카드뮴 노출에 따른 북방전복, Haliotis discus hannai (Ino, 1953) 의 hemolymph 및 hepatopancreas의 효소활성의 변화 Changes of enzyme activity in the hemolymph and hepatopancreas of the abalone, Haliotis discus hannai (Ino, 1953) exposed to cadmium원문보기
본 연구는 카드뮴 노출에 따른 북방전복, Haliotis discus hannai의 hemolymph 및 hepatopancreas의 효소활성에 대한 변화를 관찰하였다. 북방전복은 카드뮴 0, 5, 10, 20 및 40 Cd${\mu}g/L$의 농도에서 4 주간 노출시킨 결과, hemolymph의 phenoloxidase (PO) 활성은 40 Cd ${\mu}g/L$ 농도에서 4주 후에 유의하게 감소하였으나, alkaline phosphatase (ALP), aspartate aminotransferase (AST) 및 alanine aminotransferase (ALT) 활성은 40 Cd ${\mu}g/L$ 농도에서 4주 후에 유의한 증가를 나타냈다. 또한 hemolymph의 칼슘(Ca) 농도는 20 및 40 Cd ${\mu}g/L$의 농도에서 4주 후에 유의한 감소를 나타냈다. 한편 hepatopancreas의 superoxide dismutase (SOD) 활성은 20 및 40 Cd ${\mu}g/L$ 농도에서, catalase (CAT) 활성은 40 Cd ${\mu}g/L$ 농도에서 2주 후에 유의한 증가를 나타냈다. 따라서 카드뮴에 노출된 북방전복 hemolymph와 hepatopancreas의 효소활성은 적어도 카드뮴 농도 40 Cd ${\mu}g/L$에서 변동이 있을 것으로 예상되며, 이들 효소활성은 연안의 중금속 오염모니터링의 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 생각된다.
본 연구는 카드뮴 노출에 따른 북방전복, Haliotis discus hannai의 hemolymph 및 hepatopancreas의 효소활성에 대한 변화를 관찰하였다. 북방전복은 카드뮴 0, 5, 10, 20 및 40 Cd ${\mu}g/L$의 농도에서 4 주간 노출시킨 결과, hemolymph의 phenoloxidase (PO) 활성은 40 Cd ${\mu}g/L$ 농도에서 4주 후에 유의하게 감소하였으나, alkaline phosphatase (ALP), aspartate aminotransferase (AST) 및 alanine aminotransferase (ALT) 활성은 40 Cd ${\mu}g/L$ 농도에서 4주 후에 유의한 증가를 나타냈다. 또한 hemolymph의 칼슘(Ca) 농도는 20 및 40 Cd ${\mu}g/L$의 농도에서 4주 후에 유의한 감소를 나타냈다. 한편 hepatopancreas의 superoxide dismutase (SOD) 활성은 20 및 40 Cd ${\mu}g/L$ 농도에서, catalase (CAT) 활성은 40 Cd ${\mu}g/L$ 농도에서 2주 후에 유의한 증가를 나타냈다. 따라서 카드뮴에 노출된 북방전복 hemolymph와 hepatopancreas의 효소활성은 적어도 카드뮴 농도 40 Cd ${\mu}g/L$에서 변동이 있을 것으로 예상되며, 이들 효소활성은 연안의 중금속 오염 모니터링의 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 생각된다.
This study was conducted to investigate the effects of cadmium (Cd) exposure on biochemical factors in the hemolymph and hepatopancreas of the abalone, Haliotis discus hannai. The abalone were exposed to 0, 5, 10, 20 and 40 ${\mu}g/L$ Cd for 4 weeks. The phenoloxidase (PO) activity was de...
This study was conducted to investigate the effects of cadmium (Cd) exposure on biochemical factors in the hemolymph and hepatopancreas of the abalone, Haliotis discus hannai. The abalone were exposed to 0, 5, 10, 20 and 40 ${\mu}g/L$ Cd for 4 weeks. The phenoloxidase (PO) activity was decreased in hemolymph of abalone exposed to 40 Cd ${\mu}g/L$ for 4 weeks compared to the control (P < 0.05). The hemolymph enzymes, alkaline phosphatase (ALP), aspartate aminotransferase (AST) and alanine aminotransferase (ALT) activities were markedly elevated in 40 Cd ${\mu}g/L$ after 4 weeks. The hemolymph calcium concentrations were significantly decreased in 20 and 40 Cd ${\mu}g/L$ for 4 weeks. Hepatopancreas superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) activities were significantly increased by Cd. SOD was increased in both 20 and 40 Cd ${\mu}g/L$ and CAT, in 40 Cd ${\mu}g/L$ after 2 weeks (P < 0.05). These results suggested that the abalone SOD and CAT including PO may serve as a protective mechanism against oxidative stress by Cd. We conclude that a Cd concentration, 40 ${\mu}g/L$ in water may curtail hemolymph homeostasis and anti-oxidative reactions in abalone hepatopancreas. From these results, these biochemical factors may represent a convenient method of monitoring heavy metal pollution in coastal areas.
This study was conducted to investigate the effects of cadmium (Cd) exposure on biochemical factors in the hemolymph and hepatopancreas of the abalone, Haliotis discus hannai. The abalone were exposed to 0, 5, 10, 20 and 40 ${\mu}g/L$ Cd for 4 weeks. The phenoloxidase (PO) activity was decreased in hemolymph of abalone exposed to 40 Cd ${\mu}g/L$ for 4 weeks compared to the control (P < 0.05). The hemolymph enzymes, alkaline phosphatase (ALP), aspartate aminotransferase (AST) and alanine aminotransferase (ALT) activities were markedly elevated in 40 Cd ${\mu}g/L$ after 4 weeks. The hemolymph calcium concentrations were significantly decreased in 20 and 40 Cd ${\mu}g/L$ for 4 weeks. Hepatopancreas superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) activities were significantly increased by Cd. SOD was increased in both 20 and 40 Cd ${\mu}g/L$ and CAT, in 40 Cd ${\mu}g/L$ after 2 weeks (P < 0.05). These results suggested that the abalone SOD and CAT including PO may serve as a protective mechanism against oxidative stress by Cd. We conclude that a Cd concentration, 40 ${\mu}g/L$ in water may curtail hemolymph homeostasis and anti-oxidative reactions in abalone hepatopancreas. From these results, these biochemical factors may represent a convenient method of monitoring heavy metal pollution in coastal areas.
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문제 정의
본 연구는 최근 고부가가치 양식산업종으로 부각되고 있는 북방전복 (H. discus hannai) 을 대상으로, 카드뮴 노출에 의한 hemolymph 내의 무기, 유기 및 효소 활성과 hepatopancreas의 항산화 효소의 변화를 검토하여 카드뮴 오염의 모니터링 기초자료로 활용하고자 한다.
본 연구는 카드뮴 노출에 따른 북방전복, Haliotis discus hannai의 hemolymph 및 hepatopancreas의 효소활성에 대한 변화를 관찰하였다.
, 2011). 본 연구에서는 고부가가치 양식생물로 주목받고 있는 북방전복 (H. discus hannai) 을 대상으로 Cd 노출에 따른 생리적 반응의 변화를 조사하였다.
제안 방법
CAT 활성 측정은 H2O2를 기질로 사용하여 240 nm 파장에서 H2O2가 환원되어 감소하는 흡광도로 계산하였고, 효소 활성 단위는 1분간 단백질 1 mg이 반응하여 환원시킨 H2O2를 nmol로 나타내었다.
Hemolymph 효소 활성은 phenoloxidase (PO), alkaline phosphatase (ALP), aspartate aminotransferase (AST) 및 alanine amiotransferase (ALT) 를 분석하였다.
Hemolymph의 무기성분은 마그네슘 (Mg) 과 칼슘 (Ca) 을 측정하였다. Mg의 정량은 Xylidyl blue 법으로, Ca은 OCPC (o-cresolphthalein-complexon) 법으로 비색 정량하였다.
) 를 이용하였다. 시료를 단계 희석하여 450 nm에서 inhibition curve를 작성하고, inhibition curve에서 활성이 50% 억제되는 농도를 찾아 계산하였다.
실험용액은 카드뮴 표준용액 (1,000 mg/L) 을 이용하였고, 실험 농도는 예비실험을 바탕으로 5, 10, 20, 및 40 Cd μg/L로 설정하였다.
실험은 4주 동안 실시하였으며, 노출 후 2주와 4주째에 hemolymph와 hepatopancreas를 채취하여 생화학적 분석에 이용하였다.
실험은 환수식 방법으로 실시하였고, 먹이는 매일 미역 (Undaria pinnatifida) 을 충분한 양으로 공급 하였다.
유기성분은 총 단백질 (total protein, TP) 과 glucose 를 측정하였다.
5 M HCl) 를 넣은 뒤 즉시 파장 490 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이후 28℃ 배양기에서 20분간 반응시킨 후, 차가운 증류수를 넣어 반응을 정지시키고 흡광도를 측정하였다. 효소 활성의 계산은 흡광도 측정치가 0.
전복 hepatopancreas를 적출하여 superoxide dismutase (SOD) 및 catalase (CAT) 활성 및 단백질 함량을 분석하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용한 북방전복, Haliotis discus hannai은 완도 소재의 양식장으로부터 분양받아 PVC (52 × 36 × 30 cm) 수조에서 2주간 순치하였고, 시험에는 외관상 건강한 개체 (각장 48.3 ± 2.4 mm, 전중 13.8 ± 2.2 g) 를 사용하였다.
데이터처리
Values with different superscript are significantly different (P < 0.05) from control according to Duncan's multiple range test.
Values with different superscript are significantly different (P < 0.05) from control according to Duncan's multiple range test.
Values with different superscript are significantly different (P < 0.05) from control according to Duncan's multiple range test.
실험 결과의 통계 처리는 SPSS 통계프로그램 (version 12.0) 을 이용하여 ANOVA test를 실시하고, 사후검정으로 Duncan’s multiple range test를 통해 P < 0.05일 때 유의성이 있는 것으로 간주하였다.
이론/모형
001/ml 감소한 값을 1 unit로 하였다. ALP는 Kind-king법으로, AST와 ALT는 Retiman-Frankel법을 이용하여 측정하였다.
Hemolymph의 무기성분은 마그네슘 (Mg) 과 칼슘 (Ca) 을 측정하였다. Mg의 정량은 Xylidyl blue 법으로, Ca은 OCPC (o-cresolphthalein-complexon) 법으로 비색 정량하였다. 유기성분은 총 단백질 (total protein, TP) 과 glucose 를 측정하였다.
PO의 활성은 Ashida and Soderhall (1984) 의 방법을 이용하였다.
유기성분은 총 단백질 (total protein, TP) 과 glucose 를 측정하였다. TP는 Biuret법, glucose는 GOD법으로 측정하였다.
단백질 함량은 Bradford 법을 바탕으로 한 Kit (Biorad. Co. Ltd.) 를 이용 했으며, 표준 단백질로서 BSA (bovine serum albumin) 를 사용하였다.
성능/효과
ALP 활성은 4주째에 20과 40 Cd μg/L농도 구간에서 유의하게 증가하였고, PO는 20 Cd μg/L 구간은 4주째에, 40 Cd μg/L 구간은 2와 4주째에 증가하였다 (Fig. 1).
AST와 ALT 효소 활성 모두 노출 후 4주째에 40 Cd μg/L 구간에서 유의한 증가를 보였다(Fig. 2).
SOD 활성은 Cd 농도에 따라 증가하는 경향을 보였으나, 20과 40 Cd μg/L 구간에서 유의성이 인정되었다 (P < 0.05).
노출 4주째 40 Cd μg/L 구간에서 가장 높은 SOD 활성을 보였으나, 노출 기간에 따른 유의한 차이는 보이지 않았다.
따라서 본 연구에서도 어류의 혈장과 마찬가지로 hemolymph의 Ca 농도가 금속이온의 섭취 과정 중 Ca와 Cd의 상호 또는 경쟁 작용에 의해 Ca 흡수가 저해된 것으로 판단된다.
, 1993). 본 연구에서 북방전복 (H. discus hannai) 의 hepatopancreas SOD와 CAT가 함께 증가하는 경향을 보이는 것은 SOD에서 CAT로 이어지는 단계적인 산화스트레스에 대한 저항으로 볼 수 있다 (Fig. 5). 또한 10 mg/L Cd에 노출된 Procambarus clarkii의 hepatopancreas와 gill tissue에서 SOD와 CAT 활성이 증가된 바 있으며 (Hu et al.
본 연구에서 전복의 AST와 ALT는 (Fig. 2), 바지락, R. philippinarum에 대해서 보고된 바와 유사하게 노출 4주째에 Cd 40 μg/L의 농도에서 유의하게 증가하였다 (Blasco and Puppo, 1999).
북방전복 (H. discus hannai) 의 Mg은 모든 실험구간에서 유의한 변화가 관찰되지 않았으나, Ca은 Cd 20 μg/L의 이상에서 유의한 감소를 보였다.
북방전복은 카드뮴 0, 5, 10, 20 및 40 Cd μg/L의 농도에서 4 주간 노출시킨 결과, hemolymph의 phenoloxidase (PO) 활성은 40 Cd μg/L 농도에서 4주 후에 유의하게 감소하였으나, alkaline phosphatase (ALP), aspartate aminotransferase (AST) 및 alanine aminotransferase (ALT) 활성은 40 Cd μg/L 농도에서 4주 후에 유의한 증가를 나타냈다.
후속연구
따라서 카드뮴에 노출된 북방전복 hemolymph와 hepatopancreas의 효소활성은 적어도 카드뮴 농도 40 Cd μg/L에서 변동이 있을 것으로 예상되며, 이들 효소활성은 연안의 중금속 오염 모니터링의 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 생각된다.
이상의 결과는 20 μg/L 이상의 Cd는 북방전복 (H. discus hannai) 의 스트레스 요인으로 작용하여 hemolymph 내의 생리적 변동 유발 및 hepatopancreas의 항산화 효소의 활성을 촉진하며, 이는 연안 중금속 오염에 대한 모니터링의 수단으로 이용될 수 있을 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라의 전복 양식생산량이 대부분을 차지하는 종은 무엇인가?
최근 수산 산업은 수산 자원의 급격한 감소로 빠르게 양식 산업으로 전환되고 있으며, 그 중 북방전복 (Haliotis discus hannai) 은 우리나라의 전복 양식생산량의 대부분을 차지한다 (Kim et al., 2006).
전복 양식생산량의 향상은 무엇 때문인가?
2010년, 양식산 전복 6,228톤을 생산한 우리나라는 세계 2위의 전복 생산국으로 주목을 받고 있다 (KNSO, 2011). 이러한 급격한 생산량의 향상은 해상가두리 육성법을 이용한 대량생산체제가 구축되었기 때문이나, 이는 최근 급변하는 해양 환경조건에 그대로 노출된다는 단점이 있다 (Park et al., 2011).
우리나라는 산업발전에 따라 해수에 어떤 부정적 영향을 미치는가?
, 2011). 우리나라는 산업발전에 따라 각종 생활오수, 산업폐수 등에 의하여 연안 해역의 오염이 가속화되고 있는 가운데, 해수 중으로 유입된 중금속으로 인해 연안생물의 중금속 오염의 우려를 안고 있다. 특히, 우리나라 연안 무척추 동물의 카드뮴 (Cd) 함량을 조사한 연구에서, 복족류는 0.
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