Changes in the Growth and Biochemical Composition of Nannochloropsis sp. Cultures Using Light-Emitting Diodes

Kor J Fish Aquat Sci 46(3),259-265,2013 한수지 46(3), 259-265, 2013

Original Article

259

서 론

미세조류는다양한영양소및생리활성물질을함유하고있어 여러산업에널리이용되고있다

(Park et al., 2010).

^{또한최근지} 구온난화의주범인이산화탄소의저감과화석연료를대체할바 이오에너지생산에미세조류의광합성기작이용성이더욱광범 위해지고있다

(Oh et al., 2003).

일반적으로미세조류의성장에영향을미치는환경적요인으 로는수온

,

^염분

, pH,

^{이산화탄소및광조건등으로알려져있다}

(Park et al., 2010).

^{하지만이러한환경적요인중에서도광관련} 인자는무엇보다도중요하게고려되어야할사항이다

.

특히빛의 파장은미세조류의양적및질적변화를줄수있기때문에광원 의선택은인위적인미세조류배양을위해반드시고려되어야한 다

(Rocha et al., 2003; Mouget et al., 2004; Sánchez-Saavedra and Voltolina, 2006).

한편차세대에너지절약형의대체광원인발광다이오드

(Light Emitting Diode, LED)

^{는가시광선대의파장을모두구현할수}

있어미세조류배양에매우유익한것으로보고되어있다

(Das et

Article history;

Received 8 March 2013; Revised 7 June 2013; Accepted 11 June 2013

*Corresponding author: Tel: +82. 33. 640. 2345 Fax: +82. 33. 640. 2340 E-mail address: [email protected]

Kor J Fish Aquat Sci 46(3) 259-265, June 2013 http://dx.doi.org/10.5657/KFAS.2013.0259 pISSN:0374-8111, eISSN:2287-8815

ⓒ The Korean Society of Fishereis and Aquatic Science. All rights reserved

The marine microalgae Nannochloropsis

sp. was cultured under a metal halide lamp (MH) or light-emitting diodes (LEDs)

of various wavelengths (blue, LB; red, LR; yellow, LY; green, LG; white, LW); changes in growth, total carotenoid, chlo- rophyll a, amino acid and fatty acid profiles were investigated. LB-exposed cultures exhibited the highest specific growth rate (SGR) (0.32), whereas LY-exposed cultures showed the lowest SGR (0.18). After cultivation for 9 days, the maximum dry cell weight (g/L) of LB-exposed cultures was significantly higher than that of those exposed to other light conditions (LB>MH>LW≧LG≧LR>LY). The essential amino acid (EAA, %) contents of cultures exposed to LG, LB, LR and MH were higher than those exposed to LY and LW (P <0.05). Eicosapentaenoic acid and n-3 highly unsaturated fatty acid levels were sig- nificantly higher in MH-exposed cultures compared to those exposed to LY ( P <0.05), with no marked difference compared to those exposed to LB, LG, LR and LW ( P >0.05). The total carotenoid content was highest in LR-exposed cultures (18.0 mg/L), whereas MH showed the lowest (11.8 mg/L; P <0.05). Chlorophyll a content was highest in cultures exposed to LR compared to other light sources. These results suggest consistent differences in growth and biochemical composition after exposure to light of different wavelengths.

Key words: Nannochloropsis sp., LED, Specific growth rate, Fatty acid, Total carotenoid

LED (Light Emitting Diode)를 이용한 Nannochloropsis sp.의 성장 및 생화학적 조성 변화

강릉원주대학교 동해안생명과학연구소, ¹강릉원주대학교 해양생물연구교육센터, ²국립수산과학원 동해수산연구소,

3국립수산과학원 양식관리과, ⁴강릉원주대학교 해양자원육성학과

Jin-Chul Park, O-Nam Kwon¹, Sung-Eic Hong², Heui-Chun An², Jea-Hyun Bae², Mi-Sun Park³ and Heum-Gi Park⁴*

박진철·권오남

¹

·홍성익

²

·안희춘

²

·배재현

²

·박미선

³

·박흠기

⁴

*

Changes in the Growth and Biochemical Composition of Nannochlorop- sis sp. Cultures Using Light-Emitting Diodes

East costal Life Science Institute Gangneung-Wonju National University, Gangneung 210-702, Korea

1Marine Biology Center for Reserach and Education, Gangneung-Wonju National University, Gangneung 210-853, Korea

2East Sea Fisheries Research Institute, National Fisheries Research & Development Institute, Gangneung 210-860, Korea

3Aquaculture Management Division, National Fisheries Research & Development Institute, Busan 619-705, Korea

4Department of Marine Bioscience, Gangneung-Wonju National University, Gangneung 210-702, Korea

박진철

ㆍ

권오남

ㆍ

홍성익

ㆍ

안희춘

ㆍ

배재현

ㆍ

박미선

ㆍ

박흠기

260

al., 2011).

^이러한

LED

^{는다른발광체보다수명이길고}

,

^낮은소 비전력

(

수

V)

및빠른반응시간

(

백열전구대비

1×10

⁶배

)

특성 으로친환경적이며

,

^{열발생이없는장점까지지니고있다}

(Oh et

al., 2007).

하지만현재까지도실외개방형에서미세조류를배양

할때에는주로태양광이이용되고

,

^{실내밀폐형에서는형광등}

이많이사용되고있다

.

^형광등은

LED

^{광원에비해높은유지비}

용및과도한열발생으로인해배양효율및경제성이낮은것으

로인식되고있어이에따른문제점개선이필요하다

. LED

^는해

당미세조류의광합성에필요한특정파장만공급하여빛의이용 효율성을높여주어유용미세조류의대량배양에효율적인광원 으로인정받고있다

.

따라서본연구에서는광원으로다양한

LED

를이용하여유용 미세조류의하나인

Nannochloropsis sp.

의성장

, chlorophyll a,

carotenoid,

지방산및아미노산함량의변화를비교하는것이

목적이다

.

재료 및 방법

LED 광원에 따른 미세조류의 배양

실험에이용된

Nannochloropsis sp. (KMMCC-290)

는한국 해양미세조류은행

(Korea Marine Microalgae Culture Center,

KMMCC)

^{에서분양받아이용하였다}

.

^{실험을위해멸균해수가}

담겨진

30 L

^수조

(

^배양수

20 L)

^에

Nannochloropsis sp.

^를접종 하고

conway

^{배지를넣어준후}

24℃

^및

33 psu

^{에서폭기를시켜} 주면서실험을행하였다

.

실험구는각각의칸막이가설치된천막에파장이다른

5

^개

(460

nm, LB; 520 nm, LG; 580 nm, LY; 630 nm, LR;

^복합파장

, LW)

의

180 W LED

램프

(WFLL180, Wisepower Inc., Korea)

를배

양수조표면

30 cm

^{높이로고정시켜설치하였으며}

,

^{전력소비가}

동일한

180 W

메탈핼라이드램프

(MH, HSL-MH175W, Hwa- sung Inc., Korea)

^{를함께두어}

16L:8D

^{의광주기로}

3

^회반복실 험하였다

.

이때각각의파장은분광기

(LI-1400, LI-COR, Inc., USA)

^{를통해측정하였다}

.

배양일수에따른성장을알아보고자건조중량

(g/L)

값을구하 였다

.

^{건조중량은}

GF/C

^여과지

(47 mm, Whatman

^TM

, UK)

^를이

용하여

50 mL

의배양수를여과하고증류수로남아있는염을녹

인후

100℃

^에서

1

^{시간동안건조하여무게를매일측정하여구}

하였다

.

또한매일세포수를확인하여배양일수경과에따른상 대성장률

(Specific growth rate, SGR)

^값을

Rico-Martinez and Dodson (1992)

^{의방법에따라구하였다}

.

생화학적 조성의 분석

Total carotenoid와 chlorophyll a 분석

Total carotenoid

^와

chlorophyll a

^는

Wellburn (1994)

^방법에따 라분석하였다

.

^{각실험구에서배양되고있는}

Nannochloropsis

sp.

^의시료를

2 mL tube

^{에넣은후염분제거를위하여}

3,000 rpm

에서

15

분간원심분리

(Labogene, GYROZEN Inc., Korea)

를돌 린다

.

^{이후염분이분리된상층액을제거하고}

,

^{동일과정을한번} 더수행한다

.

여기에

acetone 2 mL

를넣고

voltexing

해서잘섞 이게한뒤

24

^{시간냉장보관을하였다}

.

^이후

15

^분간

3,000 rpm

으로원심분리를행한후상층액을따로취하여분광광도계

(V- 550, JASCO, Japan)

^에서

470, 653, 666 nm

^{로흡광도값을측정} 하여아래의

Wellburn (1994)

공식에대입하여결과값으로나 타내었다

.

Chlorophyll a (C

_a

) = 16.72A

₆₆₆

- 9.16A

₆₅₃

Chlorophyll b (C

_b

) = 34.09A

₆₅₃

- 15.28A

₆₆₆

Total carotenoid = 1000A

₄₇₀

- 1.63C

_a

- 104.96C

_b

/ 221

여기서

A

밑에 아래첨자는 각각의 흡광도이며

, C

_a 및

C

_b는

chlorophyll a, b

^{값을의미한다}

.

지방산 분석

각실험구별로배양된미세조류의 수확은원심분리기

(SOR- VALL ST16R, Thermo, Germany)

^{를이용하여}

5,000 rpm

^에서

15

분동안원심분리하여분석시까지

-80℃

에서보관하였다

.

지 방산분석은

Parrish (1987)

^{방법에따라지질을추출하여}

Morri- son and Smith (1964)

의방법에따라

BF

₃

-methanol

을이용하여 지방산을메틸레이션

(methylation)

^하였다

.

^{메틸레이션된지방} 산은

capillary column (OMEGAWAX 250, Supelco

^TM

, USA)

이장착된

gas chromatography (HP6890 plus, Agilent, USA)

^로 분석하였다

.

^그리고

gas chromatograph

^{에의한각각의지방산}

peak

^는

Supelco 37 Component FAME mix (Supelco

^TM

, 100 mg Nrat 18919-1AMP, USA)

^{로동정하여정량화하였다}

.

아미노산 분석

아미노산분석을위해동결건조된각각의샘플을

15 mL

유리

시험관에

10 mg

^{가량으로정량하고}

, 6 N HCl

^{을첨가하여}

120℃

에서

22

시간동안가수분해시켰다

. 6 N HCl

이완전히증발된후

0.02 N HCl

^을

5 mL

^{정량하여넣고구성아미노산을녹였다}

.

^이 후

0.45 μm filter

를이용하여녹아있는아미노산을

1.8 mL vial

에

1 mL

^{이상이되도록담아아미노산분석기}

(L-8800, Hitachi, Japan)

를이용하여분석하였다

.

통계처리

각기다른 광원에따른미세조류의성장률

, total carotenoid,

chlorophyll a,

^{아미노산및지방산함량의평균은}

Duncan (1955)

의다중검정후

SPSS program

^{을이용하여}

one-way ANOVA

test

^{에의한평균간의유의성을유의수준}

95%

^{로처리하였다}

.

광원에 따른

Nannochloropsis

sp.의 성장과 생화학적 조성변화

261

결 과

광원에 따른 미세조류의 성장

세포성장에따른건조중량과상대성장률

(SGR)

^을

Fig. 1

^과

2

에나타내었다

.

배양

3

일까지는모든실험구간에서차이없이성 장하였으나

4

^{일째부터는유의적인차이가나타나기시작했다}

. LR

^{를제외한모든실험구는배양}

8

^{일째최고건조중량}

(g/L)

^의 값을보이는것으로조사되었다

.

^{그중에서도}

LB

^는

0.61 g/L

^로 가장높은값을보였으며

,

^그뒤로

MH

^가

0.53 g/L

^{으로높게나} 타났다

.

반면

, LY

는

0.21 g/L

로유의적으로가장낮은값을보 였다

(P<0.05).

상대성장률은

LB

^에서

0.32

^{로유의적으로가장} 높게나타났으나

, LY

^는

0.18

^{로유의적으로가장낮게나타났다}

(P<0.05).

Chlorophyll a와 total carotenoid의 변화

광원에따른

chlorophyll a

^와

total carotenoid

^{함량의변화를}

Fig. 3

과

4

에 나타내었다

. Chlorophyll a

의 평균값은

LR

에서

18.0 mg/L

^{으로유의적으로가장높았으며}

(P<0.05), MH

는

11.8 mg/L

^{가유의적으로가장낮은값을보였다}

(P<0.05). Total ca- rotenoid

함량은

LR

에서유의적으로가장높은

6.3 mg/L

의값을 보인반면

MH

^는

4.5 mg/L

^{로가장낮은값을나타냈다}

(P<0.05).

지방산 조성 및 아미노산 조성의 변화

광원에따른

Nannochloropsis sp.

의지방산조성변화를

Table 1

^{에나타내었다}

. C16:0 (palmitic acid), C16:1 (palmitoleic acid), C18:1n9 (oleic acid)

^및

n-9 HUFA (highly unsaturated fatty acids)

은

LR

에서유의적으로가장높게 나타난반면

C20:3n3 (eicosatrienoic acid), C20:3n6 (dihomogamma-linolenic acid)

는가장낮게나타났다

(P<0.05). C18:0 (stearic acid)

은

LW

^에서 가장높은반면

LY

^{는가장낮게나타났으며}

, C18:3n6 (gamma- linolenic acid)

의수치는

LW

에서가장높았으나

LY

는유의적

으로 가장 낮았다

(P<0.05).

또한 고도불포화지방산의 하나인

C20:5n3 (eicosapentaenoic acid, EPA)

^와

n-3 HUFA

^는

MH

^에 Fig. 1. Dry cel l weight of Nannochloropsis sp. cultured for 9 days

under various light sources. Data are expressed as the mean±SD.

LB, LED blue; LG, LED green; LY, LED yellow; LR, LED red; LW, LED white; MH, metal halide lamp.

MH LB LC LY LR LW 0.70

0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00

Dry cell weight (g/L)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Elapsed days

0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00

21.0 18.0 15.0 12.0 9.0 6.0 3.0 0.0

8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0

Specific growth rate (SGR)

MH LB LG LY LR LW

MH LB LG LY LR LW

MH LB LG LY LR LW

c d

b

a

c c

Light sources

Light sources

Light sources

a

a

b

b b

n ab

ab ab

ab c

c

Chlorophyll a (mg/L)Total carotenoid (mg/L)

Fig. 2. Specifi c growth rate (SGR) of Nannochloropsis sp. at the different light sources. Symbols are as in Fig. 1. Different letters on the bars indicate a signifi cant at (P<0.05). LB, LED blue; LG, LED green; LY, LED yellow; LR, LED red; LW, LED white; MH, metal halide lamp.

MH LB LC LY LR LW 0.70

0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00

Dry cell weight (g/L)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Elapsed days

0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00

21.0 18.0 15.0 12.0 9.0 6.0 3.0 0.0

8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0

Specific growth rate (SGR)

MH LB LG LY LR LW

MH LB LG LY LR LW

MH LB LG LY LR LW

c d

b a

c c

Light sources

Light sources

Light sources

a

a

b

b b

n

ab

ab ab

ab c

c

Chlorophyll a (mg/L)Total carotenoid (mg/L)

Table 1. Fatty acids (ug/mg dry matter) of Nannochloropsis sp. at various light sources^*

LB¹ LG² LR³ LW⁴ LY⁵ MH⁶

C16:0 12.0 ± 1.00^b 11.5 ± 1.42^ab 14.7 ± 1.13^c 11.4 ± 0.28^ab 9.8 ± 0.21^a 11.8 ± 1.70^ab C16:1 12.0 ± 0.73^a 13.0 ± 1.60^a 15.8 ± 1.70^b 11.9 ± 1.00^a 10.6 ± 0.44^a 12.3 ± 2.09^a C17:0 0.8 ± 0.13^ab 0.7 ± 0.12^ab 0.7 ± 0.11^ab 0.8 ± 0.78^b 0.6 ± 0.04^a 0.7 ± 0.01^ab C18:0 1.0 ± 0.15^ab 0.8 ± 0.15^ab 1.0 ± 0.20^ab 1.2 ± 0.37^b 0.7 ± 0.06^a 1.0 ± 0.03^ab C18:1n9 4.4 ± 0.46^a 5.0 ± 0.38^a 7.7 ± 0.28^b 5.0 ± 0.55^a 4.6 ± 0.34^a 4.9 ± 0.43^a C18:2n6 2.2 ± 0.17^a 2.5 ± 0.26^a 2.3 ± 0.25^a 2.5 ± 0.27^a 2.4 ± 0.14^a 2.4 ± 0.17^a C18:3n6 0.8 ± 0.09^ab 0.7 ± 0.13^ab 0.7 ± 0.12^a 0.9 ± 0.17^b 0.7 ± 0.04^a 0.8 ± 0.02^ab C20:3n6 2.5 ± 0.29^c 2.0 ± 0.25^ab 1.7 ± 0.28^a 2.3 ± 0.39^bc 1.8 ± 0.05^ab 2.3 ± 0.05^bc C20:3n3 3.8 ± 0.08^b 3.5 ± 0.09^b 3.0 ± 0.25^a 3.4 ± 0.05^ab 3.0 ± 0.20^a 3.8 ± 0.57^b C20:5n3 22.2 ± 0.83^b 21.9 ± 0.49^b 20.1 ± 1.65^ab 19.0 ± 1.78^ab 18.2 ± 1.37^a 22.5 ± 3.53^b n-3 HUFA 26.0 ± 3.87^b 25.5 ± 0.46^b 23.1 ± 1.88^ab 22.3 ± 1.83^ab 21.2 ± 1.58^a 26.3 ± 4.10^b n-6 HUFA 6.1 ± 2.15^b 5.8 ± 0.76^b 4.8 ± 0.40^a 6.2 ± 0.79^b 5.5 ± 0.22^ab 6.3 ± 0.19^b n-9 HUFA 4.4 ± 0.31^a 5.0 ± 0.38^a 7.7 ± 0.28^b 5.0 ± 0.55^a 4.6 ± 0.34^a 4.9 ± 0.43^a

1LB, LED blue; ²LG, LED green; ³LR, LED red; ⁴LW, LED white; ⁵LY, LED yellow; ⁶MH, metal halide lamp.

*Values (mean±SD of three replications) in the same row not sharing a common superscript are signifi cantly different (P<0.05).

박진철

ㆍ

권오남

ㆍ

홍성익

ㆍ

안희춘

ㆍ

배재현

ㆍ

박미선

ㆍ

박흠기

262

(P<0.05).

또한

EAA (essential amino acids, %)

^은

LW

^및

LY

^가 다른실험구와의유의적인차이를보였다

(P<0.05).

고 찰

광원에 따른 미세조류의 성장

미세조류는세포성장을위해빛을광촉매제로이용하며

,

^미세 조류종간의상대성장률은빛의파장

,

^{광도등의광질에의해영} 향을받게된다

(Wang et al., 2007). LED

^{는특정파장과다양한} 파장을조합하여낮은전력소비량으로미세조류를배양하는데 이용할수있다

(Oh et al., 2007).

따라서본연구에서는

LED

가 서유의적으로가장높은값을보였으나

LY

^{를제외한모든실험}

구간에유의적인차이는나타나지않았다

(P>0.05).

아울러

, n-6 HUFA

함량은

LR

및

LY

가유의적으로낮은

(P<0.05)

반면그 외다른실험구간은유의적인차이없이높게나타났다

(P<0.05).

한편실험구에따른아미노산함량변화는

Table 2

^{에나타내었}

다

.

실험구간을비교했을때

,

필수아미노산및비필수아미노산 의함량이실험구간마다뚜렷한경향은보이지않았다

.

^하지만

LED

^{파장에따라필수아미노산및비필수아미노산의함량변화} 에는유의적으로영향을준것으로나타났다

.

특히모든필수아 미노산

(threonine, valine, methionine, isoleucine, leucine, phe- nylalanine

^및

lysine)

^은

LG

^{에서유의적으로가장높게나타났다} Fig. 3. Comparison of chlorophyll a content of Nannochloropsis sp.

at various light sources. Symbols are as in Fig. 1. Different letters on the bars indicate a signifi cant at (P<0.05).

MH LB LC LY LR LW 0.70

0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00

Dry cell weight (g/L)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Elapsed days

0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00

21.0 18.0 15.0 12.0 9.0 6.0 3.0 0.0

8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0

Specific growth rate (SGR)

MH LB LG LY LR LW

MH LB LG LY LR LW

MH LB LG LY LR LW

c d

b

a

c c

Light sources

Light sources

Light sources

a

a

b

b b

n ab

ab ab

ab c

c

Chlorophyll a (mg/L)Total carotenoid (mg/L)

Fig. 4. Comparison of total carotenoid content (mg/L) of Nanno- chloropsis sp. at various light sources. Symbols are as in Fig. 1. Dif- ferent letters on the bars indicate a signifi cant at (P<0.05).

MH LB LC LY LR LW 0.70

0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00

Dry cell weight (g/L)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Elapsed days

0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00

21.0 18.0 15.0 12.0 9.0 6.0 3.0 0.0

8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0

Specific growth rate (SGR)

MH LB LG LY LR LW

MH LB LG LY LR LW

MH LB LG LY LR LW

c d

b a

c c

Light sources

Light sources

Light sources

a

a

b

b b

n ab

ab ab

ab c

c

Chlorophyll a (mg/L)Total carotenoid (mg/L)

Table 2. Amino acid compositions (ng/mg dry matter) of Nannochloropsis sp. at various light sources^*

LB¹ LG² LR³ LW⁴ LY⁵ MH⁶

Aspartic acid 140.8±3.53^bc 146.7±3.48^c 139.1±3.98^abc 129.2±6.60^a 134.5±6.96^ab 143.2±9.10^bc Threonine 83.3±2.83^ab 86.1±1.94^c 83.2±2.19^ab 76.8±3.87^a 78.6±3.83^a 83.3±4.76^ab Serine 67.5±1.61^b 69.6±1.22^b 66.6±1.62^ab 62.1±2.69^a 64.9±3.24^ab 66.6±4.28^ab Glutamic acid 190.3±5.39^bc 197.7±4.55^c 186.4±4.49^bc 166.6±10.26^a 178.7±9.20^ab 186.2±11.37^bc Glycine 85.8±3.42^abc 89.8±2.20^c 85.3±2.23^abc 78.7±4.48^a 81.7±3.68^ab 86.4±5.44^ab Alanine 119.5±5.43^b 124.1±2.96^b 120.8±4.52^b 107.7±7.04^a 108.5±4.24^a 120.5±6.44^b Cysteine 12.2±2.09^b 12.2±0.69^b 11.6±0.30^b 10.5±2.08^b 7.7±0.13^a 12.0±1.22^b Valine 87.3±5.43^ab 90.6±3.08^b 86.2±2.96^ab 80.3±4.57^a 83.9±7.63^ab 86.7±5.56^ab Methionine 22.0±3.64^b 22.2±0.29^b 20.0±0.06^ab 18.3±3.72^ab 16.3±0.87^a 21.3±1.84^b Isoleucine 64.9±5.26^ab 68.0±2.62^b 63.4±2.08^ab 60.1±3.54^a 62.3±5.04^ab 65.0±4.16^ab Leucine 136.9±7.04^ab 143.6±3.79^b 135.2±4.14^ab 125.4±7.37^a 129.1±6.62^a 136.6±9.08^ab Tyrosine 51.2±3.27^ab 54.1±1.50^b 50.3±1.17^ab 47.3±2.94^a 46.4±3.85^a 49.4±3.56^ab Phenylalanine 82.1±3.80^ab 85.3±2.35^b 81.4±2.26^ab 75.8±4.06^a 76.5±3.75^a 81.9±5.30^ab Lysine 102.2±3.85^bc 106.5±2.72^c 102.0±2.69^bc 93.7±5.27^a 95.2±3.40^ab 102.4±6.41^bc HN3 24.7±0.86^ab 26.1±1.02^b 25.3±0.97^ab 23.4±1.23^a 25.3±1.46^ab 25.9±1.16^b Histidine 29.0±0.93^ab 30.3±0.91^b 29.0±0.97^ab 26.6±1.51^a 27.4±1.41^a 28.5±1.70^ab Arginine 93.9±3.67^bc 99.9±2.99^c 95.8±2.61^bc 85.4±5.67^a 88.3±3.69^ab 94.7±6.40^bc Proline 190.9±8.60^ab 210.8±5.50^c 194.4±4.15^abc 178.2±15.99^a 189.0±6.96^ab 200.7±14.36^bc EAA⁷ (%) 11.6±0.63^bc 12.0±0.33^c 11.4±0.32^bc 10.6±0.62^ab 10.2±0.53^a 11.5±0.74^bc Protein (%) 35.2±0.89^bc 36.9±0.54^c 35.1±0.92^bc 32.1±1.13^a 33.1±0.87^ab 35.3±1.29^bc

1,2,3,4,5,6 are as in Table 1.

7Essential amino acids.

*Values (mean±SD of three replications) in the same row not sharing a common superscript are signifi cantly different (P<0.05).

광원에 따른

Nannochloropsis

sp.의 성장과 생화학적 조성변화

263

유용미세조류중에하나인

Nannochloropsis sp.

에어떠한영향 을미치는지를조사해보고자한다

.

본연구결과

,

^{파장이각기 다른}

LED

^{광원을가지고}

Nanno- chloropsis sp.

^{를배양했을때성장에영향을미치는것으로나}

타났다

(Fig. 1, 2).

^{세포성장에 따른 건조중량이나 상대성장}

률은

blue

^파장인

LB

^{가가장높은것으로조사되었는데}

,

^이는 다른 연구결과와 유사하게 나타난 것이다

. Das et al. (2011)

에의하면

, Nannochloropsis sp.

^{의 세포성장 및상대성장률은}

blue>white>green>red

순으로본연구와동일한결과를보고하 였다

.

이러한

blue LED

에대한성장향상은규조류뿐만아니 라편모조류에서모두동일한결과를보인다

(Wallen and Geen, 1971; Holdsworth, 1985; Rivkin, 1989; Sánchez-Saavedra and Voltolina, 1994; Mouget et al., 2004; Sánchez-Saavedra and Voltolina, 2006; Yoshioka et al., 2012).

이처럼

blue

파장에서 미세조류의 성장이높은 이유로는 무

기영양염에있는탄소원의흡수율증가

(Schofield et al., 1996;

Klenell et al., 2004),

세포내동화작용및대사작용의차이

(Wal- len and Geen, 1971; Ruyters, 1984),

광합성유도유전자전사및 효소활동의차이

(Das et al., 2011)

에의한것이라할수있다

.

본 연구에서도

blue

파장의

LED

광원에서높은성장과상대성장률 을보였는데

,

^{이는위에서언급한이유들에의한복합적인요인} 때문이라판단되어진다

.

물론모든 미세조류가

blue

^{파장에서성장이좋은것만은아} 니다

.

^{각기다른미세조류들이선호하는빛파장에는분명차이} 가있기때문이다

. Wallen and Geen (1971)

에의하면

, Biddul- phia aurita

는

blue

^{파장에서성장률의변화가없다고하였으며}

, Wang et al. (2007)

^의

Spirulina platensis

는

red

^{파장에서성장} 및

biomass

^{생산성이높다고하였다}

.

^또한

Nedbal et al. (1996)

의

Scenedesmus quadricauda, Chlorella vulgaris

와남조류

Syn- echoccus elongates

는같은조도라고봤을때적색광

LED

^에서 보다높은성장을보인다고언급하였다

.

^{이처럼각기다른미세} 조류의종간차이에의해빛파장의영향은분명다르게나타난 다

.

이는결국다양한미세조류들은각기다른색소를함유하고 있으며

,

^{이러한색소에의해선호하는특정파장대를받아들이} 는광집적효과에의한차이때문인것이다

(Peng et al., 2011).

한편세포성장에따른건조중량과상대성장률이가장높았던

LB

를제외하면

LW, LR

및

LG

가다음 그룹으로높게나타났 다

.

^{본실험에사용된}

white

^광원인

LW

^는

RGB

^조합

(red, green, blue)

^의

LED

^{램프로세가지파장의색이혼합되어나타나는색} 이다

(Bang and Kim, 2012). Schofield et al. (1990)

^에의하면

, Chaetoceros gracilis

를

RGB

의

white

광원으로배양했을때성 장및광합성에향상이된다고보고하였다

.

^{본연구에서도}

white

LED

^{광원에의해부정적인영향은받지않았으며}

,

^{건조중량및}

상대성장률도증가하는경향을보였기때문에

Nannochloropsis sp.

를 배양하는데문제가 되지는않을 것으로 판단된다

.

또한

Bang and Kim (2012)

^{는식물생육에있어이용될수있는}

LED

광원의파장대역은

400-700 nm

^{의영역으로이는}

blue, green

^및

red

^{의컬러로나타낸다고하였는데}

,

^{본연구결과도이러한영향}

이작용하여

LR, LG

에서성장이가능했던것으로판단된다

.

다만

yellow LED

^인

LY

^{에서는건조중량및상대성장률이낮} 은경향을보여

Nannochloropsis sp.

를배양하는데사용하는것 은다소부적합할것으로판단되어진다

.

^유독

yellow

^광원에서 건조중량및성장이낮았던이유로는광합성에있어빛을효율적 으로이용하지못하였기때문이라판단된다

. Oh et al. (2007)

^는

yellow

^{파장에따른미세조류의성장특성에대해}

chlorophyll

^의 흡수파장대가아니기때문에성장속도가늦다고하였는데

,

^이 는결국

chlorophyll

과같은색소가빛을효율적으로받아들이지 못하고부분적으로빛파장을수용하였기때문에광합성을행함 에있어다소비효율적이였던것으로판단된다

(Blanchard and Montagna, 1992).

한편최근에태양광및형광등을대체할광원으로메탈핼라이 드램프가주목을받고있으며

,

^{실제이를통해미세조류를배양} 하여생산성이증가한다는연구결과도발표되어있다

(Ruangdej and Fukami, 2004).

^{메탈핼라이드램프는수명이}

6,000-9,000

시간으로길고

,

태양광에가까운백색광을내는장점을지니고 있기에본연구에서도

Nannochloropsis sp.

의성장에긍정적인 영향을보여기존광원인태양광과형광등을대체할수는새로운 광원임은확인할수있었다

.

Chlorophyll a와 total carotenoid의 함량 변화

광합성에의해축적되는미세조류의색소함량및축적할수 있는생합성능력은환경요인에의해달라진다고하였으며

,

^그 중에서도 빛의파장은매우밀접한관계에있다고하였다

(Ro- cha et al., 2003, Mouget et al., 2004).

^실제

Sánchez-Saavedra et al. (1996a, b)

^{는빛파장에의해미세조류}

Dunaliella bardawil

의

carotenoid

^합성및

chlorophyll

^{의함량을향상시킬수있다고} 하였다

.

^{이러한측면에서본연구의실험결과}

, Nannochloropsis sp.

^의

chlorophyll a

^생산량은

red

^{파장에서가장높게나타났다}

.

특히세포성장에따른건조중량값이가장높았던

blue

^파장보다 도높은값을보였다

.

^{이러한이유는파장대에따른}

chlorophyll

축적의차이때문이라판단된다

.

^{건조중량당}

chlorophyll a

^가높 은함량을보인결과들을살펴보았을때

chlorophyll

생합성은 성장이유리했던적색파장대에비하여그렇지않았던청색파 장대가더욱유리하게작용했다는것이다

(Kim et al., 2011).

본 연구결과도이러한영향이작용하여세포성장이가장높았다고 하여

chlorophyll

생산량역시가장높아야하는것이아니라각 파장대에따라생합성되어축적된

chlorophyll

양의차이가나타 났던것으로판단된다

.

^또한

chlrophyll a

^{의함량감소에대한의} 견은

C. vulgaris

^{가세포분열을빨리진행하는과정에서색소축} 적을촉진할만큼의시간적여유가없었기때문이라는연구보고 도있는데

(Seyfabadi et al., 2011),

^{이러한영향도작용했으리라} 판단되어진다

.

한편 현재까지도 다양한 산업분야에서

biomass

^{와 함께}

ca-

rotenoid

^{는유용한색소로인식되어 현장적용 연구가이루어}