The bean bug, Riptortus pedestris, is a polyphagous insect that feeds primarily on leguminous plants, especially soybean (Glycine max). Although the bean bug is an economically important pest of soybean, little is known about how the insect locates soybean fields. In this dissertation, literature on plant-insect interactions focusing on the behavioral responses of insects to plant semiochemicals were reviewed, highlighting different theories on how insect perceive host odors, procedures of the studies and application of these knowledge to solve real-world problems. In order to understand behavioral responses of the bean bugs to soybean semiochemicals, behavioral responses of adult bean bugs to soybean odor was monitored. R. pedestris adults were attracted more to their host-plant soybean, even when physical contact was absent, than to air or to a non-host plant. Accordingly, we hypothesized that R. pedestris can recognize soybean through a plant’s volatile organic compounds (VOCs). After collection of soybean VOCs via dynamic headspace collection method followed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), five VOCs were identified and quantified from intact soybean plants at the vegetative stage including (Z)-3-hexen-1-ol, (Z)-3-hexenyl acetate, 4-ethylbenzaldehyde, α-farnesene, and methyl salicylate. We then examined the electroantennogram responses of R. pedestris to soybean volatiles. Response spectra of the antennae to these volatiles clearly showed that both male and female R. pedestris can detect all of identified soybean volatiles. The adult bean bugs did not show behavioral orientation to any individual compounds, but showed significant orientation to a particular blend of synthetic soybean volatiles when tested under the laboratory conditions. In the field, this soybean volatile blend did not significantly attract the bean bugs, but it did interact synergistically with the aggregation pheromone to attract the bean bugs. These results highlight the role of host plant volatiles in the sensory ecology of R. pedestris and help explain colonization pattern of the bean bugs in soybean fields. We also identified a semiochemical blend that repels the bean bug strongly in the laboratory setup. We tested the efficacy of this blend as a tentative repellent in combination with tactical deployment of the blend of soybean volatiles and the bean bug aggregation pheromone in soybean field. As a result, we could observe significantly less number of bean bugs attracted to soybean plot treated with both repellent and attractant (push-pull treatment), compared to the plot where only attractant was treated (pull treatment). Overall, the findings of this dissertation can contribute to a development of cost-effective and environmentally friendly push-pull strategy as a part of integrated pest management in soybean agriculture against the bean bug.
톱다리개미허리노린재는 한국, 중국, 일본과 같은 동아시아 국가의 대두 농업의 가장 중요한 해충이다. 톱다리개미허리노린재는 높은 이동성과 활동성으로 화학적방제가 어렵다는 특징이 있는데, 이 노린재의 집합페로몬 성분이 동정된 이후 집합페로몬이 상용화되어 해충을 유인하여 예찰과 방제를 목적으로 일반농가에 보급되어왔다. 하지만 최근 연구에 의하면 집합페로몬 사용은 콩 포장에 이전보다 더 많은 노린재의 유입을 야기하여 현재로써 효율적이고 친환경적 방제법이 마땅치 않다. 톱다리개미허리노린재의 이동성과 초기유입 이후 대량발생 과정을 고려할 때, 해당 해충이 기주식물을 어떻게 인지하고 찾아오는지에 대한 이해가 매우 중요하지만, 이에 대한 연구는 현재까지 이뤄진 바가 없다. 특히 대량발생하기 전 초기 유입단계에서의 기주식물 인지와 유인성에 대한 이해는 효율적, 친환경적 해충방제법 개발에 필수적이다. 본 학위논문에서는 식물에서 분비되는 향기, 즉 다양한 휘발성유기물질에 대한 곤충의 다양한 행동반응을 탐구한 선행연구들을 통해 해당 분야의 이론적 발전과 농업분야에서의 적용을 고찰하였다. 또한 대두와 톱다리개미허리노린재를 연구의 모델 생물로 삼아 톱다리개미허리노린재가 별도의 시각적, 촉각적 자극이 없어도 대두 식물체를 선호한다는 것을 행동실험 결과를 토대로, 대두의 휘발성물질들을 역동적 용기 포집법 (danymic headpace collection) 으로 포집한 후 가스크로마토그래피-질량분석법 (Gas chromatography-Mass spectrometry) 을 이용하여 정성적, 정량적 분석을 진행하였다. 동정된 물질들에 대한 더듬이전기생리 반응 (electroantennographic response) 을 측정하여 생리 활성도 및 생리 활성 물질을 찾아내었다. 생리 활성 물질들에 대한 톱다리개미허리노린재의 행동반응을 측정하기 위해 수직후각계 (vertical olfactometer) 에서 합성물질을 이용하여 개별 물질과 다양한 조합의 혼합물에 대한 유인, 기피반응을 측정하였다. 유인반응을 보인 혼합물을 이용한 야외 행동실험 결과, 해당 혼합물만으로 노린재를 유인하는데 충분하지 않지만, 상용화된 집합페로몬과 함께 사용되었을때 강한 동반상승효과를 갖는다는 것을 확인하였다. 또, 기피성을 보인 혼합물의 기피-유인 전략으로써의 적용을 대두 포장에서 검증하였다. 본 연구는 결과적으로 기존보다 더 효율적인 유인제, 또 이와 함께 사용될 수 있는 기피제를 개발함으로써 추후 대두 농가의 통합적 해충방제법 개발에 기여한다.
