소나무재선충 매개충의 페로몬 방출 패턴 분석 및 안테나 감각기 형태 연구

Abstract

본 연구에서는 소나무재선충(Pine wood nematode)의 매개충인 솔수염하늘소(Monochamus alternatuus Hope)와 북방수염하늘소 (Monochamus saltuarius Gebler) 수컷 성충이 방출하는 집합-성페로몬의 일별 방출량과 방출 시기, 주별 방출량, 낮과 밤 시간대별 방출량을 측정하고 암수 성충 더듬이의 정보물질에 대한 전기적 반응과 감각기의 형태와 분포를 분석하였다. 두 매개충의 수컷 성충의 일별 페로몬 방출 주기를 보면 두 종 모두 불규칙적이지만 꾸준히 방출을 시작한다는 것을 알 수 있었다. 페로몬의 최초 방출시기를 비교해보면 솔수염하늘소의 수컷 성충은 표피 경화 이후에 평균 10.6일 후에 페로몬 방출을 시작한 반면에, 북방수염하늘소의 수컷 성충은 평균 5일부터 방출을 시작하여 솔수염하늘소보다 페로몬을 먼저 방출하는 것을 알 수 있었다. 주별 페로몬 방출 패턴을 비교한 결과, 두 종 모두 2~3주차에 페로몬을 가장 많이 방출하였지만 솔수염하늘소는 8주차부터 양이 줄어들고 북방수염하늘소는 이후에도 비교적 꾸준히 방출하였다. 하루 내 시간대별 방출량을 보면 북방수염하늘소와 솔수염하늘소 둘다 밤 시간대에 많이 방출한다는 것을 알 수 있었다. 솔수염하늘소에 비해 북방수염하늘소는 밤에 방출하는 페로몬의 양과 낮에 방출하는 페로몬의 양은 비교적 차이가 적었다는 사실로 보아 북방수염하늘소와 솔수염하늘소는 시간대별로 집합-성페로몬의 방출 시간대를 차이를 두어 종 간 경쟁을 피하는 것으로 추정된다. 일별 페로몬 방출량 조사와 더불어 페로몬과 함께 야외 유인력이 검증된 정보물질 4 종류에 대한 더듬이의 전기 생리 반응 (Electroantennogram)을 측정하였다. Monochamol, (-)-α-pinene, 에탄올, ipsenol의 0.1~1000 ㎍의 농도별 전기적 반응도를 측정한 결과, 솔수염하늘소 암컷은 수컷에 비해 전기적 반응의 민감도가 높았다. 이에 비해 북방수염하늘소는 암컷과 수컷의 전기적 반응 차이가 거의 없었다. 북방수염하늘소에게만 야외 유인력이 있는 ipsenol에 대해서는 솔수염하늘소와 북방수염하늘소 모두 전기적 반응이 가장 크게 나왔다. 이를 통해 ipsenol은 솔수염하늘소에게 기피효과가 있고 북방수염하늘소에게 유인효과가 있다고 유추된다. 마지막으로 솔수염하늘소와 북방수염하늘소 두 종의 암수 더듬이 감각기를 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 관찰하였다. 형태, 소켓의 유무, 감각기 끝 모양, 크기에 따라 chaetica, trichodea, basiconica, coeloconica 감각기로 구분되었으며, 길이와 폭의 차이에 따라 chaetica 3 종류, trichodea 2 종류, basiconica 3 종류, coeloconica 1 종류로 분류되었다. 감각기의 분포를 보면 chaetica 감각기가 가장 많이 발견되었고 basiconica는 채찍마디의 끝으로 갈수록 많이 발견 되었으며 trichodea와 coeloconica는 밀도가 일정하게 유지되었다. Basiconica는 세부 타입 3 종류 모두 표면에 많은 미세 구멍이 발견되어 화학적 감각를 감지한다는 것으로 추정되었다. Trichodea는 모든 마디에 균일하게 분포하는데 감각기의 끝에서만 미세구멍이 발견되어 미각 감각을 감지하는 것으로 유추되었다. 그 외에 chaetica 감각기와 coeloconica는 각자 기계적 감각과 압력을 감지하는 것으로 추정되었다.

Male adults of Monochamus alternatus (Hope) and Monochamus saltuarius (Gebler) are known to produce aggregation-sex pheromone, monochamol (2-undecyloxy-1-ethanol). In this study, I analyzed daily, weekly and diel emission patterns of monochamol after sclerotization, and measured the electrophysiological responses of male and female matured adults to monochamol, ethanol, α-pinene, and ipsenol. For morphological study on antennal sensilla, I compared the distribution of antennal sensilla on antennae of male and female adults of M. alternatus and M. saltuarius. Daily amount of monochamol emitted by male adults of both species showed irregular but constant patterns. M. saltuarius male released the pheromone earlier than M. alternatus male. Mean days for first emission of pheromone were 10.6 and 5 days after sclerotization for M. alternatus and M. saltuarius, respectively. Weekly patterns of monochamol emission by both species showed the highest peak at 3rd week. The amount of monochamol released by M. alternatus decreased after 8th week. However, M. saltuarius produced constant amount of monochamol during its lifetime. In diel rhythms of pheromone emission, both species released more amount of monochamol in night time than day time. Electroantennographic responses of matured adults of M. alternatus and M. saltuarius to various doses of monochamol, (-)-α-pinene, ethanol, and ipsenol were measured. M. alternatus female adults showed higher responses to pheromone and kairomones than male adults. However, there were no difference in EAG responses of M. saltuarius female and male adults to pheromone and kairomones. Both species showed the highest response to ipsenol. Morphological features and distribution of antennal sensilla on antennae of M. alternatus and M. saltuarius male and female were investigated by using field-emission scanning electron microscope (FESEM). Sensilla could be classified into sensilla chaetica, sensilla basiconica, sensilla trichodea, and sensilla coeloconica by shape, size, socket, tip, furrows and surface micropores. Sensilla chaetica, basiconica, and trichodea could be further classified into 3, 3, and 2 subtypes by lengths and widths, respectively. Sensilla chaetica were the most abundant sensilla on antennae. The number of sensiila basiconica increased at the terminal regions of flagellum. Sensilla trichodea and sensilla coeloconica showed constant distribution on antennae. Micropores were found in all 3 subtypes of sensilla basiconica and this suggests sensilla basiconica are olfactory chemoreceptors. Uniporous sensilla trichodea are considered as mechanoreceptors and contact-chemoreceptors. Based on the morphological characteristics, the function of sensilla chaetica and coeloconica might be mechanoreceptors.