Effects of Environmental Factors on Zoospore Release and Early Growth of the Green Tide Alga Cladophora albida

한수지 50(2), 175-182, 2017

175

Copyright © 2017 The Korean Society of Fisheries and Aquatic Science pISSN:0374-8111, eISSN:2287-8815 Korean J Fish Aquat Sci 50(2),175-182,2017

Original Article

서 론

녹조류인갈파래류

,

염주말류와대마디말류의생물량이급증 하는현상인녹조대발생

(green tide)

^{은전세계부영양화해역} 에서빈번하게나타나고있다

(Nelson et al., 2003b; Ha et al., 2016).

녹조대발생은타감물질

(

도파민

,

활성산소

)

과황화수소 와같은독성물질을생성하여무척추동물과어류의종다양성 및생물량을감소시키며

(Le Luherne et al., 2016),

저서및부 유미세조류

(planktonic microalgae)

^{의생장을감소시킨다}

(Nel- son et al., 2003a; Tang and Gobler, 2011).

또한

,

대발생한해조 류는매트를형성하여태양광을차단함으로써해초류의서식

수심과광합성을감소시키며

(Moreno-Marín et al., 2016),

수산 업과관광업에경제적손실을야기한다

(Nelson et al., 2008).

예 를들어

,

중국에서

2008

년에일어난가시파래

(Ulva prolifera)

의대발생은해삼과패류양식장에서각기약

500

^억원

(US$ 40 million)

의경제적피해를초래하였다

(Ye et al., 2011; Gao et

al., 2016).

일반적으로대발생을일으키는녹조류는표면적이

넓은엽상형

(e.g., Ulva armoricana, Ulva rotundata)

또는사 상형

(e.g., Ulva intestinalis, Chaetomorpha valida)

^이며

,

영양 염흡수와광합성효율이높은생리적특성을가진일년생의기 회종이다

(Taylor et al., 2001; Nelson et al., 2008; Choi et al., 2010).

또한

,

이들은광

,

온도

,

염분에대하여광범위한내성을

녹조대발생종 솜대마디말(Cladophora albida)의 유주자 방출과 초기생장에 환경요인이 미치는 영향

나연주·전다빈·이정록·박서경 ¹ ·김영식 ² ·최한길*·남기완 ³

원광대학교 생명과학부/환경과학연구소, ¹(주)연안관리기술연구소, ²군산대학교 해양생물공학과, ³부경대학교 자원생물학과

Effects of Environmental Factors on Zoospore Release and Early Growth of the Green Tide Alga Cladophora albida

Yeon Ju Na, Da Vine Jeon, Jung Rok Lee, Seo Kyoung Park

¹

, Young Sik Kim

²

, Han Gil Choi*

and Ki Wan Nam

³

Faculty of Biological Science and Institute for Environmental Science, Wonkwang University, Iksan 54538, Korea

1Institute of Coastal Management and Technology, Muan 58552, Korea

2Department of Marine Biotechnology, Kunsan National University, Kunsan 54150, Korea

3Department of Marine Biology, Pukyong National University, Busan 48513, Korea

We examined the effects of environmental factors on zoospore release and germling growth of the green tide alga Cladophora albida under various conditions of temperature×irradiance (zoospore release), temperature×irradiance×

nutrient (germling growth), and a single factor test of salinity. Zoospore release was maximized at 30℃ and 100 µmol photons m ^-2 s ^-1 in the temperature·irradiance experiment and at 34 psu in the salinity experiment. Maximum germling growth was observed at 25℃ with 100 µmol photons m ^-2 s ^-1 and PES (Provasoli’s Enriched Seawater) in the temperature·irradiance·nutrient experiment, and at 34 psu in the salinity experiment. Germlings grew faster at higher irradiances for a given temperature level, and also grew faster as salinity increased over the range of 5-34 psu. Over- all, optimal environmental conditions for zoospore release were 30℃, 100 µmol photons m ^-2 s ^-1 and 34 psu. Maximal germling growth occurred at 25℃, 100 µmol photons m ^-2 s ^-1 , PES, and 34 psu. C . albida blooms are most likely to occur under these optimal environmental conditions, as plentiful zoospore release and rapid germling growth lead to population growth.

Key words: Cladophora albida , Green tide, Growth, Temperature, Zoospore release

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial Licens (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

http://dx.doi.org/10.5657/KFAS.2017.0175 Korean J Fish Aquat Sci 50(2) 175-182, April 2017

Received 6 January 2017 Revised 16 March 2017; Accepted 20 March 2017

*Corresponding author: Tel: +82. 63. 850. 6579 Fax: +82. 63. 857. 8837

E-mail address: [email protected]

나연주

ㆍ

전다빈

ㆍ

이정록

ㆍ

박서경

ㆍ

김영식

ㆍ

최한길

ㆍ

남기완

176

가지며

(Taylor et al., 2001; Nelson et al., 2008; Human et al., 2016),

다량의유주자를생성하고

(Lin et al., 2008),

다양한유

·

무성생식방법을가진다

(Lin et al., 2008; Zhang et al., 2016).

예를들어

,

격자파래

(Ulva clathrata)

와참갈파래

(Ulva lactuca)

는이집트의호수에서

2014

년에대발생하였는데

(El Shoubaky, 2015),

^{참갈파래는다년생해조류에비해영양염흡수가}

4-6

^배 빠른것으로나타났다

(Pedersen and Borum, 1997).

Deng et al. (2011)

은염주말성체의절편은새로운개체로생 장하거나

,

생식세포를빠르게형성하여유주자를방출한다고 하였다

.

많은연구자들은유주자형성과방출

,

그리고배아생 장은환경요인과밀접하게관련되며

,

^{개체군증감과연결된다} 고하였다

(Lotze et al., 1999, 2000; Song et al., 2015).

해조 류배아는열악한환경에서발아및생장이거의멈춘휴면상

태의 포자은행

(propagule bank)

으로 존재하다가 호조건으로

바뀌면

,

빠른발아와생장을보이기때문에

(Lotze et al., 1999, 2000; Rinehart et al., 2014),

^{어떤종의개체군변동을이해하} 기위해서는다양한환경요인이배아생장에미치는영향을파 악해야한다

.

대마디말류

(Cladophora spp.)

^{의대발생은터키에} 서

C. laetevirens,

하와이에서

C. sericea,

미국과러시아에서

C. glomerata

^{등에의해서전세계에서여름철}

(7-9

월

)

에일어 났다

(Smith et al., 2005; Malkin et al., 2008; Gubelit and Ber- ezina, 2010; Balkıs et al., 2013).

해안에축적된대마디말류는 부패하여황화수소

(H

₂

S)

발생과무산소층

(anoxic layer)

을형 성하여해양생물의종다양성감소및관광업의피폐를가져왔 다

(Lavery and McComb, 1991; Panov et al., 2002).

솜대마디 말

(Claophora albida (Ness) Kützing)

^{은온대에서열대해역까} 지널리분포하며 솜뭉치처럼다발을형성하는종으로

(Cam- bridge et al., 1990),

광온성

(-8~35℃)

이고

,

여름에번무하는것 으로알려져있다

(Cambridge et al., 1990).

솜대마디말성체는 고온인

30℃

에서최대광합성

(Gordon et al., 1980), 23℃

에서 최대생장률을보였으며

,

^{생존과생장에광염성}

(0-30 psu)

^을나 타냈다

(Hayakawa et al., 2012).

최근

,

한국서해안의금발대마디말

(Cladophora vadorum)

^의 대발생

(

습중량기준약

214

톤

)

의원인은적정온도

(25℃)

와높 은인산염농도

(0.44 mg L

^-1

)

였으며

,

중요한메카니즘은영양 번식

(vegetative reproduction)

^{방법으로확인되었다}

(Ha et al., 2016; Na et al., 2016).

솜대마디말은우리나라모든조간대암 반에서식하는사상형녹조류로서적정수온과영양염농도에 도달하면

,

대발생을일으킬수있는잠재종이다

.

따라서

,

본연 구는솜대마디말성체절편의유주자생성및방출

,

그리고배 아의생장에환경요인이미치는영향을파악하여

,

^{대발생이일} 어날수있는해역의환경을예측할수있는자료를제공하기위 하여수행되었다

.

재료 및 방법

샘플채집과 유주자 방출

솜대마디말 포자체는 충청남도 태안군 만리포

(36°78′ N, 126°13′ E)

에서

2015

년과

16

년

5

월에채집하였으며

,

현장에서 해수가담긴지퍼백에넣고아이스박스에담아실험실로운반 하였다

.

엽체에착생한동

∙

식물과불순물을핀셋으로제거하고

유화용붓과여과해수

(0.45 μm)

를사용하여수회세척하였다

.

세척된솜대마디말성체

3 g(

^습중량

)

^{과멸균해수}

(100 mL)

^를파 쇄기

(BL3001, Tefal)

에넣고

8,000 rpm

으로

10 s

동안세단한

후망목

(Ø 0.5 mm)

으로여과하고메스실린더로침강시켜절편

(fragment)

을가진현탁액을만들었다

.

솜대마디말현탁액의농 도는

100 fragments mL

^-1였으며

,

각절편은

3-4

개세포

(cell)

을 가지고있었다

.

^{온도와광도가유주자방출에미치는영향을파} 악하기위하여

,

슬라이드조각

(2.5×2.5 cm) 1

개와

PES

배지

(5 mL, Provasoli, 1968)

가담긴

24

개의페트리디쉬

(Ø 6 cm)

에스

포이드를이용하여절편현탁액

1 mL

를각기접종하였다

.

다른

온도

(15, 20, 25, 30℃)

와광도

(50, 100 μmol photons m

^-2

s

^-1

)

로 세팅된배양기

(Bionex, Korea)

^에서

3

^{일동안배양하였으며광} 주기는

12:12h L:D

로동일하였다

.

유주자방출을위한예비실 험은

4

개온도

(20, 25, 30, 35℃)

에서수행되었으며

, 35℃

에서 는접종된절편이

2

일이내에탈색되어본실험에서는제외되었 다

.

광도는디지털광도계

(DX–200, Takemura)

로확인하였고

,

광도별로

3

^{개의반복구를두었으며}

,

^{배양기간에규조류의생장} 을억제하기위하여

GeO

₂

(5 mgL

^-1

)

를

PES

배지에첨가하였다

(Shea and Chopin, 2007).

배양

3

일후

,

솜대마디말성체절편 은유주자를생성및방출하였으므로

,

실험구별로슬라이드조 각에착생된솜대마디말배아를계수

(germlings mm

^-2

)

하여광 도가유주자방출에미치는영향을확인하였다

.

^{착생한배아의} 수는슬라이드조각을

Sedgwick-Rafter Chamber

위에놓고반 복구별로

1 mm

²의면적을

5

개

(

합계

, 5 mm

²

)

무작위로선택하 여광학현미경

(Olympus, BX53F, Japan)

하에서계수하였다

.

또한

,

염분농도가유주자방출에미치는영향을파악하기위 하여

,

^{다양한염분농도}

(5, 15, 25, 34, 45 psu)

^{를가진해수를준} 비한후

PES

배지를만들었다

.

멸균해수의염분은

34 psu

였으 며

,

저염분농도

(5, 15, 25 psu)

는멸균해수

(34 psu)

를

3

차증류 수로희석하여만들었으며

, 45 psu

의해수는멸균해수에천일 염을첨가하였다

.

배양액의염분농도는염분계

(Atago, S/Mil,

Japan)

^{로측정및확인하였고배양기의온도}

,

^{광도및광주기}

는예비실험에서최적생장조건으로확인된

25℃, 100 μmol photons m

^-2

s

^-1과

12:12h L:D

로동일하게유지하였다

. 생활사와 배아생장

솜대마디말배아의생장과발생과정을확인하기위하여

,

세척 한솜대마디말엽체

3 g

^{을유리슬라이드조각}

(2.5×2.5 cm)

^이 바닥에깔린페트리디쉬

(Ø 9 cm)

에멸균해수

(34 psu, 100 mL)

와함께넣은후

, 20℃

와

100 μmol photons m

^-2

s

^-1의연속광으 로세팅된

incubator

에서유주자방출을유도하였다

.

유주자방 출및착생이확인된실험개시

2

일후

,

무작위적으로선택된슬

녹조대발생종 솜대마디말의 유주자 방출과 초기생장

177

라이드조각

1

^개를

PES

^배지

(15 mL)

^{가담긴페트리디쉬}

(Ø 6

cm)

에넣고생활사를확인하고생장을비교하기위하여하단에

언급한다양한환경조건에서배양하였다

.

모든실험에서규조 류의생장을억제하기위하여

GeO

₂

(5 mg L

^-1

)

를배양액에첨가 하였고

,

배양액은

3

일간격으로전량교환하였다

.

광학현미경 에부착된디지털카메라로배아를촬영한후

Image J

^프로그램

(1.40s, National Institute of Health, Bethesda, USA)

을이용하 여길이를측정하였고

,

상대생장률

(RGR, relative growth rate)

을아래의식으로계산하였다

(Serisawa et al., 2002).

RGR (% day

^-1

)=100(In L

₂

– In L

₁

)/T

₂

–T

₁

L

₂는배양종료시

, L

₁은배양개시때의배아길이이고

T

₂

–T

₁ 는배양기간

(day)

을나타낸다

.

생활사관찰을위하여

,

배아가

착생된슬라이드조각과

15 mL

의

PES

배양액이담긴페트리

디쉬

(Ø 6 cm)

를최적생장조건으로확인된

25℃, 100 µmol photons m

^-2

s

^-1와

12:12h L:D

^{로세팅된배양기에서한달동안} 배양하였다

.

배양액준비및교환은상기와동일하였으며

,

솜대 마디말의형태적특징은광학현미경에부착된디지털카메라로 촬영및관찰하였다

.

환경요인

(

광도

,

온도및영양염농도의조 합

)

이배아생장에미치는영향을파악하기위하여

,

배아가착생 한슬라이드조각

1

^개를

15 mL

^{의멸균해수}

(34 psu, autoclaved seawater)

와

PES

배지가담긴페트리디쉬

(Ø 6 cm)

에넣고각 기다른

4

개온도

(15, 20, 25, 30℃)

와

2

개광도

(50, 100 μmol photons m

^-2

s

^-1

)

로세팅된

incubator

에서

6

일동안배양하였다

.

이때

,

모든배양기의광주기는

12:12h L:D

로동일하였으며

,

각 반복구에서배아

30

^{개체를무작위로선택하여길이를측정하} 였다

.

또한

,

염분농도가솜대마디말배아생장에미치는영향 을파악하기위하여

,

유리슬라이드조각에착생된배아를각기 다른염분농도

(5, 15, 25, 34, 45 psu)

를가진

PES

배지

(15 mL)

에넣은후

,

온도

(25℃),

광도

(100 μmol photon m

^-2

s

^-1

)

와광주 기

(12:12h L:D)

^{가동일하게세팅된}

incubator

^에서

12

^일동안 배양하였다

.

배양액의염분농도는유주자방출실험과동일하 게조절되었다

.

통계분석

다양한환경요인

(

^온도

,

^광도

,

^염분

)

^{이 솜대마디말의생장에} 미치는영향을파악하기위하여

,

통계분석은

Cochran’s test

로 등분산검정

(homogeneity of variances)

을실시하여 데이터의 동질성을 확인한후

, one-way ANOVA test (

염분

), two-way ANOVA test (

온도

×

광도

), three–way ANOVA test (

온도

×

광 도

×

영양염

)

^{로유의차를검정하였다}

.

^{평균에대한유의차가발} 견되면

Tukey’s HSD test

방법으로사후검정을실시하였으며

(Sokal and Rohlf, 1995),

데이터분석을위해사용된통계프로 그램은

STATISTICA version 7.0

이었다

.

결 과

유주자방출

솜대마디말은실험 개시

3

일후에 유주자를 형성하였으며

,

유주자 방출은

15-30℃

의 온도 범위에서 가능하였고

,

모든

온도 실험구에서

50 μmol photons m

^-2

s

^{-1에 비해}

100 μmol photons m

^-2

s

^-1에서착생된배아가많았다

.

또한

,

유주자방출 은

15

와

20℃

에비해

25

와

30℃

에서급증하였으나

, 35℃

에서

(

예비실험 결과

)

는

2

일이내에접종된절편이모두탈색되었

다

.

착생된배아개체수는

30℃

의

100 μmol photons m

^-2

s

^-1에 서

339.80±3.56

^개체

mm

^-2

(n=3)

^{로가장많았고}

, 15℃

^의

50 μmol photons m

^-2

s

^-1에서

24.53±1.91

개체

mm

^-2로최소였으 며온도와광도별유의차가 존재하였다

(P<0.01, Table 1).

^솜 대마디말의유주자형성및방출을위한적온은

30℃

였으며

,

동일한온도에서는

50 μmol photons m

^-2

s

^-1에비해

100 μmol photons m

^-2

s

^{-1에서많은유주자가방출된것으로확인되었다}

(Fig. 1).

솜대마디말의유주자는모든염분실험구

(5-45 psu)

에서방 출되었으며

,

착생된배아수는

34 psu

에서

332.80±8.01

개체

mm

^-2로가장많았고

, 5 psu

에서

29.00±0.60

개체

mm

^-2로서최 소였다

.

^{솜대마디말의유주자방출을위한해수의최적염분농}

Table 1. Analysis of variance (two-way ANOVA) for the effects of temperature and irradiance on zoospore release of Cladophora albida after 3 days in culture

Source of variation df MS F P

Temperature (T) 3 10.04 752.02 < 0.001

Irradiance (I) 1 0.24 17.65 < 0.001

Interaction 3 0.02 1.47 0.26

Error 16 0.01

Tukey test (P=0.05)

Temperature 15=20<25<30 Irradiance 50<100

0 100 200 300 400

15 20 25 30

N o. o f ger m lin gs (m m

2

)

Temperature (℃) 50 100 μmol photons m

^-2

s

^-1

A B

C

E F

H

I J K L

G

D

0 20 40 60 80

15 20 25 30

Le ng th (μm)

Temperature (℃) ASW PES

0 20 40 60 80

15 20 25 30

Le ng th (μm)

Temperature (℃) ASW PES

(A)

(B)

0 50 100 150 200 250

5 15 25 34 45

Le ng th (μm)

a

b

c

d

c

Fig. 1. Effects of temperature and irradiance on the zoospore release examined with number of settled germlings (mm²) of Cladophora albida fragments. Data represent mean±SE (n=3 replicates).

나연주

ㆍ

전다빈

ㆍ

이정록

ㆍ

박서경

ㆍ

김영식

ㆍ

최한길

ㆍ

남기완

178

도는

34 psu

^{의멸균해수였으며}

,

^고염분

(45 psu)

^{에비해저염분} 인

5, 15 psu

에서유주자방출은억제되었다

.

유주자방출은염 분농도별유의차를보였지만

(F

_4,10

=612.81, P<0.01),

^저염분

(5, 15 psu)

과고염분

(34, 45 psu)

에서는유의차가없었다

(P<0.01).

생활사

솜대마디말은암녹색또는밝은녹색이며

,

^체장은

1-5 cm

^이다

.

정단세포는둥글고세포길이는

165.90±2.18 μm (mean±SE, n=10 cells)

였으며직경은

42.92±1.20 μm (n=10)

로서길이

/

직 경의비율은

3.96±0.10 μm

이다

(Fig. 2A).

성체절편

(3-4 cells)

은연속광에서접종

2

일이내에배우자낭

(gametangia)

을형성 하였고세포의옆면에방출공이생성된후배우자

(n)

^를배양액 으로방출하였다

(Fig. 2B).

서양배모양의배우자는편모

2

개로 빠른움직임을보였으며

(Fig. 2C),

배우자

2

개가접합되면서이 동성은감소하고나중에기질에착생하였다

(Fig. 2D).

동형배 우자결합에의한접합자는편모

4

개와안점

2

개를가지고착생

시에편모가소멸되었다

(Fig. 2E, 2F).

^{때로는성숙한세포안} 에서배우자

2

개의접합이일어나기도하였으며

(Fig. 2G),

세 포밖으로방출된배우자혹은접합자는기질에착생하면서세 포분열을시작하였고

(Fig. 2H),

가근이형성되었으며

(Fig. 2I),

빠르게생장하였다

(Fig. 2J).

접종

12

일후

,

엽체의분지가관찰 되었으며

(Fig. 2K), 30

^{일후에는많은가지를가진성체가되었} 다

(Fig. 2L).

배아생장

솜대마디말배아는다양한온도

(15, 20, 25, 30℃),

광도

(50, 100 μmol photons m

^-2

s

^-1

)

와영양염농도

(

멸균해수와

PES

배 지

)

^에서

19.9-32.9% day

^{-1의생장률을보였다}

(Fig. 3A, 3B).

^배 양

6

일후

, 50 μmol photons m

^-2

s

^-1의멸균해수와

PES

배지에서 생장한배아들의평균길이는

40 μm

로서

, 100 μmol photons m

^-2

s

^-1에서생장한배아들의평균길이인

44 μm

에비해현저 하게느린생장을보였다

(P<0.01, Table 2).

^{배아생장은두개}

의광도에서

25℃

^{까지온도와정비례관계를보였으나}

, 30℃

에서는오히려억제되었고

,

동일한온도조건에서는멸균해수 에비해영양염농도가높은

PES

배지에서빠른생장을하였다

(Fig. 3A, 3B).

배아의길이는

25℃, 100 μmol photons m

^-2

s

^-1

0 100 200 300 400

15 20 25 30

N o. o f ger m lin gs (m m

2

)

Temperature (℃) 50 100 μmol photons m

^-2

s

^-1

A B

C

E F

H

I J K L

G

D

0 20 40 60 80

15 20 25 30

Le ng th (μm)

Temperature (℃) ASW PES

0 20 40 60 80

15 20 25 30

Le ng th (μm)

Temperature (℃) ASW PES

(A)

(B)

0 50 100 150 200 250

5 15 25 34 45

Le ng th (μm)

Salinity (psu)

a b

c

d

c

Fig. 3. Effects of temperature and nutrient condition on the growth of Cladophora albida cultured for 6 days at 50 μmol photon m^-2s^-1 (A) and 100 μmol photon m^-2s^-1 (B). Vertical bars indicate standard errors (n=3 replicates). ASW, Autoclaved seawater; PES, Prova- soli enriched seawater.

0 100 200 300 400

15 20 25 30

N o. o f ger m lin gs (m m

2

)

Temperature (℃) 50 100 μmol photons m

^-2

s

^-1

A B

C

E F

H

I J K L

G

D

0 20 40 60 80

15 20 25 30

Le ng th (μm)

Temperature (℃) ASW PES

0 20 40 60 80

15 20 25 30

Le ng th (μm)

Temperature (℃) ASW PES

(A)

(B)

0 50 100 150 200 250

5 15 25 34 45

Le ng th (μm)

Salinity (psu) a

b

c

d

c

Fig. 2. Growth and reproduction of Cladophora albida. (A) Field- collected sample. (B) Gametes released via liberation pore. (C) A pear-shaped zoospore. (D) A conjugated gamete having four fla- gella. (E) A zygote with four flagella. (F) Settled zygotes with dis- tinct eye spots. (G) A fertile cell having gametes conjugated from the posterior ends of each zoospore (arrows). (H) Zygotes showing cell division. (I) Germlings with primary rhizoid. (J) A germling showing apical growth. (K) Twelve-day old germling. (L) A adult plant with many branches after 30 days in culture. Scale bars rep- resent: (A) and (L), 200 µm; (B), 20 µm; (C), (D), (E), (F) and (I), 10 µm; (G) and (J), 25 µm; (H), 5 µm; (K), 50 µm.

녹조대발생종 솜대마디말의 유주자 방출과 초기생장

179

와

PES

배지에서 최대

(61.79±0.93 μm)

였으며

,

실험구에서 가장낮은온도인

15℃

와

50 μmol photons m

^-2

s

^-1

,

그리고멸 균해수의조합에서최소값

(26.97±0.69 μm)

^을보였다

. Three-

way ANOVA

에서 온도

,

영양염

,

광도는 유의차를 보였으며

(P<0.01),

^온도

×

영양염과온도

×

광도의상호작용도있는것 으로나타났다

(P<0.01, Table 2).

솜대마디말배아는다양한염 분실험구

(5, 15, 25, 34, 45 psu)

에서생장하였으며

,

배양

12

일 후에배아의길이는

58.39-193.10 μm

^였다

(Fig. 4).

^{배아의길이} 는정상해수

(34 psu)

에서

193.10±5.72 μm

로최대였으며

,

저 염분

(5, 15 psu)

이나고염분

(45 psu)

에서는더딘생장을보였 다

.

배아의상대생장률은

15.08-25.85% day

^-1로서염분농도별 유의차를보였지만

(P<0.01), 3

^개의농도

(25, 34, 45 psu)

에서 는유의차가없었다

.

고 찰

녹조류의 대발생은 유주자 혹은 접합자에 의한 유성생식

(sexual reproduction)

과잘려진모체의일부가새로운성체로 생장하는무성생식

(vegetative reproduction),

^혹은유

·

^무성의

2

^{가지생식방법에의해일어나는데}

,

^{본연구에서솜대마디말} 절편은생장하지않고짧은기간

(2-3

일

)

에유주자를대량생성 및방출하였다

.

솜대마디말절편의유성생식은대발생을일으 킨

Monostroma grevillei var. arctirum

과유사하였으나

(Bast et al., 2009; Xu et al., 2013),

^절편생장

(

영양생장의한형태

)

을통 하여생물량을증가시킨

Cladophora monteagneana

^{와금발대마} 디말과는구별되었다

(Kamermans et al., 1998; Na et al., 2016).

중국에서

2008

년에일어난세계최대규모의가시파래대발생

은다량의포자를생성및방출하는유성생식방법과절편에서 생성된수많은소엽이새로운개체로생장하는무성생식방법 에의해일어났다

(Gao et al., 2010; Zhang et al., 2016).

본연구에서솜대마디말성체의절편은

25℃, 100 μmol pho- tons m

^-2

s

^-1

, 34 psu

와연속광

,

그리고

PES

배지에서배양

2

일 이내

(12 h

에서

3

일이내

)

에유주자가생성및방출되었다

.

선

0 100 200 300 400

15 20 25 30

N o. o f ger m lin gs (m m

2

)

Temperature (℃) 50 100 μmol photons m

^-2

s

^-1

A B

C

E F

H

I J K L

G

D

0 20 40 60 80

15 20 25 30

Le ng th (μm)

Temperature (℃) ASW PES

0 20 40 60 80

15 20 25 30

Le ng th (μm)

Temperature (℃) ASW PES

(A)

(B)

0 50 100 150 200 250

5 15 25 34 45

Le ng th (μm)

Salinity (psu)

a b

c

d

c

Fig. 4. Average lengths of Cladophora albida germlings cultured under different salinity levels for 12 days. Culture conditions were 25℃, 12:12h L:D and 100 μmol photons m^-2s^-1. Vertical bars in- dicate standard errors (n=3 replicates). Different letters indicate significant group of mean found with the Tukey's HSD test.

Table 2. Analysis of variance (three-way ANOVA) for juvenile growth Cladophora albia grown at different temperature, nutrient and irradiance

Source of variation df MS F P

Temperature (T) 3 1423.25 915.15 < 0.001 Nutrient (N) 1 199.68 128.39 < 0.001 Irradiance (I) 1 118.13 75.96 < 0.001

T×N 3 11.52 7.41 < 0.001

T×I 3 7.93 5.10 < 0.01

N×I 1 0.23 0.15 0.71

T×N×I 3 0.57 0.36 0.78

Table 3. Environmental conditions and the period of zoospore formation of green tide macroalgae

Species Temperature

(℃)

Irradiance (μmol photons m^-2s^-1)

Daylength (h)

Nutrient type

Salinity (psu)

Zoospore

formation (day) References

Ulva australis 20 100 12 ASW - 2-3 Hiraoka and Enomoto (1998)

Ulva fasciata 25-30 15 12 - 15 2 Mantri et al. (2011)

25-35 15 12 - 15-30 6 (80-100%) Mantri et al. (2011)

Ulva intestinalis - 50 12 MGM - 8-15 Ruangchuay et al. (2012)

Ulva prolifera 20 40 12 - 20-32 4 (80-100%) Dan et al. (2002)

Chaetomorpha linum 20 100 24 ASW 34 4 Han et al. (2016)

Chatomorpha valida 22 72 10 - - 7-14 Deng et al. (2013)

Cladophora albida 25 100 12 PES 34 3 This study

25 100 24 PES 34 2 This study

ASW, Autoclaved seawater; MGM, Modified von Stosch medium; PES, Provasoli enriched seawater; -, no data

나연주

ㆍ

전다빈

ㆍ

이정록

ㆍ

박서경

ㆍ

김영식

ㆍ

최한길

ㆍ

남기완

180

행연구에서

,

^{대발생종인갈파래류와염주말류의유주자생성} 은

20℃, 50 μmol photons m

^-2

s

^-1

, 12 h

이상의환경조건에서일 어났으며

,

유주자생성기간은종별차이를보였다

(Table 3).

하 지만

,

갈파래류중에서

Ulva fasciata

는

15 μmol photons m

^-2

s

^-1 에서도대부분의엽체가

2-6

일이내에유주자를형성하여다른 종과구별되었다

(Table 3).

^또한

,

^{일반적으로대발생종의유주} 자생성은다양한영양염

(ASW, PES)

과염분농도

(15-34 psu)

에서

4

일이내에일어났으며

,

늦어도

1-2

주일이내에성숙되었 다

.

본연구대상인솜대마디말은이전에대발생을일으켰던다 른종과유사하게짧은기간

(3

일이내

)

에유주자가형성및방 출됨을확인할수있었다

.

해조류의생식적인분화

(reproductive differentiation)

와포자 형성

(sporulation)

은높은광도와온도에서촉진되었으며

,

녹조 대발생종인가시파래에서도유사한경향을보였다

(Dan et al., 2002; Lüning et al., 2008).

솜대마디말의유주자방출량

(

착생 된배아의개체수기준

)

^은

25

^와

30℃

^에서약

280

^개체

mm

^-2로 서

15

와

20℃

의

30

개체

mm

^-2에비해약

9

배많았고

, 100 μmol photons m

^-2

s

^-1에서

173

개체

mm

^-2로

50 μmol photons m

^-2

s

^-1 의

136

개체

mm

^-2에비해약

1.3

배높은것으로확인되어수온 과광도에비례하는것으로나타났다

.

본연구에서솜대마디말 은여름철조간대중부에서발견되는종으로서

,

^{유주자생성및} 방출의최적온도인

25

와

30℃

는간조시에엽체가경험하는온 도이며

,

밀물때유주자방출이일어나고배아생장은약간낮 은수온인

25℃

에서최대인것은생식및생장시기와관련되 는것으로사료된다

.

솜대마디말채집지인충청남도태안군에 서

2016

^{년의월평균수온은}

7

^월에

19℃, 8-9

^월에

23℃

^로서여 름철에유주자가생성및방출되지만대발생이일어나는

25℃

이상의수온에는도달하지않는것으로예측된다

.

솜대마디말배아는다양한온도

(15-30℃)

에서생장하였으며

,

저온

(15℃)

에비해고온

(20, 25, 30℃)

에서

, 50 μmol photons m

^-2

s

^-1에비해

100 μmol photons m

^-2

s

^-1에서

,

^{그리고멸균해수보} 다는영양염이첨가된

PES

배지에서빠른생장을보였다

.

특히

,

솜대마디말배아의생장률은

25℃

의

100 μmol photons m

^-2

s

^-1 과

PES

배지에서

32.91% day

^-1로 최대를보였는데

,

실염주말

(Chatomorpha linum)

^{배아의생장률인}

26.56% day

^-1

(

최적환 경인

25℃

^와

100 μmol photons m

^-2

s

^-1에서

)

^{와가시파래성체의} 생장률인

20% day

^-1

(20℃

와

100 μmol photons m

^-2

s

^-1

)

에비해 높은것으로확인되었다

(Luo et al., 2012; Han et al., 2016).

이 처럼솜대마디말은다른종들에비해빠른생장률을보임으로 써

,

향후솜대마디말대발생은온도와광도가높은여름철에부 영양화해역에서일어날가능성이높다

.

솜대마디말의유주자생성및방출과배아생장은다양한염분 농도

(5-45 psu)

에서일어났으며

,

정상해수인

(34 psu, 26% day

^-1

)

에비해저염분

(5, 15 psu)

과고염분

(45 psu)

에서생장은감소되 었으나여전히빠른생장

(15-23% day

^-1

)

을보였다

.

한편

,

솜대 마디말성체의생장률은

25 psu

^에서

40% day

^{-1로서배아에비}

해높게나타났으며

, 10-30 psu

^{범위에서도}

20-40% day

^-1의높 은생장률을유지하였다

(Gordon et al., 1980).

대발생을일으켰 던대마디말류해조류가최대생장을보였던염분농도는

24 psu (7 % day

^-1

, C. laetevirens), 27 psu (6 % day

^-1

, C. dalmatica)

과

30 psu (23% day

^-1

, C. coelothrix)

^{로종별로최대생장을위한최적} 염분농도와생장률이 다르게나타났으나

,

^{일반적으로정상해}

수

(34 psu)

에비해약간낮은염분에서주로빠른생장을보였

다

(Taylor et al., 2001; de Paula Silva et al., 2008; Hayakawa et al., 2012).

한편

,

낮은염분

(0-15 psu)

에서

C. laetevirens

의생장 률은

4% day

^-1이하로감소하였으나

(Hayakawa et al., 2012),

연 구대상종은

5

^와

15 psu

^에서도

15-18% day

^{-1의높은생장률을} 보였다

.

솜대마디말배아와성체는다양한염분농도

(5-45 psu)

에서높은생장률을보임으로써

,

다른대마디말속에속하는종

에서처럼영양염이풍부하고염분이낮은석호

(lagoon)

와내만

(gulf),

강과바다가만나는하구

(estuary)

등다양한지역에서번 무할것으로사료된다

.

솜대마디말은다양한환경

(

온도

·

광도

·

염분등

)

에서유주자를 생성및방출하였으며

,

배아생장도광온및광염성을보였고이 전에대발생을일으켰던녹조류의다른종들에비해빠른생장 률을보였다

.

따라서

,

솜대마디말은적절한온도

(25℃)

와광도

(100 μmol photons m

^-2

s

^-1

)

^{등환경조건이갖춰지면짧은기간} 에유성및무성생식을반복하면서대발생을일으킬것으로생 각된다

.

사 사

이논문은해양수산부의재원으로해양수산생명공학기술개 발사업연구개발비지원에의해수행되었습니다

.

또한

, 2016

년 도정부

(

교육과학기술부

)

의재원으로한국연구재단의기초연 구사업지원을받아수행된연구

(NRF-2016R1A2B1013402)

로서이에감사드립니다

.

References

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2013. Excessive growth of Cladophora lateirens (Dillwyn) Kützing and enteric bacteria in mats in the Southwestern Is- tanbul coast, Sea of Marmara. IUFS J Biol 72, 43-50.

Bast F, Shimada S, Hiraoka M and Okuda K. 2009. Asexual life history by biflagellate zoids in Monostroma latissi-

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org/10.1016/j.aquabot.2009.06.006.

Cambridge ML, Breema AM and van den Hoek C. 1990. Tem- perature limits at the distribution boundaries of four tropical to temperate species of Cladophora (Cladophorales: Chlo- rophyta) in the North Atlantic Ocean. Aquat Bot 38, 135- 151. http://dx.doi.org/10.1016/0304-3770(90)90001-2.

Choi TS, Kang EJ, Kim JH and Kim KY. 2010. Effects of salin- ity on growth and nutrient uptake of Ulva pertusa (Chlo-