한국 남해안 부영양화 해역의 와편모조류 시스트 분포와 SPT 용액을 이용한 발아실험

Abstract

CHAPTER Ⅰ 자가오염으로 인한 부영양화로 인해 매년 적조가 많이 일어날 것으로 판단되는 해역의 와편모조류 시스트와 식물플랑크톤의 관계를 알아보고자 경남 통영 가두리양식장 인근해역의 와편모조류 시스트 및 식물플랑크톤의 분포와 환경요소를 2006년 5월과 9월 두 차례 조사하였다. 한국 남해안 통영 가두리양식장 인근해역의 수질을 살펴본 결과, 수온은 5월과 9월 각각 12.10 ~ 15.30℃와 24.00 ~ 26.65℃의 범위를 보이며 계절별 차이를 보였지만, 염분, pH는 큰 차이를 보이지 않았다. 조사기간 중 영양염 농도를 살펴보면, 암모니움염, 아질산염 및 질산염의 농도를 합하여 나타낸 용존무기질소는 5월과 9월 각각 4.64 ~ 6.12 μM와 6.31 ~ 8.19 μM의 변동 양상을 나타냈고, 용존무기인의 경우, 각각 0.62 ~ 1.01 μM와 1.11 ~ 1.61 μM의 변동 양상을 보였다. 조사기간 중의 퇴적 환경을 살펴본 결과, 5월과 9월 각각 강열감량, 함수율, 화학적 산소요구량, 산휘발성황화물은 큰 변동을 보이지 않았는데, 조사해역에서 퇴적물의 COD/IL 비가 1 이상의 값을 보였다. 조사해역에서 동정된 식물플랑크톤은 총 42속 71종으로 5월과 9월 모두 규조류가 우점하였다. 5월 식물플랑크톤 현존량은 평균 635,400 cells/ℓ로 나타났고, 규조류가 91%로 우점하였고, 그 중 Chaetoceros affinis가 총 현존량의 약 68%로 우점 출현하였다. 9월 조사에서 식물플랑크톤 현존량은 평균 1,351,500 cells/ℓ로 나타났고, 규조류가 72%로 우점하였고, 그 중 Chaetoceros curvisetus와 Chaetoceors laciniosus가 각각 25%, 11%로 우점 출현하였다. 와편모조류 시스트는 총 18속 32종이 동정되었고, 5월과 9월 모두 Protoperidinioid group이 우점하며 출현하였다. 5월 조사에서 시스트 농도는 평균 241 cysts/g로 나타났고, 9월 조사에서 시스트 농도는 평균 317 cysts/g로 나타났다. 종속영양종의 분포를 살펴 본 결과, 5월과 9월 모두 평균 149 cysts/g과 184 cysts/g으로 독립영양종에 비해 높은 비율로 출현하였다. 수질과 식물플랑크톤의 관계를 살펴보면, 5월과 9월 모두 주변 해역의 영양염 농도와 비교해 보았을 때, DIN과 DIP가 높은 농도를 나타내는 것으로 보아, 조사지역 주변 가두리 양식장의 투하되는 사료에 함유된 질소와 인 성분이 가두리 밖으로 유실되어 조사해역의 영양염 농도에 영향을 미친 것으로 판단된다. 또한, 퇴적물의 COD/IL 비가 1 이상으로 가두리양식장의 잉여사료 및 배설물 등 외부기원의 유기물이 유입되고 있으며, 전 정점에서 와편모조류 시스트의 분포를 살펴본 결과, 일반적인 부영양화지역의 와편모조류 시스트의 분포와 유사하게 종속영양 와편모조류 시스트가 독립영양 와편모조류 시스트보다 높았다. 또한, 타가영양 와편모조류 시스트가 5월에 비해 9월에 증가한 것은 이들의 먹이공급원인 규조류가 5월에 비해 9월에 증가하였기 때문인 것으로 판단된다. CHAPTER Ⅱ 대부분의 와편모조류 시스트 발아실험은 초음파 처리와 여과를 거쳐서 마이크로피펫을 세포를 하나씩 분리하는 panning methods (Matsuoka et al., 1989)를 따른다. 그러나 이 방법은 휴면포자 주변에 먼지 뿐만 아니라 저질 속의 유기물 등이 충분히 제거되지 않아 저질로부터 세포를 분리하는데 어려움이 따르며, 동정 또한 힘들다. 그러나 본 연구에서는 Bolch(1997)가 제안한 SPT (Sodium Polytungstate) 용액을 이용한 밀도구배법으로 발아실험을 실시해보았다. 이 방법은 SPT 용액을 와편모조류 시스트의 비중(1.3)으로 희석시킨 뒤 퇴적물의 현탁액에 주입시켜 물질 고유의 비중차에 의해 저질로부터 휴면포자를 손쉽게 분리할 수 있다. 20℃에서 15일간 발아실험을 한 결과, 종송영양종인 Protoperidinium 종들의 발아율이 높았다. 이들은 대부분 2 ~ 4일이면 발아를 하였고, 낮은 영양염 조건 하에서도 꾸준한 성장을 보였다. 그러나 Alexandirum catenella/tamarense의 발아율은 휴면기간을 지난 뒤인 1월과 2월경에 가장 높은 발아율을 보이는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 10월에 총 36 cells의 Alexandirum 휴면포자를 분리 배양하였으나 발아가 일어나지 않았던 것은 계절적 영향이 더 큰 것으로 판단된다.

CHAPTER Ⅰ clarified dynamics of dinoflagellate cyst distribution and phytoplankton assemblage in eutrophic area where is expected to occur annual blooms, due to influx of organic matters from adjacent fish and shellfish farms. Sampling was conducted twice near fish farms at Tongyeoung in the southern coastal waters of Korea on May and September 2006, respectively. When it comes to water quality on May and September, water temperature showed seasonal difference, while it ranged from 12.10 to 15.30 ℃ and from 24.00 to 26.65 ℃. However, other environmental factors such as salinity and pH did not appear such differences. In a case of nutrients on May and September, DIN (Disolved Inorganic Nitrogen) which means a sum of Ammonium, Nitrite, and Nitrate concentration ranged from 4.64 to 6.12 μM and from 6.31 to 8.19 μM on May and September, respectively and DIP (Disolved Inorganic Phosphorous) varied from 0.62 to 1.01 μM and from 1.11 to 1.61 μM. As a result of environmental factors for sediments, IL (Ignition gross), WC (Water content), COD (Chemical Oxygen Demand), and AVS (Acid Volatile Sulfide) did not show large variation during the sampling period and COD/IL ratio in the study area was more than 1. In the phytoplankton analysis, total 42 genera and 72 species were identified from the study area and Diatoms predominated both on May and September. While the phytoplankton standing crop was average 635,400 cells/ℓ and Diatoms, Chaetoceros affinis held large portion of it as 68% on May, it was average 1,351,500 cells/ℓ and Diatoms, Chetoceros curvisetus and Chaetoceros laciniosus took 25% and 11% in the standing crop. In a dinoflagellate cyst analysis, total 18 genera and 32 species were identified from the surface sediments at Tongyeong waters and Protoperidinioid group was dominated both on May and September. Dinoflagellate cysts concentration appeared average 241 cysts/g on May and average 317 cysts/g on September. Heterotrophic species took large portion in dinoflagellate cysts concentration than autotrophic species as their concentration was average 149 cysts/g and 184 cysts/g, respectively. According to the relationship between water quality and phytoplankton, phytoplankton growth may be affected by detritus and feed for fish from near fish farms. COD/IL ratio from the surface sediments was more than 1 which represents that the organic matters in this study area is allochthonous rather than autogenous. In other words, the influx of organic matters such as surplus feed and excrement from adjacent fish farms works actively. In all stations, dinoflagellate cyst distribution was similar to other eutrophic waters, while heterotrophic species took high portion than autotrophic species. Thus, increasing the source of food, Diatoms for dinoflagellate in the water calumn on September than May may play a pivot role in the high concentration of heterotrophic species on September than May. CHAPTER Ⅱ described a dinoflagellate cyst germination experiment from the surface sediments in Tongyeong waters. Most germination experiments for dinoflagellate cyst use a panning method by Matsuoka et al. (1989) which have a series of processes such as sonication, sieving, and micropipette separation. However, this method does not consider that it needs to make an effort for separating cells from the sediments because particles attached on dinoflagellate cysts as well as organic matters in the sediments do not be fully eliminated. It also makes difficult to identify dinoflagellate cysts from the sediments. Otherwise, using SPT (Sodium polytungstate) solution for separation suggested by Bolch in 1997 can bring effective way to separate. This method depends on different specific gravity of materials. SPT solution is diluted by the specific gravity (1.3) of dinoflagellate cyst. The diluted SPT solution is injected into sediment suspension and then dinoflagellate cysts can be easily separated due to floating themselves on the surface of the solution. After 15 days later on 20 ℃, heterotrophic species, Protoperidinium species had high germination rates than other species. These germinated just after two or four days and tended to grow continuedly even under the low nutrient environment. Even though total 36 cells of Alexandirum cysts were cultured in this study, any cells did not germinate. It seems to be caused by seasonal effect, in a respect that a high germination rate of Aleandrium catella/tamarense is confirmed during the winter season such as January and Feburary after dormant period sufficiently.