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문제 정의
- 그러나 아직까지 국내 갯벌에서 세균의 현존량과 생산력에 관한 연구는 매우 드물다. 본 연구에서는 갯벌에서의 물질순환 및 유기물 분해와 관련하여 강화도 남단의 갯벌을 대상으로 하여 세균의 분포와 유기물 분해과정에 관여하는 세포외 효소 활성 및 세균의 생산력을 측정하였다.
- 또한 갯벌의 동쪽은 펄이, 서쪽으로 가면서 모래가 우세한 퇴적물 입도분포를 보인다(우와 제, 2002). 본 연구에서는 모래갯벌과 펄갯벌에서의 미생물분포 및 활성을 비교하기 위하여 퇴적토의 성상에 따라 주로 모래로 이루어진 곳(여차리, YC)과 펄로 이루어진 곳(선두리, SD)에 각각 1개의 정점을 잡은 후 깊이에 따른 변화를 조사하였다(Fig. 1). 선두리갯벌의 경우 방조제로부터 약 150 m 지점까지 칠면초(Sueda japonica)군락이 서식하고 있으며 약 400 m 지점에 깊은 수로가 있다.
제안 방법
- 이에 따라 혐기성세균에 의해서도 이용이 가능한 14C-leucine을 기질로 하여 세균생산력과 종속영양 활성을 측정하였다(Fischer와 Pusch, 1999). 2.1.3.에 따라 준비된 시료 희석액 0.95 ㎖를 8개의 1.5 ㎖ microtube에 준비한 후 4개에는 기질로 14 C-leucine을 trace revel(1 nCi/㎖)로, 4개에는 1,000 nM 농도로 첨가하였다. 한시간 후 formalin 100 ㎕를 첨가하여 배양을 중단시켰다.
- 에 따라 준비된 시료 1 ㎖를 적당한 농도로 희석한 후 3M사의 일반세균용 Petrifilm배지에 1 ㎖씩 농도별로 3장씩 접종하였다. 20 ℃에서 2주일간 배양한 후 형성된 집락의 수를 계수하였으며 희석 배수를 곱하여 배양세균수를 구하였다.
- 95 ㎖씩 넣었다. 8개의 tube 중 3개에는 최종농도가 2 μM, 3개에는 100 μM이 되도록 leu-MCA를 50 ㎕씩 첨가하여 잘 섞어준 후 1시간 이내로 배양한 전후의 형광도 차이로부터 가수분해율(Hr)과 가수분해력(VMAX)를 계산하였다. 남은 2개의 tube에는 100 nM의 MCA를 첨가한 후 함께 배양하여 퇴적토로부터의 MCA회복율을 구하였다 (권 등, 1998).
- 강화도 남단의 모래갯벌과 펄갯벌에서 깊이에 따른 세균수의 변화 및 활성의 변화를 비교하였다. 조사지역의 세균수와 세포외 효소활성 및 세균생산력은 홍수림에 버금가는 높은 수준이었으며 깊이에 따른 차이를 보이지 않은 총세균수를 제외하면 계절에 따라 차이는 있지만 퇴적토의 깊이가 증가함에 따라 엽록소의 분포 및 배양세균수와 활성은 감소하는 경향을 보였다.
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1.2 조사 시기
시료는 1997년 11월, 98년 3월과 8월의 3회에 걸쳐 채취하였으며 12시를 전후하여 최간조가 되는 대조기에 조사를 실시하였다
. - 시료는 각 정점에서 외경 5 ㎝의 아크릴 코어로 채취한 후 core extruder를 이용하여 깊이별로 분획하였다. 분획 할 때 세 개의 시료를 한 군데로 모아 잘 섞은 후 사용하였다.
- 양세균수 측정을 위하여 2.1.3.에 따라 준비된 시료 1 ㎖를 적당한 농도로 희석한 후 3M사의 일반세균용 Petrifilm배지에 1 ㎖씩 농도별로 3장씩 접종하였다. 20 ℃에서 2주일간 배양한 후 형성된 집락의 수를 계수하였으며 희석 배수를 곱하여 배양세균수를 구하였다.
- 2 ㎛ pore size의 polycarbonate filter (Nuclepore)로 여과한 다음 5㎎/ℓ의 DAPI용액 1 ㎖로 5분간 염색하였다(Fry, 1988). 염색이 끝난 후 형광현미경 (Axioplan, Carl Zeiss)하에서 최소 7화면 300개체 이상을 측정하여 총세균수를 구하였다.
- H-thymidine의 incorporation을 이용한 세균생산 측정방법은 혐기성세균이 thymidine을 이용하지 못하므로(Wellsbury 등, 1993) 혐기성 세균의 비중이 높은 퇴적토에서는 세균생산이 저평가될 수 있다. 이에 따라 혐기성세균에 의해서도 이용이 가능한 14C-leucine을 기질로 하여 세균생산력과 종속영양 활성을 측정하였다(Fischer와 Pusch, 1999). 2.
- 분획 할 때 세 개의 시료를 한 군데로 모아 잘 섞은 후 사용하였다. 준비된 시료 3 ㎤를 끝이 잘린 주사기로 채취한 후 25 ㎖의 멸균해수가 든 50 ㎖ 배양병에 희석시켜 배양세균수, 효소활성 및 세균생산력 분석 시료로 사용하였다.
- 1 ㎖의 상등액으로부터 측정하였다. 채취된 상등액을 black microplate에 옮긴 후 200 ㎕의 glycine-ammonia 용액(pH 10.5)을 첨가하여 pH를 높여준 다음 형광광도계(Fluoroscan ascent, Lab systems)로 excitation 355 ㎚, emmission 460 ㎚에서 형광을 측정하였다. 측정된 형광도는 MCA 표준곡선을 이용하여 기질 농도로 전환하였다.
- 5)을 첨가하여 pH를 높여준 다음 형광광도계(Fluoroscan ascent, Lab systems)로 excitation 355 ㎚, emmission 460 ㎚에서 형광을 측정하였다. 측정된 형광도는 MCA 표준곡선을 이용하여 기질 농도로 전환하였다.
대상 데이터
- 연구지역으로는 보존상태가 비교적 좋고 접근이 용이한 강화도 남단의 갯벌을 선정하였다. 강화도 남단의 갯벌은 해안선을 따라 방조제가 건설되고 간척작업이 이루어져 자연상태의 모습을 많이 상실하기는 했으나 경기도 내의 다른 지역에 비해 비교적 갯벌이 잘 보존된 상태로 남아있으며 한강 하구에서 멀지 않은 곳에 위치하여 하구로서의 특성도 지니는 곳이다.
이론/모형
- 20 ㎖ 용량의 유리 vial에 시료 1 ㎤ 씩을 취하여 넣은 후 5 ㎖의 90% acetone으로 엽록소를 추출하였다. 3,000 × g로 5분간 원심분리시켜 부유물을 가라앉힌 후 상등액을 취하여 standard method(APHA, 1985)에 따라 엽록소와 phaeopigment의 농도를 계산하였다.
- 미생물의 분포 및 활성과 환경요인간의 상호관계 규명을 위하여 Spearman의 순위상관계수를 구하였다. 분석에는 SPSS PC+ 프로그램(ver 8.
- 배양에 앞서 각 1개의 vial에는 formalin 100 ㎕를 첨가하여 control로 삼았다. 배양이 끝난 시료는 0.2 ㎛ 공극의 막여과지로 여과 한 후 Liquid Scintillation Counter(Lackbeta II, Wallac)로 방사선량을 측정한 다음 Kirchman(1993)의 계산식에 따라 기질전환율과 생산력을 계산하였다.
- 효소활성의 측정에는 peptide bond가 끊어지면 형광을 띄는 leu-MCA를 기질로 이용하였다(Hoppe, 1993). 실험과정은 권 등(1998)의 방법에 따라 다음과 같이 실시하였다. 2.
- 앞에서 살펴본 세균수와 활성의 상호관계를 확인하기 위하여 Spearman의 순위상관계수를 구하였다. 분석 결과 퇴적토의 깊이는 엽록소(ρ=-0.
- 총세균수 측정에는 기존에 제안된 방법들 중 비교적 시간이 짧게 걸리고 우수한 결과를 내는 방법으로 homogenizer를 이용해서 퇴적물 내의 세균을 분산시키는 방법을 선정하여 사용하였다(Kuwae와 Hosokawa, 1999). 시료 1 ㎤를 19 ㎖의 5% formalin으로 현장에서 고정하였다.
성능/효과
- 갯벌환경에서 1차생산을 담당하는 미세조류의 현존량을 나타내는 지표인 엽록소 a 농도의 깊이에 따른 분포를 보면 정점 SD에서 1.37～13.65 ㎍/㎤, 정점 YC에서 0.66～9.34 ㎍/㎤의 범위를 보였으며 펄갯벌에서는 3 ㎝이내, 모래 갯벌에서는 5 ㎝이내의 깊이에서 급격히 감소하는 경향을 보였다 (Fig. 2). 계절별로는 3월에 가장 높은 농도를 보인 반면 8월에 가장 낮은 농도를 보였다.
- 1 n㏖/㎤/hr로 감소하였다. 깊이에 따른 가수분해율도 정점 SD에서 1.05～27.8%/hr, 정점 YC에서 0.74～10.7%/hr로 펄갯벌에서 더 높은 값을 보였으며 그 분포경향은 가수분해력과 유사하였다(Fig. 4).
- 000)등의 세균활성과 높은 상관관계를 보였으나 엽록소, paheopigment 등의 미소 일차생산자의 지표와는 별다른 상관관계를 보이지 않았다. 반면 모래갯벌인 정점 YC에서는 엽록소의 농도가 aminopeptidase의 가수분해력(ρ=0.826, p=0.000)과 높은 상관관계를 보였고 phaeopigment의 농도는 총세균수(ρ=0.622, p=0.003)와 높은 상관관계를 보였다. 즉, 세균의 현존량은 미소 일차생산자의 사체와, 세균의 활성은 일차생산자와 직접적인 관계를 보이는 것으로 나타났다.
- 이상의 결과를 정리해 보면 식생이 없는 모래갯벌인 정점 YC의 경우 세균의 활성은 미소 일차생산자에 의해 조절되는 반면 세균의 현존량은 미소 일차생산자의 사체에 의해 조절되는 생태계가 형성된 것으로 볼 수 있다. 반면 식생이 있는 펄갯벌인 정점 SD에서는 세균수와 활성이 직접적인 상관관계를 가지는 반면 미소 일차생산자와는 별다른 관계를 가지지 않는 생태계를 구성하는 것으로 나타났는데 이는 미소 일차생산자 이외의 유기물 공급원이 존재함을 시사한다. 외국의 갯벌에서 연구된 바에 의하면 Spartina alterniflora(Kostka 등, 2002) 혹은 Zostera marina(Isaksen과 Finster, 1996) 등과 같은 식생의 존재는 뿌리를 통해 주변 퇴적토에 유기물을 공급함으로써 유기물 분해 및 황산염환원력을 높이는 것으로 보고되었다.
- 앞에서 살펴본 세균수와 활성의 상호관계를 확인하기 위하여 Spearman의 순위상관계수를 구하였다. 분석 결과 퇴적토의 깊이는 엽록소(ρ=-0.555, p=0.000), 배양세균수(ρ=-0.278, p=0.038), aminopeptidase에 의한 가수분해력(ρ=-0.597, p=0.000), 기질전환율(ρ=-0.610, p=0.000) 등과 음의 상관관계를 보였다. 수분함량이 깊이증가에 따라 감소하며 이들 요인과 유기물의 양이 수분함량과 양의 상관관계를 보이는 것 (한국해양연구소, 1999)을 고려할 때 깊이증가에 따른 세균분포와 활성의 변화는 수분함량의 변화에 원인이 있는 것으로 생각된다.
- 세균생산력의 깊이별 분포를 보면 정점 SD에서 0.003～2.16 μg-C/㎤/hr, 정점 YC에서는 0.001～2.21 μg-C/㎤/hr의 범위를 보여 11월에 가장 낮은 생산력을 보였으며 3월에는 11월에 비해 소폭 증가하였다(Fig. 5). 8월에는 생산력이 큰 폭으로 증가하였으며 다른 두 계절에 비해 깊이에 따른 차이도 뚜렷하지 않았다.
- 76 ㎍/㎤의 농도를 보였으며 펄갯벌에서의 농도가 모래갯벌에 비해 높은 편이었다. 엽록소의 분해산물로 미세조류 사체의 지표인 phaeopigment의 농도는 엽록소의 양과는 반대로 3～5 ㎝까지는 깊이가 깊어지면서 증가하는 경향을 보였다. 모래갯벌인 정점 YC와 펄갯벌인 정점 SD를 비교해 보면 정점 YC에서는 엽록소의 양이 5 ㎝ 깊이까지 비교적 높은 농도를 보이고 phaeopigment의 농도는 5 ㎝보다 깊은 곳에서 크게 증가하는 반면 정점 SD에서는 엽록소의 농도가 깊이 3 ㎝ 이내에 몰려있고 phaeopigment의 농도는 5 ㎝부터 급격하게 증가한 것을 볼 수 있다.
- 즉, 세균의 현존량은 미소 일차생산자의 사체와, 세균의 활성은 일차생산자와 직접적인 관계를 보이는 것으로 나타났다. 이상의 결과를 정리해 보면 식생이 없는 모래갯벌인 정점 YC의 경우 세균의 활성은 미소 일차생산자에 의해 조절되는 반면 세균의 현존량은 미소 일차생산자의 사체에 의해 조절되는 생태계가 형성된 것으로 볼 수 있다. 반면 식생이 있는 펄갯벌인 정점 SD에서는 세균수와 활성이 직접적인 상관관계를 가지는 반면 미소 일차생산자와는 별다른 관계를 가지지 않는 생태계를 구성하는 것으로 나타났는데 이는 미소 일차생산자 이외의 유기물 공급원이 존재함을 시사한다.
- 특별한 점으로는 1997년 11월에 펄갯벌에서 표층보다는 5 ㎝보다 깊은 곳에서 더 많은 종속영양세균수를 보인 점이다. 이에 따라 각 조사시기의 깊이별 종속영양세균수의 평균은 모래갯벌에서는 깊이의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였으나 펄갯벌에서는 표층에서 5㎝까지 감소하다가 7 ㎝부근에서 표층과 유사한 수준으로 증가한 후 깊이의 증가에 따라 다시 감소하는 경향을 보였다. 그러나 11월의 결과를 제외하면 퇴적토의 입도에 관계없이 퇴적토의 깊이가 증가함에 따라 종속영양세균수가 감소하는 경향을 보였다.
- 조사기간 중 깊이에 따른 총세균수의 분포는 정점 SD에서 0.51～2.89 × 10 11 cells/㎤, 정점 YC에서는 0.12～1.67 × 10 11 cells/㎤의 분포를 보였는데 조사시기와 퇴적토 특성에 관계없이 깊이변화에 따른 세균수의 차이는 없었다(Fig. 3). 깊이에 따른 분포와 관련하여 Alongi(1992)나 Wellsbury 등(1996)은 퇴적토깊이가 증가할수록 총세균수가 감소하는 것으로 보고하였고 李(1998)는 20 ㎝이내에서는 세균수에 큰 변화가 없는 것으로 보고하였다.
- 강화도 남단의 모래갯벌과 펄갯벌에서 깊이에 따른 세균수의 변화 및 활성의 변화를 비교하였다. 조사지역의 세균수와 세포외 효소활성 및 세균생산력은 홍수림에 버금가는 높은 수준이었으며 깊이에 따른 차이를 보이지 않은 총세균수를 제외하면 계절에 따라 차이는 있지만 퇴적토의 깊이가 증가함에 따라 엽록소의 분포 및 배양세균수와 활성은 감소하는 경향을 보였다. 조사된 각 항목간의 상관관계 분석결과에 따르면 유기물의 분포가 깊이에 따른 세균수와 활성에 영향을 미친 것으로 추측된다.
- 003)와 높은 상관관계를 보였다. 즉, 세균의 현존량은 미소 일차생산자의 사체와, 세균의 활성은 일차생산자와 직접적인 관계를 보이는 것으로 나타났다. 이상의 결과를 정리해 보면 식생이 없는 모래갯벌인 정점 YC의 경우 세균의 활성은 미소 일차생산자에 의해 조절되는 반면 세균의 현존량은 미소 일차생산자의 사체에 의해 조절되는 생태계가 형성된 것으로 볼 수 있다.
- 한편 펄갯벌인 정점 SD에서 총세균수는 aminopeptidase의 가수분해력(ρ=0.597, p=0.004), 세균생산력(ρ=0.706, p=0.000)등의 세균활성과 높은 상관관계를 보였으나 엽록소, paheopigment 등의 미소 일차생산자의 지표와는 별다른 상관관계를 보이지 않았다. 반면 모래갯벌인 정점 YC에서는 엽록소의 농도가 aminopeptidase의 가수분해력(ρ=0.
후속연구
- 45 ㎍/㎠의 농도를 보이며 봄철에 대증식을 보이는 반면 여름과 가을에 상대적으로 낮은 분포를 보이는 것으로 보고함으로써 본 연구결과와 일치되는 계절적 특성을 보고하였다. 유사한 분포경향이 새만금갯벌 (오 등, 2004)에서도 보고되는 등 국내 여러 갯벌에 공통되는 현상으로 보이는데 그 원인 규명을 위해서는 향후 물리화학적인 여러 요인을 포함한 추가 연구가 필요하다.
- 또한 1998년 장마기간 동안 담수와 함께 육상으로부터 다양한 종류의 오염물질이 대량으로 유입되어 환경조건에 큰 영향을주었을 것으로 생각되지만 그 전후의 변화를 조사해 보지 않아 확인할 수는 없었다. 이와 같은 급격한 기상변화가 갯벌생태계에 미치는 영향은 향후 많은 연구를 통해 규명되어야 할 것이다.
- 정점 SD의 경우 배양세균수가 퇴적토 깊이에 따른 차이를 보이지 않으며 세균생산력도 정점 YC에 비해 깊이에 따른 차이가 적게 나타나는 등의 특성을 나타내는 것을 볼 때 식물의 뿌리를 통해 퇴적토 아래쪽으로 공급되는 유기물의 양이 상당할 것으로 추측된다. 정점 SD에서는 칠면초의 뿌리를 통해 공급되는 유기물이 세균군집에 미치는 미소 일차생산자의 영향을 약화시키는 원인으로 작용하였을 것으로 생각되지만 식생의 영향이 세균수와 활성의 수직분포에 미치는 영향에 대해서는 좀 더 많은 연구를 통해 규명되어야 한다. 한편, 상관계수의 계산에 포함되지는 않았지만 여차리의 모래갯벌에 펄성분이 덮이고 있는 것을 고려해 볼 때 펄성분의 증가에 따른 환경요인의 변화는 모래갯벌에 분포하는 세균군집의 수와 활성을 증가시키는 요인이 되는 것으로 생각된다(Deflaun과 Mayer, 1983; 李, 1998).
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