유해 침편모조류 Heterosigma akashiwo의 성장 특성 및 이산화탄소 고정

Abstract

이산화탄소는 지구온난화의 주원인으로 알려져 있으며, 효율적으로 제거할 수 있는 다양한 기술 개발에 대한 연구가 진행되고 있다. 미세조류의 광합성을 통한 이산화탄소를 고정하는 방법은 가장 환경 친화적인 방법 중의 하나로서 평가되고 있다. 본 연구에서는 대량배양이 가능한 유해 적조생물 Heterosigma akashiwo (Raphydophyceae)를 대상으로 다양한 조건에서 성장특성을 파악하여 최적 배양조건을 확립하고, 광합성 활성에 대한 실험을 통해 이산화탄소 고정효율을 평가하고자 하였다. H. akashiwo는 모든 수온과 염분 단계별 실험 구간에서 성장하였으며, 수온 10℃에서는 0.17～0.23 day-1, 15℃에서는 0.19～0.24 day-1, 20℃에서는 0.26～0.34 day-1, 25℃에서는 0.22～0.37 day-1, 30℃에서는 0.18～0.28 day-1의 성장률을 보였다. 적정 수온과 염분 범위는 20～25℃, 20～35 psu였으며, 최대 성장속도는 수온 25℃, 염분 30 psu에서 0.37 day-1로 나타났다. 광 조건에 따른 성장률은 20 μmol m-2s-1에서 0.1 day-1, 40 μmol m-2s-1에서 0.18 day-1, 60 μmol m-2s-1에서 0.28 day-1, 100 μmol m-2s-1에서 0.38 day-1로 광량이 증가함에 따라 증가하였다. 이 때 세포밀도는 3.9×104 cells mL-1였으며, 성장 포화 상태를 보인 100 μmol m-2s-1 이상에서 성장속도는 거의 유사하였다. 광 조건에 의해 유도된 성장식은 μ=0.39(I-14.15)/(I+4.8)였으며, 최대성장속도(μm)는 0.39 day-1, 보상광량(I0)은 14.15 μmol m-2s-1, 반포화상수(Ks)는 33.1 μmol m-2s-1로 나타났다. soil extract를 첨가한 실험에서 H. akashiwo는 1% (v/v) 농도에서 높은 성장률(0.31 day-1)을 보였으며, 세포 농도 또한 31×103 cells mL-1로 높았다. 각 조도 구간에 따른 H. akashiwo의 산소발생률은 7.29×10-8～7.99×10-7 μmol O2 cell-1h-1, 이산화탄소 흡수율은 4.17×10-7～3.23×10-6 μmol CO2 cell-1h-1이었다. 산소발생률과 이산화탄소 흡수율 모두 400 μmol m-2s-1에서 가장 높았으며, 이 때, H. akashiwo의 세포 농도는 6.73×104 cells mL-1, 이산화탄소 고정 효율은 114.9 mg CO2 L-1 day-1이었다.

Fixation and removal of CO₂ are recognized as one of the important roles responsible for the decrease of the global warming effect. The photosynthetic fixation of CO₂ by microalgae evaluated to be an efficient future biotechnology with minimal negative impacts on environment. In this study, harmful red tide flagellate Heterosigma akashiwo (Raphidophyceae) considered to be the candidate for mass culture was selected to investigate the growth characteristics under various culture conditions, and subjected to evaluate CO₂ fixation efficiency at different light intensities. H. akashiwo was able to grow in temperatures of 10～30℃ and salinities of 15～35 psu. Optimal growth was obtained with temperatures of 20～25℃, salinities of 20～35 psu. Maximum specific growth rate (0.37 day-1) was observed with combination of 25℃ and 30 psu. The irradiance-growth curve was described as μ=0.39(I-14.15)/(I+4.8) at 20℃ and 33 psu, indicating a half-saturation photon flux density (PFD) (Ks) of 33.1 μmol m^(-2)s^(-1) and compensation PFD (Io) of 14.15 μmol m^(-2)s^(-1). In the experiment of soil extract supply, maximum growth rate and cell yields were 0.31 day-1and 31×103 cells mL^(-1), respectively, under ASP2NTA medium contained soil extract 1% (v/v). Carbon dioxide uptake rate (CUR) and oxygen evolution rate (OER) of H. akashiwo under all irradiance conditions which tested in this study were 7.29×10^(-8)～7.99×10^(-7) μmol O₂ cell^(-1)h^(-1) and 4.17×10^(-7)～3.23×10-6 μmol CO₂ cell^(-1)h^(-1), respectively. Maxium carbon dioxide fixation rate was 114.9 mg L-1day-1 in 400 μmol m^(-2)s^(-1).