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문제 정의
- 본 연구는 오염해역의 저질환경을 개선을 목적으로, 오염해역에서 우점하는 저서미세조류 성장에 미치는 수온과 염분 영향을 실내 배양실험을 통해 살펴보고, 정화 대상해역의 현장수온 및 염분과 비교함으로서 식물환경복원종으로 보다 광온 · 광염성 종을 선택하기 위해서 수행되었다.
제안 방법
- 각각의 세포를 현장수온과 염분에 상응하는 조건(20℃, 30 psu)으로 광량은 약 100 µmol/m2/s(12L: 12D; cool-white fluorescent lamp)에서 대수성장기가 될 때까지 배양한 후 농축과 희석을 통해 여러가지 세포밀도로 조제 한 후 형광광도계(Model 10-AU-005, Turner Designs, USA)로 in vivo Chlorophyll 형광값을 측정하였다.
- 각각의 수온과 염분 단계에 적응이 된 세포를 9 ml 배양튜브(10×100 mm)에 f/2 배지를 5 ml를 주입한 후 최종 세포수가 약 1×102 cells/ml가 되도록 첨가하였다. 그 후, 이틀간격으로 오전 10시에 in vivo chlorophyll 형광값을 측정하였다. 세포의 비성장속도(specific growth rate; µ)는 대수성장(exponential growth)을 보이는 기간 동안의 형광값을 이용하여 다음 식 (1)에 의해 계산하였다.
- [1981]). 그리고 현미경을 통해서 측정한 세포수를 이용하여 세포밀도와 형광값의 상관관계를 알아보았다. 그 결과 세포밀도와 형광값 사이에는 Fig.
- [1959])으로 무균처리 하였으며, 2차적인 오염을 막기 위하여 모든 실험은 clean bench 에서 수행하였다. 또한 실험기구는 고압멸균(202 kpa, 20 min) 또는 건조멸균(185℃, 1 hr)하여 사용하였다.
- 본 연구는 오염해역의 저질환경을 개선을 목적으로, 오염해역에서 우점하는 저서미세조류 성장에 미치는 수온과 염분 영향을 실내 배양실험을 통해 살펴보고, 정화 대상해역의 현장수온 및 염분과 비교함으로서 식물환경복원종으로 보다 광온 · 광염성 종을 선택하기 위해서 수행되었다. 또한 효과적인 저질 정화를 위해 다양한 수온과 염분 환경에 대한 성장을 예측할 필요가 있어, 수온과 염분에 대한 성장모델식도 작성하였다.
- 배양 온도는 10, 15, 20, 25, 30℃의 5단계, 염분은 15, 20, 25, 30, 35 psu의 5단계를 조합한 총 25 단계의 조건에서 성장속도 변화를 관찰하였다. 염분 조절은 배양액에 사용한 남해 욕지도 인근 해역의 해수가 약 32 psu이기 때문에 15~30 psu는 이온교환수를 사용하여 조절하였으며, 35 psu는 자연 증발시켜 사용하였다.
- 배양온도와 염분조건은 현장수온과 염분에 상응하는 조건(20℃, 30 psu)으로, 광량은 약 100 µmol/m2/s(12L:12D; cool-white fluorescent lamp)에서 실시하였다.
- 분리된 세포는 여과해수(0.22 µm pore size, Millipore GSWP)에 4~5회 세척 후 배양튜브(TB-2800, Japan)에 이식하였으며, 실험용 배지는 남해 욕지도 해역의 해수를 바탕으로 한 f/2-Si(Guillard and Ryther[1962])배지로 selenium(H2SeO3)의 최종농도가 0.001 µM이 되게 첨가하였다(Doblin et al.[1999]).
- 수온과 염분에 따른 저서미세조류의 성장속도는 현미경을 이용한 직접 검경이 아닌 in vivo chlorophyll 형광값과 세포수의 관계로 평가하였다. 이는 형광광도계에서 직접 측정이 가능한 배양튜브를 이용하기에 세포밀도의 확인을 위한 배양튜브의 개폐가 없어 초기 배양상태를 계속 유지 할 수 있으며, 대량의 표본을 신속히 처리 할 수 있는 장점을 가진다(Brand et al.
- 배양 온도는 10, 15, 20, 25, 30℃의 5단계, 염분은 15, 20, 25, 30, 35 psu의 5단계를 조합한 총 25 단계의 조건에서 성장속도 변화를 관찰하였다. 염분 조절은 배양액에 사용한 남해 욕지도 인근 해역의 해수가 약 32 psu이기 때문에 15~30 psu는 이온교환수를 사용하여 조절하였으며, 35 psu는 자연 증발시켜 사용하였다. 수온과 염분의 급속한 변화에 의한 세포의 충격을 줄이기 위해 세포의 이식을 다음과 같이 수행하였다.
- 우선 수온 20℃, 염분 30 psu 그리고 100 µmol/m2/s에 전배양(pre-culture)을 한 후대수성장기(exponential growth phase)의 세포를 염분 20, 25, 30, 35 psu의 배지에 이식하여 배양하였다.
- /s(12L: 12D; cool-white fluorescent lamp)에서 대수성장기가 될 때까지 배양한 후 농축과 희석을 통해 여러가지 세포밀도로 조제 한 후 형광광도계(Model 10-AU-005, Turner Designs, USA)로 in vivo Chlorophyll 형광값을 측정하였다. 측정은 안정한 형광값을 얻기 위해서 약 5분 동안 암조건에서 방치한 후 측정하였다(Brand et al.[1981]). 그리고 현미경을 통해서 측정한 세포수를 이용하여 세포밀도와 형광값의 상관관계를 알아보았다.
- 1)을 선정하여 2010년 4월부터 9월까지 매월 현장관측을 실시하였다. 퇴적물은 Grab sampler를 사용하여 채집하였으며, 수온과 염분은 현장에서 수은온도계 및 T-S meter(YSI CO., model 85)를 이용하여 측정하였다.
대상 데이터
- 부영양화가 진행되어 있는 수정만 퇴적물의 수온과 염분의 변동을 파악하기 위해 매년 하계에 빈산소수괴가 형성되는 정점(35°7'17.24"N, 128°36'1.56"E; Fig. 1)을 선정하여 2010년 4월부터 9월까지 매월 현장관측을 실시하였다.
데이터처리
- 한편, 저서미세조류의 성장에 영향을 미치는 수온과 염분의 관계를 파악하기 위해 식 (2)와 같은 다항식을 표현하여 이들의 성장모델을 예측하여 계산하였으며, 3차항까지 변수증감법에 따른 중회귀분석을 실시하였다.
이론/모형
- 배양온도와 염분조건은 현장수온과 염분에 상응하는 조건(20℃, 30 psu)으로, 광량은 약 100 µmol/m2/s(12L:12D; cool-white fluorescent lamp)에서 실시하였다. 분리된 세포는 피펫 세척법 및 AM 9법(Provasoli et al.[1959])으로 무균처리 하였으며, 2차적인 오염을 막기 위하여 모든 실험은 clean bench 에서 수행하였다. 또한 실험기구는 고압멸균(202 kpa, 20 min) 또는 건조멸균(185℃, 1 hr)하여 사용하였다.
성능/효과
- 957). 또한, 배양실험으로부터 도출된 성장속도와 모델식으로 계산된 비성장속도 사이에는 높은 상관계수(0.972~0.993)를 나타내었다(Fig. 10).
- 배양실험으로 얻어진 성장속도에 따른 수온과 염분의 조건을 이용한 이원 배치 분산분석(two-factor ANOVA) 결과, 0.001% 수준 내에서 4 종 모두 성장속도는 수온과 염분에 대해 유의한 영향을 나타내었다(Table 3). 수온과 염분 및 이들의 상호작용의 제곱합(sum of squares)은총제곱합(total sum of squares)에서 Achnanthes sp.
- 성장예측모델로부터 계산된 성장속도와 배양실험으로 도출된 성장속도 사이에는 높은 상관관계를 보여, 현장의 수온과 염분의 측정만으로도 4종의 저서미세조류의 비성장속도를 예측할 수 있다. 따라서 저서미세조류의 성장에 광조건, 영양염 제한요인 및 부착기질 특이성 등의 환경요인들의 고려를 제외한다면, 현장에서 저질 정화를 위해 살포한 저서미세조류의 성장을 예측할 수 있을 것이다.
- 실내실험에서 도출된 저서미세조류의 수온과 염분에 대한 최적 성장조건과 수정만의 수온과 염분조건을 비교하면(Fig. 4, 9), 수정만의 염분 변화 정도는 4종 모두 충분히 우점이 가능할 것으로 보였다. 하지만 수온조건을 고려하면 Achnanthes sp.
- 한편, 실내배양실험에서 얻어진 다양한 수온과 염분의 조건에 따른 비성장속도를 이용하여 중회귀분석을 실시한 결과, Table 1과 같은 성장예측모델식을 얻을 수 있었다(r2: 0.830~0.957). 또한, 배양실험으로부터 도출된 성장속도와 모델식으로 계산된 비성장속도 사이에는 높은 상관계수(0.
후속연구
- 이때 Navicula sp.가 실험에 이용된 종들 중에서 가장 작은 S:V 비를 가지고 있어, 수온의 변화에 따른 영향이 상대적으로 낮아 비교적 넓은 수온 범위에서도 최적성장을 유지할 수 있을 것이라 생각된다.
- 성장예측모델로부터 계산된 성장속도와 배양실험으로 도출된 성장속도 사이에는 높은 상관관계를 보여, 현장의 수온과 염분의 측정만으로도 4종의 저서미세조류의 비성장속도를 예측할 수 있다. 따라서 저서미세조류의 성장에 광조건, 영양염 제한요인 및 부착기질 특이성 등의 환경요인들의 고려를 제외한다면, 현장에서 저질 정화를 위해 살포한 저서미세조류의 성장을 예측할 수 있을 것이다.
- 와 같은 광온성 종은 식물환경복원에 유용한 종이 될 수 있을 것이다. 또한 저서미세조류들의 성장에 영향을 주는 각각의 환경 변화에 대한 생리 상태를 심도 있게 고찰한다면, 저서미세조류의 종천이 및 종경합에 대한 데이터도 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
- 는 광온성, 광염성의 생리특성을 보였다. 이러한 결과들로부터 부영양화가 진행되며, 매년 하계에 빈산소수괴가 형성되는 수정만의 퇴적층에 특정파장의 빛을 주사하여 상기의 저서미세조류를 선택적으로 성장시킬 수 있다면, 미세조류는 성장에 필요한 영양염을 흡수하고, 광합성에 의해 산소를 방출할 것이다. 이는 토목적인 방법이 아닌 친환경적인 방법으로 빈산소수괴나 부영양화를 해소 할 수 있는 중요한 단서를 제공할 것이며, Amphora sp.
- 하지만 Gallagher[1982]는 표영성의 동일종이라도 지리적으로 다르면 다른 생리학적 특징을 나타낸다고 하였으며, 이와 심[1995]은 생태적지위 성분의 종내 변이성을 파악하기 위해 국내 9개 장소에 분리한 Skeletonema costatum 분리주를 이용하여 조사한 결과, 종 수준에서 동일한 분류군에 속하더라도 다른 생리생태적 특성을 가진다고 보고하였다. 특히 저서미세조류의 경우는 같은 종일지라도 조간대와 조하대와 같이 서로 상반된 환경에 적응하고 있기 때문에 서식장소에 따라 생리적인 특성도 차이를 나타낼 수 있어, 향후 심도 있는 연구가 필요할 것으로 보인다.
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