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Effect of Water Temperature on Ammonia Excretion of Juvenile Dark-banded Rockfish Sebastes inermis

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볼락 Sebastes inermis 치어의 암모니아 배설에 미치는 수온의 영향

오승용

1*

·최상준

2

1한국해양연구원 해양생물자원연구부

(425-600) 경기도 안산시 안산우체국 사서함 29

2국립수산과학원 육종연구센터

(656-842) 경상남도 거제시 남부면 다포리 201

Effect of Water Temperature on Ammonia Excretion of Juvenile Dark-banded Rockfish Sebastes inermis

Sung-Yong Oh

1*

and Sang Jun Choi

2

1Marine Living Resources Research Department, KORDI Ansan P.O. Box 29, Seoul 425-600, Korea

2Genetics and Breeding Research Center, NFRDI Geoje 656-842, Korea

Abstract : A study was carried out to investigate the effect of water temperature on daily pattern and rate of total ammonia nitrogen (TAN) excretion in juvenile dark-banded rockfish

Sebastes inermis

(mean body weight: 14.8±0.3 g) under fasting and feeding conditions. Fish were acclimated over 10 days under three different water temperatures (15, 20 and 25oC). After 72 hours of starvation, fasting TAN excretion was measured at each temperature. To investigate post-prandial TAN excretion, fish were hand-fed with a commercial diet containing 47.7% crude protein for 7 days, two times daily at 09:00 and 17:00 hr. Water was sampled from both the inlet and outlet of each chamber every 2 hrs over a 24 hr period. Both fasting and post-prandial TAN excretion increased with increase in water temperature (P<0.05). Mean fasting TAN excretion rates at 15, 20 and 25oC were 8.1, 9.0 and 9.2 mg TAN kg fish−1 h−1, respectively. The value of 15oC was lower than those of 20 and 25oC (P<0.05), but there was no significant difference between 20oC and 25oC (P>0.05). Mean post-prandial TAN excretion rates at 15, 20 and 25oC were 20.1, 22.9 and 23.4 mg TAN kg fish−1 h−1, respectively. A peak post-prandial TAN excretion rate occurred after 12 hrs from the first feeding at 15oC (mean 28.7 mg TAN kg fish−1 h−1), 20oC (33.7 mg TAN kg fish−1 h−1) and 25oC (36.8 mg TAN kg fish−1 h−1), respectively. The TAN loss for ingested nitrogen at 15oC (36.2%) was lower than that of 20oC (40.8%) and 25oC (41.7%). Based on overall results, water temperature exerts a profound influence on the nitrogen metabolism of juvenile dark-banded rockfish.

Key words : Dark-banded rockfish,

Sebastes inermis

, ammonia excretion rate, water temperature, marine fish

1. 서 론

암모니아는대다수경골어류의질소대사작용결과

성되는최종 부산물로서(Elliott 1976; Handy and Poxton 1993), 질소성노폐물의 75~90%차지한다(Dosdat et

al. 1996). 어류에의해배설된암모니아는수중에서온도

pH 그리고염분에따라비이온화(NH3) 또는이온화 (NH4+)형태의비율이달라지며(Trussell 1972), 비이온

*Corresponding author. E-mail : [email protected]

(2)

화된 형태가 어류에게 높은 독성을 보인다(Meade

1985). 어류양식을위해일반적으로허용가능한사육수

비이온화된암모니아농도는 0.0125 mg NH3-N/

l

,

매우낮은농도에서도어류에게영향을미치는것으로

려져있다(Meade 1985). 따라서집약적양식시스템

암모니아농도는어류의성장률과폐사율에 직접적인 향을미치며(Meade 1985; Thomas and Piedrahita 1998),

어류생체량과사육밀도를 제한하는인자로 간주되고 (Cai and Summerfelt 1992; Forsberg and Summerfelt

1992). 또한암모니아배설은어류의단백질대사에미치

다양한환경적, 영양적인자들에관한지표로이용되며

어류의질소수지에관한중요한정보를제공한다(Rychly

and Marina 1977; Jobling 1981; Beamish and Thomas 1984; Perera et al. 1995; Engin and Carter 2001). 따라서

암모니아배설의정량화는어류의단백질대사효율의 (Jobling 1981; Dosdat et al. 1996; Gélineau et al.

1998; 2004)뿐만아니라질소노폐물의변화

도를구명하고사육환경개선을위한환수시기와 양의 결정, 수질정화를위한생물여과조의 설계, 그리고시스

수용생체량 밀도를추정하는데중요한자료가 된다(Porter et al. 1987; Forsberg and Summerfelt 1992;

Wu 1995).

어류의암모니아배설은수온, 크기, 사료단백질

섭취량등과같은많은내·외부 인자의영향을 는다(Jobling 1981; Beamish and Thomas 1984; Cai and Summerfelt 1992; Engin and Carter 2001). 수온은

어류와같은변온동물의대사반응에직접적인영향을 치는대사조절인자(Brett and Groves 1979)로서, 어류의

성장과생존에가장영향을미치는외부인자이다. 따라

walleye(

Stizostedion vitreum

)(Forsberg and Summerfelt 1992), Arctic charr(

Salvelinus alpinus

)(Lyytikäinen and Jobling 1998), sea bass(

Dicentrarchus labrax

)(Ruyet et

al. 2004) 등을포함한많은어류에서암모니아배설에

치는수온의영향 연구가이루어졌다.

볼락(

Sebastes inermis

)양식대상종으로서뿐만

니라정착성이강해 연안자원증대를위한 방류어종으 매우 유망한어종으로서가치가매우높지만, 최근

초기종묘생산과정동안수질변화를연구한결과에서도 배합사료의공급이이루어지는동안 부화장 암모니아 같은질소성노폐물의증가심각한오염현상이 제점으로지적되고있다(오와 2006). 따라서연구에

서는볼락의생산성향상, 단백질이용효율앞으로의

친환경적생산관리 체계개발을위한정보 수집을위해 볼락치어를대상으로수온에따른절식사료섭취 총암모니아성 질소(total ammonia nitrogen, TAN) 배설

경향과배설량을조사하였다.

2. 재료 및 방법

실험어순치

실험어는경상남도통영시한국해양연구원해상가두리 에서사육중인볼락치어(평균무게 10.0±0.2 g) 300

리를사용하였다. 실험어는초기실내수조에적응시키기

위해실험 400

l

FRP 수조 2개와침지식생물여과조 (1.0×1.5×2.0 m, 3.0 ton)구성된순환여과식 시설에

옮겨 1동안 15.0±0.1oC 조건에서순치시켰다. 순치기

동안시판용해산어상품사료(Purina Co., Korea, 단백

함량 47.7%) 일간어체중의 1.0~1.5%하루에

(09:00, 17:00 h) 공급하였으며, 수온은히터와냉각기

이용하여조절하였다. 사육수용존산소는유량조절

에어레이션을 통해 80% 이상의포화상태를유지하였

, 일일전체수량의 10% 이상을환수시켰다. 순치기간

동안사육수의 pH 8.0±0.1, 염분은 33.5±1.2 psu

지하였다.

실험 장치

볼락 치어의 수온에따른 TAN 배설률은어류 사육조,

질산화생물여과조그리고공급탱크와저수탱크로이루어

오와(2005)시스템을사용하였다. 질산화생물여

과조로서회전원판식여과조(rotating biological contactor, RBC)이용하여시스템 TAN 축적을방지하였고,

급탱크는용적이 340

l

원형고무수조를사용하였다. 볼락

치어를수용한 어류사육조는가로 23 cm, 세로 39 cm,

높이 26 cm 유리수조를사용하였으며, 실험 기간 동안

수량은 17.4±0.5

l

, 유량은 57.3±2.7

l

/h유지하였다.

유기물이모이도록하기위해서어류사육조를 15o

정도의 경사를 주었으며, 모인 분과 유기물은 직경이

16 mm플라스틱파이프를이용해배출하였다.

실험 방법

실험수온에실험어의순치는 200

l

유리수조 2개와

침지식생물여과조(1.0×1.2×0.5 m, 0.6 ton)구성된

환여과식시스템 3 set에서이루어졌다. 실내수조에순치

볼락치어를 set유리수조마다 50마리씩, 6

유리수조에분산수용하였다. 실험수온인 15oC, 20oC

그리고 25oC조절하기위해 15oC 실험구 1 set제외

하고 나머지 2 set 순환여과식 시스템은 15oC로부터

3~6일간에걸쳐서서히높였다. 수온조절이이루어진

볼락치어는 10이상 실험조건에추가 순치시켰으

, 순치기간사료는하루에어체중의 1.5~2.0% 비율

하루에(09:00, 17:00 h) 공급하였다. 실험기간

동안광주기는 12L:12D유지하였으며, 명조건은 32-W

형광등을이용하여유도하였다.

(3)

순치된볼락치어는 2-phenoxyethanol(Sigma, St. Louis,

MO, USA)마취시켜무게를측정한다음 실험수온이

유지된실험장치어류사육조에수용한, 운반

섭취한사료(, 단백질)영향을배제한내인성 TAN

설량을 측정하기 위해 72시간 절식한 24시간 동안 TAN 배설률을조사하였다(Leung et al. 1999a). 절식

TAN 배설률을측정한다시무게를측정한다음사료

섭취에따른정상적인 TAN 배설패턴을확보하기 위해

실험장치내에서 7일간하루에(09:00, 17:00 h)

공급(어체중의 1.82±0.03%)하였다. 사료공급 8

째에일간사료공급에따른식후 TAN 배설률을 24시간

동안조사하였다. 실험에이용된볼락치어의체중은 14.8

±0.3 g(평균±S.D., 습중량)이었으며, 어류사육조에 10

마리씩, 3반복수용하였다.

암모니아측정 자료 처리

볼락치어의 수온에따른절식 TAN 배설률은어류

사육조유입수와 배출수를 09:00시부터 2시간간격으로

다음 09:00시까지채수하여 TAN 농도를측정하여

하였다. 사료공급에따른식후 TAN 배설률은사료공급

직전(09:00 h)채수한절식 TAN 배설률측정방법과

동일한방법으로채수하여 TAN 농도를측정하였다.

실험조건의 TAN 배설률은어류가수용되지않은대조구

연계하여다음의식을이용하여구하였다(Leung et al.

1999a). TAN 분석은 Strickland and Parsons(1972)방법

따라 측정하였다.

TAN 배설률(mg TAN kg fish−1 h−1)

={(COCI)Q1(CCCI)Q2}/W

여기서, CI = 유입수의 TAN 농도(mg/

l

)

CO = 실험구수조배출수의 TAN 농도(mg/

l

) CC = 대조구수조배출수의 TAN 농도(mg/

l

) Q1 = 실험구를지나가는 시간당유량(

l

/h) Q2 = 대조구를지나가는 시간당유량(

l

/h) W = 어체중(kg)

식을통해계산된 TAN 배설률(mg TAN kg fish−1 h−1)시간에대한 TAN 배설률로도식화하여곡선아래

면적의적분을통해일간 TAN 배설률(mg TAN kg fish−1 d−1)추정하였다.

모든 자료의통계처리는 SPSS 11.5(SPSS Inc., USA)

통계프로그램을이용하였다. 볼락치어의 TAN 배설률에

대한 수온의 영향은 분산분석(ANOVA) 실시하여

Duncan's multiple range test평균간 유의성을 95%

뢰수준에서검정하였다.

3. 결 과

절식에따른 TAN 배설

볼락치어의수온에따른절식시간당평균 TAN

설률의일간패턴과결과를 Fig. 1 Table 1나타내

었다. 절식시간당평균 TAN 배설률은수온 15, 20

리고 25oC에서 각각 6.1~10.0(8.1±0.2, mean±standard error), 7.6~10.3(9.0±0.1) 그리고 7.9~11.0(9.2±0.1) mg TAN kg fish−1 h−1나타나수온상승에따라증가하였다.

일간배설률(Fig. 2)각각 194.0±6.5, 215.5±4.1 그리

221.8±5.1 mg TAN kg fish−1 d−1 나타나, 15oC

비해 20oC 25oC각각 1.11배와 1.14증가하였다.

이상의결과에서볼락치어의절식시간당일간

TAN 배설률은수온 상승에따라모두 증가하였으며,

15oC비해 20oC 25oC유의하게(P<0.05) 증가하였

지만, 20oC 25oC간에는차이가없었다(P>0.05).

사료 공급에따른식후 TAN 배설

수온에따른볼락치어의식후시간당평균 TAN 배설

Fig. 1. Changes of total ammonia nitrogen (TAN) rate of the fasted dark-banded rockfish Sebastes inermis under three different water temperatures. The dashed bar represents the night period. Values represent mean±standard error (n=3).

Table 1. Total ammonia nitrogen (TAN) excretion of the fasted dark-banded rockfish Sebastes inermis under three different water temperatures

Water temperature (oC)

15 20 25

TAN excretion rate*

(mg TAN kg fish−1 h−1) 8.1±0.2a 9.0±0.1b 9.2±0.1b

*Values (mean±standard error) with different superscript are significantly different (P<0.05, n=39).

(4)

률의일간패턴과결과를 Fig. 3 Table 2나타내었

. 수온 15, 20 그리고 25oC 모두에서사료공급과동시

TAN 배설률이증가하였다. 수온 15oC경우사료

급에따른식후시간당 TAN 배설률은 9.7~29.2 mg TAN kg fish−1 h−1 범위였으며 평균 20.1±1.0 mg TAN kg fish−1 h−1 나타났다. 번째 사료 공급이 이루어진 09:00시부터 TAN 배설률은증가하기시작해공급 6시간 (, 15:00 h) 후에 번째 peak (평균 26.3±1.2 mg TAN kg fish−1 h−1)보였다. 이후 TAN 배설률은감소하

였다가번째(, 17:00 h) 사료공급이이루어진 6 시간 (, 23:00 h) 후에 번째 peak (평균 28.7±0.8 mg TAN kg fish−1 h−1)보였다. 이후감소하기시작하여

지막 사료 공급 10시간 후에는처음의 배설률로 낮아졌

. 수온 20oC 25oC경우식후시간당 TAN 배설률은

각각 11.0~33.4 11.0~39.0 mg TAN kg fish−1 h−1범위

보였으며, 평균 TAN 배설률은각각 22.9±1.0 23.4

±1.3 mg TAN kg fish−1 h−1나타나 25oC 15oC

유의하게(P<0.05) 높았지만 20oC와는차이가없었고 (P>0.05, Table 2), 20oC 15oC와도 차이가 없었다 (P>0.05). 식후일간 TAN 배설패턴은수온 15oC동일

하게 수온 20oC 25oC에서도사료 공급과동시에 증가

하기시작해사료공급(, 09:00, 17:00 h)이루어진 6

시간 (, 15:00, 23:00 h) peak 값을 보였다. 수온 20oC경우번째와번째 peak 값은각각평균 28.3

±0.8 33.7±1.0 mg TAN kg fish−1 h−1이었고, 수온 25oC 경우각각 평균 28.5±0.4 36.8±1.2 mg TAN kg fish−1 h−1나타나 15oC마찬가지로 20oC 25oC

서도번째 peak 값이번째 peak 값보다높게나타

났다.

사료공급에따른식후일간평균 TAN 배설률은수온

15, 20 그리고 25oC에서 각각 501.2±18.2, 569.0±12.9

그리고 583.0±8.6 mg TAN kg fish−1 d−1나타나 20oC

25oC 15oC 비해 유의하게 높았지만(P<0.05), 20oC 25oC간에는차이가없었다(P>0.05). 섭취한질소

대해 TAN으로배설, 손실되는질소는수온 15, 20

리고 25oC에서각각 36.2±1.5, 40.8±0.6 그리고 41.7± 0.9% 나타나 15oC비해 20oC 25oC 손실 비율

유의하게 높았으며(P<0.05), 20oC 25oC차이가

Fig. 2. Daily total ammonia nitrogen (TAN) excretion rate of the fasted dark-banded rockfish Sebastes inermis under three different water tempera- tures. Values (mean±standard error) with differ- ent letter are significantly different (n=3).

Fig. 3. Changes of total ammonia nitrogen (TAN) excre- tion rate of dark-banded rockfish Sebastes iner- mis under three different water temperatures.

Fish were fed a diet two times (09:00 and 17:00 h) a day. The dashed bar represents night period.

Values represent mean±standard error (n=3).

Table 2. Results of nitrogen (N) intake rate, total ammonia nitrogen (TAN) excretion rate and TAN loss of dark-banded rockfish Sebastes inermis fed a diet two times a day under three different water temperatures

Temp. Daily intake N rate

(n=3) TAN excretion rate

(n=39) Daily TAN excretion rate

(n=3) TAN loss

(n=3)

oC mg N

kg fish-1 d-1* mg TAN

kg fish-1 h-1* mg TAN

kg fish-1 d-1* %*

15 1384.8±17.3a 20.1±1.0a 501.2±18.2a 36.2±1.5a

20 1395.7±10.6a 22.9±1.0ab 569.0±12.9b 40.8±0.6b

25 1397.0±13.8a 23.4±1.3b 583.0± 8.6b 41.7±0.9b

*Values (mean±standard error) with different superscript in same column are significantly different (P<0.05).

(5)

없었다.

이상의결과에서수온 15, 20 그리고 25oC 모두

사료공급에따라번의 TAN 배설률 peak보였고

번째보다번째 peak 값이높았으며, 사료공급 6

peak 배설률을보였다. 수온 상승에따라 TAN

설률이증가하였으며, 섭취 질소에대한 질소 손실비율

15oC비해 20oC 25oC 4.6~5.5% 높게나타

났다. 4. 고 찰

어류의먹이섭취, 소화(효소반응), 성장, 산소소비

암모니아배설과같은대사과정은수온에직접적인영향 받으며, 일반적으로 수온 상승과 함께 증가한다 (Forsberg and Summerfelt 1992). 실험결과수온상승

볼락치어의절식과사료공급에따른 TAN 배설률

승에 직접적인 영향을 미쳤으며, flounder(

Paralichthys olivaceus

)(Tanaka and Kadowaki 1995), walleye(Forsberg and Summerfelt 1992; Cai and Summerfelt 1992), areolated grouper(

Epinephelus areolatus

)(Leung et al.

1999a) 그리고 starry flounder(

Platichthys stellatus

)( 2009) 등의결과와일치하였다. 절식에따른 TAN 배설은

사료와같은외인성단백질원의섭취소화·흡수에 인한것이 아닌어류 자체가가지고 있는체단백질의 화작용(catabolism) 대사회전(turnover) 따른 내인성 (endogenous) 배설(Jobling 1981)나타내며, 절식기간

수온, 어종에따라 다양하게나타난다. (2004) 17.1~21.5 g참돔(

Pagrus major

)대상으로 23oC 조건

에서 3일간절식한결과 6.5~14.2 mg TAN kg fish−1 h−1

내인성 배설률을, Porter et al.(1987) 3~90 g gilthead seabream(

Sparus aurata

)대상으로 24oC 조건

에서 15~20시간절식한 10~16 mg NH4-N kg fish−1 h−1

내인성배설률을보고하였다. (2009) 42.4 g starry flounder대상으로수온 10, 15 그리고 20oC에서 3일간 절식 TAN 배설률이 각각 10.9, 11.2 그리고 12.2 mg TAN kg fish−1 h−1으로증가한다고보고해

결과와일치하였다. Ballestrazzi et al.(1994) Kaushik and Cowey(1991)종의경골어류를 대상으로 100~

200 mg N kg fish−1 d−1일간내인성질소배설률을

고하였으며, 실험의 194.0~221.8 mg TAN kg fish−1 d−1

일간 내인성 TAN 배설률과 유사하였다. 이상의결과

에서수온상승은볼락치어의체내아미노산의탈아미노

(deamination) 작용을증가시켜높아진대사요구량을

부분적으로 충족시킨 결과(Forsberg and Summerfelt 1992), 절식에 따른 일간 TAN 배설률이 15oC 비해 20oC 25oC 1.11배와 1.14 증가한것으로판단

된다.

어류의 TAN 배설은수온과더불어섭취하는먹이에

접적인 영향을 받는다(Brett and Zala 1975; Kaushik 1980; Ming 1985). , 외부단백질의유입에따른체내

이화작용의 결과 TAN 배설은 즉각적으로 증가하며 (Kaushik 1980), 양의정도와시간은어종, 크기, 섭취

, 그리고수온등에따라달라진다. (2009) 42.4 g starry flounder대상으로수온 10, 15 그리고 20oC

에서 어체중의 2.2~3.2%사료를공급한 각각 33.0, 43.4 그리고 55.3 mg TAN kg fish−1 h−1시간당 평균 TAN 배설률을 보여 수온 상승에 따라 증가하였으며, Lyytikäinen and Jobling(1998) 6 g Arctic charr

상으로수온 11.0, 14.4 그리고 17.7oC에서만복 사료

급한각각 5.95, 7.31 그리고 10.54 mg N kg fish−1 h−1

질소배설률을보여실험과유사한경향을보였다.

수온 상승에 따른 식후 TAN 배설의 증가는 minnows

(

Phoxinus phoxinus

)(Cui and Wootton 1988) areolated grouper(Leung et al. 1999b) 등에서도 동일한결과를

였다.

암모니아배설에관한일간패턴은어류사육시스템 수질관리를위한중요한정보를제공한다(Porter et al.

1987; Forsberg and Summerfelt 1992). 절식나타난

인성 TAN 배설률의일간패턴은수온에관계없이

화를보이지않았으며, 이전의결과들과일치하였다(Brett and Zala 1975; Kaushik 1980; Clarke et al. 1985;

2009). 식후 TAN 배설률의일간패턴은사료공급횟수에

따라 unimodal 또는 polymodal 리듬을 보인다(Kaushik 1980; Kaushik and Cowey 1991). 실험의경우번의

사료공급 번의 TAN 배설 peak보였으며, 모두

사료공급 6시간나타났고번째 peak 값이높게

타났다. 또한수온이높을수록 peak 값이높았다. (2009) 역시 starry flounder대상으로수온 10, 15 그리

20oC에서 번의 사료공급 번의 TAN 배설 peak관찰하였고 peak 값은 사료공급 2시간

타났으며번째 peak 값이 항상높고수온이높을수록

증가하는결과를보고하여 실험 결과와유사하였다. Dosdat et al.(1996) 역시평균체중 10 g sea bass, sea bream(

Sparus auratus

), turbot(

Scophthalmus maximus

), brown trout(

Salmo trutta fario

) 그리고 rainbow trout (

Oncorhynchus mykiss

)대상으로사료공급

번의 TAN 배설 peak관찰하였으며, peak 값은사료

3~5시간나타났고번째 peak번째보다

다고보고하였다. 이와는달리하루에사료공급이

이루어진 Atlantic cod(

Gadus morhua

)(Lied and Braaten 1984), Arctic charr(Lyytikäinen and Jobling 1998) 그리고

참돔( 2004)번의 TAN 배설 peak보였으며,

수치

Fig.  1. Changes of total ammonia nitrogen (TAN) rate of the  fasted  dark-banded  rockfish  Sebastes  inermis under  three  different  water  temperatures
Table 2. Results of nitrogen (N) intake rate, total ammonia nitrogen (TAN) excretion rate and TAN loss of dark-banded rockfish  Sebastes inermis  fed a diet two times a day under three different water temperatures

참조

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