초록 ▼

연구개발 결과
■국내산 지표생물 2종 (좀개구리밥, 개구리밥)을 대상으로 환경유해물질의 생태독성 평가를 위한 표준 환경 조건 설정 (광량: 90-100μmol·photons·m^-2·s^-1, 온도: 25 ℃, pH: 7, 광주기: 연속광)
■다양한 독성원에 대한 독성반응조사 (표준단일독성원 금속류 10종, 휘발성유기화합물 (VOCs) 4종, 제초제 4종, Phenol 2종, 다핵방향족탄화수소(PAHs) 3종, Salt 2종 등 총 25종) 및 산출된 민감도 (EC₅₀

연구개발 결과
■국내산 지표생물 2종 (좀개구리밥, 개구리밥)을 대상으로 환경유해물질의 생태독성 평가를 위한 표준 환경 조건 설정 (광량: 90-100μmol·photons·m^-2·s^-1, 온도: 25 ℃, pH: 7, 광주기: 연속광)
■다양한 독성원에 대한 독성반응조사 (표준단일독성원 금속류 10종, 휘발성유기화합물 (VOCs) 4종, 제초제 4종, Phenol 2종, 다핵방향족탄화수소(PAHs) 3종, Salt 2종 등 총 25종) 및 산출된 민감도 (EC₅₀)를 US EPA에 공시된 다른 종 자료와의 간접비교 및 국제적으로 상용화 되어있는 Microtox와 물벼룩 생태독성기법을 적용한 결과와의 직접비교를 통하여 본 개발기법의 민감성 및 선별력 우수성을 입증함
■현장적용 가능성 타진을 위해 본 기법과 물벼룩기법을 동시 사용하여 산업폐수 20종에 대하여 생태독성진단을 실시한 결과, 두 생물종간 반응패턴이 유사하게 나왔고 배출허용기준 초과물질중에서 좀개구리밥 잎면적은 TN, SS, F, Cu, Cr, Fe, 뿌리는 Cn, Cu, Cr에 대하여 특이적으로 반응하는 것을 발견함
■배양과 관리의 불편성을 제어하고 동일 생물 clone을 지속적으로 공급하기 위한 안정적인 기법으로 잠아 (turions) 바이오웨어를 개발함
■기술의 객관성 및 재현성 확보를 위해 국내 3개 기관 (국립환경과학원, 해양경찰청, 인천보건환경연구원)과의 round-robin test를 실시한 결과 뿌리길이 대조군 차트의 경우 Repeatability 11.989%, reproducibility 34.827%를 나타내었고, EC₅₀값의 경우 Repeatability 34.655%, reproducibility 34.672%로 본 기법의 재현성 및 안정성을 확인함
■최근 기술표준원(KATS)을 통해 본 기술을 ISO 표준기술 NWIP로 제출함
■ 두 종의 키트 (수생태 진단 교육용 키트, 제초제 탐지 키트)를 제작완료하여 인터넷몰, 환경관련회사, 인천소재 중고등학교 등에 보급하고자 활동을 계획하고 진행 중임 (예상매출: 7,760,000원)
■ 분자지표와 인체연관지표 개발을 위한 연구를 수행하여 Comet Assay를 이용한 개구리밥 분자지표 개발 가능성과, 독성원별로 차이가 있으나 Lipid peroxidation이 많은 독성원에 대해 공히 적용할 수 있는 공용 지표임을 발견하였고, 반면 좀개구리밥의 잎면적 변화와 뿌리길이 반응은 인체세포 독성 반응과 유사한 패턴을 나타내 좀개구리밥의 인체대리지표 가능성을 확인함
■(주)그린파이오니아 한태준 대표이사는 환경부(국립환경과학원)에서 조직한 국가기술표준위원회 생태독성분야 위원장으로서 활동하였고, 인천시 소재 과학중점고등학교를 대상으로 생태독성워크숍 및 교육프로그램을 통해 국내원천생태진단기법 및 생태독성키트를 홍보하였으며 뿐만아니라 일반고등학교 학생들을 대상으로 수생태독성 진단기술 보급 및 적용 사업을 수행함

Abstract ▼

❍ What is the main purpose?
- We aimed to develop ecological toxicity test methods using experimental model macrophytes (Lemna and Spirodela) as important primary producers in the aquatic ecosystem and to produce useful kits based on these technologies.
❍ What has been done?
- Establishment

❍ What is the main purpose?
- We aimed to develop ecological toxicity test methods using experimental model macrophytes (Lemna and Spirodela) as important primary producers in the aquatic ecosystem and to produce useful kits based on these technologies.
❍ What has been done?
- Establishment of standard experimental conditions (light: 90-100 μmol·photons ·m^-2·s^-1, light period: continuous, temperature: 25℃, pH7)
- Toxicity testing using 10 metals, 4 VOCs, 4 herbicides, 2 phenols, 3 PAHs, 2 salts, followed by comparisons of toxicity sensitivity of Lemna with that of Microtox and Daphnia.
- Confirmation of field applicability of the developed system with 20 industrial effluents and subsequent comparison of the sensitivity and discrimination power with that of Daphnia.
- Conducting round-robin tests in collaboration with 3 institutes (Institute of Public Health and Environment Researcher, Korea Coast Guard Metropolitan Police and National Institute of Environmental Research).
- NWIP submission to ISO.
- Development of biowares (turions) for the maintenance-free technology and continuous supply of the same clones.
- Production of two kits (for education purpose and for detection of herbicide toxicity) and marketing activities for sales to industries relating to environmental business, schools and environmental agencies.
- Development of a new comet assay using Lemna, confirmation of possible use of Lemna as a replacement of human cells for environmental toxicity tests.
- Committee activities (National & International technology standardization, ISO, KATS)
- Running education programmes for school.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 서 ... 4
• 요 약 문 ... 8
• SUMMARY ... 17
• 목 차 ... 19
• 표 목 차 ... 24
• 그 림 목 차 ... 28
• 제1장 서 론 ... 40
• 제1절 연구개발과제의 개요 ... 42
• 1. 연구개발의 중요성(필요성) ... 42
• 가. 차세대 신규 환경오염물질 (Emerging Contaminants) 등장과 관리의 필요성 ... 42
• 나. 국내 원천 생물 지표의 필요성 ... 42
• 다. 생태독성 키트 개발의 필요성 ... 43
• 라. 선행연구 정보 ... 44
• 2. 연구개발의 국내외 현황 ... 49
• 가. 국내의 기술개발동향 ... 49
• 나. 해외의 기술개발동향 ... 50
• 3. 연구개발 대상 기술의 차별성 ... 51
• 가. 차별성 ... 51
• 나. 주관연구기관의 관련기술 보유현황 ... 52
• 제2절 연구개발의 목표 및 추진전략 ... 54
• 1. 연구개발의 목표 ... 54
• 가. 연구개발의 최종목표 ... 54
• 나. 연구개발의 연차별 목표 ... 54
• 다. 평가의 착안점 및 기준 ... 56
• 2. 연구개발의 추진전략·체계 및 연구수행방법 ... 58
• 가. 연구개발의 추진전략 ... 58
• 나. 연구개발의 추진체계 ... 59
• 다. 연차별 연구수행 방법 ... 60
• 제2장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 80
• 제1절 수생태독성진단기법 개발 ... 82
• 1. 개구리밥과 독성지표 확립 및 방법의 표준화 ... 82
• 가. 개구리밥과 시험생물종의 특징 및 종류 ... 82
• 나. 개구리밥과 시험생물종의 독성지표 확립 및 방법의 표준화 ... 85
• 2. 차세대 환경오염원에 대한 민감성 비교 연구 ... 100
• 가. 환경오염원 ... 100
• 나. 환경오염물질에 대한 독성 반응 ... 104
• 3. 수생태독성진단기술의 재현성 증명을 위한 교차실험 수행 ... 147
• 가. 해양경찰청 연구소와 교차실험 수행 ... 151
• 나. 인천보건환경연구원과 교차실험 수행 ... 153
• 다. 국립환경과학원과 교차실험 수행 ... 155
• 4. 좀개구리밥 독성지표를 이용한 현장 적용성 평가 ... 158
• 가. 현장성 적용평가를 위한 하천수 지점 선정 ... 158
• 나. 각 지점 현장수에 따른 개구리밥 생리활성 결과 ... 159
• 5. 기존 시험법과의 일치성 및 보완성 ... 170
• 가. 산업폐수를 이용한 기존의 ISO 시험법 (Daphnia magna)과의 비교실험 ... 170
• 나. 현장수에 대한 개구리밥과 물벼룩 생태독성 평가 비교 ... 172
• 다. 산업폐수(업종별 산업현장수 39종)를 이용한 생태독성 평가 비교 ... 174
• 6. 이화학 물질 분석표와 생체지표간의 상관관계 분석 ... 187
• 7. 개구리밥 시험방법의 수행용이성 ... 192
• 가. 수생태계 오염 진단을 위한 생태독성진단기술 개발 ... 192
• 나. 기존 공정시험법과의 차별성 ... 193
• 다. 개구리밥 시험방법을 적용한 키트화 도입 ... 194
• 라. 국가 수생태 관리 적용을 위한 국제 표준화 활동추진 ... 196
• 제2절 좀개구리밥의 생화학적 신규 지표 발굴 및 기법 확립 ... 216
• 1. 좀개구리밥의 생화학적 특성 지표 개발 ... 216
• 2. 좀개구리밥의 산화적 스트레스 지표 측정 방법 확립 ... 217
• 가. 좀개구리밥 세포내 항산화제 증감 지표 ... 217
• 나. 좀개구리밥 글루타치온(glutathione) 대사 변이 지표 ... 219
• 다. 좀개구리밥 활성산소 (ROS) 소거효소 활성 ... 220
• 라. 좀개구리밥 개구리밥 산화적 세포손상 ... 221
• 3. 다양한 범주의 환경 오염원에 의한 산화적 스트레스 지표 반응 ... 222
• 가. 대상 환경 오염원의 종류 및 처리 농도 ... 222
• 나. 대상 환경 오염원별 산화적 스트레스 지표 반응 조사 ... 223
• 4. 좀개구리밥의 DNA 손상 확인용 comet assay 확립 및 기존 지표와의 민감도 비교 ... 250
• 가. 좀개구리밥의 DNA 손상 확인용 comet assay 확립을 위한 문헌조사 ... 250
• 나. 좀개구리밥의 DNA 손상 확인용 comet assay 확립 ... 252
• 다. 양성대조물질을 이용한 좀개구리밥의 DNA 손상 확인용 comet assay의 최적 조건 확립 ... 258
• 라. 개구리밥의 기존 지표와 comet assay 데이터의 민감도 비교 ... 259
• 마. 좀개구리밥과 물벼룩에서 도출된 DNA 손상 데이터와의 상관성 분석 ... 261
• 바. 좀개구리밥 comet assay 방법 표준화 및 매뉴얼화 ... 263
• 제3절 인체대리지표로서의 독성예측요소 통합위해성 진단 기법 확립 ... 266
• 1. 좀개구리밥-인체 통합 위해성 대리 지표 발굴 및 상관성 분석 ... 266
• 가. 인체 세포수준에서의 산화적 스트레스 지표 개발 및 방법 확립 ... 266
• 나. 좀개구리밥과 인체의 융합지표 발굴을 위한 생리화학적 지표와 생화학적 지표의 상관성 분석 ... 293
• 제4절 수생태 진단용 키트 개발 기반 연구 ... 299
• 1. 생태독성 생물종 보급을 위한 바이오웨어 연구 ... 299
• 가. 배지 조건에 따른 바이오웨어 연구 ... 299
• 나. 개구리밥의 휴면구조인 잠아 (turion)를 이용한 바이오웨어 연구 ... 301
• 2. 교육용 수생태 진단 키트 개발 ... 312
• 가. 좀개구리밥을 이용한 수생태 진단 키트 개발 ... 312
• 나. 개구리밥을 이용한 수생태 진단 교육용 키트 개발 ... 317
• 3. 개구리밥을 이용한 제초제/농약 탐지 키트 개발 및 완성 ... 326
• 가. 식품의심농약 4종에 대한 좀개구리밥 생태독성평가 ... 326
• 나. 개구리밥을 이용한 식품의심농약 4종, 제초제 4종 생태독성평가 ... 334
• 4. 생태독성 진단용 키트 개발의 시장성 검토 ... 344
• 가. 우리나라 환경분야 기술 수준 ... 344
• 나. 생태독성 관련 국내 시장 현황 ... 344
• 다. 국내외 생태독성 키트 현황 ... 344
• 제5절 수생태 독성 진단용 바이오 모니터링 시스템 개발 ... 346
• 1. 생태독성 자동이송 진단시스템 구성품 제작 ... 346
• 가. 개발내용 ... 346
• 나. 개발범위 ... 347
• 다. H/W & S/W interface 설계요건 개발 ... 347
• 라. 조명 컨트롤 보드 제어기능 설계요건 개발/회로설계/디버깅/제작 ... 347
• 마. 온도 컨트롤 보드 제어기능 설계요건 개발/회로설계/디버깅/제작 ... 348
• 2. CCD 카메라 시스템 제작 (형광 분석용) ... 349
• 가. 이미지 캡처 시스템 설계요건 개발/회로설계/디버깅/제작 ... 349
• 3. 시스템 케이스 제작 ... 351
• 4. 분석/평가 소프트웨어 업그레이드 ... 353
• 가. 형광 분석 시스템 설계요건 개발/회로설계/디버깅/제작 ... 353
• 나. 프로파일을 이용한 시스템 케이스 설계/디버깅/제작 ... 357
• 다. 분석/평가 소프트웨어 제작 (알고리즘) ... 357
• 5. 수생태독성 진단용 자동화 바이오모니터링 기기 시제품 완성 ... 359
• 제3장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 ... 364
• 제1절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 366
• 제2절 관련분야의 기술발전 기여도(환경적 성과 포함) ... 368
• 1. 과학기술적 성과 ... 368
• 가. 지식재산권 ... 368
• 나. 국내외 전문학술지(논문)게재 ... 368
• 다. 국내외 학술회의(세미나)발표 ... 369
• 2. 인력활용·양성 성과 ... 371
• 가. 장단기 연수지원 ... 371
• 나. 연구인력 배출 ... 371
• 제4장 연구개발결과의 활용계획 등 ... 374
• 제1절 연구성과 활용계획 ... 376
• 1. 경제사회적 성과달성 계획 ... 376
• 가. 사업화 추진계획 ... 376
• 나. 무역수지 개선효과 ... 378
• 다. 사업화가능성 SWOT 분석 ... 378
• 라. 기대성과 ... 379
• 제5장 참고문헌 ... 384
• <부 록 1> 좀개구리밥의 형광 특성을 이용한 수질 독성 평가 방법 특허 출원 ... 390
• <부 록 2> 잠아로부터 발아된 개구리밥의 엽상체 면적을 이용한 수질독성평가 방법 특허 출원 ... 391
• <부 록 3> 잠아로부터 발아된 개구리밥의 뿌리길이를 이용한 수질독성평가 방법 특허 출원 ... 392
• <부 록 4> 개구리밥으로부터 분리된 잠아의 발아 방법 ... 393
• <부 록 5> 비SCI 논문 1편 ... 394
• <부 록 6> SCI 논문 1편 ... 395
• <부 록 7> 생태독성 워크숍 및 과학교육프로그램 ... 396
• <부 록 8> 국내 생태독성전문기관 교차실험 ... 425
• <부 록 9> 국제공인기관 ISO 수질분야 베를린 회의 참가 ... 432
• <부 록 10> 국제공인기관 ISO NWIP 제안서 ... 437
• <부 록 11> 교육용 키트 도면 및 시안 ... 451
• <부 록 12> 제초제탐지 키트 도면 및 시안 ... 453
• <부 록 13> 인력양성 석사 졸업 학위논문 ... 457
• 끝페이지 ... 462