결과및고찰
시험생물의 사육시스템 구축
본 연구에서는 buprofezin에 대한 C. riparius와 G. tokunagai의 급성독성시험을 수행하기 위하여 시험생물의 사육시스템을 구축하였다. C. riparius 사육시설은 Fig. 1(a)과 같이 사각형 투명한 아크릴 사육장 안에 M4 배지가 들어 있는 사각 용기를 배치하였으며, 아크릴 사육장의 양쪽에는 8등분으로 나누어진 실리콘 재질로 입구를 두었으며, 여닫이문을 통해 입구를 개폐할 수 있도록 조절하였다. G. tokunagai 사육시설은 두께 5 mm, 지름 12 cm, 높이 14 cm의 내열유리에 입자 크기가 <70 um 이하 모래를 5 cm 높이로 투입하였으며, Fig. 1(b)와 같이 1.5×1.5 mm 크기의 PE 재질의 망을 씌워 시험생물이 정착할 수 있도록 하였다. 두 시험생물의 안정적인 계대 사육을 위하여 사육장은 1주일에 1회 이상 세척하였으며, 산소공급을 균일하게 하도록 air pump LP-10A (Jeongsu, Korea)를 이용하여 일정량의 산소를 공급하였다. 사육시스템 구축을 통해 C. riparius와 G. tokunagai를 실험실에서 2022년부터 2024년 11월 현재까지 안정적으로 계대 사육할 수 있었으며, 연중 두 종을 이용하여 농약에 의한 독성 평가가 가능하도록 시험 기반을 마련하였다.
깔따구(C. riparius)에 대한 급성독성시험
Buprofezin 처리 후 C. riparius의 움직임을 육안으로 관찰한 결과, 3.2 mg/L의 고농도에서 투입 직후 불규칙한 움직임이 관찰되었고, 24시간 후에는 일부 개체에서 체색이 짙어지고 몸이 움츠러들고 활동성이 급격하게 줄어드는 것이 확인되었으며, 48시간 경과 후에는 0.8 mg/L 농도 이상 처리구에서 채색이 진갈색으로 변하고, 몸이 경직되어 움직임이 없는 개체 수가 증가하는 것으로 관찰되었다(Table 4). 특히, 3.2 mg/L 처리구에서는 24시간 이후에 90% 이상 치사한 개체수가 확인되었으며 48시간 이후에는 모든 개체가 치사하는 것으로 관찰되었으며, 0.8 mg/L 처리구에서 24시간 후에 치사 개체수가 10%였으나, 48시간 이후에는 치사개체수가 50% 이상으로 급격하게 증가하는 양상을 보였다. 토양에 쉽게 흡착하고 잔류가능성이 높은 chlorfluazuron 등 6종의 농약을 대상으로 C. riparius에 대한 급성독성시험에서 고농도 처리군에서 시험약제 처리 직후에 몸을 비틀거나 불규칙한 움직임이 관찰되었으며, 24시간 경과 후에는 몸을 구부리거나 활동성이 거의 없어지며, 48시간 경과 후에는 치사개체는 몸이 직선 형태로 되며 체색이 진갈색으로 변하는 것으로 보고되었다[18]. 또한, phenylpyrazole계 살충제 fipronil을 C. riparius에 노출하였을 때, 가장 높은 농도인 25.6 ug/L에서 48시간 후에 시험 개체 수가 모두 치사하는 것으로 확인되었다[27]. Kim et al. (2009)의 연구[17]에 따르면, C. riparius를 thiocarbamate계 제초제인 molinate 25 mg/L, 50 mg/L의 농도에 노출하였을 때, 투입 직후 불규칙한 움직임이 관찰되었으며, 24시간 후에는 체색이 검붉은색으로 진해지고 몸이 움츠려 들며 활동성이 거의 없어지는 것으로 보고하였는데, 이러한 연구 결과는 본 실험에서 나타난 시험 종의 반응과 일치하였다.
조각깔따구(G. tokunagai)에 대한 급성독성시험
시험약제 처리 후 G. tokunagai의 반응을 확인한 결과, 0.8 mg/L 처리구에서 24시간에 50% 이상이 치사되는 것으로 나타났으며, 1.6 mg/L와 3.2 mg/L 처리구에서는 85% 이상 치사되는 것으로 확인되었다. 특히, 48시간 이후에는 1.6 mg/L 이상 처리구에서 90% 이상 치사되는 것으로 나타났다(Table 5). 시험약제에 노출된 G. tokunagai의 체색은 검붉은색으로 진해지는 것으로 관찰되어 대조구에서 보여지는 선명한 붉은 체색과 쉽게 구분할 수 있었으며, 24시간 후에는 몸이 경직되고 움직임이 없어지는 것으로 확인되었다. 3.2 mg/L의 고농도 처리군에서 일부 개체가 발견되지 않았는데 이것은 Kim et al. (2009)의 연구 결과[17]와 같이 다른 개체들에게 포식되었을 것으로 판단하였다. 또한, Bang et al. (2023)의 연구[19]에 따르면, 살충제 etofenprox와 fenpropathrin을 G. tokunagai 2령기 유충에 노출하였을 때, 고농도 처리구에서 체색이 검붉은색으로 진해지며, 움직임이 없어진다고 보고하였는데, 이는 본 연구에서 관찰된 시험 종의 반응과 유사한 것으로 확인되었다.
Buprofezin에 노출되고 24시간, 48시간 경과 후 처리 농도에 따른 C. riparius와 G. tokunagai의 치사율을 확인하였다. C. riparius에 대한 buprofezin의 급성독성시험 결과, 24시간과 48시간 LC50이 각각 2.089 mg/L, 0.951 mg/L였고, G. tokunagai에 대한 buprofezin의 급성독성시험 결과, 24시간과 48시간 LC50이 각각 0.902 mg/L, 0.747 mg/L였다(Table 6). Buprofezin에 대한 두 종의 독성 민감도를 비교하였을 때, 48시간에서 G. tokunagai가 C. riparius보다 독성 민감도가 약 1.3배가 더 높은 것으로 나타났다. Bang et al. (2023)의 연구[19]에 따르면 두 종에 대한 etofenprox의 독성 민감도는 48시간에서 C. riparius가 G. tokunagai보다 약 5.8배 더 높은 것으로 나타났으며, fenpropathrin의 민감도는 C. riparius가 G. tokunagai보다 독성 민감도가 약 150배 높은 것으로 조사되었는데, 이러한 결과는 본 연구에서 나타난 두 시험 생물 종의 반응과는 다르게 확인되었다.
지금까지 보고된 buprofezin의 환경생물에 관한 독성 연구 결과를 살펴보면, 물벼룩(D. magna)의 48시간 LC50이 0.44 mg/L [22], 이집트숲모기(A. aegypti)의 48시간 LC50이 0.34 mg/L [25], 북아프리카동자개(C. gariepinus)의 48시간 LC50이 4.642 mg/L [23]로 확인되었다. Buprofezin에 대한 C. riparius와 G. tokunagai의 48시간 LC50이 각각 0.951 mg/L과 0.714 mg/L로 독성 민감도는 물벼룩과 이집트숲모기보다 낮은 것으로 조사되었다. Buprofezin은 북아프리카동자개에서 5 mg/L 이하의 농도에서 배아 및 유충의 발육에 영향을 끼치며 불규칙한 머리모양, 척추측만증, 심막 출혈 등의 증상을 나타내는 것으로 알려져 있다[23]. 또한, buprofezin은 황산니켈과의 산화 메커니즘을 통해 제브라피시(Zebrafish; Danio rerio)에서 배아 독성에 상승작용을 일으키는 것으로 보고되었다[28].
본 연구에서 C. riparius는 OECD guideline 235에 따라 1령기 유충을 대상으로 실험하였으나, G. tokunagai는 대조군에서 1령기 유충의 치사율이 높게 관찰되어, Bang et al. (2023)의 방법[19]과 같이 2령기 유충을 대상으로 독성시험을 수행하였다. 일반적으로 Chironomus 종은 독성 민감도가 발달 단계의 수준이 낮을수록 높아진다고 알려져 있다. Chironomus 종에 대한 landane의 령기별 독성 민감도를 조사한 결과, 48시간 LC50 값이 1령기가 2령기보다 1∼3.6배가 높은 것으로 보고한 바 있다[29]. 또한, thiocarbamate계 제초제 molinate에 대한 C. riparius의 령기별 독성 평가 결과에 따르면, 1령 유충이 4령 유충보다 독성 민감도가 6.4배 높은 것으로 확인되었다[17]. 이러한 령기에 따른 독성반응의 차이는 생물체가 외래 유입 물질에 대한 성숙 단계별로 나타나는 독성반응 차이 현상으로 볼 수 있다[30].
Buprofezin은 서해와 동중국해 유역의 퇴적물 시료에서 0.003∼0.02 mg/kg의 농도로[31], 메콩강 유역의 퇴적물 시료에서 최고 0.521 mg/kg의 농도로[26], 스페인 카탈루냐 지역의 하천수에서 채집한 시료의 14%에서 0.0023∼0.0044 ug/L로 검출되었으며[32], 국내에서는 금강, 만경강과 동진강 하천수에서 0.02∼0.09 ug/L 수준으로 보고된 바 있다[33]. 이처럼, 농작물에 살포된 buprofezin은 수계환경에 노출되어 하천수 및 퇴적물에 존재하는 것으로 확인되고 있다. 따라서 buprofezin에 대한 수생생물에 대한 영향을 더욱 정확히 파악하기 위하여 저서생물의 영향평가 등이 보완되어야 할 것으로 생각된다.
현재 농약의 수서생물 독성 평가를 위한 표준시험법은 실험실 내에서 사육하기 쉬운 어류(제브라피시, 잉어), 물벼룩을 대상으로 사용하고 있으나, 이들은 강, 호수, 하천 등에 일반적으로 서식하는 수서곤충의 생태적 특성을 반영하지 못하고 있다[17]. C. riparius는 OECD guideline 235에 따라 표준시험 종으로 알려졌지만, 국내의 수서 생태계의 특성을 충분히 반영하고 있지 않아 국내 강, 하천 등의 생태계를 반영하는 생물 종의 확대가 필요하다. 또한. 토양 잔류성이 길고 퇴적 가능성이 큰 농약들은 수계환경에 노출되면 퇴적토에 축적되어 수서생물에 영향을 미칠 수 있으므로 수서생물에 미치는 영향을 지속적으로 평가하는 것이 중요하다. 국내에서 G. tokunagai는 은 나노 입자의 독성 평가[34] 및 정수장 내 소독제에 이용되는 오존 노출 평가 연구[35]에 활용되어왔다. 본 연구 결과 국내 하천에 서식하는 G. tokunagai는 표준시험으로 사용되는 C. riparius와 같이 농약의 수서생물 독성 평가에 활용될 수 있는 것으로 확인되었다. 앞으로 농약에 의한 수서생물의 영향을 정확하게 파악하고 국내 농업생태계를 반영할 수 있도록 농약 등록 시 깔따구 종 등의 평가가 확대되어야 할 것으로 생각된다.
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