영천호를 대상으로 2007년 3월부터 12월까지 남조류 발생현황, 환경요인, 남조류 독소인 microcystins의 생성 농도를 조사 분석하였다. HPLC 분석방법으로 영천호의 계절별 microcystins 농도를 분석한 결과, 각 요인에 따라 뚜렷한 증감패턴을 나타냈다. 계절적 인 우점종이 Anabaena sp.에서 M. aeruginosa로 바뀌면서 microcystins 생성량이 현저하게 증가하는 현상이 관찰되었고, 주요 출현종 중 M. aeruginosa 밀도와 microcystins 농도 간의 상관성이 가장 높은 것으로 나타났으며, M. aeruginosa 균주들의 높은 독소 생성율을 고려할 때, M. aeruginosa가 남조류 독소인 microcystins 생성에 가장 기여도가 높은 것으로 확인되었다. Microcystins와 환경요인들 간의 상관성 분석결과, 조사된 6개 항목(수온, pH, 전도도, 총인, 총질소, 용존 규소) 중 수온과는 약 $20^{\circ}C$ 이상의 수온범위에서 역의 상관성이 있는 것으로 확인되었다.
영천호를 대상으로 2007년 3월부터 12월까지 남조류 발생현황, 환경요인, 남조류 독소인 microcystins의 생성 농도를 조사 분석하였다. HPLC 분석방법으로 영천호의 계절별 microcystins 농도를 분석한 결과, 각 요인에 따라 뚜렷한 증감패턴을 나타냈다. 계절적 인 우점종이 Anabaena sp.에서 M. aeruginosa로 바뀌면서 microcystins 생성량이 현저하게 증가하는 현상이 관찰되었고, 주요 출현종 중 M. aeruginosa 밀도와 microcystins 농도 간의 상관성이 가장 높은 것으로 나타났으며, M. aeruginosa 균주들의 높은 독소 생성율을 고려할 때, M. aeruginosa가 남조류 독소인 microcystins 생성에 가장 기여도가 높은 것으로 확인되었다. Microcystins와 환경요인들 간의 상관성 분석결과, 조사된 6개 항목(수온, pH, 전도도, 총인, 총질소, 용존 규소) 중 수온과는 약 $20^{\circ}C$ 이상의 수온범위에서 역의 상관성이 있는 것으로 확인되었다.
Seasonal variations of cyanobacterial toxins (microcystins) in Yeongehun reservoir were studied from March to December, 2007. High level of microcystins production was shown during the late autumn and winter seasons. Total microcystins concentration increased sharply when the dominant species change...
Seasonal variations of cyanobacterial toxins (microcystins) in Yeongehun reservoir were studied from March to December, 2007. High level of microcystins production was shown during the late autumn and winter seasons. Total microcystins concentration increased sharply when the dominant species changed from Anabaena sp. to Microcystis aeruginosa. Microcystins-RR and -YR were the main components of the microcystins, whereas microcystin-LR was detected in small quantities. Especially, large amounts of microcystin-LR were detected when standing crops of M. aeruginosa increased exponentially. Total microcystins concentration showed a negative correlation with water temperature. However, total microcystins were lowly correlated with other environmental factors except for water temperature. As a result, this study clearly demonstrated that M. aeruginosa was the main producer of microcystins in Yeongchun reservoir.
Seasonal variations of cyanobacterial toxins (microcystins) in Yeongehun reservoir were studied from March to December, 2007. High level of microcystins production was shown during the late autumn and winter seasons. Total microcystins concentration increased sharply when the dominant species changed from Anabaena sp. to Microcystis aeruginosa. Microcystins-RR and -YR were the main components of the microcystins, whereas microcystin-LR was detected in small quantities. Especially, large amounts of microcystin-LR were detected when standing crops of M. aeruginosa increased exponentially. Total microcystins concentration showed a negative correlation with water temperature. However, total microcystins were lowly correlated with other environmental factors except for water temperature. As a result, this study clearly demonstrated that M. aeruginosa was the main producer of microcystins in Yeongchun reservoir.
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문제 정의
, 1998b; 이 등, 1999), 이들 연구는 남조류가 발생하는 특정 시기에 국한되어 수행되었으며, 특히 microcystins 생성의 구체적인 원인 들을 제시하지 못했다. 본 연구는 영천호를 대상으로 남 조류의 발생현황과 microcystins 생성 및 주요 환경요인 들을 계절별로 조사 , 분석하여 효율적인 수자원관리의 지침으로 활용하고자 하였다.
제안 방법
Microcystins 분석을 위한 현장의 남조류 시료들은 플랑크톤 네트 (KC, 25 pm mesh size, Denmark)를 이용하여 원수를 농축하여 채집하고 HPLC (Waters, USA)를이용하여 정 량하였다. 먼저 농축시료를 freeze drier (Lab- conco, USA)에서 동결건조 시킨 후, 시료들(약 100 mg DW -1)을 50 mL의 5% acetic acid로 sonication (FisherScientific, USA)하여 3회에 걸쳐 추출하였다.
정 량하였다. 먼저 농축시료를 freeze drier (Lab- conco, USA)에서 동결건조 시킨 후, 시료들(약 100 mg DW -1)을 50 mL의 5% acetic acid로 sonication (FisherScientific, USA)하여 3회에 걸쳐 추출하였다. 추출액은 15분 동안 4,000 g로 원심 분리하였으며, 상등액은 활성화된 Sep-Pak C18 cartridge (Waters, USA)에 흡착시켰다.
영천호를 대상으로 2007년 3월부터 12월까지 남조류 발생 현황, 환경요인, 남조류 독소인 microcystins의 생성농도를 조사 · 분석하였다. HPLC 분석방법으로 영천호의 계절별 microcystins 농도를 분석한 결과, 각 요인에 따라 뚜렷한 증감패턴을 나타냈다.
1). 조사는 2007년 3월부터 12월까지 매월 1회 이상 조사를 하였으며, 필요한 경우 주 단위로 조사하였다.
대상 데이터
조사대상 호소인 영천호는 경상북도 영천시 자양면의 낙동강 수계에 위치해 있으며, 높이 42m, 제방 길이 300 m, 총 저수량 9,640만 톤의 다목적댐으로 수도권 상수원으로 이용되고 있는 팔당호에 비해 규모는 작으나 상대적으로 수심이 깊고, 매년 조류에 의한 수화현상이 지속적으로 나타나 조류 대량증식이 우려되는 경북지역 주요상수원 중 하나이다(국립환경과학원, 2005; Fig. 1). 조사는 2007년 3월부터 12월까지 매월 1회 이상 조사를 하였으며, 필요한 경우 주 단위로 조사하였다.
이론/모형
군체를 이루는 Micricystis의 경우, 효율적 인계 수를 위하여 군체별로 크기와 비율을 고려한 후, 초음파 분쇄기 (Fisher Scientific, USA)를 통해 군체를 파쇄하여 단일세포를 계수하였다. 남조류의 동정은 Komarek(1991)과 Komarek and Anagnostidis (1999)과 참고하여 실시하였다.
수온, pH, 전도도 등은 현장 측정장비 (YSI 63/50 FT,USA)를 이용하여 현장에서 측정하였고, 식물플랑크톤 및 환경요인들의 분석을 위해 현장의 원수 2L를 채수하여 클로로필 a, 총 질소 및 총 인농도를 수질오염 공정시험 방법 (환경부 2000)에 따라 분석하였다. 식물플랑크톤의 계수를 위한 시료 (1L)는 LugoTs solution으로 현장에서 즉시 고정하여 실험실로 운반한 후 100 mL로 농축시키고 Sedgwick-Rafter counting chamber를 이용하여 광학현미경 (Zeiss Axioskop 2, Germany) 400~ 1,000배 하에서 계수하였다.
성능/효과
조사 · 분석하였다. HPLC 분석방법으로 영천호의 계절별 microcystins 농도를 분석한 결과, 각 요인에 따라 뚜렷한 증감패턴을 나타냈다. 계절적인 우점종이 Anabaena sp, 에서 M.
aeruginosa) 확인되었다(미발표 자료). M. aerugigosa는 7개의 분리균주들 중에서 1개를 제외한 모든 균주가 microcystins를 생성하였으며, aerugiTiosQ와 더불어 영천호에서 높은 현존량을 나타낸 M. aerugigosa는 21개의 균주를 분리했음에도 불구하고, 이들 중에서 1개의 균주만이 microcystins를 생성하였다. Anabaena sp.
aeruginosa) 확인되었다(미발표 자료). M. aewgimosa는 7개의 분리균주들 중에서 1개를 제외한 모든 균주가 microcystins를 생성하였으며, aerugiTiosQ와 더불어 영천호에서 높은 현존량을 나타낸 M. flos-aquae는 21개의 균주를 분리했음에도 불구하고, 이들 중에서 1개의 균주만이 microcystins를 생성하였다. Anabaena sp.
aeruginosa 균주들의 높은 독소 생성율을 고려할 때, M aeruginosa가 남조류 독소인 microcystins 생성에 가장 기여도가 높은 것으로 확인되었다. Microcystins와 환경요인들 간의 상관성 분석결과, 조사된 6개 항목(수온, pH, 전도도 총인, 총질소, 용존 규소 중 수온과는 약 20℃ 이상의 수온 범위에서 역의 상관성이 있는 것으로 확인되었다.
-YR, -LR) 농도를 보면, Anabaena sp.가 주로 우점한 10월 이전에는 microcystins 농도가 매우 낮은 가운데, 대부분 MC-RR이 검출되 었고, M. aeruginosa가 증가하기 시작한 9월에 들어 MC-RR과 더불어 MC-YR과 MC-LR의 검출이 확인되었으며, M. aeruginosa가 우점하기 시작한 10월 이후 MC-LR 농도는 뚜렷한 증가추세를 보였다(Fig. 6).
Anabaena sp.가 주로 우점한 기간 (6~ 8월) 동안 은 낮은 microcystins의 농도와 주된 독소로서 MC-RR 의 검출이 확인된 반면, M. aewgimosa(1의 뚜렷한 증가와 우점 이 관찰된 9월 중순 이후에는 microcystins 농도가 매우 증가한 가운데 MC-RR, -YR, -LR이 모두 검출되었다. Vezie et al.
HPLC 분석방법으로 영천호의 계절별 microcystins 농도를 분석한 결과, 각 요인에 따라 뚜렷한 증감패턴을 나타냈다. 계절적인 우점종이 Anabaena sp, 에서 M. aeruginosae- 바뀌면서 microcystins 생성량이 현저하게 증가하는 현상이 관찰되었고, 주요 출현종 중 Aaeruginosa 밀도와 microcystins 농도 간의 상관성이 가장 높은 것으로 나타났으며, M. aeruginosa 균주들의 높은 독소 생성율을 고려할 때, M aeruginosa가 남조류 독소인 microcystins 생성에 가장 기여도가 높은 것으로 확인되었다. Microcystins와 환경요인들 간의 상관성 분석결과, 조사된 6개 항목(수온, pH, 전도도 총인, 총질소, 용존 규소 중 수온과는 약 20℃ 이상의 수온 범위에서 역의 상관성이 있는 것으로 확인되었다.
fLos-aquae가 우점한 시기에는 MC-RR만 낮은 농도로 검출되어 전체 microcystins 농도에 대한 낮은 기여도를 보였다. 따라서, 영천호에서 microcystins 농도 변화는 M. aeFugimsa가 주도한 가운데 남조류 종들 간의 microcystins의 형태별 생성 양상에 의해서도 영향을 받는 것으로 판단되었다. 본 연구에서 조사된 영천호의 microcystins (-RR, -YR, -LR) 농도는 7월에 가장 낮은 9.
4). 또한, 6월 이후 남조류가 전체 식물플랑 크톤 군집에서 80% 이상의 높은 비율을 차지했음에도 불구하고 8월까지 microcystins 농도는 낮게 나타났으나, M. aeruginosa가 우점하기 시작한 10월 이후 microcystins의 농도는 급격히 증가하였다(Figs. 4, 5).
aeFugimsa가 주도한 가운데 남조류 종들 간의 microcystins의 형태별 생성 양상에 의해서도 영향을 받는 것으로 판단되었다. 본 연구에서 조사된 영천호의 microcystins (-RR, -YR, -LR) 농도는 7월에 가장 낮은 9.5 ㎍ g-1에서 11월에 가장 높은 82Llpigg을 나타냈다. 이 수준은 최대값을 기준으로 할 때 국내 합천호보다는 낮았으나, 장성호보다는 약간 높은 수준으로 평가되며, 외국의 선행 연구들과 비교 해 보면 영천호의 microcystins (-RR,-YR,-LR) 평균 농 도범위는 상대적으로 낮은 것으로 평가되었다(Table 4)
이는 microcystins 생성 이 현장의 환경요인들 및 남조류 개체들 간의 직 · 간접적인 상호작용에 따른 결과임을 의미한다. 비록 microcystins 생성에 대한 환경 요인들의 뚜렷한 영향은 밝히지 못했지만, 이번 연구는 M. aeruginosa가 영천호에서 microcystins을 발생시키는 주된 원인종임을 명확히 보여주었다. 따라서, 영천호가 상수원지로서 기능을 지속적으로 유지하기 위해서는 M.
식물플랑크톤 우점종의 계절적 변화는 규조류(Aulaco- seira ambigua, Aulacoseira distans)와 남조류(Anabaena sp., Microcystis aeruginosa, Microcystis flos-aquae)가 주도하는 양상을 보였다. 규조류는 A ambigua가 3월과 5 월, A ambigus는 4월에 각각 우점하였으며, 남조류의 경우 6월에 들어 M.
영천호에서 microcystins 농도와 환경요인들(수온, pH, 전도도, 총인, 총질소) 간에는 뚜렷한 상관성은 확인되지 않았으나, 수온의 경우, 다른 환경요인들에 비해 상대적으로 높은 음의 상관성을 나타내 었다 (Table 3). 영천호에서 남조류는 수온이 25℃와 30℃ 사이를 나타낸 여름철에 가장 높은 밀도를 나타내었으나, 이 기간에는 주로 Anabaena sp.
독소물질은 제 한인자들에 의해 야기된 스트레스에 의해 생성되는 이차 대사산물로 알려져 있다(Chorus, 2001). 영천호에서 검출 된 microcystins 농도와 환경요인들 간의 상관성을 분석한 결과, microcystins 농도는 수온과 유의성 있는역의 상관성 (R2=0.57,p<0.01)d을 보였다. 이러한 결과는 25℃ 이상의 수온에서는 microcystins 생성과 관련성이 낮은 Anabaena을 우점하였고, 수온이 저하된 10월에서 12월 사이에 microcystins 생성과 상관성 이 높았던 M.
aeruginosa가 우점하기 시작한 10월에 들어 microcystins의 농도는 급속히 증가하여 11월에 최대값이 821 ㎍g-1에 도달하였으며, Anabaena sp.와 M. aeruginosa의 현 존량은 microcystins 생성에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다(Fig. 4). 또한, 6월 이후 남조류가 전체 식물플랑 크톤 군집에서 80% 이상의 높은 비율을 차지했음에도 불구하고 8월까지 microcystins 농도는 낮게 나타났으나, M.
5 ㎍ g-1에서 11월에 가장 높은 82Llpigg을 나타냈다. 이 수준은 최대값을 기준으로 할 때 국내 합천호보다는 낮았으나, 장성호보다는 약간 높은 수준으로 평가되며, 외국의 선행 연구들과 비교 해 보면 영천호의 microcystins (-RR,-YR,-LR) 평균 농 도범위는 상대적으로 낮은 것으로 평가되었다(Table 4)
, 2004). 이번 연구결과에서 MC-RR과 MC-LR이 주된 독 소로 확인되었으며, MC-YRe 거의 검출되지 않았다. 이러한 양상은 선행연구들에서도 확인되었다.
의 경우, 분리된 4개의 균주가 모두 microcystins를 생성하지 않았다. 이번 연구결과와 선행연구들은 남조류 종들 간 독성 및 비독성 균주의 비율이 현장의 microcystins 농도 변화에 영향을 줄 수 있음을 시사하며, 특히 더 많은 독성균주를 포함하는 M. aerugigosa는 현장에서 microcystins 농도 증가와 관련성 이 있을 것으로 판단되었다.
의 경우, 분리된 4개의 균주가 모두 microcystins를 생성하지 않았다. 이번 연구결과와 선행연구들은 남조류 종들 간 독성 및 비독성 균주의 비율이 현장의 microcystins 농도 변화에 영향을 줄 수 있음을 시사하며, 특히 더 많은 독성균주를 포함하는 M. aerugigosa는 현장에서 microcystins 농도 증가와 관련성 이 있을 것으로 판단되었다.
fLos-aquae가 낮은 독성을 나타낸다고 보고 하였다. 이번 조사에서 6월에 M. flos-aquae가 9,500cells mLT의 높은 현존량을 나타냈음에도 불구하고 M. fLos-aquae와 비교하여 매우 낮은 microcystins 농도를 나타 내었으며, 앞서 언급한 분리균주들에서도 M. flos-aquae는 낮은 microcystins 생성능을 보였다. 따라서, 이번 연구를 통해 영천호에서 microcystins의 농도 변화는 Anabaena sp.
3). 전체 식물플랑크톤 구성비율에 있어서 규조류는 3월과 5월, 그리고 남조류 밀도가 감소한 12월에 가장 높은 구성 비율을 나타내었으며, 남조류는 6월에서 11월까지 대부분의 조사기간 동안 전체 식물플랑크톤 군집에서 가장 높은비율을 차지하였다 (Fig. 3).
반면에, 영천호에서 출현한 전체 Microcystis spp. 중 M. aesg/TiosQ의 현존량은 microcystins 농도와 매우 높은 상관성을 나타내었다. M.
aewgimosa가 이례적인 대발생을 보인 이번 연구결과와는 다른 양상을 보였다. 총인의 경우, 10월까지의 분석 결과에서는 microcystins 농도와 유의성 있는 상관성 (R2=0.43,p<0.05)을 나타내었으나, microcystins의 최대 값(821.1㎍ g-1)이 확인된 11월 시료에서는 총인의 농도 가 0.02mgLT으로 매우 낮게 조사되어 유의성이 없는 것으로 나타났다. 총인과 microcystins와의 상관성은 일부 문헌에서 유의하다고 보고한 바 있어 (Oh M al.
후속연구
, 2005). 따라서, 남조 류의 수화발생 지 역에서 microcystins 생성원인을 밝히기 위해서는 환경요인뿐만 아니라 microcystins 생성에 관여 하는 원인종을 밝혀내는 복합적인 연구가 수행되어야 한다.
aeruginosa가 영천호에서 microcystins을 발생시키는 주된 원인종임을 명확히 보여주었다. 따라서, 영천호가 상수원지로서 기능을 지속적으로 유지하기 위해서는 M. aewgimosa의 계절적 발생 양상과 microcystins 생성에 영향을 주는 주요 환경요인들에 대한 체계적인 모니터링 이 필요할 것으로 생각된다. 아울러 , microcystins 생성에는 낮은 기여도를 보였으나 조사기간동안 지속적으로 높은 현존량을 보인 Anabaena sp.
02mgLT으로 매우 낮게 조사되어 유의성이 없는 것으로 나타났다. 총인과 microcystins와의 상관성은 일부 문헌에서 유의하다고 보고한 바 있어 (Oh M al.,2001) 더 많은 조사결과를 이용한 추가적인 고찰이 더 필요할 것으로 생각된다.
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