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문제 정의
- 본 연구는 우리나라에 외국종이 아닌 자생하는 좀개구리밥을 이용하여 오염물질 중 다환방향족탄화수소(PAHs)와 대표적 질소화합물인 암모늄의 식물독성을 평가하고자 수행하였다.
제안 방법
- PAHs의 효과를 보기 위하여 세척한 모래 150g에 아세톤에 종류별로 녹인 PAH를 50mg 코팅시킨 후 투명 사각 용기(72 × 72 × 100㎜)에 모래를 채우고 좀개구리밥 양액 100㎖을 첨가한 후 좀개구리밥을 엽상체를 기준으로 5개씩 넣고 생육장에서 배양을 실시하였다.
- 좀개구리밥 생장 분석은 엽상체의 수를 기준으로 계산하였으며, 색소는 메탄올로 추출 후 spectrophotometer(Shimadzu UV-1700, Shimadzu, Japan)를 이용해 663, 646, 470nm에서 흡광도를 측정 후 다음 식에 따라 엽록소 a와 엽록소 b 및 카로티노이드 함량을 구하였다.
대상 데이터
- 계대배양은 25℃의 생육상에서 실시하였고 1 주일에 한번씩 양액을 갈아주었다. 실험에 이용된 개체는 수집된 좀개구리밥에서 계대 배양 과정에서 새로이 발생한 개체만을 이용하였다.
- 좀개구리밥(L. perpusilla Torr.)은 2009년 8월에 경남 사천시 두량면에서 수집하여 수돗물에 세척 후 1% sodium hypochlorite 용액에 20분간 넣어 멸균하였다. 멸균된 식물체는 물기를 제거한 후 배양액에서 실험 시까지 배양하였다.
이론/모형
- 배양온도는 25℃ 항온조건이었으며 생육장의 광도(PAR)는 100µEm-2s-1이었다. 이 외의 배양조건은 OECD 기준에 준하여 실시하였다(OECD, 2002).
성능/효과
- 이러한 기형은 Maliszewska-Kordybach and Smreczak(2000)의 보고에서처럼 PAHs가 돌연변이 유발과 관련된 유전독성을 나타내기 때문인 것으로 생각된다. 따라서 PAHs 중 억제가 심한 화학종은 엽상체의 발생은 물론 정상적인 발달에도 영향을 크게 미치는 것으로 확인되었다. 처리 5일 후 엽상체의 수는 Figure 2에서 보는 바와 같이 fluorene에 의한 억제 효과가 가장 강하게 나타났으며, pyrene에 의한 효과는 가장 약하게 나타났다.
- , 2014)를 고려해 볼 때 PAHs에 의해 유발된 산화적 스트레스를 경감시키기 위해 카로티노이드 함량이 증가한 것으로 보인다. 색소에 의한 피해 평가는 식물체의 크기나 무게와 같은 양적 평가와 더불어 손쉽게 피해 정도를 확인할 수 있는 방법으로서 본 연구에서 확인된 PAHs에 대한 광합성 색소들의 함량 반응은 좀개구리밥의 이용에 좋은 장점으로 작용한다고 볼 수 있다.
- 처리 5일 후 엽상체의 수는 Figure 2에서 보는 바와 같이 fluorene에 의한 억제 효과가 가장 강하게 나타났으며, pyrene에 의한 효과는 가장 약하게 나타났다. 억제 효과가 크게 나타난 fluorene과 phenanthrene은 농도가 높아질수록 지속적으로 엽상체 수가 줄어들었으나 fluoranthene과 pyrene은 100ppm의 농도까지도 그 억제 효과가 크지 않았다. 처리 10일 후의 결과를 보면 억제 효과가 큰 fluorene과 phenanthrene은 지속적으로 억제 효과가 나타났으나 fluoranthene과 pyrene은 그 억제 효과가 다소 줄어드는 결과를 보였다.
- 좀개구리밥의 경우 암모늄에 민감하게 반응하여 암모늄 검정에 적합한 수준의 반응을 보였으며 엽수의 경우 암모늄 농도에 대해 일정한 반응을 보이는 형질이었다(Figure 4). 엽상체 수와 생체중은 10mM까지는 감소폭이 크지 않았으나 색소의 경우 엽록소와 카로티노이드 모두 그 감소폭이 엽상체수나 생체중보다 크게 줄었으며 카로티노이드의 경우 그 함량이 10mM 이상의 암모늄 농도에서 극히 낮은 결과를 보여 엽록소보다는 카로티노이드 합성이 암모늄에 의해 강하게 억제되는 결과를 보였다. 암모늄은 식물체내에 과다하게 흡수될 경우 체내 pH 변화와 색소 함량 감소 등을 유발한다고 알려져 있는데(Britto and Kronzucker, 2002), 그 독성은 체내 질소 대사의 교란이 주된 원인으로서 영양 생장에 가장 중요한 원소인 질소 대사가 교란되어 생육 저해가 발생하였다.
- 식물종 중에서 중금속, 제초제 등의 독성 평가에 많이 이용되고 있는 좀개구리밥을 PAHs 독성 확인을 위해 이용한 결과 Figure 1에서 보는 바와 같이 PAHs 종류에 따라 차이를 나타내었다. 엽상체의 생장에 가장 강한 억제 효과를 나타낸 PAHs는 fluorene이었으며 fluoranthene과 pyrene은 외견상 억제 정도가 상대적으로 낮았다. 강한 억제를 나타낸 phenanthrene의 경우 엽상체의 수도 적었으며 발생한 엽상체의 형태도 기형을 나타내는 경우도 있었다.
- 처리 10일 후의 결과를 보면 억제 효과가 큰 fluorene과 phenanthrene은 지속적으로 억제 효과가 나타났으나 fluoranthene과 pyrene은 그 억제 효과가 다소 줄어드는 결과를 보였다. 전체적인 결과를 보면 4 가지 PAHs 중 가장 억제 효과가 큰 물질은 fluorene이었으며 가장 억제 효과가 작은 물질은 pyrene이었다.
- 억제 효과가 크게 나타난 fluorene과 phenanthrene은 농도가 높아질수록 지속적으로 엽상체 수가 줄어들었으나 fluoranthene과 pyrene은 100ppm의 농도까지도 그 억제 효과가 크지 않았다. 처리 10일 후의 결과를 보면 억제 효과가 큰 fluorene과 phenanthrene은 지속적으로 억제 효과가 나타났으나 fluoranthene과 pyrene은 그 억제 효과가 다소 줄어드는 결과를 보였다. 전체적인 결과를 보면 4 가지 PAHs 중 가장 억제 효과가 큰 물질은 fluorene이었으며 가장 억제 효과가 작은 물질은 pyrene이었다.
- 따라서 PAHs 중 억제가 심한 화학종은 엽상체의 발생은 물론 정상적인 발달에도 영향을 크게 미치는 것으로 확인되었다. 처리 5일 후 엽상체의 수는 Figure 2에서 보는 바와 같이 fluorene에 의한 억제 효과가 가장 강하게 나타났으며, pyrene에 의한 효과는 가장 약하게 나타났다. 억제 효과가 크게 나타난 fluorene과 phenanthrene은 농도가 높아질수록 지속적으로 엽상체 수가 줄어들었으나 fluoranthene과 pyrene은 100ppm의 농도까지도 그 억제 효과가 크지 않았다.
- 카로티노이드는 엽록소의 경우와는 달리 저농도의 PAHs에 의해서는 농도가 다소 증가하는 결과를 나타냈으며 함량의 감소폭도 엽록소 함량에 비해 작게 나타났다. 카로티노이드는 식물체에 존재하는 대표적인 방어물질로 PAHs가 식물체 내에서 산화적 스트레스를 유발한다는 실험 결과(Brennan et al.
후속연구
- 암모늄은 수용성 물질로서 수질 오염의 주된 물질 중 하나이다. 따라서 수생식물인 좀개구리밥이 본 연구의 결과에서처럼 암모늄 농도에 민감하게 반응하므로 암모늄 오염과 연관된 수질 평가의 생물검정에 이용될 수 있을 것으로 생각된다.
- 그러나 기내에서 액체 배지에서 손쉽게 배양할 수 있어 오염 평가에 널리 활용될 수 있다. 특히 국내 자생종으로서 습지 등에서 가장 흔하게 발견되는 종이므로 수생태계에서 문제가 될 수 있는 식물독성에 대한 간이 평가에 효율적으로 활용될 수 있을 것이다.
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