Effects of Yellow Clay on the Production of Volatile Fatty Acids during the Anaerobic Decomposition of the Red Tide Dinoflagellate Cochlodinium polykrikoides in Marine Sediments

472

서 론

우리나라 연안에서

Cochlodinium polykrikoides

에 의한 적 조는

1995

년도 이후로 거의 매년 발생하고 있으며 연안 양식 어업의 생산성을 저해시키고 있다. 특히

1995

년도에는 약

764

억원의 대규모 수산피해를 일으켰고 이후 거의 매년 발생하였

으며 이로 인한 수산피해를 최소화시키기 위하여 정부 및 어업 인은 연안 가두리양식장 주변해역에 적조가 고밀도로 유입 시 적조생물 구제효율이 우수한 선별된 황토를 살포요령에 따라 살포하고 있다.

황토는 암석이 화학적 풍화작용에 의하여 변질되어 토양화 된 풍화잔류토

(Hwang, 1997; Hwang et al., 2000)

이며 우리

Article history;

Received 14 June 2012; Revised 2 August 2012; Accepted 18 September 2012

*Corresponding author: Tel: +82. 55. 640. 4771 Fax: +82. 55. 641. 2036 E-mail address: [email protected]

Kor J Fish Aquat Sci 45(5) 472-479, October 2012 http://dx.doi.org/10.5657/KFAS.2012.0472 pISSN:0374-8111

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

해양퇴적층에서 적조생물(

Cochlodinium polykrikoides

)의 혐기성 분해과정 중 황토가 휘발성 지방산 생성에 미치는 영향

박영태 ^* . 이창규 . 박태규 . 이윤

¹

. 배헌민

²

Effects of Yellow Clay on the Production of Volatile Fatty Acids during the Anaerobic Decomposition of the Red Tide Dinoflagellate

Cochlodinium polykrikoides in Marine Sediments

Southeast Sea Fisheries Research Institute, National Fisheries Research & Development Institute, Tongyeong 650-943, Korea

1

West Sea Fisheries Research Institute, National Fisheries Research & Development Institute, Incheon 400-420, Korea

2

Haema Co. LTD, Busan 612-600, Korea

The formation of volatile fatty acids(VFAs) and changes in pH, oxidation and reduction potential(Eh) and acid volatile sulfide(AVS) with the addition of yellow clay were investigated using microcosm systems to examine the effects of yel- low clay dispersion on the anaerobic decomposition of Cochlodinium polykrikoides in marine sediments. The acetate concentration reached a maximum by day 4 and was 1.2-1.8 fold less in the sample treated with yellow clay compared to the untreated sample (224-270 vs. 333 uM). The formate concentration reached a maximum by day 1 and was 1.3-2.8 fold less in the sample treated with yellow clay compared to the untreated sample (202-439 vs. 563 uM). The propionate concentration reached a maximum by day 2 and was 1.5-1.8 fold less in the sample treated with yellow clay compared to the untreated sample (32.6 vs. 57.2 uM). After the amounts of acetate, formate and propionate peaked the levels dropped dramatically due to the utilization by sulfate reducing bacteria. The Eh of the samples treated with yellow clay was similar to the untreated sample on day 0 but was higher in the sample treated with yellow clay(140-206 mV) from days 4 to 17. AVS started to form on day 3 and this was sustained until day 6, and 1.2-2.2 fold less was produced in the sample treated with yellow clay compared to the untreated sample (40.2-69.3 vs. 83.2-93.8 mg/L).

Accordingly, during the anaerobic decomposition of C. polykrikoides in marine sediments, yellow clay dispersal seems to suppress the reduction state of Eh and the formation of volatile fatty acids(acetate, formate and propionate) used as an energy source by sulfate reducing bacteria, indicating that this process controls the production of hydrogen sulfide that negatively affects marine organisms and the marine sediment environment.

Key words: Cochlodinium polykrikoides, Yellow clay, Volatile fatty acids, Sulfate reducing bacteria, Acid volatile sul- fide, Eh

Young-Tae Park, Chang-Kyu Lee, Tae-Gyu Park, Yoon Lee¹ and Heon-Meen Bae²

국립수산과학원 남동해수산연구소, ¹국립수산과학원 서해수산연구소, ²(주) 해마

나라의 가까운 산에서 쉽게 볼 수 있는 천연물질로 원적외선 복 사와 유해물질 흡착

-

응집

-

침전으로 오래 전부터 우리의 건강 과 환경에 다양하게 이용되고 있다. 우리생활과 밀접한 관계 가 있는 황토는 여러 가지 적조구제물질 중 실제현장에 적용 할 수 있는 우수한 경제적인 방법으로 알려져 있으며

(Na et al., 1996; Choi et al., 1998; Kim, 2000; Shirota 1976, 1989; Yu

2004)

, 강우로 인하여 육상으로부터 연안으로 유입되는 천연

물질이다. 그러나, 황토가 비록 천연물질이지만, 적조가 발생 하는 수온이 높은 하계에 단기간 집중적으로 살포되므로 해양 생태계에 미치는 영향이 우려되어 황토살포가 수질 및 양식생 물

(Na et al., 1996; Choi et al., 1998; Kim et al., 2002; Bae et al.,1998),

이매패

(Seo et al., 2008),

해양 퇴적환경

(Choi et al., 1998),

연안 저서생태계에 미치는 영향

(Park and Lee, 2006)

등에 관하여 다양하게 조사되어 졌다.

수계에 발생한 적조생물에 황토를 살포하면 일부는 수중에서 분해되거나, 혹은 황토입자에 의하여 퇴적층으로 이동되어 분 해작용을 받게 된다. 연안역의 퇴적물 표층에서는 유기물분해 가 활발하게 일어나며

(Jørgensen et al., 1990),

수계에서 생성 된 유기물의 약

20-60

%가 분해되고

(Jørgensen, 1983)

그 과 정을 통하여 수괴의 생지화학적 순환에 중요한 역할을 하게 된 다. 그러나, 연안역 퇴적층은 혐기성 상태로 되기 쉬우며, 표 층에 퇴적된 유기물의 약

50

% 이상이 혐기성세균인 황산염환 원세균에 의하여 분해되어

(Jørgensen, 1982),

최종산물로 해 양환경에 악 영향을 미치는 황화수소를 생성하게 된다. 이들 황산염환원세균이 이용하는 에너지원은 주로 휘발성 지방산

(volatile fatty acid : VFAs),

아미노산

, hydrogen

등으로 다양 하지만

(Sørensen et al., 1981; Winfrey and ward, 1983),

이 중 휘발성 지방산이 가장 중요한 기질로 알려져 있다

(Mueller- Harvey and Parkes, 1987).

휘발성 지방산은 퇴적층에서 유기 물의 혐기적 분해과정 중 발효세균에 의하여 생산되는 중간대 사물

(Kondo et. al., 1990a)

로 황산염이 풍부한 해양환경에서 는 대부분 황산염환원세균에 의하여 이용되어 진다

(Canfield et al., 2005).

본 연구는

C. polykrikoides

적조발생 시 살포한 황토가 해 양 퇴적물 표층으로 침강된 적조생물의 혐기적 분해과정에서 휘발성 지방산의 생성과

pH,

산화환원전위

(Eh)

와 산휘발성 황화물

(acid volatile sulfide : AVS)

의 변동에 미치는 영향을

microcosm

실험계를 이용하여 간접적으로 조사한 결과이다.

재료 및 방법

Microcosm 실험계 구성

Microcosm

실험계 구성을 위한 퇴적물과 해수는

2008

년

8

월 에 남해 연안역에서 표층해수와 개량형

Ekman

채니기로 퇴적 물을 채취하여 표층부

(

상부

1 cm)

를 시료로 이용하였으며, 채 취된 시료는

ice-box

에 보관하여 연구실로 옮겨 처리하였다.

황토는

C. polykrikoides

실내구제효율

(3,000 cells/mL

밀도의

C. polykrikoides

배양액

1 L

에 황토

10 g

투여

10

분 후의 적조 생물 구제효율)이

80

% 이상을 보여준 남해와 완도주변에서 채 취된 것을 사용하였다. 모든 실험계는

250 mL

삼각비이커로

3

개의 반복구로 구성하였으며, 대조구는 황토미첨가 실험계로 퇴적물

15 g

을, 황토첨가 실험계는 퇴적물과 황토의 비율을 습 윤/건조무게로

15 g:15 g (1:1)

과

15 g:30 g (1:2)

으로 하였다.

또한, 모든 실험계에 대한 황산염환원세균에 의한 휘발성 지 방산의 이용을 파악하기 위하여, 황산염환원세균을 선택적으 로 억제

(Oremland and Taylor, 1978)

하는

sodium molybdate (

최종농도

20 mM)

를 첨가 혹은 미첨가 실험계로 각각 구성하 였다.

F/2

배지

(Guillard and Ryther, 1962)

로 대량 배양한

C.

polykrikoides

를

plankton net

로 농축하여 각 실험계에 균일하 게 첨가하였으며 유기물 보완으로

glucose

와

pepton

을 최종농 도가 각각

0.001

%로 되도록 첨가 후 현장해수를 상부까지 가 득 채우고 혐기적 조건이 되도록 실리콘마개로 밀봉 하였다.

각 실험계의 유기물의 농도는

Kim et al. (2006)

과

Bisutiiet al.

(2004)

의 방법으로

CHN analyzer(EA1112)

로 분석하였으며 각 실험계의

TOC(total organic carbon)

와

TON(total organic nitrogen)

은 각각

14.5-15.5 mg/mL, 1.8-1.9 mg/mL

범위였 다. 모든 실험계는

24

℃의 암소에서 배양하였으며 황토와 퇴 적물이 잘 혼합되도록 약하게 진탕 배양을 하며 경시적으로 시 료를 채취하였다. 퇴적물과 해수가 균질하도록 충분히 흔든 후 혐기적으로 시료를 채취하여 분석하였다.

분석

pH

와

Eh

는 각각 휴대용

pH meter (Hanna HI99121)

와

Eh meter (TOA RM-209)

로 측정하였으며 산휘발성 황화물은 시 료채취 후 검지관으로 바로 측정하였다.

휘발성 지방산

(acetate, butyrate, formate, lactate, propio- nate, succinate)

은

Mueller-Harvey (1987)

의 방법에 의하여

HPLC(Shimadzu JP/LC-20A)

를 이용하여

ODS

칼럼(

5

^μm;

4.6×250 mm; Restec)

으로 분리하여

UV

검출기

(Shimadzu SPD-M20A, 400 nm)

로 측정하였다. 이동상은

27

%

aceto- nitrile

을

1.2 mL/min

로 하였으며 컬럼 내부온도는

24±2

℃를 유지하였다.

Sodinium molybdate

를 첨가한 실험계는

Banat et al. (1981)

의 방법으로 전처리 후 휘발성지방산을 유도화하 여 분석하였으며, 황산염화원세균에 의하여 이용되어진 휘발 성지방산은

sodium molybdate

를 첨가한 실험계와 미첨가 실 험계간의 농도 차로 구하였다.

결과 및 고찰

분해과정 중 환경인자 변동

분해과정 중

pH

의 변동을

Fig. 1

에 나타내었으며, 각 실험계 의 초기

pH

는 황토 첨가 실험계는

7.1-7.2

의 범위로 황토미첨

가 실험계

7.6±0.05

에 비하여 약간 낮았으며, 적조배양액에 황 토첨가 시

pH

의 감소를 보여준

Kim (2000)

의 결과와 일치하 였다. 또한 채취 지역이 다른

34

개 황토의

pH

가

4.3-6.2

의 넓 은 범위로 산성을 보인

Hwang et al. (2000)

의 연구결과를 고 려하면, 황토첨가 시

pH

의 하락은 황토자체의 산성으로 인한 영향으로 판단된다. 배양

4

일째부터 모든 실험계의

pH

는 조금 씩 증가하여

6

일째부터 배양

17

일까지

7.5-7.8

범위를 유지하 였으며 황토첨가 실험계가 미첨가 실험계에 비하여 약간 낮거 나 유사하였다. 또한, 완도 황토는 첨가비율이 높을수록 약간 낮은

pH

를 보였으나 남해 황토는 첨가 비율에 따라 뚜렷한 차 이가 없었다

산화환원전위

(Eh)

는 산소가 존재하는 산화적 환경에서는 양 의 값을, 산소가 결핍된 환원적 환경에서는 음의 값을 나타낸 다

(Shiozawa, 1979)

. 산화환원전위가 양의 값을 보이는 수계 등의 산화적 환경에서는 주로 호기성 분해가 진행되며, 음의 값을 보이는 연안퇴적층 등의 환원적 환경에서는 휘발성지방 산, 황화수소 및 메탄 등이 생성되는 혐기성 분해가 진행된다.

Fig. 2

는 배양기간 산화환원전위의 변동을 보여주며, 황토첨

가 실험계는 배양 3일까지 감소하여

17

일까지는

-128~-191

의 범위를 유지하였으며, 미첨가 실험계는 배양

6

일까지 감소하 여

-317~-369

의 범위였다. 배양 시작일에는 황토첨가 실험계 와 미첨가 실험계간에 차이가 없었으나, 배양

1

일부터 황토 미 첨가 실험계의 산화환원전위가 낮아져 배양

4

일 경과 후부터 황토 미첨가 실험계의 산화환원전위가 첨가 실험계에 비하여

-140~-206 mV

정도 낮았다. 또한, 황토첨가 실험계간에는 황 토 채취산지와 황토 첨가비율에 따른 산화환원전위의 변동차 이가 없었다. 유기물 분해과정 중 산화환원전위의 변동으로 황 토첨가는 환원적 환경조성을 억제하는 효과가 있음을 알 수 있

었으며, 이는 유기물 분해에 관여하는 황토입자에 서식하는 미 생물군집 등에 의한 산소소모 및 황토 자체가 가지고 있는 화학 적 구성성분 등의 영향으로 사료되며,

Nita et al. (1985)

는 해 양 퇴적층에 점토광물 살포시 산소소비속도를 천천히 하는 효 과가 있다고 보고하였다.

산휘발성 황화물의

(AVS: acid volatile sulfide)

변동을

Fig. 3

에 나타내었으며, 산휘발성 황화물은 연안 퇴적층 유기물의 혐 기성 분해과정에서 생성되는 황화수소 등의 황산화물의 총칭

Fig. 1. Fluctuations of pH during anaerobic decomposition of

Cochlodinium polykrikoides in the microcosm system.

▲: No addition of Yellow clay, ■:Yellow clay collected Namhae area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 1:1, □:

Yellow clay collected Namhae area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 2:1, ●: Yellow clay collected Wando area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 1:1, ○: Yel- low clay collected Wando area added to the sediment in the dry/

wet weight ratio of 2:1. All data are expressed as the mean±SE (n=3)

Fig. 2. Fluctuations of Eh during anaerobic decomposition of Cochlodinium polykrikoides in the microcosm system.

▲: No addition of Yellow clay, ■:Yellow clay collected Namhae area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 1:1, □:

Yellow clay collected Namhae area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 2:1, ●: Yellow clay collected Wando area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 1:1, ○: Yel- low clay collected Wando area added to the sediment in the dry/

wet weight ratio of 2:1. All data are expressed as the mean±SE (n=3)

Fig. 3. Fluctuations of acid volatile sulfide (AVS) during anaero- bic decomposition of Cochlodinium polykrikoides in the micro- cosm system.

▲: No addition of Yellow clay, ■:Yellow clay collected Namhae area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 1:1, □:

Yellow clay collected Namhae area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 2:1, ●: Yellow clay collected Wando area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 1:1, ○: Yel- low clay collected Wando area added to the sediment in the dry/

wet weight ratio of 2:1. All data are expressed as the mean±SE (n=3)

pH Eh (mv)

Incubation time (days) Incubation time (days)

Incubation time (days)

9.0 300

100 -100 -300

-5000 5 10 15 20

8.0

7.0

6.00 5 10 15 20

No addition N 1:1 N 2:1 W 1:1 W 2:1 No addition N 1:1 N 2:1 W 1:1 W 2:1

AVS (mg/L)

150 100 50

00 5 10 15 20

No addition N 1:1

W 2:1 N 2:1

W 1:1

으로 양식장 및 연안역 퇴적층의 유기물 오염지표로 이용된다.

산화환원전위가

-100 mV

이하로 환원된 연안 퇴적층에서 혐 기성세균인 황산염환원세균

(Postgate, 1984)

이 에너지원으로

acetate

및

propionate

등 휘발성 지방산을 이용하여 최종산물 로 황화수소를 생산한다

(Winfrey and Ward, 1983).

발생된 황 화수소는 주변에 서식하는 해양생물에 직접적인 영향을 미치 거나 해양생물에 유해한 환경을 조성한다. 산휘발성 황화물은 모든 실험계에서 배양

3

일 경과 후 생성되기 시작하여

6

일까지 급속히 증가하여 그 이후로는 일정한 농도였다.

6

일 이후 산휘 발성 황화물 농도는 황토첨가 실험계가

40.2-69.3 mg/L

의 범 위로 황토미첨가 실험계

83.2-93.8 mg/L

에 비하여 약

1.2-2.2

배 낮게 생성되었다. 분해과정 중 황토첨가 실험계의 산휘발 성 황화물이 미첨가 실험계에 비하여 낮게 생산되었으며, 이는

Park and Lee (1998)

의 실내실험계를 통하여

C. polykrikoi- des

분해과정 중 해양세균 군집변동 조사에서 황토첨가 실험계 가 미첨가 실험계에 비하여 산휘발성 황화물의 생성농도가 낮 았다는 결과와 일치하며,

Choi et al. (1998)

이 진주만의 퇴적 층에 황토를 살포 후 산휘발성 황화물을 조사한 결과 황토를 살 포한 지역에서 산휘발성 황화물의 농도가 낮았다는 조사결과 와 일치한다. 또한, 황토 첨가비율이 높은 실험계에서 산휘발 성 황화물이 낮게 생성되었으며, 이는 황토첨가가 유기물 분해 과정에서 환원적 환경으로의 진행을 억제하여 황산염환원세균 의 활성저해와 황화수소 발생을 억제한 것으로 사료된다. 또 한, 완도 황토를 첨가한 실험계에서 산휘발성 황화물의 생성농 도가 남해 황토첨가에 비하여 높았으며, 이는 황토 채취지역에 따라 황토의 구성광물 비율 및 화학적 조성의 차이

(Hwang et al., 2000)

가 있으며 이와 관련이 있는 것으로 사료된다.

분해과정 중 휘발성 지방산의 변동

휘발성 지방산은 유기물의 혐기성 분해과정에서 생성되는 중 간 대사산물로서 수계퇴적물, 폐수처리 반응조 및 동물의 장 내 등 다양한 혐기성 환경에서 검출되며

(Balba and Nedwell,

1982)

, 유기물의 혐기성 분해과정의 최종단계인 메탄생성과

황산염환원에 중요한 에너지원이 된다. 그러나 해수역에서는 전자수용체인 황산염이 풍부하여 해양환경에 악 영향을 미치 는 황화수소가 생성되는 황산염환원에 우선적으로 이용된다.

따라서 오래 전부터 연안 퇴적층에서의 분포

(Parkes and Tay- lor, 1983; Molongoski and Taylor, 1985; Mueller-Harvey and Parkes, 1987; Kondo et al., 1990a)

, 해양 퇴적층의 유기 물 분해과정에서 거동

(Balba and Nedwell, 1982; Boshker et al., 2001; Finke et al., 2007; Kondo et al., 1990b, 1993a; Tor et al., 2003; Valdemarsen and Kristensen, 2010)

및 생성에 미치는 환경요인

(Kondo et al., 1993b; park et al., 1996)

등 다 양한 연구가 되어졌다.

해양 퇴적층에서의 유기물의 혐기성 분해과정 중 많이 생성 되는 휘발성 지방산

acetate, butyrate, formate, lactate, propi-

onate

및

succinate

를 분석하였으나, 본 연구의

C. polykrikoi- des

분해과정에서는

acetate, formate, propionate

로

3

종의 휘 발성 지방산만 생성되었다. 이 중

acetate

는 해양퇴적층에서 생성되는 주요한 발효산물

(Mueller-Harvey and Parks, 1987;

Sansone and Martens, 1982)

로서, 유기물의 혐기성 분해과 정에서 가장 많이 생성되는 휘발성지방산으로 보고

(Zeikus, 1983)

되었으며, 황산염환원세균이 이용하는 기질 중 약

60

% 를 차지하는 주요 에너지원으로 알려져 있다

(Banat et al., 1981; Winfrey and Ward, 1983; Skyring, 1988; Kondo et al., 1990b).

Fig. 4

는 배양동안

acetate

의 변동을 나타낸 것으로 황산염환 원세균의 억제제인

sodium molybdate

미첨가 실험계에서 배 양

1

일부터

4

일까지 모든 구간에서 생성되기 시작하였으며 황 토첨가 실험계가 미첨가 실험계에 비하여 약

1.2-1.8

배 정도 적 게 생성되었지만, 첨가된 황토의 산지와 첨가비율에 따라서는

acetate

의 생성 정도의 차이를 보이지 않았다. 또한,

sodium molybdate

미첨가 실험계에서 배양

4

일째부터

6

일까지 급격히 감소하였으나, 첨가한 실험계에서

acetate

의 농도는

4

일 이후

Fig. 4. Fluctuations of acetate during anaerobic decomposition of Cochlodinium polykrikoides in the microcosm system without sodium molybdate (A) and with sodium molybdate (B).

▲: No addition of Yellow clay, ■:Yellow clay collected Namhae area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 1:1, □:

Yellow clay collected Namhae area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 2:1, ●: Yellow clay collected Wando area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 1:1, ○: Yel- low clay collected Wando area added to the sediment in the dry/

wet weight ratio of 2:1. All data are expressed as the mean±SE (n=3)

Incubation time (days)

Incubation time (days)

Acetate (μM)

(A)

(B)

Acetate (μM)

400

400 200

200 0

00 2 4 6 8 10 12

2 4 6 8 10 12

No addition

No addition

N 2:1 N 1:1

W 1:1 W 2:1

N 2:1 W 2:1

N 1:1 W 1:1

Fig. 6. Fluctuations of Propionate during anaerobic decomposi- tion of Cochlodinium polykrikoides in the microcosm system without sodium molybdate (A) and with sodium molybdate (B).

▲: No addition of Yellow clay, ■:Yellow clay collected Namhae area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 1:1, □:

Yellow clay collected Namhae area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 2:1, ●: Yellow clay collected Wando area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 1:1, ○: Yel- low clay collected Wando area added to the sediment in the dry/

wet weight ratio of 2:1. All data are expressed as the mean±SE (n=3)

Propionate (μM)

No addition N 1:1

W 1:1 N 2:1

W 2:1 100

80 60 40 20

00 2 4 6 8 10

Propionate (μM)

0 2 4 6 8 10

No addition N 1:1

W 1:1 N 2:1

W 2:1 100

(B)

80 60 40 20 0

(A)

Incubation time (days) Incubation time (days)

로 약간 증가하거나 변동이 없어, 분해과정 중 생성된

acetate

는 황산염환원세균에 모두 이용되어졌음을 일수 있었다. 이는

Kondo et al. (1993a)

및

Laanbroek and Pfenning (1981)

의 실내실험계를 통한 해양 퇴적층에서 생성된

acetate

는 황산염 환원세균에 의하여 대부분 소모되어졌다는 결과와 일치하였 다. 따라서 해양 퇴적층의

C. polykrikoides

혐기성 분해과정 에서 황토 첨가는 황화수소를 생성하는 황산염환원세균의 주 요 에너지원인

acetate

의 생성을 억제함을 간접적으로 알 수 있었다.

Fig. 5

는

formate

의 변동을 보여주는 것으로

acetate

와 유사 한 농도로 생성되었다.

Kondo et al. (1990b, 1993a)

에 의한 유기물 분해실험에서는 본 연구결과와 같이

acetate

와 유사한 농도로 생산되었으나,

Laanbroek and Pfenning(1981), Tay- lor and Parkes(1984)

,

Park et al. (1997)

에 의한 해양 퇴적물 의 유기물 분해실험에서는 생성되지 않아, 퇴적물에 따라 유기 물 분해기작에 차이가 있음을 알 수 있었다.

C. polykrikoides

혐기성 분해에서

formate

는 황토첨가 및 미첨가 모든 실험계에 서

acetate

에 비하여 빠른 속도로 생성되어 배양

1

일째에 최고

농도에 도달하였다. 황토첨가 실험계에서

formate

가 미첨가 실험계에 비하여

1.3-2.8

배 낮은 농도로 생성되었으며, 황토첨 가 실험계 중 남해와 완도황토 모두 첨가 비율이 높은 실험구가 낮은 실험구에 비하여 낮은 농도로 생산되어 유기물의 혐기적 분해과정에서 황토구성 성분이

formate

생산을 억제 함을 알 수 있었다. 또한,

sodium molybdate

를 첨가한 실험계에서는 배양

1

일 이후로 일정 한 농도를 유지하였으나,

sodium mo-

lybdate

를 첨가하지 않은 실험계 중 황토미첨가 실험계에서는

급격히 소모되어 배양

2

일째에는 검출되지 않았으나 황토첨가 실험계는 미첨가 실험계에 비하여 서서히 소모되어 배양

3

일째 에 거의 소모되었다. 따라서 해양 퇴적층에서

C. polykrikoides

혐기성 분해과정에서 황토첨가가 미첨가에 비하여

formate

의 생성농도가 작았고 황산염환원세균에 의하여 천천히 이용됨 을 알 수 있었다.

Propionate

도 해양 퇴적층 및 간석지 등의 혐기적 환경에서 분포하는 중요한 휘발성 지방산으로 보고

(Banat et al., 1981)

되었으며, 대부분의 해양 퇴적층의 유기물 분해과정에서 생산 되는 것으로 보고

(Kondo et al., 1993a; Laanbroek and Pfen-

Fig. 5. Fluctuations of formate during anaerobic decomposition of Cochlodinium polykrikoides in the microcosm system without sodium molybdate (A) and with sodium molybdate (B).

▲: No addition of Yellow clay, ■:Yellow clay collected Namhae area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 1:1, □:

Yellow clay collected Namhae area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 2:1, ●: Yellow clay collected Wando area added to the sediment in the dry/wet weight ratio of 1:1, ○: Yel- low clay collected Wando area added to the sediment in the dry/

wet weight ratio of 2:1. All data are expressed as the mean±SE (n=3)

Formate (μM) Formate (μM)

600

600 400

400 200

200 0

0 0

0

2

2

4

4

6

6

(A)

No addition N 1:1

W 1:1 N 2:1

W 2:1

Incubation time (days)

Incubation time (days)

No addition N 1:1

W 1:1 N 2:1

W 2:1

(B)

ning, 1981; Taylor and Parkes, 1984; Park et al., 1997)

되었 다. 본 연구에서

propionate

도

acetate

와

formate

와 마찬가지 로 배양 후 황토첨가 및 미첨가 모든 실험계에서 생성되기 시 작하여

2

일째 농도가 가장 높았으며 황토첨가 실험계가 미첨 가 실험계에 비하여

1.5-1.8

배 정도 낮은 농도로 생성되었으

나,

formate

와는 다르게 황토 첨가농도에 따라서 뚜렷한 차

이를 보이지 않았다

(Fig. 6).

또한, 배양

2

일 이후로

sodium

molybdate

를 첨가한 황토첨가 및 미첨가 실험계에서 조금씩

증가하는 경향을 보여주었으나, 첨가하지 않은 모든 실험계에 서 배양 4일째까지 급격히 소모되어 황산염환원세균에 의하여 이용됨을 알 수 있었다. 따라서

propionate

도 해양 퇴적층에서

C. polykrikoides

혐기적 분해과정에서 황토첨가가 미첨가에 비하여

propionate

의 생산량이 낮아 황산염환원세균에 의하여 이용되는 양이 적음을 알 수 있었다.

Table 1

에

C. polykrikoides

혐기성 분해 중 황산염환원세균 에 이용된

3

종의 휘발성 지방산의 농도를 나타내었다. 생성된 모든 휘발성 지방산이 황토첨가 실험계가 미첨가 실험계에 비 하여 황산염환원세균에 의하여 이용되는 양이 적었으며, 이용 된 양은

acetate

와

formate

가 유사하였고

propionate

가 약

1/4

정도의 수준이었다. 또한 이용된 순서는 산휘발성 황화물이 생 성되기 시작하는 배양

2

일째부터

propionate

가 가장 먼저, 다 음으로

formate, acetate

의 순이었다.

적조방제로 살포한 황토가 해양퇴적층에서

C. polykrikoides

의 혐기성 분해에 미치는 영향을

microcosm

실험계를 이용하 여 간접적으로 알아본 결과를 요약하면,

C. polykrikoides

의 분해과정에서 황토첨가는 환원적 환경을 나타내는 음의 산환 환원전위로 되는 것을 억제하며, 황산염환원세균의 에너지원 으로 이용되는 휘발성 지방산인

acetate, formate

및

propio- nate

의 생성을 낮게 하고, 최종적으로 해양생물에 직접적인 악 영향을 주거나 해양환경을 악화시키는 황화수소 생성을 제어 함을 간접적으로 알 수 있었다. 그러나 본 실험에서는 황토 첨 가가 혐기적 환경조성과 휘발성 지방산의 생성억제와 이에 따 른 황화수소생성을 억제함을 알 수 있었으나 황토의 어떤 기작 에 의한 것인지는 차후 연구되어야 할 것으로 사료된다.

사 사

본 연구는 국립수산과학원 적조모니터링 및 대응연구(

RP-

2012-OE-15)

의 연구지원에 의하여 수행되었습니다.

Table1. Utilized volatile fatty acids(VFAs) by sulfide-reducing bacteria during anaerobic decomposition of Cochlodinium polykrikoides in the microcosm system

Periodes (days)

Total utilized VFAs

1-2 2-3 3-4 4-6 6-8 8-10 10-23

Acetate

No addition1 0.0 0.0 357.0 10.7 7.5 0.0 375.2

N 1:12 0.0 0.0 117.6 18.1 86.5 0.0 222.2

N 2:13 0.0 0.0 158.6 30.9 10.8 0.0 200.3

W 1:14 0.0 0.0 167.4 77.6 10.3 0.0 255.3

W 2:15 0.0 0.0 203.2 0.0 0.0 0.0 203.2

Formate

No addition 0.0 4.1 0.0 0.0 0.0 0.0 432.0

N 1:1 0.0 209.4 0.0 0.0 0.0 0.0 266.3

N 2:1 0.0 51.9 0.0 0.0 0.0 0.0 185.2

W 1:1 0.0 178.2 0.0 0.0 0.0 0.0 210.3

W 2:1 0.0 108.6 0.0 0.0 0.0 0.0 175.5

Propionate

No addition 0.0 10.4 20.8 5.8 0.0 0.0 82.3

N 1:1 0.0 30.0 2.5 5.9 0.0 0.0 53.4

N 2:1 0.0 26.1 6.4 3.4 0.0 0.0 45.7

W 1:1 0.0 16.8 9.6 2.9 0.0 0.0 50.2

W 2:1 0.0 26.9 2.2 1.3 0.0 0.0 46.5

1

No addition of Yellow clays

2

Addition of Yellow clay collected Namhae area to the sediment in the dry/wet ratio of 1:1.

3

Addition of Yellow clay collected Namhae area to the sediment in the dry/wet ratio of 2:1.

4

Addition of Yellow clay collected Wando area to the sediment in the dry/wet ratio of 1:1.

5

Addition of Yellow clay collected Wando area to the sediment in the dry/wet ratio of 2:1.

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