KR101860403B1 - 로티퍼를 이용한 미세조류 억제방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 로티퍼를 이용한 미세조류 억제방법에 있어서, 방사선 조사를 통해 형태변이가 발생하고 생식능력을 상실한 로티퍼를 얻는 단계와; 상기 로티퍼를 미세조류에 공급하여 로티퍼가 미세조류를 섭취함에 의해 미세조류가 억제되고, 미세조류를 섭취한 상기 로티퍼는 일정기간 후 소멸되는 단계를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 미세조류에 의한 적조 또는 녹조 현상을 방지하기 위해 미세조류를 섭식하는 로티퍼를 공급하며, 일정 시간이 지나면 로티퍼가 사멸하도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

로티퍼를 이용한 미세조류 억제방법 {How to suppress microalgae using rotifers}

본 발명은 로티퍼를 이용한 미세조류 억제방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세조류에 의한 적조 또는 녹조 현상을 방지하기 위해 미세조류를 섭식하는 로티퍼를 공급하며, 일정 시간이 지나면 로티퍼가 사멸하도록 하는 로티퍼를 이용한 미세조류 억제방법에 관한 것이다.

현재 우리나라 연근해에서 발생하는 미세조류에 의한 적조 구제는 화학적 또는 물리학적 방법을 이용하거나, 적조의 원인인 미세조류를 섭취하는 생물을 적조에 투입하여 생물학적 방법으로 적조를 구제하는 방법이 이루어지고 있다.

미세조류를 섭식하는 생물 중 하나로 미세조류와 천적인 로티퍼가 있는데, 로티퍼(rotifer)는 1702년 Antony van Leeuwenhook에 의하여 처음으로 관찰된 이후 지금은 전세계의 수계에 약 2,500여종이 있는 것으로 알려져 있으며, 대부분 댐, 저수지 등 유속이 완만한 담수역에서 주로 발견되는 작은 동물 플랑크톤의 일종이다. 그 중에서 순수 해수역에 서식하는 로티퍼는 10여종에 불과하며, 담수 유래종 중 극히 일부만이 담수와 해수의 중간 정도 수준의 염도를 나타내는 영역, 즉 자연 수역의 기수(brackish water) 영역에 적응하여 서식하는 것으로 알려져 있다. 이러한 로티퍼는 광범위한 환경에 대한 내성이 강하며 높은 번식력을 가진 동물성 플랑크톤으로, 입으로 식물성 플랑크톤을 빨아들인 후 특이한 구조의 인후 계통 소화기관인 인두를 이용하여 미세조류를 분해한다. 즉 로티퍼는 적조의 원인인 미세조류를 섭취하고 이를 소화시킴으로써 적조를 구제한다. 로티퍼가 섭취하는 먹이의 종류로는 녹조류인 테트라셀미스(Tetraselmis sp.), 클로렐라(Chlorella sp.), 나노클로리스(Nannochloris sp.), 부등편모조류인 난노클로롭시스(Nanochloropsis sp.), 착편모조류인 이소크리시스(Isochrysis sp.), 파블로바(Pavlova sp.), 은편모조류인 텔레울락스(Teleaulax sp.), 두날리엘라(Dunaliella sp), 와편모충류인 짐노디니움(Gymnodinium sp.) 등이 있다.

적조를 구제하기 위해 로티퍼를 배양하는 방법으로는 종래기술 '대한민국특허청 공개특허 제10-2004-0105908호 국립수산과학원 제1호 로티퍼 스트레인 및 그의 해수순치 배양 방법', '대한민국특허청 등록특허 제10-0326593호 로티퍼의 고밀도 배양장치 및 배양방법' 및 '대한민국특허청 공개특허 제10-2011-0002585호 소화효소의 활성을 강화시키기 위한 로티퍼의 배양방법'과 같이 다양한 기술들이 알려져 있다.

그러나 이러한 자연상태 그대로의 로티퍼를 배양하고 이를 이용하게 되면 연근해에서 발생하는 적조는 구조될 수 있으나 로티퍼의 개체수가 기하급수적으로 늘어나 생태계 교란 등과 같은 2차적인 피해가 발생할 수 있다. 따라서 로티퍼의 개체수를 적당히 조절하는 기술이 필요한데, 현재 알려진 종래기술은 대부분 로티퍼를 배양하여 개체수를 증가시키는 방법 위주로만 알려져 있으며 개체수를 제어하는 기술에 대해서는 연구가 미비한 실정이다.

대한민국특허청 공개특허 제10-2004-0105908호 대한민국특허청 등록특허 제10-0326593호 대한민국특허청 공개특허 제10-2011-0002585호

따라서 본 발명의 목적은 미세조류에 의한 적조 또는 녹조 현상을 방지하기 위해 미세조류를 섭식하는 로티퍼를 공급하며, 일정 시간이 지나면 로티퍼가 사멸하도록 하는 로티퍼를 이용한 미세조류 억제방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적은, 방사선 조사를 통해 형태변이가 발생하고 생식능력을 상실한 로티퍼를 얻는 단계와; 상기 로티퍼를 미세조류에 공급하여 로티퍼가 미세조류를 섭취함에 의해 미세조류가 억제되고, 미세조류를 섭취한 상기 로티퍼는 일정기간 후 소멸되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로티퍼를 이용한 미세조류 억제방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 로티퍼에 조사되는 방사선은 200 내지 1000Gy인 것이 바람직하다.

또한, 상기 로티퍼가 섭취하여 조절되는 미세조류는, 클로렐라불가리스(Chlorella vulgaris), 테트라셀미스수에시카(Tetraselmis suecica), 난노클로롭시스오세아니카(Nannochloropsis oceanica), 스크립시엘라트로초이디아(Scrippsiella trochoidea), 아카시우상기니아(Akashiwo sanguinea), 칼로디니움베네피큠(Karlodinium veneficum), 차토넬라(Chattonella sp.), 헤테로캅사서큘라리스쿠아마(Heterocapsa circularisquama), 키토세로스심플렉스(Chaetoceros simplex), 스켈레토네마코스타튬(Skeletonema costatum), 패오덱틸룸트리코르누툼(Phaeodactylum tricornutum) 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면 미세조류에 의한 적조 또는 녹조 현상을 방지하기 위해 미세조류를 섭식하는 로티퍼를 공급하며, 일정 시간이 지나면 로티퍼가 사멸하도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정상적인 로티퍼의 현미경 사진이고,
도 2는 방사선 조사에 의해 형태변이가 발생한 로티퍼의 현미경 사진이고,
도 3은 방사선 조사에 의해 형태변이가 발생하고 생식능력을 상실한 로티퍼의 현미경 사진이고,
도 4는 도 3의 로티퍼에 대해 미세조류의 섭식효율을 나타낸 그래프이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 로티퍼를 이용한 미세조류 억제방법을 상세히 설명한다.

본 발명은 로티퍼를 이용한 미세조류 억제방법으로는 식물 플랑크톤에 해당하는 미세조류를 섭식하는 동물 플랑크톤인 로티퍼를 미세조류가 형성된 영역에 공급하여 미세조류를 억제하게 된다. 이때 동물 플랑크톤인 로티퍼가 공급될 경우 식물 플랑크톤인 미세조류는 발생이 조절되더라도 미세조류에 의해 성장하는 로티퍼에 의해 로티퍼의 양을 조절하지 못하여 생태계가 교란되는 또 다른 문제점이 발생하게 된다.

따라서 일반적인 로티퍼를 공급하는 것이 아닌 방사선 조사에 의해 생식 능력을 잃고 형태 변이가 발생한 로티퍼를 미세조류에 공급하고, 로티퍼가 미세조류를 섭취함에 의해 미세조류의 발생이 조절된다. 로티퍼가 생식능력을 잃고 형태 변이가 되면 로티퍼가 더 이상 성장하지 못하고 로티퍼를 생산해내지 못하여 결국 로티퍼의 수가 증가하지 않으며, 이로 인해 미세조류의 발생을 조절함과 동시에 생태계 교란을 막을 수 있게 된다.

이와 같은 로티퍼를 이용한 미세조류 억제방법은 먼저, 방사선 조사를 통해 형태변이가 발생하고 생식능력을 상실한 로티퍼를 얻는 단계와, 로티퍼를 미세조류에 공급하여 로티퍼가 미세조류를 섭취함에 의해 미세조류가 억제되고, 미세조류를 섭취한 로티퍼는 일정기간 후 소멸되는 방법을 통해 이루어지게 된다.

로티퍼에 조사되는 방사선은 다음과 같은 표 1을 통해 확인할 수 있다.

	생존	형태변이	생식능력 상실
control	-	-	-
25Gy	-	-	-
50Gy	-	+	-
100Gy	-	+	-
150Gy	-	+	-
200Gy	-	+	-
250Gy	-	+	+
500Gy	-	+	+
1000Gy	-	+	+

표 1은 방사선이 조사된 로티퍼의 생존(mortality), 형태변이(mortphological change), 생식능력(impotence) 상실을 비교한 결과이며, 여기서 음성(-)은 로티퍼에 변화가 나타나지 않은 것을 의미하며 양성(+)은 로티퍼에 변화가 나타난 것을 의미한다. control은 방사선을 조사하지 않은 로티퍼로 형태변이 및 생식능력이 원래의 상태를 유지하고 있다. 이는 25Gy의 방사선을 조사하였을 때에도 동일한 상태이다. 정상적인 로티퍼의 형상은 도 1에 도시된 바와 같이 크기가 단축 130㎛, 장축 180㎛로 보통 한 개 또는 두 개의 난(egg)을 달고 있는 상태로 존재한다.

로티퍼에 방사선을 50Gy 조사할 경우 생식능력은 상실되지 않고 그대로 유지되지만, 형태변이는 발생하게 된다. 이는 도 2를 통해 확인 가능한데, 도 2와 같이 50Gy 방사선이 조사된 로티퍼는 단축 235㎛, 장축 270㎛ 또는 단축 170㎛, 장축 378㎛로 정상적인 로티퍼에 비해 비대해지는 것을 확인할 수 있다. 즉 정상적인 로티퍼에 비해 방사선을 조사한 로티퍼는 단축 및 장축이 1.3 내지 2.1배 비대해지는 것을 알 수 있으며, 정확히는 단축이 1.3 내지 1.8배 증가하고 장축이 1.5 내지 2.1배 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 정상적인 로티퍼는 egg가 구형인데 비해, 50Gy 방사선을 조사한 로티퍼의 egg는 장타원형이면서 각진 형태로 많은 수의 egg를 달고 다니는 비정상적인 형태를 보이고 있다. 즉 정상적인 로티퍼보다 많은 수를 가진 egg를 달고 있게 된다. 이와 같이 비대해진 상태의 로티퍼는 형태변이가 일어났더라도 미세조류의 섭취에는 문제가 없는 것을 확인할 수 있었다.

이후 100Gy, 150Gy, 200Gy로 방사선의 세기를 증가시킴으로 인해 로티퍼의 생식능력이 점점 감소하게 되며, 이후 250Gy 이상의 방사선에서는 로티퍼가 완전히 생식능력을 상실하게 된다. 즉 200Gy 이후의 방사선 세기로 로티퍼를 조사하게 되면 형태변이가 발생하게 되고 생식능력을 상실하게 되는데 이와 같이 되더라도 로티퍼가 미세조류를 섭취하는 행동에는 이상이 없는 것을 관찰할 수 있었다. 이는 도 3을 통해서 확인할 수 있는데, 도 3은 로티퍼가 정상 로티퍼에 비해 많은 수를 가진 다수의 egg를 달고 있는 상태이며, 이러한 egg는 결국 정상적으로 부화되지 못하고 로티퍼로부터 egg가 탈락되는 형태를 보이게 된다. 그러나 egg가 로티퍼로부터 탈락되더라도 로티퍼는 미세조류를 잘 섭취하며 생존하는 것을 확인할 수 있다. egg가 탈락되어 생식능력을 상실한 로티퍼는 7일 정도 미세조류를 섭취하다가 7일 후에는 생식능력을 잃었기 때문에 더 이상 생존하지 못하고 사멸하게 된다.

또한 1000Gy까지 방사선을 조사하여도 로티퍼가 생존하였으나, 1000Gy를 초과할 경우 고가의 장비를 사용하여야 하기 때문에 이를 초과하는 실험은 이루어지지 않았다. 25 내지 1000Gy 방사선을 조사하기 위한 이와 같은 실험은 137Cs Gamma-ray 혈액조사기(선량 2.63Gy/min)을 이용하여 이루어졌으며, 각 샘플에 방사선이 조사되는 시간은 72시간으로 동일하게 조사하였다.

따라서 이와 같은 실험을 통해 로티퍼에 조사되는 방사선은 생식능력을 상실하고 형태변이가 발생하는 200 내지 1000Gy로 조사되는 것이 바람직하다. 표 1과 같이 방사선의 양이 200Gy 미만일 경우 로티퍼의 형태변이는 발생하게 되나 생식능력이 그대로 유지된 상태이기 때문에 로티퍼를 계속 생산 가능하며, 1000Gy를 초과할 경우 방사선을 조사하는 장치의 비용이 증가하며 그에 따른 제조 비용 또한 증가하기 때문에 1000Gy를 초과하여 방사선을 조사하는 것은 비효율적이다.

도 4는 각 cell에 다른 종류의 미세조류를 넣고 cell 마다 1 개체의 로티퍼를 넣은 후 24시간 후 미세조류가 얼마나 감소하였는지 섭식효율을 확인한 실험이다. 실험에 사용된 미세조류는 와편모조류, 부등편모조류, 녹조류, 진안점조류, 착편모조류, 담수녹조류와 같이 6개의 서로 다른 부류군에서 선택하였으며, 총 11개의 미세조류를 실험에 사용하였다. 여기서 로티퍼는 본 발명과 같이 방사선에 의해 형태변이가 일어나고 생식능력을 상실한 상태의 로티퍼를 의미한다.

로티퍼가 섭취가능한 먹이 종류로는 다양하게 존재하나 본 발명에서는 적조 또는 녹조 현상 등과 같이 수질에 영향을 끼쳐 이를 조절할 필요가 있는 미세조류인 클로렐라불가리스(Chlorella vulgaris), 테트라셀미스수에시카(Tetraselmis suecica), 난노클로롭시스오세아니카(Nannochloropsis oceanica), 스크립시엘라트로초이디아(Scrippsiella trochoidea), 아카시우상기니아(Akashiwo sanguinea), 칼로디니움베네피큠(Karlodinium veneficum), 차토넬라(Chattonella sp.), 헤테로캅사서큘라리스쿠아마(Heterocapsa circularisquama), 키토세로스심플렉스(Chaetoceros simplex), 스켈레토네마코스타튬(Skeletonema costatum), 패오덱틸룸트리코르누툼(Phaeodactylum tricornutum)을 가지고 실험을 수행하였다. 이와 같은 11개 미세조류에 대해 각 미세조류의 분류 및 실험에 사용된 종 번호는 다음 표 2를 통해 확인할 수 있다.

미세조류 분류	미세조류 종	종 번호
담수녹조류	Chlorella vulgaris	NLP-F019
녹조류	Tetraselmis suecica	NLP-M090
진안점조류	Nannochloropsis oceanica	NLP-M002
와편모조류	Scrippsiella trochoidea	NLP-M057
와편모조류	Akashiwo sanguinea	NLP-M092
와편모조류	Karlodinium veneficum	NLP-M129
부등편모조류	Chattonella sp.	NLP-M134
부등편모조류	Heterocapsa circularisquama	NLP-M106
구조류	Chaetoceros simplex	NLP-M079
구조류	Skeletonema costatum	NLP-M118
구조류	Phaeodactylum tricornutum	NLP-M075

이와 같은 도 4의 실험에 따른 실험 결과 값은 도 5의 그래프를 통해 확인해볼 수 있다. 도 5는 로티퍼 1 개체가 24시간 동안 각각의 미세조류에 대한 섭식효율을 나타낸 그래프이다. 미세조류에 대한 섭식효율은 다음과 같은 식 1을 통해서 계산되었다.

<식 1>

섭식효율(%) = (대조구 미세조류 개체수 - 실험구 미세조류 개체수) / 대조구 미세조류 개체수 × 100

미세조류의 종에 따라 배양밀도가 서로 다르며, 형태 및 크기가 다르므로 로티퍼를 넣지 않은 대조구에서 로티퍼를 넣어 준 실험구의 미세조류 개체수 차이를 백분율로 산출하였다. 로티퍼의 상태에 따라 미세조류의 섭식량의 차이가 크므로 반복구를 6개 이상 설정하였으며, 중간에 로티퍼가 사망한 실험구는 데이터에서 제외하였다.

여기서, A : Scrippsiella trochoidea, B : Chattonella sp., C : Akashiwo sanguinea, D : Tetraselmis suecica, E : Skeletonema costatum, F : Phaeodactylum tricornutum, G : Chlorella vulgaris, H : Chaetoceros simplex, I : Nannochloropsis oceanica, J : Heterocapsa circularisquama, K : Karlodinium veneficum을 의미한다.

실험에 사용된 와편모조류인 K 및 부등편모조류인 H, J는 다른 종에 비하여 개체 사이즈가 월등히 크므로 먹이로 공급되는 개체밀도가 낮아, 섭식효율인 CV 값이 높게 산출되었다. 또한 그래프를 확인해보면 미세조류의 종에 따라 섭식량의 차이는 보였지만, 대부분 15 내지 20%로 안정된 섭식효율을 보였으며, 부등편모조류인 Chaetoceros simplex, Heterocapsa circularisquama와 와편모조류인 Karlodinium veneficum가 섭식효율이 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

종래에는 바다의 녹조 또는 적조 현상을 일으키는 미세조류를 제거하기 위해 토양을 뿌리는 방법 등을 사용하였으며, 로티퍼와 같은 미세조류를 섭취하는 동물 플랑크톤을 바다에 공급하는 방법을 사용하지 못하였다. 이는 바다에서 미세조류를 제거하더라도 바다에서 로티퍼가 성장하기 때문에 로티퍼의 개체수 증가를 막지 못하였기 때문이다. 따라서 본 발명은 로티퍼의 개체수 증가를 방지하기 위해 로티퍼를 방사선에 노출시켜 형태변이 및 생식능력을 상실되게 하고, 이를 바다에 공급하여 미세조류를 먹은 후 사멸할 수 있도록 하여 미세조류의 발생을 조절할 수 있다.

Claims (4)

1. 로티퍼를 이용한 미세조류 억제방법에 있어서,
   방사선 조사를 통해 형태변이가 발생하고 생식능력을 상실한 로티퍼를 얻는 단계와;
   상기 로티퍼를 미세조류에 공급하여 로티퍼가 미세조류를 섭취함에 의해 미세조류가 억제되고, 미세조류를 섭취한 상기 로티퍼는 일정기간 후 소멸되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로티퍼를 이용한 미세조류 억제방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 로티퍼에 조사되는 방사선은 200 내지 1000Gy인 것을 특징으로 하는 로티퍼를 이용한 미세조류 억제방법.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   생식능력을 상실한 상기 로티퍼는, 정상 로티퍼에 비해 많은 수를 가진 다수의 난(egg)이 부화되지 못하고 로티퍼로부터 탈락되는 것을 특징으로 하는 로티퍼를 이용한 미세조류 억제방법.

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