KR20090105484A - 솔잎혹파리 유충 방제용 제제 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20090105484A
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권미조
김태완
이형철
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박재성
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Abstract

본 발명은 옥시메트린 화합물과 피레트린 화합물로 제조된 솔잎혹파리 유충 방제용 제제에 관한 것으로, 이는 해충방제용으로 사용되는 친환경농자재로 검증된 천연물질을 이용하여 제조된 것으로 주요 산림 난 방제 해충인 솔잎혹파리 유충을 효과적으로 방제할 수 있으면서, 기타 비목적성 토양곤충에 대해서는 안전하고, 화학살충제로 인한 피해를 최소화할 수 있고, 토양에 직접 살포하여 솔잎혹파리의 유충단계에서 사멸시킬 수 있으며, 광분해성을 가진 천연물 제제로 환경오염이나 생태학적으로 부작용 없이 효율적으로 솔잎혹파리 유충을 구제할 수 있는 효과가 있다.
솔잎혹파리방제, 천연물질, 옥시매트린 화합물, 피레트린 화합물

Description

솔잎혹파리 유충 방제용 제제 및 그 제조방법{A Formulation for Preventing Larvae of Thecodiplosis japonensis and method for preparing the same}
본 발명은 솔잎혹파리 유충 방제용 제제에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 속효성을 가지는 천연물질인 옥시매트린 화합물과 피레트린 화합물을 주성분으로 한 솔잎혹파리 유충 방제용 제제 및 그의 제조방법, 및 이를 사용한 솔잎혹파리 유충 방제 방법에 관한 것이다.
솔잎 혹파리는 국내 토착수종인 소나무(적송)와 곰솔(해송)의 솔잎 기부에 기생, 그 속에서 수액을 빨아먹음으로써 잎의 생장을 중지시키거나, 변색 및 낙엽화시켜 결국 소나무를 고사하게 만드는 치명적인 해충이다. 그러나, 전 세계적으로는 솔잎혹파리에 의한 피해가 우리나라 전역과 일본 일부에 국한되어 발생하고 있는 것으로 알려져 있다.
솔잎혹파리에 의한 소나무의 피해는 1929년 목표와 서울의 비원에서 처음 발견된 이후, 현재 전국적인 피해로 나타나고 있다. 지금까지의 솔잎혹파리의 방제는 주로 화학 살충제에 의존하였거나, 수간주사, 천적을 이용하는 방법, 병원성 미생물을 이용하는 방법이 이용되었지만, 많은 경제적인 비용의 발생과 산림 생태계의 파괴 및 교란, 국민건강 저해 등의 부작용등을 초래하였다. 따라서 새로운 환경친화적이며, 경제적인 방제 방법이 요구된다.
종래 천연 살충제로서 사용되어온 옥시메트린과 피레트린 화합물은 곤충 대하여 접족 및 소화독을 가지는 물질로, 곤충의 신경계를 자극 교란하여 마비시키는 약제로 미국 EPA의 친환경농자재로 등록, 공시된 약재로 매우 안정한 약재의 특성을 가지며, 친환경농자재로 매우 다양한 분야에서 이용되고 있고, 자연 생태계에서 쉽게 광 분해되는 장점 때문에 친환경농자재로 크게 이용되고 있는 실정이다.
한편, 솔잎 혹파리의 방제방법과 관련하여 다양한 연구, 예를 들어, 약제 살포, 침투성 약제의 수간 주입 등 약제에 의한 화학적방제[조, 임시연보,8,111-117(1959),박, 임시연보,14,1190125(1967)], 먹좀벌 등의 천적사육 방사[고, 임시연보,11,9-102(1966)], 포식성 천적의 이용 등의 생물학적 방제방법, 내충성품종의 증식이용, 위생 간벌 및 방충대설치[이,과학기술처보고서,1-38(1995)]등의 임업적 방제 방법들이 연구되었다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0332484(곤충병원사상균 페실로마이세스 푸모소로세우스 에스에프피-198균주, 이를 포함하는 미생물살충제 및 이를 이용하여 솔잎혹파리 및 해충을 방제하는 방법)에는, 페실로마이세스 푸모소로세우스 에스에프피(SFP)-198 균주는 솔잎혹파리에 대해 강한 병원성을 보이면서도 산업곤충으로 유용한 누애에 대해서는 병원성을 나타내지 않고, 저온에서도 성장 및 병원성이 매우 우수하기 때문에 이를 솔잎혹파리용 살충제로 사용에 대한 것이 공개되어 있다.
대한민국 등록특허 제10-0191896(보베리아속 곰팡이를 함유하는 솔잎혹파리 방제용 입제 및 그의 제조방법)에는, 보베리아속 곰팡이의 솔잎혹파리 방제제로의 새로운 용도, 보베리아속 곰팡이를 함유한 솔잎혹파리 방제용 입제 및 그의 제조방법에 대한 것이 공개되어 있다.
그러나 상기 방법들의 경우 방제율이 낮고, 미생물의 이용 시 방제 초기에 국한된 방제에 치중되며, 효과에 대한 불충분한 어려움을 가지고 있다. 또한 화학 살충제의 산림 생태계 파괴 및 교란의 더 큰 피해를 초래하며 사용 약제가 인체에 대한 독성이 높아서 방제자에 대한 중독의 위험성이 있다.
이에 본 발명자들은 상기의 문제점을 해결하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 해충방제용으로 사용되는 친환경농자재로 검증된 천연물질을 이용하여 주요 산림 난 방제 해충인 솔잎혹파리를 방제하기 위하여, 기타 비목적성 토양곤충에 대해서는 안전하고, 화학살충제로 인한 피해를 최소화하는 천연물 제제를 토양에 직접 살포하여 솔잎혹파리의 유충단계에서 사멸시킬 수 있으며, 광분해성을 가진 천연물 제제로 환경오염이나 생태학적으로 부작용 없이 효율적으로 솔잎혹파리 유충을 구제할 수 있는 능력을 함축하는 상태로 제제화하는데 다 각도의 연구를 행한 결과, 옥시매트린 화합물 천연물질과 피레트린 화합물 천연물질을 혼합 구성·조제할 시, 천연물질을 이용한 효과적인 솔잎혹파리 유충 방제가 가능할 수 있음을 밝혀내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서 본 발명의 목적은 솔잎혹파리 유충의 토양 은폐시기 방제에 사용하기 위한 천연물 방제제로서 옥시매트린 화합물과 피레트린 화합물을 함유하는 솔잎혹파리 유충 방제용 제제 및 그 제조 방법 및 이를 이용한 솔잎혹파리 방제 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 고삼 뿌리로부터 옥시매트린 화합물을 제조하고, 제충국으로부터 피레트린 화합물을 제조한 후, 상기 화합물을 계면활성제화 함께 혼합하여 솔잎혹파리 유충 방제용 제제를 제조하고, 이들을 방제에 사용하여 솔잎혹파리 유충의 치사율 및 우회치사율을 측정하고, 산림 토양 내 생물학적 밀도 조사하여 솔잎혹파리 유충 방제용 제제로서 효과적인 방제 인자의 가능성을 확인함으로써 달성하였다.
본 발명은 고삼 뿌리를 유기용매로 추출, 분획하여 옥시매트린 화합물을 제조하는 단계; 제충국을 유기용매로 추출, 분획하여 피레트린 화합물을 제조하는 단계; 상기 옥시메트린 화합물에 계면활성제를 혼합하여 교반한 후, 피레트린 화합물을 혼합하여 교반하는 단계로 이루어진 솔잎혹파리 유충 방제용 제제의 제조 방법을 제공한다.
상기에서 솔잎혹파리 유충 방제용 제제에 포함되는 옥시메트린 화합물의 함 량은 75 내지 85 중량%, 바람직하게는 80중량%이고, 계면활성제의 함량은 13 내지 22 중량%, 바람직하게는 17.6 중량%이며, 피레트린 화합물의 함량은 2 내지 3 중량%, 바람직하게는 2.4 중량%이다.
따라서, 본 발명은 옥시메트린 75 내지 85 중량%, 피레트린 화합물 2 내지 3 중량% 및 계면활성제 13 내지 22 중량%로 구성된 솔잎혹파리 유충 방제용 제제를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 솔잎혹파리 유충 방제용 제제를 토양에 직접 살포하여 수행되는 것을 특징으로 하는 솔잎혹파리를 포함한 솔잎혹파리 유충 방제 방법을 제공한다.
상기의 방제 방법은 본 발명에 따른 솔잎혹파리 유충 방제용 제제를 3월 초순에서 5월 상순 사이에 살포하여 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 속효성을 가지는 천연물질을 이용한 솔잎혹파리 유충 방제용 제제는, 고삼 뿌리로부터 옥시매트린 화합물의 추출 및 분리 정제하는 제 1공정, 제충국으로부터 피레트린 화합물을 추출 및 분리 정제하는 제 2공정, 및 상기 제1 및 제2 공정으로부터 제조된 옥시매트린 화합물과 피레트린 화합물을 혼합하여 솔잎혹파리 유충 방제용 제제를 제조하는 제 3공정으로 구성된다.
우선, 옥시매트린 화합물의 추출 및 분리 정제 공정은 일반적으로 다음과 같이 수행된다.
고삼(Sphora flavescens)을 건조하여 파쇄하여 준비한다. 이어서, 파쇄된 고삼을 유기용매로 추출하여 수득한 조추출물을 이용하는 것이 효과적이다. 유기 용매는 에탄올, 에틸아세테이트, 물 등이 바람직하다.
먼저, 건조 파쇄된 고삼 뿌리 부위를 80% 에탄올에 52시간 침지 후 추출물을 수거하여 10시간 동안 70-72℃에서 감압증압하고 다시 물과 클로로포름으로 분획 후 물층으로부터 다시 에틸아세테이트로 더욱 추출한 조성물이 솔잎혹파리 유충에 살충력을 갖게 된다.
이를 실리카겔 컬럼그로마토그래피(실리카겔,ODS)와 고압액상크로마토그래프(HPLC)하여 메트린계 화합물인 옥시메트린 화합물을 분리, 정제한다. 이렇게 제조된 옥시메트린 화합물은 하기 표 1 및 도 2 및 3과 같은 특성을 갖는다.
일반명 옥시매트린 화합물 CAS.NO 519-02-8
화학명(IUPAC) 옥시매트린 화합물
구조식
Figure 112008024091794-PAT00001
분자식 C15H24N20
분자량 248.36 증기압 no
외관 갈색의 액체, 특이취
융점 76℃
피레트린 화합물의 추출 및 분리 정제 공정은 다음과 같이 수행된다.
제충국의 뿌리, 잎, 꽃, 가지 부위 모두 건조하여 파쇄한다. 이어서, BHT(Butylated hydroxytoleune) 첨가하여 팰릿으로 제조한다. 제조된 펠릿을 80% 메탄올에 96시간 동안 침지한 후, 얻어진 추출물을 감압 여과한다.
감압여과물은 핵산으로 분획한 후, 헥산을 제거하고, 헥산을 제거한 올레오레진(Oleoresin)계의 물질을 CO2로 처리하여 정제하면 라피네이프(Raffinate)의 정제물과 함께 70-80%의 프레트린을 함유한 프레트림(Pyrethrym)의 조성물 생성된다. 이를 50%의 조성물로 조성하여 사용하는 것이 바람직하다. 이렇게 제조된 피레트린 화합물은 하기 표 2와 같은 특성을 갖는다.
일반명 피레트린 CAS.NO 8003-34-7
화학명(IUPAC) 피레트린
구조식
Figure 112008024091794-PAT00002
분자식
분자량
외관 투명한 황색
비중 0.90 - 0.95 g/cm at 20
상기에서 제조한 옥시메트린 화합물과 피레트린 화합물을 혼합하여 본 발명의 솔잎혹파리 유충 방제용 제제를 제조한다.
옥시매트린 화합물 75 내지 85 중량%에 계면활성제 13 내지 22 중량%를 혼합하여 교반기에 넣고 대기온도에서 충분히 혼합한 후, 여기에 피레트린 화합물 2 내지 3 중량%를 첨가하여 추가로 교반·혼합하여 본 발명의 솔잎혹파리 유충 방제용 제제를 제조한다.
본 발명에서 사용된 고삼과 제충국의 뿌리, 가지, 잎 부위 모두가 예로부터 식용 및 약용으로 사용되어 사람에게는 무해함이 입증된 바, 본 발병의 유도 천연물질들이 인체에 대한 독성을 유발하지 않는다.
본 발명에 따른 옥시메트린 화합물과 피레트린 화합물로 구성된 솔잎혹파리 유충 방제용 제제는 해충방제용으로 사용되는 친환경농자재로 검증된 천연물질을 이용하여 제조된 것으로 주요 산림 난 방제 해충인 솔잎혹파리 유충을 효과적으로 방제할 수 있으면서, 기타 비목적성 토양곤충에 대해서는 안전하고, 화학살충제로 인한 피해를 최소화할 수 있고, 토양에 직접 살포하여 솔잎혹파리의 유충단계에서 사멸시킬 수 있으며, 광분해성을 가진 천연물 제제로 환경오염이나 생태학적으로 부작용 없이 효율적으로 솔잎혹파리 유충을 구제할 수 있는 효과가 있어, 살충제 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.
이하, 본 발명은 옥시매트린 화합물과 피레트린 화합물을 함유하는 천연물질을 솔잎혹파리의 토양 은폐시기 방제에 사용하는 새로운 방제방법에 대하여 실시예와 실험예를 통하여 더욱 상세하게 설명하나, 이들이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예 1: 옥시매트린 화합물의 제조
한약 원료인 고삼 뿌리 시료 5 ㎏을 48시간 음건하고, 건조된 시료를 파쇄하였다. 파쇄한 시료 5 ㎏을 80% 에탄올에 52 시간 씩 2 회 침지한 후, 감압여과하였다. 이어서, 여액을 감압농축하고, 여기에 물을 500mL 추가하고, 동량의 클로로포롬, 에틸아세테이트, n-부탄올 및 물 순으로 극성에 따라 용매 분획을 2회 걸쳐 실시하였다.
각 분획물을 0.01%농도로 희석하여 솔잎혹파리유충에 직접 분사하여 살충성이 높은 분획물을 얻었다.
상기에서 얻어진 분획물 중 에틸아세테이트 분획물(42g)의 활성이 가장 높게 나타났다. 상기 에틸아세테이트 분획물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피(톨루엔/에틸아세테이트/메탄올/포름산=5/4.5/1/1, v/v) 실시하여 1개의 조분획물을 얻었다. 상기 조분획물을 단계적 HPLC 컬럼크로마토그래피(아세톤/물=1/9 -> 6/4, v/v)를 실시하였다. 활성이 가장 높은 층을 prep-HPLC(ODS,65% 메탄올, 0.1% 포름산)하여 목적 화합물로서 옥시매트린 화합물을 분리하였다.
실시예 2: 피레트린 화합물의 제조
제충국 시료는 호주(Australia) 타스마니아(Tasmania) 지역에서 수입하여 48시간 동안 건조한 후, 파쇄하였다. 파쇄한 제충국을 BHT(Butylated hydroxytoleune) 13g을 첨가하여 펠릿으로 제조하였다. 제조된 팰릿 시료 10㎏을 80% 메탄올에 96시간씩 2회 침지시킨 후, 감압여과하였다. 이어서, 여액은 0.01% 농도로 희석 직접 솔잎혹파리유충에 살포하여 살충성을 확인하고, 이를 실리카켈(2㎏) 컬럼(4.i.d.×45㎝)에서 1회 분리하였다.
실리카켈 컬럼크로마토그래피(n-hexane, n-hexane/EtOAc = 5/1~1/5(v/v), MeOH)를 통해 조분획물을 얻었다.
얻어진 조분획물인 올레오레진(Oleoresin)계 물질을 CO2로 처리, 정제하고, prep-HPLC(ODS, 55% acetonitrile)를 이용하여 라피네이프(Raffinate)의 정제물과 함께 목적 화합물로 70-80%의 활성이 높은 피레트린 화합물을 분리하였다.
실시예 3: 솔잎혹파리 유충방제용 제제의 제조
상기 실시예 1에서 제조한 옥시매트린 화합물 200㎖를 교반기에 넣고, 천연계면활성제인 올리브 리퀴드(Olive Liquid) 44 mL를 첨가하여 20-22℃의 대기온도에서 2-3시간 교반하여 혼합한 후, 실시예 2에서 제조한 피레트린 화합물 6 mL를 혼합하여 500rpm으로 2 시간 동안 교반 혼합하여 솔잎혹파리 유충 방제용 제제를 제조하였다.
실험예 1: 솔잎혹파리 유충의 치사율 측정
솔잎혹파리 피해 단지의 소나무 임지에서 소나무와 일정량의 토양 내 유충 밀도를 조사하기 위하여, 피해기준이 '심(충영형성율 50%이상)' 지역인 수원시 권선구 오목천동 산림유전자원부내 소나무 지역을 선정하였다. 공시목인 소나무의 수고는 2m 미만으로 선정하고, 실험구의 구획은 5개 처리구를 3 반복 임의로 선정하여 총 15개 구획으로 나누었다. 한 개 구의 구획은 가로, 세로 2m의 길이를 가지며, 1m의 간격으로 배치하였다. 각 구획의 크기는 2m×2m로 4m2의 크기로 하였다. 정해진 실험구내 솔잎혹파리 유충의 밀도를 조사하기 위하여 각 구 마다 지표토를 채집하여 조사하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
처리구 초기 밀도(4m2)
1 23290
2 24225
3 23375
4 11220
5 23545
유충밀도 조사 후, 실시예 3에서 제조한 솔잎혹파리 유충방제용 제제를 지면 살포하였다. 지면 아래 2㎝까지 흡수가 되기 위해 4m2 당 16-20L의 제제를 처리하였다.
표 3의 처리구 1는 무처리구로 하였으며, 처리구 2는 대조구로 다수진입제 10a 당 15㎏으로 4m2 당 0.06㎏을 처리하고, 처리구 3는 상기 실시예 3에서 제조한 솔잎혹파리 유충방제용 제제를 농도 1%로 처리하였으며, 처리구 4는 농도 3%로, 처리구 5는 농도 5%로 처리하였다.
지면 살포 후, 10일 단위로 시료를 채집하여 초기밀도와 비교하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.
공시약제 사전밀도 생존율(%) 치사율(%)
1차 평균 2차 평균 전체 평균 -
무처리 23290 113 104 108.5 -
다수진 입제 24225 19 8 13.5 87.7
처리구 3 23375 41 21 31 71.8
처리구 4 11220 40 20 30 72.4
처리구 5 23545 38 16 27 75.3
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 실시예 3의 솔잎혹파리 유충방제용 제제로 처리된 처리구 3, 4, 5의 농도에 따른 솔잎혹파리에 대한 방제율이 70% 이상인 것으로 나타났다. 또한 솔잎혹파리 유충방제용 제제의 농도가 높을수록 강한 치사율 나타내고 있음을 알 수 있었다.
실험예 2: 솔잎혹파리 유충의 우화치사율 측정
상기 실험예 1의 각 처리구에 우화상을 설치하여 솔잎혹파리의 우화율을 측정하였다. 이때 설치된 우화상의 상부 채집기에 80% 에탄올을 충분히 채워 주었으며, 채집된 솔잎혹파리의 성충은 채집용기에 담아 계수하였다. 그 결과는 표 5에 나타내었다.
공시약제 부화율(우화율) 치사율(%)
1반복 2반복 3반복 평균 -
무처리 284 285 354 307.6 -
다수진 입제 47 16 41 34.6 88.8
처리구 3 23 43 9 25 91.9
처리구 4 3 0 3 2 99.3
처리구 5 1 0 0 0.3 99.9
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 무처리구나 다수진입제를 처리한 대조구에 비해, 처리구 3, 4, 5에서 높은 우화방지율이 나타났다. 또한 솔잎혹파리 유충방제용 제제의 농도가 높을수록 강한 치사율 나타내고 있음을 알 수 있었다.
실험예 3: 산림 토양 내 생물학적 밀도 조사
상기 실험예 1의 각 처리구 내의 토양 표토를 걷어내고 코어기를 이용하여 시료를 채집하였다. 채집된 시료는 500㎛ 망 위에 100g을 넣은 후, 70% 알코올이 담겨있는 그릇위에 설치하였다. 토양 내 톡톡이류 지표해충이 알코올 담겨있는 아래쪽으로 내려가게 위에서 발열등을 48시간 동안 비춰주게 하였다.
48시간이 지난 후 알코올에 수거된 토양 내 톡톡이류 지표해충을 광학현미경상에서 계수하였다. 그 결과는 표 6에 나타내었다.
공시약제 채집일자/생충수
7월 9월 11월
무처리 26.5 21.0 50.5
다수진입제 0 13.0 29.4
처리구 3 2 41.82 49.3
처리구 4 1 40.31 41.58
처리구 5 0 31.4 40.34
상기 표 6에 나타난 바와 같이, 토양 내 톡톡이류 지표해충에 대한 변화를 측정하였을 때, 초기 솔잎혹파리 유충방제용 제제 처리 시 지표 해충의 밀도가 급격히 낮아졌다가, 점차 무처리구와 동일한 상태의 밀도로 회복되는 것을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명의 솔잎혹파리 유충방제용 제제가 매우 효과적인 방제 인자의 가능성을 보여주고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 옥시매트린 화합물과 피레트린 화합물로 제조된 솔잎혹파리 유충방제용 제제를 솔잎혹파리 유충 처리 시 치사된 솔잎혹파리 유충의 광학현미경사진이고,
도 2 및 3은 본 발명에 따른 옥시메트린 화합물의 특성을 나타낸 그래프이며,
도 4는 본 발명의 제제를 각 농도별로 처리 시 토양 지표처리에 따른 솔잎혹파리 유충의 우화율을 나타낸 그래프이고,
도 5은 본 발명의 제제를 토양 지표 처리한 후 솔잎혹파리 감염 임지의 회복된 모습을 나타내는 사진이다.

Claims (4)

  1. 고삼 뿌리를 유기용매로 추출, 분획하여 옥시매트린 화합물을 제조하는 단계;
    제충국을 유기용매로 추출, 분획하여 피레트린 화합물을 제조하는 단계; 및
    상기 옥시메트린 화합물 75 내지 85 중량%에 계면활성제 13 내지 22 중량%를 혼합하여 교반한 후, 피레트린 화합물 2 내지 3 중량% 혼합하여 교반하는 단계
    로 이루어진 솔잎혹파리 유충 방제용 제제의 제조 방법.
  2. 상기 제1항의 방법으로 제조되어, 옥시메트린 75 내지 85 중량%, 피레트린 화합물 2 내지 3 중량% 및 계면활성제 13 내지 22 중량%로 구성된 솔잎혹파리 유충 방제용 제제.
  3. 제2항의 제제를 토양에 직접 살포하여 수행되는 것을 특징으로 하는 솔잎혹파리를 포함한 솔잎혹파리 유충 방제 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제제를 3월 초순에서 5월 상순 사이에 살포하는 것을 특징으로 하는 솔잎혹파리 유충 방제 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102503716A (zh) * 2011-11-03 2012-06-20 北京中农优企业管理有限公司 一种具有防控土壤害虫作用的有机肥料及其制造方法
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