[논문]제주도 근해 식물플랑크톤-동물플랑크톤-멸치-고등어 영양단계에서 210Pb과 210Po의 생물농축

조보은; 김석현

doi:10.4217/opr.2016.38.2.139

제주도 근해 식물플랑크톤-동물플랑크톤-멸치-고등어 영양단계에서 210Pb과 210Po의 생물농축
Bio-accumulation of 210Pb and 210Po within the Trophic Level of Phytoplankton-Zooplankton-Anchovy-Mackerel in the Coastal Water of the Jeju Island, Korea 원문보기

Ocean and polar research, v.38 no.2, 2016년, pp.139 - 148

조보은 (한국해양과학기술원 해양환경방사능연구센터) , 김석현 (한국해양과학기술원 해양환경방사능연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

The activity concentrations of $^{210}Po$ and $^{210}Pb$ within phytoplankton-zooplankton-anchovy-mackerel in the coastal water of the Jeju Island were determined to understand their distribution and bio-accumulation along the trophic level. In the surface water, the total activity concentrations of $^{210}Po$ and $^{210}Pb$ were $0.83{\pm}0.004mBq\;kg^{-1}$ and $1.27{\pm}0.03mBq\;kg^{-1}$. And the dissolved activity concentration of $^{210}Po$ and $^{210}Pb$ were $0.75{\pm}0.06mBq\;kg^{-1}$ and $1.22{\pm}0.09mBq\;kg^{-1}$ respectively. In the phytoplankton, the concentration factor (CF) of $^{210}Po$ and $^{210}Pb$ were $1.5{\times}10^5$ and $2.6{\times}10^4$ shows $^{210}Po$ is 5 times higher compared to $^{210}Pb$. The similar CF factor in the zooplankton of $^{210}Po$ was derived as $1.4{\times}10^5$. The CF of $^{210}Po$ in anchovy was increased twice compared to that in plankton. This is the evidence that there is $^{210}Po$ bio-magnification in the trophic level of plankton-anchovy. However the $^{210}Po$ activity concentration in the muscle tissue of mackerel was one-hundred times lower than that in anchovy. This reflects that in the trophic level of anchovy-mackerel, the bio-accumulation of $^{210}Po$ is decreased. The activity concentrations of $^{210}Po$ in the internal organs of anchovy and mackerel were 8 to 38 times higher than those in muscle tissues. In phytoplankton-zooplankton-anchovy, the CF of $^{210}Pb$ was decreased five times along the trophic level in order. In anchovy-mackerel it was decreased by 30-70%.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

2014년 5월제주 북서 연안의 식물플랑크톤-동물플랑크톤-멸치-고등어로 이어지는 영양단계에서 각 생물들의 ²¹⁰Po과 ²¹⁰Pb 농도 분석을 통하여 이들 방사성 핵종들의분포와 생물농축 특성을 파악하였다. 제주 연안 해수에서 측정된 총 ²¹⁰Po과 ²¹⁰Pb 농도는 0.
Pb 농도를 파악하기 위하여 생 시료 상태에서 고등어는 근육, 껍질, 내장, 간으로 분리하였고, 멸치는 머리, 근육, 내장으로 분리하였다. 각생물의 개체에 따른 분석치 오차를 줄이기 위하여 약10 kg의 원시료를 분리하였으며, 분리된 각 부위들을 모아분쇄한 후 고르게 섞이도록 하였다. 이들 각 부위를 3등분으로 분할한 후 분할한 시료들 각각을 취하여 동일한 방법으로 3회 실험하였다.
Po은 각각의 계수값이 1000이상 되도록 PIPS 알파검출기(Canberra series 35 MCA, Canberra corporation, USA)로 계수하였다. 동일한 기기조건에서 시료측정시간과 동일한 시간 동안 계수된 배경농도를 제외하여 순 계수 값을 구하였다. 계측된 ²¹⁰Po 농도( )는 아래의 식 (1)과 같이 계산하였다(Cutter et al.
2010). 본 연구는 제주도 서북연안 해역을 대상으로 식물플랑크톤-동물플랑크톤-멸치-고등어영양단계에서 각 생물들의 ²¹⁰Pb과 ²¹⁰Po 농도를 측정하였으며, 이들의 농도로부터 영양단계에 따른 농도 분포 및 생물농축 특성을 파악하였다.
2013). 본 연구에서는 고등어를 근육, 껍질, 내장, 간으로 분리하고, 각각 부위별 ²¹⁰Po과 ²¹⁰Pb 농도를 분석하였다. 고등어 부위들 중 간에서 ²¹⁰Po과 ²¹⁰Pb 농도가66 ± 22 Bq kg⁻¹-w.
분해된 시료에 잔존하는 질산을 70oC에서 천천히 증발시켰고, 잔류물을 6 mol L−1염산으로 녹여 70oC에서 증발시키는 과정을 3회 이상 반복하였다.
망간공침을 테플론 비커에 옮긴 후8 mol L⁻¹ 질산을 가해 90oC에서 분해시켰다. 생물 시료는 테플론 비커에 각각의 생물 시료(플랑크톤: 0.3 g-w.w;어류의 근육과 껍질시료: 3 g-w.w; 내장시료: 0.1 g-w.w)를 담은 후 회수율 추적자인 17 mBq의 ²⁰⁹Po, 0.6 mg의Stable Pb을 첨가하여 분석하였다. 시료에 8 mol L⁻¹ 질산을 가해 90oC에서 분해 시켰다.
식물플랑크톤과 동물플랑크톤은 부유생물채집망을 이용하여 채취하였으며,20−300 µm 크기는 식물플랑크톤, 300 µm 보다 큰 크기는 동물플랑크톤으로 구분하여 약 5 g씩 채취하였다.
은판에 정착된 ²¹⁰Po과 ²⁰⁹Po은 각각의 계수값이 1000이상 되도록 PIPS 알파검출기(Canberra series 35 MCA, Canberra corporation, USA)로 계수하였다. 동일한 기기조건에서 시료측정시간과 동일한 시간 동안 계수된 배경농도를 제외하여 순 계수 값을 구하였다.
각생물의 개체에 따른 분석치 오차를 줄이기 위하여 약10 kg의 원시료를 분리하였으며, 분리된 각 부위들을 모아분쇄한 후 고르게 섞이도록 하였다. 이들 각 부위를 3등분으로 분할한 후 분할한 시료들 각각을 취하여 동일한 방법으로 3회 실험하였다. 시료 건조는 시행하지 않았으며 일반적으로 해수대비 생물의 ²¹⁰Po과 ²¹⁰Pb 농도가 약1000배 이상 높은 것을 감안하면(Aoun et al.
, USA)를 이용하여 Po 동위원소들을 완전히 제거하였다. 이온교환수지를 통과한 시료는 6개월 이상 보관한 뒤 ²¹⁰Pb에서 붕괴되어 생성된 ²¹⁰Po을 위의 ²¹⁰Po 분석방법과 동일한 방법으로 분석하였다(Church et al. 2012). 시료 채취 시 ²¹⁰Pb 농도(A^I_Pb)는 아래의 식 (2)와 같이 계산하였다.
제주 연안 해역에서 식물플랑크톤-동물플랑크톤-멸치고등어로 이어지는 영양단계에서²¹⁰Po과 ²¹⁰Pb에 대한 생물농축을 비교하였다. 식물플랑크톤에서 ²¹⁰Po의 CF는1.
채수지역의 SPM(suspendedparticulate matter)을 알기 위해 4 L 멸균 채수통에 여과하지 않은 해수시료를 담아 0.4 µm 필터로(NucleporeTrack-Etch Membrane Filtration Products, Whatman®,UK) 채수지역의 SPM을 측정하였다.
ηC는 Stable Pb의 회수율을 의미하며 평균 88 ± 24%로 나왔다. 회수율은 이온교환수지통과 후 남아있는 Stable Pb를 ICP-MS(X Series II ICPMS, Thermo Fisher Scientific Inco., USA)로 측정하여 구하였다(Cutter et al. 2014).

대상 데이터

식물플랑크톤과 동물플랑크톤을 크기로 분리하였으므로 작은 크기의 동물플랑크톤이 식물플랑크톤 범위에 일부 혼합되어 있을 가능성이 있다. 멸치와 고등어는 한국수산자원관리공단의 도움을 받아 플랑크톤과 해수를 채취한 장소와 시기가 비교적 가까운 것을 제주도 한림항 위판장에서 구매하였다. 해수를 제외한 모든 시료는 −20^oC로 냉동 보관하여 실험실로 운반하였다.
은판(99.9% Ag,Φ 24.1 mm × 0.15 mm)을 준비된 시료에 담고, 실온상태에서 15시간 동안 교반하여 Po을 은판에 정착시켰다(Church et al. 2012; Lee et al. 2014).
1). 제주도에서 서북쪽으로 1 km 이상 떨어진 해역에서 해수를 채수하였다. 여과하지 않은 해수와0.
해수 20 kg에 210Po 회수율 추적자인 209Po 17 mBq과 210Pb 회수율 추적자인 Stable Pb (Lead(III) Sulfide,99.9% tracer metal, Sigma-Aldrich chemical, USA) 0.6mg mL−1을 1 mL 넣었다.
해수와 생물 시료들의 ²¹⁰Po과²¹⁰Pb을 분석하기 위하여2014년 5월 제주도 서북연안 해역에서 시료들을 채취하였다(Fig. 1). 제주도에서 서북쪽으로 1 km 이상 떨어진 해역에서 해수를 채수하였다.

이론/모형

해수 중 210Po과 210Pb 농도로부터 식 (4)를 이용하여 210Po과 210Pb농축계수(Concentration factor, CF)를 구하였다(IAEA2004).

성능/효과

멸치와 고등어의 내장은 근육보다 ²¹⁰Po에 대한 CF가 8−38배 높았고, 따라서 이 영양단계에서 ²¹⁰Po은 내장 부위에 더 높게 농축된다는 것을 보여주었다. ²¹⁰Pb의 CF는 식물플랑크톤-동물플랑크톤-멸치 영양단계를 거치면서 각 단계별로 약 5배씩 감소하는 경향을 보였다. 이후 멸치-고등어 영양단계에서 ²¹⁰Pb의 CF는 30−70% 감소하였으며 이는 이전 영양단계인 식물플랑크톤-동물플랑크톤-멸치 영양단계에 비하여 매우 적은감소폭을 보였다(Fig.
210Po과 210Pb의 농축계수비(CF(210Po)/CF(210Pb))는 식물플랑크톤-동물플랑크톤-멸치영양단계를 거치는 과정에서 각 단계마다 5−12배 증가하였으나, 이와 달리 멸치에서 고등어로 넘어가는 단계에서는 수십분의 1로 감소하였다(Fig. 4).
고등어 근육에서 ²¹⁰Po 농도는 고등어의 주요 먹이생물 중 하나인멸치의²¹⁰Po 농도에 비해 약 300분의 1 낮았으며, ²¹⁰Pb농도는 약 7분의 1 이었다. 고등어의 부위들 중 ²¹⁰Po 농도가 가장 높게 나온 간과 내장은 멸치 전체의²¹⁰Po 농도에 비해 수 배 낮은 농도를 보였다. 멸치보다 고등어 체내에 농축된 ²¹⁰Po 농도가 더 낮은 것으로 보아 ²¹⁰Po 생물농축은 멸치에서 고등어로 감소하는 것으로 보인다.
7 × 10³로 ²¹⁰Po에 비하여 약 5분의 1과 25분의 1 낮았다. 동물플랑크톤은 식물플랑크톤에 비해 ²¹⁰Po보다 ²¹⁰Pb을 상대적으로 적게 농축하는 것으로 보였다. 동물플랑크톤인 난바다곤쟁이류(Meganyctiphanes norvegica)의 배양 실험에서먹이섭취 후 체내에 남은 ²¹⁰Po과 ²¹⁰Pb의 농도를 비교하였는데, 동물플랑크톤의 체내에 남아있는 ²¹⁰Po 양이 전체의 44%이며 배설물로 나온 ²¹⁰Po 양은 26%였다.
7 × 10³였다. 동물플랑크톤의²¹⁰Po에 대한 CF는 식물플랑크톤과 비슷하였으며, ²¹⁰Pb에 대한 CF는 식물플랑크톤이 동물플랑크톤에 비해 약 5배 높았다. 진해만에서 측정된 식물플랑크톤의 ²¹⁰Po 농도는 99.
동물플랑크톤은 식물플랑크톤에 비해 ²¹⁰Po보다 ²¹⁰Pb을 상대적으로 적게 농축하는 것으로 보였다. 동물플랑크톤인 난바다곤쟁이류(Meganyctiphanes norvegica)의 배양 실험에서먹이섭취 후 체내에 남은 ²¹⁰Po과 ²¹⁰Pb의 농도를 비교하였는데, 동물플랑크톤의 체내에 남아있는 ²¹⁰Po 양이 전체의 44%이며 배설물로 나온 ²¹⁰Po 양은 26%였다. 반면에 ²¹⁰Pb의 경우, 체내에 남은 양은 전체의 3.
멸치의 ²¹⁰Po 농도는 멸치의 주먹이 생물인 플랑크톤 대비 약 2배가 넘는 농도를 보여 먹이섭취를 통한 생물농축이 증가하는 것으로 나타났다. 멸치 근육은 플랑크톤과 비슷한 ²¹⁰Po 농도를 보였으나 멸치 내장은 플랑크톤의 약 8배가 넘는 ²¹⁰Po 농도를 보였다. 이는 먹이를 통하여 체내로 유입된 ²¹⁰Po이 내장 부위에 더 높게 농축된다는 것을 나타낸다.
고등어의 부위들 중 ²¹⁰Po 농도가 가장 높게 나온 간과 내장은 멸치 전체의²¹⁰Po 농도에 비해 수 배 낮은 농도를 보였다. 멸치보다 고등어 체내에 농축된 ²¹⁰Po 농도가 더 낮은 것으로 보아 ²¹⁰Po 생물농축은 멸치에서 고등어로 감소하는 것으로 보인다.
멸치보다 상위 영양단계에 있는 고등어에서 210Po에 대한 CF는 근육과 내장부위에서 각각 1.1 × 103과 4.0 × 104으로 멸치에 비하여 10분의 1에서 100분의 1로 감소하였다.
동물플랑크톤에서²¹⁰Po의 CF는 식물플랑크톤과 비슷한 값을 보인 반면에 ²¹⁰Pb는 식물플랑크톤의 약 5분의1배 낮았다. 멸치에서 ²¹⁰Po의 CF는 플랑크톤에 비하여 수 배 더 높았으며, 플랑크톤-멸치로 이어지는 영양단계에서는 ²¹⁰Po의 생물농축이 증가한다는 것을 보여주었다. 반면에, 멸치보다 높은 영양단계에 위치한 고등어의 근육에서²¹⁰Po에 대한 CF가 멸치의 약 100분의 1로 멸치-고등어 영양단계에서²¹⁰Po의 생물농축이 오히려 크게 감소한다는 것을 보여주었다.
멸치에서의 210Po와 210Pb 농도는 264 ± 1 Bq kg−1-w.w와 1.4 ± 0.5 Bq kg−1-w.w였으며 210Pb에 비하여 210Po이 약 200배 높은 농도를 보였다(Table 2).
멸치와 고등어의 내장은 근육보다 210Po에 대한 CF가 8−38배 높았고, 따라서 이 영양단계에서 210Po은 내장 부위에 더 높게 농축된다는 것을 보여주었다.
w였다(Table 2). 멸치의 ²¹⁰Po 농도는 멸치의 주먹이 생물인 플랑크톤 대비 약 2배가 넘는 농도를 보여 먹이섭취를 통한 생물농축이 증가하는 것으로 나타났다. 멸치 근육은 플랑크톤과 비슷한 ²¹⁰Po 농도를 보였으나 멸치 내장은 플랑크톤의 약 8배가 넘는 ²¹⁰Po 농도를 보였다.
멸치의 전체 몸통에서 210Pb의 CF는 1.2 × 103로 플랑크톤에서보다 낮았지만, 210Po의 경우에는 반대로 멸치에서 더 높았다.
멸치에서 ²¹⁰Po의 CF는 플랑크톤에 비하여 수 배 더 높았으며, 플랑크톤-멸치로 이어지는 영양단계에서는 ²¹⁰Po의 생물농축이 증가한다는 것을 보여주었다. 반면에, 멸치보다 높은 영양단계에 위치한 고등어의 근육에서²¹⁰Po에 대한 CF가 멸치의 약 100분의 1로 멸치-고등어 영양단계에서²¹⁰Po의 생물농축이 오히려 크게 감소한다는 것을 보여주었다. 멸치와 고등어의 내장은 근육보다 ²¹⁰Po에 대한 CF가 8−38배 높았고, 따라서 이 영양단계에서 ²¹⁰Po은 내장 부위에 더 높게 농축된다는 것을 보여주었다.
본 실험에서 209Po 회수율은 평균 71 ± 4%(평균 ± 표준편차%)로 나왔다.
본 연구지역에서 식물플랑크톤의 210Po과 210Pb 농도는 각각 116 ± 24 Bq kg−1-w.w과 31 ± 7 Bq kg−1-w.w이며, 동물플랑크톤의 210Po과 210Pb 농도는 각각 107 ± 2 Bqkg−1-w.w와 6.9 ± 0.9 Bq kg−1-w.w이다(Table 2).
연구해역의 해수에서 ²¹⁰Po/²¹⁰Pb 농도비는 총 해수에서0.66, 용존태에서 0.62로 ²¹⁰Po이²¹⁰Pb에 비하여 상대적으로 낮은 농도를 보였다. 이는 해양에서 생물학적 입자에 대한 높은 분배계수를 가진 ²¹⁰Po이 ²¹⁰Pb보다 우선적으로 제거되기 때문이다(Bacon et al.
2010; This study).이전 조사에서 플랑크톤을 먹이로 하는 어류는 상위 영양단계에 있는 어류에 비해 더 높은²¹⁰Po과²¹⁰Pb 농축을 보였다. 같은 조건의 어류실험에서 동일한 ²¹⁰Po 농도를 가지는 두 종류의 먹이(플랑크톤과 어류)를 주었을 때 플랑크톤을 섭취했던 어류가 그렇지 않은 어류 보다 더 높은²¹⁰Po 농도를 보인 연구결과가 있었다(Cherry et al.
이후 멸치-고등어 영양단계에서 210Pb의 CF는 30−70% 감소하였으며 이는 이전 영양단계인 식물플랑크톤-동물플랑크톤-멸치 영양단계에 비하여 매우 적은감소폭을 보였다(Fig. 3).
제주 연안 해수에서 측정된 총 210Po과 210Pb 농도는 0.83 ± 0.004 mBq kg−1와1.27 ± 0.03 mBq kg−1였으며, 용존태의 210Po과 210Pb 농도는 0.75 ± 0.06 mBq kg−1와 1.22 ± 0.09 mBq kg−1로 210Pb이 210Po에 비하여 약 1.5배 높은 농도를 보였다.
플랑크톤을 주 먹이로 하는 멸치에서 210Po의 CF는 3.5 × 105으로 먹이생물인 플랑크톤보다 수 배 높은 CF를 보였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	육상으로 유입된 210Pb의 방사송 핵종들이 해양으로 유입되고, 해양으로 유입되는 방사성 핵종들이 해저로 유입되는 과정은?	금속원소인 210Pb은 대기 중 에어로졸에 흡착되어 강수 및 낙진을 통하여 육상과 해양표면으로 유입된다. 육상으로 유입된 방사성 핵종들은 식물의 증산작용 등으로 인해 대기로 재 부유 하거나 하천을 통해 해양으로 유입되며, 해양으로 유입된 방사성 핵종들은 해수 중 부유물질에 흡착하여 해저 퇴적물로 유입된다(Karali et al. 1977; Preiss etal.
	210Pb과 210Po이란 무엇인가?	210Pb과 210Po은 238U 붕괴사슬에 속하는 자연방사성 핵종이다. 해양환경에서 210Pb과 210Po은 해수 중에 존재하는 226Rn(반감기: 1,600년)의 방사성 붕괴와 지각으로부터 대기로 방출된 불활성기체인 222Rn(반감기: 3.
	해양환경에서 210Pb과 210Po는 어떻게 생성되는가?	210Pb과 210Po은 238U 붕괴사슬에 속하는 자연방사성 핵종이다. 해양환경에서 210Pb과 210Po은 해수 중에 존재하는 226Rn(반감기: 1,600년)의 방사성 붕괴와 지각으로부터 대기로 방출된 불활성기체인 222Rn(반감기: 3.8일)의 딸핵종들의 낙하에 의하여 생성된다. 대기 중으로 방출된 222Rn(반감기: 3.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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