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문제 정의
- 본 연구의 목적은 경기만에서 우점하는 S. marinoi-dohrnii complex를 분리, 배양하여 넓은 범위의 온도와 광조건에서 반응하는 생장률을 제시하고, 그 생장특성으로부터 종의 분포특성을 이해하는데 있다. 이를 위해 광, 온도를 조합한 63가지 조건에서 생장률 실험을 수행하였고, 그 결과를 잘 알려진 세 가지 생장 모형식에 적용하여 최적합 방정식을 구하였다.
제안 방법
- 9개의 삼각플라스크 각각에는 차광율이 다른 차광필름 (LLumar® film)으로 감싸서 플라스크 안으로 투과되는 광량이 각각 5, 10, 20, 30, 50, 70, 100, 200, 500 μmol m-2s-1 (각 설정 광도의 ±10%의 오차허용)가 되도록 하였고 광량 측정은 광도계 (Biospherical Instruments Inc. QSL-2100)를 이용하였다.
- 결론적으로, 본 연구는 우리나라 연안에서 중요한 식물플랑크톤인 Skeletonema marinoi-dohrnii complex의 생장률 실험을 통해 생태계 모델의 일차생산 매개변수인 최대생장률, 최적광도, 최적온도와 함께 넓은 범위의 온도와 광조건에 대한 생장특성 정보를 제시하였다. 또한 이러한 생장특성은 이 종이 늦겨울부터 봄철에 대증식을 일으킬 수 있음을 보여주었다.
- 경기만에서 분리된 Skeletonema marinoi-dohrnii complex의 생장률을 구하기 위하여 영양염이 제한되지 않는 조건 하에서 무균 회분배양으로 넓은 범위의 광조건(5~500μmol m-2s-1)과 수온 (2~35°C)에 걸쳐 실험하였다.
- 은 일정 배양시간 후의 세포수이다. 광도와 생장률 관계에 대한 생리적 매개변수를 계산하기 위하여, 실험값을 세 가지 모형(Steele 1965; Platt and Jassby 1976; Peeters and Eilers 1978)으로 곡선근사 (curve fitting)하여, 가장 적합한 모형을 제시하고자 하였다. Steele (1965) 모형은 식 (2)와 같다.
- QSL-2100)를 이용하였다. 광원은 항온수조 바닥을 통해 삼각플라스크 밑면을 비추도록 하였고 인접한 플라스크로부터 나오는 빛에 영향을 받지 않도록 삼각플라스크 사이마다 검은색 칸막이를 두었다. 실험에서 배양밀도는 자가그늘지움(self-shading)이 되지 않도록 종주 배양액을 희석하여 플라스크에 동일한 양을 분주하였다.
- 이 때 종주가 수조온도에 순응할 수 있도록 수조의 설정온도를 서서히 단계적으로 맞추었다. 생장률 실험은 3~4일에 걸쳐 이루어졌으며 매일 오전 중에 각각의 삼각플라스크로부터 시료를 채취하여 루골 용액으로 최종농도 0.5%로 고정하였다. 시료는 Sedgwick-Rafter chamber에 1mL을 넣고 광학현미경(Olympus, BX50) 하에서 계수하였다.
- 수조의 온도는 각각 2, 5, 10, 20, 30, 35°C 를 유지하도록 항온순환기를 이용하였고, 2°C로 설정된 항온순환기에는 결빙을 방지하도록 부동액을 첨가하였다.
- 실험결과 확인 후 생장 상한온도를 찾기 위해 32°C 구간에 대한 실험을 추가 수행하였다.
- marinoi-dohrnii complex를 분리, 배양하여 넓은 범위의 온도와 광조건에서 반응하는 생장률을 제시하고, 그 생장특성으로부터 종의 분포특성을 이해하는데 있다. 이를 위해 광, 온도를 조합한 63가지 조건에서 생장률 실험을 수행하였고, 그 결과를 잘 알려진 세 가지 생장 모형식에 적용하여 최적합 방정식을 구하였다. 본 연구는 S.
- 7 psu)에 키타하라 네트 (망목 ø45 μm)를 이용하여 채집한 시료에서 종을 분리하였다. 종 동정을 위하여 배양시료 중 일부를 루골 용액으로 고정하였고, 산 처리를 통해 유기물을 제거한 후 시료를 건조시키고 메탈 코팅하여 주사전자현미경 (S-2460N, Hitachi Inc., Japan)으로 검경하였다(Simonsen 1974; Sarno et al. 2005; Jung et al. 2009). 이 종주는 전자현미경을 통해 형태학적으로 Skeletonema marinoi로 분류되었으나, S.
대상 데이터
-
2. 생장률 실험
실험세트는 6개의 수조 각각에 광도구배가 9가지로 구성된 삼각플라스크(250 mL) 한 조씩 들어가도록 구성하였다(Fig. 2). 수조의 온도는 각각 2, 5, 10, 20, 30, 35°C 를 유지하도록 항온순환기를 이용하였고, 2°C로 설정된 항온순환기에는 결빙을 방지하도록 부동액을 첨가하였다.
- 인천 관선부두 (N 37° 26'59'', E 126°35'43'')에서 2013년 3월(수온 7.2°C, 염분 28.7 psu)에 키타하라 네트 (망목 ø45 μm)를 이용하여 채집한 시료에서 종을 분리하였다.
데이터처리
- 시료는 Sedgwick-Rafter chamber에 1mL을 넣고 광학현미경(Olympus, BX50) 하에서 계수하였다. 이 때 통계적 오차를 줄이기 위하여 세포수를 적어도 200개 이상 3회씩 반복하여 계수하여 평균값을 사용하였다. 실험결과 확인 후 생장 상한온도를 찾기 위해 32°C 구간에 대한 실험을 추가 수행하였다.
성능/효과
- 하지만 Peeters and Eilers (1978)의 모형식은 실험값과 가장 잘 일치하였는데, 낮은 광도부터 #까지 생장률의 지수적 증가를 잘 예측하였고 높은 광도에서도 광저해 효과를 잘 보여주었다. 결과적으로 이 모형의 타당성은 이 종에 대한 실험값과 예측값 간의 높은 상관성으로 확인되었다(r=0.96, n=54; Fig. 4). Peeters and Eilers 생장률 모형으로부터 구한 각 온도구간별 매개변수는 Table 2와 같다.
- 또한 실제 해역에서 Skeletonema 종들의 온도에 따른 자원경쟁을 고려할 때 5~15°C에서 S. marinoi-dohrnii complex의 상대적으로 높은 생장률 (0.79~1.61 d-1)은 늦겨울에서 봄철에 대증식을 일으킬 수 있음을 시사한다.
- 결론적으로, 본 연구는 우리나라 연안에서 중요한 식물플랑크톤인 Skeletonema marinoi-dohrnii complex의 생장률 실험을 통해 생태계 모델의 일차생산 매개변수인 최대생장률, 최적광도, 최적온도와 함께 넓은 범위의 온도와 광조건에 대한 생장특성 정보를 제시하였다. 또한 이러한 생장특성은 이 종이 늦겨울부터 봄철에 대증식을 일으킬 수 있음을 보여주었다. 따라서 본 결과는 경기만 등 해양 생태계 모델을 고도화하는데 필요한 매개변수의 기초자료로써 뿐만 아니라 기존 매개변수 값의 입력범위를 가늠하는데 참고자료로 활용될 수 있다.
- 모든 온도구간에서 이 종의 생장반응은 광도의 증가와 함께 μ가 급격히 증가하였으나, μ가 최대에 도달한 광도 그 이상에서는 μ가 감소하는 광저해(photoinhibition)현상을 보였다.
- 본 결과에서 S. marinoi-dohrnii complex는 5°C까지도 최대 0.82 d-1로 비교적 높은 생장률을 유지하였다.
- 본 결과에서 제시한 S. marinoi-dohrnii complex의 최대생장률 반응곡선이 갖는 특징은 넓은 생장온도 범위(2~32°C)와 Eppley (1972)의 곡선에 근접하는 우월한 생장률이다 (Fig. 5).
- 실험결과로부터 도출된 S. marinoi-dohrnii complex의 생장반응식은 최대 μmax, Topt, Iopt에 대하여 각각 2.48 d-1, 26.1°C, 197 μmol m-2s-1을 나타내었다.
- 실험결과로부터 온도와 광이 각각 26.1°C, 197 μmol m-2 s-1 인 최적조건에서 이 종의 최대 μmax는 2.48 d-1을 보였다.
- 온도구간별로 광도에 따른 Skeletonema marinoi-dohrnii complex의 생장률 실험결과, 35°C를 제외한 모든 온도구간(2~32°C)에서 생장하였으며, μ는 0.20~2.09 d-1의 범위를 보였다(Table 1).
- 온도에 대한 이 종의 생장반응은 최적온도(26.1°C)를 중심으로 이보다 온도가 낮아질수록 μmax는 완만하게 감소한 반면에, 최적온도를 넘는 수온조건에서는 급격하게 감소하는 경향을 보였다.
- 이 결과로부터 이 종의 최대 μ max는 2.48 d-1이었고, 이 때 최적수온과 최적광도는 각각 26.1°C, 최적광도 (Iopt)는 197 μmol m-2s-1로 계산되었다(Table 3).
- 이러한 현상은 Langdon (1988)의 Table VII에서 5~25°C에서 측정된 개체수 생장률과 탄소생체량 생장률의 결과를 온도의 함수로 보면 각각의 생장률은 선형관계를 보이지만 두 생장률의 기울기가 달라 고온으로 갈수록 두 생장률의 차이가 커짐을 알 수 있다. 이 자료로 구한 개체수 대 탄소생체량 생장률 비 (평균 1.38)를 이용하여 본 결과의 세포수 생장률 2.48 d-1을 생체량 생장률로 환산한 결과는 1.80 d-1으로 Kaeriyama et al. (2011)의 1.6 d-1보다 다소 높았다.
후속연구
- 또한 이러한 생장특성은 이 종이 늦겨울부터 봄철에 대증식을 일으킬 수 있음을 보여주었다. 따라서 본 결과는 경기만 등 해양 생태계 모델을 고도화하는데 필요한 매개변수의 기초자료로써 뿐만 아니라 기존 매개변수 값의 입력범위를 가늠하는데 참고자료로 활용될 수 있다.
- 2009; Saravanan and Godhe 2010). 따라서 해양생태계를 모의하는데 있어서 일차생산과 관련한 입력변수를 외국 자료에 의존할 때에는 상당한 주의가 필요한데, 본 결과는 입력변수의 자료로써 뿐만 아니라 기존 매개변수 값의 입력범위를 결정하는데 활용될 수 있다. 하지만 본 결과 역시 경기만의 특정 시기에 분리된 종의 결과이기 때문에 이 종에 대한 생태학적 결론은 시공간적으로 다양한 클론이 연구된 후로 유보되어야 한다.
- 하지만 본 결과 역시 경기만의 특정 시기에 분리된 종의 결과이기 때문에 이 종에 대한 생태학적 결론은 시공간적으로 다양한 클론이 연구된 후로 유보되어야 한다. 또한 하구를 포함하는 연안 해역을 대상으로 생태계를 모의할 경우 대상해역의 염분변화가 크기 때문에 염분 스트레스에 의한 S. marinoi-dohrnii complex의 생장률 변동이 고려되어야 할 것이다.
- 이를 위해 광, 온도를 조합한 63가지 조건에서 생장률 실험을 수행하였고, 그 결과를 잘 알려진 세 가지 생장 모형식에 적용하여 최적합 방정식을 구하였다. 본 연구는 S. marinoi-dohrnii complex가 우점하는 경기만을 비롯한 서남해안 해역에 대한 생태계 모델을 구축하는데 기초자료로 활용될 수 있다.
- 61 d-1)은 늦겨울에서 봄철에 대증식을 일으킬 수 있음을 시사한다. 이 결과는 해양생태계 모델의 정확성과 실재성을 개선하는데 기초자료로 활용될 수 있다.
- 따라서 해양생태계를 모의하는데 있어서 일차생산과 관련한 입력변수를 외국 자료에 의존할 때에는 상당한 주의가 필요한데, 본 결과는 입력변수의 자료로써 뿐만 아니라 기존 매개변수 값의 입력범위를 결정하는데 활용될 수 있다. 하지만 본 결과 역시 경기만의 특정 시기에 분리된 종의 결과이기 때문에 이 종에 대한 생태학적 결론은 시공간적으로 다양한 클론이 연구된 후로 유보되어야 한다. 또한 하구를 포함하는 연안 해역을 대상으로 생태계를 모의할 경우 대상해역의 염분변화가 크기 때문에 염분 스트레스에 의한 S.
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