초록 ▼

Ⅳ. 연구 결과
가. 국내 상수원에서 유해 남조류 휴면세포의 퇴적층 분포 및 독소 생성 유해 남조류의 잠재 기여도 조사

(1) 휴면기 퇴적물 내 유해 남조류 휴면세포의 분포 조사
○ 팔당호의 삼봉리(북한강), 팔당댐앞, 신원리(남한강) 등 3개 지점에서 2014년 5월부터 10월까지 약 1개월 간격으로 퇴적물 중 남조류 휴면세포의 밀도를 조사하였다.
○ 팔당호의 일부 조사지점에서 휴면세포가 발견되었으나, 대체적으로 밀도가 낮고 일시적으로 관찰되었다. 팔당호 삼봉리 지점의 퇴적물에서 남조류 휴면세포는 6월

Ⅳ. 연구 결과
가. 국내 상수원에서 유해 남조류 휴면세포의 퇴적층 분포 및 독소 생성 유해 남조류의 잠재 기여도 조사

(1) 휴면기 퇴적물 내 유해 남조류 휴면세포의 분포 조사
○ 팔당호의 삼봉리(북한강), 팔당댐앞, 신원리(남한강) 등 3개 지점에서 2014년 5월부터 10월까지 약 1개월 간격으로 퇴적물 중 남조류 휴면세포의 밀도를 조사하였다.
○ 팔당호의 일부 조사지점에서 휴면세포가 발견되었으나, 대체적으로 밀도가 낮고 일시적으로 관찰되었다. 팔당호 삼봉리 지점의 퇴적물에서 남조류 휴면세포는 6월과 9월에 각각 195 cells/g(퇴적층 20 ㎝ 깊이)과 160 cells/g(표층)이 있었으며, 나머지 시기에는 관찰되지 않았다. 팔당댐앞 지점은 5월에 65 cells/g(퇴적층 10 ㎝ 깊이)의 휴면세포가 있었으나 다른 시기에는 관찰되지 않았다. 신원리 지점은 채취된 모든 시료에서 휴면세포가 관찰되지 않았다.
○ 대청호의 추동(대전취수탑)과 문의(청주취수탑) 지점에서 2014년 6월부터 10월까지 퇴적물 중 남조류 휴면세포의 밀도를 조사한 결과, 추동 지점은 휴면세포가 발견되지 않은 퇴적층이 있었으나, 대체적으로 높은 밀도의 휴면세포 밀도가 측정되었으며, 8월에는 표층에서 최소 160 cells/g (8월 표층)에서 최대 7,045 cells/g(6월, 30 ㎝ 깊이)의 범위로 관찰되었다. 문의 지점에서는 25개 시료 중 7개의 시료에서 휴면세포가 관찰되었고 최소 40 cells/g(10월, 10 ㎝ 깊이)에서 최대 380 cells/g(8월, 10 ㎝ 깊이)으로 추동 지점에 비해 밀도와 빈도가 낮았다.
○ 낙동강의 강정고령보 지점의 경우, 조사기간 6~10월의 모든 퇴적층에서 휴면세포가 관찰되지 않았다. 따라서 대청호 수역 중 추동 지점에서는 휴면세포 출현빈도 및 현존량은 큰 비율을 차지하고 있어 유해 남조류의 발생과 관련하여 휴면세포의 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 판단된다.

(2) 독소 생성 남조류의 잠재 기여도 조사
○ 팔당호, 대청호, 낙동강의 퇴적물 시료에서 남조류 유전자 16S rRNA 유전자와 독소 생성 유전자의 정량값을 측정하여 전체 남조류 중에서 독소 생성 남조류가 기여하는 정도를 나타내는 잠재적 기여도를 계산하였다.
○ 평균적으로 남조류 독소의 잠재적 기여도는 팔당호와 대청호 지역보다 낙동강의 강정고령보 지점에서 microcystin을 생성하는 남조류의 기여도가 더 높게 나타났다.
○ Microcystin 생성 남조류의 잠재적 기여도는 팔당호 지역과 낙동강 지역에서 공통적으로 표층의 남조류가 증가하는 시기에는 퇴적층에서의 잠재적 기여도가 상대적으로 낮게 나타났으며, 남조류가 감소하는 시기에는 퇴적층에서의 잠재적 기여도가 증가하는 것으로 나타났다. 하지만 대청호 지역의 경우에는 표층 남조류가 증가하는 7월에 microcystin 생성 남조류의 잠재적 기여도가 증가하였다.
○ 본 연구에서 계산된 잠재적 기여도는 퇴적층에서 독소발생 가능성이 있는 남조류 세포를 토대로 나타낸 것으로 실제 퇴적물에서 독소가 발생하는지에 대한 해석은 불가능하다. 하지만 표층 퇴적물 내에 독소 생성 남조류의 잠재적 기여도가 높은 지점은 봄철과 여름철 남조류 발생이 독소 발생으로 이어질 수 있기 때문에 잠재적 기여도가 높은 지점에서는 특별한 주의가 필요할 것으로 판단된다.

나. 국내 상수원에서 유해 남조류 분포 및 독소 함량 조사
(1) 조류경보제 대상 하천ㆍ호소의 조류(남조류) 시ㆍ공간적 분포 자료조사
○ 현장에서 클로로필 형광 자동측정기를 이용하여 남조류, 녹조류, 규조류, 편모조류의 활성 클로로필 형광값을 측정한 결과, 팔당호 조사 지점들은 공통적으로 7월부터 9월 사이에 전체 클로로필 형광값이 평균 6.85~25.39 ㎎/㎥로 점차 증가하였다. 남조류 클로로필 형광값은 8월에 모든 지점에서 가장 높은 형광값을 나타냈으며, 삼봉리 지점과 댐앞지점은 남조류 클로로필 형광값이 다른 분류군보다 높은 반면에 신원리 지점은 녹조류보다 낮은 클로로필 형광값을 나타내었다.
○ 낙동강 지역의 강정고령보 지점은 6월에 평균 40.2 ㎎/㎥으로 전체 클로로필 형광값이 가장 높았으며 대청호 지역은 8월(추동: 11.57 ㎎/㎥)과 10월(문의: 15.41 ㎎/㎥)에 가장 높은 클로로필 형광값을 나타냈다. 남조류 클로로필 형광값은 각각 6월과 8월에 가장 높게 측정되었다. 특히 낙동강의 강정고령보 지점은 6월에 팔당호 및 대청호 지점들보다 남조류 형광값이 높았다.
○ 총인(TP)은 팔당호와 대청호 지점들이 각각 평균 18.8(±9.6) ㎍/L와 11.7(±8.4) ㎍/L인 반면에 낙동강 지점들은 평균 76.2(±46.4) ㎍/L로 매우 높은 농도를 나타내었다. 인산염인 (PO4-P)의 경우에 팔당호와 대청호의 지점들에 비하여 낙동강 강정고령보 지점은 3배 이상 높은 농도를 나타냈으며, 8월에 급격한 증가를 나타내었다. 따라서 낙동강에서 남조류 과다증식을 막기 위해 수체 중 인의 농도에 대한 집중적인 관리가 필요하다고 사료된다.
○ 2014년 6월에 팔당호와 대청호 지역에서 표층 평균 식물플랑크톤 밀도는 각각 669(±239) cells/mL과 23(±10) cells/mL로 측정된 반면에 낙동강 지역은 1,901(±2,128) cells/mL로 나타났으며, 특히 강정고령보 지점에서 매우 높은 밀도(3,405 cells/mL)를 나타내었다. 팔당호에서는 주로 편모조류와 규조류가 우점하였고, 대청호와 낙동강에서는 남조류인 Microcystis aeruginosa와 Aphanizomenon flos-aquae가 주로 발견되었다.

(2) 유해 남조류 분포 및 남조류 독소 농도 분석
○ 대청호, 팔당호, 낙동강에서 채취한 시료에서 microcystins를 분석한 결과, 모든 시료에서 용존성 microcystins는 측정되지 않았다. 조체에 포함된 microcystins의 경우 대청호에서 채취한 대부분의 시료에서 microcystins가 검출되지 않았으나, 추소 지점에서 7월 16일, 8월 11일에 채취된 조체 시료에서 각각 1.18, 1.12 ㎍/L의 microcystin-RR이 검출되었다. 낙동강의 강정고령보에서 채취된 조체 시료에서 microcystins가 검출되지 않았으나, 창녕함안보에서 Microcystis의 과다증식이 일어난 시기인 7월 28일에 채취된 조체 시료에서 microcystins의 농도가 4.55 ㎍/L(MC-LR, 2.04 ㎍/L; MC-RR, 2.51 ㎍/L)이었다.
○ Microcystins를 생산하는 대표적인 남조류인 Microcystis sp.는 scum을 형성하여 바람 또는 물결에 따라 호소 표면에서 불균질하게 patch를 형성하는 경향이 있으며, 기낭을 가지고 있기 때문에 수층의 상하로 이동이 가능하다. 따라서 같은 지점에서 채취한 시료에서도 시료의 채취 방법 및 채취 시간에 따라 분석 결과에서 큰 차이가 난다.

(3) 현장에서 유해 남조류의 순수분리 및 계대배양
○ 연구 대상 지역에서 남조류 독소의 잠재적 생산능이 있는 것으로 알려진 남조류 중 41종류(strain)를 분리하였다. 순수 배양된 남조류의 DNA를 추출하여 16S rRNA 유전자의 염기서열을 활용한 동정을 실시한 결과, 분리된 남조류의 속은 Microcystis, Anabaena, Oscillatoria, Aphanizomenon, Nodularia이었다.
○ 추출된 DNA을 활용하여 남조류 독소 생산 유전자의 존재 여부를 판별하였다. 분리된 남조류 중 microcystins의 생산 유전자를 가지는 종은 8종이며, anatoxin-a의 생산 유전자를 가진 종은 12종이었다. Microcystins 유전자를 가지는 종은 모두 Microcystis 속이었으며, anatoxin-a 유전자를 가진 남조류 속은 Microcystis, Anabaena, Oscillatoria로 다양하였다. 일부 Microcystis는 microcystins와 anatoxin-a 생산 유전자를 모두 가지고 있었다.

(4) 남조류의 속 별(또는 우점종) 생산 독소 종류 및 독소 유전자 조사
○ 팔당호, 대청호, 낙동강의 조사 지점에서 microcystins, anatoxin-a, saxitoxin의 생합성 유전자에 특이적으로 결합하는 primer를 사용하여 PCR을 수행한 결과, 모든 시료에서 microcystins 생합성 유전자가 검출되었으며, 대부분의 시료(26개 시료 중 21개)에서 anatoxin-a 생합성 유전자가 검출되었다. 이러한 결과는 국내 호소에서 microcystins가 가장 널리 관찰되는 독소이며, 이와 더불어 anatoxin이 매우 빈번하게 발생할 가능성을 제시한다.
○ 남조류가 생산하는 독소 중 가장 독성이 강한 것으로 알려진 saxitoxin의 경우에는 남조류 과다증식이 극심한 일부 지역을 제외하고 발견되지 않아 다른 남조류 독소에 비해 위해성이 크지 않은 것으로 판단된다. 특히 담수에서 saxitoxin의 주 생산자로 알려진 Aphanizomenon이 다량으로 발견되는 낙동강 시료에서 saxitoxin 유전자가 검출되지 않은 것은 낙동강에서 발견되는 Aphanizomenon 속 남조류가 독소를 생성하지 않는 것으로 판단된다.

다. 수중 생물체내 남조류 독소 축적도 및 잠재적 위해성 조사
(1) 수중 생물체내 남조류 독소 축적도 조사
○ 금강의 공주보와 팔당호에서 어류를 채집하여 근육에서 남조류 독소의 농도를 분석하였다. 금강에서는 10종의 어류를 채집하였으며, 어종은 누치(3개체), 모래무지(3개체), 배스(3개체), 강준치(3개체), 피라미(3개체), 치리(1개체), 끄리(2개체), 눈불개(3개체), 잉어(1개체), 떡붕어(1개체)이었다. 팔당호에서는 2개체의 배스와 1개체의 블루길을 채집하여 분석하였다. 또한 팔당호에서 채집한 말조개 1개체에 대하여 근육에서 microcystins 농도를 분석하였다. 분석 결과 실험에 사용된 모든 어류 및 말조개의 근육에서 microcystins가 검출되지 않았다

(2) TDI를 근거로 한 남조류 독소의 잠재적 인체 위해여부 평가 연구
○ 남조류 독소에 대한 규제 또는 관리 기준을 설정하기 위하여 남조류 독소의 섭취 허용량이 정해져야 한다. 섭취 허용량을 나타내는 지수로 가장 널리 사용되는 것이 내용일일섭취량(TDI, tolerable daily intake) 또는 독성참고치(RfD; reference dose) 값이다. 남조류 독소 중 섭취허용량이 알려진 것은 microcystin-LR, anatoxin-a, cylindrospermopsin, saxitoxin이다.
○ TDI 또는 RfD를 결정하는데 사용되는 독성지수는 NOAEL, LOAEL, BMDL(기준량에 대한 통계적 하한 신뢰 수준) 등이다. TDI 또는 RfD는 독성지수를 불확실성지수 (uncertainty factor)로 나눈 값으로, 사용되는 독성지수 또는 불확실성지수에 따라 같은 독소의 경우에도 섭취 허용량이 다르다.

라. 국내 출현 남조류 독소의 관리기준 설정 연구
(1) Microcystins의 독성등가치 산정 연구
○ Microcystins는 80개 이상의 종류가 있으나, 이에 대한 관리/규제는 주로 독성이 가장 강한 microcystin-LR을 기준으로 하고 있다. 만일 microcystins의 종류에 따른 독성등가치(TEQ; toxic equivalency)를 구할 수 있다면 다양한 종류의 microcystins에 대한 관리가 가능할 것이다.
○ 본 연구에서는 효소저해법을 사용하여 담수생태계에서 가장 널리 발견되는 4종류의 microcystins(-LR, -RR, -YR, -LA)에 대한 독성등가치를 산정하였다. 효소저해법을 사용하여 1 μg/L의 microcystin-LR을 사용하였을 때, 효소저해도가 52.8%인 것으로 나타났다. Microcystin-LA, -YR, -RR의 경우 효소저해도가 52.8%가 되는 농도는 각각 2.60, 4.07, 6.68 μg/L이었으며, 이러한 결과로부터 이들의 TEF는 각각 0.384, 0.246, 0.150이었다. 즉 1 μg/L의 microcystin-RR은 0.150 μg/L의 microcystin-LR에 해당된다는 것이다
○ 이러한 결과로부터 환경 시료에서 분석된 microcystin-LR, -YR, -RR, -LA의 농도를 microcystin-LR에 대한 독성등가치로 환산하는 식은 다음과 같다.

Toxic Equivalency to microcystin-LR=
[MC-LR] + 0.150 × [MC-RR] + 0.246 × [MC-YR] + 0.384 × [MC-LA]   

(2) 용수목적별(상수원/친수용) Microcystins, Anatoxin-a 관리기준 설정 연구
○ 많은 국가에서 먹는물에 대하여 남조류 독소의 관리 기준이 설정되어 있으며, 남조류 과다증식이 빈번하게 일어나거나 친수활동이 활발한 국가에서는 친수용수에 대해서도 관리 기준이 설정되어 있다.
○ 먹는물 또는 친수용수에서 남조류 독소에 대한 관리 기준은 독성학적 실험을 근거로 설정된 남조류 독소의 섭취허용량(TDI 또는 RfD), 노출 대상자의 평균 체중, 독소로 오염된 물의 일일 평균 섭취량 및 노출 경로 중 독소로 오염된 물이 차지하는 비율을 활용하여 설정된다. 따라서 먹는물 또는 친수용수에서 남조류 독소에 대한 관리 기준을 설정하기 위하여 이와 같은 자료의 파악이 필요하다.
○ 먹는물에서 남조류 독소에 대한 관리 기준은 주로 microcystins에 대해서만 설정되어 있으며, 일부 국가에서 anatoxin-a, saxitoxin, cylindrospermopsin에 대한 잠재적 기준이 설정되어 있다. Nodularin은 기수 또는 해수에서 주로 발생하기 때문에 관리 기준 항목에 포함되어 있지 않는 경우가 많다.
○ 친수용수에서 남조류 또는 남조류 독소의 유해성을 관리하기 위해 1)남조류 독소를 관리기준으로 정하는 경우, 2)독소를 클로로필 a 또는 남조류세포수로 환산하여 간접적인 관리기준으로 정하는 경우, 3)물색 등 물의 상태를 기준으로 하는 경우가 있다. 관리하는 남조류 독소의 종류도 microcystins 이외에 다양한 종류가 정해져 있다.
○ 남조류 독소에 대한 노출 경로 중 가장 중요한 것은 오염된 물을 섭취하는 것이지만, 친수활동 중 남조류 독소에 노출될 수 있다. 남조류 독소의 섭취 가능성은 친수활동의 종류에 따라 다르며, 노출 수준이 가장 높은 친수활동은 수영, 다이빙, 수상스키이다. 유해 남조류가 서식하는 물에서 친수활동을 할 경우 의도하지 않게 다량의 남조류 독소를 섭취할 수 있다. 특히 수변은 남조류 scum이 축적되는 지역이며, 어린이가 수변에서 놀 경우에 남조류 독소의 섭취 위험성이 크다.

마. 남조류 독소 측정방법의 비교분석
(1) 일반적인 남조류 독소 측정방법의 비교분석
○ 남조류 독소의 분석법은 시료의 종류와 시료 중 대상물질의 농도 등에 따라 시료 전처리 과정의 복잡성과 감도 등의 차이가 있기 때문에 각 분석법의 장단점을 파악하고 적절한 방법을 선택하는 것이 필요하다.
○ 남조류 독소의 분석은 일반적인 화학물질의 분석에 널리 사용되는 화학적ㆍ생물학적 방법을 따르며, 남조류 독소의 화학적ㆍ독성학적 특성에 따라 측정법이 다르다. 화학적 방법은 기체크로마토그래피(GC), 액체크로마토그래피(LC) 방법이 널리 쓰이며, 생물학적 방법으로는 동물시험법, 효소학적 방법, 면역학적 방법이 사용된다.
○ 남조류 독소의 이화학적 분석법으로 가장 많이 사용되는 방법은 LC 법이며, 남조류 독소의 특성에 따라 다양한 종류의 검출기가 사용된다. Microcystins, nodularin, cylindrospermopsin을 정량하기 위하여 자외선 검출기(UV detector) 또는 광다이오드배열 검출기(photodiode array detector; PDA)가 사용되며, anatoxin-a 및 saxitoxin은 형광 검출기(fluorescence detector; FLD)가 사용된다. 질량분석기(mass spectrometry; MS) 또는 tandem 질량분석기(MS/MS)를 사용하기도 하는데, 이는 정량성이 우수하고 분석 결과의 재현성과 분석 감도가 뛰어나다는 장점이 있다.
○ 남조류 독소의 정제 및 추출과정은 고상추출법(SPE, solid phase extraction)을 주로 사용하는데, online SPE가 장착된 LC/MS/MS는 복잡한 시료 전처리 없이도 매우 낮은 농도의 극미량 분석이 가능하며, 시료 전처리 시간이 짧고, 정량 재현성이 뛰어나다는 장점이 있다.
○ ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay) 법은 항체와 효소를 사용하여 남조류 독소를 분석하는 방법으로 측정시간이 짧으며 감도가 좋은 장점이 있으나, 환경시료 중에 포함된 방해물질에 의해 측정 오류가 발생할 수 있다는 단점이 있다.

(2) 전처리 방법의 최적화를 통한 남조류 독소 분석법
○ Online-SPE LC-MS/MS를 사용하여 환경시료에서 anatoxin-a의 농도를 분석하기 위한 방법을 최적화하였다.
○ Anatoxin-a 분석을 위한 LC-MS/MS 시스템은 ESI를 장착한 Triple Quadrupole LC-MS/MS(API 4000, AB SCIEX, MA, USA)를 사용하였다. 시료의 이온화는 ESI (Electrospray ionization)을 사용하여 positive mode로 분석하였으며, nebulizing gas와 collision gas는 모두 질소가스를 사용하였고, ion spray 온도는 400℃로 설정하였다. MRM(multiple reaction monitoring)을 이용한 각 물질들의 precursor 이온은 〔M+H〕+ 즉 수소화된 분자이온을 사용하였다.
○ 분석 컬럼은 Phenomenex Aqua C18 column(2.0 ㎜×50 ㎜×3.0 ㎛)을 사용하였는데 이는 스테인레스관에 옥타데실실릴기를 화학결합시킨 실리카겔(ODS; octadecylirized silica)을 충전한 것이다. 온라인 고상 추출방법을 위한 전처리 컬럼은 스테인레스관에 hydrophilic lipophilic balanced(HLB)를 화학결합한 중합체(입경 12 μm)를 충전한 것 (Hypersil Gold aQ(2.1 ㎜×20 ㎜×12 ㎛; Thermo-Fisher)을 사용하였다. 이동상은 0.1 % formic acid를 혼합한 증류수과 acetonitrile을 사용하고 유속은 조건에 따라 0.2 mL/min∼ 1.0 mL/min으로 사용하였다.

Abstract ▼

Ⅳ. Results
1. Distribution of resting cells of harmful cyanobacteria in the sediment layer
○ The distribution of resting cells of harmful cyanobacteria was investigated in the sediment samples taken from the Paldang and Daechung Reservoirs and Nakdong River.
○ In the sediment samples taken

Ⅳ. Results
1. Distribution of resting cells of harmful cyanobacteria in the sediment layer
○ The distribution of resting cells of harmful cyanobacteria was investigated in the sediment samples taken from the Paldang and Daechung Reservoirs and Nakdong River.
○ In the sediment samples taken from the Paldang Reservoir, the resting cells were not found in the most samples and the density was relatively low even in the samples harboring these cells. These cells were not found in all samples taken from the Nakdong River.
○ However, the numbers of resting cells in sediment samples taken from the Chudong Site in the Daechung Reservoir were in the range of 160 to 7,045 cells/g of sediment, indicating the continuous monitoring for resting cells of cyanobacteria in this site is required to predict the extent of cyanobacterial growth.

2. Relative contribution potential of toxin-producing cyanobacteria in the sediment layer
○ The relative contribution potential(RCP) of toxin-producing cyanobacteria to total cyanobacteria was analyzed using the realtime PCR method with primers which were designed from cyanobacterial 16S rRNA gene and the genes related in cyanotoxin production.
○ The RCPs of microcystin-producing cyanobacteria in the sediment samples taken from the Nakdong River were much higher than the samples taken from the Paldang and Daechung Reservoirs.
○ The RCPs of microcystin-producing cyanobacteria in the sediment samples taken from the Nakdong River and Paldang Reservoir were inversely proportional to the number of cyanobacteria in the surface water layer, whereas those of the Daechung Reservoir were increased in the season of cyanobacterial blooming.
○ Although the RCPs estimated in this study are not the indicator of cyanotoxin concentration or production in the sediment, the cautious and continuous monitoring is required at the sites showed higher RCPs because the cyanotoxins could be severely produced by the growth of toxin-producing cyanobacteria in the blooming seasons.

3. Spatiotemporal distribution of cyanobacteria in the water layer
○ The algal concentrations, which were estimated using an autofluorometric detector, in the water layer of the Paldang Reservoir were gradually increased in the summer season(from July to September).
○ The algal and cyanobacterial concentrations at the Gangjeong-Goryung-Bo Site in the Nakdong River were much higher than those of the Paldang and Daechung Reservoirs.
○ The concentrations of total and inorganic phosphorus in the Nakdong River samples were much higher than those in the Paldang and Daechung Reservoirs, indicating the countermeasures are required to reduce the input of phosphorus from the upper river or the river basin.
○ The diatoms and dinoflagellates were dominant in the samples taken from the Paldang Revervoir, whereas the cyanobacteria were dominant in the samples of the Nakdong River and Daechung Reservoir.

4. Distribution of harmful cyanobacteria and the concentrations of cyanotoxins
○ The soluble microcystins were not detected in all samples taken from the Daechung and Paldang Reservoirs and Nakdong River.
○ The concentrations of microcystins in the cyanobacterial samples taken from the Chuso Site in the Daechung Reservoir on Jul. 16 and Aug. 11 were 1.18 and 1.12 μg/L, respectively. Only microcystin-RR was detected in these samples. Microcystins were not detected in other samples taken from the sites in the Daechung Reservoir.
○ Although the microcystins in the cyanobacterial samples taken from the Gangjung-Goryung-Bo in the Nakdong River were not detected, those taken from the Changryung-Hanan-Bo on Jun. 23 and Jul. 28 were 0.92 and 4.55 μg/L, respectively.

5. Isolation and cultivation of cyanotoxin-producing cyanobacteria from the environment
○ Forty-one cyanobacterial strains were isolated from the Korean freshwaters. Based on the sequencing results of 16S rRNA gene it was concluded that these strains belong to genera Microcystis, Anabaena, Oscillatoria, Aphanizomenon, and Nodularia.
○ It was estimated that eight strains are microcystin-producers which are belong to genus Microcystis and twelve strains harbor genes related in anatoxin-a synthesis which are in genus Microcystis, Anabaena, and Oscillatoria. Some Microcystis strains have a potential to produce microcystins and anatoxin-a.

6. Distribution of genes in cyanotoxin production in the environmental samples
○ The distribution of genes involved in cyanotoxin production was analyzed with PCR with cyanotoxin-specific primers in the environmental samples.
○ The gene for microcystin production was detected in all analyzed samples, and that for anatoxin-a production was detected in the 21 samples out of 26 analyzed ones, indicating there is possibility that anatoxin-a can be found in the Korean freshwaters.
○ The gene involved in saxitoxin production was found in some samples taken from the Daechung Reservoir.
○ These results indicated that cyanotoxins such as anatoxin-a and saxitoxin including microcystins should be monitored to protect the drinking water sources from hazard of cyanotoxins in the Korean freshwaters.

7. Concentration of microcystins in the tissue of aquatic organisms
○ The concentrations of microcystins were analyzed in the muscle tissue of aquatic organisms collected from the Paldang Reservoir and Gongju-Bo in the Geum River.
○ In all analyzed samples the microcystins were not detected, presenting the possibility that the aquatic organisms in these sites are not contaminated by microcystins.

8. Potential risk assessment of cyanotoxins based on TDI(tolerable daily intake)
○ In order to establish the control or management guidelines against cyanotoxins the acceptable or tolerable intake dosage of these toxins should be determined.
○ The popular indices for tolerable intake dosage are tolerable daily intake(TDI) and reference dose(RfD). These indices are already established for cyanotoxins such as microcystin-LR, anatoxin-a, cylindrospermopsin, and saxitoxin.
○ The tolerable intake dosage are calculated from the toxicological indices such as NOAEL, LOAEL, and BMDL with uncertainty factors.

9. Establishment of toxic equivalent factor of microcystins
○ In this study the toxic equivalent factors(TEFs) for microcystin congeners against microcystin-LR were deducted, which can be used to establish the management guidelines against all microcystin congeners including microcystin-LR.
○ The TEFs for microcystin-RR, -YR, and -LA against microcystin-LR were 0.150, 0.246, and 0.384, respectively. These results indicate, for example, that the toxicity of 1μg of microcystin-RR is equivalent to 0.150μg of microcystin-LR.
○ The equation to calculate the toxic equivalency of microcystins measured through the quantitative assay method such as liquid chromatography in the environmental samples is as follows;

Toxic Equivalency to microcystin-LR=
[MC-LR] + 0.150 × [MC-RR] + 0.246 × [MC-YR] + 0.384 × [MC-LA]

10. Documentary survey of management guidelines against microcystins and anatoxin-a
○ In order to manage the risk of cyanobacteria or cyanotoxins in the recreational water the kinds of management guidelines are direct indicator such as cyanotoxins or indirect ones such as the concentrations of chlorophyll a or cyanobacterial number or the color of water.
○ Drinking of contaminated water is the most important exposure route for cyanotoxins. Additionally human can be exposed to cyanotoxins by the recreational activities such as swimming, diving, or water-skiing.
○ The management guidelines against cyanotoxins in drinking or recreational water had been established using data of tolerable intake doses(TDI of RfD), average weight of target persons, average intake rate of water, and the proportion of intake of cyanotoxins through drinking or recreational activity to total consumed water.
○ Many countries set up the management guidelines against cyanotoxins in drinking water. Moreover the guidelines against cyanotoxins in recreational water are also established in some countries in which the recreational activities in the freshwater with the cyanobacterial blooming frequently occur.
○ In some countries the management guidelines against cyanotoxins in drinking water are established for anatoxin-a, nodularin, and cylindrospermopsin in addition to microcystins.

11. Comparison of assay methods for cyanotoxins
○ There are several methods to analyze the concentrations of cyanotoxins in the environmental and cyanobacterial samples. The gas chromatography and liquid chromatography are the most popularly used methods, and the biological methods such as mouse assay, enzyme inhibition assay, and immunological assay are also used.
○ In order to choose the adequate assay method for cyanotoxins the pros and cons of methods should be considered because the sensitivity and complexity is different in each method.
○ The liquid chromatography is usually used to analyze the cyanotoxins. In this method several different kinds of detectors are used according to the characteristics of cyanotoxins. For microcystins, nodularins, and cylindrospermopsins PDA(photodiode array detector) is used, and the fluorescence detector is used for anatoxin-a and saxitoxins. Recently the usage of MS(mass spectrometer) or MS/MS(tandem spectrometer) is gradually increased because these methods show excellent reproducibility and sensitivity.

12. Anatoxin-a assay method through optimization of pre-treatment procedure
○ The assay method to measure the concentrations of anatoxin-a in the environmental samples was optimized with online-SPE LC-MS/MS.
○ The system to analyze the anatoxin-a concentrations is Triple Quadrupole LC-MS/MS(API 4000, AB SCIEX, MA, USA) installed with ESI.
○ The R square value of standard curve which made from the concentrations of standard solution and signal was 0.992. The degree of precision was enough to analyze the anatoxin-a concentrations in the environmental samples as determined from relative standard deviation of replicated samples. The limit of detection concentration was estimated as 0.0013 μg/mL of samples.
○ These results indicated that this method can be adopted to measure the concentrations of anatoxin-a in the environmental samples.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 용 어 ... 5
• 요 약 문 ... 9
• Abstract ... 19
• 차 례 ... 25
• 표 차 례 ... 29
• 그림 차례 ... 31
• I. 서론 ... 33
• 1절. 남조류의 성장 ... 33
• 1. 유해 남조류 과다증식 ... 33
• 2. 남조류의 성장과 환경요인과의 관계 ... 34
• 3. 남조류 성장 휴면기와 남조류 휴면세포 ... 37
• 2절. 남조류 독소 ... 39
• 1. 남조류 독소의 종류 ... 39
• 2. 수생생물과 남조류 독소 ... 44
• 3절. 국내 남조류 과다증식 및 남조류 독소 ... 46
• II. 연구 내용 및 방법 ... 49
• 1절. 연구의 목표 및 내용 ... 49
• 1. 연구의 목표 ... 49
• 2. 연구 내용 및 범위 ... 49
• 3. 연구추진체계 및 연구진 구성 ... 50
• 2절. 연구 방법 ... 51
• 1. 국내 상수원에서 유해 남조류 및 남조류 독소의 분포 ... 51
• 2. 유해 남조류의 순수 분리 및 동정 ... 59
• 3. 수중 생물체내 microcystins 분석 ... 61
• 4. 효소저해법을 이용한 microcystins의 독성등가지수 산정 ... 61
• III. 연구 결과 및 고찰 ... 63
• 1절. 국내 상수원에서 유해 남조류 및 남조류 독소의 분포 ... 63
• 1. 연구대상 호소의 수층 및 퇴적물에서 남조류의 시ㆍ공간적 분포 조사 ... 63
• 2. 유해 남조류 분포 및 남조류 독소 농도 분석 ... 75
• 3. 남조류 독소 생산 남조류의 순수 분리 및 남조류 독소 유전자 조사 ... 79
• 4. 조사 지점에서 남조류 독소 유전자 분석 ... 80
• 5. 수중 생물체내 남조류 독소 축적도 조사 ... 88
• 6. 효소저해법을 이용한 microcystins의 독성등가치 산정 ... 93
• 2절. 남조류 독소의 독성 및 유해성 지수 ... 98
• 1. 남조류 독소 ... 98
• 2. Microcystins의 특징 및 독성 ... 98
• 3. Anatoxins의 특징 및 독성 ... 112
• 4. Nodularins의 특징 및 독성 ... 120
• 5. Cylindrospermopsins의 특징 및 독성 ... 122
• 6. Saxitoxins의 특징 및 독성 ... 126
• 3절. 용수목적별 남조류 독소의 관리 기준 ... 131
• 1. 먹는물 및 상수원수에 대한 남조류 독소의 관리 기준 ... 132
• 2. 친수용수에 대한 남조류 독소의 관리 기준 ... 143
• 3. 어패류에 대한 남조류 독소의 관리기준 ... 166
• 4절. 남조류 독소 측정방법의 비교분석 ... 168
• 1. 남조류 독소의 측정 방법 ... 168
• 2. 전처리 방법의 최적화를 통한 anatoxin-a의 분석법 ... 180
• IV. 결론 ... 185
• V. 기대 성과(활용 방안) ... 191
• 1. 기대 성과 ... 191
• 2. 활용방안 ... 191
• VI. 참고문헌 ... 193
• VII. 부록 : Online-SPE LC-MS/MS를 이용한 anatoxin-a 분석 ... 215
• 끝페이지 ... 229