[논문]환경조건에 따른 Aphanizomenon flos-aquae (Cyanophyceae) 균주의 성장 반응 및 독소 생성

류희성; 신라영; 이정호

doi:10.15681/kswe.2017.33.5.538

[국내논문] 환경조건에 따른 Aphanizomenon flos-aquae (Cyanophyceae) 균주의 성장 반응 및 독소 생성
Response of Growth and Toxigenicity to Varying Temperature and Nutrient Conditions in Aphanizomenon flos-aquae (Cyanophyceae) 원문보기

한국물환경학회지 = Journal of Korean Society on Water Environment, v.33 no.5, 2017년, pp.538 - 545

류희성 (국립환경과학원 영산강물환경연구소) , 신라영 (대구대학교 생물교육전공) , 이정호 (대구대학교 생물교육전공)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to investigate growth response and toxigenicity under various temperature and nutritional conditions, in order to understand the physioecological characteristics of Aphanizomenon flos-aquae, which is a bloom-forming cyanobacterium in the Nakdong River. The strain was inoculated into media under combinations of four temperatures (4, 12, 21, $30^{\circ}C$) and three nutrients (modified CB medium, P-depleted CB medium, N-depleted CB medium) for 28 days. The algae-inhibition tests were performed to assess the potential allelopathic effects of the strains' filtrates on the growth of four algae strains (Microcystis aeruginosa, Aulacoseria ambigua f. spiralis, Aphanizomenon flos-aquae, Scenedesmus obliquus). Toxin production of a strain was measured by Enzyme-Linked ImmunoSolbent Assay (ELISA). The optimal growth temperature (Topt) of strains was $19.9^{\circ}C$ ($18.3-21.2^{\circ}C$), and the temperature range for growth was from $-0.3^{\circ}C$ to $34.3^{\circ}C$. Specific growth rate (${\mu}$) in modified CB medium varied from 0.10 to $0.16day^{-1}$, and the maximum growth rate (${\mu}_{max}$) was $0.17day^{-1}$. Although growth curves under N-existed and N-depleted conditions were almost the same, growth under N-depleted condition was relatively slowed (${\mu}=0.09$ to $0.14day^{-1}$), with a decreased maximum cell density. However, growth under the P-depleted condition was restricted for all temperatures, Two stains of Aphanizomenon flos-aquae were confirmed as not producing toxins, because saxitoxin and cylindrospermopsin were not detected by ELISA. The exudates or filtrates from the Aphanizomenon flos-aquae (DGUC003) resulted in significant inhibition of algal growth on the Aulacoseira ambigua f. spiralis (DGUD001) and Aphanizomenon flos-aquae (DGUC001) (p < 0.01).

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AI 본문요약
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문제 정의

그러므로 본 연구에서는 낙동강에서 출현하는 Aphanizomenon flos-aquae의 생리생태학적 특성을 파악하기 위하여, 분리 균주의 독소생성 여부 및 환경 조건에 따른 균주의 성장 반응, 잠재적 타감 작용을 조사하였다. 이를 통하여 Aphanizomenon flos-aquae에 의한 녹조 현상을 효율적으로 저감하고 관리하기 위한 기초자료를 제공하고자 하였다.

제안 방법

그러므로 본 연구에서는 낙동강에서 출현하는 Aphanizomenon flos-aquae의 생리생태학적 특성을 파악하기 위하여, 분리 균주의 독소생성 여부 및 환경 조건에 따른 균주의 성장 반응, 잠재적 타감 작용을 조사하였다. 이를 통하여 Aphanizomenon flos-aquae에 의한 녹조 현상을 효율적으로 저감하고 관리하기 위한 기초자료를 제공하고자 하였다.

대상 데이터

연구에 사용된 균주 Aphanizomenon flos-aquae (DaeGu University Cyanophyceae, DGUC; 자원 번호: DGUC003)는 2016년 10월 삼랑진교 지점에서 채수하여 분리하였으며 (Fig. 1), 균주의 계통학적 및 독성유전학적 특징은 선행연구에 제공되어 있다(Ryu et al., 2017). 타감 작용 실험에 사용된 균주 Microcystis aeruginosa (자원 번호: DGUC007)와 Aulacoseria ambigua f.
, 2017). 타감 작용 실험에 사용된 균주 Microcystis aeruginosa (자원 번호: DGUC007)와 Aulacoseria ambigua f. spiralis (자원 번호: DGUD001)는 낙동강 남지교 지점, Aphanizomenon flos-aquae (자원 번호: DGUC001)은 낙동강 적포교 지점의 시료에서 각각 분리하였으며, Scenedesmus obliquus (자원 번호: FBCC110011)는 국립낙동강생물자원관 생물자원은행에서 제공받았다(Table 1).

데이터처리

0에서 수행되었다. 성장 반응에 사용된 다양한 조건의 처리군 간에 유의미한 차이를 분석하기 위하여 one-way analysis of variance (ANOVA)를 이용하였으며, 사후 다중비교검정 (post-hoc multiple com- parison)은 Tukey HSD test 방식으로 검정하였다. 한편, 독립 t-test를 사용하여 여과액에 의한 조류별 성장저해 실험에서 대조군과 실험군 간에 유의미한 차이를 분석하였으며, 모든 통계 분석은 p<0.

성능/효과

1) 낙동강에서 분리된 Aphanizomenon flos-aquae의 최적 온도(Topt)는 18.3-21.2 °C (19.9°C)로 나타났으며, 성장가능 온도범위는 -0.3-34.3°C로 확인되었다. 현장 조건의 CB medium 에서 비성장률(μ)은 0.
2) 질소 결핍 조건에서의 성장은 비교적 느리고(μ = 0.09- 0.14 day^-1) 낮은 최대 세포밀도(385,826 cells mL^-1)를 보였으나, 인 결핍조건에서는 모든 조건에서 Aphanizomenon flos-aquae의 성장이 제한되었다.
3) 낙동강 현장시료에서 분리된 Aphanizomenon flos-aquae 의 2개 균주는 세포 조체와 배양액 내에서 cylindrospermopsin 과 saxitoxin의 독소가 검출되지 않아, cylindrospermopsin과 saxitoxin에 대한 비독성 균주로 판단되었다.
4) Aphanizomenon flos-aquae (DGUC003) 균주의 배양 여과액은 Aulacoseira ambigua f. spiralis (DGUD001)와 동일종인 Aphanizomenon flos-aquae (DGUC001)에게 유의미한 타감효과 및 자가 저해 현상을 유발하였다.

후속연구

따라서 낙동강에서 분리된 Aphanizomenon flos-aquae의 2개 균주는 모두 cylindrospermopsin과 saxitoxin을 생성하지 못하는 비독성 균주로 판단되었다. 다만 Aphanizomenon 속의 분류군 중 Aphanizomenon gracile와 Chrysosporum ovalisporum, Cuspidothrix issatschenkoi와 같이 독소 생성능이 입증된 분류군이 있으며 (Ballot, Fastner et al., 2010; Casero et al., 2014; Cirés and Ballot, 2016), 동일한 분류군 내에서도 독소 생성 균주와 비생성 균주가 공존할 수 있음으로 (Moustafa et al., 2009), 낙동강에서 출현하는 모든 Aphanizomenon flos-aquae를 비독성 균주로 간주하기 위해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
이를 통해 독소와 같은 2차대사 산물을 생산하지 않는 비독성 Aphanizomenon flos-aquae 균주에서도 타감 작용 및 자가 저해 현상이 유발될 수 있음이 확인되었다. 이러한 현상은 다른 남조류에서 발견된 chelators (Murphy et al., 1976) 및 portoamides (Leão et al., 2010) 등의 성장 억제제에 의한 영향이거나, Phormidium tenue 등 일부 사상형 남조류에서 발견된 자기분해 물질과 같은 화합물에 의한 영향으로 추론되지만 (Murakami et al., 1990), 정확한 원인물질 규명을 위해서는 향후 더 많은 연구가 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	상호대립억제작용물질은 무엇인가?	, 2015). 상호대립억제작용물질 (allelochemicals)은 경쟁자의 성장저해 및 종간상호작용에 관여하는 넓은 범위의 타감 작용을 유발하며, 이러한 상호 대립억제작용물질은 순환 혹은 비순환계 펩티드, 폴리케티드, 페놀, 염소방향족원소 등의 화합물로 정의할 수 있다 (Berry et al., 2008).
	일반적으로 알려진 Aphanizomenon flos-aquae의 생리적 특성은 무엇인가?	, 2012). 일반적으로 알려진 Aphanizomenon flos-aquae 생리적 특성은 23-29°C의 수온과 높은 영양염 농도, 낮은 N:P ratio 등의 조건을 선호하며 (Yamamoto, 2009), 간독소 (microcystin)와 신경독소 (anatoxin-a, aphantoxin, saxitoxin), 세포독소 (cylindrospermopsin) 등의 2차 대사산물을 생성할 수 있는 것으로 보고되어 있다 (de Figueiredo et al., 2004).
	질소 결핍 조건에서 Aphanizomenonflos-aquae의 성장이 저해된 이유는?	Nostocales의Aphanizomenon flos-aquae는 질소원으로 N2 고정세포인 heterocyte를 이용할 수 있지만, 수중에 결합된 질소를 우선적으로 섭취한다. 이는 heterocyte 세포 형성 및 N2 고정에 사용에 필요한 에너지가 증가되기 때문이다 (Cirés and Ballot,2016). 질소가 제한된 실험실 조건에서의 Aphanizomenonflos-aquae의 성장은 대사과정에 영향을 받았을 것으로 추정되며, 결과적으로 질소가 공급된 조건에서의 성장 속도 및 세포밀도에서 차이가 유발된 것으로 판단된다. 이러한 결과는Aphanizomenon flos-aquae의 성장에서 성장 배지에함유된 질소 이용가능성과 양의 상관성을 보이는 사전 연구결과와도 일치하였다 (Preßel et al.

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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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