[논문]녹조류 청각의 생식방법을 이용한 인공종묘생산

황은경; 백재민; 박찬선

doi:10.5657/kfas.2005.38.3.164

문제 정의

따라서 이 연구에서는 청각의 유성 및 무성생식방법을 통하 여 기대되는 인공종묘생산의 가능성 및 형태형성을 유발하는 조건을 구명함으로써 청각의 완전양식을 위한 효과적인 인공 종묘생산의 조건을 제시하고자 하였다.

가설 설정

A: A fragment of vegetative thallus. B: Internal structure of C. fragile having utricles and medullary filaments. C: Isolated utricle and medullary filament.
A: Zygotes attached on cremona fibers. B: Medullary filaments originated from zygotes after one month culture. C: Growth of erect thalli and medullary filaments originated from zygotes after two months culture.
B: Medullary filaments originated from zygotes after one month culture. C: Growth of erect thalli and medullary filaments originated from zygotes after two months culture. D: Isolated utricles and medullary filament attached on fiber.
B: Utricle with female gametangium (arrow head). C: Utricle with male gametangium (arrow head). D: Gametes released from gametangium.
C: Utricle with male gametangium (arrow head). D: Gametes released from gametangium. E: Female gametes (f), male gametes (m) and zygote (z).
C: Growth of erect thalli and medullary filaments originated from zygotes after two months culture. D: Isolated utricles and medullary filament attached on fiber. E: Medullary filaments originated from isolated filaments after one month culture.
C: Isolated utricle and medullary filament. D: Regenerated utricles and medullary filaments after 10 days culture. E: Growth of erect thallus with medullary filaments after 30 days culture under 15℃, 60 μmol-m'2-s-1 and 16:8LD.
D: Isolated utricles and medullary filament attached on fiber. E: Medullary filaments originated from isolated filaments after one month culture. F: Growth of erect thalli and medullary filaments originated from isolated medullary filaments after two months culture.
E: Female gametes (f), male gametes (m) and zygote (z). F: Germlings after 2 days culture. G: Germling after 7 days culture.
E: Medullary filaments originated from isolated filaments after one month culture. F: Growth of erect thalli and medullary filaments originated from isolated medullary filaments after two months culture. Scale bars are 1 cm (A-F).
G: Germling after 7 days culture. H: Elongated medullary filament after 12 days culture. I: Growth of erect thallus with medullary filaments after 30 days culture under 151, 60 μmol .

제안 방법

분리수사의 배양 조건은 16:8LD의 광주기 및 60/zmol-m'2- 疽의 조도조건에서 10, 15, 20, 25℃의 4개 온도구간과 20℃ 및 16:8LD의 광주기 조건에서 20, 40, 60, 100"mol・m%s-'의 4개 조도구간으로 구분하여 실시하였다. 분리수사의 생장 측 정은 배양 초기에는 수사의 길이를 측정하였으나, 배양 3일후 부터는 불규칙하게 자라는 수사의 특성상 길이측정이 곤란하 므로 재생된 포낭의 수를 측정하였다.
암수배우자는 방출 즉시 접합하여 기물에 착생하므로 파스퇴 르 피 펫을 이용하여, 직 경 5 cm의 멸균 petri dish로 접 합 자를 분리 배양하였다. 온도구간별 배양조건은 16:8LD의 광 주기 및 20〃mol・nf2.广의 조도조건에서 10, 15, 20, 25℃의 4개 온도구간별로 배양실험을 실시하였으며, 조도구간별 배 양조건은 15℃ 및 16:8LD의 광주기 조건에서 10, 20, 40, 60, 100"mol・m%s‘의 5개 조도조건별로 배양실험을 실시하였 다. 접합자의 생장 측정은 길이의 측정이 가능한 초기배양 기간동안 접합자의 직경과 발아관 또는 수사의 길이를 측정하 였으며, 모든 실험은 3개의 독립된 petri dish를 이용하여 3반복 실험하였다.
, Germany)를 이용 한 청각의 수사 분리는 습중량 1 g의 청각 엽체를 10mL의 멸균해수와 함께 각각의 회전속도별(8, 000, 9, 500, 13, 500, 20, 500, 24, 000 min')로 30초 씩 분쇄후 포낭의 길이와 수사의 길이를 측정하고, 15 ℃ 온도조건과 .疽의 조도조 건에서 5일간 배양한 후 재생된 포낭의 수를 측정하였다.
채묘틀은 실내 사육수조(110x250x80 cm)에서 유 수식으로 1개월간 자연 광주기 조건하에서 배양한 후 2004년 8월 26일 전남 완도군 정도리 지선 어장의 수심 1 m에서 가이 식을 실시하였다. 가이식 생장의 측정은 10 cm 종사의 습중량, 엽체수 및 엽체의 엽장과 분지수를 독립된 3반복 실험구의 측정에 의하여 구하였다.
广의 조도조건에서 10, 15, 20, 25℃의 4개 온도구간별로 배양실험을 실시하였으며, 조도구간별 배 양조건은 15℃ 및 16:8LD의 광주기 조건에서 10, 20, 40, 60, 100"mol・m%s‘의 5개 조도조건별로 배양실험을 실시하였 다. 접합자의 생장 측정은 길이의 측정이 가능한 초기배양 기간동안 접합자의 직경과 발아관 또는 수사의 길이를 측정하 였으며, 모든 실험은 3개의 독립된 petri dish를 이용하여 3반복 실험하였다.
분리수사의 배양 조건은 16:8LD의 광주기 및 60/zmol-m'2- 疽의 조도조건에서 10, 15, 20, 25℃의 4개 온도구간과 20℃ 및 16:8LD의 광주기 조건에서 20, 40, 60, 100"mol・m%s-'의 4개 조도구간으로 구분하여 실시하였다. 분리수사의 생장 측 정은 배양 초기에는 수사의 길이를 측정하였으나, 배양 3일후 부터는 불규칙하게 자라는 수사의 특성상 길이측정이 곤란하 므로 재생된 포낭의 수를 측정하였다. 모든 실험은 3개의 독립 된 petri dish를 이용하여 3반복 실험하였다.
이 연구에서는 청각의 유성 및 무성생식방법에 따른 접합 자와 분리수사의 실내배 양 조건 및 인공채묘를 통한 가이식 생장 등을 통하여 유.무성생식방법에 의해 인공종묘생산이 가능하다는 것을 확인하였으며, 이들 생식방법별 인공종묘 생산의 효율성을 비교한 결과 무성생식을 이용한 분리수사 의 채묘가 청각의 대량인공채묘에 보다 효과적임을 구명하 였다.
广의 조도조건에서 10, 15, 20, 25℃의 4개 온도구간별로 배양실험을 실시하였으며, 조도구간별 배 양조건은 15℃ 및 16:8LD의 광주기 조건에서 10, 20, 40, 60, 100"mol・m%s‘의 5개 조도조건별로 배양실험을 실시하였 다. 접합자의 생장 측정은 길이의 측정이 가능한 초기배양 기간동안 접합자의 직경과 발아관 또는 수사의 길이를 측정하 였으며, 모든 실험은 3개의 독립된 petri dish를 이용하여 3반복 실험하였다.
유성생식을 통한 접합자의 채묘와 무성생식을 이용한 분리 수사의 채묘는 각각 45x55 cm(크레모나 36합사)의 채묘틀을 사용하였다. 채묘틀은 실내 사육수조(110x250x80 cm)에서 유 수식으로 1개월간 자연 광주기 조건하에서 배양한 후 2004년 8월 26일 전남 완도군 정도리 지선 어장의 수심 1 m에서 가이 식을 실시하였다. 가이식 생장의 측정은 10 cm 종사의 습중량, 엽체수 및 엽체의 엽장과 분지수를 독립된 3반복 실험구의 측정에 의하여 구하였다.
호모게나이저 (DI 25 basic, GMBH & Co., Germany)를 이용 한 청각의 수사 분리는 습중량 1 g의 청각 엽체를 10mL의 멸균해수와 함께 각각의 회전속도별(8, 000, 9, 500, 13, 500, 20, 500, 24, 000 min')로 30초 씩 분쇄후 포낭의 길이와 수사의 길이를 측정하고, 15 ℃ 온도조건과 .疽의 조도조 건에서 5일간 배양한 후 재생된 포낭의 수를 측정하였다.

대상 데이터

유성생식을 통한 접합자의 채묘와 무성생식을 이용한 분리 수사의 채묘는 각각 45x55 cm(크레모나 36합사)의 채묘틀을 사용하였다. 채묘틀은 실내 사육수조(110x250x80 cm)에서 유 수식으로 1개월간 자연 광주기 조건하에서 배양한 후 2004년 8월 26일 전남 완도군 정도리 지선 어장의 수심 1 m에서 가이 식을 실시하였다.
청각의 성숙 모조는 2004년 7월 전남 완도군 완도읍 원동리에 서 채집하였으며, 실험실로 옮겨 멸균해수에서 수회 세척한 후 15℃의 냉암소에서 1일간 적응시킨 후 배우자 방출을 유도 하였다. 암수배우자는 방출 즉시 접합하여 기물에 착생하므로 파스퇴 르 피 펫을 이용하여, 직 경 5 cm의 멸균 petri dish로 접 합 자를 분리 배양하였다.

데이터처리

실내 배양시험에서 얻어진 접합자와 분리수사의 생장 차이 에 대한 통계분석은 온도와 조도의 2가지 요인에 대한 요인분 석을 분산분석법(two-way ANOVA)을 이용하여 실시하였으 며(Zar, 1984), 통계프로그램은 SPSS Ver. 8.0과 SYSTAT Ver.9.0을 이용하여 0.05 수준에서 이루어졌다.

성능/효과

청각 접합자의 생장은 엽체의 생장을 위한 환경요소의 적정 범위 보다 좁은 범위로 온도 24℃, 염분농도 30-36 ppt일 때 최대 생장을 보이고, 온도와 광주기, 조도의 조합조건하에서 도 비슷한 양상으로 보다 좁은 생장범위를 보이는 것으로 알려져 있다(Hanisak, 1977). 본 실험의 결과에서도 비슷한 양상으로 유성생식에 의한 접합자의 생장을 위한 적정 온도범 위는 10-15℃ (Table 1), 조도범위는 10-20〃mol-mJ疽 (Table 2)인데 반하여 무성생식에 의한 수사의 생장을 위한 적정 온도 범위는 15-25℃ (Table 4), 조도범위는 60-100"mol广 (Table 5)로 유성생식에 의한 청각의 생장을 위한 환경요소들 의 적정범위가 무성생식에 의한 청각의 생장을 위한 그것보다 좁은 것으로 나타났다. 즉, 이러한 결과는 청각의 인위적인 번식을 조장시키는데 있어 유성적인 방법에 의해서 보다 환경 요소의 허용범위가 넓은 무성적인 방법을 활용하는 것이 보다 효과적일 수 있다는 것을 보여 준 것이라 하겠다.
접합자의 조도조건별 생장은 Table 2와 같이 배양 3일후 10“mol・m%s‘의 저조도 구간에서 길이생장이 61.3±4.2“m 로 가장 우세하였으나, 배양 7일후부터는 20"mol・nf2.s-'의 조도조건에서 길이생장이 가장 높게 나타났다. 조도 40〃mol・ m%s-' 이상의 조도조건에서 배양된 접합자는 배양 8일후부터 서 거의 대부분이 색소를 잃고 고사하였다.
청각 분리수사의 온도조건별 생장은 Table 4와 같이 온도조 건별로 차이를 보여 배양 10일 후 청각 분리수사의 길이생장 은 15"C의 온도조건에서 3.1±2.2mm로 가장 높았으며, 포낭의 재생은 20℃ 온도조건에서 4.7±0.6개로 가장 많았다.
3A-F와 같이 수사로의 생장 및 직립 엽체로 분화 형태는 접합자와 분리수사에서 동일한 것으로 나타났다. 그러 나 유성 및 무성생식방법에 따른 가이식 생장의 차이는 Table 6과 같이 분리수사를 이용한 무성생식의 경우 채묘 2개월후 종사 10cm 당의 직립 엽체수가 13.3±3.2개였으나, 접합자를 이용한 유성생식의 경우 9.7±3.5개로 나타났으며, 종사 10cm 당 습중량은 유성생식과 무성생식방법에 따라 각각 1.24士 0.69 g 및 1.47±0.74g으로 나타나, 청각의 인공종묘생산의 효 율성은 유성생식방법에 의한 것 보다 무성생식방법에 의한 것이 보다 높은 것으로 나타났다.
이 연구에서는 청각의 유성 및 무성생식방법에 따른 접합 자와 분리수사의 실내배 양 조건 및 인공채묘를 통한 가이식 생장 등을 통하여 유.무성생식방법에 의해 인공종묘생산이 가능하다는 것을 확인하였으며, 이들 생식방법별 인공종묘 생산의 효율성을 비교한 결과 무성생식을 이용한 분리수사 의 채묘가 청각의 대량인공채묘에 보다 효과적임을 구명하 였다. 추후의 연구에서는 청각의 적정 가이식 및 양성을 위한 양식 환경의 조건을 구명하는 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다.
이 외에 온도는 체의 크기 및 외부, 내부 구조의 변화 그리고 엽체의 형태와 생장에 관계가 있으 나, 청각의 경우 형태형성 유도의 역할보다는 엽체 형성 후 생장에 더 큰 영향을 주는 요소라고 할 수 있다. 본 연구에서 유성생식을 통한 접합자와 무성생식에 의한 분리수사의 형태 형성은 Fig. 3A-C와 Fig. 3D-F에서와 같이 생식방법에 관계없 이 모두에서 이루어졌으며, 형태형성이 이루어지는 시기는 유성 생 식 방법 에 서 보다 무성 생 식 방법 에 서 빠르게 나타났다. 이와 같은 결과는 청각의 인공종묘생산이 유성 또는 무성생식 방법 모두에 의해 가능하다는 것을 시사한다하겠다.
본 연구에서 호모게나이저를 이용한 청각 엽체로부터의 수사분리 시 호모게 나이 저의 회 전속도와 분리 수사의 길이 의 관계는 Table 3과 같이 호모게나이저의 회전수가 적을수록 분리수사의 길이가 길게 나타났다. 분리된 수사로부터 재생된 포낭의 수는 8, 000-13, 500 rpm 사이에서 통계적으로 유의한 차이가 없었으나(p>0.
본 실험의 결과에서도 비슷한 양상으로 유성생식에 의한 접합자의 생장을 위한 적정 온도범 위는 10-15℃ (Table 1), 조도범위는 10-20〃mol-mJ疽 (Table 2)인데 반하여 무성생식에 의한 수사의 생장을 위한 적정 온도 범위는 15-25℃ (Table 4), 조도범위는 60-100"mol广 (Table 5)로 유성생식에 의한 청각의 생장을 위한 환경요소들 의 적정범위가 무성생식에 의한 청각의 생장을 위한 그것보다 좁은 것으로 나타났다. 즉, 이러한 결과는 청각의 인위적인 번식을 조장시키는데 있어 유성적인 방법에 의해서 보다 환경 요소의 허용범위가 넓은 무성적인 방법을 활용하는 것이 보다 효과적일 수 있다는 것을 보여 준 것이라 하겠다.
05), 이와 같은 차이는 호모게나이저의 회전 수에 따른 분리수사의 평균 길이와 분리된 수사의 원형질 유출정도에 따라 발생되는 포낭 재생력의 차이로 생각된다. 즉, 호모게나이 저의 회전수를 13, 500 rpm 이하로 하여 분리한 수사의 평균 길이는 약 550zzm 이상으로 새로운 포낭을 형성 한 반면 그 이상의 회전수에서 분리된 수사에서는 포낭의 재생이 관찰되지 않았다. 분리된 수사는 절단 부위에 새로운 격막이 형성되기 전까지는 절단 즉시 원형질의 유출이 일어나 는데 분리된 수사의 길이가 짧으면 짧을수록 원형질의 손실이 많아져 새로운 포낭을 형성할 수 없기 때문인 것으로 보인다.
청각의 대량인공종묘생산을 위하여 유성생식을 이용한 접 합자의 채묘와 무성생식을 이용한 분리수사의 채묘방법에 따른 효율성을 비교한 결과, 직립체로의 발달과 생장에는 유 의한 차이 (p>0.05)를 보이지 않는 것으로 나타났다(Table 6). 이는 단순히 채묘이후 엽체의 발달과 생장을 비교한 결과의 차이로 유.
청각의 생식방법에 따라 유성생식에 의한 접합자 및 무성생 식에 의한 분리수사를 각각 채묘하여 가이식 시험을 실시한 결과 Fig. 3A-F와 같이 수사로의 생장 및 직립 엽체로 분화 형태는 접합자와 분리수사에서 동일한 것으로 나타났다. 그러 나 유성 및 무성생식방법에 따른 가이식 생장의 차이는 Table 6과 같이 분리수사를 이용한 무성생식의 경우 채묘 2개월후 종사 10cm 당의 직립 엽체수가 13.
호모게나이저의 회전속도에 따른 청각 수사의 절단 길이는 Table 3과 같이 회전속도가 증가함에 따라 수사의 절단길이가 점차 짧아졌으며, 배양 5일후 재생된 포낭의 수는 분당 회전수 8, 000 rpm의 실험 구에 서 2.1±0.7개 로 가장 많았으며 , 20, 500 rpm 이상의 고회전 실험구에서는 포낭의 재생이 관찰되지 않았다.

후속연구

무성생식방법에 의해 인공종묘생산이 가능하다는 것을 확인하였으며, 이들 생식방법별 인공종묘 생산의 효율성을 비교한 결과 무성생식을 이용한 분리수사 의 채묘가 청각의 대량인공채묘에 보다 효과적임을 구명하 였다. 추후의 연구에서는 청각의 적정 가이식 및 양성을 위한 양식 환경의 조건을 구명하는 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다.

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