WO2017131281A1 - 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈을 이용한 수질 독성 평가 방법 - Google Patents

개구리밥과 식물의 뿌리 이탈을 이용한 수질 독성 평가 방법 Download PDF

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WO2017131281A1
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WO
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water
plants
root
duckweed
toxicity
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Application number
PCT/KR2016/002607
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English (en)
French (fr)
Inventor
한태준
박지혜
Original Assignee
인천대학교 산학협력단
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/38—Diluting, dispersing or mixing samples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/18—Water

Definitions

  • the present invention relates to a method for evaluating water toxicity, and more particularly, to a method for evaluating water toxicity using the root departure of duckweed and plants.
  • Pollutants that contaminate rivers and lakes include heavy metals from industrial sources, VOCs, agricultural herbicides, pesticides, and nitrogen and phosphorus compounds in the vast domestic wastewater discharged from densely populated cities.
  • physicochemical methods have been used. The physicochemical method is used to quantitatively measure the amount of dissolved oxygen (DO), biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), turbidity, electrical conductivity and pH, and nitrates and phosphates that cause eutrophication or to analyze heavy metals.
  • DO dissolved oxygen
  • BOD biochemical oxygen demand
  • COD chemical oxygen demand
  • turbidity electrical conductivity and pH
  • nitrates and phosphates that cause eutrophication or to analyze heavy metals.
  • this method does not provide information on bioavailability, compound effects (such as synergistic or antagonistic action) and further ecological significance, with the disadvantage of requiring a long time, high cost, and expertise.
  • the pollution diagnosis method using indicator organisms is a bioindicator concept that directly measures the concentration of pollutants in a living organism or determines whether there is a species by pollution grade in a habitat. It is evolving into a biomonitor method for diagnosing contaminants using The latter method can quantify the risk or assess the potential impact of a single or mixed substance in the environment through various physiological changes in the organism, so that the signs can be identified before environmental pollution becomes widespread. It has the advantage of finding ecological meaning.
  • duckweed is recommended as aquatic and phototoxic test models.
  • Lemnoideae belongs to the smallest annual aquatic plant of the monocotyledon, which lives in paddy water, lakes, ponds, etc.
  • Duckweed plants are divided into five genera, such as in duckweed (Spirodela), in some duckweed (Lemna), jombun in duckweed (Wolffia), Landoltia and Wolffiella, is believed to be about 30 paper distribution throughout the world.
  • the method of evaluating water toxicity using conventional frog rice registered with the International Organization for Standardization (ISO), the US Environmental Protection Agency (EPA), and the Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) shows that the number of leaves after It consists of measuring the amount of change in frond number, leaf area, population growth rate, fresh weight, dry weight, or pigment contents.
  • ISO International Organization for Standardization
  • EPA US Environmental Protection Agency
  • OECD Organization for Economic Cooperation and Development
  • the present invention has been derived under the conventional technical background, and an object of the present invention is to provide a new water toxicity evaluation method having a short time required for evaluation and excellent sensitivity.
  • the inventors of the present invention have continuously studied the water toxicity evaluation method using the various characteristics of the duck rice and plants, and ecological toxicity, especially the water quality when using the root departure or root departure rate of the frog rice and plants as parameters for the evaluation of the ecotoxicity When the toxicity evaluation was confirmed that the time required for short, excellent sensitivity and evaluation of various toxic substances, the present invention was completed.
  • the present invention comprises the steps of adding the duckweed and plants in a culture vessel containing a water sample and culturing under light irradiation conditions of 0 (dark condition) to 1 ⁇ mol photon / m2 ⁇ s; And it provides a water toxicity evaluation method comprising the step of measuring the root shedding or root shedding rate of the cultured duck rice and plants.
  • the water sample is preferably composed of raw water and at least two dilution raw water having different dilution folds, which dilution raw water is prepared by diluting the raw water with Steinberg medium.
  • the water sample preferably further comprises a culture solution containing no toxic substances that inhibit the escape of the root of the duckweed and plants as a control of raw water.
  • the toxic substance may be silver (Ag), aluminum (Al; aluminum), arsenic (As; arsenic), cadmium (Cd; Cadmium), cobalt (Co; Cobalt), chromium (Cr; Chromium), copper (Cu; Copper), iron (Fe; Iron), mercury (Hg; Mercury), nickel (Ni; Nickel), lead (Pb; Lead), and zinc (Zn; Zinc).
  • the control is preferably Steinberg medium.
  • the pH of the water sample is preferably 5-11.
  • the culture temperature of the culturing step is preferably 20 ⁇ 35 °C.
  • the method for evaluating water toxicity utilizes duckweed or root dropout rate of duckweed and plants as a parameter for evaluating watertoxicity, and cultures duckweed and plants under conditions promoting root departure, without a predetermined image analysis device. It is possible to evaluate the water toxicity with the naked eye, reduce the time to determine water toxicity within about 2 days, have a high sensitivity to water toxins, and evaluate water pollution by various toxic substances.
  • Figure 1 shows the root departure rate of the plant in the genus Frog as a cultivation day under various light irradiation conditions.
  • Figure 2 shows the root departure rate of the plant in rice plants according to the cultivation day under various culture temperature conditions.
  • the light irradiation conditions in the culture were dark conditions (light irradiation amount: 0 ⁇ mol photon / m 2 ⁇ s), and the pH of the culture solution was about 7.0.
  • Figure 3 shows the root departure rate of the plant in rice plants according to the cultivation day under various pH conditions.
  • the light irradiation conditions in the culture were dark conditions (light irradiation amount: 0 ⁇ mol photon / m 2 ⁇ s), and the culture temperature was 25 ° C.
  • the present invention relates to a method for evaluating water toxicity, which has a short time for identification, is simple to operate, and has high sensitivity to various toxic substances, and the method for evaluating water toxicity of the present invention is carried out using duckweed and plants in a culture container containing a water sample. Injecting and culturing at a predetermined light dosage condition; And measuring the root departure or root departure rate of the cultured duck rice and plants.
  • the water toxicity evaluation method according to the present invention will be described by dividing by component.
  • a water body sample refers to a sample in which water occupies a main volume, and the water body sample according to the present invention is collected from seawater, rivers, lakes, wastewater, effluent, sewage, sludge effluent, soil effluent, and sediment effluent. One sample is included.
  • the first water sample (hereafter referred to as raw water) is dilution raw water obtained by diluting the raw water in addition to the raw water to a liquid containing no toxic substances, such as artificial medium or water, and gradienting it to at least two, preferably four or more concentrations. It is preferred to be configured.
  • the dilution method used is not particularly limited, for example, half dilution method [100% (raw water itself), 50% (diluted to 1/2 concentration of raw water), 25% (diluted to 1/4 concentration of raw water) 12.5% (diluted to 1/8 concentration of raw water), 6.25% (diluted to 1/16 concentration of raw water)].
  • the liquid for diluting the raw water does not contain poisonous substances that inhibit the escape of the roots of rice and plants, and the types are compatible with the culture of ducks and plants is not limited in kind, specifically, water, Steinberg medium medium), Hogland's medium and the like, and among them, it is preferable that the Steinberg medium (Steinberg medium) in consideration of the smooth culture of duckweed and plants.
  • the water sample preferably further includes a culture solution containing no toxic substance that inhibits the extraction of duckweed and the root of the plant as a control of raw water.
  • the culture medium constituting the control group may be selected from a variety of known liquid media, and the like, specifically, Steinberg medium or Hoagland medium (Hoagland's medium), etc. Among these, when considering the smooth culture of duck rice and plants It is preferred that it is Steinberg medium.
  • Toxic substances that inhibit the root departure of the duckweed and plants are, for example, silver (Ag; Silver), aluminum (Al; Aluminum), arsenic (As; Arsenic), cadmium (Cd; Cadmium), cobalt (Co; Cobalt) , Cr (Chrium), Copper (Cu; Copper), Iron (Fe; Iron), Mercury (Hg; Mercury), Nickel (Ni; Nickel), Pb (Lead), and Zinc (Zn; Zinc) It may be composed of one or more metals selected from the group consisting of.
  • the water sample including the raw water, dilute raw water or a control of the raw water is adjusted to a predetermined range for smooth cultivation of duck rice and plants after being accommodated in the culture vessel or after being accommodated in the culture vessel It is preferable.
  • the pH of the water sample is preferably adjusted to 5-11, more preferably 6-11. If the pH of the water sample is less than 5, the duckweed and the root departure of the plant during the cultivation process are due to the death of the duckweed and the plant due to the acidity of the culture medium, which may lower the reliability of the water quality assessment.
  • the culture vessel is for receiving water samples and duckweed and plants, and then putting them in the incubator to cultivate duckweed and plants, the shape of which is not limited to a large number, for example, well plate (Well plate), Erlenmeyer flask (Erlenmeyer flask) ).
  • the well plate preferably contains at least six wells.
  • One well is cultured with duckweed and plants in an artificial medium containing no toxic substances as a control, and the remaining five wells contain raw water and four Add dilute raw water to grow duckweed and plants.
  • the well plate more preferably includes at least 12 wells, most preferably at least 24 wells, in view of the aspect of evaluating the water toxicity of various raw water at once.
  • the size of the Erlenmeyer flask is not particularly limited, but is preferably 200ml to 100ml.
  • Duckweed and plants are subsidiary plants of Cheonnam province , widely distributed in the world, and about 30 species of 6 genera are known. polyrhiza) and some duckweed (Lemna paucicostata) 2 paper grows.
  • Lemna is a species belonging to the genus Frog gibba , Lemna minor , Lemna minuta , Lemna trisulca , Lemna valdiviana, Lemna perpusilla .
  • Duckweed and plants are composed of three parts, the whole of the frond (leaf divided into two or three long), the connecting yarn and the root.
  • frog rice and plants belonging to aquatic plants preferably Lemna belonging to the genus Frogweed gibba , Lemna minor , and Lemna paucicostata .
  • the culture vessel containing duckweed and plant and water samples is transferred to the incubator, and then the duckweed and the plant are cultured under predetermined light irradiation conditions.
  • the incubation time of the duckweed and the plant is not particularly limited, but in terms of securing the reliability of the water toxicity evaluation is preferably at least 24 ⁇ 72 hr, more preferably 36 ⁇ 60 hr.
  • the amount of light irradiation during the culture of duckweed and plants is preferably 0 (dark conditions) to 1 ⁇ mol photon / m 2 ⁇ s, and from 0 (dark conditions) to 0.5 ⁇ mol photon / m 2 from the viewpoint of ensuring smooth root detachment.
  • the culture temperature at the time of cultivation of duckweed and plants is preferably 20 ⁇ 35 °C, more preferably 25 ⁇ 30 °C from the viewpoint of ensuring smooth root departure.
  • the optimum culture conditions for example, incubation time, light dose, and culture temperature
  • the amount of root breakdown or root drop of the duck rice and the plant depends on the type or content of the toxic substance in the water sample. After the incubation is completed, the root release number of the duckweed and plants is measured, and the root release rate can be calculated by the following equation.
  • Rt represents the total number of roots of the duckweed and the plant contained in the culture vessel before the culture
  • Ra represents the root of the duckweed and the root of the plant contained in the culture vessel after the culture.
  • Water quality toxicity of the water sample can be assessed using the root loss or root loss rate of duckweed and plants. Specifically, the water quality toxicity of the water sample is evaluated by comparing the root release water of duckweed and plants grown in raw and diluted raw waters with that of the duckweed and plants grown in a control which does not contain toxic substances. In addition, the water quality toxicity of the water samples is assessed by comparing the root escape rates of duckweed and plants cultured in raw and diluted raw waters with the root release rates of duckweed and plants cultured in a control free of toxic substances. At this time, the quantitative value for water toxicity is expressed as a half maximal effective concentration (EC 50 ) to a no observable effect concentration (NOEC) value.
  • EC 50 half maximal effective concentration
  • NOEC no observable effect concentration
  • Half maximal effective concentration is a waterbody whose root dropout or root dropout rate of duckweed and plant is 50% less than the root dropout or root dropout rate of duckweed and plants grown in a control group that does not contain toxic substances.
  • concentration of the sample which is represented by a specific concentration of a single toxic substance in the case of a water sample containing a single toxic substance, and by the dilution rate of the raw water in the case of unknown raw water containing a plurality of toxic substances.
  • the no-affected concentration is the concentration of water samples in which the root or water drop rate of duckweed and plant was maintained at a level that was not significantly different from the root and number of root breakdown or root drop of plants grown in the control group containing no toxic substances.
  • the Toxic Unit can be expressed as follows to convert the half-water effective concentration into actual water sample toxicity. Can be.
  • toxicity of a water sample can be evaluated by the following equation.
  • Toxic substances that can be diagnosed by the water toxicity evaluation method of the present invention include silver (Ag; Silver), aluminum (Al; Aluminum), arsenic (As; Arsenic), cadmium (Cd; Cadmium), cobalt (Co; Cobalt), chromium ( Heavy metals such as Cr; Chromium, Cu; Copper, Fe; Iron, Mercury, Ni; Nickel, Pb; Lead, and Zinc; There is Liu.
  • the water toxicity evaluation method of the present invention can be usefully used to quickly determine the sludge dilution drainage to be taken so as not to adversely affect the ecosystem before throwing sewage and wastewater sludge.
  • the method of the present invention cannot detect unknown toxic substances when introduced into water bodies among the problems inherent in water pollution measurement methods that depend on the conventional chemical analysis method, and furthermore, the actual ecosystem only has the result value by chemical analysis. It is a practical technique that makes up for the drawback that there is no prediction about the effects of water pollution.
  • Lemna minor a frog rice plant, of duckweed and plants is placed in a 25 cm wide, 10 cm long, 15 cm high tank containing 1.5 L of Steinberg medium (pH 7 ⁇ 0.2), and then transferred to the incubator. It was stop-cultured at the temperature of 25 degreeC, irradiating with the light irradiation amount of 20-30 micromol photon / m ⁇ 2> * s (light cycle is 24 hours continuous light conditions). In this case, a white fluorescent lamp was used as the light source. In order to prevent contamination with the outside, the tank was covered with a transparent plastic lid, and the artificial medium Steinberg medium (pH 7 ⁇ 0.2) was replaced every 7 days.
  • Table 1 shows the components and concentrations included in the Steinberg artificial medium which is the artificial medium used in the embodiment of the present invention.
  • the artificial medium includes a total of five stock solutions, and each stock solution consists of a solution containing duckweed and inorganic to organic components necessary for the cultivation of plants.
  • the pre-cultivated plants of the genus Frog healthy individuals with 2-3 roots and 1 root were selected.
  • the screened individuals were placed in a 6-well plate containing culture medium, 10 per well, and the lid of the well was sealed by wrapping around a 6-well plate with a paraffin film.
  • the Frogweed plants were incubated for 5 days under various light dosages, various culture temperatures, and pH conditions of various culture solutions.
  • the culture medium was used Steinberg medium (pH 7 ⁇ 0.2), the pH of the culture medium was adjusted using 1M HCl aqueous solution or 1M NaOH aqueous solution.
  • a white fluorescent lamp was used to irradiate a predetermined amount of light or to form a dark condition using aluminum foil.
  • the root release number of the plant of the genus Frog was measured with the naked eye and the root release rate was calculated. It was.
  • Figure 1 shows the root departure rate of the plant in the genus Frog as a cultivation day under various light irradiation conditions.
  • the light cycle was 24 hours continuous light conditions
  • the culture temperature was 25 °C
  • the pH of the culture medium was about 7.0.
  • the light irradiation condition is a dark condition, that is, when the light irradiation amount is 0 ⁇ mol photon / m 2 ⁇ s
  • the root release rate of the plant in the frog was increased in proportion to the culture day, and almost on the fourth day of the culture. Root escape rate was more than 90%.
  • the light irradiation amount is very weak (for example, when the light irradiation amount is 5 ⁇ mol photon / m2 ⁇ s), the root departure rate of the plant in the rice frogs decreased sharply, the light irradiation amount is 25 ⁇ mol photon / m2 In the case of more than s, the roots of the plant in the frog were hardly escaped even when the incubation time was increased.
  • Figure 2 shows the root departure rate of the plant in rice plants according to the cultivation day under various culture temperature conditions.
  • the light irradiation conditions in the culture were dark conditions (light irradiation amount: 0 ⁇ mol photon / m 2 ⁇ s), and the pH of the culture solution was about 7.0.
  • the incubation temperature is 15 ° C.
  • the root release rate of the plant is not significantly increased
  • the incubation temperature is 25 to 30 ° C.
  • the plant is 3 days from the culture. Root escape rate increased significantly in proportion to the incubation time.
  • Figure 3 shows the root departure rate of the plant in rice plants according to the cultivation day under various pH conditions.
  • the light irradiation conditions in the culture were dark conditions (light irradiation amount: 0 ⁇ mol photon / m 2 ⁇ s), and the culture temperature was 25 ° C.
  • the pH of the culture medium is 3
  • the root release rate of the plant in the genus Frog appeared to be the highest until the third day of the culture, because the plant in the filamentous rice was killed due to the acidity of the culture.
  • the pH of the culture medium was 5-11, the root release rate was almost similar on the 3rd day of culture, and the highest root release rate was shown on the culture medium with pH 7 on the 4th day of culture.
  • Optimal culture conditions for root departure of the frog family belonging to the duckweed family were dark conditions for light irradiation, the culture temperature was 25 ⁇ 2 °C, pH was 7 ⁇ 0.2.
  • the toxic standard solution was diluted with Steinberg medium by half dilution to prepare a toxic standard solution diluted to 50%, 25%, 12.5%, and 6.25% of the initial concentration.
  • the pH of the toxic standard solution and diluted toxic standard solution was adjusted to 7.0 ⁇ 0.1 using 1M aqueous hydrochloric acid solution or 1M sodium hydroxide solution.

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Abstract

본 발명은 수체 샘플이 수용된 배양용 용기에 개구리밥과 식물을 투입하고 0(암 조건) 내지 1 μ㏖ photon/㎡·s 의 광 조사량 조건에서 배양하는 단계; 및 배양이 완료된 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수 또는 뿌리 이탈률을 측정하는 단계를 포함하는 수질 독성 평가 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 수질 독성 평가 방법은 수질 독성 평가를 위한 파라미터로 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수 또는 뿌리 이탈률을 이용하고, 개구리밥과 식물을 뿌리 이탈을 촉진하는 조건에서 배양하기 때문에 소정의 이미지 분석장치 없이 육안으로 수질 독성 평가가 가능하고, 수질 독성 판별 시간이 약 2일 이내로 단축되고, 수질 독성원에 대한 높은 민감성을 가지며, 다양한 독성물질에 의한 수질 오염의 평가가 가능하다.

Description

개구리밥과 식물의 뿌리 이탈을 이용한 수질 독성 평가 방법
본 발명은 수질 독성 평가 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈을 이용한 수질 독성 평가 방법에 관한 것이다.
인류의 활동과 산업의 발달로 새롭고 잠재적인 위해성을 지닌 화학물질이 생산되고 수서 생태계로 유입되고 있다. 현대화학의 발전은 알려진 유용한 화학물의 생산량을 높이는데 기여했을 뿐만 아니라 매일 1200 여종 가량의 새로운 물질도 만들어내고 있다. 물질의 이동과 변환이 급속하게 일어나는 수서 생태계의 특성상, 이러한 독성 물질에 대한 위해성을 평가하고 법적인 대처를 취하는 노력이 이루어지지 않는다면 매년 수천 종의 화학물질을 함유한 산업폐수와 도시하수에 의해서 위기에 처하게 될 위험성에 노출되어 있다.
하천 및 호소를 오염시키는 오염물질에는 산업체에서 유래하는 중금속과 VOCs, 농업용 제초제, 살충제 그리고 인구 밀집도시에서 방출되는 방대한 생활폐수에 함유된 질소와 인 화합물 등이 있는데 이러한 오염물질들에 의한 위해성을 평가하기 위해서 전통적으로 이화학적 방법이 사용되고 있다. 이화학적 방식이란 수체 내의 용존산소량 (DO), 생물화학적 산소요구량 (BOD), 화학적 산소요구량 (COD), 탁도, 전기전도도 및 pH등과 부영양화를 유발시키는 질산염과 인산염을 정량적으로 측정하거나 중금속을 분석하여 수질 오염 정도의 기준으로 삼는 방식을 지칭한다. 그러나, 이러한 방법은 장시간, 고비용, 전문기술 등을 필요로 한다는 단점과 함께 생물학적 이용성, 복합효과(상승 또는 길항 작용 등)와 나아가 생태학적 의미에 대한 정보를 제공해줄 수 없다.
이 같은 제약점을 극복하기 위해 국제적으로 수중 미생물, 조류 (algae), 수중 무척추 동물 및 수생 관속 식물 등 지표 생물을 이용한 오염 진단 방식에 대한 관심이 고조되어 최근 국제 사회에서 제정한 환경 규약을 보면 환경 독성을 평가하는데 있어서 지표 생물에 의한 독성평가 자료를 차용하고 있음을 알 수 있다. 이러한 지표 생물을 이용한 오염 진단방식은 종래에 생물체 내의 오염물질의 농도를 직접 측정하거나 서식처의 오염 등급별 서식종의 존재 여부로 판정하는 Bioindicator식 개념에서 현재는 생물 개체 또는 그 하위의 생물학적 조직 단위의 특성을 이용하여 오염물질을 진단하는 Biomonitor식 방법으로 진화하고 있다. 후자의 방법은 생물의 다양한 생리학적 변화를 통해 환경에 존재하는 단독 혹은 혼합 물질의 위해성을 정량화하거나 그 물질의 잠재적인 영향력을 평가할 수 있으므로 환경오염이 광역화되기 이전에 그 징후를 사전에 파악할 수 있고 생태학적 의미를 찾을 수 있다는 장점을 내포하고 있다.
과거 국제적으로 독성 연구에 사용되었던 생물종은 대부분의 경우 수서 척추동물 또는 무척추 동물이었지만 최근 들어 수서 생태계 내의 수생 식물의 역할이 부각되어 수생 식물을 이용한 독성 평가 방법에 대해 관심이 증가하고 있다. 수생 식물은 수중 생태계의 1차 생산자로서 동식물 플랑크톤, 무척추동물 및 어류의 서식처가 되며, 많은 유기물질을 흡수정화하는 능력을 갖고 있다.
특히 수생 식물 중 개구리밥은 수서 독성과 광독성 테스트 모델로 권장되고 있다. 개구리밥과(Lemnoideae)에 속하는 식물은 가장 작은 단자엽의 일년생 수생 식물로 논 물, 호수, 연못 등의 정수나 유속이 느린 물에 살며 물 표면에 떠서 살기도 하고, 물에 잠겨서 사는 것도 있다. 개구리밥과 식물은 개구리밥속(Spirodela), 좀개구리밥속(Lemna), 좀분개구리밥속(Wolffia), Landoltia 및 Wolffiella 등과 같은 5개의 속으로 나뉘고, 세계적으로 약 30종이 분포하고 있는 것으로 알려져 있다.
현재까지 국제표준화기구(ISO), 미국 환경보호청(EPA), 및 경제협력개발기구(OECD)에 등록된 종래의 개구리밥을 이용한 수질 독성 평가 방법을 살펴보면 개구리밥을 수체 샘플에 배양한 후 잎의 수(frond number), 잎의 면적(frond area), 군체수(population growth rate), 습중량(fresh weight), 건중량(dry weight), 또는 색소 함량(pigment contents)의 변화량을 측정하는 것으로 구성된다. 그러나, 종래의 개구리밥을 이용한 수질 독성 평가 방법은 유효한 변화량을 확보하기 위하여 배양 시간이 약 7일 정도 소요되고 독성원에 대한 민감성이 떨어지는 등의 문제가 있으며, 이를 개선시켜야 할 필요가 있다.
본 발명은 종래의 기술적 배경하에서 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 평가 시 소요되는 시간이 짧고 민감도가 우수한 새로운 수질 독성 평가 방법을 제공하는데에 있다.
본 발명의 발명자들은 개구리밥과 식물의 다양한 특성을 이용한 수질 독성 평가 방법에 대해 지속적으로 연구를 해왔고, 생태 독성 평가를 위한 파라미터로 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수 또는 뿌리 이탈률을 이용하는 경우 생태 독성, 특히 수질 독성 평가 시 소요 시간이 짧고 민감도가 우수하며 다양한 독성물질에 대한 평가가 가능하다는 점을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명은 수체 샘플이 수용된 배양용 용기에 개구리밥과 식물을 투입하고 0(암 조건) 내지 1 μ㏖ photon/㎡·s 의 광 조사량 조건에서 배양하는 단계; 및 배양이 완료된 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수 또는 뿌리 이탈률을 측정하는 단계를 포함하는 수질 독성 평가 방법을 제공한다.
상기 수체 샘플은 바람직하게는 원수 및 희석 배수가 서로 다른 적어도 2개 이상의 희석 원수로 구성되고, 상기 희석 원수는 원수를 스테인버그 배지(Steinberg medium)로 희석하여 제조된다. 또한, 상기 수체 샘플은 바람직하게는 원수의 대조군으로 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈을 저해하는 독성 물질을 포함하지 않는 배양액을 더 포함한다. 상기 독성 물질은 은(Ag; Silver), 알루미늄(Al; Aluminum), 비소(As; Arsenic), 카드뮴(Cd; Cadmium), 코발트(Co; Cobalt), 크롬(Cr; Chromium), 구리(Cu; Copper), 철(Fe; Iron), 수은(Hg; Mercury), 니켈(Ni; Nickel), 납(Pb; Lead), 및 아연(Zn; Zinc)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속류일 수 있다. 또한, 상기 대조군은 바람직하게는 스테인버그 배지(Steinberg medium)이다. 또한, 상기 수체 샘플의 pH는 5~11인 것이 바람직하다.
또한, 상기 배양하는 단계의 배양 온도는 20~35℃인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 수질 독성 평가 방법은 수질 독성 평가를 위한 파라미터로 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수 또는 뿌리 이탈률을 이용하고, 개구리밥과 식물을 뿌리 이탈을 촉진하는 조건에서 배양하기 때문에 소정의 이미지 분석장치 없이 육안으로 수질 독성 평가가 가능하고, 수질 독성 판별 시간이 약 2일 이내로 단축되고, 수질 독성원에 대한 높은 민감성을 가지며, 다양한 독성물질에 의한 수질 오염의 평가가 가능하다.
도 1은 다양한 광 조사량 조건 하에서 배양일의 경과에 따른 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈률을 나타낸 것이다.
도 2는 다양한 배양 온도 조건 하에서 배양일의 경과에 따른 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈률을 나타낸 것이다. 도 2의 실험에서 배양시 광 조사 조건은 암 조건(광 조사량 : 0 μ㏖ photon/㎡·s) 이었고, 배양액의 pH는 약 7.0 이었다.
도 3은 다양한 pH 조건 하에서 배양일의 경과에 따른 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈률을 나타낸 것이다. 도 3의 실험에서 배양시 광 조사 조건은 암 조건(광 조사량 : 0 μ㏖ photon/㎡·s) 이었고, 배양 온도는 25℃ 이었다.
본 발명은 판별 시간이 짧고, 조작이 간단하며, 다양한 독성물질에 대해 높은 민감성을 가지는 수질 독성 평가 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 수질 독성 평가 방법은 수체 샘플이 수용된 배양용 용기에 개구리밥과 식물을 투입하고 소정의 광 조사량 조건에서 배양하는 단계; 및 배양이 완료된 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수 또는 뿌리 이탈률을 측정하는 단계를 포함한다. 이하, 본 발명에 따른 수질 독성 평가 방법을 구성요소별로 나누어 설명한다.
수체 샘플
수체(water body) 샘플은 물이 주요 부피를 차지하는 샘플을 말하는 것으로서, 본 발명에 따른 수체 샘플은 해수, 하천, 호수, 폐수, 방류수, 오수, 슬러지 용출수, 토양 용출수, 퇴적토 용출수 등에서 채취한 샘플을 포함한다.
최초의 수체 샘플(이하, 원수)은 원수 이외에 원수를 인공 배지나 물과 같이 독성물질을 포함하지 않는 액체로 희석하여 적어도 2가지 이상, 바람직하게는 4가지 이상의 농도로 구배화시킨 희석 원수들로 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 사용되는 희석 방법은 크게 제한되지 않으며, 일 예로 반수 희석법[100%(원수 자체), 50%(원수의 1/2 농도로 희석한 것), 25%(원수의 1/4 농도로 희석한 것), 12.5%(원수의 1/8 농도로 희석한 것), 6.25%(원수의 1/16 농도로 희석한 것)]이 있다. 원수를 희석하기 위한 액체는 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈을 저해하는 독성 물질을 포함하지 않고 개구리밥과 식물의 배양과 양립할 수 있는 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 물, 스테인버그 배지(Steinberg medium), 호그랜드 배지(Hoagland's medium) 등이 있으며, 이 중 개구리밥과 식물의 원활한 배양을 고려할 때 스테인버그 배지(Steinberg medium)인 것이 바람직하다.
또한, 수체 샘플은 바람직하게는 원수의 대조군으로 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈을 저해하는 독성물질을 포함하지 않는 배양액을 더 포함한다. 상기 대조군을 구성하는 배양액은 공지된 다양한 액상 배지 등에서 선택될 수 있으며, 구체적으로 스테인버그 배지(Steinberg medium) 또는 호그랜드 배지(Hoagland's medium) 등이 있고, 이 중 개구리밥과 식물의 원활한 배양을 고려할 때 스테인버그 배지(Steinberg medium)인 것이 바람직하다. 상기 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈을 저해하는 독성 물질은 예를 들어 은(Ag; Silver), 알루미늄(Al; Aluminum), 비소(As; Arsenic), 카드뮴(Cd; Cadmium), 코발트(Co; Cobalt), 크롬(Cr; Chromium), 구리(Cu; Copper), 철(Fe; Iron), 수은(Hg; Mercury), 니켈(Ni; Nickel), 납(Pb; Lead), 및 아연(Zn; Zinc)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속류로 구성될 수 있다.
또한, 상기 원수, 희석 원수들 또는 원수의 대조군 등을 포함하는 수체 샘플은 배양용 용기에 수용되기 전 또는 배양용 용기에 수용된 후, 개구리밥과 식물의 원활한 배양을 위해 pH가 소정의 범위로 조정되는 것이 바람직하다. 구체적으로 수체 샘플의 pH는 5~11로 조정되는 것이 바람직하고, 6~11로 조정되는 것이 더 바람직하다. 수체 샘플의 pH가 5 미만인 경우 배양 과정에서의 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈은 배양액의 산도로 인한 개구리밥과 식물의 사멸에 기인한 것이어서 수질 독성 평가의 신뢰도를 떨어뜨릴 수 있다.
배양용 용기
배양용 용기는 수체 샘플 및 개구리밥과 식물을 수용하고, 이후 배양기에 넣어져 개구리밥과 식물을 배양하기 위한 것으로서, 그 형태는 크게 제한되지 않으며, 일 예로 웰 플레이트(Well plate), 삼각플라스크(Erlenmeyer flask) 등이 있다. 웰 플레이트는 적어도 6개 이상의 웰(Well)을 포함하는 것이 바람직한데, 1개의 웰에는 대조군으로서 독성물질을 포함하지 않는 인공 배지를 넣어 개구리밥과 식물을 배양하고, 나머지 5개의 웰에는 원수와 4개의 희석 원수들을 넣어 개구리밥과 식물을 배양한다. 또한, 웰 플레이트는 다양한 원수들의 수질 독성을 한번에 평가할 수 있는 측면을 고려할 때 더 바람직하게는 12개 이상의 웰, 가장 바람직하게는 24개 이상의 웰을 포함하는 것이 바람직하다. 삼각플라스크의 크기는 크게 제한 되지는 않으나 200㎖ 내지 100㎖인 것이 바람직하다.
개구리밥과 식물
개구리밥과 식물은 천남성과의 하위 아과 식물로서, 세계에 널리 분포하며, 6속의 약 30종 가량이 알려져 있는데, 한국에는 개구리밥(Spirodela polyrhiza)과 좀개구리밥(Lemna paucicostata) 2종이 자란다. 또한, 좀개구리밥속에 속하는 종으로는 Lemna gibba, Lemna minor, Lemna minuta, Lemna trisulca, Lemna valdiviana, Lemna perpusilla 등이 있다. 개구리밥과 식물은 전체가 엽상체(frond; 2~3 개로 길게 갈라진 잎), 연결사 및 뿌리의 3부분으로 이루어진다. 본 발명에서는 수질 독성의 평가를 위한 바이오마커로서 수생 식물에 속하는 개구리밥과 식물, 바람직하게는 좀개구리밥속에 속하는 Lemna gibba, Lemna minor, Lemna paucicostata를 이용한다.
개구리밥과 식물의 배양
개구리밥과 식물 및 수체 샘플을 함유하는 배양용 용기는 배양기에 옮겨지고, 이후 소정의 광 조사량 조건에서 개구리밥과 식물이 배양된다. 이때, 개구리밥과 식물의 배양 시간은 크게 제한되지 않으나 수질 독성 평가의 신뢰성을 확보하는 측면에서 적어도 24~72 hr인 것이 바람직하고, 36~60 hr인 것이 더 바람직하다. 또한, 개구리밥과 식물의 배양시 광 조사량은 원활한 뿌리 이탈을 담보하는 관점에서 0(암 조건) 내지 1 μ㏖ photon/㎡·s 인 것이 바람직하고, 0(암 조건) 내지 0.5 μ㏖ photon/㎡·s 인 것이 더 바람직하며, 0(암 조건)~0.1 μ㏖ photon/㎡·s 인 것이 가장 바람직하다. 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈은 암 조건에서 원활하게 이루어지며, 개구리밥과 식물의 배양시 광 조사량이 1 μ㏖ photon/㎡·s 를 초과하는 경우 수체 샘플에 존재하는 독성 물질의 종류 및 양에 상관없이 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈이 유의적인 수준으로 이루어지지 않아 수질 독성을 평가하기가 어렵게 된다. 또한, 개구리밥과 식물의 배양시 배양 온도는 원활한 뿌리 이탈을 담보하는 관점에서 20~35℃인 것이 바람직하고, 25~30℃인 것이 더 바람직하다. 다만, 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈을 위한 최적 배양 조건(예를 들어 배양 시간, 광 조사량 및 배양 온도 등)은 개구리밥과 식물의 종류에 따라 다소 변경될 수 있다.
개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수 또는 뿌리 이탈률 측정 및 수질 독성 평가
개구리밥과 식물을 수체 샘플이 담겨진 배양용 용기에 넣고 특정 배양 조건에서 약 48시간 동안 배양하면 수체 샘플 내 독성 물질의 종류 또는 함량에 따라 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수 또는 뿌리 이탈률이 달라진다. 배양이 완료된 후 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수를 측정하고 뿌리 이탈률은 다음과 같은 식으로 계산될 수 있다.
Figure PCTKR2016002607-appb-I000001
상기 식에서 Rt는 배양 전 배양용 용기에 담겨진 개구리밥과 식물의 전체 뿌리수를 나타내고, Ra는 배양 후 배양용 용기에 담겨진 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수를 나타낸다.
수체 샘플의 수질 독성은 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수 또는 뿌리 이탈률을 이용하여 평가될 수 있다. 구체적으로, 수체 샘플의 수질 독성은 원수 및 희석 원수들에서 배양된 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수를 독성 물질을 포함하지 않는 대조군에서 배양된 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수와 비교하여 평가된다. 또한, 수체 샘플의 수질 독성은 원수 및 희석 원수들에서 배양된 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈률을 독성 물질을 포함하지 않는 대조군에서 배양된 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈률와 비교하여 평가된다. 이때, 수질 독성에 대한 정량적인 값은 반수 유효 농도(Half maximal effective concentration, EC50) 내지 무영향 농도(No Observed Effect Concentration, NOEC) 값으로 표시된다.
반수 유효 농도(Half maximal effective concentration, EC50)는 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수 또는 뿌리 이탈률이 독성 물질을 포함하지 않는 대조군에서 배양된 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수 또는 뿌리 이탈률보다 50% 감소하는 수체 샘플의 농도를 의미하는 것으로서, 단일 독성 물질을 포함하는 수체 샘플의 경우 단일 독성 물질의 특정 농도로 표시되고 다수의 독성 물질을 포함하는 미지의 원수의 경우 원수의 희석률로 표시된다. 무영향 농도는 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수 또는 뿌리 이탈률이 독성 물질을 포함하지 않는 대조군에서 배양된 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수 또는 뿌리 이탈률과 유의적 차이가 없는 수준으로 유지되는 수체 샘플의 농도를 의미하는 것으로서, 반수 유효 농도와 마찬가지로 단일 독성 물질을 포함하는 수체 샘플의 경우 특정 농도로 표시되고 다수의 독성 물질을 포함하는 미지의 원수의 경우 희석률로 표시된다. 한편, 반수 유효 농도의 크기와 커질수록 실제 수체 샘플의 독성은 상대적으로 작다는 것을 의미하기 때문에 반수 유효 농도를 실제 수체 샘플 독성으로 환산하기 위해 독성 단위(Toxic Unit, TU)을 다음과 같이 표시할 수 있다.
TU = 100/반수 유효 농도(%)
또한, 수체 샘플의 독성은 다음과 같은 식으로도 평가할 수 있다.
Figure PCTKR2016002607-appb-I000002
본 발명에 따른 수질 독성 평가 방법의 용도
본 발명의 수질 독성 평가 방법으로 진단 가능한 독성 물질은 은(Ag; Silver), 알루미늄(Al; Aluminum), 비소(As; Arsenic), 카드뮴(Cd; Cadmium), 코발트(Co; Cobalt), 크롬(Cr; Chromium), 구리(Cu; Copper), 철(Fe; Iron), 수은(Hg; Mercury), 니켈(Ni; Nickel), 납(Pb; Lead), 및 아연(Zn; Zinc) 등과 같은 중금속 류가 있다. 또한, 본 발명의 수질 독성 평가 방법은 하수 및 폐수 오니를 투척하기 전에 생태계에 부정적인 영향을 끼치지 않도록 하기 위해서 취해야할 오니 희석 배수를 신속하게 결정하는데도 유용하게 사용될 수 있다. 본 발명의 방법은 종래의 화학적 분석 방식에 의존한 수질 오염 측정법에 내재된 문제점 중 미지의 독성 물질이 수체 내에 투입되었을 때 그것을 탐지해낼 수 없고, 더 나아가 화학적 분석에 의한 결과 수치만을 가지고는 실제 생태계에 끼칠 수 있는 수질 오염의 영향에 대해 전혀 예측할 수가 없다는 단점을 보완한 실용적인 기법이라고 할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 제한하는 것은 아니다.
1. 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈을 위한 최적 배양 조건 확립
(1) 개구리밥과 식물의 전처리 배양
개구리밥과 식물 중 좀개구리밥속 식물인 Lemna minor를 1.5L의 스테인버그 배지(Steinberg medium; pH는 7±0.2)가 담긴 가로 25㎝, 세로 10㎝, 높이 15㎝의 수조에 넣은 뒤 배양기로 옮기고, 20-30 μ㏖ photon/㎡·s의 광 조사량으로 (광 주기는 24시간 연속광 조건임) 조사하면서 25℃의 온도에서 정지 배양하였다. 이때, 광원은 백색 형광등을 사용하였다. 외부와의 오염 방지를 위해 소조는 투명한 플라스틱 뚜껑으로 덮어주었고, 인공 배지인 스테인버그 배지(Steinberg medium; pH는 7±0.2)는 7일 간격으로 전량 교체해 주었다.
표 1은 본 발명의 실시예에서 사용된 인공 배지인 스테인버그(Steinberg) 인공 배지에 포함되는 성분과 농도를 나타낸 것이다. 표 1에 나타나는 바와 같이 인공 배지는 총 5개의 스톡 용액(Stock solution)을 포함하며, 각각의 스톡 용액은 개구리밥과 식물의 배양에 필요한 무기 성분 내지 유기 성분을 포함하는 용액으로 구성된다.
스톡 용액 구분 스톡 용액을 구성하는 성분의 종류 스톡 용액내에서의 구성 성분의 농도(g/ℓ) 인공 배지 1리터당 스톡 용액이 차지하는 부피(㎖/ℓ)
Ⅰ KNO3 17.5 20
K2HPO4 4.5
KH2PO4 0.63
Ⅱ MgSO47H2O 5 20
Ⅲ Ca(NO3)24H2O 14.75 20
Ⅳ H3BO₃ 0.12 1
ZnSO47H2O 0.18
Na2MoO42H2O 0.044
MnCl24H2O 0.18
Ⅴ FeCl36H2O 0.76 1
Na2-EDTA2H2O 1.5
(2) 개구리밥과 식물의 배양
전처리 배양된 좀개구리밥속 식물 중에서 뿌리가 약 10㎜ 이상 자라고 2-3개의 엽상체(frond)와 1개의 뿌리를 가진 건강한 개체를 선별하였다. 선별된 개체들을 배양액이 수용된 6웰 플레이트에 웰 당 10개씩 넣고 웰의 뚜껑을 덮은 후 파라핀 필름으로 6웰 플레이트 주변을 감아 밀봉하였다. 이후, 다양한 광 조사량, 다양한 배양 온도 및 다양한 배양액의 pH 조건하에서 좀개구리밥속 식물을 5일 동안 배양하였다. 이때, 배양액으로 스테인버그 배지(Steinberg medium; pH는 7±0.2)를 사용하였고, 배양액의 pH는 1M HCl 수용액 또는 1M NaOH 수용액을 사용하여 조정하였다. 또한, 백색 형광등을 이용하여 소정의 광 조사량으로 조사하거나 알루미늄 호일을 이용하여 암 조건을 형성하였다.이후, 배양일의 경과에 따른 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈수를 육안으로 측정하고 뿌리 이탈률을 계산하였다.
도 1은 다양한 광 조사량 조건 하에서 배양일의 경과에 따른 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈률을 나타낸 것이다. 도 1의 실험에서 광 주기는 24시간 연속광 조건이었고, 배양 온도는 25℃ 이었고 배양액의 pH는 약 7.0 이었다. 도 1에서 보이는 바와 같이 광 조사 조건이 암 조건인 경우, 즉 광 조사량이 0 μ㏖ photon/㎡·s인 경우 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈률이 배양일에 비례하여 증가하였고, 배양 4일째에는 거의 90% 이상의 뿌리 이탈률을 보였다. 반면, 광 조사량이 매우 약한 경우(예를 들어, 광 조사량이 5 μ㏖ photon/㎡·s인 경우)에도 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈률이 급격하게 감소하였고, 광 조사량이 25 μ㏖ photon/㎡·s 이상인 경우에는 배양 시간이 증가하여도 좀개구리밥속 식물의 뿌리가 거의 이탈하지 않았다.
도 2는 다양한 배양 온도 조건 하에서 배양일의 경과에 따른 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈률을 나타낸 것이다. 도 2의 실험에서 배양시 광 조사 조건은 암 조건(광 조사량 : 0 μ㏖ photon/㎡·s) 이었고, 배양액의 pH는 약 7.0 이었다. 도 2에서 보이는 바와 같이 배양 온도가 15℃인 경우 배양 시간이 증가하여도 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈률은 크게 증가하지 않은 반면, 배양 온도가 25~30℃인 경우 배양 3일부터 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈률이 배양 시간에 비례하여 크게 증가하였다.
도 3은 다양한 pH 조건 하에서 배양일의 경과에 따른 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈률을 나타낸 것이다. 도 3의 실험에서 배양시 광 조사 조건은 암 조건(광 조사량 : 0 μ㏖ photon/㎡·s) 이었고, 배양 온도는 25℃ 이었다. 도 3에서 보이는 바와 같이 배양액의 pH가 3인 경우 배양 3일째까지 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈률이 가장 높게 나타났으나, 이는 배양액의 산도로 인해 좀개구리밥속 식물이 사멸하였기 때문이다. 배양액의 pH가 5~11인 경우 배양 3일째에 거의 비슷한 뿌리 이탈률을 보였고, 배양 4일째에 pH가 7인 배양액에서 가장 높은 뿌리 이탈률을 보였다.
개구리밥과에 속하는 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈을 위한 최적 배양 조건은 광 조사의 경우 암 조건, 배양 온도는 25±2℃, pH는 7±0.2인 것으로 나타났다.
2. 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈률을 이용한 독성물질 표준 용액의 수질 독성 평가
(1) 독성물질 표준 용액의 준비
단일 금속류 독성물질로 비소(As), 카드뮴(Cd), 6가 크롬(Cr6 +), 구리(Cu), 수은(Hg) 및 은(Ag)을 각각 포함하는 독성물질 표준용액을 준비하였다. 또한, 독성물질 표준용액을 반수 희석법에 의해 Steinberg 배지로 희석하여 초기 농도의 50%, 25%, 12.5%, 6.25%로 희석된 독성물질 표준용액을 준비하였다. 이때, 독성물질 표준용액 및 희석된 독성물질 표준용액의 pH를 1M 염산 수용액이나 1M 수산화나트륨 수용액을 사용하여 7.0±0.1로 조정하였다.
(2) 독성물질 표준용액 상에서 좀개구리밥속 식물의 배양
전처리 배양된 좀개구리밥속 식물 중에서 뿌리가 약 10㎜ 이상 자라고 2-3개의 엽상체(frond)와 1개의 뿌리를 가진 건강한 개체를 선별하였다. 이후, 6웰 플레이트의 웰에 대조군 용액(Steinberg 배지), 독성물질 표준용액 및 희석된 독성물질 표준용액을 각각 10㎖씩 넣고, 여기에 선별한 개체를 웰 당 10개씩 넣고 웰의 뚜껑을 덮은 후 파라핀 필름으로 6웰 플레이트 주변을 감아 밀봉하였다. 이후, 6웰 플레이트를 배양기에 옮겨 넣고, 광 조사가 차단된 암 조건 및 25℃의 온도에서 48hr 동안 배양하였다. 동일한 조건의 실험을 총 3회 반복하였다.
(3) 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈률 측정 및 단일 금속류 독성물질의 수질 독성 평가
좀개구리밥속 식물의 배양 후 24hr 및 48hr가 경과하였을 때 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈수를 육안으로 관찰하고 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈률을 계산하였다. 이후, 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈률을 기준으로 단일 금속류 독성물질 각각의 반수 유효 농도(EC50)를 점예측기법(point estimation techniques)을 사용하여 계산하였다. 하기 표 2는 좀개구리밥속 식물을 24hr 및 48hr 동안 배양한 후 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈률을 기준으로 계산한 단일 금속류 독성물질 각각의 반수 유효 농도(EC50)이다.
금속류 독성물질 배양 24hr 후 Lemna minor 뿌리 이탈률을 기준으로 한 EC50(㎎/L) 배양 48hr 후 Lemna minor 뿌리 이탈률을 기준으로 한 EC50(㎎/L)
AS 4.630 3.950
Cd > 5 0.127
Cr6+ > 5 2.419
Cu 0.106 0.125
Hg 0.098 0.070
Ag 0.043 0.018
표 2에서 보이는 바와 같이 좀개구리밥속 식물의 뿌리 이탈률을 수질 독성 평가를 위한 기준 파라미터로 하였을 때 수질 독성 평가에 소요되는 시간은 크게 단축되고 단일 금속류 독성물질에 대한 반응 민감성은 매우 높은 것으로 나타났다.
이상에서와 같이 본 발명을 상기의 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 특정 실시 형태로 국한되는 것이 아니며, 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 형태들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 수체 샘플이 수용된 배양용 용기에 개구리밥과 식물을 투입하고 0(암 조건) 내지 1 μ㏖ photon/㎡·s 의 광 조사량 조건에서 배양하는 단계; 및
    배양이 완료된 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈수 또는 뿌리 이탈률을 측정하는 단계를 포함하는 수질 독성 평가 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 수체 샘플은 원수 및 희석 배수가 서로 다른 적어도 2개 이상의 희석 원수로 구성되고,
    상기 희석 원수는 원수를 스테인버그 배지(Steinberg medium)로 희석하여 제조된 것을 특징으로 하는 수질 독성 평가 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 희석 원수는 반수 희석법에 의해 희석되는 것을 특징으로 하는 수질 독성 평가 방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 수체 샘플은 원수의 대조군으로 개구리밥과 식물의 뿌리 이탈을 저해하는 독성 물질을 포함하지 않는 배양액을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 독성 평가 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 독성 물질은 은(Ag; Silver), 알루미늄(Al; Aluminum), 비소(As; Arsenic), 카드뮴(Cd; Cadmium), 코발트(Co; Cobalt), 크롬(Cr; Chromium), 구리(Cu; Copper), 철(Fe; Iron), 수은(Hg; Mercury), 니켈(Ni; Nickel), 납(Pb; Lead), 및 아연(Zn; Zinc)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속류인 것을 특징으로 하는 수질 독성 평가 방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 대조군은 스테인버그 배지(Steinberg medium)인 것을 특징으로 하는 수질 독성 평가 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 수체 샘플의 pH는 5~11인 것을 특징으로 하는 수질 독성 평가 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 배양하는 단계의 배양 온도는 20~35℃인 것을 특징으로 하는 수질 독성 평가 방법.
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