본 호에는 식물기생선충의 방제법을 개략적으로 알아본 후, 식물기생선충 중에서도 가장 중요한 뿌리혹선충의 일반적인 개요부터 일문일답하고자 한다.

농업기술전문기자 정남준 박사 (이하 정기자) 뿌리혹선충의 암컷 생식계는 어떻게 구성되고 만들어지나?

추호렬 박사 (이하 추박사) 뿌리혹선충의 암컷 생식계는 2개의 난소로 이루어진 쌍난소형이면서 두부 쪽으로 향한 전난소형이다. 전생식소와 후생식소에는 난소, 수정낭, 수란관, 자궁이 있고 난소에는 생식대, 난모세포, 난자(비수정)가 있다.

정충은 수정낭에 있고 알은 자궁에 있다. 자궁은 질에 연결되고 질은 음문에 연결된다. 생식계는 2령충의 4-세포 생식원시세포로부터 만들어진다. 3령충과 4령충 과정을 거치며 발육한다. 생식계의 말단 끝에 체(2n)염색체수와 함께 난원세포를 형성하면서 수배로 분할하는 세포가 있다. 가장 오래된 난원세포는 분열을 멈추고 긴 생장대를 통과하는 난모세포가 된다.

난모세포는 더욱 커져 수란관과 수정낭을 통하여 하나씩 이동한다. 또 다른 유사분열이 일어나고 알은 타원형이 되며 유연한 껍질을 형성한다.

결국 단세포 단계인 알은 질을 통과해서 음문을 통하여 난괴에 낳아진다. 번식은 양성생식과 단위생식으로 이루어진다. 단위생식인 경우 영양이 충분할 때는 대부분의 유충은 암컷이 되고, 높은 밀도로 기생하거나 식물이 늙어 영양이 부족할 때는 대부분의 유충은 수컷이 된다.

정기자 뿌리혹선충의 단위생식에서 나타나는 특징은?

추박사 보통 고구마뿌리혹선충, 자바니카뿌리혹선충, 땅콩뿌리혹선충, 당근뿌리혹선충, 기타 뿌리혹선충의 많은 집단에서 단위생식을 한다. 이배체 염색체수는 유지되고 알의 발육에 정충은 필요하지 않다. 비록 수정낭에 정충이 존재하더라도 수정은 일어나지 않는다.

정충의 생산은 염색체가 1n으로 감소하는 것을 제외하고는 알의 생산 패턴과 매우 유사하다. 정충은 매우 작다. 단위생식이던 양성생식이던 암컷은 알을 젤라틴 기질에 무더기로 낳는다.

정기자 젤라틴 기질의 구성과 역할은 무엇인가?

추박사 젤라틴 기질은 6개의 암컷 직장선에서 산란 전 또는 산란하는 동안 분비한 당단백질로 구성되어 있다. 알이 서로 붙어 있게 하고 극한의 환경과 포식으로부터 알을 보호하는 역할을 한다.

처음에는 뿌리조직의 외층을 통하여 관이 만들어 지고 나중에는 알을 에워싼다. 보통 뿌리혹 표면에서 발견된다. 알 주변에 높은 수분을 유지하여 수분손실을 막아 주는 보호벽이 된다. 시간이 흐르면서 끈적끈적한 무색의 젤리에서 오렌지-갈색으로 변하여 황갈색이 된다.

정기자 뿌리혹선충의 알은 어떻게 발육해 가는가?

추박사 단세포로 시작한 알은 2-3시간 내에 발육하기 시작한다. 계속 2, 4, 8 등으로 감수분열하며 세포는 증식한다. 알 속에는 뚜렷한 구침을 가진 유충이 사리를 틀고 있는 완전한 1령 유충까지 발육한다.

그리고는 알 속에서 제1회 탈피한 2령충이 구침으로 난각을 뚫고 밖으로 나온다(부화). 따라서 부화 시에 나오는 유충은 2령충이다. 밖으로 나온 2령충은 짧은 거리에서는 임의로 움직이다가 뿌리가 발산하는 물질에 이끌려 뿌리 끝으로 유인되어 간다.

정기자 뿌리혹선충의 2령충은 어떻게 기주에 침입하나?

추박사 뿌리혹선충의 2령충은 토양입자를 둘러싼 수막을 통하여 기주식물의 뿌리 쪽으로 이동한다. 부화와 동시에 알에서 탈출한 침입태 2령충은 뿌리에 이끌리어 보통은 뿌리 끝 바로 위쪽으로 침입한다. 대개는 비분화 뿌리세포 사이를 이동하여 최종적으로 세포 신장역과 피질 내의 세포체 가까이에 있는 발육중인 중심주에서 멈춘다. 이동을 멈춘 2령충은 구침으로 세포벽을 찔러 소화선에서 분비한 분비액을 주입한다. 그 결과 거대세포(영양세포)가 만들어진다. 거대세포는 영양세포로 유충은 한곳에 머물며 거대세포를 먹고 발육하며 성충이 된다.

정기자 식물에 침입한 2령충은 어떻게 이동하는가?

추박사 뿌리혹선충의 2령충은 시스트선충의 2령충과는 달리 세포와 세포 사이를 이동한다. 예를 들면 고구마뿌리혹선충의 2령충이 뿌리 끝 뒤의 신장부를 침입하면 뿌리 표면의 국소적 탐구가 이루어진다. 이는 표피세포에서 두부의 마찰과 구침의 움직임까지 포함한다. 침입하게 되면 보통 얇은 막의 표피와 표피 아래의 세포가 파괴되어 세포사이를 이동하게 된다.

정기자 뿌리혹선충의 2령충은 세포사이를 이동한 후 어떻게 되는가?

추박사 뿌리 끝 뒤로 뿌리에 침입한 2령충은 처음에는 뿌리 끝 방향으로 이동한다. 거기서 돌아 뿌리 끝에서 먼 분화한 관다발원통 방향으로 이동한다. 처음에 2령충은 먹이비축을 주로 지질로 저장한다. 그리고 뿌리에 침입한 2-3일 후 일단 먹이 세포가 반응하는 것을 감지하면 지질비축은 글리코겐으로 전환된다. 그리고 성충이 될 때까지 지질비축을 다시 하지 않는다.

정기자 뿌리혹선충의 2령충이 분비하는 소화액은 거대세포를 만들기 전에 무슨 역할을 하는가?

추박사 뿌리혹선충의 2령충은 기주를 침입하기 위해 구침을 통하여 소화관에서 효소 분비물을 분비한다. 세포벽 사이로 유충이 이동하기 위해서는 식물 세포벽의 다당류 요소를 퇴화시키는 이들 효소 분비물이 필요하다. 유충이 이동하기 전에 이와 같은 효소 칵테일이 분비되어 세포의 중간 박막층이 분리된다.

기주를 침입한 유충은 뿌리 내에 정착할 장소를 탐색하고 먹이 세포가 유발한 적당한 장소로 이동하기 위하여 완벽하게 새로 세트된 신호와 변화에 반응한다. 그리고 ‘거대세포’라 불리는 곳으로 이동하여 정착한다.