한국 남해에서 분리한 와편모조류 Alexandrium affine의 생장에 미치는 수온, 염분 그리고 광량의 영향 The Effect of Temperature, Salinity and Irradiance on the Growth of Alexandrium affine (Dinophyceae) Isolated from Southern Sea of Korea원문보기
와편모조류 Alexandrium affine의 생장에 대한 수온, 염분 및 광 조건 실내실험을 통해서 살펴보았다. A. affine의 최대성장속도($0.69day^{-1}$)는 수온 $25^{\circ}C$, 염분 25 psu로 나타났으며, 최적생장(최대성장속도의 80 %)은 수온 $20{\sim}25^{\circ}C$의 염분은 20 ~ 35 psu로 나타났다. 따라서 A. affine는 비교적 협온성이며, 광염성의 생리학적 특성을 가지고 있는 것으로 생각된다. 광량에 따른 생장 실험결과에서 유도된 생장식은 ${\mu}=0.75(I-4.25)/(I+65.47)$로, 보상광량($I_c$)은 $4.25{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$, 반포화광량($K_I$)은 $57.0{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$로 나타났다. 결론적으로 A. affine는 하계에 낮은 광, 염분의 변동 폭이 큰 연안해역에서도 우점화 할 수 있는 유리한 생리적 특성을 보이는 것으로 판단된다.
와편모조류 Alexandrium affine의 생장에 대한 수온, 염분 및 광 조건 실내실험을 통해서 살펴보았다. A. affine의 최대성장속도($0.69day^{-1}$)는 수온 $25^{\circ}C$, 염분 25 psu로 나타났으며, 최적생장(최대성장속도의 80 %)은 수온 $20{\sim}25^{\circ}C$의 염분은 20 ~ 35 psu로 나타났다. 따라서 A. affine는 비교적 협온성이며, 광염성의 생리학적 특성을 가지고 있는 것으로 생각된다. 광량에 따른 생장 실험결과에서 유도된 생장식은 ${\mu}=0.75(I-4.25)/(I+65.47)$로, 보상광량($I_c$)은 $4.25{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$, 반포화광량($K_I$)은 $57.0{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$로 나타났다. 결론적으로 A. affine는 하계에 낮은 광, 염분의 변동 폭이 큰 연안해역에서도 우점화 할 수 있는 유리한 생리적 특성을 보이는 것으로 판단된다.
The effects of temperature, salinity and irradiance on the growth of dinoflagellate Alexandrium affine were examined. A maximum specific growth rate ($0.69day^{-1}$) was observed with a combination of $25^{\circ}C$ and 25 psu. Optimal growth (80 % of the maximum specific growth...
The effects of temperature, salinity and irradiance on the growth of dinoflagellate Alexandrium affine were examined. A maximum specific growth rate ($0.69day^{-1}$) was observed with a combination of $25^{\circ}C$ and 25 psu. Optimal growth (80 % of the maximum specific growth rate) was obtained at $20-26^{\circ}C$ with salinities of 20-35 psu. The results indicated that A. affine is relatively stenothermal of given high water temperature and is a euryhaline species. The irradiance-growth curve found can be described as ${\mu}=0.75(I-4.25)/(I+65.47)$. The compensation photon flux density ($I_c$) and half-saturation photon flux density ($K_I$) were $4.25{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$ and $57.0{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$, respectively. In conclusion, A. affine has advantageous physiological characteristics that enable it to be a dominant species in coastal areas with high water temperature and a large salinity gradient, in spite of relatively low irradiance.
The effects of temperature, salinity and irradiance on the growth of dinoflagellate Alexandrium affine were examined. A maximum specific growth rate ($0.69day^{-1}$) was observed with a combination of $25^{\circ}C$ and 25 psu. Optimal growth (80 % of the maximum specific growth rate) was obtained at $20-26^{\circ}C$ with salinities of 20-35 psu. The results indicated that A. affine is relatively stenothermal of given high water temperature and is a euryhaline species. The irradiance-growth curve found can be described as ${\mu}=0.75(I-4.25)/(I+65.47)$. The compensation photon flux density ($I_c$) and half-saturation photon flux density ($K_I$) were $4.25{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$ and $57.0{\mu}mol\;m^{-2}s^{-1}$, respectively. In conclusion, A. affine has advantageous physiological characteristics that enable it to be a dominant species in coastal areas with high water temperature and a large salinity gradient, in spite of relatively low irradiance.
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문제 정의
본 연구의 목적은 잠재적으로 유해한 것으로 알려진 A. affine의 생리 특성을 밝히기 위해, 실내실험을 통하여 수온, 염분 및 광량의 변화에 따른 A. af ine 생장의 영향을 살펴보았으며, 2017년 적조가 발생된 해역의 해양환경자료 및 기상 관측 자료를 활용하여, 향후 A. affine의 적조발생 가능성을 토의하였다.
가설 설정
광합성에 이용하는 약 400 ~ 700 nm의 파장에서 일사량과 광량자 사이에 1 μmol m-2 s-1 = 2×10-1 Jm-2 s-1 (Nishikawa and Yamaguchi, 2006)의 관계가 있어 환산이 가능하며, 해수면에 입사광은 반사 등에 따라 15 %가 손실하고 나머지 50 %가 광합성 유효 파장으로 해수면에 입사한다고 가정하였다(Nishikawa et al., 2002).
이 때 진주 기상 관측 지점의 일사량 평균은 약 800 μmol m-2s-1으로 조사되었으며, 표층 광량은 평균 400 μmol m-2s-1 로 가정하였다.
제안 방법
001 μM이 되도록 첨가 하여 사용하였다. 2차적인 오염을 막기 위해 모든 실험은 clean bench에서 수행하였으며, 실험기구는 고압멸균(202 kpa, 20 min)하여 사용하였다.
A. affine의 최적 환경 조건을 파악하기 위해 다양한 수온과 염분 조건에서 생장 실험을 실시하였다(Fig. 1). 실험 결과, 10 psu의 모든 수온 조건에서 A.
수온은 하루에 1℃씩 증감시켜 각각의 온도단계에 도달하도록 하였다. 각각의 단계에 적응된 세포를 배양튜브(DH, TT10100, DAIHAN, Korea)에 f/2배지를 5 mL주입한 후 세포수가 약 100 cell mL-1가 되도록 첨가하였다. 그 후 이틀 간격으로 같은 시간에 in vivo chlorophyll 형광값을 측정하였다.
광량에 따른 생장 속도를 알아보기 위해 최적수온과 염분에 상응하는 조건(25℃, 25 psu)으로 약 200 μmol m-2 s-1의 조건 에서 대수 생장기까지 생장시킨 세포를 이용하였다.
광량은 가시광선 차광필름을 이용하여 10, 20, 50, 75, 100, 150, 200, 300 μmol m-2 s-1(각 설정 조도의 ±10 %)의 총 8단계로 하였고, 광량의 측정은 광도계(Biospherical Instrument Inc. QSL-2100)를 이용하였다.
각각의 단계에 적응된 세포를 배양튜브(DH, TT10100, DAIHAN, Korea)에 f/2배지를 5 mL주입한 후 세포수가 약 100 cell mL-1가 되도록 첨가하였다. 그 후 이틀 간격으로 같은 시간에 in vivo chlorophyll 형광값을 측정하였다. 실험은 triplicate 로 수행하였으며, 생장속도는 이들의 평균값으로 나타냈다.
생장에 대한 수온과 염분의 영향을 파악하기 위해서 수온 10, 15, 20, 25, 30℃의 5단계, 염분 10, 15, 20, 25, 30, 35 psu의 6단계를 조합하여 총 30단계의 조건하에서 생장속도를 관찰하였다. 실험에 사용된 해수는 유지배양과 같이 남해 외양수이며, 10 ~ 30 psu의 염분은 초순수를 사용하여 희석하였으며, 35 psu는 자연 증발시켜 조절하였다.
그 후 이틀 간격으로 같은 시간에 in vivo chlorophyll 형광값을 측정하였다. 실험은 triplicate 로 수행하였으며, 생장속도는 이들의 평균값으로 나타냈다. 세포의 생장속도는 대수생장을 보이는 기간 동안의 형광값을 이용하여 다음과 같은 식을 이용하여 산출하였다.
QSL-2100)를 이용하였다. 이후 이틀 간격으로 매일 같은 시간(오전 10:00)에 형광광도계(10-AU-Fluorometer, Turner Designs)로 in vivo chlorophyll 형광값을 측정하였다. 실험은 3 반복하여 수행하였으며, 생장속도는 수온과 염분에 따른 생장 실험과 같은 방법으로 식(1)을 이용하여 계산하였고, 평균값으로 나타내 었다.
대상 데이터
실험에 사용된 A. affine(LIMS-PS-2345)는 해양과학기술원 해양시료도서관(해양식물플랑크톤 기탁등록보존기관)에서 분 자학적으로 분류 및 동정이 완료된 분리주를 분양 받아 사용하였다. 수온과 염분은 분리한 현장의 환경조건을 최대한 반영한 것으로 수온은 20℃, 염분은 30 psu, pH는 8.
생장에 대한 수온과 염분의 영향을 파악하기 위해서 수온 10, 15, 20, 25, 30℃의 5단계, 염분 10, 15, 20, 25, 30, 35 psu의 6단계를 조합하여 총 30단계의 조건하에서 생장속도를 관찰하였다. 실험에 사용된 해수는 유지배양과 같이 남해 외양수이며, 10 ~ 30 psu의 염분은 초순수를 사용하여 희석하였으며, 35 psu는 자연 증발시켜 조절하였다. 수온 20℃, 염분 30 psu 그리고 300 μmol m-2 s-1에 전배양한 대수 생장기 세포를 25 psu와 35 psu의 배지에 이식하여 배양하였다.
실험용 배지는 남해 외양역의 해수를 바탕으로 한 f/2(Guillard and Ryther, 1962) 배지에 selenium(H2SeO3)을 최종 농도 0.001 μM이 되도록 첨가 하여 사용하였다.
일조시간과 일사량은 기상청(Korea Meteorological Administration; KMA)에서 제공되는 자료를 사용하였다. 조사 지점은 통영 지역과 가까운 진주 기상관측 지점의 자료를 이용하였다(35° 09′ 49″N, 128° 02′ 24″E).
조사 지점은 통영 지역과 가까운 진주 기상관측 지점의 자료를 이용하였다(35° 09′ 49″N, 128° 02′ 24″E). 조사 기간은 1997년부터 2017년으로 월별 합계를 평균 내어 사용하였다. 수평면 일사량의 단위가 MJ m-2이며 본 연구에서 사용한 광량자 단위인 μmol m-2s-1로 환산이 필요하다.
조사 지점은 통영 지역과 가까운 진주 기상관측 지점의 자료를 이용하였다(35° 09′ 49″N, 128° 02′ 24″E).
해양 환경 특성의 변화를 파악하기 위하여 해양 환경관리공단(Korea Environment Management corporation; KOEM)에서 제공하는 해양환경측정망자료를 사용하였다. 활용한 측정망 정점은 2017년 8월 A.
활용한 측정망 정점은 2017년 8월 A. affine가 원인 종으로 생각되는 대발생이 발생한 인근의 해역으로(34° 48′ 35″ N, 128° 17′ 41″ E), 1997년부터 2017년까지 표층 수온, 염분 및 투명도 자료를 활용하였다.
데이터처리
실험은 3 반복하여 수행하였으며, 생장속도는 수온과 염분에 따른 생장 실험과 같은 방법으로 식(1)을 이용하여 계산하였고, 평균값으로 나타내 었다.
이론/모형
The values are represented with means of triplicate. The curve was fitted to the observed values using a non-linear least square method.
단, 오류로 판명된 값은 제외하여 계산하였다. 생장속도와 광량과의 관계는 광저해 현상의 유무에 따라 여러 관계식을 사용하나, 본 연구에서는 광저해 현상이 없어, Lederman and Tett(1981)의 모델을 개량한 식을 이용하여 계산하였다.
성능/효과
HAB가 발생한 해역은 남해안의 통영으로 대마난류와 남해 연안수의 영향을 받는 지역이다. A. affine HAB가 발생한 당시의 표층 수온과 염분은 27 ~ 32℃, 32 psu로 나타났으며, 수온이 평년대비 약 2 ~ 4℃ 이상 높게 나타나, 이 지역에 고수온 경보가 발령되었다. 이는 이상기상에 따른 수온상승과 지속적인 쿠로시오 해류의 강화로 인한 대마난류 강화 (Sakamoto et al.
이 때 진주 기상 관측 지점의 일사량 평균은 약 800 μmol m-2s-1으로 조사되었으며, 표층 광량은 평균 400 μmol m-2s-1 로 가정하였다. 계산된 결과 광 조건만을 고려해봤을 때, A. affine의 생존에 있어 최대 생존 가능 수심(IC)에 해당하는 수심은 15 m로 나타났다. 또한, 최적 서식 수심을 나타내는 KI에 해당하는 수심은 약 8 m이었다.
수온 20℃, 염분 30 psu 그리고 300 μmol m-2 s-1에 전배양한 대수 생장기 세포를 25 psu와 35 psu의 배지에 이식하여 배양하였다. 그리고 25 psu 배지에 세포의 대수 생장기 후기에 있을 때, 20 psu로 이식하여 염분변화에 따른 영향을 최대한 줄였다. 수온은 하루에 1℃씩 증감시켜 각각의 온도단계에 도달하도록 하였다.
, 1995)로 나타났다. 따라서 A. affine의 유영 능력과 다른 종들에 비해 낮은 보상광량을 고려할 때, 표층에 영양염류가 고갈되어 있을 경우도 저층에 풍부한 영양염을 이용하여 생장이 가능할 것으로 생각된다.
affine의 세포밀도가 일정 하거나, 감소하는 경향을 보였다. 또한 모든 염분구간에서 10℃와 30℃의 수온에서 0.00 ~ 0.14 day-1로 낮은 생장속도를 보였으며, 수온 15℃에서는 0.03 ~ 0.34 day -1로 35 psu에서 높 은 생장속도를 보였다. 20℃의 경우, 25 ~ 30 psu의 염분 범위 에서 0.
배양실험으로부터 얻어진 생장속도에 따른 수온과 염분 조건을 이용하여 이원 배치 분산분석(two way ANOVA)을 수행한 결과(Table 1), 0.05 % 유의수준 내에서 A. affine의 생장 속도에 대해 수온과 염분은 서로 통계적으로 유의한 상관이 있는 것으로 나타났다. 수온과 염분 및 두 조건의 상호작용의 제곱합(sum of squares)은 각각 총 제곱합(total sum of squares)의 58.
본 실험에서 도출된 결과를 Alexandrium 속의 생장에 미치는 수온과 염분의 영향에 대한 타 연구결과와 비교하면, 베트남 Ha Long 만으로부터 분리된 A. affine(Larsen and Nguyen-Ngoc, 2004)와 캘리포니아 Gulf 만의 분리주는 27℃ 부근에서 가장 높은 생장속도를 나타났으며(Band-Schmidt et al., 2003), 본 연구 종의 최적 생장 조건과는 다소 차이를 보였다. 이는 서식 지역과 환경의 차이에 따른 분리주 특이성(strain specificity) 이 나타난 것으로 생각된다.
, 2003). 본 연구에서 도출된 결과 유영 세포의 최적 수온은 20 ~ 25℃이며 cyst의 발아의 최적수온은 25℃로 유사하게 나타났다. 이에 따라 cyst 발아된 후 빠르게 최대 생장속도에 도달할 수 있기 때문에 하계에 일시적으로 우점 할 수 있을 것으로 생각된다.
affine의 생장 속도에 대해 수온과 염분은 서로 통계적으로 유의한 상관이 있는 것으로 나타났다. 수온과 염분 및 두 조건의 상호작용의 제곱합(sum of squares)은 각각 총 제곱합(total sum of squares)의 58.3 %, 23.1 %, 17.4 %를 차지하여 A. affine의 생장은 수온의 영향을 더 많이 받는 것으로 나타났다. Oh et al.
실험 결과 10 ~ 20 μmol m-2s-1에서는 생장속도가 0.08 ~ 0.09 day-1로 낮았지만, 광량 증가에 따라 생장속도가 0.34 ~ 0.63 day-1 로 증가했다.
1). 실험 결과, 10 psu의 모든 수온 조건에서 A. affine의 세포밀도가 일정 하거나, 감소하는 경향을 보였다. 또한 모든 염분구간에서 10℃와 30℃의 수온에서 0.
이상의 연구결과를 바탕으로 A. affine는 연안역에서 대마 난류수와 같은 빈영양상태의 수괴의 영향이 증가에도 불구하고, 필요한 영양염을 저층 또는 필요한 수심에서 충분히 흡수하여, 생존 및 우점할 수 있으며, 하구역과 같이 높은 부유물질로 인하여 광 조건이 좋지 않은 해역에서도 친화성이 낮은 식물플랑크톤 보다 우수한 종 경쟁능력을 가지고 있는 것으로 생각된다.
2와 같다. 최대 생장속도의 80 % 구간으로 결정되는 최적 생장조건(optimum growth condition)의 범위는 수온 20 ~ 25℃와 염분 20 ~ 35 psu로 나타났다. 최적 생장조건에 해당하는 범위를 2017년 A.
최대 생장속도의 80 % 구간으로 결정되는 최적 생장조건(optimum growth condition)의 범위는 수온 20 ~ 25℃와 염분 20 ~ 35 psu로 나타났다. 최적 생장조건에 해당하는 범위를 2017년 A. affine가 적조를 발생한 해역의 20년간 수온과 염분 데이터를 이용하여 T-S diagram에 작성한 결과, 최적생장 조건에 해당되는 계절은 하계에 해당되었다(Fig. 3)
후속연구
affine 유영세포의 출 현기간이 점차 길어질 가능성이 있다. 앞으로 점차 수온이 증가하게 되면, 낮은 수온에서 우점하는 종들이 도태되고 A. affine와 같이 고수온, 광염성의 생리적 특성을 가진 종이 우점 및 대량 발생할 가능성이 높을 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
인간활동이 영향을 미치는 것은??
최근 IPCC 5차 보고서에서 인간활동에 따라 전 지구적으로 기후변화가 발생하고 있으며, 직접적으로 생물의 생리/생태 등에도 크게 영향을 미친다고 기술되어있다.(Walther et al.
인간활동이 생태계에 미친 부정적 영향은 무엇인가?
또한 인간활동에 의한 부영양화는 생물의 다양성에 크게 악영향을 주고 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 기후 변화 및 부영양화로 적조 대량발생 기간이 장기화되고 있으며, 적조원인 종도 1970년대에는 규조류에서 1980년대 이후 편모조류가 우점하기 시작하였으며, 최근에는 Cochlodinium polykrioides 등과 같은 유해 와편모조류에 의한 적조가 발생하여 사회적인 문제를 발생시키고 있다(Kim et al., 2001).
Alexandrium이란?
유해 와편모조류 중 Alexandrium은 Gonyaulax 목에 속하는 편모류로서 이들 종의 절반이 독성을 가지거나 다른 유해한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 또한 이들 종은 전세계적으로 약 30여 종이 분포하는 것으로 보고되고 있다(Anderson et al.
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