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문제 정의
- 수온과 광주기와 같은 외부 환경인자 변화에 따른 대구의 생리반응에 관한 정보는 아직 밝혀지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 어류의 대사 생리 반응에 가장 큰 영향을 미치는 수온과 광주기 변화에 따른 어체 내 반응률을 파악함으로써 대구의 생리적 자료 수집에 목적이 있다.
제안 방법
- 계산된 산소 소비율은 1시간 단위로 pooling 하여 일간 산소 소비율 패턴과 시간당 평균 산소 소비율을 구하였으며, 수온 변화에 따른 대구 치어의 민감도를 파악하기 위하여 다음 식(Wuenschel et al. 2005)과 같이 Q10 값을 구하였다.
- 대구 치어의 산소 소비율 측정은 저수탱크(reservoir), 공급탱크(head tank), 산소 측정실, 호흡실 및 카트리지 필터로 이루어진 폐쇄 순환형 시스템(오와 노 2006)을 이용하였다. 공급탱크와 저수탱크 내에는 2~3개의 에어스톤을 블로워에 연결하여 95% 이상의 산소 포화도를 유지하였고, 실험 수온을 유지하기 위해 자동 온도 조절 장치가 연결되어 있는 히터와 냉각기를 설치하였다. 순환수는 저수탱크에서 양수되어 공급탱크로 들어가기 전에 1 µm의 카트리지 필터 1개를 연속적으로 거치도록 하여 입자성 부유물질의 영향을 최소화하였다.
- 실험 수온은 7, 10, 13 그리고 16oC로 설정하였으며, 10oC 실험구 1 set를 제외한 7oC와 13oC 실험구는 10oC로부터 3일간에 걸쳐 낮추거나 높였고, 16oC 실험구1 set는 6일간에 걸쳐 수온을 높였다. 광주기는 각 실험 수온 조건에서 24L:0D, 12L:12D 그리고 0L:24D로 달리하여 처리하였다. 즉, 실험 수온과 12L:12D 조건으로 순치된 각 set 내 세 수조 중 두 수조는 24L:0D와 0L:24D로 즉각적으로 변화시켰으며(Jonassen et al.
- 대구(Gadus macrocephalus) 치어의 수온과 광주기에 따른 대사율을 조사하기 위해 산소 소비율을 조사하였다. 절식한 대구 치어(평균 무게 79.
- 순치기간 동안 실험어는 시판용 해산어 상품사료(E-hwa Feed Co., Korea, 단백질 함량 46.7%)와 굴 성체를 적당한 크기로 잘라서 일간 어체중의 1.0~1.5%를 공급하였으며, 히터와 냉각기를 이용하여 수온을 10.0±0.1oC로 유지하였고, 32-W 형광등을 이용하여 광주기를 12L:12D로 조절하였다.
- 실내 수조에 순치된 실험어를 다시 200 l 유리수조 3개와 침지식 생물여과조(1.2×1.0×1.0 m, 1.2 ton)로 구성된 순환여과식 시스템 4 set, 총 12개의 유리수조에 8마리씩 분산 수용하였다.
- 실험어 수용 후 모든 수조는 10oC를 유지하였다. 실험 수온은 7, 10, 13 그리고 16oC로 설정하였으며, 10oC 실험구 1 set를 제외한 7oC와 13oC 실험구는 10oC로부터 3일간에 걸쳐 낮추거나 높였고, 16oC 실험구1 set는 6일간에 걸쳐 수온을 높였다. 광주기는 각 실험 수온 조건에서 24L:0D, 12L:12D 그리고 0L:24D로 달리하여 처리하였다.
- 순환수는 저수탱크에서 양수되어 공급탱크로 들어가기 전에 1 µm의 카트리지 필터 1개를 연속적으로 거치도록 하여 입자성 부유물질의 영향을 최소화하였다. 실험기간 동안 시스템 내에 생성된 미생물에 의한 미량의 산소 소비를 줄이기 위해 유수식 자외선 살균기(Model: P301, 처리 용량 3 ton/hr, 삼지통상)를 통과하여 재순환하도록 하였다. 용존산소의 측정은 실험어가 수용된 호흡실 전인 공급탱크 내에, 그리고 호흡실을 거친 후 설치된 산소 측정실에 각각 산소 probe를 설치하여 연속적으로 측정되도록 하였다.
- 실험어의 체중은 79.9±2.0 g이었으며, 호흡실에 각각 2마리씩 3반복 수용하여 실험을 실시하였다.
- 실험기간 동안 시스템 내에 생성된 미생물에 의한 미량의 산소 소비를 줄이기 위해 유수식 자외선 살균기(Model: P301, 처리 용량 3 ton/hr, 삼지통상)를 통과하여 재순환하도록 하였다. 용존산소의 측정은 실험어가 수용된 호흡실 전인 공급탱크 내에, 그리고 호흡실을 거친 후 설치된 산소 측정실에 각각 산소 probe를 설치하여 연속적으로 측정되도록 하였다. 유속은 호흡실 유입수와 배출수간 용존산소 농도 차이가 최소한 0.
- Louis, MO, USA)로 마취시켜 무게를 측정한 후 순치된 실험 조건의 호흡실에 수용하였다. 유리수조와 호흡실의 암조건은 별도로 제작된 차광막을 이용하여 빛을 차단하였고, 명조건은 32-W 형광등을 이용하여 유도하였다. 실험어의 체중은 79.
- 절식한 대구 치어(평균 무게 79.9±2.0 g)를 대상으로 네가지 수온(7, 10, 13, 16oC)과 세 가지 광주기(24L:0D, 12L:12D, 0L:24D) 조건에서 폐쇄 순환형 호흡 측정 시스템을 이용하여 24시간 동안 5분 간격으로(3반복) 산소 소비율을 측정하였다.
- 호흡실에 수용한 후 handling에 의한 영향을 배제하기 위하여 3시간 동안 안정시킨 후 그 후 24시간 동안 산소 소비율을 측정하였다(오와 노 2006).
대상 데이터
- 실험어는 경상남도 수산자원연구소에서 사육 중인 대구 치어를 사용하였다. 산소 소비율을 측정하기 전 실험어[71.
데이터처리
- 05)을 검정하였다. 각 수온과 광주기(12L:12D 조건의 명기와 암기 포함)에 따른 시간당 평균 산소 소비율은 one-way ANOVA를, 그리고 두 인자의 복합 영향은 two-way ANOVA를 통해 검정하였다.
- 모든 자료의 통계처리는 SPSS 11.5(SPSS Inc., USA) 통계 프로그램으로 분산분석(ANOVA)를 실시하여 Duncan's multiple range test로 평균간 유의성(P<0.05)을 검정하였다.
- 호흡실 유입수와 배출수의 용존산소 농도는 µLog VL 100 Software를 이용하여 5분마다 측정됨과 동시에 산소 측정 판넬을 통해 Data Logger에 저장되었다. 이들 자료를 프로그램을 통해 다운로드하여 분석에 이용하였다. 실험어의 산소 소비율(oxygen consumption rate, OCR)은 Jobling (1982)이 보고한 다음과 같은 방법에 따라 구하였다.
이론/모형
- Elliot and Davison (1975)이 보고한 산소 소모에 따른 에너지 전환 계수(1 ml O2=19.9 J=4.776 cal)를 이용하여 각 조건별 대사작용에 의한 에너지 소비율을 구하였다.
- 대구 치어의 산소 소비율 측정은 저수탱크(reservoir), 공급탱크(head tank), 산소 측정실, 호흡실 및 카트리지 필터로 이루어진 폐쇄 순환형 시스템(오와 노 2006)을 이용하였다. 공급탱크와 저수탱크 내에는 2~3개의 에어스톤을 블로워에 연결하여 95% 이상의 산소 포화도를 유지하였고, 실험 수온을 유지하기 위해 자동 온도 조절 장치가 연결되어 있는 히터와 냉각기를 설치하였다.
- 이들 자료를 프로그램을 통해 다운로드하여 분석에 이용하였다. 실험어의 산소 소비율(oxygen consumption rate, OCR)은 Jobling (1982)이 보고한 다음과 같은 방법에 따라 구하였다.
- 용존산소량의 측정은 호흡실 전후에 설치된 산소 측정 probe와 자료 저장 장치인 Multi Data Logger System(Oxyguard, Denmark)을 사용하였다. 호흡실 유입수와 배출수의 용존산소 농도는 µLog VL 100 Software를 이용하여 5분마다 측정됨과 동시에 산소 측정 판넬을 통해 Data Logger에 저장되었다.
성능/효과
- 28로 나타나, 7~10oC 구간에서 가장 높았다. 각 수온 범위에서 광주기에 따른 Q10 값은 12L:12D(10~13oC 제외)에서 가장 높은 반면, 24L:0D에서 가장 낮은 값을 보였다. 전 수온 범위(7~16oC)의 Q10 값 역시 12L:12D 조건에서 3.
- 따라서 동일 광주기 조건에서 수온이 높아질수록 시간당 평균 산소 소비율은 유의하게 증가하였다(P<0.001).
- 001). 따라서 명기와 암기가 반복될 때, 대구 치어의 시간당 평균 산소 소비율은 명기시에 비해 암기시 유의하게 감소하였다.
- 001), 모든 수온 조건에서 연속 명기일 때 가장 높았으며, 명기와 암기가 반복될 때 명기에서 증가하고 암기에서 감소하는 일주기 리듬을 보였다. 따라서 수온(P=0.000), 광주기(P=0.000) 그리고 두 인자의 상호작용(P=0.000) 모두가 대구 치어의 산소 소비율에 유의한 영향을 미쳤다(Table 1).
- 명기와 암기가 반복(12L:12D)될 경우 시간당 평균 산소 소비율은 수온 7, 10, 13 그리고 16oC에서 명기시 각각 1018.0, 1630.3, 1741.1 그리고 1818.3 mg O2 kg−1 h−1로서, 암기시(각각 638.1, 1074.9, 1433.4 그리고 1657.4 mg O2 kg−1 h−1) 보다 유의하게 높았다(Fig. 2, P<0.001).
- 모든 광주기 조건에서 수온 상승에 따라 산소 소비율은 유의적으로 증가하였다(P<0.001).
- 모든 수온 조건(7oC 제외)에서 연속 명기(24L:0D) 조건이 가장 높은 산소 소비율을 보였으며, 다음으로 12L:12D와 0L:24D순이었으며(P<0.001), 12L:12D 조건의 명기에서의 산소 소비율은 같은 조건의 암기 때보다 유의하게 높은 산소 소비율을 보였다(P<0.001).
- 이와 같은 차이는 실험이 이루어진 수온 범위, 실험 방법, 어종, 크기 및 순치 조건 등에 기인한 것으로 생각된다. 본 실험 결과 가장 낮은 수온 범위인 7~10oC 범위에서 가장 높은 Q10 값(3.19~5.13)을 보였으며, 이전의 대서양대구(Saunders 1963), Gray snapper Lutjanus griseus(Wuenschel et al. 2005) 그리고 볼락(오와 노 2006)의 결과와 유사하였다. 따라서 대구 치어는 수온이 상승하기 시작하는 봄철에 높은 대사율 증가가 예상되며, 이에 따른 적절한 용존산소 관리와 에너지 손실에 따른 먹이 공급이 충분이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
- 광주기 변화 역시 대구 치어의 산소 소비율에 영향을 미쳤다. 본 실험 결과 명기가 지속될 경우 가장 높은 산소 소비율을 보였으며, 이것은 참메기 Silurus asotus(조와 김 1999)와 돌돔 Oplegnathus fasciatus(오 등 2006)의 결과와 일치하였다. 이들 어종의 경우 수온 상승과 상관없이 명기가 지속될 때(24L:0D) 가장 높은 산소 소비율을 보였으며, 다음으로 12L:12D 그리고 0L:24D 순으로 나타나 본 실험 결과와 일치하였다.
- (1995)은 turbot(Scophthalmus maximus)을 대상으로 한 실험에서 24L:0D 조건이 자연 광주기 조건과 16L:8D 조건보다 높은 산소 소비율을 보인다고 보고하였고, 지속적인 명기 조건은 어류의 유영 등 움직임을 높이기 때문이라고 고찰하였다. 본 실험 역시 지속적인 명조건의 경우 대구 치어의 활발한 움직임을 관찰할 수 있었지만, 지속적인 암조건의 경우 호흡실 내 바닥에서 거의 움직임이 없는 상태를 유지하는 것으로 보아 명암이 대구 치어의 활동성에 직접적인 영향을 미치는 것으로 생각된다. 이 밖에 Björnsson (1997)은 연어를 대상으로 실험한 결과 수온에 상관없이 광주기의 변화가 체내 성장 호르몬의 분비 등 대사회전(turnover)을 높여 산소 소비율을 증가시킨다는 보고도 있어, 이에 대한 연구가 앞으로 필요하다.
- 4배 증가한다고 보고하였다. 본 실험의 경우 수온이 7oC에서16oC로 상승할 경우 광주기 조건에 따라 약 1.6~2.6배 대사율이 증가하는 것으로 나타났다. 이와 같은 차이는 실험종, 크기, 실험 수온, 광주기, 절식 기간 그리고 산소 소비율의 측정 방법 및 시스템 등에 기인한 것으로 판단된다.
- 수온에 따른 시간당 평균 산소 소비율은 24시간 연속 명기 조건(24L:0D)의 경우 7, 10, 13 그리고 16oC에서 각각 1108.4, 1570.3, 1742.5 그리고 1818.6 mg O2 kg−1 h−1이었고, 12시간 명기와 12시간 암기 조건(12L:12D)의 경우 각각 828.1, 1352.6, 1587.3 그리고 1737.8 mg O2 kg−1 h−1이었으며, 24시간 암기 조건(0L:24D)의 경우 각각 793.7, 1145.7, 1352.8 그리고 1458.2 mg O2 kg−1 h−1이었다.
- 수온에 따른 일간 평균 대사 에너지 소비율은 24L:0D 조건의 경우 7, 10, 13 그리고 16oC에서 각각 755.9, 1072.3, 1190.1 그리고 1247.0 kJ kg−1d−1이었고, 12L:12D 조건의 경우 각각 565.9, 923.7, 1084.4 그리고 1186.7 kJ kg−1d−1이었으며, 0L:24D 조건의 경우 각각 542.1, 782.6, 929.1 그리고 996.1 kJ kg−1d−1로 나타나, 수온 상승과 연속 명기 조건에서 높은 대사 에너지 소비율을 보였다(P<0.001).
- 1과 Table 1에 나타내었다. 연속 명기 조건(24L:0D)과 연속 암기 조건(0L:24D)의 일간 산소 소비율 패턴의 경우 동일 수온 조건에서 큰 변화가 없었지만, 12시간 명기와 12시간 암기 조건(12L:12D)의 경우 모든 수온 조건에서 명기에서 암기로 변화하면서 산소 소비율이 감소하는 경향을 보였다(Fig. 1).
- 본 실험 결과 명기가 지속될 경우 가장 높은 산소 소비율을 보였으며, 이것은 참메기 Silurus asotus(조와 김 1999)와 돌돔 Oplegnathus fasciatus(오 등 2006)의 결과와 일치하였다. 이들 어종의 경우 수온 상승과 상관없이 명기가 지속될 때(24L:0D) 가장 높은 산소 소비율을 보였으며, 다음으로 12L:12D 그리고 0L:24D 순으로 나타나 본 실험 결과와 일치하였다. 그러나 볼락(Sebastes inermis)의 경우 수온 상승시 24L:0D 조건보다 12L:12D 조건에서 더 높은 산소 소비율을 보여(오와 노 2006) 본 실험과 차이를 보였지만, 명기시의 산소 소비율이 암기시 보다 항상 높은 결과를 보였다.
- 이상의 결과에서 대구 치어의 시간당 평균 산소 소비율은 수온이 높아질수록 유의하게 증가하였고(P<0.001), 모든 수온 조건에서 연속 명기일 때 가장 높았으며, 명기와 암기가 반복될 때 명기에서 증가하고 암기에서 감소하는 일주기 리듬을 보였다.
후속연구
- 이 밖에 Björnsson (1997)은 연어를 대상으로 실험한 결과 수온에 상관없이 광주기의 변화가 체내 성장 호르몬의 분비 등 대사회전(turnover)을 높여 산소 소비율을 증가시킨다는 보고도 있어, 이에 대한 연구가 앞으로 필요하다.
- 35이었다. 이상의 결과에서 수온과 광주기 그리고 두 인자의 상호작용 모두가 대구 치어의 산소 소비율에 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 본 연구 결과는 대구 치어 사육을 위한 시스템 내 용존산소 요구량을 추정하고 관리 방안을 구축하는데 필요한 정보를 제공한다.
- 이상의 결과에서 수온과 광주기는 대구 치어의 대사율에 직접적인 영향을 미치는 대사조절인자로 작용하였으며, 각 인자에 따른 정량적 대사율은 시스템 내 용존산소 요구량 및 사료 내 에너지 요구량 등 대구 치어 사육 관리를 위한 기본적인 정보로 활용할 수 있을 것이다.
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