[논문]GreenTD 물질을 이용한 유해 적조 발생 종의 선택적 살조능 평가

이민지; 신주용; 김진호; 임영균; 조훈; 백승호

doi:10.11626/kjeb.2018.36.3.359

GreenTD 물질을 이용한 유해 적조 발생 종의 선택적 살조능 평가
Selective Algicidal Effects of a Newly Developed GreenTD against Red Tide Harmful Alga 원문보기

환경생물 = Korean journal of environmental biology, v.36 no.3, 2018년, pp.359 - 369

이민지 (한국해양과학기술원 위해성분석연구센터) , 신주용 (제주국제고등학교) , 김진호 (한국해양과학기술원 위해성분석연구센터) , 임영균 (한국해양과학기술원 위해성분석연구센터) , 조훈 (조선대학교 생명화학고분자공학과) , 백승호 (한국해양과학기술원 위해성분석연구센터)

초록
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하계 우리나라 연안내만에서 빈번하게 발생하는 유해 적조생물 제어는 수산피해를 최소화하기 위한 중요한 국가적 현안문제이다. 본 연구에서는 Thiazolidinedione 유도체 물질인 GreenTD 농도 구배별로 유해 미세조류 4종(Chattonella marina, Heterosigma akashiwo, Cochlodinium polykriokides, Heterocapsa circularisquama)과 무해 미세조류 3종 (Chaetoceros simplex, Skeletonema sp., Tetraselmis sp.)에 대해 생물 고밀도 실험군과 저밀도 실험군에서 살조물질 농도별 살조효율과 선택성을 조사하였다. 유해종에 속하는 침편모조류 C. marina와 H. akashiwo는 각각 GreenTD 0.5와 $0.2{\mu}gL^{-1}$ 농도에서 단시간에 확실한 효과를 보였으며, 14일 동안의 관찰에서도 재성장을 보이지 않았다. 적조생물 C. polykrikoides은 GreenTD $0.2{\mu}gL^{-1}$ 이상의 농도에서 광합성활성이 현저하게 떨어졌고, 살조효율 역시 80% 이상으로 나타났다. 특히, GreenTD $0.2{\mu}gL^{-1}$에서도 C. polykrikoides가 재성장하지 않은 것으로 보아, 본 물질은 C. polykrikoides에 대한 살조효과가 우수할 것으로 판단된다. H. circularisquama는 고밀도 실험군에서 GreenTD $0.5{\mu}gL^{-1}$, 저밀도 실험군에서는 GreenTD $0.2{\mu}gL^{-1}$ 농도에서부터 일정하게 영향을 받는 것으로 파악되었다. 규조류 C. simplex와 Skeletonema sp.에 대해서는 생물농도가 고밀도일 때 GreenTD $0.2{\mu}gL^{-1}$에서는 크게 영향을 받지 않았으며, 초기 일정한 영향을 받은 후 시간 경과와 더불어 재성장이 이루어졌다. 특히 녹조류 Tetraselmis sp.는 최고농도인 GreenTD $1.0{\mu}gL^{-1}$에서도 일정하게 높은 값을 유지하였다. GreenTD 농도와 생물밀도에 따른 차이가 뚜렷하게 나타났으나, 전반적으로 살조물질의 효과는 침편모조류>와편모조류>규조류>녹조류 순으로 나타났다. 결과적으로 GreenTD 물질은 유해종에는 높은 살조능력이 있고, 무해종에는 일시적으로 광합성활성에 영향을 주지만, 시간의 경과에 따라 회복되는 것을 알 수 있다. 따라서, 적조생물 C. polykrikoides 제어하기 위해서는 고밀도 실험군에서 80.8%의 살조효과를 보인 GreenTD $0.2{\mu}gL^{-1}$의 농도가 적절할 것으로 판단되며, 현장 적용시 일시적인 희석등을 고려하여 적정농도보다 높게 살포하면 일정하게 높은 살조효율을 가질 것이며, 이는 경제성을 고려하여 충분한 경쟁력이 있는 물질로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Harmful algal blooms (HABs) are a serious problem for public health and fisheries industries, thus there exists a need to investigate the possible ways for effective control of HABs. In the present study, we investigated the algicidal effects of a newly developed GreenTD against the HABs (Chattonella marina, Heterosigma akashiwo, Cochlodinium polykriokides, and Heterocapsa circularisquama) and non-HABs (Chaetoceros simplex, Skeletonema sp. and Tetraselmis sp.), which is focused on the different population density and concentration gradients of algicidal substances. The time series viability of target alga was assessed based on the activity of Chl. a photosynthetic efficiency in terms of $F_v/F_m$, and in vivo fluorescence (FSU). Effective control of Raphidophyta, C. marina and H. akashiwo was achieved at a GreenTD concentration of $0.5{\mu}gL^{-1}$ and $0.2{\mu}gL^{-1}$, respectively, and regrowth of both the species was not observed even after 14 days. The inhibitory ratio of the dinoflagellate, C. polykriokides was more than 80% at $0.2{\mu}gL^{-1}$ of GreenTD. H. circularisquama was constantly affected in the presence of $0.2{\mu}gL^{-1}$ of GreenTD in the high- and low-population density experimental groups. On the other hand, diatoms, C. simplex, and Skeletonema sp. were not significantly affected even in the presence of $0.2{\mu}gL^{-1}$ of GreenTD and exhibited re-growth activity with the passage of incubation time. In particular, green alga Tetraselmis sp. remained unaffected even in the presence of the highest concentration of GreenTD ($1.0{\mu}gL^{-1}$), implying that non-HABs were not greatly influenced by the algicidal substances. As a result, the algicidal activity of GreenTD on the harmful and nonharmful algae was as follows: raphidophyte>dinoflagellates>diatoms>green alga. Consequently, our results indicate that inoculation of GreenTD substances into natural blooms at a threshold concentration ($0.2{\mu}gL^{-1}$) can maximize the algicidal activity against HABs species. If we consider the dilution and diffusion rate in the field application, it is hypothesized that GreenTD will demonstrate economic efficiency, thus leading to effective control against the target HABs in the closed bay.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

2014b)에 의하면, Thiazolidinedione 유도체 (TD49)는 당뇨병 치료 보조제로 활용되고 있으며, 유해 적조생물을 선택적으로 살조하는 능력이 우수하였다. 따라서 본 물질(GreenTD)에 대한 경제성을 파악하기 위해서, 황토와 TD49 물질을 예시로 비교하여 보았다. 2013년 적조생물이 대발생하여 황토를 대규모 살포하였으나, 효과적으로 적조생물을 제어하지 못하여 270억 규모의 수산양식업 피해를 입혔다.
따라서, 정부에서는 적조발생으로 인한 수산피해를 최소화하기 위해, 국립수산과학원에서 적조구제물질을 발굴하고자 기업체에서 개발된 200여 물질을 공모 및 평가하였다. 1차적으로 공모된 각 물질에 대하여 살포 비용과 원가를 고려하여 경제성이 있는 물질을 선정하였다.
하계 우리나라 연안내만에서 빈번하게 발생하는 유해 적조생물 제어는 수산피해를 최소화하기 위한 중요한 국가적 현안문제이다. 본 연구에서는 Thiazolidinedione 유도체 물질인 GreenTD 농도 구배별로 유해 미세조류 4종(Chattonella marina, Heterosigma akashiwo, Cochlodinium polykriokides, Heterocapsa circularisquama)과 무해 미세조류 3종 (Chaetoceros simplex, Skeletonema sp., Tetraselmis sp.)에 대해 생물 고밀도 실험군과 저밀도 실험군에서 살조물질 농도별 살조효율과 선택성을 조사하였다. 유해종에 속하는 침편모조류 C.
본 연구에서는 유해 및 무해 미세조류 7종을 대상으로 GreenTD에 대한 살조능 평가를 수행하였다. 유해 미세조류는 국내에서 종종 대증식하는 침편모조류 2종(Chattonella marina, Heterosigma akashiwo), 와편모조류 2종 (Cochlodinium polykriokides, Heterocapsa circularisquama)으로 구성되었고(Baek et al.
본 연구에서는 적조생물 C. polykrikoides을 효과적으로 구제하기 위해서 (주)큐얼스에서 개발한 친환경 살조물질 GreenTD를 대상으로 구제 효율을 평가하였다. 현장 적용성 평가 수행하기 이전, 유해 미세조류와 무해 미세조류를 대상으로 선택성 살조여부를 평가하여, 잠재적 현장 적용 가능성을 고찰하고자 한다.
polykrikoides을 효과적으로 구제하기 위해서 (주)큐얼스에서 개발한 친환경 살조물질 GreenTD를 대상으로 구제 효율을 평가하였다. 현장 적용성 평가 수행하기 이전, 유해 미세조류와 무해 미세조류를 대상으로 선택성 살조여부를 평가하여, 잠재적 현장 적용 가능성을 고찰하고자 한다.

제안 방법

2차적으로 각 물질에 대한 살조구제효율은 실험에서 적조배양생물을 대상으로 평가하였다. 3차적으로 구제효율이 우수하면서 친환경적인 물질을 대상으로 메소코즘에서 현장 적용성 평가를 수행하였다. 결과적으로, 생태계에 미치는 영향등을 고려하여, 최종적으로 미생물발효추출물, 황토혼합물, 도석혼합물, 이암분말혼합물 등 친환경 적조구제물질 4종을 적조구제물질 사용승인고시에 준하는 물질로 등록하였다.
70 mL 시험관(ø22 mm×200 mm; PYREX® )에 각각의 배양된 생물을 50 mL를 접종한 후, GreenTD 최종농도가 0(대조군), 0.05, 0.2, 0.5, 1.0 μg L-1이 되도록 농도구배를 두었다.
생물 농도에 따른 GreenTD의 살조효과 여부를 파악하기 위해서, 고밀도와 저밀도 생물군으로 나누어 실험을 진행하였다. 고밀도 생물군은 높은 생물활성을 위해 동일한 조건에서 2주간 배양한 생물을 바로 사용하였고, 저밀도 실험군은 고밀도의 생물을 인공해수에 1/2~1/3로 희석하여 활용하였다.
PAM (pulse-amplitude modulation)장비는 엽록소 내 전자 전달 및 에너지 손실 관계를 이용한 생물정량과 더불어 광합성 전자 전달율 (electron transport rate; ETR)에 의한 생물활성을 측정할 수 있었다. 따라서 본 장비로 각 파장별(470 nm, 520 nm, 640 nm, 665 nm) 엽록소 형광을 산출하여, 엽록소(Chlorophyll a), F_v/F_m (광합성 효율), 활성엽록소(Active Chlorophyll a)를 다양한 조건에서 파악하였다. 특히 적조구제물질 사용승인에 관한 고시에 준하는 평가는 각 생물군에 대한 살조 후 생물 사멸유무와 함께 생물 개체수를 판단해야 함으로, 초기와 24시간 경과후의 생물 개체수를 Sedgwick-Rafter chamber에 0.
마지막으로 살조된 유해 미세조류에 대한 재성장유무를 판단하기 위해서 GreenTD 첨가 후 2주동안 형광측정장비(model 10-AU, Turner Designs Sunnyvale, CA, USA)를 활용하여 형광값(in vivo fluorescence)을 측정하여 재성장 가능성을 평가하였다. 실험기간 동안 각 생물군에 대한 최적의 환경조건을 유지하기 위해, 앞서 언급한 사전 배양조건과 동일하게 유지시켜 배양을 수행하였다.
0 μg L^-1이 되도록 농도구배를 두었다. 모든 실험은 3반복실험군(triplicate)으로 진행되었다. GreenTD에 대한 최종 살조물질 농도는 사전에 다양한 평가를 거친 후 선정되었다.
이를 보안하기 위해서, 분말형태의 GreenTD을 개발하였고, 대량생산을 가능하게 하여, 현장 적용에 용이하게 활용할 수 있도록 개선하였다. 본 물질은 여과 해수에 직접 녹여, 최종농도 5 g L^-1의 Stock solution을 만들어 아래에서 언급하는 다양한 살조효율 실험에 활용하였다.
배양 조건은 온도 25℃ 광량 60 μmol photons m^-2 s ^-1 , 광주기 12L:12D로 조절하였다. 생물 농도에 따른 GreenTD의 살조효과 여부를 파악하기 위해서, 고밀도와 저밀도 생물군으로 나누어 실험을 진행하였다. 고밀도 생물군은 높은 생물활성을 위해 동일한 조건에서 2주간 배양한 생물을 바로 사용하였고, 저밀도 실험군은 고밀도의 생물을 인공해수에 1/2~1/3로 희석하여 활용하였다.
마지막으로 살조된 유해 미세조류에 대한 재성장유무를 판단하기 위해서 GreenTD 첨가 후 2주동안 형광측정장비(model 10-AU, Turner Designs Sunnyvale, CA, USA)를 활용하여 형광값(in vivo fluorescence)을 측정하여 재성장 가능성을 평가하였다. 실험기간 동안 각 생물군에 대한 최적의 환경조건을 유지하기 위해, 앞서 언급한 사전 배양조건과 동일하게 유지시켜 배양을 수행하였다.
GreenTD에 대한 최종 살조물질 농도는 사전에 다양한 평가를 거친 후 선정되었다. 유해 미세조류에 대한 효율적인 살조반응과 함께 무해 미세조류에 대한 전반적인 생물활성능을 평가하기 위해서 시간경과 (1 hr, 3 hrs, 24 hrs)에 따라서 Phyto-PAM (phytoplankton analyzer; PHYTO-ED, S/N: EDEF0139, Germany) 장비로 세포 내 활성을 측정하였다. PAM (pulse-amplitude modulation)장비는 엽록소 내 전자 전달 및 에너지 손실 관계를 이용한 생물정량과 더불어 광합성 전자 전달율 (electron transport rate; ETR)에 의한 생물활성을 측정할 수 있었다.
따라서 본 장비로 각 파장별(470 nm, 520 nm, 640 nm, 665 nm) 엽록소 형광을 산출하여, 엽록소(Chlorophyll a), F_v/F_m (광합성 효율), 활성엽록소(Active Chlorophyll a)를 다양한 조건에서 파악하였다. 특히 적조구제물질 사용승인에 관한 고시에 준하는 평가는 각 생물군에 대한 살조 후 생물 사멸유무와 함께 생물 개체수를 판단해야 함으로, 초기와 24시간 경과후의 생물 개체수를 Sedgwick-Rafter chamber에 0.1~1 mL (생물 개체수에 근거함)을 분주하여, 광학현미경 하에서 생존 개체를 검경 및 계수하였다.

대상 데이터

따라서, 정부에서는 적조발생으로 인한 수산피해를 최소화하기 위해, 국립수산과학원에서 적조구제물질을 발굴하고자 기업체에서 개발된 200여 물질을 공모 및 평가하였다. 1차적으로 공모된 각 물질에 대하여 살포 비용과 원가를 고려하여 경제성이 있는 물질을 선정하였다. 2차적으로 각 물질에 대한 살조구제효율은 실험에서 적조배양생물을 대상으로 평가하였다.
1차적으로 공모된 각 물질에 대하여 살포 비용과 원가를 고려하여 경제성이 있는 물질을 선정하였다. 2차적으로 각 물질에 대한 살조구제효율은 실험에서 적조배양생물을 대상으로 평가하였다. 3차적으로 구제효율이 우수하면서 친환경적인 물질을 대상으로 메소코즘에서 현장 적용성 평가를 수행하였다.
Thiazolidinedione 유도체 GreenTD의 물질을 조선대학교 응용화학소재실험실에서 개발하였고, (주)큐얼스에서 대량생산 공정을 거친 물질을 제공받았다. 여기서 GreenTD 물질에 대한 화학 구조는 특허등록과 관련된 사항으로 제공할 수 없다.
본 연구에 활용된 미세조류는 한국해양과학기술원 해양시료도서관에서 분양받아 활용하였다. 분양받은 조류는 살조능 평가에 활용하기 이전 생물활성을 최대한 높이기 위해 f/2 배지가 첨가된 1 L 배양용기에 2주일간 배양하였다.
본 연구에서는 유해종 4종과 함께 무해종 3종을 대상으로, 2가지 생물농도 조건(고밀도, 저밀도)에서 생물활성에 대한 결과를 Fig. 1과 2에 나타내었다. 유해종과 무해종을 선택한 이유는 살조물질의 선택성 유무를 판단하기 위해서 선별되었다.
본 연구에서는 유해 및 무해 미세조류 7종을 대상으로 GreenTD에 대한 살조능 평가를 수행하였다. 유해 미세조류는 국내에서 종종 대증식하는 침편모조류 2종(Chattonella marina, Heterosigma akashiwo), 와편모조류 2종 (Cochlodinium polykriokides, Heterocapsa circularisquama)으로 구성되었고(Baek et al. 2014b), 무해 미세조류는 국내 연안에서 가장 흔히 출현되는 규조류 2종 (Chaetoceros simplex, Skeletonema sp.)을 선정하였고, 이와 함께 연안에 자주 출현하는 녹조류 1종(Tetraselmis sp.)을 활용하였다(Baek et al. 2014b, 2015b).

성능/효과

GreenTD 0.2 μg L-1 농도에서는 C. polykrikoides 고밀도와 저밀도 실험군에서 24시간 경과후 각각 8.39±1.48 μg L-1과 1.28±0.15 μg L-1로 나타나, GreenTD 0.05 μg L-1 농도보다 극히 낮은 생물활성을 보여, 생물사멸에 일정하게 영향을 미치는 것으로 파악되었다.
GreenTD 0.2 μg L-1 농도에서는 고밀도 실험군에서도 80.8% 살조효율을 보였고, 그 이상의 GreenTD 농도에서는 100% 살조효과를 기록하였다 (Fig. 3C).
GreenTD 농도와 생물밀도에 따른 차이가 뚜렷하게 나타났으나, 전반적으로 살조물질의 효과는 침편모조류>와편모조류>규조류>녹조류 순으로 나타났다.
H. circularisquama는 고밀도 실험군에서 GreenTD 0.5 μg L-1, 저밀도 실험군에서는 GreenTD 0.2 μg L-1 농도에서부터 일정하게 영향을 받는 것으로 파악되었다.
유해 미세조류에 대한 효율적인 살조반응과 함께 무해 미세조류에 대한 전반적인 생물활성능을 평가하기 위해서 시간경과 (1 hr, 3 hrs, 24 hrs)에 따라서 Phyto-PAM (phytoplankton analyzer; PHYTO-ED, S/N: EDEF0139, Germany) 장비로 세포 내 활성을 측정하였다. PAM (pulse-amplitude modulation)장비는 엽록소 내 전자 전달 및 에너지 손실 관계를 이용한 생물정량과 더불어 광합성 전자 전달율 (electron transport rate; ETR)에 의한 생물활성을 측정할 수 있었다. 따라서 본 장비로 각 파장별(470 nm, 520 nm, 640 nm, 665 nm) 엽록소 형광을 산출하여, 엽록소(Chlorophyll a), F_v/F_m (광합성 효율), 활성엽록소(Active Chlorophyll a)를 다양한 조건에서 파악하였다.
a값은 생물 고밀도와 저밀도와 관계없이 GreenTD 1.0 μg L-1에서도 높게 유지되었고, 24시간 경과후 생물 고밀도 실험군에서 236±0.35 μg L-1로, 저밀도 실험군에서 203±58.2 μg L-1로 초기값(125 μg L-1)보다 약 2배 증가하는 것으로 나타났다(Fig. 1).
GreenTD 농도와 생물밀도에 따른 차이가 뚜렷하게 나타났으나, 전반적으로 살조물질의 효과는 침편모조류>와편모조류>규조류>녹조류 순으로 나타났다. 결과적으로 GreenTD 물질은 유해종에는 높은 살조능력이 있고, 무해종에는 일시적으로 광합성활성에 영향을 주지만, 시간의 경과에 따라 회복되는 것을 알 수 있다. 따라서, 적조생물 C.
따라서, 본 물질을 현장 적용성 평가 전, 다양한 생물군과 함께 생물밀도(고밀도와 저밀도)에 따른 살조물질 구배실험이 실험실 규모에서 선행되어야 한다. 결과적으로 본 연구에서 활용한 GreenTD 물질은 황토대비 충분하게 경제성이 높을 것으로 판단된다. 특히, 선택적인 살조능을 고려하면, 적조생물을 효과적으로 제어할 수 있을 것으로 기대된다.
4M, N), 이는 앞서 토의한 살 조효율과 잘 일치한다. 결과적으로 유해 미세조류 침편모조류와 와편모조류는 살조물질의 첨가후 세포가 파괴되어 빠르게 분해되었고, 규조류와 녹조류의 세포파괴는 관찰되지 않았다.
결과적으로 유해종에 속한 침편모조류 C. marina와 H. akashiwo는 각각 GreenTD 0.5와 0.2 μg L-1 농도에서 80% 이상의 살조효과를 기대할 수 있을 것이며, 같은 침편조모류 중 세포체적과 생물밀도의 차이에 따라서도 살조효과가 상이한 차이를 보일 것으로 판단된다.
3차적으로 구제효율이 우수하면서 친환경적인 물질을 대상으로 메소코즘에서 현장 적용성 평가를 수행하였다. 결과적으로, 생태계에 미치는 영향등을 고려하여, 최종적으로 미생물발효추출물, 황토혼합물, 도석혼합물, 이암분말혼합물 등 친환경 적조구제물질 4종을 적조구제물질 사용승인고시에 준하는 물질로 등록하였다. 하지만, 이들 물질 또한 C.
규조류인 C. simplex는 고밀도 실험군(3.5×105 cells mL-1)과 저밀도(2.1×105 cells mL-1)을 다른 유해종보다 10~100배 정도 높은 초기밀도를 접종하였으나, 본 종이 가지는 1세포당 세포 체적은 유해종 C. polykrikoides의 1/10수준에 머무는 것을 고려하면(Fig. 4), 세포 단위 체적당 초기 개체수 밀도에 대한 값은 합리적으로 접종하였다고 판단된다.
2012, 2014a, 2014b)보다 미미하지만, 현장 적용시 편의성과 비용적 측면이 크게 강화되었다. 따라서 우리나라에서 발생하는 C. polykrikoides 적조와 일본 C.marina 적조 방제에 이용하면, 수산양식생물의 피해를 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
따라서, 적조생물 C. polykrikoides 제어하기 위해서는 고밀도 실험군에서 80.8%의 살조효과를 보인 GreenTD 0.2 μg L-1의 농도가 적절할 것으로 판단되며, 현장 적용시 일시적인 희석등을 고려하여 적정농도보다 높게 살포하면 일정하게 높은 살조효율을 가질 것이며, 이는 경제성을 고려하여 충분한 경쟁력이 있는 물질로 기대된다.
polykrikoides는 대부분 사멸하였고 재성장하는 양상을 관찰할 수 없었다. 반면, 유해 와편모조류 H. circularisquama 는 24시간 이내 80% 이상의 살조효율이 관찰된 실험군에서는 사멸하였지만, 그렇지 않은 실험군에서는 재성장하거나 일정의 개체수를 지속적으로 유지하는 것으로 나타났다. 이와 같은 양상은 Baek et al.
1998). 본 연구팀이 개발한 GreenTD 물질은 다양한 조류에 대한 선택성은 기존의 TD49물질(Baek et al. 2012, 2014a, 2014b)보다 미미하지만, 현장 적용시 편의성과 비용적 측면이 크게 강화되었다. 따라서 우리나라에서 발생하는 C.
실험구 중 GreenTD 0.05 μg L-1 농도의 고밀도 실험구에서 대조구와 유사하게 비교적 소폭의 형광값 감소를 보였다.
와편모조류 C. polykrikoides는 GreenTD 0.05 μg L-1에서, 고밀도 실험군 (1.9×103 cells mL-1)과 저밀도 (0.7×103 cells mL-1) 실험군에서 각각 20.5%, 14.8%의 살조효과를 관찰하였다.
와편모조류 H. circularisquama는 초기 개체수 3.9×104 cells mL-1로 고밀도 실험군에서는 GreenTD 0.2 μg L-1농도에서 살조효율이 24.7%로 낮았고, 이는 같은 농도를 적용한 와편모조류 C. polykrikoides의 초기 개체수 밀도보다 10배 정도 높은 밀도를 접종하였기 때문으로 판단되며, 고밀도 와편모조류 기인 적조를 제어하기 위해서는 단계적으로 높은 농도의 GreenTD를 적용해야 한다는 것을 시사할 수 있다(Fig. 3D).
유해종에 속하는 침편모조류 C. marina와 H. akashiwo는 각각 GreenTD 0.5와 0.2 μg L-1 농도에서 단시간에 확실한 효과를 보였으며, 14일 동안의 관찰에서도 재성장을 보이지 않았다.
8)은 수용성이 낮아 100% 에탄올에 완전히 용해시킨 후 용매를 해수에 첨가하는 방법으로써 현장 적용에 적합하지 않다는 단점이 있었다. 이를 보안하기 위해서, 분말형태의 GreenTD을 개발하였고, 대량생산을 가능하게 하여, 현장 적용에 용이하게 활용할 수 있도록 개선하였다. 본 물질은 여과 해수에 직접 녹여, 최종농도 5 g L^-1의 Stock solution을 만들어 아래에서 언급하는 다양한 살조효율 실험에 활용하였다.
적조생물 C. polykrikoides은 GreenTD 0.2 μg L-1 이상의 농도에서 광합성활성이 현저하게 떨어졌고, 살조효율 역시 80% 이상으로 나타났다.
는 앞서 언급한 광합성활성 결과에서는 전혀 영향을 미치지 않았으나, 개체수는 초기 대비 약간 감소하였다. 즉 본 종은 GreenTD에 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다(Fig. 3G).
a가 살조물질 처리후 빠르게 반응하여 영향을 미친 실험군에서 급격하게 낮게 나타나는 경향은 미세조류별 세포 분해 기작과 연관성이 있을 것으로 사료된다. 즉, 살조물질 접촉 후 세포 내 물질이 침투되면, 특정 세포가 분해과정에서 세포막을 파괴하면서 세포 내 잔여 엽록소를 수주내 분산되어 엽록소가 일시적으로 높게 나타나는 경향이 있지만, 이는 24시간 이후부터 안정적인 값을 확인할 수 있었다. PhytoPAM 장비를 이용한 형광측정법은 광계 II (PS II)에 대한 정보를 실시간으로 상세하게 제공 가능하여, PS II 손상으로 살조물질이 세포막으로 침투하여 세포 내 스트레스를 받았다는 첫 징후로 사용 될 수 있다(Küster and Altenburger 2007).
4에 나타내었다. 침편모조류 C. marina와 H. akashiwo는 물질접종 후 빠르게 세포가 터지는 양상을 보였고(Fig. 4A-D), 와 편모조류 C. polykriokides와 H. circularisquama 또한 유사한 양상을 확인할 수 있었다. 하지만 일부 H.
침편모조류 H. akashiwo는 고밀도 (9.1×103 cells mL-1) 실험군과 저밀도 (4.6×103 cells mL-1) 실험군에서 GreenTD 0.05 μg L-1 농도에서 조차 100%로 살조효과를 보여, 아주 효과적으로 생물을 제어할 수 있는 특성을 확인하였다(Fig. 3B).
특히, GreenTD 0.2 μg L-1에서도 C. polykrikoides가 재성장하지 않은 것으로 보아, 본 물질은 C. polykrikoides에 대한 살조효과가 우수할 것으로 판단된다.
특히, H. akashiwo는 GreenTD 0.2 μg L-1에서 일정하게 광합성활성이 낮게 나타난 것으로 보아, C. marina 보다 조금 낮은 농도에서도 살조효과가 나타날 것으로 판단된다.
a 과 F_v/F_m값으로 살조효율을 정확하게 유추할 수 있다. 하지만 24시간 이후에는 파괴된 엽록소 형광값은 안정적으로 관찰할 수 있어, 10-AU 형광장비로 측정이 효율적으로 가능하다. 즉 Phyto-PAM 장비보다 시간이 1/10 수준으로 장기간 생물의 재성장에 따른 생물활성을 측정 가능하다.
만약 같은 면적에서 살조효율을 고려하면, TD49 물질 4,750 kg을 현장에 살포하여야 하며, 생산단가는 약 60억으로 추정된다. 하지만, TD49 물질을 이용하기 위해서는 용매 추출, 운반 및 살포비용을 고려하여야 하며, 결과적으로는 황토보다는 경제성이 매우 낮을 것으로 판단되었다. 이와 같은 점을 보완하고자 (주)큐얼스에서는 TD49 물질보다 원가를 1/10로 줄인 GreenTD 물질을 발굴하였고, 특히 용매 추출 없이, 현장해수에 희석하여 살포할 수 있는 현장적용 용이성이 강력한 장점이라고 할 수 있다.
하지만, 본 실험에서는 0.05 μg L-1 의 낮은 농도에서도 재성장이 관찰되지 않은 것으로 보아, GreenTD는 TD49 물질보다 살조효능이 더 우수한 것으로 판단된다.
결과적으로, 생태계에 미치는 영향등을 고려하여, 최종적으로 미생물발효추출물, 황토혼합물, 도석혼합물, 이암분말혼합물 등 친환경 적조구제물질 4종을 적조구제물질 사용승인고시에 준하는 물질로 등록하였다. 하지만, 이들 물질 또한 C. polykrikoides의 분리배양주에서는 높은 살조효과를 보였으나, 현장적조생물 C. polykrikoides을 대상으로 메소코즘에서 평가한 결과, 살조효과가 미미한 수준으로 나타났다(unpublished data).

후속연구

이와 같은 점을 보완하고자 (주)큐얼스에서는 TD49 물질보다 원가를 1/10로 줄인 GreenTD 물질을 발굴하였고, 특히 용매 추출 없이, 현장해수에 희석하여 살포할 수 있는 현장적용 용이성이 강력한 장점이라고 할 수 있다. 따라서, 본 물질을 현장 적용성 평가 전, 다양한 생물군과 함께 생물밀도(고밀도와 저밀도)에 따른 살조물질 구배실험이 실험실 규모에서 선행되어야 한다. 결과적으로 본 연구에서 활용한 GreenTD 물질은 황토대비 충분하게 경제성이 높을 것으로 판단된다.
결과적으로 본 연구에서 활용한 GreenTD 물질은 황토대비 충분하게 경제성이 높을 것으로 판단된다. 특히, 선택적인 살조능을 고려하면, 적조생물을 효과적으로 제어할 수 있을 것으로 기대된다.
GreenTD 살조물질에 노출 된 미세조류의 활성 감소는 생물제어효과와 일치하며, 이는 PS II에 대한 손상에 의한 세포용해가 중요한 살조기작으로 판단된다. 하지만, 명확한 근거를 제시하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유해 적조생물 제어는 무엇을 최소화하기 위한 현안문제인가?	하계 우리나라 연안내만에서 빈번하게 발생하는 유해 적조생물 제어는 수산피해를 최소화하기 위한 중요한 국가적 현안문제이다. 본 연구에서는 Thiazolidinedione 유도체 물질인 GreenTD 농도 구배별로 유해 미세조류 4종(Chattonella marina, Heterosigma akashiwo, Cochlodinium polykriokides, Heterocapsa circularisquama)과 무해 미세조류 3종 (Chaetoceros simplex, Skeletonema sp.
	연안해역의 역할은?	연안해역은 다양한 미세조류가 출현하여 높은 종 다양성이 유지되며, 이는 해역의 항상성과 건강성에 중요한 역할을 한다(Constanza 1992). 하지만, 호조건의 환경하에서 비정상적으로 특정 종이 증식하여 적조를 일으켜 양식 수산생물에 부정적인 영향을 미친다.
	연안해역은 호조건의 환경하에서 어떤 영향을 미치는가?	연안해역은 다양한 미세조류가 출현하여 높은 종 다양성이 유지되며, 이는 해역의 항상성과 건강성에 중요한 역할을 한다(Constanza 1992). 하지만, 호조건의 환경하에서 비정상적으로 특정 종이 증식하여 적조를 일으켜 양식 수산생물에 부정적인 영향을 미친다. 우리나라에서는 1970년대 일부 반폐쇄성 내만해역에서 간헐적으로 적조가 발생하였으나, 1980년대 이후 그 발생 건수가 급격히 증가하기 시작하였다.

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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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