KR101111969B1 - 저온 발육 휴지를 이용한 알 기생봉의 단기 저온저장방법 - Google Patents

저온 발육 휴지를 이용한 알 기생봉의 단기 저온저장방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 트리코그람마(Trichogramma) 속의 알 기생봉의 단기 저온저장방법에 관한 것이다. 본 발명에서는, 알 기생봉의 기생 후 6일 이내 경과된 기생된 알을 5℃ 내지 10℃에서 5주 이내 저장하는 것을 포함하는 트리코그람마(Trichogramma) 속 알 기생봉의 단기 저장방법이 제공된다. 본 발명의 저장방법에서 설정한 조건에서 알 기생봉은 5주 동안 생존력, 성비, 수명 및 기생능력의 큰 저하 없이 유지될 수 있다. 본 발명에 따른 단기 저온저장방법은 대량 사육된 알 기생봉의 공급시기를 조절할 수 있는 효과적인 저장방법으로서 활용될 수 있다.
알 기생봉, 기생, 치사기생자, 저온, 저장, Trichogramma, 트리코그람마

Description

저온 발육 휴지를 이용한 알 기생봉의 단기 저온저장방법 {A Short-term Storage Technique of an Egg Parasitoid, Trichogramma sp. Using Developmental Quiescence Induced by Low Temperature}
본 발명은 트리코그람마(Trichogramma) 속 알 기생봉의 저장방법에 관한 것으로, 특히 저온에서의 단기 저장방법에 관한 것이다.
알벌과(Trichogrammatidae)는 좀벌상과(Chalcidoidea)에 속하며 80속 620종을 포함하고 있는 다양한 분류군으로 체장이 0.2~1.5 ㎜의 소형 곤충이다. 이 가운데 TrichogrammaOligosita의 두 속이 각각 145종 및 110종수가 포함되어 알벌과 전체의 약 40%를 차지하고 있다(Pinto and Sthouthamer, 1994). Trichogramma는 전 세계에 분포하는 속으로 나방류는 물론이고 딱정벌레, 파리류, 노린재류, 멸구류, 벌목류 및 풀잠자리류를 포함한 넓은 기생 범위를 보이고 있다(Pinto and Sthouthamer, 1994).
알 기생봉인 Trichogramma는 중요한 생물적 방제인자로서 농생태계에 전 세계적으로 매년 3,200만 ha에 처리되고 있다(Li, 1994). 이 속에 속한 알 기생봉을 방사하는 기술은 포식자와 피포식자의 자연 상태 평형을 이뤄 해충관리를 하려는 생물적 방제 전략의 하나로 농업 현장에 적용되고 있다. 또한, 이 방법은 다양한 해충 방제 기술에 접목되어 혼용이 가능하므로, 현재 종합해충방제에 널리 이용되고 있다. 이 속에 속한 알 기생봉 중 상용화되어 있는 것으로 Trichogramma sp. Nabis101 등이 있다. Trichogramma sp. Nabis101은 대상 해충 기주 범위가 넓어 농생태계로 방사되고 있는데, 최근 미생물농약과의 혼용 기술이 개발되면서 사용이 더욱 확대될 것으로 기대되고 있다.
Trichogramma는 비교적 사육이 용이한 저곡해충인 보리나방(Sitotroga cerealella), 알락명나방류(Anagasta kuehniella), 명나방류(Corcyra cephalonica)를 이용하여 사육되어 왔으며, 현재는 대체기주 또는 기내배양 조건에서 단가를 저감한 대량사육기술이 개발되어있다(Flanders, 1930; Li, 1994; Smith, 1996). 그러나 이들 알 기생봉에 대한 수요가 시기적으로 불규칙하므로, 대량 사육된 살아있는 알 기생봉의 기생 능력 감퇴를 줄이면서 효과적으로 저장할 수 있는 기술이 요구된다.
종래 알 기생봉의 효과적 저장방법으로, 기생봉의 휴면 생리를 이용하여 장기간 보존을 꾀하려 했다(Stinner, 1977; Boivin, 1994; Chang et al ., 1996). 일부 Trichogramma 속에 속한 종들은 일장과 온도 유기 인자에 의해 전용 시기에 휴면발육이 진행된다(Pizzol, 1978; Zaslavski and Umarova, 1990). 이러한 휴면 발육은 알 기생봉을 장기간(약 6개월) 보존이 가능하게 한다(Ventura Garcia et al., 2002). 그러나 많은 알 기생봉이 뚜렷한 휴면 발육을 보이지 않는다는 문제점이 있다.
또한, 비교적 단기성(약 1개월) 저장의 경우 간편한 저온 처리에 의해 가능하므로, 이러한 저온 저장방법이 Trichogramma에 속한 종들에서 연구되어 왔다(Pitchet et al., 2002; Ventura Garcia et al., 2002; Rundle et al., 2004). 그러나 기생봉의 기생 능력의 실질적인 변화 없이 일정 기간 유지될 수 있는 신뢰성 있는 단기 저온저장방법은 아직까지 제시되지 않았다.
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본 발명은 트리코그람마(Trichogramma) 속의 알 기생봉에 대한 효과적인 저 온 저장 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히 본 발명에서는, Trichogramma sp. Nabis101 등 현재 국내에서 생물적 방제 인자로서 상용화되고 보급되고 있는 알 기생봉에 대해 기생 능력의 실질적인 감퇴 없이 일정기간 저장할 수 있는 단기 저온저장방법을 제공하고자 한다.
기타 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시에 의해 더 잘 알게 될 것이다.
본 발명에서는, 생리적 휴지 상태를 이용하여 기생 능력의 감퇴 없이 저장하기 위해서는 효과적인 저온 선택과 함께 이러한 저온에 노출될 기생봉의 발육 상태가 중요하다는 점에 착안하여, 이를 실험을 통해 확인하고 저온에 노출될 기생봉의 발육 상태를 결정하였다. 본 발명에서는 이렇게 결정된 조건으로 알 기생봉의 저온 저장을 통해 성충 출현을 연장시킴으로써 기생 능력의 큰 변화 없이 단기간 저장이 가능하다는 것을 확인한다.
이러한 실험 결과를 토대로 본 발명에서는,
알 기생봉의 기생 후 6일 이내 경과된 기생된 알을 5℃ 내지 10℃에서 5주 이내 저장하는 것을 포함하는 트리코그람마(Trichogramma) 속 알 기생봉의 단기 저장방법이 제공된다. 바람직하게는 기생 후 3~5일 경과된 기생된 알을 9℃ 내지 10℃에서 저장하며, 더욱 바람직하게는 기생 후 4일 경과된 기생된 알을 10℃에서 저장한다.
본 발명의 단기 저온저장방법은 트리코그람마(Trichogramma) 속 알 기생봉이 면 모두 적용될 수 있으며, 특히 트리코그람마 속의 나비스101(Trichogramma sp. Nabis101) 및 이와 유전적으로 가장 유사한 알 기생봉, 예를 들어 유전적으로 가장 근접한 Trichogramma brasiliensis 등에 효과적으로 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 본 발명의 저장방법이 현재 시판, 상용화되고 있는 Trichogramma sp. Nabis101 및 이와 유전적으로 가장 유사한 알 기생봉에 활용될 수 있도록 이 알 기생봉의 유전적 성질을 명확히 규명하는 것이다. 이를 위해 본 발명에서는, 대상 기생봉의 정확한 생물적 종 특성을 파악하고자 ribosomal RNA 유전자 영역에 존재하는 internal transcribed sequence (ITS)를 중심으로 염기서열 분석을 진행하였다.
본 발명의 저장방법에서 알 기생봉은 5주 동안 생존력, 성비, 수명 및 기생능력의 큰 저하 없이 유지될 수 있었다. 본 발명에 따른 단기 저온저장방법은, 기생능력의 실질적인 감퇴 없이 대량 사육된 알 기생봉의 공급시기를 조절할 수 있는 효과적인 저장방법으로서 활용될 수 있다.
본 발명에서는 알 기생봉의 저온 저장을 통해 성충 출현을 연장시킴으로써 단기간 저장이 가능하다는 것이 실험을 통해 확인된다. 저온 조건은 4℃ 보다는 10℃가 일시적 발육 정지를 유발하는 데 유효하였다. 이는 낮은 온도에서 일어나는 세포막 장애와 같은 냉해 피해(Quinn, 1985)를 줄이면서 발육 지연 효과를 얻는 데서 비롯되었을 것으로 사료된다. 또한 10℃는 Trichogramma 속에 속한 많은 종들의 발육 영점온도에 해당된다(Curl and Burbutis, 1977; Rundle and Hoffmann, 2003). 따라서 이 이상의 온도에서는 발육 정지효과를 유발하기 힘들 것으로 판단된다. 또, 이 보다 낮은 온도는 생존을 유지하기 위한 에너지 소모가 있으므로, 생존력 감소가 유발될 것이다. 따라서 본 발명에서는, 5주 이내로 저장할 때 바람직한 온도 범위를 5℃ 내지 10℃로 설정한다. 비교적 낮은 온도인 5~7℃에서는 보다 단기인 1~3주 정도의 저장이 바람직할 것이다. 5주 이내로 저장할 때 더욱 바람직하게는 9℃ 내지 10℃에서 저장하며, 가장 바람직하게는 10℃에서 저장한다.
알 기생봉을 기생능력의 큰 변화 없이 저장하기 위해서는 저온에 노출될 기생봉의 발육 상태도 중요하다. 상온 조건에서 기생 후 기생봉의 성충 출현에 약 11 일 정도가 소요되는데, 기생 후 4일 및 7일차 기생된 알을 저장한 결과 10℃에서 4일차 기생된 초기 기생 발육태가 7일차 기생 후기 기생된 발육태에 비해 처리 5 주 동안 생존 능력이 높은 것으로 나타났다. 따라서 본 발명에서는 기생 후 3~5일 경과된 기생된 알을 상기 저온 조건에 노출될 기생봉의 발육 상태로 설정하며, 더 바람직하게는 기생 후 4일 경과된 기생된 알을 상기 저온 조건에 노출될 기생봉의 발육 상태로 설정한다.
일반적으로 저온 저장 이후에 생존율은 유지되더라도 여러 기생 관련 특징에 있어서 피해가 나타날 수 있다. 이러한 피해는 생식력 감소(Jalali and Singh, 1992; Chang et al ., 1996), 비행 능력 저하(Dutton and Bigler, 1995), 성충 수명 감소(Jalali and Singh, 1992; Hutchinson and Bale, 1994) 및 수컷 촉각 구조 결 실(Pintureau and Daumal, 1995) 등을 포함할 수 있다. 본 발명에서는 10℃ 저장 이후 우화된 성충을 대상으로 성비, 수명, 기생력의 감퇴 여부를 확인하였다. 그 결과 다른 특징에서는 차이가 없었으나 저장 2 주 이후부터 기생력은 다소 저하되는 것으로 나타났다. 이는 2주 이후에는 10℃ 조건에서도 에너지 소모가 있을 수 있고, 이러한 에너지 소모가 생식력에 영향을 주었을 것으로 추정된다. 그러나 저장 기간에 상관없이 암컷 성충의 나이별 기생 리듬은 전혀 변동 없이 유지되었다. 결과를 종합하면, 저온을 이용한 단기저장을 위해 초기 기생태의 기주 알을 10℃에서 저장 할 경우 5 주까지 생존율에 차이가 없고 80% 이상의 기생능력을 보유하는 것으로 나타났다. 따라서 본 발명에서 설정한 조건에 따라 저장할 경우 알 기생봉은 5주 동안 생존력, 성비, 수명 및 기생능력이 큰 저하 없이 실질적으로 유지될 수 있다는 결론을 내릴 수 있었다.
본 발명의 저온 단기 저장방법은 트리코그람마(Trichogramma) 속 알 기생봉이면 모두 적용될 수 있으며, 특히 한정되는 것은 아니나 현재 시판, 상용화되고 있는 Trichogramma sp. Nabis101 와 이와 유전적으로 가장 유사한 알 기생봉, 예를 들어 유전적으로 가장 근접한 Trichogramma brasiliensis 등에 1차적으로 적용될 수 있다. 이를 위해 본 발명에서는 현재 상용화되고 있는 Trichogramma sp. Nabis101(쌀좀알벌, (주) 나비스, 예천, 한국)의 유전적 특징을 ITS 염기서열을 중심으로 먼저 분석하였다. 그 결과 기존에 이 종이 T. evanescens으로 알려져 있으나(Kim et al., 2008) 염기서열 자료는 이 종과과는 큰 차이를 보였고, 오히려 T. brasiliensis와 가장 높은 염기서열 상동성을 보였다. Kumar et al. (2009)은 ITS-2 길이의 다양성을 바탕으로 Trichogrammatid 알 기생봉을 세 부류로 나누어, 이 영역의 길이가 제일 긴 800-850 bp인 Group I은 Trichogrammatoidea armigeraTr . bactrae를 포함하며, 570-620 bp인 Group Ⅱ는 T. achaeae, T. embryophagumT. japonicum을 포함하며, 500-550 bp인 Group Ⅲ는 T. chilonis, T. dendrolimi, T. evanescens, T. mwanzai, T. brassicaeT. pretiosum을 포함시켰다. 이러한 분류에 따르기 위해서 사용된 PCR 프라이머를 본 발명에서 밝혀진 Trichogramma sp. Nabis101 염기서열에 접목하면 800-1370까지를 증폭하는 결과로서 571 bp의 증폭 길이를 나타나게 된다. 즉, Trichogramma sp. Nabis101 가 Group Ⅱ에 속한다는 의미로서 Group Ⅲ에 속한 T. evanescens 또는 T. chilonis가 아니라는 것을 다시 뒷받침하여 주고 있다. 한편 유사도와 계통분류학적으로 가장 근접한 T. brasiliensis의 ITS-2를 분석하면 525 bp가 산출되어 이러한 분류에 기초하여 Trichogramma sp. Nabis101와 차이점을 나타냈다. 이상의 염기서열 결과를 종합하면 Trichogramma sp. Nabis101은 염기서열이 밝혀진 이 분류군의 기생봉 가운데 T. brasiliensis와 가장 근접하나, 한편 ITS-2 분석에서 보듯 일치하지 않는 뚜렷한 차이를 나타냈다.
이하 구체적인 실시예 및 실험예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
재료 및 방법
1. 시험곤충
알 기생봉인 Trichogramma sp. Nabis101(쌀좀알벌, (주) 나비스, 예천, 한국)을, 줄알락명나방(Cadra cautella) 알을 기주로 하여 실내조건(26±2℃, 74±5% 상대습도, 18L:6D)에서 사육하였다. 먹이로 40% 설탕물을 기생봉 성충에게 공급하였다.
2. 저온 저장 처리
기주 알을 알 기생봉에 24 시간 노출시킨 후 다시 25℃에서 4일 또는 7일 경과된 알을 각각 처리구 당 200 마리로 각각 4℃와 10℃의 저온으로 처리하였다. 처리 기간은 5주까지 실시하였으며 주별로 생존율을 상온으로 옮긴 후 10일 동안 우화된 성충 수로 산출하였다.
3. 저온 저장 후 생물적 특성 분석
알 기생봉을 기생시킨 기주 알(각 패트리디쉬 당 35 개)을 10℃에서 1, 2, 3, 4, 5 주 동안 저장한 후 기생봉 발육 조건(26±2℃, 74±5% 상대습도, 18L:6D)에서 우화율, 우화한 성충의 암?수 성비 및 수명을 조사였다. 또한 각 저장기간에 따라 우화한 암컷 성충을 수컷 성충과 24 시간 동안 교미 시킨 후, 암컷 성충 1 마리에 24 시간마다 줄알락명나방 알 100 개를 공급하였으며, 24시간마다 기생률 및 성충의 수명을 조사하였다.
4. 통계분석
SigmaPlot (Systat Software, Inc., Point Richmond, CA, USA) 프로그램을 사용하여 평균 ± 표준편차 값을 도식화하였다. 처리 효과를 판별하기 위해 실험 관측치를 SAS 프로그램(SAS Institute, 1988)을 사용하여 PROC GLM에 의한 two-way ANOVA 분석을 실시하였다. 모든 처리 평균은 Type I error = 0.05 에서 최소유의차검정에 의해 비교하였다.
5. Ribosomal DNA ITS 영역 염기서열 분석
알 기생봉 10 마리를 이용하여 Kang et al. (2005)의 방법으로 게놈 DNA를 추출하였다. 대상 DNA 영역 증폭은 Vrain et al. (1992)이 제시한 프라이머를 이용하였다. 정반응 프라이머 서열은 5‘- TTGATTACGTCCCTGCCCTTT-3'이고, 역반응 프라이머 서열은 5'-TTTCACTCGCCGTTACTAAGG-3'을 이용하였다. PCR 반응용액의 구성은 10X PCR 완충용액(5 ㎕), dNTP 혼합액(각 2.5 mM) (5 ㎕), 25 pmol 정반응 프라이머(2 ㎕), 25 pmol 역반응 프라이머(2 ㎕), Taq DNA 중합효소(1 ㎕) 및 탈이온증류수(34 ㎕)를 포함하였다. 여기에 기계유(20 ㎕)를 첨가한 후 PTC-100 (MJ Research, Minnesota, USA) 기기를 이용하여 반응시켰다. PCR 반응 조건은 35 반복 증폭반응으로, 각 반응은 94℃에서 1 분, 46℃에서 1 분 그리고 72℃ 2 분으로 구성되며, 이후 72℃에서 10 분간 잔여 합성 반응을 실시하였다. 이렇게 얻어진 PCR 증폭물은 TA 벡터(pGEM, Promega, Madison, USA)에 재조합시키고, Sp6와 T7 프라이머를 이용하여 양방향으로 염기서열을 분석하였다. 결정된 염기서열은 GenBank (NCBI, http://www.ncbi.nlm.nih.gov)의 BlastN 검색 프로그램을 이용하여 유사성이 있는 염기서열을 추적하였으며, 이를 다시 DNAstar 프로그램(Version 5.01, DNAstar Inc., Madison, USA)을 이용하여 염기서열 사이에 상동성을 결정하였다.
결과
1. Trichogramma sp . Nabis101 의 저온 저장 조건 결정
알 기생봉의 저장 기술을 개발하기 위해 두 가지 서로 다른 저온을 서로 다른 기생 상태의 알에 처리하였다 (도 1). 상온 조건에서 기생 후 기생봉의 성충 출현에 약 11 일 정도가 소요되므로(Jung et al., 2005), 기생 후 4일 및 7일 차 기생된 알을 각각 저장을 위한 초기와 후기 기생봉 발육태로 규정하고 선발하였다. 저장 효율은 온도에 민감하여 4℃ 보다는 10℃에서 높은 생존력을 보였다. 저온 처리 3주 이후부터 4℃ 경우 급격한 생존율 저하를 나타냈다. 또한 10℃에서는 초기 기생 발육태가 후기 기생 발육태에 비해 처리 5 주 동안 생존 능력이 높은 것으로 나타났다. 후기 기생 발육태의 경우 저장 5 주가 경과하면 약 50%만 생존하는 낮은 생존 능력을 보였다. 이러한 실험결과를 토대로 이후 실험은 10℃에서 기생 후 4 일된 알을 기준으로 실시하였다.
2. 저온 저장 이후 기생봉의 생물학적 특성 변화
이상의 결과는 초기 발육태의 기생봉이 10℃의 조건에서 약 5 주간 생존할 수 있다는 것을 보여 주었다. 여기서 생존된 기생봉이 정상적 성충 생활 능력을 보이는 지를 판명하기 위해 저장 기간에 따라 일별 우화 리듬, 암컷비율, 수명 및 기생률을 분석하였다(도 2a~2d). 우화 리듬은 상온으로 이전 후 4 일이 경과하면 나타나기 시작하여 5 일째에 최대 피크를 보이고 다음 날 잔여 출현수를 보였다(도 2a). 이러한 우화 리듬은 10℃에서의 저장 기간에 관계없이 동일한 패턴을 보였다(Χ2 = 3.46; df = 10; P = 0.9685). 저온 저장 기간에 따른 우화된 성충의 암컷 비율(도 2b)은 처리에 따라 약 55~65%의 차이를 보였으나 통계적으로 유의성은 보이지 않았다(Χ2 = 0.20; df = 5; P = 0.991). 성충 수명(도 2c)은 약 6 일을 보였으며, 5 주차 저장 처리에서 수명이 감소하는 것으로 나타났다. 기생율(도 2d)은 무처리의 경우 암컷 한 마리당 약 52 개를 산란하는 반면, 저장 기간이 지속됨에 따라 감소하여 5 주간 저장된 알에서 출현한 성충의 경우 40 개 미만을 나타냈다.
저온 저장에 따라 알 기생봉의 기생 리듬을 분석하였다 (도 3). 저장 기간에 상관없이(F = 0.11; df = 5, 695; P = 0.9902) 모두 우화 후 24 시간이 경과하면 대부분 기생을 보이고 이후 급격하게 줄어드는(F = 981.75; df = 4, 695; P < 0.0001) 경향을 나타냈다.
3. 상용 난기생봉의 유전적 특성
현재 시판되고 있는 Trichogramma sp. Nabis101의 ITS 염기서열을 분석하였다(서열번호 1). 두 군대 ITS를 모두 동정하기 위해 DNA 증폭을 18S rRNA와 28S rRNA의 보존 염기서열을 바탕으로 진행하였다. 증폭물의 크기는 1,447 bp이고, 두 ITS 영역은 물론이고 5.8S rRNA 전체와 일부 18S rRNA 및 28S rRNA를 포함하였다.
이 염기서열을 NCBI에 등록된 DNA 염기서열 자료와 비교하여 유사도를 분석하였다(도 4). 높은 일치성은 E value를 중심으로 T. minutum, T. ostrinae, T. chilonis, T. exiguumT. brasiliersis로 나타났으나, 이 가운데 가장 높은 유사성은 97%로서 T. minutum으로 판명되었다. 결과는 다음 표 1과 같다. 이들을 다시 계통분류학 방식으로 분석한 결과 Trichogramma sp. Nabis101은 T. chilonis T. brasiliersis와 근접하였고, Blast 탐색에서 유사도가 높은 T. minutum은 계통학적 차이를 보였다 (도 4). 이들 두 결과를 종합하여 보면 본 기생봉은 T. brasiliensis와 가장 높은 유전적 관계를 갖는 것으로 나타났다.
Figure 112009041998228-pat00001
도 1은 Trichogramma sp. Nabis101의 기생 후 4일차(‘4 pp') 및 7일차('7 pp') 기생된 알을 각각 4℃와 10℃의 두 가지 저온 조건에서 저장한 결과이다.
도 2는 저온 저장 이후 기생봉의 생물학적 특성 변화를 나타낸 것으로, 도 2a는 일별 우화 리듬, 도 2b는 암컷비율, 도 2c는 수명, 그리고 도 2d는 기생률을 분석한 결과이다. 기생된 알은 서로 다른 주(‘wk’) 수 동안 10℃에서 저장된 후 분석에 사용되었다.
도 3은 저온 저장에 따라 알 기생봉의 기생 리듬을 분석한 결과이다. 기생된 알은 서로 다른 주(‘wk’) 수 동안 10℃에서 저장된 후 분석에 사용되었다.
도 4는 Trichogramma sp. Nabis101의 염기서열을 NCBI에 등록된 DNA 염기서열 자료와 비교하여 유사도를 분석한 결과이다.
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Claims (4)

  1. 알 기생봉의 기생 후 3~6일 경과된 기생된 알을 5℃ 내지 10℃에서 1~5주 저장하는 것을 포함하는 트리코그람마(Trichogramma) 속 알 기생봉의 단기 저장방법.
  2. 제1항에 있어서, 기생 후 3~5일 경과된 기생된 알을 9℃ 내지 10℃에서 저장하는 트리코그람마 속 알 기생봉의 단기 저장방법.
  3. 제1항에 있어서, 기생 후 4일 경과된 기생된 알을 10℃에서 저장하는 트리코그람마 속 알 기생봉의 단기 저장방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알 기생봉은 트리코그람마 속의 나비스101(Trichogramma sp. Nabis101)인 트리코그람마 속 알 기생봉의 단기 저장방법.
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