KR100314777B1 - 윤충류또는갑각류를이용한독성조사방법 - Google Patents

Abstract

윤충류(Rotifer) 또는 물벼룩류 등의 담수 갑각류(Daphnia 또는 Ceriodaphnia)를 이용하여 상수 및 폐수중의 독성물질(유기독성, 중금속, CN류 및 농약류)이나 유해 폐기물의 독성도를 신속하고 경제적으로 측정할 수 있는 독성 조사방법이 개시되어 있다. 윤충류 또는 물벼룩류 등의 담수 갑각류를 이용하여 상수나 폐수의 독성을 조사할 때 물리적 조건(온도, 초음파 또는 자외선 조사)을 변화시켜서 독성물질에 피해를 입은 이들 생물이 빨리 치사케 하여 독성 조사시간을 단축시킨다. 또한, 상기 실험시에 물리적 조건을 적당한 조건으로 변화시켜서 독성에 피해를 입지 않은 표준군(contgrol group)을 치사되지 않게 한다. 물리적 조건을 변화시켜서 측정하는 본 발명은 독성물질을 민감하게 측정할 수 있고, 측정시간을 단축시킬 수 있으며, 수질관리 측면에서 볼 때 신속한 대처가 가능하고 매우 유용하게 이용될 수 있다.

Description

윤충류 또는 담수 갑각류를 이용한 독성 조사방법

본 발명은 상수 및 폐수중의 독성물질(유기 독성물질, 중금속, CN류 및 농약류 등)이나 유해 폐기물의 독성도를 측정하는방법으로써 무척추 동물인 윤충류(Rotifer) 또는 물벼룩류(Daphnia 또는 Ceriodaphnia)등의 담수 갑각류를 이용한 급성독성 조사방법에 관한 것이다.

기존에 이용되고 있는 독성 조사 방법으로는 박테리아 등 미생물의 대사 또는 효소를 이용하는 방법, 그리고 어류, 무척추동물, 미세조류(microalgae) 및 원생동물등 진핵생물을 이용하는 방법이 있다. 미생물을 이용한 독성 조사법들은 성장저해, 산소소모율, colony 생성율, ATP농도, 효소활성도, 치사율(또는 생존율)또는 생체발광성 등에 근거하고 있다.

일반적으로 어류와 무척추 생물을 이용하여 독성을 측정하는 경우는 치사율이나 움직임의 저해로 판정하며, 미세조류를 이용시는 성장저해로 측정한다.

어류와 무척추생물을 이용하여 독성을 측정할 경우는 24∼96시간이 요구된다. 수서생물중 어류는 많이 이용되는 생물이며, 알(egg)이나 치어가 독성물질에 민감함으로 성어보다 많이 이용된다. 급성독성은 아가미 피해 또는 저산소증으로측정하며, 만성독성은 효소의 저해, 삼투압 조절능력의 변화, 금속과 접합된 단백질의 양등을 관찰하여 측정한다. 미국산 바닷가재, 송어 및 연어 등이 중금속에 노출시 ATPase(효소)의 활성도가 증가하여 독성도의 지표로 이용되며, 무지개 송어등이 독성조사 대상 생물로 이용되고 있는 어류이다.

물벼룩류(Daphnid)인 Daphnia magma와 Ceriodaphnia dubia등은 환경 독성물질에 매우 민감하여 대표적 실험생물로 이용되고 있다. Daphnid를 이용한 독성조사법은 실용적인 면에서 많은 장점이 있다. 이들 담수갑각류는 실험실 조건에서 기르기가 용이하고, 수명(Life cycle)이 짧고, 생체가 작으며, 많은 생체수를 실험에 사용할 수 있어 통계적 분석이 용이하다. 또한, 다루기가 쉽고 부피가 작다는 장점이 있다. 이들을 이용한 급성독성측정법은 24∼48시간 접촉 후 daphnid들의 움직임의 정지 및 치사상태등을 파악하여 독성도를 측정한다.

독성도를 측정하는 방법은 간편하고, 경제적이며, 신속하고, 결과의 반복성이 있어야 하며, 독성물질의 성상(즉, 유기물, 무기물, 친수성 및 소수성물질 등)에 관계 없이 정확하고 신뢰도가 높아야 한다. 어류, 박테리아, 무척추동물 또는 원생동물을 이용한 급성독성조사법에 관한 문제점(측정자의 전문성, 고가의 기기 이용, 독성물질에 따른 민감도의 차이, 조사시 요구되는 시간 등)을 고려해 볼 때 유기 및 무기독성물질에 모두 민감한 물벼룩류를 이용한 급성독성조사법이 많이 이용된다.

기존에 이용되고 있는 물벼룩에 의한 독성조사법은 daphnia자체가 독성물질에 노출되어 일정기간 후 사멸 여부로 독성을 측정하는 방법으로, 독성측정시 장시간(48시간)이 요구되는 문제가 있다. 따라서, 상수 및 폐수중 독성물질이나 유해폐기물의 독성도를 측정하여 신속하고 효과적인 관리 및 대책측면에서 어려움이 많은실정이다.

이러한 문제점을 보완하기 위해 본 발명자가 물벼룩의 섭생에 근거하여 독성물질을 단시간(1시간)에 측정할 수 있는 방법을 개발(Lee et al., 1997, Water Environment Research Vol. 69. pp. 1207-1210)한 바 있다. 조류(algae) 및 효모(yeast)들을 먹고자라는 무척추 동물인 Daphnia magma 및 Ceriodaphnia dubia 등 물벼룩의 유생(young juvenile)을 독성실험전에 격리 수용하고 이들에게 조류가 없는 효모만을 먹이로 하거나 먹이를 주입치 않아 물벼룩의 내장을 투명하게 한 후 독성물질에 단시간(1시간)접촉시킨 후 조류를 주입하여 30분간 섭생시킨 후 섭생여부를 현미경으로 판별하여 독성도를 측정하는 방법이다. 유독물질의 독성도는 독성물질에 접촉시키지 않은 대비군과 비교하여 측정한다.

그런데, 전술한 섭생을 이용한 독성조사방법은 물벼룩을 이용함으로써 유기및 무기독성물질을 민감하게 측정할 수 있고 단시간내 측정이 가능하나, 측정자의 숙련이 요구되며, 독성물질에 접촉시키기 전에 준비과정의 번거로움 등이 단점으로 지적되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 윤충류(Rotifer) 또는 물벼룩류(Daphnia 또는 Ceriodaphnia) 등의 담수 갑각류를 이용한 표준 48시간 독성조사법의 측정시 시간이 오래 걸리는 문제점과 물벼룩의 섭생에 근거한 1시간 급성독성조사법에서와 같이 실험준비가 까다롭고 독성피해를 판단하는데 어려움이 있어 독성에 피해를 입은 이들 생물의 치사에 필요한 기간을 단축시켜 독성도조사 시간을 단축하고 독성의 피해를 치사 유· 무로 판단함으로 초보자도 손쉽게 독성을 측정하는 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,

무척추 동물의 유생들을 여러군으로 나누어 하나의 군에는 독성물질을 주입하지 않고 다른 군에는 독성물질의 농도를 달리하여 주입하여 접촉시키고, 상기 독성물질과 상기 무척추 동물의 유생들이 접촉할 때 상기 군 전부에게 동일한 조건으로 배양온도, 초음파 또는 자외선의 조사량을 조절하여 상기 유생들이 살아가기에힘든 조건을 만들어 주고, 일정 시간이 지난후에 독성에 피해를 입은 상기 무척추동물을 독성물질이 주입되지 않은 군과 비교하여 상기 유생들의 치사율 또는 움직임의 유무를 근거로 상기 독성물질에 의한 독성피해를 판단 및 측정하는 것을 특징으로 하는 독성 조사방법을 제공한다.

상기 무척추 동물은, 윤충류 또는 담수 갑각류이다.

이하, 본 발명에 따른 독성 조사방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 상수 및 폐수중의 독성물질이나 유해 폐기물의 독성도를 측정하기 위해서, 조류(algae) 및 효모(yeast)들을 먹고 자라는 무척추 동물인 윤충류(Rotifer) 또는 물벼룩류(Daphnia 또는 Ceriodaphnia)등의 담수 갑각류 유생(youngjuvenile)을 이용한다.

이들 생물의 유생들을 여러군으로 나누어 하나의 군에는 독성물질을 주입하지 않고 다른 군에는 독성물질의 농도를 달리하여 주입하여 접촉시킨다. 이들 군 전부에게 같은 조건으로 물리적 변수인 배양온도의 증가, 초음파 또는 자외선의 조사등을 하여 상기 생물들이 살아가기에 힘든 조건을 만들어 준다. 독성에 피해를 입은 상기 생물들은 악조건에서 보다 피해를 입어 치사하는데 걸리는 시간이 단축된다. 일정 시간후 독성물질이 없는 대비군과 비교하여 치사율(또는 움직임의 유무)로 독성피해를 판단 및 측정한다. 이때 독성물질과 물벼룩과의 접촉시에는 물리적인 조건(e.g..온도)을 변화시킨다.물리적인 조건(e.g.. 온도)의 변화는 독성측정에 걸리는 시간을 수십분으로 단축시킬 수 있다. 상기 생물을 이용한 기존48시간 독성 실험에서는 배양온도를 상온인 20-25℃에서 행해졌으나, 본 실험법에서는 상온 보다 높은 35℃ 이상으로 올려 측정 시간을 48시간에서 수십분으로 단축시킬 수 있는 유용한 방법이다. 이러한 측정법은 숙련자가 아닌 초보 실험자도 쉽게 이용할수 있으며, 고가의 장비를 필요로하지 않고 또한 신속하게 측정할 수 있는 장점을 가지고 있다.

실시예 1

Daphnia magma 및 Ceriodaphnia dubia의 배양액은 moderate hardwater (NaHCO3, 0.096g; CuSO₄· 2H₂O, 0.06g; MgSO₄, 0.06g; KCl, 0.004g등을 1ℓ 의 증류수에 용해시킨 용액)로 하고 배양시 온도는 항온조를 이용하여 25℃로 유지하며, pH7.6으로 조정하여 배양하였다. 공기의 주입을 위해 산기장치로 포기시키고 조명은 형광등으로 하며 하루중 12시간만 조명하였다. 배양액의 교환은 주 1회하고 급격한 배양액의 교환에 따른 상기 생물의 충격을 줄이기 위해 배양액의 교환을 2/3이하로 유지하였다. 상기 배양조건은 문헌에 보고된 Daphnia의 최적 배양 조건에 의한 것이며, Daphnia가 잘 자랄 수 환경을 제공해 준 것이다.

실행에 사용하는 대상 생물은 어릴수록 독성물질에 민감함으로 Ceriodaphnia dubia를 탄생된지 24시간 이내인 young juvenile을 이용하여 독성실험을 행하였다. 본실험에서 이용된 독성물질로는 Cu++로 하였고 2조로 나누어 기존48시간 측정법과 비교하였다. 여러개의 비이커를 준비하여 독성물질(Cu++)의 농도를 0-60ppb로 변화시켰다. 1조는 항온기를 이용하여48시간 측정법의 온도인 25℃로 조정하였으며, 2조는 35.5℃로 조정하였다. 1조는 48시간 후 독성물질 농도에 따른 치사율을 측정하였으며, 2조는 독성물질과 90분간 접촉 후 치사율을 측정하였다. 치사율은 육안관찰로 하였다.

하기 표 1은 본 발명자가 기존의 48시간 독성 측정법과 물리적 조건인 온도를 변화하여 비교 실험한 것으로, 치사기간 단축에 따른 C. dubia의 독성조사결과와 표준48시간 독성결과의 비교 그래프이다(접촉온도 35.5℃).

이러한 실험 결과에서 48시간측정법과 물리적 조건(온도)을 변화하여 실험한 경우 결과 값이 같은 경향을 보임을 알 수 있다. 따라서, 온도를 변화하여 독성물질을 측정한다면 보다 빠른 시간(본실험의 경우 : 90분)내에 수중에 존재하는 독성물질의 감지가 가능하며 수질관리 측면에서 신속하게 대처할 수 있을 것으로 판단된다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 급성 독성 조사방법은, 윤충류 또는 물벼룩을 이용하여 유기 및 무기 독성물질의 독성도를 민감하게 측정 할 수 있고, 또한 외부의 물리적 조건을 바꾸어 측정하기 때문에 측정시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다. 이는 독성물질에 의한 수중생물에 유해한 효과를 미치는 정도와 이들 독성물질의 자연 분해 현상을 평가하는데 이용할 수 있고, 상수원에 유입되는 독성물질을 단시간내 감지할 수 있어서 국민 보건에 이바지할 수 있으며, 유해물질의 독성도를 쉽게 판별할 수 있어 이들 물질의 처리 및 관리에 도움을 줄 수 있다. 게다가, 본 발명에 따른 독성 조사방법은 숙련자가 아닌 초보 실험자도 쉽게 이용할 수 있으며, 고가의 장비를 필요로하지 않는다. 따라서, 본 발명의 급성독성 조사방법은 이용 가치가 매우 높다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부티 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 윤충류,담수 갑각류의 유생들을 여러군으로 나누어 하나의 군에는 Cu⁺⁺용액 주입하지 않고,다른 군에는 Cu⁺⁺용액의 농도를 달리하여 주입 접촉시키고, 상기 Cu⁺⁺용액과 윤충류, 담수 갑각류 동물의 유생들이 접촉할 때 상기 군 전부에게 35.5℃하여 살아가기 힘든 동일한 물리적조건을 만들어 주고, 90분내에 독성에 피해를 입은 상기 윤충류, 담수 갑각류 동물을 독성물질이 주입되지 않은 군과 비교하여 상기 유생들의 치사율, 움직임의 유무를 근거로하여 독성물질에 의한 독성피해를 판단하고 측정하는 것을 특징으로 하는 독성 조사 방법.