대형갈조류 곰피 (Ecklonia stolonifera Okamura) 유리배우체의 재생 및 성숙 유도 Inducing the Regeneration and Maturation of Free-living Gametophytes of Ecklonia stolonifera Okamura (Laminariales, Phaeophyta)원문보기
The Induction of regeneration and maturation in the free-living gametophytes of Ecklonia stolonifera Okamura was studied at four temperatures (5, 10, 15, and $20^{\circ}C$), four levels of irradiance (5, 10, 20, and 40 ${\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$) and three photoperiods (14:10, 12...
The Induction of regeneration and maturation in the free-living gametophytes of Ecklonia stolonifera Okamura was studied at four temperatures (5, 10, 15, and $20^{\circ}C$), four levels of irradiance (5, 10, 20, and 40 ${\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$) and three photoperiods (14:10, 12:12, and 10:14 h L:D). Female gametophyte fragments were maintained in active regeneration without reaching sexual maturity under $5{\sim}10^{\circ}C$, 10 ${\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$, 10:14 h (L:D), whereas the conditions for male gametophytes were slightly different at $20^{\circ}C$, 40 ${\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$, 10:14 h (L:D). The sexual maturation of female and male gametophytes was facilitated at $15^{\circ}C$, 20 ${\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$, 14:10 h (L:D). These results provide basic information for controlling the regeneration and maturation of the free-living gametophytes for artificial seed production of E. stolonifera.
The Induction of regeneration and maturation in the free-living gametophytes of Ecklonia stolonifera Okamura was studied at four temperatures (5, 10, 15, and $20^{\circ}C$), four levels of irradiance (5, 10, 20, and 40 ${\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$) and three photoperiods (14:10, 12:12, and 10:14 h L:D). Female gametophyte fragments were maintained in active regeneration without reaching sexual maturity under $5{\sim}10^{\circ}C$, 10 ${\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$, 10:14 h (L:D), whereas the conditions for male gametophytes were slightly different at $20^{\circ}C$, 40 ${\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$, 10:14 h (L:D). The sexual maturation of female and male gametophytes was facilitated at $15^{\circ}C$, 20 ${\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$, 14:10 h (L:D). These results provide basic information for controlling the regeneration and maturation of the free-living gametophytes for artificial seed production of E. stolonifera.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 곰피 암수 배우체의 분리 배양 및 생장과 성숙 조건을 파악하여 안정적인 유리배우체의 배양조건을 확립함으로써 효율적인 곰피 양식의 기초를 마련하고자 하였다.
가설 설정
C: A germling after zoospore release. D: Female gametophyte after 3 days culture. E: Male gametophytes after 3 days culture.
D: Female gametophyte after 3 days culture. E: Male gametophytes after 3 days culture. F: A cluster of female gametophytes.
E: Male gametophytes after 3 days culture. F: A cluster of female gametophytes. G: A cluster of male gametophytes.
G: A cluster of male gametophytes. H: A fragment of female gametophytes. I: A fragment of male gametophyte.
K: A cluster of cloned male gametophyte from a zoospore. L: Oogonia formation (arrow head) from a female gametophyte fragment. M: Spermatia formation (arrow head) from a male gametophyte fragment.
제안 방법
1과 같이 유주자액을 차례로 분주하여 밀도를 낮추었다. 4-5일 후 배우체가 암수로 구별되면 도립현미경 (Axio Observer A1, Carl zeiss, Germany)하에서 각각 암배우체와 수배우체로 구분하여 별도의 직경 5 cm의 멸균된 petri dish에 수용하여 PESI 배양액 20 ml를 넣어 2-3일 간격으로 환수하였다. 암수배우체의 생장에 따라 배양용기를 250 ml로 옮겨 주고 PESI 배지를 첨가하여 각각의 암수배우체 덩어리가 직경 5 mm 크기에 도달할 때까지 50-60일간 통기배양 하였다.
곰피 엽체 (Fig. 1 A)의 자낭반 (Fig. 1 B)으로부터 방출된 유주자 (Fig. 1 C)는 방출 즉시 기물에 부착하여 구형으로 착생하였으며, 10℃와 20 μmol m-2 s-1 및 10:14 h (L:D) 광주기 조건에서 배양 3일 후 각각 암배우체 (Fig. 1 D) 또는 수배우체 (Fig. 1 E) 로 생장하였다.
를 멸균해수 100 ml와 함께 200 ml 비이커에 넣고 각각 호모게나이저 (DI 25basic, GMBH & Co., Germany)를 이용해 8,000 rpm의 속도로 1분, 3분, 5분간 세단한 후 암·수 배우체를 분리하여 15℃와 20 μmol m-2 s-1 의 조건에서 12 multi well-plate를 사용하여 7일간 정치배양한 후 배우체의 길이생장은 도립현미경 (Axio Observer A1, Carl zeiss, Germany)하에서 측정하였다.
모조는 Ice box에 넣어 즉시 실험실로 운반한 뒤, 자낭반 부분을 절취하여 멸균해수로 수 회 세척한 후 멸균해수를 200 ml 채운 500 ml 용량의 비이커에 자낭반 조각을 넣고, Incubator (EYELA MTI-202B, Japan)을 이용하여 10℃, 20 μmol m-2 s-1 및 10:14 h (L:D)조건에서 4시간 동안 유주자 방출을 유도하였다.
배양조건은 4개의 온도구간 (5, 10, 15, 20℃)과 4개 조도구간 (5, 10, 20, 40 μmol m-2 s-1) 및 3개 광주기 구간 [10:14, 12:12, 14:10 h (L:D)]으로 조정하여 Incubator (EYELA MTI-202B, Japan)에서 배양하였고, 배우체의 길이생장 및 성숙 여부를 도립현미경 (Axio Observer A1, Carl zeiss, Germany)으로 관찰하였다.
, Germany)를 이용해 8,000 rpm의 속도로 1분, 3분, 5분간 세단한 후 암·수 배우체를 분리하여 15℃와 20 μmol m-2 s-1 의 조건에서 12 multi well-plate를 사용하여 7일간 정치배양한 후 배우체의 길이생장은 도립현미경 (Axio Observer A1, Carl zeiss, Germany)하에서 측정하였다. 세단된 배우체의 재생길이는 배양 시작시의 배우체 평균 길이를 배양완료시의 그것과 비교하여 구하였다.
4-5일 후 배우체가 암수로 구별되면 도립현미경 (Axio Observer A1, Carl zeiss, Germany)하에서 각각 암배우체와 수배우체로 구분하여 별도의 직경 5 cm의 멸균된 petri dish에 수용하여 PESI 배양액 20 ml를 넣어 2-3일 간격으로 환수하였다. 암수배우체의 생장에 따라 배양용기를 250 ml로 옮겨 주고 PESI 배지를 첨가하여 각각의 암수배우체 덩어리가 직경 5 mm 크기에 도달할 때까지 50-60일간 통기배양 하였다.
, Germany)로 분쇄 후 절단된 배우체 단편들 중에서 분지가 없는 상태의 것을 선별해 사용하였으며, PESI 배지는 7일마다 교환해 주었다. 유리배우체의 상대생장율 (RGR)은 Serisawa et al. (2002)의 방법을 응용하여 아래와 같은 식으로 구하였다.
유리배우체의 세단 후 유리배우체 단편의 생장 및 성숙 유도에 유리한 최적 환경조건을 파악하기 위해 암배우체와 수배우체 덩어리로 자란 유리배우체를 각각 호모게나이저 (DI 25basic, GMBH & Co., Germany)로 재생장이 가장 좋았던 8,000 rpm 의 속도로 1분간 분쇄하여, 12 multi well-plate에 PESI 배지 (Provasoli's enrichment seawater with iodine; Provasoli, 1968) 1 ml를 채우고 한 well당 1개씩의 암수배우체를 각각 수용하였다.
배양조건은 4개의 온도구간 (5, 10, 15, 20℃)과 4개 조도구간 (5, 10, 20, 40 μmol m-2 s-1) 및 3개 광주기 구간 [10:14, 12:12, 14:10 h (L:D)]으로 조정하여 Incubator (EYELA MTI-202B, Japan)에서 배양하였고, 배우체의 길이생장 및 성숙 여부를 도립현미경 (Axio Observer A1, Carl zeiss, Germany)으로 관찰하였다. 조도의 측정은 LI-1400 (LI-COR, USA)으로 하였고, 조도 구간의 설정은 중성필터 (Lee Filter) ND 209, 210, 211호를 사용하여 조절하였다. 배우체의 길이생장에 사용한 단편은 호모게나이저 (DI 25basic, GMBH & Co.
대상 데이터
배우체의 길이생장에 사용한 단편은 호모게나이저 (DI 25basic, GMBH & Co., Germany)로 분쇄 후 절단된 배우체 단편들 중에서 분지가 없는 상태의 것을 선별해 사용하였으며, PESI 배지는 7일마다 교환해 주었다.
본 연구에 사용된 성숙 모조는 국립수산과학원 해조류바이오연구센터에서 양식 실험중인 전남 완도군 약산면의 시험어장에서 2007년 11월에 채취하였다. 모조는 Ice box에 넣어 즉시 실험실로 운반한 뒤, 자낭반 부분을 절취하여 멸균해수로 수 회 세척한 후 멸균해수를 200 ml 채운 500 ml 용량의 비이커에 자낭반 조각을 넣고, Incubator (EYELA MTI-202B, Japan)을 이용하여 10℃, 20 μmol m-2 s-1 및 10:14 h (L:D)조건에서 4시간 동안 유주자 방출을 유도하였다.
데이터처리
실내배양실험에서 얻어진 배우체 단편의 생장율에 대한 온도, 조도 및 광주기 조건에 대한 각각의 유의성 분석은 분산분석법(one-way ANOVA)을 이용하여 실시하였으며 (Zar, 1984), 통계프로그램은 SPSS ver. 8.0과 SYSTAT ver. 9.0을 이용하여 0.05 수준에서 이루어졌다. 생장율 데이터는 통계분석 이전에 arcsine transformation하였다 (Parker, 1979).
성능/효과
곰피 유리배우체의 길이생장은 암수배우체 모두 15℃와 20 μmol m-2 s-1의 조건에서 타 구간에 비해 가장 빠른 길이생장을 보였으며, 광주기 조건별로는 암수배우체 모두 유의한 차이를 보이지 않았다.
본 연구결과 곰피 배우체의 생장과 성숙에 대한 온도와 조도의 영향은 암수 배우체에서 차이를 나타내었다 (Table 1). 곰피 유리배우체의 길이생장은 암수배우체 모두 15℃와 20 μmol m-2 s-1의 조건에서 타 구간에 비해 가장 빠른 길이생장을 보였으며, 광주기 조건별로는 암수배우체 모두 유의한 차이를 보이지 않았다.
본 연구의 결과로 볼 때 곰피 암배우체는 10℃이하의 낮은 온도와 10 μmol m-2 s-1 이하의 낮은 조도 및 10:14 h (L:D)조건에서 성숙은 억제되는 반면 영양생장은 우세하며, 수배우체는 20℃, 40 μmol m-2 s-1 및 10:14 h (L:D)조건에서 성숙이 억제되는 반면 영양생장이 우세하였다.
수배우체의 단편 크기별 길이 생장은 Fig. 2B와 같이 호모게나이저로 3분 (8,000 rpm) 절단했을 때 배양 개시시 세단 크기가 99.84±25.86 μm에서 배양 7일 후 157.2±25.8 μm로 증가하여 생장율이 6.5±0.1% day-1로 가장 높았다.
수배우체의 온도조건별 생장율은 Table 1과 같이 15℃조건에서 5.4±0.2% day-1로 가장 높았으며 5℃조건에서 2.8±0.0% day-1로 가장 낮았다 (P<0.05).
수배우체의 온도조건별 생장은 배양 5일후부터 20℃ 조건에서 빠르게 길이생장이 증가하기 시작하여 배양 20일 후 최대 390.30±45.44 μm로 타 온도 조건에 비하여 가장 높았으며, 5℃에서 길이생장이 가장 저조하였다 (Fig. 4 A).
암배우체 단편의 생장율은 절단크기에 따라 유의한 차이를 보이지 않았으나 수배우체 단편의 생장율은 절단크기가 약 100 μm인 경우 6.5±1.3% day-1로 가장 높은 생장율을 나타내었으며, 절단 크기가 커지거나 작아질 경우 생장율이 감소하는 것으로 나타났다.
암배우체의 온도조건별 길이생장은 배양 10일 이후부터 20℃ 조건에서 빠르게 길이생장이 증가하기 시작하여 20일 후 최대 289.2±76.0 μm로 타 온도 구간에 비하여 가장 높았다 (Fig. 3 A).
암배우체의 온도조건별 생장율은 Table 1과 같이 15℃조건에서 2.8±0.5% day-1로 가장 높았으며, 5℃조건에서 1.3±0.5% day-1로 가장 낮았다 (P<0.05).
즉, 곰피 암수배우체의 영양생장 유도를 위한 성숙 억제 조건은 각각 암배우체 5~10℃, 5~10 μmol m-2 s-1 , 수배우체 20℃, 40 μmol m-2 s-1 조건으로, 곰피 암수 유리배우체의 생장과 성숙은 온도, 조도 및 광주기 조건들을 이용하여 조절할 수 있는 것으로 나타났다.
후속연구
본 연구를 바탕으로 곰피의 보호와 이용을 위한 유리배우체의 배양조건의 구명과 인공적인 대량 종묘생산은 대량 양식 가능성을 크게 높여, 해조 양식 대상종을 다양화하고, 해중림 조성을 위한 다년생 해조류의 대상종 확대에 크게 기여할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
곰피는 여름철 고수온기 동안 어떤 동물의 먹이원으로 이용되는가?
, 1995). 또한 여름철 고수온기동안 전복의 먹이원으로 이용하거나, 해중림 조성을 통한 연안어장 생산력 증대 및 해양 환경 정화 등에 활용이 가능하다.
곰피란?
곰피 (Ecklonia stolonifera Okamura)는 다시마목 미역과의 다년생 해조로서 점심대의 깊은 곳에서 자라며, 해중림을 구성하는 해조로 연안생태계에서 1차생산자로서의 중요한 기능을 담당하고 있다 (Kang and Yoo, 1993; Brown and Lamare, 1994). 곰피는 우리나라 동해안의 특산으로 부산 연안에서 포항인근까지 분포하였으나 서식지가 점점 확대되어 현재는 남해안 여수 지역까지 자생지가 확인되었다.
연안 생태계에서 곰피의 기능은?
곰피 (Ecklonia stolonifera Okamura)는 다시마목 미역과의 다년생 해조로서 점심대의 깊은 곳에서 자라며, 해중림을 구성하는 해조로 연안생태계에서 1차생산자로서의 중요한 기능을 담당하고 있다 (Kang and Yoo, 1993; Brown and Lamare, 1994). 곰피는 우리나라 동해안의 특산으로 부산 연안에서 포항인근까지 분포하였으나 서식지가 점점 확대되어 현재는 남해안 여수 지역까지 자생지가 확인되었다.
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