동죽, Mactra veneriformis의 생존, 호흡 및 기관계 구조에 미치는 구리 (Cu)의 독성 Copper Toxicity on Survival, Respiration and Organ Structure of Mactra veneriformis (Bivalvia: Mactridae)원문보기
본 연구는 구리에 노출된 동죽, Mactra veneriformis의 생존율, 호흡율 및 기관계의 반응을 알아보고자 하였다. 실험기간은 4주였으며, 실험구는 대조구와 구리 노출구 3개 (0.025, 0.050 and 0.100 mg/L)였다. 실험 결과 구리는 동죽의 생존율과 호흡률의 저하 및 기관계의 조직학적 변성을 유도하는 것이 확인되었다. 구리 0.100 mg/L 노출구에서 3주후 사망률은 100%였으며, 호흡률은 대조구에 비해 75% 감소하였다. 기관계의 조직학적 분석 결과, 외투막 상피층과 결합조직층의 변성, 아가미 점액세포의 증가와 상피세포의 괴사, 발에서는 상피층의 붕괴, 점액세포의 감소 및 혈림프동의 확장과 결합조직층의 변성을 나타냈다. 소화맹낭의 소화선세관에서는 호염기성 세포와 상피세포의 위축 및 농도의존적으로 lipofuscin의 축적이 확인되어 저농도의 구리에 노출된다 할지라도 노출기간이 길어짐에 따라 동죽의 재생산 및 생산량 변동에 영향을 미칠 수 있을 것으로 추정된다.
본 연구는 구리에 노출된 동죽, Mactra veneriformis의 생존율, 호흡율 및 기관계의 반응을 알아보고자 하였다. 실험기간은 4주였으며, 실험구는 대조구와 구리 노출구 3개 (0.025, 0.050 and 0.100 mg/L)였다. 실험 결과 구리는 동죽의 생존율과 호흡률의 저하 및 기관계의 조직학적 변성을 유도하는 것이 확인되었다. 구리 0.100 mg/L 노출구에서 3주후 사망률은 100%였으며, 호흡률은 대조구에 비해 75% 감소하였다. 기관계의 조직학적 분석 결과, 외투막 상피층과 결합조직층의 변성, 아가미 점액세포의 증가와 상피세포의 괴사, 발에서는 상피층의 붕괴, 점액세포의 감소 및 혈림프동의 확장과 결합조직층의 변성을 나타냈다. 소화맹낭의 소화선세관에서는 호염기성 세포와 상피세포의 위축 및 농도의존적으로 lipofuscin의 축적이 확인되어 저농도의 구리에 노출된다 할지라도 노출기간이 길어짐에 따라 동죽의 재생산 및 생산량 변동에 영향을 미칠 수 있을 것으로 추정된다.
This study was conducted to find out the changes of survivorship, respiration and organ structure of Mactra veneriformis exposed to copper (Cu). Experimental period was four weeks. Experimental groups were composed of one control condition and three copper exposure conditions (0.025, 0.050 and 0.100...
This study was conducted to find out the changes of survivorship, respiration and organ structure of Mactra veneriformis exposed to copper (Cu). Experimental period was four weeks. Experimental groups were composed of one control condition and three copper exposure conditions (0.025, 0.050 and 0.100 mg/L). The results of the study confirmed that copper induces reduction of survival rate and respiration rate and histopathology of organ structure of the bivalve. In the copper concentration of 0.100 mg/L, mortality was 100% after Cu exposure of 3 weeks. Respiration rate was observed exposure groups lower than control decline by 75%. Histological analysis of organ system illustrated expansion of hemolymph sinus, disappearance of epidermal layer and degeneration of connective tissue layer of the mantle. Also, histological degenerations as epithelial necrosis and hyperplasia of mucous cells are recognized in the gill and it was observed expansion of hemolymph sinus, disruption of epithelial layer, decrease of mucous cell and degeneration of connective tissue layer in the foot. In the digestive diverticulum, it was showed atrophy of basophilic cell and degeneration of epithelial cell in the digestive tubules, and as the concentration of copper increased the accumulation of lipofuscin increased.
This study was conducted to find out the changes of survivorship, respiration and organ structure of Mactra veneriformis exposed to copper (Cu). Experimental period was four weeks. Experimental groups were composed of one control condition and three copper exposure conditions (0.025, 0.050 and 0.100 mg/L). The results of the study confirmed that copper induces reduction of survival rate and respiration rate and histopathology of organ structure of the bivalve. In the copper concentration of 0.100 mg/L, mortality was 100% after Cu exposure of 3 weeks. Respiration rate was observed exposure groups lower than control decline by 75%. Histological analysis of organ system illustrated expansion of hemolymph sinus, disappearance of epidermal layer and degeneration of connective tissue layer of the mantle. Also, histological degenerations as epithelial necrosis and hyperplasia of mucous cells are recognized in the gill and it was observed expansion of hemolymph sinus, disruption of epithelial layer, decrease of mucous cell and degeneration of connective tissue layer in the foot. In the digestive diverticulum, it was showed atrophy of basophilic cell and degeneration of epithelial cell in the digestive tubules, and as the concentration of copper increased the accumulation of lipofuscin increased.
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문제 정의
본 연구는 구리에 노출된 동죽, Mactra veneriformis의 생존율, 호흡율 및 기관계의 반응을 알아보고자 하였다. 실험기간은 4주였으며, 실험구는 대조구와 구리 노출구 3개 (0.
동죽, Mactra veneriformis은 우리나라 서해안의 중요한 패류 생물자원 가운데 하나로서 해양생태계의 관리, 생물자원의 보존 및 수산물 안전성 측면에서 관리가 필요한 종이다. 본 연구에서는 동죽의 생존, 호흡, 기관계 구조 및 lipofuscin의축적에 미치는 구리의 독성을 평가하고자 하였다.
가설 설정
Histopathological changes in the foot and Digestive diverticulum of Mactra veneriformis exposed to copper for 4 weeks. A: Foot, note the partially destruction of connective tissue. 0.
A: Outer epithelial layer of the mantle. B: Inner epithelial layer of the mantle. C and D: Gill, showing the frontal (Fc) and lateral cilia (Lc) on the gill filament (Gf).
제안 방법
각 농도구당 실험 개체들은 밀도를 고려하여 30개체였으며, 실험기간 동안 광주기는 자연조건으로 하였으며, 수온은 17 ± 0.5℃였다.
, 1990) 의 보고를 이용하여 10개 농도구를 설정하였다. 각 농도구에서 2회 반복실험을 실시하여 LC50 -96h을 구한 다음, 이를 기준으로 1개의 대조구와 3개의 노출구 (0.025, 0.050, 0.100 mg/L) 를 설정하였다.
그 후, Mayer's hematoxylineeosin (H-E) 염색 및 alcian blue-periodic acid and Schiff's solution (AB-PAS, pH 2.5) 반응을 실시하였다.
동죽의 각장 등 측정형질을 계측한 후, 해부하여 외투막, 아가미, 발 그리고 소화맹낭이 포함된 내장낭 일부를 적출하였다. 광학현미경 조직표본제작은 적출한 시료들을 Bouin 용액에 24시간 동안 고정하고, 48시간 동안 흐르는 물에 수세하였다.
먹이는 식물플랑크톤인 Isochrysis galbana를 개체 당 1-2 × 106 cell/ml씩 매일 1회 공급하였고, 실험 중 실험 개체들의 분비물로 인한 사육수의 변화와 중금속 농도변화를 최소화하기 위해 매일 한 번씩 사육수를 교환하였다.
본 실험에서 사용된 수조는 유리로 제작된 10L 용량으로 실험방법은 기수식 및 환수식을 병행한 생물검정법을 이용하였다. 실험생물은 채집한 후, 0.
실험생물의 사망여부는 패각을 벌리고 있는 개체들 가운데 외부에서 인위적인 자극을 가하여 반응이 없는 개체를 사망한 개체로 판단하였다. 사망개체는 매일 오전 오후 각 1회씩 확인하여 전체 실험 개체수에 대한 누적사망 개체수를 사망률로 환산하였다.
(2011) 의 방법에 따라 실험생물의 호흡에 의한 산소 소비량을 측정하여 표시하였다. 산소소비량은 실험생물의 크기에 따라 0.5-1.6 L의 respirometer chamber와 생물호흡측정기 (Orbis 3600, Switzerland) 를 이용하여 측정하였다.
본 연구는 구리에 노출된 동죽, Mactra veneriformis의 생존율, 호흡율 및 기관계의 반응을 알아보고자 하였다. 실험기간은 4주였으며, 실험구는 대조구와 구리 노출구 3개 (0.025, 0.050 and 0.100 mg/L)였다. 실험 결과 구리는 동죽의 생존 율과 호흡률의 저하 및 기관계의 조직학적 변성을 유도하는 것이 확인되었다.
본 실험에서 사용된 수조는 유리로 제작된 10L 용량으로 실험방법은 기수식 및 환수식을 병행한 생물검정법을 이용하였다. 실험생물은 채집한 후, 0.5톤 수조에서 실내사육하면서 10일 동안 순치시킨 다음 노출실험을 실시하였다. 실험기간 동안 광주기는 자연조건으로 하였으며, 수온은 17 ± 0.
대상 데이터
본 연구에 사용된 동죽, Mactra veneriformis은 각장 4.5-5.0 cm의 성체였으며, 외형 및 운동성에 이상이 없는 개체를 실험에 사용하였다.
시험물질인 구리는 CuCl2‧2H2O (Copper Chloride Dihydrate, Showa Chem. Inc., Japan) 를 증류수로 1000 mg/L의 표준용액을 만든 다음, 실험 농도별로 희석하여 조제하였다.
데이터처리
대조구에 대한 노출구들의 유의적인 차이 (P < 0.05) 를 알아보기 위해 SPSS 통계 프로그램을 이용하여 paired sample t-test를 하였다.
이론/모형
5) 반응을 실시하였다. 그리고 lipofuscin을 확인하기 위해 Long Ziehl-Neelsen 염색을 시행하였으며, lipofuscin의 분포비율은 Lee and Park (2007)의 방법에 따라 현미경 화상분석장치 (IMT, Visus, USA)를 이용하여 분석하였다.
급성독성 실험의 농도구는 Viarengo (1985, 1990) 와 Krishnakumar et al., 1990) 의 보고를 이용하여 10개 농도구를 설정하였다. 각 농도구에서 2회 반복실험을 실시하여 LC50 -96h을 구한 다음, 이를 기준으로 1개의 대조구와 3개의 노출구 (0.
호흡률은 Shin et al. (2011) 의 방법에 따라 실험생물의 호흡에 의한 산소 소비량을 측정하여 표시하였다. 산소소비량은 실험생물의 크기에 따라 0.
성능/효과
3A, B). 0.025 mg/L 농도의 구리에 노출된 동죽의 외투막에서는 상피층 자유면에 존재하는 섬모의 탈락과 결합조직층의 변성 및 점액세포의 감소가 관찰되었으며 (Fig. 4A), 0.050 mg/L 구리 노출구에서는 외투막 상피의 위축과 변성 그리고 결합조직층의 붕괴가 확인되었다 (Fig. 4B). 그리고 가장 높은 농도구인 0.
3E). 0.025 mg/L의 구리 노출구에서 발의 상피층 점액 세포의 위축과 결합조직층의 일부가 부분적으로 붕괴되었으며 (Fig. 5A), 0.050 mg/L의 농도에서는 상피층의 자유면에 존재하는 섬모의 탈락 및 상피세포와 점액세포의 변성이 관찰되 었다 (Fig. 5B). 0.
5D). 가장 높은 농도구인 0.100 mg/L에서는 세관 상피층의 다층화와 파괴, 내강의 폐쇄가 확인되었으며 (Fig. 5E), 내장낭 외막 상피층의 파괴 및결합조직의 변성이 관찰되었다 (Fig. 5F).
실험 결과 구리는 동죽의 생존 율과 호흡률의 저하 및 기관계의 조직학적 변성을 유도하는 것이 확인되었다. 구리 0.100 mg/L 노출구에서 3주후 사망률은 100%였으며, 호흡률은 대조구에 비해 75% 감소하였다. 기관 계의 조직학적 분석 결과, 외투막 상피층과 결합조직층의 변성, 아가미 점액세포의 증가와 상피세포의 괴사, 발에서는 상피층의 붕괴, 점액세포의 감소 및 혈림프동의 확장과 결합조직 층의 변성을 나타냈다.
구리 노출에 의한 동죽의 소화맹낭에서 lipofuscin의 분포 비율은 대조구에서는 0%였다. 하지만, 0.
2에 나타냈다. 구리에 노출된 동죽의 호흡률은 구리 농도에 따라 유의한 차이는 없었으나 (p 〉0.05) 대조구에 비해 유의하게 낮은 (p〈 0.05) 경향을 보여 종말점에서는 대조구에 비해 약 75% 감소하였다.
4B). 그리고 가장 높은 농도구인 0.100 mg/L에서는 외부상피층의 파괴, 근섬유 다발의 분절및 내부상피층의 부분적인 탈락이 관찰되었다 (Fig. 4C).
100 mg/L 노출구에서 3주후 사망률은 100%였으며, 호흡률은 대조구에 비해 75% 감소하였다. 기관 계의 조직학적 분석 결과, 외투막 상피층과 결합조직층의 변성, 아가미 점액세포의 증가와 상피세포의 괴사, 발에서는 상피층의 붕괴, 점액세포의 감소 및 혈림프동의 확장과 결합조직 층의 변성을 나타냈다. 소화맹낭의 소화선세관에서는 호염기성 세포와 상피세포의 위축 및 농도의존적으로 lipofuscin의 축적이 확인되어 저농도의 구리에 노출된다 할지라도 노출기간이 길어짐에 따라 동죽의 재생산 및 생산량 변동에 영향을 미칠수 있을 것으로 추정된다.
노닐페놀에 노출된 바지락의 외투막에서 혈림프동의 확장과 혈구의 증가, 상피층 자유면의 선조연 탈락, 결합조직층의 근섬유 다발의 분절과 산성 점액세포의 증가가 확인되었다 (Park and Lee, 2011). 또한 납에 노출된 바지락의 경우에도 구리 농도가 증가 할수록 외투막에서 다양한 조직학적 이상을 보였으며 (Shin et al., 2013), 본 연구의 동죽에서도 구리 농도 증가에 따라 점액 세포 감소, 상피층 파괴 및 근섬유 다발의 분절 등이 나타나 정상적인 외투강 정화기능의 장애 및 패각형태의 기형 등을 유발할 것으로 판단된다.
, 2006). 본 연구 결과, 소화선에서 소화, 흡수, 분비 및 해독작용 등의 대사활동에 관여하는 소화선 세관의 상피세포와 호염기성세포의 변화와 파괴와 내강의 폐쇄와 관찰되었는데, 이러한 결과로 인해 구리에 노출된 동죽의 소화선에서는 정상적인 대사활동이 불가능할 것으로 여겨진다.
그리스 Thermaikos 만의 지중해담치의 소화선세관 상피세포에 존재하는 자가용해 소체와 잔여소체들은 오염지역으로 갈수록 크기와 분포정도가 높아졌으며, 중금속을 함유한 용해소체 또한 더 많이 관찰되었다 (Domouhtsidou and Dimitriadis, 2001). 본 연구의 동죽에서도 구리농도 의존적으로 lipofuscin의 분포가 높게 나타나 구리의 낮은 농도에서도 아가미, 소화맹낭, 발 및 외투막의 변성과 함께 생존율 및 대사에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 구리의 저농도라 할지라도 노출기간이 길어짐에 따라 동죽의 생리적 활성의 저하 및 조직학적 변성 등은 동죽의 재생산에 영향을 미칠 수 있으며, 생산량에도 영향을 미칠 수 있을 것으로 여겨진다.
생물의 생체반응을 알아보기 위해 대사지표로 이용되고 있는 호흡률은 본 논문에서 동죽의 경우 대조구에 비해 구리농도 증가에 따라 약 75% 감소 반응을 나타내었다. 그러나 구리에 노출된 Pseudocalanus sp.
100 mg/L)였다. 실험 결과 구리는 동죽의 생존 율과 호흡률의 저하 및 기관계의 조직학적 변성을 유도하는 것이 확인되었다. 구리 0.
후속연구
, 2007) 의 중금속의 농도 증가에 따라 산소소비율은 감소하여 생물지표로 이용되는 호흡률은 생물종과 중금속의 종류에 따라 다양한 반응을 나타내고 있다. 이는 종에 따라 중금속에 반응하는 농도가 다르므로 생체 안전농도 및 생태계 보호를 위한 구리 안전농도를 설정을 위한 기초자료로 활용이 가능할 것으로 여겨진다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
구리는 필요한 영양소이지만 생물이 필요 이상의 농도에 노출될 경우 나타나는 현상은?
구리는 모든 동식물의 정상적인 성장에 필요한 필수 영양소 이며 생태계에 정상적으로 존재하는 성분이지만 생물이 필요 이상의 농도에 노출될 경우 세포 내부의 구조 및 기능적 이상을 유발하거나 생체기능의 장애를 일으켜 생리적 활동에 부정적인 영향 미치기도 한다 (Sutherland and major, 1981). 최근 들어 구리는 양식어망의 부착생물 억제 또는 항균활성 (Park et al.
환경요인들의 영향으로 인해 생물이 받는 위해도를 평가하는 방법은?
환경요인들의 영향으로 인해 생물이 받는 위해도를 평가하는 방법은 위험성 확인, 노출평가, 용량-반응 평가 및 위해도 결정의 주요 4단계이다 (NRC, 1983). 위와 같은 방법에 따라 위해도를 평가하기 위해서는 지표생물과 생물지표의 선정이 중요하다.
이매패류가 특정 지역의 오염상태를 알아보기 위한 지표종으로 많이 사용되는 이유는 무엇인가?
지표생물 가운데 이매패류들은 주로 여과섭식에 의해 먹이를 섭이하기 때문에 환경오염원에 쉽게 노출된다. 또한 이동성이 낮아 일생동안 서식범위가 국한되어 있고, 체내로 유입된 오염원들의 축적은 용이하지만 체내에서 해독과 체외방출이 낮아 특정 지역의 오염상태를 알아보기 위한 지표종으로 많이 사용되고 있다 (Marin et al., 2006; Schintu et al.
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