쇠미역(Costaria costata)과 미역(Undaria pinnatifida) 배우체의 생장과 성숙에 광과 온도가 미치는 영향 Crossed Effects of Light and Temperature on the Growth and Maturation of Gametophytes in Costaria costata and Undaria pinnatifida원문보기
We examined for differences in the growth and fertility of microscopic stages between Costaria costata and Undaria pinnatifida in crossed temperature×irradiance (12, 17, 22℃×20, 60 μmol photons m–2s–1) and daylength×irradiance (8, 12, 16, 24 h×20, 60 &#...
We examined for differences in the growth and fertility of microscopic stages between Costaria costata and Undaria pinnatifida in crossed temperature×irradiance (12, 17, 22℃×20, 60 μmol photons m–2s–1) and daylength×irradiance (8, 12, 16, 24 h×20, 60 μmol photons m–2s–1) experimental designs. After 13 days in culture, maximum gametophyte growths of the two species were obtained under the following combinations of factors: 17℃×60 μmol photons m–2s–1 and 24 h daylength×60 μmol photons m–2s–1. C. costata gametophytes produced sporophytes about 6 days earlier than those of U. pinnatifida. Sporophyte densities were highest in the 12 h daylength×60 μmol photons m–2s–1 combination after 20 days in C. costata (9.7 plants mm–2) and 26 days in U. pinnatifida (9.1 plants mm–2). However, optimal growth conditions for the microscopic sporophytes differed between species: 17℃×60 μmol photons m–2 s–1 for C. costata, 12℃×60 μmol photons m–2 s–1 for U. pinnatifida. Thus, C. costata gametophytes grew faster and produced sporophytes earlier than those of U. pinnatifida, even though the haploid gametophytes of the two species responded similarly to environmental conditions. Optimal growth temperatures for the microscopic sporophytes also differed between species.
We examined for differences in the growth and fertility of microscopic stages between Costaria costata and Undaria pinnatifida in crossed temperature×irradiance (12, 17, 22℃×20, 60 μmol photons m–2s–1) and daylength×irradiance (8, 12, 16, 24 h×20, 60 μmol photons m–2s–1) experimental designs. After 13 days in culture, maximum gametophyte growths of the two species were obtained under the following combinations of factors: 17℃×60 μmol photons m–2s–1 and 24 h daylength×60 μmol photons m–2s–1. C. costata gametophytes produced sporophytes about 6 days earlier than those of U. pinnatifida. Sporophyte densities were highest in the 12 h daylength×60 μmol photons m–2s–1 combination after 20 days in C. costata (9.7 plants mm–2) and 26 days in U. pinnatifida (9.1 plants mm–2). However, optimal growth conditions for the microscopic sporophytes differed between species: 17℃×60 μmol photons m–2 s–1 for C. costata, 12℃×60 μmol photons m–2 s–1 for U. pinnatifida. Thus, C. costata gametophytes grew faster and produced sporophytes earlier than those of U. pinnatifida, even though the haploid gametophytes of the two species responded similarly to environmental conditions. Optimal growth temperatures for the microscopic sporophytes also differed between species.
따라서, 본 연구는 온도, 일장과 광도가 양식 대상종인 갈조류 쇠미역과 미역의 생활사 초기 단계인 배우체의 생장과 성숙, 나아가 아포체의 형성과 생장에 미치는 영향을 파악하여 종묘배양의 기초자료를 활용하고 향후 배우체 채묘를 위한 종묘 확보를 위한 자료로 활용할 목적으로 수행되었다.
제안 방법
아포체의 밀도와 길이는 아포체가 형성되는 온도(12, 17, 22℃)×광도(20, 60 µmol photons m−2s−1)가 조합된 실험구와 일장(8, 12 h)×광도(20, 60 µmol photons m−2s−1)의 조합된 실험구에서 측정되었다. 두 종 배우체의 난(egg)과 아포체 형성시기가 다른 것으로 확인되어 쇠미역은 배양 개시 20일 후, 미역은 26일 후에 아포체의 밀도와 길이를 측정하였다. 각 종의 아포체 밀도는 반복구별 Petri dish (Ø 9 cm)에 넣어진 슬라이드 표면 4 mm2에 형성된 아포체를 계수하였고 cover glass로 덮어 사진 촬영한 후에 반복구별로 20개체를 무작위로 선택하여 길이를 측정하였다.
배양액은 실험기간 동안 3일 간격으로 전량 교환하였으며 규조류의 생장을 억제하기 위하여 배양액에 GeO2 (5 mgL−1)를 첨가하였다(Shea and Chopin, 2007). 두 종의 배우체 생장은 현미경에 부착된 디지털 카메라로 촬영한 후에 반복구별로 각 20개체씩을 무작위로 선택하여 Image J 프로그램으로 길이를 측정하였다. 두 종의 생장은 암배우체 길이와 상대생장률(RGR, relative growth rate)로 비교하였으며, 상대생장률은 착생된 유주자와 배양 13일 후의 암배우체 길이를 이용하여 계산하였다(Serisawa et al.
두 종의 배우체 생장은 현미경에 부착된 디지털 카메라로 촬영한 후에 반복구별로 각 20개체씩을 무작위로 선택하여 Image J 프로그램으로 길이를 측정하였다. 두 종의 생장은 암배우체 길이와 상대생장률(RGR, relative growth rate)로 비교하였으며, 상대생장률은 착생된 유주자와 배양 13일 후의 암배우체 길이를 이용하여 계산하였다(Serisawa et al., 2002).
각 종의 아포체 밀도는 반복구별 Petri dish (Ø 9 cm)에 넣어진 슬라이드 표면 4 mm2에 형성된 아포체를 계수하였고 cover glass로 덮어 사진 촬영한 후에 반복구별로 20개체를 무작위로 선택하여 길이를 측정하였다. 또한, 배양 26일 후, 최적 생장조건인 12 h, 17℃와 60 µmol photons m−2s−1에서 배양한 아포체를 가진 쇠미역과 미역의 배우체를 사진 촬영하여 세포 40개씩을 무작위로 선택하여 길이와 너비를 측정하고 2종을 비교하였다.
아포체의 밀도와 길이는 아포체가 형성되는 온도(12, 17, 22℃)×광도(20, 60 µmol photons m−2s−1)가 조합된 실험구와 일장(8, 12 h)×광도(20, 60 µmol photons m−2s−1)의 조합된 실험구에서 측정되었다. 두 종 배우체의 난(egg)과 아포체 형성시기가 다른 것으로 확인되어 쇠미역은 배양 개시 20일 후, 미역은 26일 후에 아포체의 밀도와 길이를 측정하였다.
유주자가부착된슬라이드조각을PESI 배지(Tatewaki, 1966)가 30 mL씩 담긴 Petri dish (Ø 10 cm)에 3개씩 넣어 일장이 12 h로 고정된 배양기에서 다양한 온도(12, 17, 22, 27℃)×광도(20, 60 µmol photons m−2s−1)가 조합된 실험구에서, 그리고 온도가 17℃로고정된배양기에서 4개의일장(8, 12, 16, 24 h)×2개 광도(20, 60 µmol photons m−2s−1)의 조합에서 3개의 반복구를 두어13일간 배양하였다. 배양기내의 광원은 형광등이었으며, 광도는 배양용기를 검은색 망으로 덮어 조절하였으며 디지털조도계(DX-200)로 광도를 측정하였다.
대상 데이터
전남 장흥군 이회진항(34° 28' N, 126° 58' E) 인근에 위치한 양식장에서 2012년 5월에 자낭반이 형성된 쇠미역과 포자엽을 가진 미역의 포자체를 채집하여 현장에서 해수와 함께 샘플병에 넣은 후 아이스박스(5-10℃)에 담아 실험실로 운반하였다. 실험실에서 자낭반과 포자엽을 엽체에서 분리한 후 여과해수와 멸균해수에서 붓으로 수회 세척하여 표면에 부착된 동물과 해조류를 제거하였다.
데이터처리
쇠미역과 미역의 배우체 생장, 아포체 밀도 및 생장에 대한 온도·광도와 일장·광도의 영향을 파악하기 위한 통계분석은 Cochran’s test로 등분산검정(homogeneity of variances)을 실시하여 데이터의 동질성을 확인한 후, two-way ANOVA test로 유의차를 검정하였다. 평균에 대한 유의차가 발견되면, Tukey’s HSD test방법으로 사후 검정을 실시하였다(Sokal and Rohlf, 1995).
쇠미역과 미역의 배우체 생장, 아포체 밀도 및 생장에 대한 온도·광도와 일장·광도의 영향을 파악하기 위한 통계분석은 Cochran’s test로 등분산검정(homogeneity of variances)을 실시하여 데이터의 동질성을 확인한 후, two-way ANOVA test로 유의차를 검정하였다. 평균에 대한 유의차가 발견되면, Tukey’s HSD test방법으로 사후 검정을 실시하였다(Sokal and Rohlf, 1995). 자료의 통계 분석을 위해 사용된 프로그램은 STATISTICA version 5.
성능/효과
결론적으로, 쇠미역과 미역은 분류군간 형태의 차이가 있음에도 불구하고 동일한 채묘 및 야외양성 방법을 사용하는 것으로 알려져 있는데, 본 연구에서 2종의 배우체의 생장과 성숙의 최적 환경은 매우 비슷하였으나, 아포체 단계에서는 미역이 쇠미역에 비해 낮은 온도를 생장 적온으로 가지는 차이를 보였다. 2종은 모두 배우체 단계에서 장일(16 h)이나 연속광(24 h)에서 최대 생장을 보였으나 성숙은 오히려 단일(8 h)이나 중일 조건(12 h)에서 최대를 나타냄으로서 일장이 배우체의 생장과 성숙에 중요한 영향을 미치고 있음을 확인하였다. 또한, 쇠미역의 배우체는 미역에 비해 빠른 생장과 성숙을 보였으며, 아포체의 생장 적온도 미역에 비해 높은 것으로 확인되어 미역에 비해 빠른 기간 내에 해중림을 조성할 수 있으며 고온에 대한 내성도 상대적으로 좋을 것으로 사료된다.
결론적으로, 쇠미역과 미역은 분류군간 형태의 차이가 있음에도 불구하고 동일한 채묘 및 야외양성 방법을 사용하는 것으로 알려져 있는데, 본 연구에서 2종의 배우체의 생장과 성숙의 최적 환경은 매우 비슷하였으나, 아포체 단계에서는 미역이 쇠미역에 비해 낮은 온도를 생장 적온으로 가지는 차이를 보였다. 2종은 모두 배우체 단계에서 장일(16 h)이나 연속광(24 h)에서 최대 생장을 보였으나 성숙은 오히려 단일(8 h)이나 중일 조건(12 h)에서 최대를 나타냄으로서 일장이 배우체의 생장과 성숙에 중요한 영향을 미치고 있음을 확인하였다.
, 2011), 쇠미역은 아포체와 유엽의 생장 적온은 동일하였으나, 미역은 약간의 차이를 보였다. 다시마목에 속하는 종들의 아포체 최적 생장 온도는 곰피가 20℃, 개다시마와 다시마가 10℃로서, 배우체(곰피 25℃, 개다시마와 다시마 20℃)에 비해 아포체가 낮은 온도에서 빠른 생장을 보였다(Table 3). 본 연구에서 미역은 배우체에 비해 아포체 단계에서 생장 적온이 낮음을 확인할 수 있었으며, 생활사 단계별 최적 생장의 환경 요인은 차이가 있다는 것을 파악할 수 있었다.
두 종의 배우체 생장과 성숙을 위한 최적 환경은 17℃, 60 µmol photons m−2s−1, 12 h로서 동일하였으나, 아포체의 생장 적온은 쇠미역(17℃)이 미역(12℃)에 비해 높은 것으로 확인되었다. Saito (1975)는 미역 아포체가 15-17℃에서 생장이 좋다고 하였고, 최근에 수행된 연구에서 미역과 쇠미역 포자체 유엽(5-10 mm)은 17℃에서 최대생장을 보임으로써(Park et al.
(1959)은 다시마 배우체는 연속광에서 생장이 촉진되지만 성숙하지 않았다고 기록하였으며, Lüning (1981)은 다시마 배우체의 성숙은 연속광이나 장일조건에서는 억제되거나 낮다고 하였다. 따라서, 쇠미역에서도 일장은 배우체의 생장, 성숙과 아포체 형성에 매우 중요한 환경요인이라는 것을 확인할 수 있었다.
2종은 모두 배우체 단계에서 장일(16 h)이나 연속광(24 h)에서 최대 생장을 보였으나 성숙은 오히려 단일(8 h)이나 중일 조건(12 h)에서 최대를 나타냄으로서 일장이 배우체의 생장과 성숙에 중요한 영향을 미치고 있음을 확인하였다. 또한, 쇠미역의 배우체는 미역에 비해 빠른 생장과 성숙을 보였으며, 아포체의 생장 적온도 미역에 비해 높은 것으로 확인되어 미역에 비해 빠른 기간 내에 해중림을 조성할 수 있으며 고온에 대한 내성도 상대적으로 좋을 것으로 사료된다.
60 %day−1 (100 µmol photons m−2s−1)였다. 본 연구에서 2종(쇠미역과 미역) 암·수배우체가 공존하는 상태에서 최적 생장조건은 17℃의 60 µmol photons m−2s−1로 동일하였으나, 최대생장 조건인 연속광에서 13일 배양한 암배우체 상대생장률은 쇠미역(36.06% day−1)이 미역(33.91 %day−1)에 비해 약간 높은 것으로 확인되었고 위에서 언급한 미역 암배우체 클론의 최적생장조건의 생장률과 차이가 거의 없었다.
다시마목에 속하는 종들의 아포체 최적 생장 온도는 곰피가 20℃, 개다시마와 다시마가 10℃로서, 배우체(곰피 25℃, 개다시마와 다시마 20℃)에 비해 아포체가 낮은 온도에서 빠른 생장을 보였다(Table 3). 본 연구에서 미역은 배우체에 비해 아포체 단계에서 생장 적온이 낮음을 확인할 수 있었으며, 생활사 단계별 최적 생장의 환경 요인은 차이가 있다는 것을 파악할 수 있었다.
본 연구에서 쇠미역과 미역의 배우체 생장은 일장과 비례하여 증가하였고, 정란기 형성은 정일(12 h)과 단일조건(8 h)에서 높게 나타남으로써 일장에 반비례함으로써 생장과 성숙에 대한 일장의 영향이 다름을 확인하였다. 선행연구에서도 미역 배우체의 최대 생장은 장일조건(16 h)에서, 최대 성숙은 12 h에서 일어남으로써 본 연구결과와 유사하였다(Choi et al.
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