[논문]신규 살조물질인 Thiazolidinedione 유도체 (TD49)의 해양생태계에 대한 급성독성평가

임은채; 신준재; 박인택; 한효경; 김시욱; 조훈; 김성준

신규 살조물질인 Thiazolidinedione 유도체 (TD49)의 해양생태계에 대한 급성독성평가
Acute Toxicity Assessment of New Algicides, Thiazolidinedione Derivative (TD49) to Marine Ecosystem 원문보기

KSBB Journal, v.25 no.6, 2010년, pp.527 - 532

임은채 (전남대학교 바이오에너지 및 바이오소재협동과정) , 신준재 (전남대학교 바이오에너지 및 바이오소재협동과정) , 박인택 (전남대학교 환경공학과) , 한효경 (동국대학교 약학대학 약학과) , 김시욱 (조선대학교 환경공학과) , 조훈 (조선대학교 응용화학소재공학과) , 김성준 (전남대학교 환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

A thiazolidinedione derivative, TD49 with the highly selective algicide to red tide was newly synthesized and its acute toxicity was examined in order to evaluate the effect on aquatic ecosystems of coast. Major three species having important role in the food chain of marine ecosystem, such as Skeletonema costatum of microalgae, Daphnia magna of crustacea, Paralichthys olivaceus of flatfish fingerling were employed for the acute toxicity assessment. $EC_50$ or $LC_50$ as the assessment criterion was investigated to each specie, and NOEC (No Observed Effect Concentration) and PNEC (Predicted No Effect Concentration) from most sensitive specie to toxicity of TD49 were further calculated. $EC_50$ of S. costatum in 96-hour, $EC_50$ of D. magna in 48-hour, and $LC_50$ of P. olivaceus in 72-hour for TD49 were $0.34\;{\mu}M$, $0.68\;{\mu}M$, and $0.58\;{\mu}M$, respectively. NOEC from the results of S. costatum was estimated to be $0.20\;{\mu}M$ and PNEC was estimated as 3.40 nM by applying factor value of 100 to $EC_50$ $0.34\;{\mu}M$ of S. costatum. In addition, it was revealed that Solutol used as the dispersing agent of TD49 had very little toxic influence under the concentration range of $0{\sim}0.4\;{\mu}M$ used in TD49 toxicity experiment. Although the estimated concentration of TD49 that will be sprayed onto the coastal field for the algicide is higher than NOEC value, it is considered that the spraying concentration would not be a considerable problem due to a dilution effect by tide at the opened coast.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

우리의 이전 연구에서는 신규 살조제 TD49의 수생태계에 미치는 독성영향을 평가하고자 ISO 표준방법으로 신규로 채택된 구멍갈파래를 이용한 독성평가를 실시하였다. 그러나 단일 종만을 평가하는 것으로 해양 생태계에 끼치는 독성 영향을 평가하는 것은 한계가 있다고 판단되어, 본 연구에서는 OECD 표준방법인 먹이사슬의 주요 3가지 생물종을 대상으로 하여 급성 독성을 평가하고자 한다. 본 연구의 생물노출평가에는 1차생산자의 대표적인 조류인 Skeletonema costatum, 중간단계인 갑각류 Daphnia magna, 최종단계인 어류 Paralichthys olivaceus에 대한 급성독성을 조사한다.
그리고 가장 예민한 생물종에 대한 관찰무영향농도 NOEC (No Observed Effect Concentration)를 도출하였다. 나아가 실험대상 생물 중 가장 민감한 종의 급성 독성값에 불확실성의 일정평가인자 (constant assessment factor)를 적용하여 예측무영향농도 PNEC (Predicted No Effect Concentration)를 도출 [10]하여 생태계의 다른 생물종에 대한 안정한 범위의 농도를 제시하고자 한다. 또한 도출된 실험결과를 토대로 이전 연구에서 단일종인 구멍갈파래의 급성독성평가 결과 [11]와의 비교평가를 통해 TD49의 해양생태계에 대한 독성도 예측의 신뢰성을 향상시키고자 한다.
넙치 치어 Paralichthys olivaceus는 우리나라의 대표적인 양식어종으로 저서성이며, 다른 어종에 비하여 이동범위가 좁기 때문에 연안 또는 내만 지역에서 발생하는 적조 구제를 위해 살조제 살포시 직접적인 영향을 받을 가능성이 높은 것을 고려하여 본 실험에 이용하였다. 실험에 이용된 넙치 치어 (P.
넙치 치어의 독성 평가 기간 동안 증발량과 염분도의 변화에 따른 영향을 고려하기 위해 지속적으로 관찰하였다. 그 결과 시간에 따른 증발량은 100~400 mL사이로 수조의 위치에 따른 증발량이 다르게 나타났다.
나아가 실험대상 생물 중 가장 민감한 종의 급성 독성값에 불확실성의 일정평가인자 (constant assessment factor)를 적용하여 예측무영향농도 PNEC (Predicted No Effect Concentration)를 도출 [10]하여 생태계의 다른 생물종에 대한 안정한 범위의 농도를 제시하고자 한다. 또한 도출된 실험결과를 토대로 이전 연구에서 단일종인 구멍갈파래의 급성독성평가 결과 [11]와의 비교평가를 통해 TD49의 해양생태계에 대한 독성도 예측의 신뢰성을 향상시키고자 한다.
그러나 단일 종만을 평가하는 것으로 해양 생태계에 끼치는 독성 영향을 평가하는 것은 한계가 있다고 판단되어, 본 연구에서는 OECD 표준방법인 먹이사슬의 주요 3가지 생물종을 대상으로 하여 급성 독성을 평가하고자 한다. 본 연구의 생물노출평가에는 1차생산자의 대표적인 조류인 Skeletonema costatum, 중간단계인 갑각류 Daphnia magna, 최종단계인 어류 Paralichthys olivaceus에 대한 급성독성을 조사한다. 그리고 가장 예민한 생물종에 대한 관찰무영향농도 NOEC (No Observed Effect Concentration)를 도출하였다.

제안 방법

이때 움직임이 거의 없는 것도 죽은 것으로 간주한다. 48시간 EC₅₀를 독성평가 사용하였다. 실험 기간 동안 pH, 온도를 모니터하였다.
TD49와 그 분산제 Solutol을 각 농도별 (0, 0.025, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4 μM) 3개씩 처리하여 (n = 3), EPA기준에 준하여 96시간 EC50를 조사하였다.
을 계산하고 가장 민감한 종에 대해서는 NOEC를 도출하였다. 그리고 가장 민감한 종의 LC₅₀ 또는 EC₅₀ 값에 일정평가인자 100을 적용하여 PNEC를 예측하여 TD49의 해양환경에 대한 포괄적인 독성평가를 수행하였다.
본 연구의 생물노출평가에는 1차생산자의 대표적인 조류인 Skeletonema costatum, 중간단계인 갑각류 Daphnia magna, 최종단계인 어류 Paralichthys olivaceus에 대한 급성독성을 조사한다. 그리고 가장 예민한 생물종에 대한 관찰무영향농도 NOEC (No Observed Effect Concentration)를 도출하였다. 나아가 실험대상 생물 중 가장 민감한 종의 급성 독성값에 불확실성의 일정평가인자 (constant assessment factor)를 적용하여 예측무영향농도 PNEC (Predicted No Effect Concentration)를 도출 [10]하여 생태계의 다른 생물종에 대한 안정한 범위의 농도를 제시하고자 한다.
넙치 치어의 크기는 25~40 mm 고 중량은 0.7 ± 0.3 g 이며, 넙치 치어의 사육 환경은 온도 21~23℃, 사료양은 어체중 (습중량)의 5%로 2회에 걸쳐서 나누어 공급하였고, 실험 기간동안에는 먹이 공급을 중단하였다.
24시간마다 치사한 개체를 관찰하였으며, 급성독성의 결과로서 72시간 LC₅₀은 SPSS program으로 통계처리 하여 산출하였다. 또한 실험 기간 동안 수조의 타 환경인자인 pH, DO, 염분도 (ATAGO, S/Mill-E, Japan)의 변화를 측정하였다.
또한 실험 기간 동안 초기와 최종상태에서의 pH 및 온도를 모니터하여 실험과정에서의 S. costatum에 대한 영향정도를 조사하였다.
본 연구에서는 TD49의 PNEC 값이 3.40 nM로 평가되었으나, 이전에 수행한 단일 종의 구멍갈파래 EC50 0.18 μM에 불확실성 일정평가인자 1000을 적용한 결과 PNEC 0.18 nM로 예측하였다 [11].
본 연구에서도 3종의 급성노출평가 결과 값을 이용하여 LC₅₀ 또는 EC₅₀을 계산하고 가장 민감한 종에 대해서는 NOEC를 도출하였다. 그리고 가장 민감한 종의 LC₅₀ 또는 EC₅₀ 값에 일정평가인자 100을 적용하여 PNEC를 예측하여 TD49의 해양환경에 대한 포괄적인 독성평가를 수행하였다.
생후 1일 미만의 D. magna를 10마리씩 100 mL 비커에 넣고 TD49 및 분산제인 Solutol을 0, 0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 1.8 μM 농도로 3개씩 처리한 후 24, 48시간의 생존 수를 파악한다.
48시간 EC₅₀를 독성평가 사용하였다. 실험 기간 동안 pH, 온도를 모니터하였다.
연안에 발생되는 유해적조에 대해 선택적 살조능력을 향상시키기 위해 신규로 합성된 Thiazolidinedione 유도체 TD49 살조물질이 해양생태계에 끼치는 독성 영향을 평가하고자 먹이사슬의 주요 3생물종: 미세조류인 S. costatum, 갑각류인 D. magna, 어류인 넙치 치어 P. olivaceus에 대한 생물노출 급성독성평가를 실시하였다. S.
예비실험을 바탕으로 0.1~1.6 μM의 범위에서 대조구를 포함하여 6개 농도구 (0, 0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 1.6 μM)를 3반복으로 설정하였다.
초기 세포농도 (7.7 × 104 cells/mL), 광주기 (14 L/10 D), 온도 (20 ± 1℃), 습도 (80%)를 실험 기간 동안 유지하고, OD 750 nm, Chlorophyll a 및 세포수 (혈구 계산판)를 측정하였다.
해수는 한 수조에 3L씩 사용하였으며, 실험 시 사용된 개체 수는 한 수조에 10마리, 처리농도 별로 3개의 수조를 설치하여 살조제 TD49 및 그 분산제 Solutol에 대해 어류 급성 독성평가를 실시하였다. 예비실험을 바탕으로 0.

대상 데이터

TD49의 구조는 Fig. 1에 나타내었으며, 조선대학교 조훈교수로부터 신규로 합성한 TD49를 제공받았다 [9]. TD49 (MW: 337.
TD49의 급성노출평가용 희석수는 S. costatum은 JM배지, D. magna는 M4배지, 넙치 치어에 대해서는 인공해수를 사용하였다.
olivaceus)는 무안군 소재 육상 수조식 치어 부화장(D수산)으로부터 분양받아 사용하였다. 넙치 치어는 평균 체중 0.23 g, 전장 3.27 cm로 부화 된지 약 60일이 경과된 상태로 실험실에서 2일간 순치시킨 후 실험에 이용하였다. 넙치 치어의 크기는 25~40 mm 고 중량은 0.
물벼룩 (Daphnia magna)은 화학독성평가 연구원에서 분양받아 이용하였으며 이는 OECD에서 지정한 대표 생물종이다. 생후 1일 미만의 D.
광주기는 12시간 조명, 12시간 무조명을 유지하였다. 실험에 사용된 해수는 해수염(TetraMarine salt pro, United Pet Group. Inc)을 구입하여 증류수 1 L당 33 g을 넣어 제조하여 사용하였다.
실험에 이용된 S. costatum은 OECD에서 지정한 대표생물종이다.
넙치 치어 Paralichthys olivaceus는 우리나라의 대표적인 양식어종으로 저서성이며, 다른 어종에 비하여 이동범위가 좁기 때문에 연안 또는 내만 지역에서 발생하는 적조 구제를 위해 살조제 살포시 직접적인 영향을 받을 가능성이 높은 것을 고려하여 본 실험에 이용하였다. 실험에 이용된 넙치 치어 (P. olivaceus)는 무안군 소재 육상 수조식 치어 부화장(D수산)으로부터 분양받아 사용하였다. 넙치 치어는 평균 체중 0.

데이터처리

6 μM)를 3반복으로 설정하였다. 24시간마다 치사한 개체를 관찰하였으며, 급성독성의 결과로서 72시간 LC₅₀은 SPSS program으로 통계처리 하여 산출하였다. 또한 실험 기간 동안 수조의 타 환경인자인 pH, DO, 염분도 (ATAGO, S/Mill-E, Japan)의 변화를 측정하였다.

이론/모형

동량 5 mL의 90% acetone을 넣어 하룻밤 보관 후 다시 4℃, 12,000 rpm으로 10분간 원심 분리하고 상층액을 채취한 후 665, 645, 630 nm에서 색소의 흡광도를 측정한다. Parsons and Strickland [12]의 방법으로 계산하여 chlorophyll a 함유량을 구한다.
TD49 (MW: 337.8)의 용해는 동국대학교 한효경교수가 개발한 방법 [9]에 따라 TD49 (MW: 337.8)와 분산제 Solutol® HS15 (MW: 960), (BASF, Ludwigshafen, Germany)를 함께 100% 에탄올에 완전히 용해시킨 후에, 용매는 상온에서 진공펌프를 이용하여 제거시킨다.
각 농도별 희석수는 Elendt and Bias [14], Samel et al. [15]가 제시한 실험방법에 의거 M4배지를 이용하였다. 이때 움직임이 거의 없는 것도 죽은 것으로 간주한다.

성능/효과

D. magna의 시간경과에 따른 생존율을 대조구와 비교하여 조사한 결과 TD49의 경우 0.8~1.6 μM에서 급격하게 저하되는 것을 알 수 있었다 (Fig. 5).
D. magna의 치사율을 대조구에 대한 백분율로 나타낸 결과, TD49 농도의 증가에 따라 줄어드는 것을 확인 하였으나 분산제인 Solutol의 경우에는 거의 영향이 없음을 알 수 있다 (Fig. 5). 이때에 D.
70 μM로서 비교적 강한 독성을 나타냈다. 같은 1차 생산자이지만 대상 생물종에 따라 그리고 독성물질에 따라 많이 상이함을 확인할 수 있었다. 따라서 여타의 급성독성평가 방법을 이용하여 추가적인 노출평가를 수행하여 급성독성평가의 신뢰성을 향상시킬 필요가 있다고 판단된다.
넙치 치어의 독성 평가 기간 동안 증발량과 염분도의 변화에 따른 영향을 고려하기 위해 지속적으로 관찰하였다. 그 결과 시간에 따른 증발량은 100~400 mL사이로 수조의 위치에 따른 증발량이 다르게 나타났다. 염분 농도는 TD49와 Solutol의 농도가 높아질수록 약간 높게 나타났다 (Fig.
7). 그러나 실험 결과를 고려할 때, 수조에서의 증발량과 염분 농도의 변화가 넙치 치어에 끼치는 영향은 거의 없는 것으로 판단된다.
20 μM을 도출하였다. 그리고 가장 민감한 종인 S. costatum의 EC₅₀값에 일정평가인자 100을 적용하여 PNEC를 계산한 결과, 3.40 nM로 예측되었다 (Table 1).
넙치 치어의 TD49에 대한 LC50값은 D. magna의 EC50 0.68 μM 에 비해 보다 약간 낮아 넙치 치어가 물벼룩보다는 TD49독성에 민감하게 나타났다.
13 μM이 되어 NOEC 보다 낮은 농도가 된다. 또한 본 연구 결과는 실험실 내에서 폐쇄적인 상태에서 독성을 평가한 결과이나 개방상태의 현장에서는 바람과 조류에 의한 희석 등의 다양한 독성 저감 변수가 존재하기 때문에 독성효과가 실제로 더 낮아질 것으로 사료된다. 그러므로 TD49의 연안 생태계에서의 독성영향은 우려할 만큼의 독성을 끼치지 않을 것으로 생각된다.
본 연구의 3종에 대한 급성 생물노출 독성평가 결과로부터, S. costatum에 대한 독성이 가장 민감하게 나타나, S. costatum의 독성치로부터 NOEC 값 0.20 μM을 도출하였다.
일련의 실험결과 세 종 가운데 가장 민감한 반응을 나타낸 S. costatum에 대한 결과로부터 도출한 NOEC는 0.20 μM로 계산되었으며, S. costatum의 EC50값으로부터 PNEC 3.37 nM이 예측되었다.
38 μM를 나타내었다. 측정 방법에 따라서 급성 독성값이 약간의 차이는 보이나 대체로 비슷한 범위 내에서 독성을 나타냄을 알 수 있으며 이는 세 가지 평가방법간의 상관성이 높음을 시사하고 본 연구의 실험결과도 비교적 높은 신뢰성을 갖는다고 평가할 수 있다.
37 nM이 예측되었다. 한편 TD49에 포함된 분산제 Solutol의 독성은 TD49 살포적용 범위의 농도에서 독성은 영향이 거의 없는 것으로 나타났다. 한편 TD49의 분산제로 사용된 Solutol의 독성은 실제 살포 농도범위에서 거의 독성을 보이지 않았다.

후속연구

같은 1차 생산자이지만 대상 생물종에 따라 그리고 독성물질에 따라 많이 상이함을 확인할 수 있었다. 따라서 여타의 급성독성평가 방법을 이용하여 추가적인 노출평가를 수행하여 급성독성평가의 신뢰성을 향상시킬 필요가 있다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유해성 적조가 발생하면 적조를 구제하기 위해 황토나 점토를 살포하는 방법의 문제점?	현재 유해성 적조가 발생하면 적조를 구제하기 위해 황토 [4,5]나 점토 [6]를 살포하고 있다. 그러나 이러한 방법은 저서생물의 호흡이나 신진대사를 방해하는 2차적 문제를 일으킬 수 있다 [7,8]. 당 연구팀은 유해성 적조가 발생했을 때 적조생물을 효과적으로 제거하면서 해양 생태계에 미치는 독성 영향을 최소화하고 2차 오염이 없는 환경친화적 적조 방제기술 개발을 위한 연구를 수행하고 있다.
	우리나라 연안 해역에서의 적조발생빈도가 잦음으로 인해 어떤 문제가 생기는가?	우리나라에서는 연안 해역에서의 적조발생빈도가 잦은데 이로 인해 매년 심각한 수산피해를 야기하며 환경과 인간 건강에 위해를 끼치고 있다 [1]. 적조방제와 관련한 물리화 학적, 생물학적 적조구제기술 등에 많은 연구가 수행되었다 [2,3].
	D. magna는 먹이사슬의 어디에 위치하는가?	D. magna는 먹이사슬의 1차 소비자 단계이면서 어류의 먹이가 되기에 위치상 매우 중요하다. D.

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Samel, A., M. Ziegenfuss, C.E. Goulden, S. Banks, and K. N. Baer (1999) Culturing and bioassay testing of Daphnia magna using Elendt M4, Elendt M7, and COMBO media. Ecotoxicol. Environ. Saf. 43: 103-119.

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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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