IPM(Integrated Pest Management, 종합적 병해충․잡초관리)는

병해충이나 잡초 방제에 대한 하나의 입장을 나타낸 것입니다.

​

방제는 천적 등 여러 가지 수단을 합해서 행하며,

또 철저하게 살멸하는 것이 아니라 작물의 수량과 가격에

피해가 없을 정도로만 방제하면 충분하다는 입장입니다.

​

그러므로 「IPM은 천적을 사용해야 한다」거나

「화학농약을 줄이면 IPM이다」라는 것은 단편적인 생각입니다.

또 IPM은 사고방식 또는 시스템이므로

IPM이라는 특별한 방제수단이 있는 것이 아닙니다.

​

​

​

‘화학농약에 지나치게 의지한 농업’이 배경

IPM이 크게 대두되게 된 배경에는

농약에 지나치게 의지한 농업에의 반성이 있습니다.

제2차 세계대전 후 농약이 병해충이나 잡초 방제에

효과를 나타내 수량과 품질의 향상, 생력화에 도움이 되고

신품종과 기계화와 함께 세계를 굶주림에서 구한 것은 사실입니다.

​

한편 농약이 보급됨에 따라 유용천적에 대한 영향,

농약에 저항력이 있는 해충이나 병원미생물의 출현,

그리고 그때까지 주체가 되었던 병해충과 잡초가 억제되면,

문제가 되지 않던 병해충과 잡초가 새롭게 세력을 키워

피해를 주는 현상 등의 문제도 발생하였습니다.

​

이 같은 문제에 대한 반성에서 IPM이라는 사고방식이 생겨났습니다.

IPM의 사고방식은 이미 30년 이상 전부터 존재하였고

또한 역사적으로도 보면, 화학농약 등장 이전의 방제는

윤작, 중경 등의 경종적 수단과 천적 이용 등의 생물적 수단,

유아등과 같은 물리적 수단과 같이 이용 가능한 수단을 동원하였으므로

어쩌면 IPM은 결코 새로운 사고방식이 아니라고 할 수 있을 것입니다.

​

​

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쉽지 않은 ‘경제적 피해 허용수준’설정

IPM은 단순히 해충만이 아니라

병해와 잡초를 포함한 관리시스템입니다.

​

그러나 해충을 대상으로 하는 연구가 진행되었기 때문에

우선 해충을 중심으로 설명하겠습니다.

​

IPM의 정의는 여러 가지가 있지만 FAO(식량농업기구)에서는

「모든 적절한 기술을 서로 모순되지 않는 형태로 사용하고,

경제적 피해를 일으키는 수준 이하로 해충 개체군을 감소시키며,

그 낮은 수준을 유지하기 위한 해충개체군 관리시스템」이라고 정의하고 있습니다.

​

이 수준은 경제적 피해 허용수준(Economic-Injury-Level: EIL)으로 불리며

농작물 별로 다르고 시장가격이나 소비자의 의식에 따라서도 변동합니다.

​

IPM은 실제 피해가 없는 정도로

해충을 억제하는 것으로 충분하다고 하며,

반드시 완전 방제를 목적으로 하지 않습니다.

​

그렇기 때문에 해충에 대한 대항수단으로서

우선 천적 등 자연이 갖는 저항력에 기대하고,

그 작용이 높아지도록 밭을 개량하고,

재배하는 품종도 해충의 저항력이 높은 것으로 골라

윤작, 혼식 등의 재배기술도 활용합니다.

​

또한 농약을 사용할 때에도 천적의 활동에 영향이 적은

농약, 제형, 사용방법을 선택, 횟수도 가능한 한 줄이도록 합니다.

​

​

​

유사시에는 농약이

그렇기 때문에 통상 행해지고 있는

농약을 주체로 한 방제(관행 방제)와는 농약의 역할도 달라집니다.

관행 방제에서는 해충이 증가하여 피해가 생길 것이라고 예상될 때에는

농약을 사용하여 일시적으로 해충밀도를 억제합니다.

시간이 경과하여 또 다시 해충이 증가했을 경우 농약을 사용하는 작업을 합니다.

​

IPM에서는

천적이나 약독 바이러스, 저항성품종, 환경개량 등의 수단으로

해충이 크게 발생하는 조건을 제거하고 피해가 발생하는 수준 이하로

해충밀도를 억제하여 그 저밀도가 지속되도록 하는 것을 목표로 합니다.

​

그러나 천적 등의 효과는 불안정한 경우가 있고,

기상조건의 변동 등에 따라서 해충이 급격하게 증가하는 경우도 있습니다.

천적 등의 능력 이상으로 해충이 크게 발생하려고 할 때에는

일시적으로 농약을 살포하고, 또 다시 천적 등을 이용해

해충을 억누르게 할 필요가 있습니다.

​

이렇듯 IPM은 결코 농약의 사용을 부정하는 것은 아닙니다.

단, 농약은 다른 수단으로는 유해생물을 억제할 수 없을 때

또는 다른 수단과 밸런스를 맞춰 효율적인 방제를 하려고 할 때 사용하는 것입니다.

그러므로 특히 살충제에서는 천적에게 영향이 없으며 선택성이 높은 것이 중요합니다.

​

​

​

농가의 세심한 대응이 필수

IPM에서는 방치하면 유해생물이 증가하여

피해가 생길 것이라 예상되는 수준을 나타내는

EIL(경제적 피해 허용수준)이 큰 의미를 갖습니다.

​

그러나 예를 들면

실제로 해충밀도가 EIL을 초과할 때에는,

이미 해충을 효과적으로 억누를 수 있는 시기가 지나

때를 놓치게 되는 경우가 적지 않습니다.

​

이 때문에 현장에서는 EIL에 도달하기 전인

보다 낮은 수준에서 방제를 개시해야 합니다.

이것이 흔히 「요 방제수준(요 방제밀도)」이라고 하는 것입니다.

​

요 방제수준은 주요한 작물과 해충에 대해 연구되고 있는데,

모든 작물과 해충에 대해 시행할 수 있는 것은 아닙니다.

또한 요 방제수준은 그 때의 경제적 조건 등에 따라서도 변해,

설정은 간단하지 않습니다.

​

이렇게 IPM의 시설에는,

생산자가 자기 논밭을 세심하게 돌보는 것부터 시작하여

요 방제수준의 시설 등 여러 가지 조건을 충족시켜야만

바람직한 효과가 나타난다는 난점이 있습니다.

​

2003년도 OECD 농약사용량 발표결과

한국이 가장 많은 것으로 나타났는데요,

​

실제 우리나라 농약사용량은 화학농약은 물론

생물농약의 사용량을 포함한 전체 농약사용량이 포함된 결과입니다.

​

FAO(식량농업기구)의 연보에 기재되어 있는

각 국의 농약사용량을 경지면적으로 나누어 비교한 것이라고도 하지만,

FAO의 연보에서 다뤄진 농약은 실제로 사용되는 농약의 일부에

한정되어 정확한 비교를 할 수 없습니다.

​

​

​

작물별로 비교하면

농약의 사용량 비교는 여러 요소가 있어서

사실 간단하게는 할 수 없습니다.

예를 들면, 한국과 미국의 농약사용 상황을

단위면적 당으로 비교하면,

과실이나 채소에서는 큰 차이는 없습니다.

​

작물별로 보아도,

같은 작물이라면 단위면적 당의 농약 사용량이 많은 것은 아닙니다.

그러나 작물의 차이를 고려하지 않으면 차이가 달라집니다.

​

이것은 미국처럼

전 재배면적 중에서 농약 사용량이 적은 작물이 차지하는 비율이 큰 경우,

전체 사용량을 전 재배면적으로 나누면

당연히 단위면적 당 농약사용량은 적게 산출되기 때문입니다.

​

한국과 미국의 이 같은 차이는,

미국농업의 거의 절반 정도를 차지하는 맥류가

원래 병해충 발생이 적어 농약 필요성이 높지 않다는 것이

영향을 주고 있는 것입니다.

​

우리나라를 포함한 세계 각국 어디에서도

과수는 농약사용량이 많으며

대두나 옥수수, 소맥은 적게 사용하며

쌀과 감자는 중간정도 입니다.

만약 농약의 전체 사용량만을 비교하면

미국은 한국의 수배 이상을 사용하고 있다고 할 수도 있습니다.

​

​

기본적으로 같은 작물에서도

농약의 사용량은 자연조건과 재배조건에 따라 상당히 다르며,

품종도 병해충에 약한 것, 비교적 강한 것 등 여러 가지이므로,

안정적인 생산을 유지하기 위해 사용되는 농약의 양은 달라집니다.

​

따라서 이러한 작물이나 재배조건 등의 차이를 생각하지 않고,

미국에서는 적고 한국에서는 많다고 하는 것은 그다지 의미 없는 일입니다.

과거에 시행된 해충 방제법으로 「주유법」이 있습니다.

논에 고래 기름 등을 넣어 기름막을 만들고

그곳에 벼를 흔들어 멸구류 등의 해충을 떨어뜨려,

해충의 기도를 기름으로 막아 질식사시키는 방법입니다.

​

지금도 기계유를 살포하여 패각충이나 잎응애(spider mite)를

질식시키는 방법이 이용되고 있습니다.

그러나 요즘 사용되는 살충제의 대부분은

해충의 신경계에 작용하는 타입, 에너지대사를 저해하는 타입,

생합성계에 작용하는 타입 중 하나입니다.

​

그 중에서도 신경의 전달기능을 방해하는 타입이

수 없이 개발되어 사용되고 있습니다.

​

​

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[신경전달계 저해]

보거나 만지거나 해서 받은 자극은 신호가 되어

신경계통을 통하여 중추신경(뇌)까지 전달되고,

여기에서 행동을 지시하는 신호가 다른 신경계통을 통하여

손이나 발로 전달됩니다.

​

이 신호는 전기적인 신호 형태를 띠는데,

신경계통의 마디에서는 화학적인 전달물질의

방출과 수용이라는 형태로 전달됩니다.

신경계에 작용하는 살충제는 이 전달물질을 이상하게 축적시키거나,

전달물질의 수용체로 들어가 흥분을 지속시키거나,

반대로 수용체가 작용하지 않게 되거나 하여,

결과적으로 해충의 신경계를 저해․교란시켜 죽음에 이르게 합니다.

​

이러한 신경계에서의 신호전달은 포유동물도 곤충도

기본적인 구조는 동일하기 때문에 사람에게도 작용할 가능성이 있습니다.

그러나 사람과 곤충의 해독․분해․불활성화능력의 차이 등을 이용하여

사람에게는 안전한 약제가 개발되어 사용되고 있습니다.

​

​

[에너지대사 저해]

동물이나 식물은 호흡에 의해 산소를 받아들이고,

체내에 저장한 에너지원, 예를 들면 당을 연소시켜(산화)

그 때에 발생하는 에너지를 ATP(아디노신 3인산)라는 물질로 바꿔 이용합니다.

이 사이의 여러 생화학적 과정이 방해되면 치명적인 작용을 받습니다.

​

이러한 과정을 저해하는 약제가 몇 가지 개발되었습니다.

로테논(천연살충제: 델리스뿌리의 주성분) 등 옛날 방식의 농약이 있었지만,

고등동물이나 어류에게도 강한 독성을 나타내므로

현재는 거의 사용되지 않고 있습니다.

90년대 이후에 개발된 이 방식의 살충제는

높은 선택성을 갖고 있어 널리 사용되고 있습니다.

​

​

[생합성계 저해]

곤충의 표피(외골격)는

척추동물과는 달리 단백질과 키틴이 주성분입니다.

이 표피는 사람 등의 피부와는 다르게 딱딱해서

성장을 하려면 도중에 탈피를 반복해야 합니다.

탈피를 할 때에는 오래된 표피 아래에서 새로운 표피가 생겨나,

오래된 표피는 분해되어 새로운 표피의 재료가 되고

키틴도 새로운 표피를 합성하는 과정에서 이용됩니다.

​

이 키틴의 생합성을 방해하는 작용을 갖는 살충제에 의해

유충은 탈피를 제대로 할 수 없어서 도중에 죽어버리거나,

완전히 탈피를 해도 새로운 표피가 생기지 않으므로

체내의 수분을 잃어버려 죽게 됩니다.

반대로 표피를 촉진시켜 표피의 표면을 비정상적으로

두껍고 딱딱하게 하여 탈피이상을 일으키는 약제도 있습니다.

​

​

[곤충호르몬 제어]

곤충의 변태는 알라타체호르몬과 탈피호르몬의 균형으로 제어되는데,

이들 2개의 호르몬과 같은 작용을 갖는 약제가 각각 개발되었습니다.

이들은 곤충호르몬밸런스를 교란시켜 그 생육을 방해하는 효과를 발휘합니다.

​

이러한 곤충탈피와 변태를 방해하거나,

산란 수를 억제하여 해충의 수를 줄이는 약제를

곤충생장조절제(Insect Growth Regulator: IGR)라고 부릅니다.

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포유동물이 갖지 않는 곤충특유의 생리기능에 작용하므로

사람이나 가축에게는 높은 안전성을 보입니다.

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○ 먹고, 만지고, 호흡하고

또, 살충제는 해충이 식물 잎과 줄기를 먹거나 만지거나,

호흡을 통해 들이마시거나 하는 것으로 해충의 체내에 투입됩니다.

​

섭식제는 식물의 잎과 줄기에 붙어있는 약제가

해충의 섭식에 의해 체내로 들어가는 타입과

뿌리, 잎, 줄기로부터 일단 식물 체내로 침투한 약제를

해충이 빨아들이는 타입이 있습니다.

​

접촉제는 약제가 해충 표피로 흡수되어 효과를 나타내는 것으로

직접 해충에게 살포하는 타입과 식물에게 살포한 약제가

해충의 발 등에 접촉하여 흡수되는 타입이 있습니다.

​

훈증제는 기화된 약제가 해충의 숨구멍을 통해 체내에 침입하는 것입니다.

그러나 최근 사용되는 살충제에는 단일경로만이 아니라,

복수의 침입경로를 가진 것도 적지 않습니다.

​

식물 병의 대부분은 사상균(곰팡이)과 세균(박테리아)이 원인입니다.

살균제는 이 사상균과 세균을 공격하는데,

사상균을 대상으로 하는 약제와 세균을 대상으로 하는 약제에는

상당한 차이가 있습니다.

​

오늘날 사용되는 살균제의 대부분은

균의 단백질․세포막․세포벽 등의 생합성계를 저해하는 타입,

에너지대사를 저해하는 타입 등으로, 또 균에게는 직접 작용하지 않고,

작물에게 저항력을 부여(유도)하는 타입도 등장하였습니다.

​

​

[생합성계 저해]

단백질은 병원미생물에게 있어서도

생체 구성성분과 체내 효소 재료로서 중요합니다.

단백질은 아미노산이 일정한 순서로 연결된 것인데,

아미노산의 구성과 순서를 결정하는 정보전달을 방해하여

단백질 생합성을 저해하는 타입의 살균제가 있습니다.

​

이것이 1961년에 실용화된 항도열병제인

농약용 항생물질 브라스티사이딘-S나 그에 이은 가스가마이신입니다.

또 아미노산의 일종인 메티오닌의 생합성을 저해하는 약제도 개발되었습니다.

​

세균과 사상균 세포의 세포막은

인지질과 에르고스테롤로 이루어진 이중막으로,

여기에 효소 등이 들어 있습니다.

​

이 인지질과 에르고스테롤의 합성을 방해하여

세포막을 변성시키는 작용을 가진 살균제가 있습니다.

지금까지 에르고스테롤 생합성저해제(Ergosterol Biosynthesis Inhibitor: EBI제)는

수많이 개발되었습니다.

​

또 세포막 바깥쪽에는 세포벽이 있습니다.

세포벽은 셀룰로오스, 키틴, 펩티드글루칸을 주된 성분으로 하며,

일정한 단단함이 있어 세포의 형태를 유지합니다.

이 세포벽 성분의 합성을 저해 받으면 세포는 파열되어 죽습니다.

이러한 효과를 갖는 약제 중 가장 유명한 것으로 의약품인 페니실린이 있는데,

같은 작용을 갖는 항생물질이 농약분야에서도 사용되고 있습니다.

​

그리고 DNA나 RNA라는 핵산의 합성을 저해하는 약제가 있습니다.

DNA의 합성을 방해하는 약제는 극심하게 증식하는 사상균의 세포분열을 억제합니다.

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​

[에너지대사 저해]

병원균은 식물 체내의 당질, 단백질, 지질 등의 대사로 얻어지는 에너지를 이용합니다.

이 에너지 획득 과정을 방해하여 살균작용을 발휘하는 약제도 있습니다.

이 약제는 병원균의 당대사와 전자전달계 등의 호흡계를 저해합니다.

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​

[멜라닌 생합성 저해]

병원균 중에는 식물에 붙어서 식물 체내에 투입할 때,

도열병균처럼 식물체 표면에서 직접 체내로 가느다란 균사를 뻗는 것이 있습니다.

그러나 병원균 자체의 멜라닌색소 생합성이 억제되면

균사는 식물체내에 투입할 수 없습니다.

​

따라서 멜라닌색소 생합성 저해제에는

직접 살균작용은 없지만, 발병을 억제할 수 있습니다.

멜라닌색소 생합성 저해제는 크게 두 가지로 나눌 수 있는데,

환원효소 저해형(MBI-R)과 탈수효소 저해형(MBI-D)이 있습니다.

​

​

​

[작물의 병해저항성 유도 등]

최근 주목받고 있는 것은 병해 저항성 부여제입니다.

병원미생물을 직접 공격하는 것이 아니라 식물 자신의 저항력을 높여

병에 걸리지 않게 하거나 식물 표면에 흔히 보이는 무해한 미생물의 힘을 빌려

병원미생물이 살 곳을 빼앗아 병을 억누르는 작용을 하게 됩니다.

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사람을 비롯한 포유류에게 영향이 적은 약제

현재 사용되고 있는 살균제를 그 작용 메커니즘으로 분류하면

​

△단백질의 생합성 저해

△지질 생합성 저해

△에르고스테롤 생합성 저해

△세포벽합성 저해

△ 핵산 생합성 저해

△에너지대사 저해

△전자전달계 저해

△멜라닌 생합성 저해; 환원효소 저해

△탈수효소 저해

△작물의 병해저항성 유도 등이 있습니다.

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​

특히 단백질의 생합성 저해제와 지질 생합성 저해 살균제는

병원균이 살아가기 위해 없어서는 안 되는 기능을 방해하기 때문에

소량으로 효과를 볼 수 있다는 특징이 있습니다.

​

사람을 비롯한 포유류에는 존재하지 않는

에르고스테롤 생합성이나 멜라닌 생합성을 저해하는 살균제는

사람과 포유류에 대한 독성이 상당히 약하다는 바람직한 특징이 있습니다.

오늘날 사용되고 있는 제초제의 대부분은,

식물의 생장과 유지에 빠뜨릴 수 없는 광합성을 저해하는 타입,

식물의 성장호르몬을 교란시키는 타입,

빛의 존재화로 활성산소를 생성시키는 타입,

단백질을 구성하는 아미노산의 생합성을 저해하는 타입입니다.

​

그런데 잡초도 작물도 기본적으로 생리기능은 동일하므로,

작물도 똑같이 제초제의 작용을 받는다고 생각됩니다.

이렇게 잡초도 작물도 말려버리는 제초제를 비선택성제초제라고 합니다.

​

또 잡초와 작물 사이의 미묘한 차이를 이용하여

작물에 대한 영향이 적은 제초제 개발이 발달되어 보급되었는데

이것은 선택성제초제라고 합니다.

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현재 사용되고 있는 제초제의 작용기작은 크게 나누면 다음과 같이 됩니다.

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[광합성 저해]

식물은 태양의 빛에너지를 사용하여

광합성을 통해 이산화탄소와 물을 산소와 녹말로 바꿉니다.

잡초는 이 광합성산물과 뿌리에서 빨아 올린

질소, 인산, 칼륨 등의 무기물로 자신의 몸을 만듭니다.

광합성을 방해하면 잡초의 성장을 저해할 수 있습니다.

​

식물은 자신의 체내, 예를 들면 뿌리 등에 영양을 저장해 두고 있기 때문에

설령 광합성을 저해 받더라도 바로는 말라죽지 않으며,

광합성 저해형 제초제의 효과는 천천히 나타납니다.

​

​

[식물호르몬 작용의 교란]

지금까지 6종류의 식물호르몬이 알려져 있는데,

그 중 옥신은 어린 식물의 신장 촉진 작용이 있어서 꺾꽂이의 뿌리내림 촉진에 사용됩니다.

지베렐린은 식물 성장촉진 작용 외에 종자와 싹의 휴면타파, 포도의 무핵화 등의 작용이 있습니다.

이렇게 식물호르몬은 미량으로 생체의 중요한 활동을 조절하는 작용을 갖고 있어서

너무 많으면 반대로 생리작용이 교란되어 식물 성장이 흐트러지거나

기형을 발생하여 마지막에는 말라버립니다.

​

​

[빛의 도움을 빌린 활성산소의 생성]

피부의 노화나 암 발생을 가속시키는 악역으로 활성산소가 알려져 있습니다.

활성산소는 보통의 산소가 전자를 받아들이거나

색소가 존재하는 조건 하에서 빛을 받거나 하여, 강한 산화력을 갖는 산소로 변한 것입니다.

​

식물은 일반적으로 녹색을 띄며,

체내에는 산소가 있으므로 빛을 받으면 활성산소가 발생하기 쉬운 조건이 됩니다.

그러나 실제로는 발생하는 활성산소를 체내의 산소로 소거하면서 살아갑니다.

따라서 보통 이상으로 활성산소가 발생하는 조건을 만들어내는 약제가 사용되면

그 산화력으로 잡초의 세포는 파괴되어 말라버립니다.

이 타입의 제초제는 효과가 빠르게 나타난다는 특징이 있습니다.

​

​

[영양대사 저해]

단백질은 생체 및 효소의 구성요소이며, 체내에서 중요한 역할을 하고 있습니다.

단백질은 아미노산이 연결되어 만들어진 것인데,

이 아미노산의 생합성이 방해받으면 잡초는 말라버립니다.

특히, 인간이 자신의 체내에 합성을 하는 구조를 갖지 않으며,

식물만이 합성할 수 있는 필수아미노산의 생합성 과정을 저해하는 약제는,

사람에 대한 영향이 적어서 중요한 존재입니다.

​

아미노산과 같이 식물은 모든 지방산을 생합성합니다.

한편 동물은 지방산의 대부분을 식물로부터 섭취합니다.

지방산의 생합성을 저해하는 것은 식물에게는 심각한 데미지가 되지만,

동물에게는 거의 영향이 없으며, 선택성이 높은 제초제로서 이용될 수 있게 됩니다.

​

​

​

경엽처리제와 토양처리제

또한 제초제는 이미 생장한 잡초에게 살포하여 마르게 하는「경엽처리제」와

아직 잡초가 싹을 틔우지 않았을 때 토양표면에 살포하여 잡초가 자라지 못하게 하는

「토양처리제」로 크게 나눌 수 있습니다.

​

수도용 제초제 중에는

물 안에서 이 두 가지의 성질을 발휘하는 「경엽 겸 토양처리제」도 있습니다.

경엽처리제를 토양처리제로서 사용하면 흙 안의 미생물에 의해 분해되어 버리거나

뿌리에서 흡수가 되지 않거나 하여 효과가 나타나지 않는 경우가 있습니다.

​

잡초와 작물과 동물은 생물학적으로 크게 다르기 때문에,

제초제는 일반적으로 사람에 대한 영향은 적다고 할 수 있습니다.

또한 식물 고유의 생리기능에 작용하는 아미노산 생합성, 광합성

또는 식물호르몬작용을 저해하는 제초제는

사람에 대한 영향이 보다 적은 제초제라고 할 수 있습니다.

​

대개 7월 말부터 나오는 소립 포도, 델라웨어에는 씨가 없습니다.

씨가 없는 것은 식물호르몬의 일종인 「지베렐린」을 사용하여

씨가 생기지 않도록 하기 때문입니다.

​

이렇게 작물의 성장을 인위적으로 조절하여

부가가치를 높이거나 수확량을 늘릴 목적으로 사용되는 농약을

식물생장조정제라고 합니다.

생력화에 도움이 되는 식물생장조정제도 개발되었습니다.

​

이 약제의 대부분은 지베렐린과 같이 식물호르몬작용을 갖든지,

반대로 그 작용을 억제하는 물질이 주된 성분입니다.

예를 들면 작물의 뿌리내림 촉진, 성장촉진, 과실의 비대, 무핵화, 개화촉진

또는 작물의 키를 억제하여 형태를 조절하거나 도복을 방지하는 작용 등 입니다.

식물생장조정제를 사용하여 성장이나 생육 과정에 변화를 주는 것을

식물의 화학조절이라 부르며, 중요한 재배기술이 되었습니다.

​

​

​

화분 대신에 지베렐린을

씨 없는 포도 만들기는 지베렐린을 사용하여 다음과 같이 이루어집니다.

식물의 암술 뿌리 부근에 있는 씨방은 수분이 이루어지면 안에 종자가 생기고,

비대를 시작하여 과실로 자랍니다.

포도는 화분 대신에 지베렐린을 받아도 씨방이 비대하여 과실이 됩니다.

그러나 수분이 이루어지지 않았기 때문에 안에 씨는 생기지 않습니다.

​

실제로는 4월말부터 5월초의 개화 2주 전 경에

지베렐린의 수용액에 포도 봉우리를 담급니다. 이것이 무핵처리 입니다.

그리고 꽃이 피고 씨방이 생길 때 쯤, 다시 씨방을 지베렐린 수용액에 담급니다.

이것이 과실 비대를 촉진시키기 위한 개화후처리입니다.

​

지베렐린에는 식물 줄기를 키우는 작용도 있어서,

개화를 촉진하여 출하를 앞당길 수 있습니다.

예를 들면, 시클라멘은 9월 초순부터 10월 초순,

봉우리가 1cm정도가 되었을 때에 지베렐린을 구근 상부에 살포하면

개화가 2주정도 빨라져, 11월 초에는 출하할 수 있게 됩니다.

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식물의 생장을 억누르는 약제도 있는데, 「왜화제」라고 불립니다.

예를 들면, 화분에 심은 국화는 심을 잘라버린 후 10일 정도에,

잎과 줄기에 왜화제를 뿌리거나, 화분 안에 주입하면 줄기 마디 사이의 생장이 억제됩니다.

그러나 꽃과 잎의 크기는 거의 변하지 않으므로,

키가 작고 좁은 공간에 꽃과 잎이 밀집하여 볼륨감 있게 됩니다.

왜화제는 이렇게 화분재배에 널리 사용되고 있습니다.

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수확량이 안정한 쌀농사에도

쌀 생산에도 식물생장조정제가 도움이 됩니다.

맛있는 쌀의 대표인 고시히카리와 그 계통의 품종은 키가 커져,

수확기가 되면 머리가 무겁기 때문에 쉽게 쓰러집니다.

쓰러진 벼는 콤바인으로 수확하기 어려우며

벼이삭이 수분을 빨아들여 발아하면 식용으로 쓸 수 없게 됩니다.

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이를 막기 위한 수단의 하나로, 식물생장조정제나 도복경감제가 사용됩니다.

벼 신장의 성장을 억제하여 중심을 낮게 만들어 잘 쓰러지지 않도록 합니다.

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여러 가지 작용을 하는 식물호르몬

식물성장조절제는 식물호르몬이나 식물호르몬양물질이 주된 성분으로,

현재 알려져 있는 식물호르몬에는 이하의 6종류가 있습니다.

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[옥신]

식물에게 빛을 비추면

빛의 방향으로 구부러지는 것이 계기가 되어 발견되었습니다.

가장 특징적인 작용은 어린 식물의 신장 촉진 입니다.

국화 등의 꽃이나 꺾꽂이 수목의 뿌리내림을 돕기 위해

합성 옥신인 인돌초산계의 약제가 사용됩니다.

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[지베렐린]

현재까지 90종류 이상이 알려져 있습니다.

식물의 성장촉진작용 외에 종자 또는 싹의 휴면타파,

포도의 무핵화, 숙기촉진 등의 작용이 있습니다.

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벼 키다리병의 연구 도중, 병원이 되는 곰팡이 안에

벼를 도장시키는 물질이 포함되어 있다는 사실이 밝혀져

현재는 이 곰팡이를 배양하여 대량으로 생산하게 되었습니다.

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[사이토카이닌]

세포분열을 촉진하거나 세포를 확대하는 작용을 갖고 있습니다.

그리고 식물의 노화를 억제하는 작용도 있습니다.

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[아브시진산]

목화의 열매에서 낙엽을 촉진하는 물질로 발견되었습니다.

꽃과 과실의 이탈, 종자와 싹의 휴면작용이 있으며, 옥신, 지베렐린, 사이토카이닌이

생장촉진형 호르몬임에 비해 아브시진산은 억제형 호르몬이라고 할 수 있습니다.

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[에틸렌]

과실 성숙을 촉진하는 작용이 있습니다.

그밖에 뿌리내림이나 뿌리털의 성장촉진, 꽃눈형성촉진 등의 작용이 있습니다.

시퍼런 채로 수입된 바나나를 노란색으로 숙성시키거나,

여름에 나오는 조생온주 밀감의 색이 잘 나오게 하는 데에도 사용됩니다.

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[브라시노스테로이드]

유채씨의 화분에서 발견되었습니다.

옥신, 지베렐린, 사이토카이닌의 작용을 모두 갖고 있으며,

농업분야에서의 이용도 검토되고 있습니다.

농약 용기의 라벨(포장지)에 쓰여 있는 주의사항을 지키고,

적정하게 사용하는 한 사람에 대한 위험성은 거의 없습니다.

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병해충, 잡초에 대한

농약의 작용메커니즘의 전부가 밝혀진 것은 아니지만

농약이 병해충, 잡초에 작용하는 메커니즘과

사람에게 독성을 나타내는 메커니즘이 다르다는 등의 이유로,

현재는 사람에게는 위험을 미치지 않는 농약이 대부분입니다.

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이렇게 어떤 농약이 대상으로 하는 병해충 및 잡초와,

대상 이외의 예를 들면, 사람이나 가축에 대해서는

항상 선택성 향상이 지향됩니다.

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해독․분해효소와 작용메커니즘의 차이

현재 사용되고 있는 살충제의 경우,

사람과 해충 사이의 선택성 발현 메커니즘은 다음과 같습니다.

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[유기인제]

현재 보급되어 있는 농약 중 하나인 유기인제는

신경기능을 저해하여 효과를 발휘합니다.

사람과 곤충도 기본적으로 신경계의 구조와 기능은 동일하므로

신경기능을 저해하는 타입의 약제는 사람에게도 영향을 줄 가능성이 있습니다.

그러나 유기인제에는 곤충에 대해서는 포유류에 비해

수백 배에서 수천 배나 강하게 작용하는 것이 많습니다.

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그 하나가 지금은 존재하고 있지 않는 마라톤입니다.

포유류는 체내에 갖고 있는 어떤 종류의 해독․분해효소의 작용에 의해

이 약제의 영향을 줄일 수 있는데, 곤충에서는 이 효소의 작용이 약해서

극히 적은 양으로도 작용을 받아 죽어 버립니다.

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같은 유기인제인 파라티온은 해충에 높은 효과가 있지만,

사람에게도 독성이 강한 편입니다.

그래서 화학구조 일부를 바꿔 곤충에 대한 강한 효과를 가지면서,

사람에 대한 독성을 현저하게 경감시킨 것이 페니트로티온입니다.

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[합성 피레스로이드제]

제충국의 살충성분인 필레토린에 기원하며

사람이나 가축에 대한 독성은 비교적 약하지만,

반대로 대부분의 해충에 대한 효과가 높은 특징이 있습니다.

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이것은 포유류에서는 살충성분이

신경계에 도달하기까지의 과정에서 빠르게

대사․분해를 받아 해독되기 때문입니다.

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또한 피레스로이드는 저온에서 효과가 높아

포유동물(항온동물)보다 곤충(변온동물)에게서

효과가 강하게 나타나는 것도 선택성 발현의 한 원인이라고 합니다.

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[BT제]

BT제는 고초균의 일종인

바실러스 슈린겐시스(Bacillus thuringiensis)가 만드는 살충성 단백질을 이용합니다.

야도충이나 아메리카백등아 등의 알칼리성 소화액을 갖는 해충이

BT제가 묻은 잎을 먹으면 소화기관 내의 알칼리 조건과

분해효소가 작용하여 살충성 단백질이 활성화됩니다.

이 살충성단백질에 의해 소화기관의 세포가 파괴되어 해충은 죽게 됩니다.

그러나 산성의 소화액을 갖는 꿀벌이나 포유류에서는 독성은 나타나지 않습니다.

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[IGR제: Insect Growth Regulator (곤충생장조절제)]

곤충에게 특유의 탈피와 변태를 막고,

최종적으로 살충효과를 나타내는 약제입니다.

크게 나누면 곤충 표피의 형성을 막는 타입과,

탈피나 변태에 관련된 곤충호르몬의 작용을 저해하는 타입이 있습니다.

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곤충의 표피는 단백질과 키틴을 주성분으로 하는데,

사람에게는 이 키틴의 생합성기능이 없으므로

키틴의 생합성을 막는 약제는 사람에게는 독성을 나타내지 않습니다.

또 사람은 탈피도 변태도 하지 않으므로 그것을 막는 약제도 독성을 나타내지 않습니다.

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그밖에 제초제 중에도 식물의 광합성을 저해하는 타입의 제초제는,

광합성을 하지 않는 사람이나 동물에게는 거의 작용하지 않습니다.

식물 병의 주된 요인이 되는 사상균(곰팡이)의 세포막은

미생물 특유의 에르고스테롤이 주된 성분입니다.

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이 에르고스테롤의 생합성을 저해하는 타입의 살균제도

에르고스테롤을 갖지 않는 사람이나 가축에게는

거의 작용하지 않기 때문에 안전성이 높은 약제입니다.

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참고로, 제초제의 경우,

작물과 잡초는 같은 고등식물이어서

그 사이의 선택성 발현의 메커니즘은 보다 복잡합니다.

분명 제초제에는 잡초뿐만 아니라

작물도 동시에 마르게 하는 타입이 있는데,

이를 「비선택성제초제」라고 부릅니다.

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반대로 작물에는 영향을 주지 않으면서

잡초만을 마르게 하는 타입이 있는데,

이는 「선택성제초제」라고 부릅니다.

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작물도 잡초도 똑같이 고등식물이므로 선택성 제초제의 개발은 쉽지 않습니다.

그러나 농업생산 현장에서는 당연히 잡초만을 마르게 하는 것이 바람직한 것이므로,

언제나 선택성 향상에 힘을 쏟았습니다.

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예를 들면, 화학농약의 제1호라 할 수 있는 2,4-D는

벼에게는 영향을 주지 않으면서 광엽잡초에게 높은 효과를 나타내는 선택성 제초제입니다.

농산물 증산에 큰 효과를 올렸습니다.

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그러나 이 제초제는 수도의 중요잡초인 벼과의 피에게는 듣지 않았습니다.

그 때문에 벼에게는 영향이 없으면서 피에게는 효과가 있는,

그리고 광엽잡초에게도 효과가 있는 선택성 제초제가 개발되었습니다.

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선택성 발현의 메커니즘

그럼, 이러한 잡초와 작물 사이의 선택성은 어떻게 해서 발현하는 것일까요.

하나는 잡초와 작물에 대한 제초제의 효력 정도의 차이입니다.

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이것은 잡초 뿌리나 잎의 형태와 크기,

잡초 체내로의 제초제의 흡수․이행 및 제초제의 종류,

사용 방법과 사용 시기, 토양으로의 흡착성이 크게 관계합니다.

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예를 들면, 수도용 제초제 벤티오카브는 피에는 효과가 있지만,

벼에는 통상의 사용법으로는 영향을 주지 않습니다.

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이것은

△피가 벼에 비해 벤티오카브를 보다 많이 흡수하여 체내로 이동시키고

△체내에 흡수된 벤티오카브의 대사 속도가 벼에 비해 피가 느리며,

벤티오카브가 비교적 장시간 피에 남아있기 때문에, 살초 효과가 강하게 나타납니다.

사실 상, 성장 초기에는 10a 당 300~400g의 살포로 피에 대해 충분한 효과를 얻을 수 있으며,

벼의 생육에는 거의 영향이 나타나지 않는다는 뛰어난 선택성을 나타냅니다.

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또 하나는,

작물이 그 제초제를 대사․분해하여 불활성화 하는 효소 등을 체내에 갖고 있는 경우입니다.

예를 들면, 벼에게는 영향을 주지 않고 피를 말려 버리는 제초제가 있습니다.

벼는 체내에 한 종류의 효소(아릴아실아미다아제)를 갖고 있습니다.

이 효소는 체내에 들어온 제초제를 대사․분해하여 무독한 것으로 바꾸는 능력이 있습니다.

제초제를 살포하면 잡초는 광합성을 할 수 없어 말라버리지만,

벼는 효소에 의해 제초제를 재빨리 대사․분해하여 무독한 것으로 바꾸어,

살포 2일 후에는 회복하므로 성장에는 거의 영향이 없습니다.

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반대로, 잡초가 제초제를 활성화하는 효소를 체내에 갖고 있어서,

잡초만이 영향을 받는 예도 있습니다.

실제로는 대부분의 선택성 제초제에 여러 가지 요소가 섞여 있어

선택성을 발휘한다고 여겨집니다.

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수도용 제초제의 선택성(경종적 선택성)

모내기 후에 제초제를 살포하면

약제가 토양 표면에 얇은 층을 만드는 타입이 있습니다.

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피를 포함한 일년생 잡초의 대부분은,

토양표층에서 뿌리를 뻗어 약제를 흡수하여 말라 버리는 경우가 있습니다.

그러나 벼의 뿌리는 일정의 깊이까지 박혀 있으므로 마르는 경우는 없습니다.

옮겨 심은 벼는 어느 정도 자랐으므로 약제의 영향을 받는 일이 없어서

결과적으로 잡초만이 마르게 됩니다(그림).

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현재 사용되고 있는 수도용 일발처리제도 이 구조를 이용합니다.

수도용 일발처리제는, 벼에는 영향이 비교적 적은 성분이면서 피에 잘 듣는 성분,

광엽잡초에 잘 듣는 성분, 그 외의 다년생 잡초에 잘 듣는 성분 등

몇 종류의 성분을 조합함으로서 보다 많은 종류의 잡초에 효과가 있도록 고안된 제초제입니다.