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문제 정의
- 본 연구에서는 국내종인 물벼룩 Simocephalus sWus와 외국종인 Daphnia mag四의 중금속이 심장박동에 미치는 저해정도를 관찰하고 독성도를 측정하여, 중금속에 대한 ICso을 비교하였다. 미국, 독일등에서 물벼룩의 심장박동 측정을 이용한 실험을 수행하고 있는데, 병원에서는 의약품의 임상실험 이전의 실험방안으로 이용되며Maryland University 에서는 물벼룩의 심장박동을 이용한 'Nature's Early Warning Systems'을 구축하여 교육 자료로 이용하고' 있다.
제안 방법
- 이것은 물벼룩의 심장 박동의 변화를 관찰함으로서 저농도의 독성물질의 유입에도 감지가 가능하다는 이점이 있다. ICso을 구하기 위해서 각 주입농도에서 구한 inhibition 결과를 다음 식으로 변환한 후 최소자승법을 이용한 최적 직선에서 IC50를 구한다.
- Simocephalus mixtus 역시 Daphnia magna와 마찬가지로 Cu, Cd, Zn을 각각 100 您ZJ에 노출시켜 시간에 따른 심장박동의 변화를 측정하였다. Fig.
- 그래서 본 실험에 앞서 제한 인자 실험으로 조도, 측정시간, 먹이에 대한 실험을 실시하였다.
- 30초가 경과함에 따라 조금씩 심장박동이 불규칙하게 나타나는데 이는 slide glass 위에 올려져있는 시간이 길어 액이 증발하여 이 스트레스로 인해 심장박동이 불규칙하게 나타나는 것이라 판단된다. 본 실험에서 측정시간이 짧을수록 정확한 실험이 이루어진다는 것을 인지하고 측정시간을 10초로 하였다.
- 심장박동의 변화를 측정하기위해 neonate 를 slide glass에 올려놓고, 물벼룩의 움직임을 없애기 위해 소량의 액만 남긴 뒤 비디오 현미경으로 촬영하였다.
- 조제방법은 Table 1에 명시된 방법에 따라 제조된 stock solution No.l~No.4를 각각 20 mL, 20 mL, 40 mL, 1000 mL를 취하여 혼합한 후 증류수를 넣어 최종 18.2 L로 하고 24시간동안 강력히 폭기하였다. Daphnia magna의 경우 만들어진 배양액을 그대로(경도 160~180 mg/L as CaCO3) 사용하였으나, Simocephalus mixtus는 증류수로 희석하여(경도 80~100 mg/L as CaCO3)8> 사용하였다.
- 중금속 Cd, Cu, Zn의 농도에 대하여 100 mL 비커에 50 mL의 시험액을 채운 후 각 비커당 neonate 3마리를 넣어 1 hr, 6 hr, 24 hr, 48 hr 동안 노줄한 후 Daphnia magna와 Simocephalus mix~如s의 심장박동의 변화를 측정하였다.
대상 데이터
- 이를 적절히 희석하여 사용하였다. Cd, Zn, Cu의 시약은 원자흡광분석용 표준시약(CuCb, CdCl2, Zn(NO3)2)을 사용하였으며 시험농도까지의 희석은 배양액으로 하였다.
- 2 L로 하고 24시간동안 강력히 폭기하였다. Daphnia magna의 경우 만들어진 배양액을 그대로(경도 160~180 mg/L as CaCO3) 사용하였으나, Simocephalus mixtus는 증류수로 희석하여(경도 80~100 mg/L as CaCO3)8> 사용하였다.
- 물벼룩과 한국산 요술시모 물벼룩으로 0.5~2mm 크기이며 갑각의 후배각이 낮고 넓게 돌출하였으며, 갑각의 등쪽 가장자리의 뒷부분이 팽창하고 머리의 부리에 가까운 배쪽 가장자리 부위가 깊게 함몰되어 길쭉한 모양의 단안을 가지고 있다. (Fig.
- 본 연구는 2006학년도 경남대학교 학술연구장려금 지원으로 이루어졌다.
- 실험액의 제조는 Cd, Zn, Cu 모두 1000 陽/L를 조제, 이를 적절히 희석하여 사용하였다. Cd, Zn, Cu의 시약은 원자흡광분석용 표준시약(CuCb, CdCl2, Zn(NO3)2)을 사용하였으며 시험농도까지의 희석은 배양액으로 하였다.
이론/모형
- 배양액의 조제는 USEPAQ993) 의 Hard constituted Water Medium 방법에 따라 행하였다. 조제방법은 Table 1에 명시된 방법에 따라 제조된 stock solution No.
- sp.의 배지는 USEPA법에 따랐으며 pH 7.5±0.1로 조정하였다. 만들어진 배양액은 고압 멸균한 멸균수를 사용하여 1 mL/100 mL로 접종시켜 25℃ 400 ft/c 아래의 형광등에서 배양하고, Magnetic stirrer로 교반시켜 조류(algae)가 정치되지 않도록 하였다.
성능/효과
- 1. 중금속에 대한 심장박동을 이용한 독성실험 결과 두 실험 종 모두 중금속에 대한 영향을 받았으므로 IC50 (Inhibition concentration 50)실험이 가능함을 알 수 있었다.
- 8~11은 Cd에 대한 Daphnia rmags의 심장박동 감소율을 나타낸 그래프이다. 1시간 후 Cd 농도 200 腕凡 이상에서 심장박동저해를 보이며, 24시간 이후에는 50 昭/L 이하의 농도에서 심장박동이 50% 이상 감소하였다. 1 hr~48 hr IC50는 각각 290 您/L, 135 “g/L, 34 昭/L, 3 傩/L로 측정되었다.
- 2. 실험결과 중금속에 대한 민감성은 Cu>Cd> Zn순으로 나타났으며, 외 래종인 刀. magna 보다는 국내종인 S.
- 3. 물벼룩의 심장 박동수를 측정한 독성실험은 간편하고 신속할 뿐만 아니라 저농도의 독성감지에도 아주 유용함을 알 수 있었다.
- 95% 신뢰구간의 t-test 결과, 광학현미경아래 노출된 시간이 1분 이내일 경우 물벼룩의 심장박동에는 크게 영향을 미치지 않는다. 30초가 경과함에 따라 조금씩 심장박동이 불규칙하게 나타나는데 이는 slide glass 위에 올려져있는 시간이 길어 액이 증발하여 이 스트레스로 인해 심장박동이 불규칙하게 나타나는 것이라 판단된다.
- 25 ~ 28은 Zn에 노출시킨 후 시간별 Simocephalus mixius의 심장박동변화를 측정한 그래프이다. Zn에 노출시킨 1시간 후 285 倨/L의 농도에서 심장박동감소율이 50% 였으며, 48 hr 후 50 % 심장박동이 감소한 농도는 55 俸/L였다.
- 4~7은 각 농도의 Cu에 노출시킨 후 1 hr-48 hr 후의 Daphnia mags의 심장박동변화를 측정한 그래프이다. 각 그래프에서 최소자승법을 이용하여 최적 직선의 r = 1에 해당하는 부분이 ICa)으로 측정결과 Cu에 1시간 노출 훅 Daphnia ma-畋는 135 昭/‘L의 농도에서 50 %의 심장박동감소를 보였다. 6 hr, 24 hr, 48 hr IC50은 각각 52 昭/L, 32 网/L, 27 陽/L로 나타났다.
- 두 종류의 물벼룩 모두 중금속에. 대한 민감성이 Cu>Cd>Zn순으로 나타났으며, 외래종인 Daphnia magna보다는 국내종인 Simocephalus mixtus가 중금속에 대한 감수성이 더 높게 나타났다. 또한 48시간동안 중금속에 노출시킬 경우보다 낮은 농도에서 저해 감지가 가능하다는 것을 알 수 있었다.
- 대한 민감성이 Cu>Cd>Zn순으로 나타났으며, 외래종인 Daphnia magna보다는 국내종인 Simocephalus mixtus가 중금속에 대한 감수성이 더 높게 나타났다. 또한 48시간동안 중금속에 노출시킬 경우보다 낮은 농도에서 저해 감지가 가능하다는 것을 알 수 있었다.
- 생후 24 hr 미만의 Daphnia magw와 Simocephalus mixtus를 먹이 공급없이 1시간부터 48시간까지의 심장박동변화를 측정한 결과 생명에는 지장이 없었으나, 먹이를 공급하지 않음에 따라 심장박동은 1시간 후 평균 약 10 % 이내로 감소하였으며, 시간이 지날수록 심장박동은 조금씩 더 감소하여 48시간 이후에는 평균 30 %정도 감소함을 알 수 있었다. 따라서 ICso의 측정시간은 48시간 이내로 빠른 시간 내에 실험을 완료하는 것이 좋으며, ICso 측정을 위해서는이에 대한 기준이 마련되어야 할 것으로 생각된다.
- 3은 Cd과 Zn, Cu를 각각 100 您/L에 48 시간동안 노출시켜 시간의 경과에 따른 심장 박동의 변화를 측정한 그래프이다. 실험결과 Cd과 Cu는 시간 경과에 따라 심장박동수가 감소하였는데, 특히 Cu 100 您/L 에 노출된 Daphnia magna는 6시간만에 사망하였다. 그러나 Zne 100 飓/L 농도에서 크게 영향을 미치지 않았다.
- 조도를 변화시켰을 때와 일정하게 유지시켰을 때 물벼룩 심장박동의 변화를 관찰하여 t-test를 통한 검정을 실시한 결과 조도는 심장박동에 크게 영향을 미치지 않았다.
- Daphnia magna와 마찬가지로 시간에 경과함에 따라 심장박동은 감소함을 알 수 있다. 특히 Cu 100 ug/L 노출된 Simocepbalus mixtus 는 1시간 이내에 사망했으며, Daphnia mags에 영향을 주지 않았던 Zn도 시간에 따라 심장박동수가 감소함을 알 수 있었다.
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