남극해 유용생물자원 개발 연구(4차년도) Research on the Development of Antarctic Marine Living Resources
보고서 정보
주관연구기관
한국해양연구원 Korea Ocean Research & development Institute
보고서유형
최종보고서
발행국가
대한민국
언어
한국어
발행년월
2002-00
주관부처
해양수산부 Ministry of Oceans and Fisheries
등록번호
TRKO200200047675
DB 구축일자
2013-04-18
초록▼
3. 연구 개발의 내용 및 범위 본 연구는 제2단계의 첫 번째 연도에 해당된다. 크릴새우 자원의 조사는 제1단계의 연구지역이었던 남쉐틀랜드군도 북쪽, 엘레펀트섬 주변 해역, 브랜스필드 해협은 물론 남오크니군도 서쪽해역에서 수행되었다. 남오크니군도 서쪽해역의 크릴새우 자원 조사는 처음으로 수행되었으며, 크릴새우가 밀집하는 지역이 약 1000m 수심 해역에서 발견되었다. 크릴의 분포를 조절하는 요인과 자원량 변동 원인을 구명하기 위한 방법으로 해양물리자료의 조사가 병행되었다. 유전학적 방법에 의한 크릴의 계군분석 연구가 1단계에 이어
3. 연구 개발의 내용 및 범위 본 연구는 제2단계의 첫 번째 연도에 해당된다. 크릴새우 자원의 조사는 제1단계의 연구지역이었던 남쉐틀랜드군도 북쪽, 엘레펀트섬 주변 해역, 브랜스필드 해협은 물론 남오크니군도 서쪽해역에서 수행되었다. 남오크니군도 서쪽해역의 크릴새우 자원 조사는 처음으로 수행되었으며, 크릴새우가 밀집하는 지역이 약 1000m 수심 해역에서 발견되었다. 크릴의 분포를 조절하는 요인과 자원량 변동 원인을 구명하기 위한 방법으로 해양물리자료의 조사가 병행되었다. 유전학적 방법에 의한 크릴의 계군분석 연구가 1단계에 이어 계속 수행되었다. 한편, 남쉐틀랜드군도 크릴의 공급원인 벨링스하우젠에서 크릴의 월동기작을 규명하기 위해 수행된 국제프로그램인 Southern Ocean GLOBEC에 본 연구팀의 일원이 참여하여 크릴생태를 조사하였다. 또한, 우리나라의 주도로 1999/2000년 시기에 남쉐틀랜드군도 해역에서 수행된 우리나라, 미국, 일본, 페루의 크릴자원 공동조사의 결과를 종합하기 위한 워크숍이 서울에서 개최되었다. 남극생물의 유용물질 분석에서는 저온성 박테리아와 남극어류의 저온활성 단백질분해효소가 연구되었으며, 남극 해면의 신물질 탐색 연구, 남극어류의 부동 물질에 대한 기초연구가 수행되었다. 1) 과학 어군 탐지기를 이용한 남극 크릴새우의 분포 및 자원량 측정 남쉐틀랜드 군도 부근 해역은 크릴이 지나가는 주요 경로이며 주요 어장이다. 크릴 자원의 성쇠와 그 조절 기작을 규명하기 위해 남극해 유용생물자원 개발과제가 최근 3년간 음향을 이용한 크릴 자원 조사 활동을 수행해왔다. 특히 올해에는 남쉐틀랜드 군도 북쪽과 남쪽뿐만 아니라 엘레펀트섬과 남오크니군도 사이를 포함하는 스코시아해까지 크릴 조사 범위를 확대하였다. 크릴 분포와 자원량은 2개 주파수 (38 kHz와 120 kHz)의 평균 후방 산란강도의 차를 이용하는 가상 에코그램법을 이용하여 분석하였다. CTD 자료를 이용하여 크릴 서식환경의 수온, 염분의 수직, 수평 분포를 설명하였다. 2) 2001/2002 남쉐틀랜드 군도 부근 해역 크릴 분포의 특징과 포식자 에 미치는 영향 크릴의 출현량과 분포를 결정하는데 크릴 서식지의 환경조건 그리고 크릴 월동장으로부터 공급이 큰 역할을 차지한다. 2001/2002년 여름 크릴 분포와 자 원량의 변이를 환경요인 그리고 크릴 공급과 연관지어 설명하고 크릴 포식자, 펭귄의 번식 성공률에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. 3) 1999/2000 크릴 국제 공동 조사(International Coordinated Survey) 결과 우리나라는 CCAMLR 2000 동시조사와 연계하여 남쉐틀랜드 군도 북쪽 해역에서 여름 전 기간에 걸쳐 크릴 국제공동조사를 수행할 것을 제안하여 성사된 바 있다. 1999/2000년 여름 남쉐틀랜드 군도 부근 해역에서 수행된 국제 크릴 공동 조사 결과를 분석하고 제시하였다. 여름 전 기간에 걸쳐 얻은 크릴 분포와 자원량 자료를 비교하였다. 크릴이 고밀도로 발견되는 지역을 확인하고 시간 경과에 따라 크릴 개체군 구조의 변화를 기술하였다. 4) 남극해 GLOBEC 연구 사업; 크릴 자원과 크릴 중심 남극 해양 생태계 비밀의 해독 남극해 GLOBEC 연구사업의 주요 목표 중의 하나인 크릴의 월동기작 연구 는 우리가 남쉐틀랜드 군도 인근해역에서 수행되는 크릴자원의 연변동과 조절 기작 연구와 밀접한 관련이 있다. 남극해 GLOBEC 연구사업의 개요와 현장조사의 운영을 소개하였다. 첫 해의 현장조사에서 얻은 주요 결과를 제시하고 우리나라 크릴 프로그램과 협조할 수 있는 가능성에 대해 제안하였다. 5) 남극에서 분리한 저온성 세균 유래 단백질 분해 효소 남극 생물이 갖고 있는 저온 특유의 효소를 찾아내기 위한 첫 번째 시도로 서 저온성 세균과 남극 어류의 단백질 분해효소를 분석하였다. 먼저 저온에서 최적 생육을 보이는 호저온성 균주를 분리하고 동정한 결과 생화학적 특성 및 16S rRNA 염기서열로부터 Shewanella gelidimarina에 속하는 균주임을 확인하고 S. gelidimarina L93으로 명명하였다. 이 균주로부터 단백질분해효소를 분 리 정제하였고, 남극 냉수성 어류인 Notothenia 속 어류의 지라에서 단백질 분 해 효소를 정제하고 그 특성을 조사하였다. 6) 남극 생물로부터 신물질 개발 연구 저온 환경에 적응, 진화한 남극 생물에서 신의약품 소재를 개발하기 위해 남극생물의 독특한 대사물질을 분석하였다. 남극 세종기지 주변 연안에서 저서 동물이 채집되었으며 이들의 조추출물에 대한 화학적 분석과 생리 활성 검색을 통하여 일차적인 연구 대상 시료가 선정되었다. 선정된 시료로부터 유기 물질이 추출되었으며 여러 가지 크로마토그래피 기술을 이용하여 이차 대사 물질이 분리 정제되었다. 신물질의 구조는 화학반응과 분광 자료 해석에 의하여 결정되었다. 7) 미토콘드리아 유전자 COI 염기 서열을 이용한 남극 크릴 계군의 유전적 분석 남극해의 크릴새우는 현재 직접 어획되고 있는 자원으로 국제 남극해양생 물자원보존위원회(CCAMLR)는 크릴자원의 관리와 이용을 과학적 자료에 근거 해 조정하려고 노력하고 있다. 크릴자원의 관리와 이용 방안을 마련하는데 남 극 크릴이 모두 하나의 계군인가 아니면 각 지역마다 독특한 계군이 존재하는 가가 중요한 문제이다. 본 연구는 이에 대한 해답을 유전자 수준에서 얻고자 매년 채집된 크릴의 미토콘드리아 유전자를 분석하여 서로 비교하고 있다. 본 연구는 지난 4년간 남쉐틀랜드군도 부근 해역에서 채집된 크릴과 브랜스필드 해협, 로스해, 인도양 해역에서 채집된 크릴들의 미토콘드리아 CO 유전자를 분석하였다. 8) 남극 어류 결빙 방지 단백질의 유전자 검색 산업적으로 이용가치가 매우 높은 결빙 방지 단백질은 초저온 상태에서 세포막을 보호하는 특성을 갖고 있어 사람의 장기(臟器)를 초저온에 보관할 때 사 용될 수 있으며, 정자 및 난자의 초저온 보관, 발생 중인 배아의 저온 보관, 혈액의 보관 등 의학적 용도가 매우 높다. 또한, 결빙 방지 단백질은 음식물을 저온에 장기간 보관하면서 고품질을 유지하고 싶을 때도 이용될 수 있다. 본 연구는 남극어류에서 이 유전자를 확보하기 위한 첫 번째 단계로서 남극의 겨울기간에 남극 대구를 채집하여 간과 이자에서 전체 RNA와 DNA를 추출하였다.
Abstract▼
3. Contents and s cope of the project for the year 2001 This year, the first year of the second period, studies on the distribution and abundance of the antarctic krill in the seas not only of the north, east and south of the South Shetland Islands but also of the west of the South Oakney Island
3. Contents and s cope of the project for the year 2001 This year, the first year of the second period, studies on the distribution and abundance of the antarctic krill in the seas not only of the north, east and south of the South Shetland Islands but also of the west of the South Oakney Islands were to be performed in conjunction with an oceanographic survey. In order to analyse the population structure of the krill, genetic analysis of krill stocks. As for international cooperation on this subject, we planed to participate in the international program called Southern Ocean GLOBEC and would hold an international workshop for joint data analysis of International Coordination Survey which was performed around the South Shetland Islands during 1999/2000 season. Baseline studies for development of useful molecules from the antarctic organisms such as low- temperature active enzymes and metabolites were to be carried out with selected candidate species. A. Distribution & Biomass Estimation of Antarctic Krill us ing Scientific Echosounder A hydroacoustic survey using EK500 scientific echo sounder was conducted on Antarctic krill from 30 November 2001 to 1 January 2002, around the South Shetland Islands, and the Scotia Sea including the area between Elephant Island and South Orkney Islands. Krill density and distribution were determined by virtual echogram method which is based on the difference of mean volume back scattering strength of the two frequencies (38 and 120 kHz). Characteristics of vertical and horizontal distributions of temperature, salinity, and density in the study area were examined from CTD data. B. Distribution of Antarctic krill around South Shetland Is lands and consequences f or krill predators during 2001/2002 austral summer An acoustic survey on Antarctic krill was conducted around the South Shetland Islands during 2001/2002 austral summer. Variability in krill distribution and biomass is explained in relation to environmental factors and the sources of krill population. Its consequences on the reproductive performance of penguins is also discussed. C. Results from the International Coordinated Krill survey around South Shetland Islands during austral 1999/2000 summer Results of the international coordinated krill survey conducted in the vicinity of the South Shetland Islands during 1999/2000 austral summer are analyzed and presented. Krill distribution and density from different surveys are compared over a season. Areas of higher krill density are identified, and the changes in demographic structure is described. D. Southern Ocean GLOBEC; unrevealing the unknown of the Antarctic marine ecosystem The rationale and field program of the Southern Ocean GLOBEC are introduced. Key results from the first field season are presented, and the future prospects from the Korean perspective are discussed. E. Purification and Characterization of Psychrophilic protease isolated form Antarctic Bacteria and Fish Isolation and purification of psychrophilic protease were performed with a psychrophilic bacterium which was isolated from Antarctic marine sediment. The bacterium was identified as Shewanella gelidimarina species based on the biochemical properties and 16S rRNA sequence, and designated as Shewanella gelidimarina L93. Another protease was also purified from the pancreas of a Notothenia fish. F. A Study on the Development of Novel Substances from the Antarctic Benthic colonial invertebrates have been collected from Antarctica. Primary target organisms for chemical investigation have been selected by combined results of chemical analysis and bioassay screening of the crude extracts from each specimen. Organic materials have been extracted from the selected organisms. Secondary metabolites have been isolated by utilizing various chromatographic techniques. The structures of novel natural products have been determined by combined chemical and spectroscopic methods. G. Genetic analysis of antarctic krill stocks by use of mitochondrial DNA sequences As a continuum of the previous year study on this subject, mitochondrial DNA sequences of krill were analyzed. The krill samples were collected from the South Shetland Islands every year during the last four years and also from the Indian Ocean and Ross Sea. H. A study on the genes of the antifreeze protein from Antarctic fish In order to obtain and study the genes for antifreeze protein, RNA was extracted and analyzed from the Antarctic fish. The samples were collected every month from the shallow water near the Korea Antarctic station, King Sejong Station.
목차 Contents
제 1 장 서 론...48
제 1 절 연구의 필요성...50
1. 기술적 측면...53
가. 저온 생명 공학 기술 개발...53
나. 과학 어군 탐지기를 이용한 크릴 자원 평가 기술 개발...53
2. 경제, 산업적 측면...53
가. 남극 해양생물자원을 이용한 새로운 생명 공학 산업의 창출...53
나. 원양어업의 신어장 개척, 어업 우선권의 확보...54
다. 크릴 자원 개발의 기득권 확보...54
라. 연구의 경제성...55
3. 사회적, 문화적 측면...55
가. 우리 나라 남극 진출의 당위성 제고...55
나. 국제사회에서 남극권에 대한 우리 나라의 발언권 제고...55
다. 남극 해양생물자원에 대한 국제적 전문성 확보...55
제 2 절 연구의 목표...56
1. 연구의 최종 목표...56
2. 제1단계( 1998- 2000)의 연차별 연구 목표...56
3. 제2단계( 2001- 2003)의 연차별 연구 목표...57
4. 연구의 단계별 목표...59
제 2 장 연구개발수행 내용 및 결과...60
제 1 절 과학어군탐지기를 이용한 남극 크릴새우의 분포 및 자원량 측정...62
1. 서론...63
2. 다중 주파수의 체적 산란강도를 이용한 크릴 판별법...65
가. 다중 주파수의 평균 체적산란강도 차이...65
나. 가상 에코그램을 이용한 크릴 분리...67
3. 현장 조사 및 자료 처리...79
가. 연구 지역...79
나. 해양 환경 조사...80
다. 음향 자원 조사...85
4. 결과 및 토의...101
가. 해양 환경 특성...101
나. 크릴 분포 특성 및 시변동성...118
5. 참고 문헌...138
제 2 절 2001/ 2002 남쉐틀랜드 군도 부근 해역 크릴 분포의 특징과 포식자에 미치는 영향...140
1. 서론...141
2. 재료 및 방법...141
3. 결과...143
가. 크릴의 분포 및 자원량...143
나. 엽록소 분포...144
다. 펭귄의 번식 성공률...144
4. 고찰...145
5. 참고문헌...149
제 3 절 1999/ 2000 크릴 국제 공동 조사( International Coordinated Survey) 결과...154
1. 서론...154
2. 재료와 방법...157
3. 결과...158
4. 고찰...159
5. 참고문헌...163
제 4 절 남극해 GLOBEC 연구 사업 크릴 자원과 크릴 중심 남극 해양생태계 비밀의 해독...170
1. 남극해 GLOBEC 연구사업의 개관...171
2. 남극해 GLOBEC 연구 사업의 운영...171
3. 2001년 남극해 GLOBEC 현장 조사의 주요 결과...172
4. 요약과 향후 전망...179
제 5 절 남극에서 분리한 저온성 세균 유래 단백질 분해 효소...184
1. 서론...184
2. 연구 결과...189
가. 균주의 분리...189
나. 균주의 동정...193
3. 결과 및 고찰...199
4. 참고문헌...207
제 6 절 남극생물로부터 신물질 개발연구...214
1. 서론...214
2. 남극 해면 Suberites의 대사물질...215
3. 실험 방법...217
4. 결론...218
5. 참고문헌...221
제 7 절 미토콘드리아 유전자 COI 염기 서열을 이용한 남극 크릴 계군의 유전적 분석...224
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