[논문]잡식성 및 플랑크톤 섭식어류의 간접노출 강도가 Microcystis aeruginosa의 microcystin 함량변화에 미치는 영향

장민호; 정종문; 윤주덕; 이유정; 하경

잡식성 및 플랑크톤 섭식어류의 간접노출 강도가 Microcystis aeruginosa의 microcystin 함량변화에 미치는 영향
Changes in Microcystin Production in Microcystis aeruginosa Exposed to Different Concentrations of Filtered Water from Phytoplanktivorous and Omnivorous Fish 원문보기

한국육수학회지 = Korean journal of limnology, v.40 no.2, 2007년, pp.294 - 302

장민호 (부산대학교 환경기술산업개발연구소) , 정종문 (부산시 상수도사업본부 수질연구소) , 윤주덕 (부산대학교 생물학과) , 이유정 (부산시 상수도사업본부 수질연구소) , 하경 (부산대학교 환경기술산업개발연구소)

초록
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잡식성 및 플랑크톤 섭식 어류(Carassius gibelio langsdorfi, Hypophthalmichthys molitrix)의 간접노출(CCMF, HCMF) 농도차(0, 10, 50%)에 따른, 남조 Microcystis aeruginosa의 생체량과 세포내부와 외부의 마이크로시스틴(microcystin, MC) 함량을 1일 간격으로 관찰하였다. 실험기간동안 M. aeruginosa균주의 세포내에 함유된 MC의 양은 대조군 보다 모든 처리군에서 증가한 것으로 나타났다(CCMF1, P=0.015; CCMF2, P<0.001; HCMF1, P< 0.001; HCMF2, P<0.001). 처리군간의 비교에서는 CCMF1의 세포내 MC함량 보다 CCMF2의 세포내 MC 함량이 통계적으로 유의한 수준으로 증가하였다(P=0.023). 또한 HCMF2의 세포내 MC함량이 HCMF1의 MC함유량보다 증가한 것으로 나타났다(P<0.001). M. aeruginosa균주의 세포외 MC함량은 대조군과 CCMF1과 CCMF2에서 차이를 보이지 않았고, HCMF1과 HCMF2의 세포외 MC함량이 대조군보다 높은 것으로 나타났다(HCMF1, P=0.003; HCMF2, P<0.001). 본 연구결과, 독성 Microcystis의 경우 어류의 분비화학물질(kairomone) 농도에 따라 세포 내, 외부의 독성이 증가될 가능성이 있으며, 부영양호에서 생물적 조절을 통한 조류저감을 실시할 경우 Microcystis의 독소 변화를 고려해야 할 것으로 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was to evaluate microcystin production by Microcystis aeruginosa in response to three different levels of indirect (0, 10, 50% of fish cultured media filtrate; control, FCMF1 and FCMF2) exposures to omnivorous and planktivorous fish (Carassius gibelio langsdorfi and Hypophthalmichthys molitrix, CCMF and HCMF, repectively). The cell biomass, intracellular microcystin (MC) and extracellular MC were measured everyday. The intracellular MC contents of all treatments were significantly increased than the controls (CCMF1, P=0.015; CCMF2, P<0.001; HCMF1, P<0.001; HCMF2, P<0.001). The intracellular MC contents of M. aeruginosa were significantly higher in CCMF2 than in CCMF1 (P=(0.023), Those of M, aeruginosa in HCMF2 were significantly higher than that in HCMF1 (P<0.001). The extracellular MC contents were not significantly different between control and CCMFs but those of M, aeruginosa in HCMF1 and HCMF2 were significantly higher than that in control (HCMF1, P=0.003; HCMF2, P<0.001). This study strongly supports that induced-defensive MC production (intra and extracellular MC) of potentially toxic cyanobacteria in response to kairomone concentration and this results can consider the biomanipulation of eutrophic waters as well as an information concerning strategies for recovering eutrophic waters.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

gibelio langsdorfi를 일본 사이다마현 수산농장으로부터 분양 받아 일본국립 환경연구소의 수생생물 연구실에서 사육중인 부화후 1년이 경과하지 않은 개체들을 사용하였다. 각 종은 50-L의 순환여과 유리수조에 염소를 제거한 물을 사용하여 사육하였다. 어류들을 실험에 사용하기 전에 H.
이렇게 얻어진 어류 배양여 과액 (fish cultured media filtrates: FCMF)은 각기 다른 농도로 두가지 처리군을 설정하였고, 대조군 (0%)과 비교하였다. 각 처리군은 FMCF의 부피비를 10% (처리군 1, CCMF1, C. gibelio langsdorft cultured media filtrates; HCMF1, H. molitrix cultured media filtrates), 50% (처리군 2, CCMF2, HCMF2)로 맞추어(각 샘플당 n=3) 최종부피에 대조군과 동일양의 배지성분이 들어갈 수 있도록 조절하였다. 무균상태에서 M.
간접노출 실험을 위하여, 실험에 이용할 어류 배양여과액을 얻기 위하여 2개의 20-L 수조에 염소가 제거된 물 12 L를 각각 넣고 H. molitrix (평균土 표준편차: 전장,96.2± 1.3 mm; 체중, 7.3±0.4g)와 C. gibelio langsdorft (평균土표준편차: 전장, 88.6士 1.6mm; 체중 8.7±0.5g» 8개체씩 넣어 3일간 먹이 급여 없이 배양하였다. 배양 3일 후 배양액을 여과지 (GF/F, 0.
현재까지 물고기의 밀도나 배양여과액의 농도 차이가 독소를 생성하는 남조 균주에 영향 을 주어 독소 생성량에 차이가 있는지는 밝혀지지 않았다. 따라서, 본 연구는 식물플랑크톤을 여과 섭식하는 Hypophthalmichthys molitrix Valenciennes (백연)와 잡식성으로 알려진 Carassius gibelio langsdorfi, Temminck and Schlegel (일본붕어 )를 이 용하여 각기 다른 농도의 배 양 여과액을 독소 생성 남조 균주 Microcystis aerugi- nosa (Kiitzing) Lemmermann에 노출시켰을 때 남조균주의 생체량 및 세포 내부와 외부에 존재하는 독소 마이크로시스틴 (MC, microcystin)량의 변화를 파악하였다.
2 X 1()5 cells mL-i 밀도로 접종한 후 배양기에서 27°C, 16:8h 명암주기로 배양하며, 하루 3회 삼각플라스크를 교반하였다. 매일 대조군과 처리군을 각각 임의로 선택하여, 원심분리 (12, 000 Xg, 4°C)후 여과지 (GF/F, Whatman, Japan KK, Tokyo)로 여과하였다. 여과지에 남은 M.
molitrix cultured media filtrates), 50% (처리군 2, CCMF2, HCMF2)로 맞추어(각 샘플당 n=3) 최종부피에 대조군과 동일양의 배지성분이 들어갈 수 있도록 조절하였다. 무균상태에서 M. aeruginosa를 각각 0.2 X 1()5 cells mL-i 밀도로 접종한 후 배양기에서 27°C, 16:8h 명암주기로 배양하며, 하루 3회 삼각플라스크를 교반하였다. 매일 대조군과 처리군을 각각 임의로 선택하여, 원심분리 (12, 000 Xg, 4°C)후 여과지 (GF/F, Whatman, Japan KK, Tokyo)로 여과하였다.
2 |im, Whatman, Japan KK, Tokyo)로 여과하여 30분간 무균상태의 UV하에 멸균하였다. 이렇게 얻어진 어류 배양여 과액 (fish cultured media filtrates: FCMF)은 각기 다른 농도로 두가지 처리군을 설정하였고, 대조군 (0%)과 비교하였다. 각 처리군은 FMCF의 부피비를 10% (처리군 1, CCMF1, C.
집식성 및 플랑크톤 섭식 어류 (Carassius gibelio lang- sdorfi, Hypophthalmichthys molitrix)의 간접 노출(CCMF, HCMF) 농도차(0, 10, 50%)에 따른, 남조 Microcystis aeruginosa의 생체량과 세포내부와 외부의 마이크로시스틴 (microcystin, MC) 함량을 1일 간격으로 관찰하였다. 실험기간동안 M.

대상 데이터

2)에 접종하여 27°C의 배 양기 (120μmol m-2 s-1)에서 16: 8h 명암주기로 배양하였다. 배지에 접종한 M. aeruginosa 균주는 14일 후에 실험에 사용하였다. 본 실험을 위해 사용한 어류는 모두 2종으로 H.
aeruginosa 균주는 14일 후에 실험에 사용하였다. 본 실험을 위해 사용한 어류는 모두 2종으로 H. molitrixS}- C. gibelio langsdorfi를 일본 사이다마현 수산농장으로부터 분양 받아 일본국립 환경연구소의 수생생물 연구실에서 사육중인 부화후 1년이 경과하지 않은 개체들을 사용하였다. 각 종은 50-L의 순환여과 유리수조에 염소를 제거한 물을 사용하여 사육하였다.
실험을 위해 사용된 M. aeruginosa (Ktitzing) Lemmer- mann(No. 90) 균주는 일본국립환경 연구소의 미생물배양센터에서 단일세포로 순수배양한 균주로 분양받은 후, CT 배지 (Kasai et al., 2004; pH 8.2)에 접종하여 27°C의 배 양기 (120μmol m-2 s-1)에서 16: 8h 명암주기로 배양하였다. 배지에 접종한 M.
각 종은 50-L의 순환여과 유리수조에 염소를 제거한 물을 사용하여 사육하였다. 어류들을 실험에 사용하기 전에 H. molitrix의 먹이는 Sce- nedesmus를 이용하였으며, C. gibelio langs&>rfi는 시판 되는 사료(Crumble 4C, Nihon-Haigou-Shiryou Co., Ltd., Yokohama, Japan)를 매일 09:0()에 급여하였다. 실험에 이용되는 개체는 먹이에 대한 영향을 줄이기 위하여 실험시작 24시간 전에 먹이 급여를 중단하였다.

데이터처리

011). 대조군과 H. molitrix의 배양여과액을 처리한 HCMF1 과 HCMF2의 건중량 역시 4일째 가장 높은 값을 나타내었으며, 이들은 통계적으로 차이가 있는 것으로 나타났다(One-way ANOVA, P=0.032). 그러나, 대조군과 HCMF1 의 건중량은 큰 차이를 보이지 않았고 (F = 0.
(2004)에 서술된 방법으로 수행하였다. 대조군과 각 처리군의 건중량, 세포 내 독소 및 세포외 독소 생성량의 차이를 통계적으로 검증하기 위하여, repeated measured ANOVA, one-way ANOVA (동일성 여부 파악), Tukey 분산분석법 (크고 작음을 파악) 등을 이용하였으며 (SPSS, Release 12.0; SPSS inc., Chicago, IL, USA), 실험 시작일인 0일째의 결과값 은 실험시작 1시간 미만이며 대조군과 처리군이 동일한 샘플이기에 비교분석시 제외하였다.
3). 이를 기준으로 6일째 각 처리군의 세포 외부에 존재하는 MC 함량을 비교해 보면, 대조군과 C. gibelio langsdorfi의 배양여과액을 처리한 CCMF1, CCMF2의 세포외 MC 함량은 차이가 없는 것으로 나타 났다(One-way ANOVA, P=0.121). 하지만 H.

성능/효과

167). HCMF2의 세포외 MC 함량은 대조군의 세포외 MC 함량보다는 높은 것으로 나타났으나 CP=0.022), HCMF1 과는 유의한 차이를 보이지 않았다(P=0.296).
001). M. aerugi nosa 균주의 세포외 MC 함량은 대조군과 CCMF1 과 CCMF2에서 차이를 보이지 않았고, HCMF1 과 HCMF2 의 세포외 MC 함량이 대조군보다 높은 것으로 나타났다 (HCMF1, P=0.003; HCMF2, P< 0.001). 본 연구결과, 독성 Microcystis의 경우 어류의 분비 화학물질 (kairomone) 농도에 따라 세포 내, 외부의 독성이 증가될 가능성이 있으며, 부영양호에서 생물적 조절을 통한 조류저감을 실시 할 경우 Microcystis^} 독소 변화를 고려해야 할 것으로 보인다.
대조군을 포함해 모든 처리군에서 4일째 가장 높은 세 포내 MC 함량을 보였으며 그 후에는 감소하는 양상이 관찰되었다. 가장 높은 MC 함량을 보인 4일째, 대조군과 COMF1, CCMF2에는 통계적으로 차이가 있는 것으로 나타났으며 (One-way ANOVA, P=0.011), 대조군과 HCMF1, HCMF2 역시 동일하지 않은 것으로 나타났다 (P=0.001). 그러나, 대조군의 세포내 MC 함량은 C.
032). 가장 높은 건중량 을 보인 4일째 CCMF1 과 CCMF2의 건중량은 대조군의 건중량보다 통계적으로 유의한 수준으로 높게 나타났다 (COMF1, P=:0.011; CCMF2, P<0.001). 또한 CCMFL의 건중량보다 CCMF2의 건중량이 높게 나타났다/ = 0.
3). 각 처리군간 비교에서는 CCMF1 의 세포외 MC값과 CCMF2의 세포외 MC값 은 차이를 보이지 않았으며 (F=0.995), HCMF2의 세포외 MC값이 HCMF1 의 MC값보다 증가한 것으로 나타났다 (P=0.007). 처리군의 종간 비교에서는 HCMF1 의 세포외 MC 함량이 CCMF1 의 MC 함량보다 높은 것으로 나타났 다 (P = 0.
032). 그러나, 대조군과 HCMF1 의 건중량은 큰 차이를 보이지 않았고 (F = 0.862), HCMF2의 건중량은 대조군의 건중량보다 높게 나타났다 (, =0.036).
001). 그러나, 대조군의 세포내 MC 함량은 C. gibelio langsdorfi의 배양여과액을 처리한 CCMF1 의 세 포내 MC 함량과 비교할 때에 차이가 없었으며 (P= 0.294) CCMF2의 세포내 MC 함량은 대조군보다 높은 것으로 나타났다(F=0.009). 그러나 CCMF1 과 CCMF2 의 세포내 MC값은 통계적으로 유의한 만큼의 차이는 보이지 않았다CP=0.
1). 대조군과 처리군 CCMF1 과 HCMF1 은 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았으나 (Tukey test, CCMF1, P=0.272; HCMF1, P=0.302), CCMF2와 HCMF2는 대조군에 비하여 모두 통계적으로 유의한 수준의 건중량 증가를 보였다(CCMF2, F<0.001; HCMF2, P<0.001). 처리군인 CCMF1 과 CCMF2의 건중 량은 통계적으로 유의한 차이를 보였고 (P= 0.
대조군과 함께 4일째 모든 처리군에서 가장 높은 건중 량을 보였으며, 대조군과 CCMF1, CCMF2에는 통계적으로 차이가 있는 것으로 나타났다(One-way ANOVA, P<0.001), 4일째의 건중량은 대조군과 HCMF1, HCMF2 역시 유의한 차이를 보였다(7—0.032). 가장 높은 건중량 을 보인 4일째 CCMF1 과 CCMF2의 건중량은 대조군의 건중량보다 통계적으로 유의한 수준으로 높게 나타났다 (COMF1, P=:0.
대조군을 기준으로 M. aeruginosa균주의 세포외부에 존재하는 MC 함량이 가장 높은시기는 실험 후 6일째로 나타났다(Fig. 3). 이를 기준으로 6일째 각 처리군의 세포 외부에 존재하는 MC 함량을 비교해 보면, 대조군과 C.
대조군을 포함해 모든 처리군에서 4일째 가장 높은 세 포내 MC 함량을 보였으며 그 후에는 감소하는 양상이 관찰되었다. 가장 높은 MC 함량을 보인 4일째, 대조군과 COMF1, CCMF2에는 통계적으로 차이가 있는 것으로 나타났으며 (One-way ANOVA, P=0.
023). 또한 HCMF2의 세포내 MC 함량이 HCMF1 보다 증가한 것으로 나타났다(P< 0.001). 종간비교에서는 CCMF1 과 HCMF1 의 세포내 MC 함량 은 차이가 없는 것으로 나타났으나CP=0.
023). 또한 HCMF2의 세포내 MC 함량이 HCMF1 의 MC 함유량보다 증가한 것으로 나타났다(P< 0.001). M.
4배 높게 나타났다. 또한, 50% 배양여과액 처리군이 10% 처리군보다 1.5배 높게 나타나 어류 배양여과액의 농도에 따른 차이를 증명하였다. 또한 H.
027). 또한, HCMF2의 세포외 MC 함량이 CCMF2의 세포외 MC 함량보다 높은 것으로 나타났다 (P< 0.001).
본 실험결과 세포외 MC 함량이 매우 작아(83.19土16.65 ng mL1) 독성학 측면에서는 중요성을 가지고 있지 않다고도 볼 수 있지만①ittmann and Borner, 2005), 세포 외부에서 검출된 독소량이 대상 어종에 따라 2.4배까 지 차이가 나타나 어종에 따른 섭식압의 차이를 나타낸 Microcystis 세포 내부에서 검출된 독소량 비율과 유사한 양상을 나타냈다. 이는 Jang et aZ.
본 실험에서는 배양 후 4일째 H. molitrix의 배양여과액의 농도가 10%인 경우 Microcysitis의 세포내 독소량이 대조군보다 1.6배 높았으며, 50%의 경우는 대조군에 비 해 2.4배 높게 나타났다. 또한, 50% 배양여과액 처리군이 10% 처리군보다 1.
001). 본 연구결과, 독성 Microcystis의 경우 어류의 분비 화학물질 (kairomone) 농도에 따라 세포 내, 외부의 독성이 증가될 가능성이 있으며, 부영양호에서 생물적 조절을 통한 조류저감을 실시 할 경우 Microcystis^} 독소 변화를 고려해야 할 것으로 보인다.
본 연구는 잡식성 어류로 알려진 C. gibelio langsdorfi 와 식물플랑크톤 섭식 어류로 알려진 H. znoEmx 의 각기 다른 농도의 어류 배양여과액을 이용한 간접 노출을 통해 독성 남조의 독소량이 높은 농도의 배양여과액 조건 하에서 독소량이 더 증가한다는 가설과 잡식성 어류인 C. gibelio langsdorfi보다 플랑크톤 섭식 어류인 H. moli-trix 배양여과액에서 더 높은 양의 독소가 증가한다는 가설을 증명하였다. 어류를 간접 노출한 처리군에서 세포내 MC 함량이 4일째 최대값을 보인 후 서서히 감소하였다.
aeruginosa 배양액 중 여과지를 통과한 여과액은 독소(세포외 MC)를 측정하기 위하여 카트리지를 통과시키고 독소분석 전까지 카트리지를 4°C 암소에 보관하였다. 실험 개시일과 종료일의 대조군과 처리군 샘플에서 여과액 중 20mL은 다시 GF/F로 여과한 후 질소 (DIN: NO₃- N, NO₂-N, NH₄-N)와 인(DIP: PO₄-P) 농도를 측정한 결과, DIN은 3.9~5.3 mg L 1 (n=9), DIP는 0.1 ~ 0.3 mg L-1 (n=9)의 범위로 검출되어, M. aerugmosa 성장에 영향을 줄만큼 감소하지 않은 것으로 나타났다.
실험기간동안 M. aeruginosa균주의 세포내 MC 함량은모든 처리군에서 증가한 것으로 나타났다 (CCMF1, F= 0.015; CCMF2, P<0.001; HCMF1, P<0.001; HCMF2, P< 0.001; Fig. 2). 처리군간의 비교에서는 CCMF1 보다 CCMF2의 세포내 MC 함유량이 통계적으로 유의한 수준 으로 증가하였다 CP=0.
집식성 및 플랑크톤 섭식 어류 (Carassius gibelio lang- sdorfi, Hypophthalmichthys molitrix)의 간접 노출(CCMF, HCMF) 농도차(0, 10, 50%)에 따른, 남조 Microcystis aeruginosa의 생체량과 세포내부와 외부의 마이크로시스틴 (microcystin, MC) 함량을 1일 간격으로 관찰하였다. 실험기간동안 M. aeruginosa균주의 세포내에 함유된 MC의 양은 대조군보다 모든 처리군에서 증가한 것으로 나타났다(CCMF1, P=0.015; CCMF2, P< 0.001; HCMF1, P<0.001; HCMF2, P<0.001). 처리군간의 비교에서는 CCMF1 의 세포내 MC 함량 보다 CCMF2의 세포내 MC 함량이 통계적으로 유의한 수준으로 증가하였다(F=0.
실험이 진행된 기간동안 M. aeruginosa균주의 세포외 MC 함량은 대조군과 C. gibelio langsdorfi의 배양여과액 을 처리한 CCMF1 과 CCMF2에서 차이를 보이지 않았고 (CCMF1, P=0.564; CCMF2, P=0.368), H. molitrix의 배양여과액을 처리한 HCMF1 과 HCMF2의 세포외 MC 함량이 대조군보다 높은 것으로 나타났다(HCMF1, P= 0.003; HCMF2, P< 0.001; Fig. 3). 각 처리군간 비교에서는 CCMF1 의 세포외 MC값과 CCMF2의 세포외 MC값 은 차이를 보이지 않았으며 (F=0.
실험이 진행된 동안 M. aeruginosa균주의 건중량은 대조군과 각 두 처리군에서 시간의 경과에 따라 증가 후 감소하는 경향을 보였으며, 대조군과 처리군들에서 통계적으로 유의한 수준의 차이가 있는 것으로 나타났다 (rm-ANOVA, P=0.003; Fig. 1). 대조군과 처리군 CCMF1 과 HCMF1 은 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았으나 (Tukey test, CCMF1, P=0.
001). 종간비교에서는 CCMF1 과 HCMF1 의 세포내 MC 함량 은 차이가 없는 것으로 나타났으나CP=0.163), HCMF2의 세포내 MC 함량이 CCMF2의 세포내 MC 함량보다 높은 것으로 나타났다(F< 0.001).
001). 처리군간의 비교에서는 CCMF1 의 세포내 MC 함량 보다 CCMF2의 세포내 MC 함량이 통계적으로 유의한 수준으로 증가하였다(F=0.023). 또한 HCMF2의 세포내 MC 함량이 HCMF1 의 MC 함유량보다 증가한 것으로 나타났다(P< 0.
007). 처리군의 종간 비교에서는 HCMF1 의 세포외 MC 함량이 CCMF1 의 MC 함량보다 높은 것으로 나타났 다 (P = 0.027). 또한, HCMF2의 세포외 MC 함량이 CCMF2의 세포외 MC 함량보다 높은 것으로 나타났다 (P< 0.

후속연구

이러한 수체내의 MC 함량의 증가는 같은 수체내에 서식하는 먹이사슬 내의 다른 생물들에게 심각한 영향을 초래할 수 있으므로, 부영양호에서 세포내 MC 뿐만 아니라, 세포외 MC 함량에 대한 지속적인 모니터링과 더불어 생물학적 및 생태학적 관계에 대해서도 지속적인 연구가 요구된 다. 따라서, 본 실험 결과를 통해 독성 Aficrocystis의 경우 어류의 간접노출 농도에 따라 세포 내, 외부의 독성이 증가될 수 있는 가능성을 고려하여, 부영양호에서 생물적 조절을 통한 조류저감을 실시할 경우 Microcystis가- 생성하는 독소의 변화를 검토한 후, 생물적 조절이 이루어져야 할 것으로 보인다.
, 2004), 실험실 내에서 어류의 직접 노출 결과 남조 Aficrocystis의 성장 및 형태 변화가 보고 되기도 하였다(김 등, 2005). 이러한 결과들은 향후 생물조절을 통한 수환경 관리를 위해 중요한 생태적 자료로 활용될 수 있다.

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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