식물플랑크톤의 alkaline phosphatase 활성과 용존태 유기인의 이용성

Abstract

본 연구는 우리나라 남해안의 여수 인근에 위치한 가막만 북부해역의 현장조사를 통해 alkaline phosphatase (APase) 활성의 mechanisam을 규명하고, 실내실험을 통해서 가막만의 대표 우점종인 규조류 Skeletonema costatum, Chaetoceros didymus와 유해․유독와편모조류 Alexandrium tamarense, Cochlodinium polykrikoides 및 침편모조류 Heterosigma akashiwo의 무기인 제한에 따른 APase 활성 및 DOP 이용성을 살펴보았다. 현장조사는 2008년 10월부터 2009년 8월까지 2개 정점을 선정하여 2개월 간격으로 관측을 수행하였으며, 하계인 2009년 6～8월은 매월 조사를 실시하였다. 수온과 염분은 하계에 높은 수온과 낮은 염분을, 동계에는 낮은 수온과 높은 염분을 보이는 전형적인 온대해역의 특성을 보였다. 조사해역의 용존태 무기질소(dissolved inorganic nitrogen; DIN)는 평균 9.57 μM, 용존태 무기인(dissolved inorganic phosphours; DIP)는 0.35 μM이며, DIN : DIP 비는 평균 31.84로 식물플랑크톤의 성장에 있어 DIP가 중요한 제한요인으로 작용하는 것으로 보인다. 한편, APase에 가수 분해되어 생물학적으로 이용 가능한 DOP의 농도(Alkaline Phosphatase Hydolyzable Phosphorus; APHP)는 춘계에 높고 하계에 낮았다. 이는 춘계에 DIP가 제한된 환경일지라도 식물플랑크톤의 성장에 이용될 수 있는 분해성 DOP가 높다는 것을 의미하며 하계에는 식물플랑크톤 성장으로 분해성 DOP가 소비되었거나, 많은 강수로 인해 난분해성 DOP가 공급되었기 때문으로 생각된다. 조사해역의 APase 활성 중 dissolved APase 활성이 total APase 활성의 약 27%를 차지하여 유기물의 무기화 과정에 중요한 역할을 수행하는 것으로 생각된다. 그리고 total APase 활성도와 DIP와의 상관관계는 높은 음의 상관관계를 보였고, Chl-a와 APase는 높은 양의 상관관계를 보였다. 따라서 가막만 북부해역은 식물플랑크톤 성장을 조절하는데 DIP가 중요한 역할을 하는 것으로 보이며, APase의 기원은 박테리아보다는 식물플랑크톤임을 알 수 있었다. 한편, 실험종의 성장 동력학 실험에서 도출된 DIP에 대한 반포화상수(half-saturation constant; Ks)는 규조류인 S. costatum과 C. didymus가 0.36 μM과 0.38 μM, 와편모조류 A. tamarense와 C. polykrikoides은 1.97 μM과 0.71 μM 그리고 침편모조류 H. akashiwo는 0.61 μM로 나타났다. 이 농도는 가막만 북부 해역의 DIP의 농도보다 높아 성장을 위해서 부족한 DIP원을 대신하여 다른 인의 공급원이 필요할 것이다. APase 활성은 S. costatum와 C. didymus는 배양액 중 DIP농도가 각각 0.30 μM과 0.33 μM에서 처음으로 APase 활성을 보였으며, 최대활성은 0.01 pmol cell-1hr-1과 0.11 pmol cell-1hr-1로 보였다. A. tamarense, C. polykrikoides 그리고 H. akashiwo는 배양액 중 DIP농도가 각각 2.04 μM, 0.83 μM 그리고 0.63 μM에서 처음으로 APase활성이 보였으며, 최대활성도는 각각 1.63, 0.70 그리고 0.19 pmol cell-1hr-1로 나타났다. 이때 APase가 최초로 유도되는 DIP농도는 각 종의 Ks값과 유사하였다. 이러한 결과는 가막만의 북부해역에서 이들 종이 DOP 이용을 위해 연중 APase 활성을 유지하는 것을 의미한다. 더욱이 DOP 이용성 실험으로부터 S. costatum, C. didymus, A. tamarense, C. polykrikoides 그리고 H. akashiwo는 인 공급원으로써 DIP이외에 다양한 phosphomonoester와 nucleotide 화합물을 이용하여 성장이 가능하였다. 따라서 가막만 북부해역과 같이 식물플랑크톤의 성장에 DIP가 제한요인으로 작용하고 있는 해역에서는 APase 활성과 DOP의 이용능력이 그들의 성장을 유지하는데 있어서 중요한 생존전략 및 우점화 전략으로 작용할 것으로 판단된다.