서양종 꿀벌( Apis mellifera L.)의 노제마 감염률과 수명에 미치는 CH4의 영향

서 론

일반적으로 지구온난화는 평균적인 전 세계적 기온상승을 나타내며(Sable, 2016), 2005년을 기준으로 지난 100년간 지구 표면 부근의 평균 대기온도는 0.74°C가 증가하였다( IPCC, 2007). 우리나라의 경우 최근 30년간(1981~2010) 대부분의 지역에서 연평균 기온이 1.2°C가 상승하였다(기상청, 2012). 이러한 기후변화는 지구로 유인되는 태양복사에너지와 지구로부터 방출되는 지구복사에너지가 평형상태를 이루지 못하고 인간의 활동에 의해 발생되는 이산화탄소, 메탄, 아산화질소를 비롯한 다양한 온실가스의 배출 증가로 인해 균형이 깨진 것이 주요 원인으로 여겨지고 있다( 기상청, 2014; IPCC, 2007; Steinfeld et al., 2006 ).

이산화탄소( Prassanakumar et al., 2012 )나 온도 상승이 해충의 발육이나 발생에 미치는 영향( Yamamura and Kiritani, 1998), 온실가스에 의한 곤충 페로몬의 변화( Edward et al., 2004 ) 등 지구상 가장 다양한 종인 곤충에( May, 1990) 미칠 수 있는 기후변화의 영향에 대한 연구가 다방면에서 진행되고 있다. 이와 관련하여 농업에 있어 가장 경제적으로 가치 있는 화분매개곤충일 뿐만 아니라( Johnson, 2007) 다양한 식물의 생물 다양성을 유지시키며( Allen et al., 1998 ; Michener, 2000), 꿀과 화분, 프로폴리스, 로열젤리 등 다양한 양봉산물을 생산하는 서양종 꿀벌( Apis mellifera L.)에 대한 기후변화 관련 연구도 보고되고 있다.

서양종 꿀벌의 경우, 고온 기후에 적응할 수 있는 잠재력을 지니고 있어 사하라 사막의 오아시스나 미국의 아리조나 사막에서도 발견되기도 하고( Ruttner F, 1998), 충분한 물이 제공되었을 때, 고온조건에서 유충의 발육온도를 34~35°C로 조절할 수 있는 것으로 알려져 있다( Conte and Navajas, 2008). 하지만, Corbet et al.(1993) 은 지구온난화가 진행되고 극한 기온을 피하지 못한다면 서양종 꿀벌의 화분매개능력이 감소될 가능성을 제시한 바 있으며, 기후변화에 의해 야기된 변화된 환경과 스트레스는 벌들이 높은 사망률을 나타내게 하는 결정적 요인으로 작용한다는 발표도 있다. 이러한 높은 사망률은 병원체, 살충제, 환경, 기후 사이의 강한 상호작용에 인한 것으로 기후변화는 각각 이들 요인에 영향을 미치는 것으로 보고된 바 있다( Oldroyd, 2007; Pettis et al., 2007 ). 기후변화 요인과 병원체가 꿀벌에 미치는 영향에 관한 연구는 이 등(2015)에 의해 온도상승, 황사, 산성비와 같은 기후변화요인이 꿀벌 성충의 수명과 노제마 감염률에 미치는 영향에 대해 수행된 바 있다.

꿀벌노제마병은 꿀벌이 먹이에 섞여 있는 노제마 포자를 섭식함으로 꿀벌의 중장에서 포자가 체내에 번식함으로 일어나고( Bailey and Ball, 1991; Chen et al., 2008 ; Webster et al., 2004 ), 노제마의 감염로 인해 일벌의 꿀 생산 감소 및 화분매개능력의 감소, 수명의 단축, 급격한 봉군 내 감염 및 봉군의 감소로 이어져 그 피해가 매우 심각한 꿀벌의 대표적인 질병으로 알려져 있어( 김 등, 2015) 이러한 연구가 시도된 바 있지만 또 다른 기후변화요인인 온실가스와 질병발생의 상호작용에 대한 연구는 전무하다.

이 중 CH4은 천연가스의 주성분으로 가축의 배설물이나 음식물 쓰레기가 부패할 때 발생하는 온난화 효율이 CO ₂보다 23배 높은 온실가스로 평가되고 있다( 기상청. 2014).

따라서 본 연구에서는 기후변화 영향평가의 일환으로 기후변화 요인인 CH4의 농도에 변화를 주어 꿀벌의 수명에 미치는 영향과 꿀벌의 대표적인 질병인 노제마 발생 관계를 조사하였다.

재료 및 방법

결과 및 고찰

CH4 농도에 따른 A. mellifera 생존율

CH4가 일벌의 수명에 미치는 영향을 알아보고자 2ppm, 20ppm, 200ppm에서 갓 출방한 어린 일벌을 키우며 생존일수를 조사한 결과는 Fig. 1과같다. CH4를 처리한 모든 실험군에서 10일 이후부터 급격히 생존율이 감소하였으며, 대기 중 CH4 농도의 약 1,000배인 200ppm에서는 30일째 모두 사망하였으며, 100배인 20ppm과 10배인 2ppm에서는 각각 31일째와 32일째에 모두 사망하는 것으로 나타났다( Fig. 1). 기후변화요인 중 하나인 온도조건의 경우, 꿀벌의 생육 적온인 35°C 보다 고온인 40°C에서는 8일 이내에, 25°C에서는 23일 째 모든 개체가 사망하는 경향을 나타내는 것에 비해( 이 등, 2015), CH4 처리구에서는 비교적 긴 생존일수가 나타남을 알 수 있었다. CH4 구간 생존율에 유의한 차이(P=0.03)를 보이기 시작하는 농도별 사육 15일 후 사망률과 노제마 감염율의 차이를 비교한 결과, 사망률과 노제마 감염률은 control 1에서는 각각 7.7%, 7.4%(p=0.36), control 2에서는 16.2%와 30%(p=0.39)로 나타났다. 메탄가스 농도별로 처리했을 때 2ppm, 20ppm, 200ppm을 처리했을 때의 사망률과 노제마 감염률은 각각 76.4%.와 76%(p=0.36), 85.6%와 75%(p=0.13), 89.1%와 83%(p=0.12)로 나타나 처리구별 유의차가 확인되지 않아 사망률과 감염률 간의 연관성은 확인할 수 없었다( Fig. 2). 이는 또다른 기후요인인 황사나 산성비를 처리한 결과에서도 동일한 결과를 확인할 수 있었다(이등., 2015). CH4 저감이 기후변화를 막을 새로운 화두로 떠오를 만큼 지구온난화와 CH4는 매우 밀접한 관련이 있다. 고농도의 CH4가 유지된다면 기온상승은 물론 불량한 환경조건으로 인한 질병 감수성 변화로 인해 꿀벌을 비롯한 많은 생물들의 생존이 불가능할 것이라 생각한다.

Fig. 1.

Survival rates of worker honeybees after treating different CH4 concentration.

Fig. 2.

Mortality of worker honeybees and infection rates with Nosema ceranae after 15days of incubation.

CH4 농도에 따른 A. mellifera 노제마 감염양상

CH4가 농도변화에 따른 노제마 감염여부를 조사한 결과는 Fig. 3과 같다. 노제마에 대한 감염률의 경우 노제마를 처리하지 않은 대조군에 비해 증가하는 경향을 보였으며, 처리 20일 후 감염률은 control 1, control2, CH4 2ppm, 20ppm, 200ppm에서 각각 23.3%, 86.7%, 90.0%, 83.3%, 100.0%로 나타났으며 통계적으로 유의한 차이가 확인되었으나(p=0.002), CH4 농도 순으로 증가하지는 않았다. CH4 농도별 노제마 감염 정도에서 포자수는 감염 15일 후 통계적으로 유의한 차이를 보였으나, 노제마를 감염시킨 대조군(control 2)과 CH4에 노출시킨 실험군 사이의 차이를 확인할 수 없었다. 또한 포자의 감염 20일 후, 2ppm에서 2038×10 ⁴ (spores/ml)로 가장 많은 포자수가 관찰되었으며 20ppm을 제외한 대부분의 농도에서 시간이 경과함에 따라 포자수가 증가하는 경향을 보였다( Fig. 4). 황사나 산성비를 처리했을 경우 포자수는 농도에 따라 증가하는 경향을 보였지만 유의한 차이는 확인되지 않았다. 그러나 온도의 경우 최적 온도인 35°C에서 포자수가 아주 낮게 나타남을 알 수 있어( 이 등., 2015) 이러한 노제마 감염 양상의 차이는 각 개체의 면역기능, 영양상태 등의 요인에 의해 영향을 받는 것으로 생각된다.

Fig. 3.

Infection rates of N. ceranae after treating different CH4 concentration. The small letters between the five conditions are significantly different by one way ANOVA, P<0.05.

Fig. 4.

Average of Nosema spores per worker bee after treating different CH4 concentration. The small letters between the five conditions are significantly different by one way ANOVA, P<0.05.

적 요

기후변화 요인 중 하나인 온실가스로 인해 변화된 환경이 양봉산업에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 온실가스 중 CH4이 서양종 꿀벌 성충의 수명과 노제마 감염률에 미치는 영향을 조사하였다. 2ppm, 20ppm, 200ppm의 농도에 어린 일벌을 노출시켰을 때 10일 이후부터 생존율이 급격히 감소하였으며, 32일 이내에 모두 사망하였다. 일벌의 사망률과 노제마의 감염률은 연관성이 없었으며, CH4 농도에 따른 노제마 감염률은 CH4 200ppm 처리 20일 후 100% 노제마에 감염되었으나, 농도에 따라 감염률이 증가하지는 않았다. 기후변화에 대비하여 온실가스를 비롯한 다양한 기후변화요인과 질병 간의 상호작용에 관한 광범위한 연구가 필요할 것이다.

감사의 글

본 연구는 농촌진흥청 농업공동연구사업(과제번호: PJ01048706)의 연구비 지원에 의하여 이루어졌습니다.

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