[논문]Microcosm 실험을 이용한 생물유래 살조물질 Naphthoquinone 유도체의 유해 남조류 제어효과 및 기존물질과의 우수성 비교

주재형; 박범수; 김세희; 한명수

doi:10.11626/kjeb.2020.38.1.114

[국내논문] Microcosm 실험을 이용한 생물유래 살조물질 Naphthoquinone 유도체의 유해 남조류 제어효과 및 기존물질과의 우수성 비교
Superiority comparison of biologically derived algicidal substances (naphthoquinone derivative) with other optional agents using microcosm experiments 원문보기

환경생물 = Korean journal of environmental biology, v.38 no.1, 2020년, pp.114 - 126

주재형 (한양대학교 생명과학과) , 박범수 (한양대학교 생명과학과) , 김세희 (한양대학교 생명과학과) , 한명수 (한양대학교 생명과학과)

초록
AI-Helper

유해 남조류 Microcystis 종에 의한 녹조현상은 매년 빈번하게 일어나며, 이로 인한 수자원의 질적 변화와 먹는 물확보에 문제가 발생하고 있다. Microcystis 종에 의한 피해를 막고자 개발된 naphthoquinone (NQ) 유도체 물질의 장점 분석을 위해 국내에서 빈번히 사용되는 황토를 이용한 microcosm 실험을 하고자 하였다. 그 결과, NQ 40, NQ 2-0 물질은 선행 연구 결과와 동일하게 유해 남조류 Microcystis 종을 선택적으로 99.9%, 99.6% 제어했으며, 식물플랑크톤 종 다양성을 증진시켰다. 그러나, 황토를 처리한 실험구는 실험 초기 일시적인 조류 제어효과를 보인 후 다시 증가하였으며, 유용 조류를 포함한 모든 식물플랑크톤에게 적용되어 다른 조류의 성장은 이루어지지 않았다. 뿐만 아니라, NQ 물질을 처리한 처리구는 비생물학적, 생물학적요인 모두 영향을 미치지 않았으며, 대조구와 유사한 경향이 관찰되었다. 따라서, 최종적으로 개량된 유해 남조류 제어물질 NQ 2-0은 높은 살조효과, 선택적 제어효과, 저독성, 자연분해에 의한 비잔류성 뿐만 아니라, 편의성 및 경제성까지 갖춘 새로운 살조물질로서 현재까지 개발된 살조물질보다 현장 생태계 적용에 가장 적합한 친환경 녹조제어 물질이라고 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Bloom-forming toxic cyanobacteria Microcystis spp. are common in the summer season in temperate freshwater ecosystems. Often, it leads to the degradation of water quality and affects the quality of drinking water. In a previous study, NQ (naphthoquinone) compounds were shown to be effective, selective, and ecologically safe algicides for Microcystis spp. blooms. To analyze the superiority of developed NQ derivatives, we conducted a microcosm experiment using clay, which is frequently used in South Korea. Similar to previous studies, the NQ 40 and NQ 2-0 compounds showed high algicidal activities of 99.9% and 99.6%, respectively, on Microcystis spp. at low concentrations (≥1 μM) and enhanced phytoplankton species diversity. However, when treated with clay, a temporary algicidal effect was seen at the beginning of the experiment that gradually increased at the end. In addition, treatment with the NQ compounds did not affect either the abiotic or biological factors, and similar trends were observed with the control. These results showed that the NQ 2-0 compound was more effective, with no ecosystem disturbance, and more economical than the currently used clay. These results suggest that NQ 2-0 compound could be a selective, economically and ecologically safe algicide to mitigate harmful cyanobacterial blooms in the field.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서, 본 연구에서는 다양한 요인이 분석 가능한 microcosm 실험을 통하여 기 개발된 NQ(NQ 40), 개량화된 NQ(NQ2-0), 그리고 국내에서 가장 빈번하게 사용되는 황토와의 살조효과 비교와 생물학적, 비생물 학적 요인에 대한 영향을 포함한 모든 요인에 대한 연구 결과를 도출하여 종합적으로 평가 하고자 하였으며, 추가 적으로 다양한 국가에서 녹조제어를 위해 사용되고 있는 Phoslock® 제품의 문헌을 바탕으로 정확한 비교 분석을 통하여 물질의 장단점을 분석하고자 하였다.
유해 남조류 Microcystis 종에 의한 녹조현상은 매년 빈번 하게 일어나며, 이로 인한 수자원의 질적 변화와 먹는 물 확보에 문제가 발생하고 있다. Microcystis 종에 의한 피해를 막고자 개발된 naphthoquinone(NQ) 유도체 물질의 장점 분석을 위해 국내에서 빈번히 사용되는 황토를 이용한 microcosm 실험을 하고자 하였다. 그 결과, NQ 40, NQ 2-0 물질은 선행 연구 결과와 동일하게 유해 남조류 Microcystis 종을 선택적으로 99.
2009) 등으로 사용되고 있는 물질인 Naphthoquinone 유도체를 개발하여 실험실 내 효능부터 test-bed 적용까지 완료하였다. 따라서, 본 연구 에서는 NQ 40으로부터 개량된 NQ 2-0과 황토와의 비교 분석하고자 하였다. 그 결과, 앞선 실험실 내 실험과 현장에서의 실험결과와 동일하게 NQ 40, NQ 2-0 물질을 접종한 처리구는 5일차 90% 이상의 높은 살조효과를 관찰할 수 있었다(Figs.

제안 방법

2016, 2017a, 2017b). 또한, 개발된 물질의 경제적인 현장적용을 위하여 개량 연구를 수행하여 유해 남조류 선택적 제어효과, 생태독성, 잔류성에 대한 연구결과를 바탕으로 최종 물질을 선정하였다. 그러나, 최종적으로 개발 완료된 NQ 2-0이 현재 녹조 제어를 위하여 현장에서 사용되고 있는 기존 녹조 제어 물질과 동일한 조건에서 비교하였을 때 어떠한 장점을 갖고 있는지 정확히 분석은 이루어지지 않았다.
각각의 샘플은 DAPI (5 μg mL-1 final concentration)로 5분간 염색된 후, black 0.2 μm pore size polycarbonate filters (poretics) 하에서 포집하고 1,000 배율(magnification)의 Zeiss Axioplan epifluorescence microscope 하에서 백색으로 발광하는 세포를 계수하였다.
박테리아(bacteria), 종속영양 미소편모류(heterotrophic nanoflagellates; HNFs), 식물플랑크톤(phytoplankton) 등의 세포수를 계수하기 위해 샘플 1 L를 채수하여 산처리된 300 mL의 polyethylene bottle에 담아 glutaraldehyde(final concentration 2%)로 고정하여 4°C에서 암소 보관하였다.
염양염(Nitrite: NO2-N, Nitrate: NO3-N, Ammonium: NH4-N, Phosphate: PO4-P,) 분석을 위해 채수 일자에 250 mL을 실험구와 대조구에서 각각 채수하여 glass fiber filter(GF/F)(Whatman International, Maidstone, UK)로 여과한 후 산처리된 polyethylene bottle에 50 mL씩 나누어 -70°C deep freezer에 보존하였다.
NQ 40, NQ 2-0 물질에 대한 microcosm 실험은 선행 연구 결과를 바탕으로 효과가 입증된 1 μM을 최종 농도로 접종하였으며, 황토는 기존 연구 결과(Kim et al. 2006)를 바탕으로 10gL-1 농도로 접종하였다(Fig. 2).
가 8.5×104cells mL-1로 우점하였으며, 실험은 20°C, 광도 50 μmol photons m-2s-1, 12 : 12 cycle(Dark :Light)의 조건에서 1일 순치 후 동일 조건으로 실험을 진행하였다.
NQ 2-0 물질은 2-((2-(Diethylamino)ethyl)amino) naphthalene-1,4-dione 화학명이며, hthalen-1,4-dione 158 mg에 메탄올 5 mL를 이용하여 화합물을 제조하였다. 상온에서 반응 24시간 후, 반응혼합물을 진공 농축 후 flash column chromatography(100% EtOAc)에 의해 정제 하여 화합물을 수득하였다. 합성된 유도체의 구조적 결정과 정제를 위해 1 H NMR(Varian Mercury 400 MHz, Varian Inc.
NQ 40 물질과 개량되어 최종 선정된 NQ 2-0 물질, 추가적으로 국내에서 가장 빈번하게 사용되는 황토와 비교 분석을 위하여 실험실 내 75 L 규모의 microcosm 실험을 수행하였다. Microcosm 실험은 매년 녹조가 발생하는 경기도 용인시 기흥저수지(37°13ʹ30ʺN, 127°6ʹ10ʺE)에서 채수하여 실험실로 운반 후 수행하였다.
수온, pH, 전기전도도, 탁도, 용존산소는 portable multi parameter(HORIBA U50, Japan)으로 0, 2, 6, 8, 10, 12, 14, 17, 20일차에 측정하였다. 또한, 샘플링에 앞서 각각의 실험구에 PVC pipe를 이용하여 수층을 잘 혼합시켜 저층 바닥에 가라앉은(bottom-dwelling) 미생물들을 부유시켜 주었다.
수온, pH, 전기전도도, 탁도, 용존산소는 portable multi parameter(HORIBA U50, Japan)으로 0, 2, 6, 8, 10, 12, 14, 17, 20일차에 측정하였다. 또한, 샘플링에 앞서 각각의 실험구에 PVC pipe를 이용하여 수층을 잘 혼합시켜 저층 바닥에 가라앉은(bottom-dwelling) 미생물들을 부유시켜 주었다. 샘플은 접종 당일부터 0, 2, 6, 8, 10, 12, 14, 17, 20일차까지 각 실험구의 표층수에서 1 L의 polyethylene bottle 로 채수하였다.
또한, 샘플링에 앞서 각각의 실험구에 PVC pipe를 이용하여 수층을 잘 혼합시켜 저층 바닥에 가라앉은(bottom-dwelling) 미생물들을 부유시켜 주었다. 샘플은 접종 당일부터 0, 2, 6, 8, 10, 12, 14, 17, 20일차까지 각 실험구의 표층수에서 1 L의 polyethylene bottle 로 채수하였다. 염양염(Nitrite: NO₂-N, Nitrate: NO₃-N, Ammonium: NH₄-N, Phosphate: PO₄-P,) 분석을 위해 채수 일자에 250 mL을 실험구와 대조구에서 각각 채수하여 glass fiber filter(GF/F)(Whatman International, Maidstone, UK)로 여과한 후 산처리된 polyethylene bottle에 50 mL씩 나누어 -70°C deep freezer에 보존하였다.
이 방법으로는 HNFs의 정확한 수를 계수할 수는 없지만, 샘플들 사이의 세포수 변화 경향을 확인할수 있는 좋은 방법이다. 개별 flagellate의 크기는 calibrated ocular grid를 사용해 측정하였다. 식물플랑크톤의 계수를 위해 1 mL을 분취해 Sedgwick-Rafter counting chamber(Phyco-Tech Inc.
개별 flagellate의 크기는 calibrated ocular grid를 사용해 측정하였다. 식물플랑크톤의 계수를 위해 1 mL을 분취해 Sedgwick-Rafter counting chamber(Phyco-Tech Inc., USA)를 사용하여 200 magnification로 IX71 inverted microscope(Olympus, Japan) 하에서 계수하였다. 대상 조류인 Microcystis spp.
대상 조류인 Microcystis spp.의 개체수와 식물플랑크톤 총 생물량 관찰을 위한 Chlorophyll-a 변화를 측정하였으며, 접종 전일부터 20일까지 변화를 관찰하였다. 식물플랑크톤의 동정은 광학현미경(Olympus IX71, Japan) 의 200~400 magnification에서 Sedgwick-Rafter Chamber(PhytoTech Inc.
의 개체수와 식물플랑크톤 총 생물량 관찰을 위한 Chlorophyll-a 변화를 측정하였으며, 접종 전일부터 20일까지 변화를 관찰하였다. 식물플랑크톤의 동정은 광학현미경(Olympus IX71, Japan) 의 200~400 magnification에서 Sedgwick-Rafter Chamber(PhytoTech Inc., USA)를 이용하여 종 수준까지 동정하였고, 동일 속에서 뚜렷한 식별 형질의 차이를 보이지 않는 종은 미동정종(sp.)으로 처리하였다.
NQ 2-0, NQ 40, 황토 적용 후 물질에 의한 식물플랑크톤 군집변화를 관찰하기 위해 종 다양성 지수(diversity index)를 대조구와 비교 분석하였다. 다양도 지수의 경우 Margalef (1958)의 정보이론에 의해 유도된 ShannonWiever의 식(Pielou 1969)을 이용하여 산출하였다.
대상 조류 Microcystis spp.에 대하여 살조효과가 입증된 NQ 40, NQ 2-0, 황토 물질의 수 생태계 미치는 영향을 평가하고자 microcosm 내 실험을 통하여 비 생물학적 요인과 생물학적 요인을 모니터링하여 분석하였다.
NQ 40, NQ 2-0, 황토 접종 후 생태계 미치는 영향을 평가하기 위해 생물학적 요인으로 박테리아, HNFs 식물플랑크톤, 섬모충 변화를 분석하였다. 대조구 내 박테리아의 경우, 실험 초기 1.
반면, NQ 40, NQ 2-0 물질을 접종한 처리구는 우점종이었던 Microcystis spp. 개체수가 1일부터 감소하기 시작하여 20일차 NQ 40 처리구는 Nitzschia palea(44.1%), Scenedesmus quadricauda(12.2%)이 우점하였으며, NQ 2-0 처리구는 Nitzschia palea(26.8%), Fragilaria crotonensis(24.8%), Scenedesmus quadricauda(29.5%) 종이 우점하였다. 황토를 접종한 처리구 역시 대조구와 유사 하게 Microcystis spp.
본 연구는 식물(Diospyros ebenum, Impatiens balsamina etc.) 및 미생물(Streptococcus faecalis etc.) 내 존재하는 천연물로서, 다양한 기능을 갖고 있어 의약품(medical supplies), 제초제(herbicide), 살균제(antimicrobial agent)(O’Brien 1991; Monks et al. 1992; Schrader et al. 2003; Dong et al. 2009) 등으로 사용되고 있는 물질인 Naphthoquinone 유도체를 개발하여 실험실 내 효능부터 test-bed 적용까지 완료하였다.

대상 데이터

Microcosm 실험은 매년 녹조가 발생하는 경기도 용인시 기흥저수지(37°13ʹ30ʺN, 127°6ʹ10ʺE)에서 채수하여 실험실로 운반 후 수행하였다.
, Palo Alto, CA, USA)과 HPLC(high performance liquid chromatography)를 이용하였으며, 유도체의 분자량 측정을 위해 GC/MS(gas chromatography-mass spectrometry) 를 이용하였다. 본 실험에 사용한 naphthoquinone 유도체는 한양대학교 화학과 조천규 교수님 연구실과 조선대학교 응용화학소재공학과 조훈 교수님 연구실에서 합성 하여 제공받았다. NQ 물질의 모체가 되는 화학 구조식은 Fig.
본 실험에 사용한 naphthoquinone 유도체는 한양대학교 화학과 조천규 교수님 연구실과 조선대학교 응용화학소재공학과 조훈 교수님 연구실에서 합성 하여 제공받았다. NQ 물질의 모체가 되는 화학 구조식은 Fig. 1과 같으며, 실험에 사용한 황토는 700 mesh로 처리된 제품을 구매하여 사용하였다(Dainsoap Co., Korea).

이론/모형

상온에서 반응 24시간 후, 반응혼합물을 진공 농축 후 flash column chromatography(100% EtOAc)에 의해 정제 하여 화합물을 수득하였다. 합성된 유도체의 구조적 결정과 정제를 위해 1 H NMR(Varian Mercury 400 MHz, Varian Inc., Palo Alto, CA, USA)과 HPLC(high performance liquid chromatography)를 이용하였으며, 유도체의 분자량 측정을 위해 GC/MS(gas chromatography-mass spectrometry) 를 이용하였다. 본 실험에 사용한 naphthoquinone 유도체는 한양대학교 화학과 조천규 교수님 연구실과 조선대학교 응용화학소재공학과 조훈 교수님 연구실에서 합성 하여 제공받았다.
염양염(Nitrite: NO₂-N, Nitrate: NO₃-N, Ammonium: NH₄-N, Phosphate: PO₄-P,) 분석을 위해 채수 일자에 250 mL을 실험구와 대조구에서 각각 채수하여 glass fiber filter(GF/F)(Whatman International, Maidstone, UK)로 여과한 후 산처리된 polyethylene bottle에 50 mL씩 나누어 -70°C deep freezer에 보존하였다. 모든 영양염 분석은 APHA(2005)에 의거하여 각각 분석하였다.
1990). HNFs와 protozooplankton(e.g., ciliates, amoebae)의 구별은 Patterson(2003)의 방법대로 접안렌즈 내의 calibrated ocular grid를 사용해 크기별로 group화하여 분별해 주었다. 이 방법으로는 HNFs의 정확한 수를 계수할 수는 없지만, 샘플들 사이의 세포수 변화 경향을 확인할수 있는 좋은 방법이다.
NQ 2-0, NQ 40, 황토 적용 후 물질에 의한 식물플랑크톤 군집변화를 관찰하기 위해 종 다양성 지수(diversity index)를 대조구와 비교 분석하였다. 다양도 지수의 경우 Margalef (1958)의 정보이론에 의해 유도된 ShannonWiever의 식(Pielou 1969)을 이용하여 산출하였다.
8. Abundance of total phytoplankton, Microcystis, and the Shannon -Wiener diversity index in the control, and NQ 40, NQ 2 -0, and clay treatments in the 75 -L scale microcosm experiment.

성능/효과

식물플랑크톤 생물량 변화 관찰을 위해 Chlorophyll-a 분석 결과, 대조구는 접종 당일 150.1±5.6 μg L-1에서 5 일차 190.3±6.2 μg L-1까지 증가하였다.
Microcosm 내 NQ 40, NQ 2-0, 황토 접종 후 수온 변화를 관찰한 결과, 모든 실험구에서 실험 초기부터 종료 시까지 19.8°C에서 22.0°C를 유지하였으며, 실험구별 차이는 없었다(Fig. 5a).
황토를 접종한 처리구는 접종 직후 120.8±21.1 μg L-1, 1일차 29.4±12.1 μg L-1까지 감소한 후 다시 증가하는 경향을 보였으며, 20일차 68.9±24.1 μg L-1까지 재증가하였다(Fig. 4).
0×10⁵ cells mL^-1까지 재증가하였다. 실험 종료시인 20일차 NQ 2-0, NQ 40 물질은 대조구 대비 99.9%, 99.6% 살조효과를 관찰하였으며, 황토는 대조구 대비 53.8% 살조효과를 나타내었다(Fig. 3).
Microcosm 실험구 내 영양염 변화를 관찰한 결과, 대조구 내 인산염인(PO 4-P) 농도는 실험초기 7.0±0 μg L-1에서 종료시인 20일차까지 큰 변화없이 5.5±0 μg L-1로 관찰 되었다.
6d). 실험기간 동안 전반적으로 대조 구와 황토를 접종한 처리구에서 NQ 2-0, NQ 40 처리구보다 낮은 영양염이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
그러나, NQ 2-0, NQ 40 물질을 접종한 처리구는 Microcystis spp. 종만을 선택적으로 제어함에 따라 Nitzschia palea, Flagilaria crotonensis, Scenedesmus quadricauda와 같은 다른 조류의 성장이 관찰되었으며, 종 다양성 지수 또한 증가하였다(Fig. 7). 앞선 연구 결과(Joo et al.
, Stephanodiscus hantzschii 등의 다른 조류의 성장을 가능하게 하였다. 이러한 다른 조류의 성장으로 인해 수 생태계 건강성 지표인 생물 종 다양성 지수(Shannon-Wiener diversity index)도높아짐을 확인하였다(Fig. 7). 종 다양성 지수의 증진 결과는 단순한 조류제어뿐만 아니라, 수 생태계의 건강성이 복원 및 증진된 것을 확인할 수 있는 결과로서, NQ 2-0 물질의 적용은 남조류 제어와 더불어 수계에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 사료된다.
7). 종 다양성 지수의 증진 결과는 단순한 조류제어뿐만 아니라, 수 생태계의 건강성이 복원 및 증진된 것을 확인할 수 있는 결과로서, NQ 2-0 물질의 적용은 남조류 제어와 더불어 수계에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 사료된다.
또한, NQ 40, NQ 2-0을 접종한 처리구는 생물학적, 비생 물학적 요인에 대하여 영향이 없었으나, 황토를 처리했을 때는 접종 당일 800 NTU 이상의 탁수로 변화되었으며, 이후 지속적으로 높은 탁도가 관찰되었다. 뿐만 아니라, 섬모충의 개체수가 실험기간 동안 대조구와 NQ 40, NQ 2-0 을 접종한 처리구보다 현저히 낮은 것을 확인할 수 있었다(Fig.
또한, NQ 40, NQ 2-0을 접종한 처리구는 생물학적, 비생 물학적 요인에 대하여 영향이 없었으나, 황토를 처리했을 때는 접종 당일 800 NTU 이상의 탁수로 변화되었으며, 이후 지속적으로 높은 탁도가 관찰되었다. 뿐만 아니라, 섬모충의 개체수가 실험기간 동안 대조구와 NQ 40, NQ 2-0 을 접종한 처리구보다 현저히 낮은 것을 확인할 수 있었다(Fig. 8). 이러한 결과는 기존에 보고된 황토의 다른 생물에 대한 영향과 동일한 결과로서 본 실험에서도 황토가 모든 수생생물에 영향을 미치는 것을 확인하였다(Park et al.
2014). 또한, 인산염인(PO 4-P), 아질산성 질소(NO 2-N), 질산성 질소(NO 3-N), 암모니아성 질소(NH 4-N)을 포함한 모든 영양염에서 황토를 접종한 처리구는 다른 실험구에 비해 낮게 유지되는 것을 관찰하였다. 이러한 결과는 기존의 연구 결과와 유사한 결과로서 황토는 식물플랑크톤뿐만 아니라 영양염을 흡착시키는 기능을 갖고 있어 이러한 결과가 관찰된 것으로 판단된다(Ryoo and Choi 2012).
또한, 비 선택적인 제어에 의해 생태계 교란의 문제점이 확인된 황토에 비해 최종 선정된 NQ 물질은 선택적 제어효과가 관찰되었으며, 다른 물리·화학·생물학적 요인에 미치는 영향이 적음이 확인되었다.
본 연구 결과, 여름철 유해 남조류 Microcystis 종의 발생에 의한 피해를 막고자 개발된 NQ 유도체 물질은 1 μM의 저 농도에서도 현재 녹조 방제를 위해 사용 중인 황토에 비해 >90%의 높은 살조효과를 나타냈다.
Microcystis 종에 의한 피해를 막고자 개발된 naphthoquinone(NQ) 유도체 물질의 장점 분석을 위해 국내에서 빈번히 사용되는 황토를 이용한 microcosm 실험을 하고자 하였다. 그 결과, NQ 40, NQ 2-0 물질은 선행 연구 결과와 동일하게 유해 남조류 Microcystis 종을 선택적으로 99.9%, 99.6% 제어했으며, 식물플랑크톤종 다양성을 증진시켰다. 그러나, 황토를 처리한 실험구는 실험 초기 일시적인 조류 제어효과를 보인 후 다시 증가하였으며, 유용 조류를 포함한 모든 식물플랑크톤에게 적용 되어 다른 조류의 성장은 이루어지지 않았다.
그러나, 황토를 처리한 실험구는 실험 초기 일시적인 조류 제어효과를 보인 후 다시 증가하였으며, 유용 조류를 포함한 모든 식물플랑크톤에게 적용 되어 다른 조류의 성장은 이루어지지 않았다. 뿐만 아니라, NQ 물질을 처리한 처리구는 비 생물학적, 생물학적요인 모두 영향을 미치지 않았으며, 대조구와 유사한 경향이 관찰되었다. 따라서, 최종적으로 개량된 유해 남조류 제어물질 NQ 2-0은 높은 살조효과, 선택적 제어효과, 저독성, 자연분해에 의한 비 잔류성 뿐만 아니라, 편의성 및 경제성까지 갖춘 새로운 살조물질로서 현재까지 개발된 살조물질보다 현장 생태계 적용에 가장 적합한 친환경 녹조제어 물질이라고 판단된다.
뿐만 아니라, NQ 물질을 처리한 처리구는 비 생물학적, 생물학적요인 모두 영향을 미치지 않았으며, 대조구와 유사한 경향이 관찰되었다. 따라서, 최종적으로 개량된 유해 남조류 제어물질 NQ 2-0은 높은 살조효과, 선택적 제어효과, 저독성, 자연분해에 의한 비 잔류성 뿐만 아니라, 편의성 및 경제성까지 갖춘 새로운 살조물질로서 현재까지 개발된 살조물질보다 현장 생태계 적용에 가장 적합한 친환경 녹조제어 물질이라고 판단된다.
따라서, 본 연구 에서는 NQ 40으로부터 개량된 NQ 2-0과 황토와의 비교 분석하고자 하였다. 그 결과, 앞선 실험실 내 실험과 현장에서의 실험결과와 동일하게 NQ 40, NQ 2-0 물질을 접종한 처리구는 5일차 90% 이상의 높은 살조효과를 관찰할 수 있었다(Figs. 3, 7). 이러한 결과는 높은 살조효과의 재현성이 입증되는 결과로서, NQ를 이용한 녹조제어 기술은 현장에서의 다양한 환경 조건에서도 동일한 결과를 나타낼 수 있는 물질로 사용이 가능할 것이라 판단된다.

후속연구

3, 7). 이러한 결과는 높은 살조효과의 재현성이 입증되는 결과로서, NQ를 이용한 녹조제어 기술은 현장에서의 다양한 환경 조건에서도 동일한 결과를 나타낼 수 있는 물질로 사용이 가능할 것이라 판단된다. 또한, 개량화된 NQ 2-0 물질의 경우, 합성단계의 개량 후에도 NQ 40 물질과 동일한 효과를 나타냄으로써 경제 성이 개선된 물질로 현장에서 효율적으로 사용이 가능할 것이다.
이러한 결과는 높은 살조효과의 재현성이 입증되는 결과로서, NQ를 이용한 녹조제어 기술은 현장에서의 다양한 환경 조건에서도 동일한 결과를 나타낼 수 있는 물질로 사용이 가능할 것이라 판단된다. 또한, 개량화된 NQ 2-0 물질의 경우, 합성단계의 개량 후에도 NQ 40 물질과 동일한 효과를 나타냄으로써 경제 성이 개선된 물질로 현장에서 효율적으로 사용이 가능할 것이다. 현재 국내에서 가장 빈번하게 사용되고 있는 황토와 비교해 보았을 때, 황토는 접종 당일 응집의 기능으로 NQ 40, NQ 2-0에 비하여 빠른 살조효과가 관찰되었지만 초기의 Microcystis spp.
사멸에 의하여 세포로부터 용출되는 영양염에 의해 일시적으로 높은 농도가 측정된 것으로 판단되나 현장에서의 변화 가능한 범위 내에서의 유동적인 변화로서 생태계 미치는 영향은 없을 것이라 판단된다. 기존의 살조제, 응집제 등의 현장 적용 후 영양염 재 용출에 의한 부영양화 촉진의 문제점이(Hickey and Gibbs 2009) 발생하지 않는 물질로서 생태계 교란을 최소화한 기술로 사용이 가능할 것으로 판단된다. 더구나, 황토는 일시적 혹은 단기간의 효과만 거둘 수 있고, 장기간 제어효과를 지속하기 어렵기 때문에 2차, 3차 추가적 살포로 인한 비경제성의 문제가 발생하였다.
더구나, 황토는 일시적 혹은 단기간의 효과만 거둘 수 있고, 장기간 제어효과를 지속하기 어렵기 때문에 2차, 3차 추가적 살포로 인한 비경제성의 문제가 발생하였다. 최종 선정된 NQ 2-0 물질은 경제적으로 적용이 가능하며, 1회 적용으로 장기간 녹조제어가 가능한 물질로서 경제적이며 효과적인 살조물질로 사용이 가능할 것이다.
무엇보다도, 경제적인 측면에서 최종적으로 개량된 NQ 2-0은 가장 저렴한 황토보다 더 경제적으로 적용이 가능하며, 상대 적으로 많은 양이 투입되는 황토, phoslock® 와 비교했을때 추가적으로 발생하는 수송비, 인건비 등을 고려하면 보다 경제적으로 적용이 가능할 기술이라고 판단된다.
또한, 비 선택적인 제어에 의해 생태계 교란의 문제점이 확인된 황토에 비해 최종 선정된 NQ 물질은 선택적 제어효과가 관찰되었으며, 다른 물리·화학·생물학적 요인에 미치는 영향이 적음이 확인되었다. 더구나, 경제성 확보를 위해 합성 단계의 개량 후에도 동일한 제어효과를 보였으며, 분말 또는 액상 형태의 물질로서 현장적용 시 수계의 규모와 수심 등의 환경적 특징에 따른 적용의 어려움 등의 문제점을 극복한 물질로 친환경적으로 현장에서 사용이 가능할 것이라 판단된다. 따라서, 본 연구를 통해 개발된 NQ 유도체 물질은 다양한 조건의 현장에서 Microcystis 종에 대한 방제와 발생을 사전에 막을 수 있는 예방 기술로서 사용이 가능할 것이다.
더구나, 경제성 확보를 위해 합성 단계의 개량 후에도 동일한 제어효과를 보였으며, 분말 또는 액상 형태의 물질로서 현장적용 시 수계의 규모와 수심 등의 환경적 특징에 따른 적용의 어려움 등의 문제점을 극복한 물질로 친환경적으로 현장에서 사용이 가능할 것이라 판단된다. 따라서, 본 연구를 통해 개발된 NQ 유도체 물질은 다양한 조건의 현장에서 Microcystis 종에 대한 방제와 발생을 사전에 막을 수 있는 예방 기술로서 사용이 가능할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Naphthoquinone란 무엇인가?	Naphthoquinone(NQ) 물질은 생물유래 물질로서 다양한 식물(plants), 균류(fungi), 미생물(microorganisms)의 2차 대사산물로서 자연계에 많이 존재하는 물질이다. 특히, NQ 계열 물질은 Droseraceae, Juglandaceae, Nepenthaceae, Plumbaginaceae 등의 유관속 식물(vascular plant)에 속하는 식물에 많이 존재하며(Binder et al.
	생물유래 물질인 NQ 계열 물질이 식물플랑크톤에서 어떤 작용을 하는가?	2007) 다양한 의약품의 기초 물질로서 연구가 수행되었다. 또한, NQ 계열의 물질은 식물플랑크톤의 광합성 체계(photosynthetic system)의 Q site를 교란한다고 보고되었다(Oettmeier et al. 1986; Biggins 1990; Jewess et al.
	NQ 계열 물질이 많이 존재하는 곳은 무엇인가?	Naphthoquinone(NQ) 물질은 생물유래 물질로서 다양한 식물(plants), 균류(fungi), 미생물(microorganisms)의 2차 대사산물로서 자연계에 많이 존재하는 물질이다. 특히, NQ 계열 물질은 Droseraceae, Juglandaceae, Nepenthaceae, Plumbaginaceae 등의 유관속 식물(vascular plant)에 속하는 식물에 많이 존재하며(Binder et al. 1989; Crouch et al.

참고문헌 (40)

APHA. 2005. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. APHA-AWWA-WEF, Washington D.C., USA.
Bates B, Z Kundzewicz and S Wu. 2008. Climate Change and Water. Intergovernmental Panel on Climate Change Secretariat. Geneva, Switzerland.
Biggins J. 1990. Evaluation of selected benzoquinones, naphthoquinones, and anthraquinones as replacements for phylloquinone in the A1 acceptor site of the photosystem I reaction center. Biochemistry 29:7259-7264.

상세보기
Binder RG, ME Benson and RA Flath. 1989. Eight 1, 4-naphthoquinones from Juglans. Phytochemistry 28:2799-2801.

상세보기
Byeon DH. 2013. Synthesis of naphthoquinone derivatives as algicides against harmful algal species. MS thesis, ChoSun University. pp. 1-62.
Crouch IJ, JF Finnien and J van Staden. 1990. Studies on the isolation of plumbagin from in vitro and in vivo grown Drosera species. Plant Cell Tiss. Org. 21:79-82.

상세보기
Dong Y, SF Chin, E Blanco, EA Bey, W Kabbani, XJ Xie, WG Bornmann, DA Boothman and J Gao. 2009. Intratumoral delivery of ${\beta}$ -lapachone via polymer implants for prostate cancer therapy. Clin. Cancer Res. 15:131-139.

상세보기
Foflonker F. 2009. Biological methods to control common algal bloom-forming species. Basic Biotechnol. eJournal 5:19-24.
Gumbo RJ, G Ross and ET Cloete. 2008. Biological control of Microcystis dominated harmful algal blooms. Afr. J. Biotechnol. 7:4765-4773.
Gumbo JR, G Ross and TE Cloete. 2010. The isolation and identification of predatory bacteria from a Microcystis algal bloom. Afr. J. Biotechnol. 9:663-671.

상세보기
Han SI, Y Park and YE Choi. 2018. Application of antimicrobial peptides against Microcystis aeruginosa to control harmful algal blooms. Korean J. Environ. Biol. 36:601-609.

원문보기 상세보기
Hickey CW and MM Gibbs. 2009. Lake sediment phosphorus release management-decision support and risk assessment framework. New Zeal. J. Mar. Fresh. 43:819-856.

상세보기
Jewess PJ, J Higgins, KJ Berry, SR Moss, AB Boogaard and BPS Khambay. 2002. Herbicidal action of 2 -hydroxy-3-alkyl -1, 4-naphthoquinones. Pest Manag. Sci. 58:234-242.

상세보기
Joo JH, YH Kang, BS Park, CS Park, H Cho and MS Han. 2016. A field application feasibility assessment of naphthoquinone derivatives for the mitigation of freshwater diatom Stephanodiscus blooms. J. Appl. Phycol. 28:1735-1746.

상세보기
Joo JH, Z Kuang, P Wang, BS Park, SK Patidar and MS Han. 2017a. Ecological assessment of an algaecidal naphthoquinone derivate for the mitigation of Stephanodiscus within a mesocosm. Environ. Pollut. 229:735-745.

상세보기
Joo JH, P Wang, BS Park, JH Byun, HJ Choi, SH Kim and MS Han. 2017b. Improvement of cyanobacterial-killing biologically derived substances (BDSs) using an ecologically safe and cost-effective naphthoquinone derivative. Ecotox. Environ. Safe. 141:188-198.

상세보기
Kim HG. 2006. Mitigation and controls of HABs. pp. 327-338. In: Ecology of Harmful Algae. Springer, Berlin, Heidelberg.
Koss AM and WE Snyder. 2005. Alternative prey disrupt biocontrol by a guild of generalist predators. Biol. Control. 32:243-251.

상세보기
Lee CS, CY Ahn, HJ La, S Lee and HM Oh. 2013. Technical and strategic approach for the control of cyanobacterial bloom in fresh waters. Korean J. Environ. Biol. 31:233-242.

원문보기 상세보기
Lee HW, BS Park, JH Joo, SK Patidar, HJ Choi, E Jin and MS Han. 2018. Cyanobacteria-specific algicidal mechanism of bioinspired naphthoquinone derivative, NQ 2-0. Sci. Rep. 8:11595.

상세보기
Lim BJ, SH Kim and SO Jun. 2002. Application of various plants as an inhibitor of algal growth: studies in barge enclosure and artificially eutrophicated pond. Korean J. Limnol. 35:123-132.
Lin LC, LL Yang and CJ Chou. 2003. Cytotoxic naphthoquinones and plumbagic acid glucosides from Plumbago zeylanica. Phytochemistry 62:619-622.

상세보기
Lurling M and FV Oosterhout. 2013. Case study on the efficacy of a lanthanum-enriched clay (Phoslock $^{(R)}$ ) in controlling eutrophication in Lake Het Groene Eiland (The Netherlands). Hydrobiologia 710:253-263.

상세보기
Margalef R. 1958. Information theory in ecology. Gen. Syst. 3:36-71.
Monks TJ, RP Hanzlik, GM Cohen, D Ross and DG Graham. 1992. Quinone chemistry and toxicity. Toxicol. Appl. Pharm. 112:2-16.

상세보기
O'Brien PJ. 1991. Molecular mechanisms of quinone cytotoxicity. Chem-Biol. Interact. 80:1-41.

상세보기
Oettmeier W, C Dierig and K Graham. 1986. QSAR of 1, 4-naphthoquinones as inhibitors of photosystem II electron transport. Quant. Struct. Act. Relat. 5:50-54.

상세보기
Patterson DJ. 2003. Free-Living Freshwater Protozoa. ASM Press, Washington, D.C.
Park HJ, SH Kim, WS Park, JY Lee and JA Lee. 2014. The removal efficiency of Microcystis spp. and its ecotoxicity using clay. J. Korean Soc. Water Environ. 30:261-268.

원문보기 상세보기
Pielou EC. 1969. Shannon's formula as a measure of specific diversity: its use and misuse. Am. Nat. 100:463-465.
Round FE, RM Crawford and DG Mann. 1990. The Diatom Biology and Morphology of Genera. Cambridge University Press, Cambridge.
Ryoo KS and JH Choi. 2012. A comparative study on adsorption characteristics of total nitrogen and phosphorous in water using various adsorbents. J. Korean Chem. Soc. 56:700-705.

원문보기 상세보기
Schrader KK, ND Nanayakkara, CS Tucker, AM Rimando, M Ganzera and BT Schaneberg. 2003. Novel derivate s of 9, 10-anthraquinone are selective algicides against the mustyodor cyanobacterium Oscillatoria perornata. Appl. Environ. Microbiol. 69:5319-5327.

상세보기
Sengco MR and DM Anderson. 2004. Controlling harmful algal blooms through clay flocculation 1. J. Eukaryot. Microbiol. 51:169-172.

상세보기
Senhorst HAJ and JJ Zwolsman. 2005. Climate change and effects on water quality: a first impression. Water Sci. Technol. 51:53-59.

상세보기
Shao J, R Li, JE Lepo and JD Gu. 2013. Potential for control of harmful cyanobacterial blooms using biologically derived substances: Problems and prospects. J. Environ. Manage. 125:149-155.

상세보기
Shukla S, CP Wu, K Nandigama and SV Ambudkar. 2007. The naphthoquinones, vitamin K3 and its structural analogue plumbagin, are substrates of the multidrug resistance-linked ATP binding cassette drug transporter ABCG2. Mol. Cancer Ther. 6:3279-3286.

상세보기
Sigee DC, R Glenn, MJ Andrews, EG Bellinger, RD Butler, HAS Epton and RD Hendry. 1999. Biological control of cyanobacteria: principles and possibilities. pp. 161-172. In: The Ecological Bases for Lake and Reservoir Management. Springer, Dordrecht, Netherlands.
Thackeray SJ, ID Jones and SC Maberly. 2008. Long-term change in the phenology of spring phytoplankton: species-specific responses to nutrient enrichment and climatic change. J. Ecol. 96:523-535.

상세보기
Yamamoto M, H Murai, A Takeda, S Okunishi and S Morisaki. 2005. Bacterial flora of the biofilm Formed on the submerged surface of the reed Phragmites australis. Microbes Environ. 20:14-24.

상세보기

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format