KR101805981B1 - 한국산 솔수염하늘소로부터 분리 정제된 집합페로몬 2-(도데실옥시)에탄올을 포함하는 신규한 소나무재선충병 방제용 조성물 및 이의 제조 방법 - Google Patents

한국산 솔수염하늘소로부터 분리 정제된 집합페로몬 2-(도데실옥시)에탄올을 포함하는 신규한 소나무재선충병 방제용 조성물 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 솔수염하늘소 및 북방수염하늘소를 유인·포획하는 소나무재선충병 방제용 조성물 및 그 제조 방법, 상기 조성물이 폴리아크릴산 기반의 고흡수성 수지에 흡착되어 있는 소나무재선충병 방제용 솔수염하늘소 및 북방수염하늘소 유인·포획제, 그리고 솔수염하늘소 및 북방수염하늘소를 유인·포획하는 소나무재선충병의 생물학적 방제 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 한국산 솔수염하늘소로부터 분리·동정된 집합페로몬인 2-(도데실옥시)에탄올은 단독으로 또는 에탄올/알파-피넨과 함께 솔수염하늘소 및 북방수염하늘소를 유인·포획하여 소나무재선충병을 방제(防除)하는데 탁월한 효과가 있으며, 친환경적인 생물학적 방법에 의해 소나무재선충병 확산 매개충을 원천적으로 방제할 수 있다는 점에서 특기할 만하다.

Description

한국산 솔수염하늘소로부터 분리 정제된 집합페로몬 2-(도데실옥시)에탄올을 포함하는 신규한 소나무재선충병 방제용 조성물 및 이의 제조 방법{A novel composition for controlling pine wilt disease, comprising 2-(Dodecyloxy)ethanol as an aggregation pheromone separated and identified from Monochamus alternatus in South Korea, and a method for preparation thereof}
본 발명은 솔수염하늘소(Manachamus alternatus) 및/또는 북방수염하늘소 (Monochamus saltuarius)를 유인·포획하는 소나무재선충병 방제용 조성물 및 그 제조 방법, 상기 조성물이 고흡수성 수지에 흡착되어 있는 소나무재선충병 방제용 솔수염하늘소 및/또는 북방수염하늘소 유인·포획제, 그리고 솔수염하늘소 및/또는 북방수염하늘소를 유인·포획하는 소나무재선충병의 생물학적 방제 방법에 관한 것이다.
소나무재선충병(Pine wilt disease)은 소나무재선충(Bursaphelenchus xylophilus)이 소나무 내에 침입 후 증식하고, 이로 인해 소나무류의 수분과 양분의 이동을 방해하여 시들음 증상을 일으켜 나무를 죽게 하는 병이다(Futai K., Pine wood nematode, Bursaphelenchus xylophilus.Annu Rev. Phytopathol., 51:61-83, 2013). 소나무재선충병의 피해는 미국, 유럽, 아시아 등 세계 곳곳에서 보고되며, 우리나라의 경우 2011년 이후 소나무재선충병이 전국적으로 확산됨에 따라 환경적인 문제뿐만 아니라 그로 인한 막대한 경제적 손실까지 발생하고 있다.
소나무재선충은 스스로 다른 나무로 이동할 수 있는 능력이 없기 때문에 매개충인 솔수염하늘소(Monochamus alternatus)에 의해 확산되며 감염된 소나무는 대부분 감염된지 3개월 이내에 완전히 고사하고 치료법이 없어 예방 활동이 매우 중요하다.
현재 소나무재선충병의 방제는 고사목을 벌채하고 훈증처리하는 훈증방제법, 벌채 후 소각-파쇄하는 물리적 방제법, 예방약을 나무에 주사하거나 항공살포하는 화학적 방제법이 시행되고 있다(Tan et al ., A Study on disease development and early diagnosis of pine wood nematode, Bursaphelenchus xylophilus, infection of japanese black pine, Nematology 7: 481-485, 2005). 하지만 상기 방제법들은 많은 인력과 막대한 예산이 소모되고 소나무재선충의 매개충 통제를 통한 원천적인 피해 확산 방제법이 아니라는 문제점이 있다.
최근 곤충 간 정보물질인 나무좀류(Bark beetle) 카이로몬 ipsdienol과 ipsenol은 유럽산 솔수염하늘소(Monochamus galloprovincialis)에 대한 유인 효과를 보였으나, 중국산 솔수염하늘소(Monochamus alternatus)는 유인 효과가 없는 것으로 보고되었다(Fan et al., Effect of bark beetle pheromones on the attraction of Monochamus alternatus to pine volatiles, Insect Sci., 17:553-556, 2010). 또한, 유럽산 솔수염하늘소의 집합페로몬인 2-(undecyloxy)ethanol이 보고되었으나(J.A. Pajares et al ., Identification and field activity of a male-produced aggregation pheromone in the pine sawyer beetle, Monochamus galloprovincialis, J. Chem . Ecol., 36:570-583, 2010; S.A. Teale et al ., A male-produced aggregation pheromone of Monochamus alternatus (Coleoptera: Cerambycidae), a major vector of pine wood nematode, J. Econ . Entomol ., 104:1592-1598, 2011; J.E. Macias-Saman et al ., 2-Undecyloxy-1-ethanol in combination with other semiochemicals attracts three Monochamus species (Coleoptera: Cerambycidae) in British Columbia, Canada, Can . Entomol., 144:764-768, 2012; J.A. Pajares et al ., 2-(Undecyloxy)-ethanol is a major component of the male-produced aggregation pheromone of Monochamus sutor, Entomol. Exp . Appl., 149:118-127, 2013), 한국산 솔수염하늘소가 분비하는 집합페로몬은 보고된 바 없으며, 나아가 상기 페로몬을 사용한 솔수염하늘소 포획제 개발 및 소나무재선충 방제 기술의 개발은 전무한 실정이다.
고흡수성 수지란 자기 무게의 수 십 배에서 수 천 배까지 물을 흡수할 수 있는 능력을 가진 수지로 1980년 미국의 옥수수의 유효이용 연구에서 발견되었다. 고흡수성 수지는 흡수량이 크고 수지 자체가 물을 빨아들이는 성질을 가지고 있어 어떤 압력을 가해도 물을 방출하지 않는 특성이 있다. 과거에는 모세관 현상에 의해 물을 흡수하는 탈지면 및 솜과 같은 섬유를 물의 흡수 연구에 많이 사용한 반면, 최근에는 고흡수성 수지로 제품이 대체되고 있는 실정이다. 고흡수성 수지는 탄소 원자로 고분자 주쇄를 만들고 친수성 이온 분자를 결합시켜 제작하며 물에 대한 흡수성 기능이 저하되게 되면 고흡수성 수지 내의 탄소 사슬이 교차된 그물 구조에 결합된 친수성 이온이 물을 흡수하고 이로 인해 고흡수성수지 내부에 물을 가둘 수 있게 된다(GC Cha et al ., Study on the Characteristics of the Absorbency Silicone by Super Absorbent Polymers, Elastomers and Composites Vol . 47, No. 2, pp. 141~147, 2012).
본 발명의 선행기술로 캠퍼(Camphor)를 유효성분으로 함유하는 소나무재선충 유인용 조성물 및 이를 이용한 소나무재선충병 검정용 키트가 대한민국 등록특허공보 제10-1032301호에 공지되어 있으나, 이는 캠퍼를 유효성분으로 함유하는 소나무재선충 유인용 조성물을 포함하는 소나무재선충병 검정키트로 소나무재선충에 의한 감염여부를 검정하는 방법에 관한 것이다.
또한, 아이티 페로몬트랩 및 이를 이용한 곤충 모니터링 시스템이 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0043788호에 공지되어 있으나, 이는 종별 페로몬을 사용하여 곤충을 트랩으로 유인 후 센서 및 통신을 이용한 IT기술을 접목하여 해당 곤충을 모니터링하는 방법에 관한 것이다.
또한, 끈끈이 트랩을 이용한 소나무재선충을 매개하는 하늘소의 방제 방법이 대한민국 공개특허 제10-2014-0141538호에 공지되어 있으나, 이는 끈끈이 트랩을 사용하여 소나무재선충을 매개하는 하늘소 성충을 방제하는 방법에 관한 것이다.
한편, 본 발명자에 의해 솔수염하늘소의 신규한 포획 방법 및 상기 곤충의 집합페로몬을 이용한 소나무재선충 방제 방법이 대한민국 특허출원 제10-2015-0021843호로 출원된 바 있으나, 이는 유럽산 솔수염하늘소 집합페로몬 2-(Undecyloxy)ethanol을 사용한 솔수염하늘소 포획제 제조방법과 상기 포획제를 이용한 소나무재선충병 방제 방법에 관한 것이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1032301호 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0043788호 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0141538호
본 발명은 솔수염하늘소 및/또는 북방수염하늘소를 유인·포획하는 소나무재선충병 방제용 조성물로서, 솔수염하늘소로부터 분리·동정된 집합페로몬인 2-(도데실옥시)에탄올을 유효성분으로 포함하는 소나무재선충병 방제용 조성물 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 2-(도데실옥시)에탄올을 유효성분으로 포함하는 소나무재선충병 방제용 조성물이 고흡수성 수지에 흡착되어 있는 소나무재선충병 방제용 솔수염하늘소 및/또는 북방수염하늘소 유인·포획제, 및 이를 이용한 소나무재선충병의 생물학적 방제 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 솔수염하늘소 및/또는 북방수염하늘소를 유인·포획하는 소나무재선충병 방제용 조성물로서, 솔수염하늘소(특히, 한국산 솔수염하늘소)로부터 분리·동정된 집합페로몬인 2-(도데실옥시)에탄올을 유효성분으로 포함하는 소나무재선충병 방제용 조성물을 제공한다. 2-(도데실옥시)에탄올은 하기 화학식의 구조를 갖는다.
(화학식)
Figure 112015073208459-pat00001
본 발명의 소나무재선충병 방제용 조성물에 있어서, 집합페로몬인 2-(도데실옥시)에탄올의 함량은 전체 조성물을 기준으로 0.6~4.5%(v/v)인 것이 바람직하다.
본 발명의 소나무재선충병 방제용 조성물은 집합페로몬인 2-(도데실옥시)에탄올 이외에 에탄올, 알파-피넨(α-pinene), 또는 에탄올과 알파 피넨을 추가로 포함할 수 있다. 전체 조성물을 기준으로, 에탄올의 함량은 3~6%(v/v)인 것이 바람직하고, 알파-피넨의 함량은 10~20%(v/v)인 것이 바람직하다. 솔수염하늘소를 유인·포획하는 경우에는 2-(도데실옥시)에탄올만으로 충분하지만, 북방수염하늘소를 유인·포획하는 경우에는 2-(도데실옥시)에탄올과 에탄올 및/또는 알파-피넨을 함께 사용하면 상승 효과가 현저히 나타난다. 예컨대, 2-(도데실옥시)에탄올과 알파-피넨을 함께 사용하는 경우에는 2-(도데실옥시)에탄올만을 사용하는 경우보다 상승 효과가 약 2배이다.
또한, 본 발명은 상기 소나무재선충병 방제용 조성물이 고흡수성 수지에 흡착되어 있는 것을 특징으로 하는 소나무재선충병 방제용 솔수염하늘소 및/또는 북방수염하늘소 유인·포획제를 제공한다. 상기 고흡수성 수지는 친수성이거나 소수성일 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 친수성 폴리아크릴산 기반의 고흡수성 ㅅ수지를 사용하였다.
또한, 본 발명은 솔수염하늘소 및 북방수염하늘소를 유인·포획하는 소나무재선충병 방제용 조성물의 제조 방법으로서, (a) 한국산 솔수염하늘소로부터 집합페로몬인 2-(도데실옥시)에탄올을 분리·동정하는 단계; 및 (b) 상기 2-(도데실옥시)에탄올을 정제수, 또는 휘발성 유기 용매 및 정제수와 혼합하는 단계를 포함하는 소나무재선충병 방제용 조성물의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 소나무재선충병 방제용 조성물의 제조 방법에 있어서, 휘발성 유기 용매를 사용하지 않을 수 있으며, 휘발성 유기 용매를 사용하는 경우에는 C3∼C6 알코올(예컨대, 프로판올, 이소프로판올, n-부탄올 등)을 사용하는 것이 바람직하다. 휘발성 유기 용매는 15~25%(v/v)인 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 단계 (b)에서 에탄올, 알파-피넨, 또는 에탄올과 알파-피넨을 더 첨가할 수 있다.
또한, 본 발명은 솔수염하늘소 및/또는 북방수염하늘소를 유인·포획하는 소나무재선충병의 생물학적 방제 방법으로서, 본 발명에 따른 소나무재선충병 방제용 솔수염하늘소 및/또는 북방수염하늘소 유인·포획제를 소나무 숲에 방치하는 것을 특징으로 하는 소나무재선충병의 생물학적 방제 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 한국산 솔수염하늘소로부터 분리·동정된 집합페로몬인 2-(도데실옥시)에탄올은 단독으로 또는 에탄올/알파-피넨과 함께 솔수염하늘소 및 북방수염하늘소를 유인·포획하여 소나무재선충병을 방제(防除)하는데 탁월한 효과가 있으며, 친환경적인 생물학적 방법에 의해 소나무재선충병 확산 매개충을 원천적으로 방제할 수 있다는 점에서 특기할 만하다.
도 1은 한국산 종 솔수염하늘소가 분비하는 휘발성 물질을 Parapak-Q filter에 흡착하기 위한 장치를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 장치를 통해 흡착된 휘발성 물질을 동정한 기체크로마토그래피-질량분석기(GC-MASS) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 소나무재선충병 방제용 조성물이 고흡수성 수지에 흡착된 소나무재선충병 방제용 솔수염하늘소 및/또는 북방수염하늘소 유인·포획제의 이용을 도시한 것이다.
도 4은 본 발명에 따른 소나무재선충병 방제용 조성물을 이용한 솔수염하늘소의 유인·포획 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 소나무재선충병 방제용 조성물을 이용한 북방수염하늘소의 유인·포획 결과를 나타낸 그래프이다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이고, 본 발명의 범위가 하기 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
실시예
하기 표 1의 조성을 나타내는 소나무재선충병 방제용 조성물을 제조하였다.
실시예 No. 2-(도데실옥시)에탄올 에탄올 알파-피넨 휘발성 유기 용매 정제수
1 4.5 0 0 20.5(이소프로판올) 75
2 0.6 5 14.4 0 80
3 1.2 4.9 13.9 0 80
4 2.3 4.7 13 0 80
* 단위: %(v/v)[전체 조성물을 기준으로 함]
2-(도데실옥시)에탄올은 필수 유효성분으로서 한국산 솔수염하늘소로부터 분리·동정된 것이고, 임의 유효성분인 에탄올과 알파-피넨은 일반적인 소나무(바람직하게는, 한국산 솔수염하늘소)로부터 수득된 것들이다.
실시예 2-4에서는 휘발성 유기 용매를 사용하지 않았으나, 실시예 1에서는 임의 유효성분인 에탄올의 효과를 배제하기 위해 휘발성 유기 용매로 이소프로판올을 사용하였다.
한국산 솔수염하늘소로부터 집합페로몬 2-( 도데실옥시 )에탄올의 동정
(1) 동정방법
10 mL 주사기의 한쪽을 유리솜(Glass wool)로 막은 후, 활성탄(Activated charcoal)을 5 mL 되게 채우고 다시 유리솜으로 막아 Charcoal filter를 제작했다. 파스츄어 피펫(Pasteur pipet)의 한쪽을 유리솜으로 막은 후, PoraPak Q(Waters, mesh size 50-80) 200 ㎎을 채웠다. 다시 유리솜으로 반대쪽을 막어서 Porapak Q filter를 제작했다(도 1). 후식이 끝난 한국 종 솔수염하늘소 수컷 5마리와 암컷 5마리를 생솔가지와 함께 2 L 용기에 넣은 후 24시간 동안 방출되는 휘발성 물질을 Porapak Q filter에 흡착시켰다. 실험조건은 빛 16시간, 암 8시간, 온도 25 ℃이며 대조군으로는 생솔가지를 2 L용기에 넣고 같은 조건에서 실험하였다. 흡착된 휘발성 물질을 Porapak Q filter에서 용출시키기 위해 Porapak Q filter를 디클로로메탄(Dichloromethane) 5 mL로 씻어주고, 다시 펜탄(Pentane) 5 mL로 씻어주었다.
(2) 동정 결과
한국산 솔수염하늘소에서 분비된 흡착성 휘발성 물질을 기체크로마토그래피-질량분석기(GC-Mass)로 분석한 결과 대조군(생솔가지(Pine shoots))에 비교해 실험군(생솔가지(Pine shoots)+솔수염하늘소 수컷(Males))에서 새로운 집합페로몬(*표시)이 검출되었다(도 2).
집합페로몬 2-( 도데실옥시 )에탄올을 포함하는 솔수염하늘소 및/또는 북방수염하늘소 유인·포획제의 제조
한국산 솔수염하늘소로부터 분리·동정된 집합페로몬인 2-(Dodecyloxy)ethanol을 비롯한 상기 표 1의 성분들을(정제수는 휘발 속도를 조절하기 위한 것임)을 혼합한 후, 친수성 폴리아크릴산(polyacrylate) 기반의 크리스탈볼(crystal ball)형태의 고흡수성 수지 50개에 각각 결합시켜 50 mL 튜브에 보관하여 이를 포획제로 사용하였다(도 3).
실험예 1: 소나무재선충병 방제용 솔수염하늘소 및/또는 북방수염하늘소 유인·포획제를 이용한 솔수염하늘소의 유인·포획
본 발명에 따른 소나무재선충병 방제용 솔수염하늘소 및/또는 북방수염하늘소 유인·포획제를 사용하여 2014년 7월 4일부터 7월 18일까지 2주간 경상북도 포항시 북구 흥해읍 초곡동 야산의 소나무 숲에서 솔수염하늘소의 유인·포획을 실시하였다. 도 4에 나타나 있는 바와 같이, H는 알파-피넨 14.8%(v/v), 에탄올 5.2%(v/v), 물 80.0%(v/v)로 구성되고, P는 2-(도데실옥시)에탄올 4.5%(v/v), 이소프로판올 20.5%(v/v), 물 75.0%(v/v)로 구성되며, H+P는 2-(도데실옥시)에탄올 2.3%(v/v), 알파-피넨 13.0%(v/v), 에탄올 4.7%(v/v), 물 80.0%(v/v)로 구성되어 있다. H, P, H+P를 각각 폴리아크릴산 기반의 고흡수성 수지에 결합한 소나무재선충병 방제용 솔수염하늘소 및/또는 북방수염하늘소 유인·포획제를 사용하여 실험한 결과, H에서는 솔수염하늘소가 포획되지 않았지만, P와 H+P 포획제에서 암컷 27마리 및 수컷 13마리를 포함한 솔수염하늘소 총 40마리를 포획하였다.
실험예 2: 소나무재선충병 방제용 솔수염하늘소 및 북방수염하늘소 유인· 포 획제를 이용한 북방수염하늘소의 유인·포획
본 발명에 따른 소나무재선충병 방제용 솔수염하늘소 및/또는 북방수염하늘소 유인·포획제를 사용하여 2015년 5월 8일부터 5월 22일까지 2주간 경상북도 청송군 현동면 야산에서 북방수염하늘소의 유인·포획을 실시하였다. 도 5에 나타나 있는 바와 같이, C는 대조군으로 북방수염하늘소가 전혀 유인되지 않았고, H는 에탄올과 알파- 피넨으로 구성되어 있는데 암컷 9마리와 수컷 4마리 등 총 13마리를 유인·포획하였으며, P는 2-(도데실옥시)에탄올만으로 구성되어 있는데 암컷 14마리와 수컷 5마리 등 총 19마리를 유인·포획하였고, H+P는 에탄올, 알파-피넨 및 2-(도데실옥시)에탄올로 구성되어 있는데 암컷 23마리와 수컷 11마리 등 총 34마리를 유인·포획하였다.
상기 실험예 1 및 2를 통해 알 수 있는 바와 같이, 한국산 솔수염하늘소로부터 분리·동정된 2-(도데실옥시)에탄올 단독으로도 솔수염하늘소 및/또는 북방수염하늘소의 유인·포획 효과가 우수하며, 에탄올 및/또는 알파-피넨을 함께 사용하면 상승 효과가 현저히 나타난다.

Claims (10)

  1. 북방수염하늘소를 유인·포획하는 소나무재선충병 방제용 조성물로서,
    솔수염하늘소로부터 분리·동정된 집합페로몬인 2-(도데실옥시)에탄올, 휘발성 유기용매 및 알파-피넨(α-pinene)을 유효성분으로 포함하고 휘발성이 우수한 것을 특징으로 하는 소나무재선충병 방제용 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 2-(도데실옥시)에탄올의 함량은 전체 조성물을 기준으로 0.6~4.5%(v/v)인 것을 특징으로 하는 소나무재선충병 방제용 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 전체 조성물을 기준으로, 알파-피넨의 함량은 10~20%(v/v)인 것을 특징으로 하는 소나무재선충병 방제용 조성물.
  5. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항의 소나무재선충병 방제용 조성물이 친수성 또는 소수성의 고흡수성 수지에 흡착되어 있는 것을 특징으로 하는 소나무재선충병 방제용 북방수염하늘소 유인·포획제.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지는 폴리아크릴산 기반의 고흡수성 수지인 것을 특징으로 하는 소나무재선충병 방제용 북방수염하늘소 유인·포획제.
  7. 북방수염하늘소를 유인·포획하는 소나무재선충병 방제용 조성물의 제조 방법으로서,
    (a) 한국산 솔수염하늘소로부터 집합페로몬인 2-(도데실옥시)에탄올을 분리·동정하는 단계; 및
    (b) 상기 2-(도데실옥시)에탄올을 휘발성 유기 용매와 혼합하는 단계;
    (c) 알파-피넨을 더 첨가하는 단계;를 포함하고 휘발성이 우수한 것을 특징으로 하는 소나무재선충병 방제용 조성물의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서 상기 휘발성 유기 용매는 C3∼C6 알코올인 것을 특징으로 하는 소나무재선충병 방제용 조성물의 제조 방법.
  10. 북방수염하늘소를 유인·포획하는 소나무재선충병의 생물학적 방제 방법으로서,
    제 5 항에 따른 소나무재선충병 방제용 북방수염하늘소 유인·포획제를 소나무 숲에 방치하는 것을 특징으로 하는 소나무재선충병의 생물학적 방제 방법.
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