[논문]홍조류 꼬시래기(Agarophyton vermiculophyllum)의 과포자방출 유도 방법에 대한 연구

최한길

doi:10.4217/opr.2020.42.3.225

홍조류 꼬시래기(Agarophyton vermiculophyllum)의 과포자방출 유도 방법에 대한 연구
A Study on Carpospore Release Induction Method of Agarophyton vermiculophyllum 원문보기

Ocean and polar research, v.42 no.3, 2020년, pp.225 - 231

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The aim of this study was to examine optimal induction method for carpospore release from Agarophyton vermiculophyllum cystocarps for seedling production. We tested the effects of environmental factors on carpospore release by using five different induction methods; spontaneous, desiccation, low temperature, desiccation+low temperature, and osmotic shock. Also, carpospores release was estimated at three temperatures (20, 25, and 30℃), and then under combinations of three day lengths (8, 12, and 16h) and two irradiances (30 and 60 μmol photons m-2 s-1), after pretreatment at desiccation+low temperature for 2 hr. The number of carpospores released was between 113 ~ 682 spores /cystocarp/day and it was maximal in the desiccation+low temperature treatment. Optimal environmental conditions for carpospore release of A. vermiculophyllum were 25℃, 16 h, and 60 μmol photons m-2 s-1. The present results suggest that massive carpospores for seedling production of A. vermiculophyllum could be obtained under a combination of 25℃, 16 h, and 60 μmol photons m-2 s-1 after pretreatment in the desiccation+low temperature.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Average number of carpospores daily released per cystocarp in A. vermiculophyllum under five different spore induction methods. Experiments ran for 6 days at 25°C and 6 0 μmol photons m^-2 s^-1 and 12:12h L:D. Different letters represent significant differences. Vertical bars indicate mean ± SE (n = 3 replicates). DS, Desiccation shock
그림 Fig. 2. Average number of carpospores daily released per cystocarp in A. vermiculophyllum under three different temperatures. Experiments ran for 5 days at 60 μmol photons m^-2 s^-1 and 12:12h L:D. Different letters represent significant differences. Vertical bars indicate mean ± SE (n = 3 replicates)
그림 Fig. 3. Average number of carpospores daily released per cystocarp in A. vermiculophyllum under two different irradiances and three daylengths. Experiments ran for 5 days under 25°C. Different letters represent significant differences. Vertical bars indicate mean ± SE (n = 3 replicates)
표 Table 1. Analysis of variance (two-way ANOVA) for the effects of irradiance and daylength on the daily carpospore output of each cystocarp of A. vermiculophyllum
표 Table 2. Sporulation experimental conditions of Gracilaria species
표 Table 3. Sporulation experimental conditions of red macroalgal species

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 목적은 꼬시래기의 과포자를 이용한 채묘양식 기술 개발을 위하여 다량의 포자 확보를 위한 최적 포자 방출 유도방법을 파악하고자 하였다.

제안 방법

배양기의 광원은 형광등이었고 광도는 디지털 조도계(Takemura, DX–200, Japan)로 확인하였다. 각 엽체 절편은 2일(48 h) 마다 새로운 배양액으로 옮기고 과포자 현탁액(15 mL)을 균질하게 혼합한 후 1 mL씩 채취하여 Sedgewickrafter chamber에 넣어 광학현미경(Olympus, BX53F, Japan) 하에서 전량 계수하였다. 방출된 포자는 반복구별로 1 ml씩 3회(총 3 mL)를 계수하여 평균값을 사용하였다.
온도가 꼬시래기 과포자 방출에 미치는 영향을 파악하기 위하여, 저온･건조 충격으로 전처리한 엽체 절편(낭과 10개씩 가짐)을 9개 준비하였고 PES 배지가 담긴 9개의 Petri dish에 각 절편 한 개씩을 분배하였다. 각기 다른 온도(20, 25, 30℃)에서 5일 동안 배양하면서 방출된 포자를 24 h 간격으로 계수하였다(3회 반복 검증). 모든 배양기의 광도와 광주기는 60 µmol photons m^-2s^-1과 12:12 h L:D로 동일하였다.
)에서 5일간 배양하였다. 모든 배양기의 온도는 25℃로 동일하였고, 실험구별로 3개의 반복구를 두었다.
2013)을 포함하는 5 종류의 포자방출 유도방법(자연방출, 건조, 저온, 저온･건조, 삼투충격)을 적용하였다. 방출된 과포자 수는 2일 간격으로 계수하였고 개별 낭과의 일별 과포자 수를 계산하였다. 자연방출 유도방법에서 전처리는 실온에서 Plant culture dish (Ø 10 cm)에 엽체 절편 3개를 멸균해수(100 mL)와 함께 보관하였다.
온도가 꼬시래기 과포자 방출에 미치는 영향을 파악하기 위하여, 저온･건조 충격으로 전처리한 엽체 절편(낭과 10개씩 가짐)을 9개 준비하였고 PES 배지가 담긴 9개의 Petri dish에 각 절편 한 개씩을 분배하였다. 각기 다른 온도(20, 25, 30℃)에서 5일 동안 배양하면서 방출된 포자를 24 h 간격으로 계수하였다(3회 반복 검증).
일장과 광도의 조합이 꼬시래기 과포자 방출에 미치는 영향을 파악하기 위하여, 건조×저온 충격으로 전처리된 꼬시래기 절편을 서로 다른 3개의 일장(8, 12, 16 h)과 2가지 다른 광도(30, 60 µmol photons m-2s-1)에서 5일간 배양하였다.
건조충격(desiccation shock) 포자방출 유도방법 전처리는 수분을 제거한 엽체 절편 3개를 Plant culture dish에 넣고 알루미늄 호일로 광을 차단한 암조건에서 2 h 동안 실온 보관하였다. 저온충격(low-temperature shock) 전처리는 5℃의 멸균해수(100 mL)와 엽체 절편 3개를 Plant culture dish에 넣고 호일로 감싼 후 2 h 동안 5℃로 세팅된 배양기(Bionex, Korea)에서 보관하였다. 건조+저온충격(desiccation and low-temperature shock) 포자방출 방법에서 전처리는 수분을 제거한 엽체 절편 3개를 Plant culture dish에 넣고 광을 차단한 후 5℃에서 2 h 동안 보관하였다.

대상 데이터

꼬시래기 과포자체는 충남 보령군 무창포 해안에서 2017년 9월에 채집하여 해수와 함께 실험실로 운반하였다. 해부현미경을 이용하여 성숙한 과포자체에서 착생 동･식물을 제거하고 멸균해수로 수 회 세척한 후, 10개의 낭과를 가진 길이가 2 ~ 3.
꼬시래기 과포자체는 충남 보령군 무창포 해안에서 2017년 9월에 채집하여 해수와 함께 실험실로 운반하였다. 해부현미경을 이용하여 성숙한 과포자체에서 착생 동･식물을 제거하고 멸균해수로 수 회 세척한 후, 10개의 낭과를 가진 길이가 2 ~ 3.5 cm인 15개의 엽체 절편을 준비하였다.

데이터처리

꼬시래기 과포자 방출에 환경이 미치는 영향을 파악하기 위하여 통계분석을 실시하였다. 데이터의 동질성은 Cochran’s test를 이용한 등분산검정(homogeneity of variances)법을 적용하였으며, 과포자 방출에 대한 유도방법과 온도의 영향과 같은 단일 환경요인 실험은 one–way ANOVA test로, 광도×일장이 조합된 실험에서는 two–way ANOVA test로 유의차를 검정하였다.
데이터의 동질성은 Cochran’s test를 이용한 등분산검정(homogeneity of variances)법을 적용하였으며, 과포자 방출에 대한 유도방법과 온도의 영향과 같은 단일 환경요인 실험은 one–way ANOVA test로, 광도×일장이 조합된 실험에서는 two–way ANOVA test로 유의차를 검정하였다.
각 엽체 절편은 2일(48 h) 마다 새로운 배양액으로 옮기고 과포자 현탁액(15 mL)을 균질하게 혼합한 후 1 mL씩 채취하여 Sedgewickrafter chamber에 넣어 광학현미경(Olympus, BX53F, Japan) 하에서 전량 계수하였다. 방출된 포자는 반복구별로 1 ml씩 3회(총 3 mL)를 계수하여 평균값을 사용하였다.
평균에 대한 유의차가 발견되면 Tukey’s HSD test 방법으로 사후 검정하였으며(Sokal and Rohlf 1995), 데이터 분석을 위해 사용된 통계 프로그램은 STATISTICA version 5.0 이었다.

이론/모형

꼬시래기 낭과로부터 다량의 과포자를 일시에 확보하기 위하여, 선행연구에서 최대 방출량을 보인 자연방출(Michetti et al. 2013)을 포함하는 5 종류의 포자방출 유도방법(자연방출, 건조, 저온, 저온･건조, 삼투충격)을 적용하였다. 방출된 과포자 수는 2일 간격으로 계수하였고 개별 낭과의 일별 과포자 수를 계산하였다.

성능/효과

)의 과포자와 사분포자 방출을 유도하였으며(Table 2), 그 중에서 3가지 방법(자연방출, 삼투충격, 부분건조)이 주로 사용되었다. Gracilaria gracilis의 과포자는 자연방출에서 최대였으며, G. cornea의 과포자 방출량은 3가지 방법에서 차이가 없었다(Table 2). 꼬시래기류의 포자방출은 종별, 생활사 단계(사분포자체, 과포자체)와 환경조건(온도, 광도, 광주기 등)에 따라 다르게 나타났다.
꼬시래기 과포자 방출은 다양한 방출유도방법(자연방출, 건조, 저온, 건조+저온, 삼투 충격)에서 모두 일어났으며, 배양 2, 4일 경과 시 6일 경과에 비해 과포자가 대량으로 방출되었다. 과포자 방출 실험에서 6일 동안 한개의 낭과에서 방출된 총 포자수가 676 ~ 4,090 spores/cystocarp로서 건조+저온 충격 방법에서 최대였으며, 삼투충격 조건에서 최소였다. 꼬시래기 낭과별 포자 방출량은 5개 조건에서 일평균 306개 포자였으며, 건조+저온충격 방법이 삼투 충격 방법에 비해 약 7배 많은 포자방출량을 보였다.
꼬시래기 과포자 확보를 위한 5가지 전처리 방법 중에서 건조+저온 충격방법이 최적인 것으로 확인되었으며, 25℃의 장일 조건(16 h)에서 배양 3 ~ 4일 후에 방출량은 최대였으나 광도별 차이는 없었다. 선행 연구에서 많은 연구자가 실내배양 혹은 야외양식을 위한 채묘를 위하여 다양한 방법으로 꼬시래기류(Gracilaria spp.
과포자 방출 실험에서 6일 동안 한개의 낭과에서 방출된 총 포자수가 676 ~ 4,090 spores/cystocarp로서 건조+저온 충격 방법에서 최대였으며, 삼투충격 조건에서 최소였다. 꼬시래기 낭과별 포자 방출량은 5개 조건에서 일평균 306개 포자였으며, 건조+저온충격 방법이 삼투 충격 방법에 비해 약 7배 많은 포자방출량을 보였다. 건조 혹은 저온충격 중에서 하나의 방법을 사용한 것에 비해서도 통계적인 유의차를 보일 정도로 방출량이 많았다(P < 0.
온도와 광주기도 꼬시래기의 과포자 방출에 영향을 미치는 중요한 환경요인이었다(Table 2). 꼬시래기 속에 포함되는 많은 종의 과포자 방출을 위한 적온은 20℃ 이상이 5종(Gracilaria corneus, G. foliifera var. angustissima, G. pacifica, G. cornea, G. dura)이었으며, G. gracilis는 13℃로서 다른 종들과 구분되었다(Table 2). 본 연구에 사용된 꼬시래기의 과포자체에서도 포자방출을 위한 최적 수온은 25℃로서 여름철 서해안 수온과 유사하였다.
dura에서는 12:12h LD에서 최대 방출량을 보였다. 본 연구에서 꼬시래기(A. vermiculophyllum)는 16:8h LD의 광주기에서 최대 방출량을 보임으로써 다른 종에 비해서 장일주기에서 과포자 방출이 잘 일어나는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구에서 한천원료인 홍조류 꼬시래기의 과포자 방출은 물기를 제거한 엽체를 저온(5°C)의 암조건에서 2 h 동안 전처리하였다가 멸균해수에 넣으면 4일 후에 대량으로 포자가 방출됨을 확인하였다.
실험 온도구(20, 25, 30℃)에서 낭과별 일평균 과포자 방출량은 194 ~ 315개로 20℃와 30℃ 조건에 비하여 25℃에서 다량의 포자가 방출되었으며, 포자량에서 유의한 차이를 보였으나(P 0.05, Fig. 2).
3). 포자방출에 영향을 미치는 광도와 일장의 상호작용이 확인됨으로써 일장에 따라 광도의 영향이 다르게 영향을 주는 것으로 확인되었다(Table 1, Fig. 3).
vermiculophyllum) 낭과에서 과포자 방출을 유도하기 위한 3가지 방법(건조, 광, 담수 충격)을 시도하였으며, 광충격에서 과포자가 최대로 방출되었음을 확인하였으나, 낭과별 방출된 포자수를 정량화하지 않아서 본 연구 결과와 비교하기는 어려웠다. 하지만, 본 연구에서 사용한 건조+저온 충격 방법은 선행연구에서 과포자의 최대 방출조건으로 알려진 자연방출에 비해 낭과별로 3.6배 이상의 과포자 방출을 유도할 수 있어 꼬시래기의 과포자를 확보할 수 있는 효율적인 방법으로 판단되었다.
한편, 60 µmol photons m-2s-1에서 방출된 포자는 1,847 ~ 4,277 spores/cystocarp로서 장일조건(16 h)에서 최대였으나(P < 0.001), 2개의 광도조건에서는 유의한 차이가 없는 것으로 확인되었다(P = 0.588, Fig. 3).

후속연구

(2004)는 홍조류 Palmaria palmata의 성숙한 사분포자체에서 포자를 대량 방출 받기 위하여 해수가 없는 상태로 암조건에서 하루 밤 동안 저온(4°C)에서 보관한 후 여과 해수에 넣고 폭기하면 1시간 내에 방출한다고 하였다. 본 연구를 통하여 꼬시래기의 대량 해면 양식을 위한 종묘생산용 과포자 획득을 위한 최적 환경조건을 파악하였으며, 향후 포자 착생 후 최적 생장을 위한 환경조건에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

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