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문제 정의
- 따라서 본 연구는 2017년 추계에 수괴분석을 바탕으로 남해 전선역을 파악하고, 화학양론적 비가 아닌 식물플랑크톤의 효소활성(APase)을 기반으로 조사 해역의 제한 영양염이 무엇인지를 밝혔다. 또한 제한영양염의 변화도 토의하였다.
가설 설정
- P-APase와 D-APase의 분리를 위해서 낮은 여압 하에서(< 30 mmHg) 박막여과지(ɸ 0.22 μm;Millipore)를 이용하여 여과한 후, 그 여액을 D-APase로 간주하였으며, 총 APase(T-APase)에서 D-APase를 공제하여 P-APase로 가정하였다.
제안 방법
- 4). Redfield비(DIN: DIP)는 정점 A4의 표층에서 높은 비를 나타내어, DIP가 제한인자로 나타났지만(Fig. 3), T-APase는 전 정점에서 검출되어 DIP제한을 지시하였다. 실제 T-APase와 DIP와는 강한 역의 상관관계를 보여(r = -0.
- 따라서 본 연구는 2017년 추계에 수괴분석을 바탕으로 남해 전선역을 파악하고, 화학양론적 비가 아닌 식물플랑크톤의 효소활성(APase)을 기반으로 조사 해역의 제한 영양염이 무엇인지를 밝혔다. 또한 제한영양염의 변화도 토의하였다.
- 22 μm;Millipore)를 이용하여 여과한 후, 그 여액을 D-APase로 간주하였으며, 총 APase(T-APase)에서 D-APase를 공제하여 P-APase로 가정하였다. 모든 APase 분석은 선상에서 시료 채수 즉시 수행하였다.
- 분석방법은 해수시료에 disodium phenylphosphate, tris(hydroxymethyl) amino methane·HCl solution (pH 9)을 첨가하여 일정시간 배양 후, aminoantipyrine 및 ferricyanide를 첨가하여 발색시키고 disodium phenylphosphate의 가수분해로 축적된 phenol 농도를 분광광도계(DU 730, Beckman Coulter)로 비색정량 하였다(Yamaguchi et al., 2004).
- 1). 전선역의 위치를 파악하기 위해 CTD(SBE 911plus, Sea-Bird Electronics Inc.)를 이용하여 수온, 염분 그리고 용존산소를 조사하였으며, 이 중 7개 수층에서(0, 10, 20, 30, 50, 75, 100 m) Rossette sampler를 이용하여 해수를 채수하였다.
- 채수된 시료는 선상에서 즉시 유리섬유필터(ɸ 0.47 μm,GF/F, Whatman)를 이용하여 식물플랑크톤 세포가 파괴되지 않는 30 mmHg 이하의 낮은 압력으로 여과하였으며, 분석시까지 급속냉동고(-20℃)에 보관하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 2017년 4월 3일에 부경대학교 탐사선 나라호(G/T 1,494 ton)를 이용하여, 부산에서 제주도 까지 10개 정점에서 수심별 관측을 수행하였다(Fig. 1). 전선역의 위치를 파악하기 위해 CTD(SBE 911plus, Sea-Bird Electronics Inc.
이론/모형
- Chlorophyll a(Chl.-α)는 해수를 박막여과지(ɸ 0.45 μm, Millipore)에 여과한 후, 아세톤 추출법에 따라 선상에서 모두 분석하였다(MOF, 2013).
- DIP 그리고 용존무기 질소(dissolved inorganic nitrogen; DIN=NH4-N+NO2-N+NO3-N)는 해양환경공정시험기준에 따라 분광광도계(spectrophotometer;DU 730, Beckman Coulter)로 비색·정량하였다(MOF, 2013).
- DIP 그리고 용존무기 질소(dissolved inorganic nitrogen; DIN=NH4-N+NO2-N+NO3-N)는 해양환경공정시험기준에 따라 분광광도계(spectrophotometer;DU 730, Beckman Coulter)로 비색·정량하였다(MOF, 2013). DOP 는 용존총인(dissolved total phosphorus; DTP)에서 DIP를 공제하여 평가하였으며, DTP는 산화제를 사용한 Koroleff(1983)의 방법으로 측정하였다. Chlorophyll a(Chl.
성능/효과
- D-APase는 0.04~0.93 nM/min의 범위이며, T-APase와 같이 정점 A4에서 높은 활성이 보였으며(0.75±0.13 nM/min), 나머지 정점에서는 낮았지만, 0.30±0.10 nM/min로 검출되었다(Fig. 4).
- 2). 따라서 본 조사해역의 전선역은 정점 A3과 A5 사이에서 뚜렷하게 형성된 것을 알 수 있다.
- 즉 전선역의 경우 식물플랑크톤 또는 박테리아의 세포내 활성 및 세포로부터 방출된 APase가 검출되었음을 의미하지만, 나머지 정점에서는 세포내에서 합성된 APase는 없었으며, 세포로부터 방출된APase만 존재한다는 것을 나타낸다. 또한 전선역의 경우 DIP의 강한 제한을 시사한 것으로 16이상의 DIN: DIP 비에 따른 DIP제한과 일치한 결과를 나타내었다. 가막만의 경우,T-APase 중 D-APase 활성의 비율이 하계와 동계에서 8~15 %로 대부분이 P-APase로 반대의 경향을 나타내었다(Kwon etal.
- 5), 전선역과 그 주변해역은 DIP가 제한된 해역으로 고려할 수 있다. 본 연구에서 유도된 T-APase는 사용된 기질 그리고 비색법 또는 형광법 등의 분석방법이 다르기 때문에 타 해역과 비교는 힘들지만, 본 해역에서 사용한 기질(phenylphosphate)과 같은 방법으로 측정된 해역과 비교하면, 일본의 Uranouchi Inlet(1.20~70.1 nM/min; Yamaguchi et al., 2004)과 Tokuyama 만(0.00~142nM/min; Tanaka, 1984)보다는 낮은 활성을 보였으며, 우리나라 대표적인 내만역인 가막만(0.51~5.21 nM/min; Kwon et al.,2011)의 활성보다도 낮았다. 일본의 경우는 1979년부터 발효된 Seto 내해 환경 보전 특별 조치법(Law Concerning Special Measures for Conservation of the Environment of the Seto Inland Sea) 발효로 인 정화기준 강화 및 인이 함유된 세제 제조 금지에 따라 해양으로 인 유입이 감소되어 춘·하계의 경우 DIP 농도가 검출한계 이하의 값을 보이는 등(Yamamoto etal.
- 본 연구해역에서 T-APase는 0.11~2.04 nM/min의 범위를 나타내었으며, 정점 A4에서 측정된 모든 수심에서 높은 활성을 보였다(1.50±0.45 nM/min; Fig. 4).
- , 2012). 본 연구해역에서 식물플랑크톤과 박테리아의 입자성유기탄소(particulate organiccarbon; POC)에 대한 기여율에 대한 연구가 전무한 실정이기 때문에 APase의 인과관계를 언급하기에는 힘든 부분이 있지만, APase의 활성과 Chl-a의 관계를 기초로 living POC는 식물플랑크톤과 박테리아가 약 60 : 40 비율로 차지할 것으로 생각된다. 하지만 APase기원을 밝히기 위한 직접적인 연구는 현실적으로 어려움이 있다.
- 2). 용존산소도 유사하게 정점 A1과 A2(8.8 mg/L에서 8.3 mg/L) 그리고 정점 A3과 A5에서(9.1 mg/L에서 8.1 mg/L) 뚜렷한 변화가 보였으나, 정점 A4의 30 m 이심의 낮은 수온과 염분으로 특징지을 수 있는 수괴에 대해서는 뚜렷한 차이가 없었다(Fig. 2). 따라서 본 조사해역의 전선역은 정점 A3과 A5 사이에서 뚜렷하게 형성된 것을 알 수 있다.
- 마지막으로 ④높은 D-APase와 낮은 P-APase의 경우, 최근에 DIP 제한이 해소된 것을 암시한다. 이를 활용하여, 본 해역을 검토한 결과, 전선역의 경우, 리비히 최소율의 법칙에 따라 일차생산자 또는 분해자의 생장에 인이 중요한 제한인자이며, 높은 생물생산력을 유지하기 위해 지속적으로 DIP를 소비하고 있지만, DIP만으로도 인원(phosphorus sources)이 불충하여 DOP를 이용하고 있다는 것을 의미한다. 그 외의 해역은 DIP 제한이 최근에 해소되어, DIP만으로 충분히 생장이 가능하다는 것을 지시한다.
- 전선역과 주변해역의 DTP 중 DOP의 비율을 보면 전선역은 84 %이며, 주변해역은 63 %로 전선역에서 높은 DOP 비율을 보였다. 일반적으로 해양에서 DOP을 구성하는 성분에 대한 명확한 답은 분석의 어려움 때문에 가지고 있지 않지만, DOP 는 1990년대 이후 십자류 여과방식(Tangential Flow Filtration)로부터 해수 중의 용존유기물을 분자량으로 분리할 수 있는 방법이 개발되면서 약 1 nm, 분자량 1,000 da를 경계로 고분자량 DOP와 저분자량 DOP로 구별된다(Benner, 1991).
후속연구
- 특히 APase 활성에 의해 가수분해 된 APHP를 APase 효소를 가지고 있지 않으며, DIP 반포화상수(half saturation constant; Ks)가 낮은 r-strategy 식물플랑크톤이 흡수하여 우점하는 경우도 발생할 수 있다. 그렇기 때문에 본 해역의 전선역과 주변해역의 DOP 중 APHP와 같은 분해성 DOP의 분포 및 구성(PME와 PDE)의 이해는“왜? DIP 제한 상태에서 높은 생물생산력을 유지하는지”에 대한 질문에 좋은 해답이 될 것으로 기대된다.
- 그 외의 해역은 DIP 제한이 최근에 해소되어, DIP만으로 충분히 생장이 가능하다는 것을 지시한다. 이와 같이 세포내용존태 유기물의 가수분해 관련 효소 활성도를 측정함으로써, 기존의 제한 영양염 평가의 공간적인 평가에서 시간적인 평가가 가능하게 되어, 해역의 생지화학 순환의 근본적인 이해를 도울 수 있을 것으로 생각된다.
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