화학물질에 대한 독성시험 bi-trophic microcosm 구축에 있어 표준시험생물 녹조류 (Pseudokirchneriella subcapitata)와 물벼룩 (Daphnia magna)의 개체군 특성 연구 Construction of a Simple Bi-trophic Microcosm System Using Standard Test Species (Pseudokirchneriella subcapitata and Daphnia magna) for Testing Chemical Toxicities원문보기
화학물질의 유입은 수생생태계에 유해한 영향을 미치는 주요 인자 중의 하나로, 수생태계에 미치는 화학물질의 영향을 보다 정확하게 평가하기 위해서는 서로 다른 영양단계의 생물군집들의 생물학적 상호작용을 고려한 군집 수준의 독성시험이 요구된다. 하지만 현재 제시되고 있는 마이크로코즘 및 메소코즘을 이용한 군집 수준의 독성평가 시험 방법은 너무 복잡하고, 기존의 종 수준에서 얻어진 정보와의 직접적 비교가 어렵다. 본 연구에서는 독성시험 표준 생물인 녹조류 Pseudokirchneriella subcapitata와 물벼룩 Daphnia magna를 이용하여 화학물질의 독성을 생산자와 소비자의 상호작용을 고려한 군집 수준에서 평가할 수 있는 간단한 bi-trophic 마이크로코즘 시험 방법과 이에 대한 생물군집의 적정 조건을 제시하고자 하였다. 마이크로코즘 시험계 및 물벼룩 배양의 경우, $5{\times}10^5cells\;mL^{-1}$ 이상의 P. subcapitata (생산자) 농도를 설정하는 것이 적절할 것으로 분석되었다. 장기 독성시험을 고려할 경우, 물벼룩 (소비자)은 태어난 지 24시간이 되지 않은 미성숙 개체로 구성하여 마이크로코즘 시험을 시작하면 성체 및 혼합 개체군이 보다 안정적으로 유지되는 것으로 나타났다. 이와 같은 bi-trophic 마이크로코즘 시험계는 오염원에 의한 생산자-소비자의 생물학적 상호작용의 교란 정도를 평가하고, 수생태계에 대한 위험요소평가를 종 수준의 평가에서 군집수준의 평가로 확대할 수 있는 적절한 시험 방법으로 판단된다.
화학물질의 유입은 수생생태계에 유해한 영향을 미치는 주요 인자 중의 하나로, 수생태계에 미치는 화학물질의 영향을 보다 정확하게 평가하기 위해서는 서로 다른 영양단계의 생물군집들의 생물학적 상호작용을 고려한 군집 수준의 독성시험이 요구된다. 하지만 현재 제시되고 있는 마이크로코즘 및 메소코즘을 이용한 군집 수준의 독성평가 시험 방법은 너무 복잡하고, 기존의 종 수준에서 얻어진 정보와의 직접적 비교가 어렵다. 본 연구에서는 독성시험 표준 생물인 녹조류 Pseudokirchneriella subcapitata와 물벼룩 Daphnia magna를 이용하여 화학물질의 독성을 생산자와 소비자의 상호작용을 고려한 군집 수준에서 평가할 수 있는 간단한 bi-trophic 마이크로코즘 시험 방법과 이에 대한 생물군집의 적정 조건을 제시하고자 하였다. 마이크로코즘 시험계 및 물벼룩 배양의 경우, $5{\times}10^5cells\;mL^{-1}$ 이상의 P. subcapitata (생산자) 농도를 설정하는 것이 적절할 것으로 분석되었다. 장기 독성시험을 고려할 경우, 물벼룩 (소비자)은 태어난 지 24시간이 되지 않은 미성숙 개체로 구성하여 마이크로코즘 시험을 시작하면 성체 및 혼합 개체군이 보다 안정적으로 유지되는 것으로 나타났다. 이와 같은 bi-trophic 마이크로코즘 시험계는 오염원에 의한 생산자-소비자의 생물학적 상호작용의 교란 정도를 평가하고, 수생태계에 대한 위험요소평가를 종 수준의 평가에서 군집수준의 평가로 확대할 수 있는 적절한 시험 방법으로 판단된다.
Aquatic ecosystems are receiving various harmful effects due to anthropogenic chemical pollutions. To protect wildlife, risk assessments of the chemicals are conducted using reference indexes of toxicity estimated by species-level laboratory tests and/or micro-/mesocosm community-level studies. Howe...
Aquatic ecosystems are receiving various harmful effects due to anthropogenic chemical pollutions. To protect wildlife, risk assessments of the chemicals are conducted using reference indexes of toxicity estimated by species-level laboratory tests and/or micro-/mesocosm community-level studies. However, the existing micro-/mesocosm communities are structurally too complicated, and it is also difficult to compare the experimental results directly with those from species-level tests. Here, we developed a procedure of a simple bi-trophic microcosm experiment which contains the common species (a green algae, Pseudokirchneriella subcapitata and a cladoceran, Daphnia magna) for testing chemical toxicities. For the proper operation of bitrophic microcosm experiment, the minimum required concentration of primary producer (P. subcapitata) is $5{\times}10^5cells\;mL^{-1}$. The microcosm system showed higher stability when the initially introduced D. magna population was composed of neonates (<24-h old) than adults and those mixture. This simple microcosm system would be an applicable tool to estimate the disturbing impacts of pollutants on plant-herbivore interactions, and linking the species- and population-/community level risk assessments in the future studies.
Aquatic ecosystems are receiving various harmful effects due to anthropogenic chemical pollutions. To protect wildlife, risk assessments of the chemicals are conducted using reference indexes of toxicity estimated by species-level laboratory tests and/or micro-/mesocosm community-level studies. However, the existing micro-/mesocosm communities are structurally too complicated, and it is also difficult to compare the experimental results directly with those from species-level tests. Here, we developed a procedure of a simple bi-trophic microcosm experiment which contains the common species (a green algae, Pseudokirchneriella subcapitata and a cladoceran, Daphnia magna) for testing chemical toxicities. For the proper operation of bitrophic microcosm experiment, the minimum required concentration of primary producer (P. subcapitata) is $5{\times}10^5cells\;mL^{-1}$. The microcosm system showed higher stability when the initially introduced D. magna population was composed of neonates (<24-h old) than adults and those mixture. This simple microcosm system would be an applicable tool to estimate the disturbing impacts of pollutants on plant-herbivore interactions, and linking the species- and population-/community level risk assessments in the future studies.
subcapitata의 초기 밀도를 결정하였다. 또한, 마이크로코즘 독성시험 진행을 위한 시스템의 안정성이 유지되기 위한 적정조건을 선정하기 위해, D. magna의 초기 개체군에 대한 성체와 어린 개체의 최적 구성조건을 구하고자 하였다.
본 연구에서는 현실적으로 적용가능하며, 결과의 재현성이 높고 이전에 보고된 종 수준의 시험 결과와 직접 비교가 가능한 두 영양단계의 마이크로코즘(bi-trophic microcosm) 시험계를 개발하는 것을 목적으로, 시험계를 구성하는 적절한 초기조건(시험개시 시점의 생물군집 밀도)을 선정하였다. 시험계를 구성하는 일차생산자와 일차소비자는 녹조인 Pseudokirchneriella subcapitata와 물벼룩Daphnia magna 두 종을 이용하였다.
제안 방법
본 연구에서는 동물플랑크톤의 배양에 먹이로 이용되는 Chlorella vulgaris와 본 실험에서 사용한 P. subcapitata의 세포 내 탄소함유량을 비교하여, D. magna의 증식에 필요한 P. subcapitata의 초기 밀도를 결정하였다. 또한, 마이크로코즘 독성시험 진행을 위한 시스템의 안정성이 유지되기 위한 적정조건을 선정하기 위해, D.
대상 데이터
본 연구에서는 현실적으로 적용가능하며, 결과의 재현성이 높고 이전에 보고된 종 수준의 시험 결과와 직접 비교가 가능한 두 영양단계의 마이크로코즘(bi-trophic microcosm) 시험계를 개발하는 것을 목적으로, 시험계를 구성하는 적절한 초기조건(시험개시 시점의 생물군집 밀도)을 선정하였다. 시험계를 구성하는 일차생산자와 일차소비자는 녹조인 Pseudokirchneriella subcapitata와 물벼룩Daphnia magna 두 종을 이용하였다. 이들 생물은 OECD 등에서 독성시험에 있어 표준시험생물로 지정되어 있어 (OECD, 2004, 2011), 다양한 화학물질에 대한 독성자료가 축적되어 있다.
데이터처리
C. vulgaris 및 P. subcapitata의 세포 밀도와 POC 값의 직선회귀식을 이용, 각각의 세포에 대한 유기탄소함유량으로 산출하였다. 여기서 세포 밀도가 0일 때의 POC 값이 0이라고 가정하고 회귀직선식이 원점을 지나도록 조정하였다.
성능/효과
, 2004). 본 연구에서는 D. magna 초기 개체군의 령조성 (齡組成)에 반응하여 계의 안정성이 변화하는 것이 관찰되었으나, 초기도입개체를 1령의 미성숙 개체만으로 구성할 경우 P. subcapitata와 D. magna 개체군이 완전 사멸현상 없이 높은 개체군 밀도를 30일 정도 유지 가능한 것으로 확인되었다.
먹이의 질을 평가하는 데 있어 인농도가 중요함에도 불구하고, 탄소의 경우 생물의 생체구성의 중요 원소로 먹이의 양을 탄소중량으로 계산함으로써 다수의 선행연구 결과와의 비교를 통해 먹이의 과부족 상태의 지표로써 사용하는 것이 가능하다(MüllerNavarra and Lampert, 1996). 본 연구의 결과로부터 마이크로코즘을 이용한 독성시험에 있어 P. subcapitata를 먹이로 사용하는 경우 D. magna의 성장 및 증식에 있어 충분한 먹이를 공급하기 위해서는 5×105 cells mL-1 이상의 충분한 양이 공급되어야 할 것으로 판단된다.
3e, f). 이 결과로부터, 마이크로코즘 시험계에서 D. magna 초기 개체군은 1령의 미성숙 개체로만 구성하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
후속연구
따라서, 구성종의 개체군 동태에 대한 화학물질의 영향을 조사하는 데 있어, 마이크로코즘 시험계를 통해 얻어진 결과는 기존의 종 수준의 독성시험 결과(각 종의 행동 및 성장, 번식에의 영향)와 직접 비교 검토하는 것이 가능하다. 향후 본 연구에서 제시된 마이크로코즘 시험계를 활용함으로써 종 수준의 시험으로는 해석할 수 없는 생물학적 상호작용으로 인한 영향을 고려하여 보다 정확한 생태계 위험요소평가를 수행하는 것이 가능할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국제적으로 유통되고 있는 화학물질은 몇 종류인가?
현재 국제적으로 유통되고 있는 화학물질은 약 10만 종류에 이르며, 이들 물질은 수생태계에 의도적 또는 비의도적으로 방출되고 있다(Amiard-Triquet et al., 2015).
종 수준의 시험은 독성시험이 가능한가?
화학물질의 유입은 수생생태계에 유해한 영향을 미치는 주요 인자 중의 하나로, 수생태계에 미치는 화학물질의 영향을 보다 정확하게 평가하기 위해서는 서로 다른 영양단계의 생물군집들의 생물학적 상호작용을 고려한 군집 수준의 독성시험이 요구된다. 하지만 현재 제시되고 있는 마이크로코즘 및 메소코즘을 이용한 군집 수준의 독성평가 시험 방법은 너무 복잡하고, 기존의 종 수준에서 얻어진 정보와의 직접적 비교가 어렵다.
수생생태계에 유해한 영향에 관한 평가가 힘든 이유는?
화학물질의 유입은 수생생태계에 유해한 영향을 미치는 주요 인자 중의 하나로, 수생태계에 미치는 화학물질의 영향을 보다 정확하게 평가하기 위해서는 서로 다른 영양단계의 생물군집들의 생물학적 상호작용을 고려한 군집 수준의 독성시험이 요구된다. 하지만 현재 제시되고 있는 마이크로코즘 및 메소코즘을 이용한 군집 수준의 독성평가 시험 방법은 너무 복잡하고, 기존의 종 수준에서 얻어진 정보와의 직접적 비교가 어렵다. 본 연구에서는 독성시험 표준 생물인 녹조류 Pseudokirchneriella subcapitata와 물벼룩 Daphnia magna를 이용하여 화학물질의 독성을 생산자와 소비자의 상호작용을 고려한 군집 수준에서 평가할 수 있는 간단한 bi-trophic 마이크로코즘 시험 방법과 이에 대한 생물군집의 적정 조건을 제시하고자 하였다.
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