the ectoparasitic mite, Varroa destructor on adult worker honeybee (Apis mellifera) emergence weights, water, protein, carbohydrate, and lipid levels. Entomol. Exp. Appl. 101(3): 207-217. [https://doi.org/10.1046/j.1570-7458.2001.00905.x]
• Choi, Y. S., M. L. Lee, H. S. Sim, H. K. Kim, G. H. Byuon, M. Y. Yoon, A. R. Kang, T. T. Van and S. O. Woo. 2014. Molphological analysis and determination of interference competition between two honey bee mites: Varroa destructor and Tropilaelaps clareae (Acari: Varroidae and Laelapidae). J. Apic. 29(4): 327-332. [https://doi.org/10.17519/apiculture.2014.11.29.4.327]
• Choi, Y. S., S. O. Woo, I. P. Hong, S. M. Han, G. H. Byoun, R. Thapa and M. L. Lee. 2012. Effects of limonene composition for controlling of the Varroa destructor and Tropilaelaps clareae in Apis mellifera Hives. J. Apic. 27(2): 137-142.
• de Guzman, L. I., G. R. Williams, K. Khongphinitbunjong and P. Chantawannakul. 2017. Ecology, life history, and management of Tropilaelaps mites. J. Econ. Entomol. 110(2): 319-332. [https://doi.org/10.1093/jee/tow304]
• EPA (United State Environmental Protection Agency). EPA-registered Pesticide Products Approved for Use Against Varroa Mites in Bee Hives. https://www.epa.gov/pollinator-protection/epa-registered-pesticide-products-approved-use-against-varroa-mites-bee-hives
• Finney, D. J. 1971. Statistical logic in the monitoring of reactions to therapeutic drugs. Methods Inf. Med. 10(4): 237-245. [https://doi.org/10.1055/s-0038-1636052]
• Flores, J. M., V. Gámiz, Á. Jiménez-Marín, A. Flores-Cortés, S. Gil-Lebrero, J. J. Garrido and M. D. Hernando. 2021. Impact of Varroa destructor and associated pathologies on the colony collapse disorder affecting honey bees. Res. Vet. Sci. 135: 85-95. [https://doi.org/10.1016/j.rvsc.2021.01.001]
• Gregorc, A. and I. Planinc. 2002. The control of Varroa destructor using oxalic acid. Vet. J. 163(3): 306-310. [https://doi.org/10.1053/tvjl.2001.0675]
• Koeniger, N. and S. Fuchs. 1989. Eleven years with Varroa - experiences, retrospects and prospects. Bee World. 70(4): 148-159. [https://doi.org/10.1080/0005772X.1989.11099011]
• Lee, M. L., Y. M. Park, M. Y. Lee, Y. S. Kim and H. K. Kim. 2005. Density distribution of parasitic mites, Varroa destructor Anderson & Trumen and Tropilaelaps clareae Delfinadi & Baker, on honeybee pupae (Apis mellifera L.) in autumn season in Korea. J. Apic. 20(2): 103-108.
• Nazzi, F. and Y. Le Conte. 2016. Ecology of Varroa destructor, the major ectoparasite of the western honey bee, Apis mellifera. Annu. Rev. Entomol. 61: 417-432. [https://doi.org/10.1146/annurev-ento-010715-023731]
• Nixon, H. L. and C. R. Ribbands. 1952. Food transmission within the honeybee community. Proc. R. Soc. B: Biol. Sci. 140(898): 43-50. [https://doi.org/10.1098/rspb.1952.0042]
• Noël, A., Y. Le Conte and F. Mondet. 2020. Varroa destructor: how does it harm Apis mellifera honey bees and what can be done about it?. Emerging Top. Life Sci. 4(1): 45-57. [https://doi.org/10.1042/ETLS20190125]
• Phokasem, P., L. I. de Guzman, K. Khongphinitbunjong, A. M. Frake and P. Chantawannakul. 2019. Feeding by Tropilaelaps mercedesae on pre- and post-capped brood increases damage to Apis mellifera colonies. Sci. Rep. 9(1): 1-12. [https://doi.org/10.1038/s41598-019-49662-4]
• Posada-Florez, F., E. V. Ryabov, M. C. Heerman, Y. Chen, J. D. Evans, D. E. Sonenshine and S. C. Cook. 2020. Varroa destructor mites vector and transmit pathogenic honey bee viruses acquired from an artificial diet. PLoS One. 15(11): e0242688. [https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242688]
• Premrov Bajuk, B., K. Babnik, T. Snoj, L. Milčinski, M. Pislak Ocepek, M. Škof, V. Jenčič, A. Filazi, D. Štajnbaher, and S. Kobal. 2017. Coumaphos residues in honey, bee brood, and beeswax after Varroa treatment. Apidologie 48(5): 588-598. [https://doi.org/10.1007/s13592-017-0501-y]
• Ramsey, S. D., R. Ochoa, G. Bauchan, C. Gulbronson, J. D. Mowery, A. Cohen, D. Lim, J. Joklik, J. M. Cicero, J. D. Ellis, D. Hawthorne and D. vanEngelsdorp. 2019. Varroa destructor feeds primarily on honey bee fat body tissue and not hemolymph. PNAS 116(5): 1792-1801. [https://doi.org/10.1073/pnas.1818371116]
• Rosenkranz, P., P. Aumeier and B. Ziegelmann. 2010. Biology and control of Varroa destructor. J. Invertebr. Pathol. 103: S96-S119. [https://doi.org/10.1016/j.jip.2009.07.016]
• Russell, R. M., J. L. Robertson and N. E. Savin. 1977. POLO: a new computer program for probit analysis. Bull. Ecol. Soc. Am. 23(3): 209-213. [https://doi.org/10.1093/besa/23.3.209]
• Underwood, R. M. and R. W. Currie. 2003. The effects of temperature and dose of formic acid on treatment efficacy against Varroa destructor (Acari: Varroidae), a parasite of Apis mellifera (Hymenoptera: Apidae). Exp. Appl. Acarol. 29(30): 303-313. [https://doi.org/10.1023/A:1025892906393]
• Woo, K. S., K. S. Cho and Y. H. Cho. 1993. Control effects of apiotolagainst Varroa jacobsoni Oud. in Korea. J. Apic. 8(1): 48-55.
• Yang, X. and D. L. Cox-Foster. 2005. Impact of an ectoparasite on the immunity and pathology of an invertebrate: evidence for host immunosuppression and viral amplification. PNAS 102(21): 7470-7475. [https://doi.org/10.1073/pnas.0501860102]
• Yang, X. and D L. Cox-Foster. 2007. Effects of parasitization by Varroa destructor on survivorship and physiological traits of Apis mellifera in correlation with viral incidence and microbial challenge. Parasitology 134(3): 405-412. [https://doi.org/10.1017/S0031182006000710]