기수산 물벼룩(Diaphanosoma celebensis)의 대량생산을 위한 대체 먹이원의 효과 Relative Effectiveness of Replacement Diets for Mass Production of the Brackish Water Flea Diaphanosoma celebensis원문보기
This study examined the effect of formulated diets (composed of condensed freshwater $Chlorella$ or $Schizochytrium$ sp., $Crypthecodinium$ sp., and EPA oil sources derived from baker's yeast) on the population growth and fatty acid composition of the brackish water ...
This study examined the effect of formulated diets (composed of condensed freshwater $Chlorella$ or $Schizochytrium$ sp., $Crypthecodinium$ sp., and EPA oil sources derived from baker's yeast) on the population growth and fatty acid composition of the brackish water flea ($Diaphanosoma$$celebensis$) to determine diet effectiveness for mass production. Results indicated that the highest maximum density, fecundity, and population specific growth rate (SGR) of the flea were observed using a diet of $Tetraselmis$$suecica$ (control). However, results using condensed freshwater $Chlorella$ and the mixed treatment of $Schizochytrium$ sp.+$Crypthecodinium$ sp.+EPA oil did not significantly differ from the control treatment ($P$>0.05). Thus, $T.$$suecica$ could be replaced with a combination diet of $Schizochytrium$ sp., $Crypthecodinium$ sp., and EPA oil in condensed freshwater $Chlorella$ without growth interruption of $D.$$celebensis$. As the percentage of combination diet (mix of $Schizochytrium$ sp., $Crypthecodinium$ sp., and EPA oil) in condensed freshwater $Chlorella$ increased, the level of ARA, EPA, DHA, and n-3 HUFA in $D.$$celebensis$ also increased. However, the population density of $D.$$celebensis$ sharply decreased with the use of treated supplements C5M5 (CHL [50%] and $Crypthecodinium$ sp.+ $Schizochytrium$ sp. + EPA oil [MIX 50%]). The optimum proportions of CHL and MIX for $D.$$celebensis$ within the mixture were 70% and 30%, respectively. Based on the results, the combination of $Schizochytrium$ sp., $Crypthecodinium$ sp., and EPA oil in condensed freshwater $Chlorella$ appears to be a stable and effective food source for mass production of $D.$$celebensis$.
This study examined the effect of formulated diets (composed of condensed freshwater $Chlorella$ or $Schizochytrium$ sp., $Crypthecodinium$ sp., and EPA oil sources derived from baker's yeast) on the population growth and fatty acid composition of the brackish water flea ($Diaphanosoma$$celebensis$) to determine diet effectiveness for mass production. Results indicated that the highest maximum density, fecundity, and population specific growth rate (SGR) of the flea were observed using a diet of $Tetraselmis$$suecica$ (control). However, results using condensed freshwater $Chlorella$ and the mixed treatment of $Schizochytrium$ sp.+$Crypthecodinium$ sp.+EPA oil did not significantly differ from the control treatment ($P$>0.05). Thus, $T.$$suecica$ could be replaced with a combination diet of $Schizochytrium$ sp., $Crypthecodinium$ sp., and EPA oil in condensed freshwater $Chlorella$ without growth interruption of $D.$$celebensis$. As the percentage of combination diet (mix of $Schizochytrium$ sp., $Crypthecodinium$ sp., and EPA oil) in condensed freshwater $Chlorella$ increased, the level of ARA, EPA, DHA, and n-3 HUFA in $D.$$celebensis$ also increased. However, the population density of $D.$$celebensis$ sharply decreased with the use of treated supplements C5M5 (CHL [50%] and $Crypthecodinium$ sp.+ $Schizochytrium$ sp. + EPA oil [MIX 50%]). The optimum proportions of CHL and MIX for $D.$$celebensis$ within the mixture were 70% and 30%, respectively. Based on the results, the combination of $Schizochytrium$ sp., $Crypthecodinium$ sp., and EPA oil in condensed freshwater $Chlorella$ appears to be a stable and effective food source for mass production of $D.$$celebensis$.
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문제 정의
로 알려져 있기(Segawa and Yang, 1988; Park and Park, 2010) 때문에 본 종을 대량생산하기 위해선 반드시 안정적이고 경제적인 새로운 대체 먹이원의 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 기수산 물벼룩(D.celebensis)의 대량생산에 있어 경제적인 대체 먹이원을 새롭게 개발하여 기존 먹이원의 대체가 가능한지를 알아보고 그 이용성을 평가하고자 한다.
따라서, 본 연구는 최근 Artemia의 대체 먹이생물로서 주목을 받고 있는 기수산 물벼룩(D. celenensis)의 대체 먹이원을 새롭게 개발하여 대량생산 시 발생되는 먹이원의 생산비용을 줄이고, 또한 개발된 대체 먹이원의 질적 분석을 통해 추후 물벼룩의 대량생산용 먹이원으로써의 가능성을 제시해 보고자한다.
제안 방법
그리고 gas chromatograph에 의한 각각의 지방산 peak들은 Supelco 37 Component FAME mix. (SupelcoTM, 100 mgNrat 18919-1AMP, U.S.A.)를 표준물질로 하여 동정하였다.
+EPA oil)을 준비하여 먹이의 공급 건조중량을 기준으로 ① C9M1 (9:1), ② C7M3 (7:3), ③ C5M5 (5:5), ④ C3M7 (3:7), ⑤ C1M9 (1:9)의 각 비율별로 제조하여 이용하였다. 대조구로 TET와 CHL를 추가하여 이전 실험결과를 다시 한번 확인하였다.
, Schizochytrium sp. 및 EPA oil을 각각 혼합해 주어 효율적인 먹이제조를 행하였다. 본 실험결과, 담수산 농축 Chlorella에 Crypthecodinium sp.
(20%, 이하 C8S2), ⑤ 담수산 농축 Chlorella (80%) + 혼합【Crypthecodinium+Schizochytrium+EPA oil】(20%, 이하C8M2) 인 것이다. 여기에 대조구로 T. suecica (TET), 담수산농축 Chlorella (CHL), 빵효모(YEA) 및 광합성 세균(Aquabacter, Ecobiznet Inc., Korea, 이하 PSB)의 단독(100%) 공급구를 함께 두어 실험을 행하였다.
지방산 분석은 Parrish (1987) 방법에 따라 지질을 추출하여 Morrison and Smith (1964)의 BF3-methanol을 이용한 지방산 methylation 방법으로 추출하였다. 추출한 지방산은 capillary column (OMEGAWAX 250, SupelcoTM, U.S.A.)이 장착된 gaschromatography (HP6890 plus, Agilent, U.S.A.)로 분석하였다. Carrier gas는 nitrogen (30 mL/min)을 사용하였고, oven온도는 200℃에서 235℃까지 10℃/min 증가시켰으며, injector 온도는 210℃, detector (FID) 온도는 250℃로 설정하였다.
한편, 대체 먹이원의 적정 비율 실험에서 먹이로 공급되기 전 각각의 먹이 샘플과 실험 종료 후에는 각각의 실험구를 섭취한 물벼룩을 채취한 후 -80℃에서 보관하여 지방산을 분석하였다. 다만, C1M9(1:9) 실험구의 시료채취는 실험종료 전에 모두 폐사하였기 때문에 분석 시 제외하였다.
대상 데이터
, Crypthecodinium sp. (Aquanet Inc., Korea) 및 EPA oil (Chemport Inc., Korea)를 각각 혼합하여 5개의 실험구를 준비하였다. 자세한 실험구는 아래와 같다.
및 Schizochytrium sp.과 순수 EPA oil를 각각 혼합 공급하여 먹이로 이용하였다. 본 실험 결과, 빵효모와 담수산 농축 Chlorella에 DHA 영양강화원을 보충해 주었을 때 평균값은 분명 YEA, CHL 단독 공급구에 비해 높은 경향을 보였으나 유의적인 차이는 보이지 않았다.
기수산 물벼룩(D. celenensis)은 2007년 5월에 일본 나가사키 대학의 양식생물학 실험실에서 종을 분양 받아 실험에 이용하였다. 본 종의 대량배양 시 경제적인 대체 먹이원의 개발을 위해 주요 먹이원으로 빵효모(baker’s yeast)와 담수산 농축 Chlorella를 선정하였다.
본 종의 대량배양 시 경제적인 대체 먹이원의 개발을 위해 주요 먹이원으로 빵효모(baker’s yeast)와 담수산 농축 Chlorella를 선정하였다.
또한 광합성세균 단독공급구(PSB)의 경우는 CHL 보다도 낮은 개체밀도를 보여 단독 먹이로는 부적합한 것으로 판단되어진다. 실험에 이용된 광합성세균은 홍색비유황세균(Rhodobacter capsulatus)으로 유기물 제거능력 및 암모니아 고정 능력이 뛰어나 분뇨처리장에서 많이 사용되고 있다. 본 실험에서는 이러한 특성을 이용하여 수질안정 뿐만 아니라 먹이로서의 이용가능성을 살펴보았지만 결과는 부정적으로 나타났다.
위에서 언급한 대체 먹이원별 실험을 통해 C8M2 혼합구가 물벼룩의 성장에 긍정적인 영향을 주는 것으로 확인되어 이들 혼합구의 적정 먹이 비율을 규명하였다. 실험을 위한 먹이는 담수산 농축 Chlorella를 기준으로 혼합원(Crypthecodiniumsp.+Schizochytrium sp.+EPA oil)을 준비하여 먹이의 공급 건조중량을 기준으로 ① C9M1 (9:1), ② C7M3 (7:3), ③ C5M5 (5:5), ④ C3M7 (3:7), ⑤ C1M9 (1:9)의 각 비율별로 제조하여 이용하였다. 대조구로 TET와 CHL를 추가하여 이전 실험결과를 다시 한번 확인하였다.
데이터처리
모든 실험결과는 one-way ANOVA-test를 실시 후 Duncan’s multiple range test (Duncan, 1955)를 실시하여 처리 평균 간의 유의성(P<0.05)을 SPSS program(Ver. 14.0)으로 검정하였다.
이론/모형
먹이 공급량은 물벼룩 1,000개체 당 건조중량으로 2 mg을 공급하였다. 3일마다 전량환수를 했으며, 매일 해부 현미경(SZ40, Olympus, Japan) 하에서 검경하여 개체수를 계산하였고, 개체 성장률(Specific growth rate, SGR)은 Rico-Martinez and Dodson (1992)의 방법에 따라 구하였다. 적정 먹이 비율별 실험에서의 배양 조건으로 초기 접종밀도를 1 L 유리 용기(배양수 500 mL)에 초기 접종밀도를 10개체/mL로 바꾸었을 뿐 그 외 조건들은 대체 먹이원별 실험과 동일하였다.
다만, C1M9(1:9) 실험구의 시료채취는 실험종료 전에 모두 폐사하였기 때문에 분석 시 제외하였다. 지방산 분석은 Parrish (1987) 방법에 따라 지질을 추출하여 Morrison and Smith (1964)의 BF3-methanol을 이용한 지방산 methylation 방법으로 추출하였다. 추출한 지방산은 capillary column (OMEGAWAX 250, SupelcoTM, U.
성능/효과
05). C20:4n6(arachidonic acid, ARA), C20:5n3(eicosapentaenoic acid, EPA), C22:6n3(docosahexaenoic acid, DHA), 다중불포화지방산(Poly unsaturated fatty acid, PUFA) 및 n-3 HUFA 함량은 CHL에 혼합먹이의 비율이 높아질수록 증가하는 것으로 나타났다.
DHA 함량은 C3M7 혼합구에서 13.6%로 유의적으로 가장 높게 나타났으며(P<0.05), 그 뒤로 C7M3, C5M5 혼합구에서 높게 나타났다.
EPA 함량은 혼합 비율이 높아질수록 높아지는 경향을 보여 C3M7 혼합구에서 18.5%로 유의적으로 가장 높게 나타났다(P<0.05).
05). EPA 함량은 혼합 비율이 높아질수록 높아지는 경향을 보여 C3M7 혼합구에서 18.5%로 유의적으로 가장 높게 나타났다(P<0.05). ARA는 C5M5 비율에서 9.
또한 각기 다른 비율의 먹이원을 섭취한 물벼룩의 지방산 분석 결과를 Table 3에 나타내었다. SFA 및 MUFA는 CHL 실험구에서 각각 29.0%, 39.2%로 유의적으로 가장 높게 나타났다(P0.05). EPA 함량은 혼합 비율이 높아질수록 높아지는 경향을 보여 C3M7 혼합구에서 18.
및 EPA oil를 혼합해 준 실험구(C8M2)의 최고 개체밀도는 대조구인 TET와 차이가 없는 것으로 나타나 기존 먹이가 대체가능한 확인되었다. 다만 실험구간에 비교를 해본 결과, 빵효모보다는 담수산 농축 Chlorella에 혼합 물질을 넣어준 실험구들에서 높은 밀도를 보이는 것으로 나타났다. 이러한 이유로는 빵효모의 불충분한 영양소 때문이라 판단된다.
또한 PSB 및 YEA 단독구의 경우는 실험기간 동안 20개체/mL 이상을 넘지 않았으며, CHL 단독구의 경우는 최고밀도가 21.1개체/mL로 나타나 TET 대조구에 비해선 낮았으나 PSB 및 YEA 단독구에 비해서는 유의적으로 높게 나타났다(P<0.05).
, Schizochytriumsp. 및 EPA oil를 혼합해 준 실험구(C8M2)의 최고 개체밀도는 대조구인 TET와 차이가 없는 것으로 나타나 기존 먹이가 대체가능한 확인되었다. 다만 실험구간에 비교를 해본 결과, 빵효모보다는 담수산 농축 Chlorella에 혼합 물질을 넣어준 실험구들에서 높은 밀도를 보이는 것으로 나타났다.
이처럼 먹이원 내 존재하는 EPA는 지각류와 요각류의 난 생산과 산란에 큰 영향을 미치며, 그로 인해 결국 생식력을 향상시키는 효과를 기대할 수 있는 것이다. 본 대체 먹이원별 실험에서 C8M2 실험구는 C8Cr2 및 C8S2실험구에 비해 단지 EPA oil만을 첨가해 주었을 뿐인데, 대조구인 TET와의 개체밀도는 차이를 보이지 않았던 사실로 보아기존 문헌과 동일하게 EPA가 생식력에 영향을 미쳤던 것으로 판단되어진다.
과 순수 EPA oil를 각각 혼합 공급하여 먹이로 이용하였다. 본 실험 결과, 빵효모와 담수산 농축 Chlorella에 DHA 영양강화원을 보충해 주었을 때 평균값은 분명 YEA, CHL 단독 공급구에 비해 높은 경향을 보였으나 유의적인 차이는 보이지 않았다. 이러한 이유로는 지각류종간의 특이성으로 때문이라 판단되어진다.
celebensis 종의 성장과 생식에 더욱 많이 관여한다는 사실을 확인할 수 있다. 본 실험결과에서 C8Cr2 및 C8S2 실험구는 분명 C8M2 실험구에 비해 유의적으로 낮은 개체밀도를 보였다. 이는 기수산 물벼룩(D.
실험에 이용된 광합성세균은 홍색비유황세균(Rhodobacter capsulatus)으로 유기물 제거능력 및 암모니아 고정 능력이 뛰어나 분뇨처리장에서 많이 사용되고 있다. 본 실험에서는 이러한 특성을 이용하여 수질안정 뿐만 아니라 먹이로서의 이용가능성을 살펴보았지만 결과는 부정적으로 나타났다.
(2003)는 EPA 및 DHA와 같은 필수지방산이 없는 Scenedesmus sp.에 fish oil (=PUFA-rich emulsions)를 보충하여 공급해 줄 경우, 지각류 Moina micrura 및 Ceriodaphnia cornuta의 성장률과 산란하는 횟수가 증가하는 것으로 나타났다. 유사한 사례로 De-Mott and Müller-Navarra (1997)는 PUFA 함량이 낮은 남조류에 PUFA 함량을 보충해 공급해 주었을 때 산란횟수와 산란수가 증가한다고 하였으며, Arent et al.
위에서 언급한 대체 먹이원별 실험을 통해 C8M2 혼합구가 물벼룩의 성장에 긍정적인 영향을 주는 것으로 확인되어 이들 혼합구의 적정 먹이 비율을 규명하였다. 실험을 위한 먹이는 담수산 농축 Chlorella를 기준으로 혼합원(Crypthecodiniumsp.
본 실험결과에서 C8Cr2 및 C8S2 실험구는 분명 C8M2 실험구에 비해 유의적으로 낮은 개체밀도를 보였다. 이는 기수산 물벼룩(D. celebensis)는 성장과 생식을 위하여 DHA 보다는 EPA를 보다 더 많이 요구한다는 사실을 확인할 수 있는 결과이다. EPA는 eicosanoids의 전구체로서 지각류를 포함한 무척추동물의 생리학적인 중요한 역할을 수행하게 되는데, 그 중에서도 특히 난(egg) 생산, 산란 및 부화에 관여하며 그 양을 조절한다고 알려져 있다(Stanley-Samuelson, 1994).
치어용 먹이로 공급되기 위해서는 반드시 필요한 영양성분이다. 이러한 이유로 본 실험에서 제조된 먹이를 통해 대조구인 T. suecica 및 담수산 농축 Chlorella의 단독구에서 볼 수 없었던 높은 고도불포화지방산이 물벼룩 체내에서 분석되었기 때문에 본 실험에서 제조된 먹이는 매우 유용한 먹이라 판단된다(Table 3). 또한 Artemia는 영양강화를 행할 때, 체내에 축적되는 DHA를 EPA로 재전환하는독특한 메커니즘을 가지고 있어(Navarro et al.
이상으로 본 실험을 종합해 볼 때, 물벼룩의 새로운 대체 먹이원으로 경제적이고 손쉽게 구할 수 있는 담수산 농축 Chlorella에 동물성 먹이생물의 영양강화용으로 많이 사용되는 먹이원을 혼합하여 첨가하게 되면 기존의 식물성 먹이생물인 T. suecica를 대체할 수 있는 것으로 나타났다. 이는 곧 본 종의 대량생산을 행함에 있어 가장 중요한 먹이 확보가 용이해졌다는 것을 시사해 준다.
최고밀도는 대조구인 TET에서 실험 종료일인 14일째 48.7개체/mL를 보여 가장 높게 나타났으나(P<0.05), C9M1 및 C7M3 비율의 실험구와 유의적인 차이는 보이지 않았다(P>0.05).
포화지방산(Saturated fatty acid, SFA)은 CHL에 혼합먹이의 비율이 높아질수록 증가하는 경향을 보여 C1M9에서 30.0%로 가장 높게 나타났다(P<0.05).
하지만, DHA 대신에 EPA가 본 실험종인 D. celebensis 종의 성장과 생식에 더욱 많이 관여한다는 사실을 확인할 수 있다. 본 실험결과에서 C8Cr2 및 C8S2 실험구는 분명 C8M2 실험구에 비해 유의적으로 낮은 개체밀도를 보였다.
후속연구
또한 Artemia는 영양강화를 행할 때, 체내에 축적되는 DHA를 EPA로 재전환하는독특한 메커니즘을 가지고 있어(Navarro et al., 1999) 질적으로 우수한 먹이로 만들기에 다소 어려움이 있는데 반해 본 실험에서 제조된 대체 먹이원을 섭취한 기수산 물벼룩(D. celebensis)는 Artemia와는 달리 EPA 및 DHA 함량 중에서 특정하게 한쪽에만 치우침이 없기 때문에 어류 자·치어 먹이로 공급되는Artemia의 질적 문제를 해결할 수 있을 것이라 기대되어진다.
이는 곧 본 종의 대량생산을 행함에 있어 가장 중요한 먹이 확보가 용이해졌다는 것을 시사해 준다. 또한 제조된 대체 먹이원을 통해 PUFA 함량이 증가하는 결과를 얻을 수 있었는데, 이로 인해 별도의 영양강화를 하기 위한 추가적인 작업이 필요가 없으므로 종묘생산비용을 절감하는 효과도 기대된다.
그렇기 때문에 본 연구종인 기수산 물벼룩(Dcelebensis)을 대량생산하기 위해서는 자가영양방식으로 배양을 해야 하는 Tetraselmis sp. 보다 더욱 경제적이면서 효율적인 대체 먹이원을 개발해야만 할 것으로 본다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
물벼룩이란?
지각류인 물벼룩은 여과섭식의 생물로 주먹이인 식물성 먹이생물은 물론 섬모충과 박테리아까지 매우 광범위하게 먹이를 이용하는 종이다(Urabe and Watanabe, 1991; Fileto et al., 2004; Kumar and Hwang, 2008).
물벼룩의 대량생산에 많은 어려움이 있을 것으로 판단되는 이유는 무엇인가?
, 2003). 하지만, 현재 동물성 먹이생물인 rotifer의 먹이로 많이 이용되고 있는 식물성먹이생물인 Chlorella vulgaris는 타가영양번식에 의해 대량생산이 가능한 것과 달리 Tetraselmis sp.는 현재까지 자가영양번식의 형태로 광합성을 통해서만 배양이 되기 때문에 양적 확보에 다소 어려움이 있으며, 이로 인하여 물벼룩의 대량생산에 많은 어려움이 있을 것으로 판단된다. 또한 Park et al.
Tetraselmis sp.가 다른 식물성 먹이생물에 비교하여 EPA 함량은 어떠하며, EPA 함량을 바탕으로 지각류에 미치는 영향은?
는 어류 및 갑각류의 초기 유생 먹이인 rotifer와 이매패류 유생 및 모패의 먹이로 많이 이용되고 있는 식물성 먹이생물이다(Laing and Verdugo, 1991). 이 종은 전체 지방산에 있어서 다른 식물성 먹이생물보다 EPA 함량이 비교적 높은 10%를 차지하며(Reitan et al., 1997), 이렇게 높은 EPA는 지각류의 성장과 생식에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다(Müller-Navarra, 1995; Joseph et al., 2003).
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