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문제 정의
- 본 연구에서는 조류경보제 발령기준 대상 남조류인 Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis, Oscillatoria 속을 대상으로 세포수 산정방법 연구를 수행하였다. 구형 또는 부정형의 Microcystis 속은 면적을 측정하고 사상형의 Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria 속은 길이를 측정하여 종별 군체 크기와 세포수 간의 상관관계를 조사하였고, 종및속별 회귀식을 도출하여 신속 정확한 남조류 세포수 계수의 기초자료로 활용하고자 하였다.
- 국내 상수원을 대상으로 시행하고 있는 조류경보제는 남조류 발생 현황을 취∙정수장 등 물관리 기관에 전파하여 대응조치를 유도하는 제도로 신속하고 정확한 남조류 계수를 필요로 한다. 따라서 조류경보제 발령 기준 대상 남조류인 Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis, Oscillatoria 속의 군체 크기와 세포수의 상관관계를 조사하고 회귀식을 도출하여 군체 크기로 세포수를 계산할 수 있는 방법을 알아보고자 하였다. 2013년 8월부터 10월까지 남조류가 과다증식한 시기에 한강(팔당호), 낙동강(달성보, 창녕함안보) 및 금강(고복저수지)의 대표지점에서 남조류 시료를 채집하였으며, 조류경보제 발령 기준 대상 남조류 속의 종별 군체 크기와 세포수의 상관관계를 조사하여 종 및 속별 회귀식을 산정하였다.
제안 방법
- wessenbergii) 종에 대한 연구를 수행하였다. 두 연구는 Microcystis 속만을 대상으로 하였으며 군체의 형태를 구형으로 간주하여 길이를 측정해 부피로 환산하는 방법을 사용하였다.
- 본 연구에서는 조류경보제 발령기준 대상 남조류인 Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis, Oscillatoria 속을 대상으로 세포수 산정방법 연구를 수행하였다. 구형 또는 부정형의 Microcystis 속은 면적을 측정하고 사상형의 Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria 속은 길이를 측정하여 종별 군체 크기와 세포수 간의 상관관계를 조사하였고, 종및속별 회귀식을 도출하여 신속 정확한 남조류 세포수 계수의 기초자료로 활용하고자 하였다.
- 조류경보제 발령 기준 대상 남조류 중 유일하게 구형에 가까운 Microcystis 속의 여러 종 중 국내 수계에서 흔하게 출현하는 M. aeruginosa(n=91), M. wessenbergii (n=30), M. viridis(n=6)를 대상으로 군체 면적과 세포수를 측정하였다. Microcystis 종별 군체 면적 및 세포수 간의 상관분석 결과, M.
- 본 연구에서는 현미경의 프로그램을 사용하여 남조류의 불규칙한 면적 또는 곡선 등의 길이를 직접적으로 측정하였다(Fig. 2). 그러나 이러한 software 사용이 불가능한 경우에는 사상형 남조류의 경우 종에 따라 곡선으로 휘어지는 등의 다양한 형태를 갖기 때문에 현미경상 직접적으로 사상체의 길이를 측정하는 것은 어렵다(Walsby and Avery, 1996).
- 앞서 분석한대로 군체 크기와 세포수의 상관성이 남조류 속별로 종간 차이가 크지 않기 때문에 속 단위로 묶어 상관분석을 하였다. Microcystis 속(n=127)의 상관분석 결과 r2 값은 0.
- , 2009). 군체 크기와 세포수 상관관계는 남조류 종과 속 간에 큰 차이를 보이지 않았기 때문에 속 단위로 구분하여 회귀식을 도출하였다.
- 본 연구를 통해 도출된 회귀식을 이용하여 각각의 군체 면적(또는 길이)을 측정하고 세포수로 환산하는 방법이 정확할 수 있으나, 우선적으로 분석용 software가 없으면 측정이 불가능하고 또한 불규칙적인 군체 면적 또는 곡선의 사상체 길이를 측정하는 것 역시 세포수 계수만큼 많은 시간이 소요될 수 있다. 따라서 조류경보제 발령 단계별 세포수 기준에 맞춰 군체수를 산정하였다(Table 4). 이는 불규칙적인 군체를 형성하는 Microcystis 속과 세포 사이 격막의 구분이 명확하지 않은 Oscillatoria 속, Aphanizomenon 속의 세포 계수가 어렵고 분석자 간의 편차가 클 수 있기 때문에 세포수 대신 군체수로 대체하여 계수할 수 있도록 제시하였다.
- 따라서 조류경보제 발령 단계별 세포수 기준에 맞춰 군체수를 산정하였다(Table 4). 이는 불규칙적인 군체를 형성하는 Microcystis 속과 세포 사이 격막의 구분이 명확하지 않은 Oscillatoria 속, Aphanizomenon 속의 세포 계수가 어렵고 분석자 간의 편차가 클 수 있기 때문에 세포수 대신 군체수로 대체하여 계수할 수 있도록 제시하였다.
- 따라서 조류경보제 발령 기준 대상 남조류인 Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis, Oscillatoria 속의 군체 크기와 세포수의 상관관계를 조사하고 회귀식을 도출하여 군체 크기로 세포수를 계산할 수 있는 방법을 알아보고자 하였다. 2013년 8월부터 10월까지 남조류가 과다증식한 시기에 한강(팔당호), 낙동강(달성보, 창녕함안보) 및 금강(고복저수지)의 대표지점에서 남조류 시료를 채집하였으며, 조류경보제 발령 기준 대상 남조류 속의 종별 군체 크기와 세포수의 상관관계를 조사하여 종 및 속별 회귀식을 산정하였다. 남조류의 속별 상관분석 결과는 사상형인 Anabaena와 Aphanizomenon의 r2 값이 0.
대상 데이터
- 남조류 시료는 플랑크톤 네트(mesh size; 20 μm)를 사용하여 채집하였으며, 검경을 위해 채집한 시료에 lugol’s 용액을 넣어 최종농도 1~2%로 고정하였다.
- 본 연구는 2013년 8월~10월까지 녹조가 발생한 시기에 한강 수계의 팔당호와 경안천(st.1), 금강 수계의 고복저수지(st.2), 낙동강 수계의 달성보(st.3)와 창녕함안보(st.4)에서 남조류 시료를 채집하였다(Fig. 1, Table 1). Anabaena 속은 한강 수계에서 7월 10일, 10월 10일, Aphanizomenon 속은 낙동강 수계에서 8월 1일, 9월 5~13일, Microcystis 속은 한강 수계에서 7월 10일, 낙동강 수계에서 9월 5일, 고복저수지에서 9월 21일, Oscillatoria 속은 한강 수계에서 7월 10일, 낙동강 수계에서 9월 5일에 채집하였다.
- 1, Table 1). Anabaena 속은 한강 수계에서 7월 10일, 10월 10일, Aphanizomenon 속은 낙동강 수계에서 8월 1일, 9월 5~13일, Microcystis 속은 한강 수계에서 7월 10일, 낙동강 수계에서 9월 5일, 고복저수지에서 9월 21일, Oscillatoria 속은 한강 수계에서 7월 10일, 낙동강 수계에서 9월 5일에 채집하였다.
- 조류경보제 발령 기준 대상 남조류 중 사상형 남조류인 Anabaena 속, Aphanizomenon 속, Oscillatoria 속의 여러 종 중 국내 수계에서 출현 빈도가 높은 Anabaena crassa (n=97), Aphanizomenon flos-aquae (n=112), A. issatschenkoi (n=75), Oscillatoria curviceps (n=9), O. mougeotii (n=101)를 대상으로 군체 길이와 세포수를 측정하였다. 사상형 남조류의 종별 군체 길이와 세포수 간의 상관분석 결과 A.
이론/모형
- (2006)은 Microcystis sp.를 대상으로 군체 크기와 세포수 간의 상관관계를 이용하여 군체 형성 남조류 계수에 대한 연구를 수행하였으며, 이 연구를 참고하여 Zhou et al. (2012)은 Microcystis (M. flos-aquae, M. aeruginosa, M. wessenbergii) 종에 대한 연구를 수행하였다. 두 연구는 Microcystis 속만을 대상으로 하였으며 군체의 형태를 구형으로 간주하여 길이를 측정해 부피로 환산하는 방법을 사용하였다.
- 남조류 시료는 플랑크톤 네트(mesh size; 20 μm)를 사용하여 채집하였으며, 검경을 위해 채집한 시료에 lugol’s 용액을 넣어 최종농도 1~2%로 고정하였다. 1 mL의 Sedgwick-Rafter Chamber 또는 슬라이드 글라스를 이용하여 200~1,000배 하의 위상차현미경(Carl Zeiss, Microscope Axio Imager A2, Germany)으로 동정 및 계수하였고, 남조류의 동정은 한국담수조류도감(Chung, 1993), 영국담수조류도감(John et al., 2002, 2011), 일본담수조류도감(Hirose, 1977) 등을 참고하였다. 조류경보제 발령 기준 대상 남조류인 Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis, Oscillatoria 속에 대해 Anabaena 1종, Aphanizomenon 2종, Microcystis 3종, Oscillatoria 2종의 군체 길이와 면적을 현미경프로그램 ZEN software 2011을 이용하여 측정하였다(Fig.
- , 2002, 2011), 일본담수조류도감(Hirose, 1977) 등을 참고하였다. 조류경보제 발령 기준 대상 남조류인 Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis, Oscillatoria 속에 대해 Anabaena 1종, Aphanizomenon 2종, Microcystis 3종, Oscillatoria 2종의 군체 길이와 면적을 현미경프로그램 ZEN software 2011을 이용하여 측정하였다(Fig. 2). Microcystis의 경우 대부분 모양이 불규칙하고(John et al.
- Microcystis의 경우 대부분 모양이 불규칙하고(John et al., 2011) 여러 군체가 붙어있는 경우가 많기 때문에 원형으로 간주하기에 어려움이 있어 면적을 측정하는 방법을 사용하였다(NIER, 2009).
성능/효과
- viridis(n=6)를 대상으로 군체 면적과 세포수를 측정하였다. Microcystis 종별 군체 면적 및 세포수 간의 상관분석 결과, M. aeruginosa의 r2 값은 0.761, M. wessenbergii의 r2 값은 0.824였으며, M. viridis의 r2 값은 0.887로 높은 상관성을 보였다(Fig. 3). 이는 NIER(2009)의 연구에서 M.
- 앞서 분석한대로 군체 크기와 세포수의 상관성이 남조류 속별로 종간 차이가 크지 않기 때문에 속 단위로 묶어 상관분석을 하였다. Microcystis 속(n=127)의 상관분석 결과 r2 값은 0.765, Apanizomenon 속(n=187)의 r2 값은 0.931, Oscillatoria 속(n=111)의 r2 값은 0.911로 나타났으며, Anabaena 속은 A. crassa 단일 종만 조사되어 제외하였다(Figs. 4, 5). 사상형 남조류가 구형 남조류보다 상관성이 더 높았는데 이는 본 연구와 동일한 방법으로 사상형(r2=0.
- 2013년 8월부터 10월까지 남조류가 과다증식한 시기에 한강(팔당호), 낙동강(달성보, 창녕함안보) 및 금강(고복저수지)의 대표지점에서 남조류 시료를 채집하였으며, 조류경보제 발령 기준 대상 남조류 속의 종별 군체 크기와 세포수의 상관관계를 조사하여 종 및 속별 회귀식을 산정하였다. 남조류의 속별 상관분석 결과는 사상형인 Anabaena와 Aphanizomenon의 r2 값이 0.93 이상으로 높은 상관성을 보였으며 구형의 Microcystis는 0.76의 상관계수 값을 나타냈다. 종 별 상관분석 결과 사상형 남조류 Anabaena crassa, Aphanizomenon flos-aquae, A.
- 76의 상관계수 값을 나타냈다. 종 별 상관분석 결과 사상형 남조류 Anabaena crassa, Aphanizomenon flos-aquae, A. issatschenkoi, Oscillatoria curviceps, O. mougeotii는 r2 값이 0.89~0.96의 범위로 높은 상관성을 나타냈으며, 구형인 Microcystis aeruginosa, M. wessenbergii, M. viridis는 0.76~0.88의 상관계수 값을 나타냈다. 다른 속에 비해 상대적으로 Microcystis의 상관성이 낮게 나타난 이유는 동일한 종, 동일한 크기의 군체라도 Microcystis strain에 따라 점액질 내의 세포 밀집 정도와 세포 크기에 차이가 있기 때문이다.
- 다른 속에 비해 상대적으로 Microcystis의 상관성이 낮게 나타난 이유는 동일한 종, 동일한 크기의 군체라도 Microcystis strain에 따라 점액질 내의 세포 밀집 정도와 세포 크기에 차이가 있기 때문이다. 본 연구 결과 도출한 회귀식을 이용하여 군체 크기 측정값을 세포수로 환산하는 방법이 기존의 세포 계수법과 비교할 때 신속하고 간편할 것으로 보인다. 향후 남조류 종별 더 정확한 회귀식을 도출하기 위해서는 많은 시료수 확보와 더불어 다른 종들에 대한 조사 연구가 진행되어야 할 것이다.
- mougeotii (n=101)를 대상으로 군체 길이와 세포수를 측정하였다. 사상형 남조류의 종별 군체 길이와 세포수 간의 상관분석 결과 A. crassa의 r2 값은 0.946, A. flosaquae의 r2 값은 0.897, A. issatschenkoi의 r2 값은 0.893, O. curviceps의 r2 값은 0.909, O. mougeotii의 r2 값은 0.962로 나타나 매우 높은 상관성을 보였다(Fig. 4). NIER (2009)의 연구결과에서도 Aphanizomenon flosaquae (r2=0.
후속연구
- , 1978; Konopka, 1982)에서의 사상형 남조류에 대한 길이 측정법으로 사용되었으며, 이후에는 컴퓨터 이미지 프로그램을 이용하여 자동으로 분석하는 방법이 고안되기도 하였다(Walsby and Avery, 1996). 이러한 기존의 연구 방법을 적용한다면 software 대안으로 사상형 남조류의 길이 측정도 가능할 것으로 보인다.
- 본 연구를 통해 도출된 회귀식을 이용하여 각각의 군체 면적(또는 길이)을 측정하고 세포수로 환산하는 방법이 정확할 수 있으나, 우선적으로 분석용 software가 없으면 측정이 불가능하고 또한 불규칙적인 군체 면적 또는 곡선의 사상체 길이를 측정하는 것 역시 세포수 계수만큼 많은 시간이 소요될 수 있다. 따라서 조류경보제 발령 단계별 세포수 기준에 맞춰 군체수를 산정하였다(Table 4).
- 국내에서도 조류경보제 발령 기준으로 유해 남조류 세포수를 제시하고 있기 때문에 남조류의 군체당 세포수 산출방법에 대한 연구를 통해 합리적인 남조류 계수법 제시가 필요하다고 하겠다(NIER, 2008). 이를 위해서는 본 연구 결과와 더불어 국내 수계에 출현하는 남조류의 종별 군체 크기, 군체당 세포수에 대한 조사 연구가 많이 수행되어 표준화된 값의 도출이 우선 되어야 할 것이다.
- 본 연구 결과 도출한 회귀식을 이용하여 군체 크기 측정값을 세포수로 환산하는 방법이 기존의 세포 계수법과 비교할 때 신속하고 간편할 것으로 보인다. 향후 남조류 종별 더 정확한 회귀식을 도출하기 위해서는 많은 시료수 확보와 더불어 다른 종들에 대한 조사 연구가 진행되어야 할 것이다.
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