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Copyright © 2020 The Korean Society of Fisheries and Aquatic Science pISSN:0374-8111, eISSN:2287-8815
서 론
국내수산양식업에서양식생물의질병은주요현안문제중 하나이다. 질병발생문제는양식생산전반의생산비용증가 로이어지며양식생물의생산성및경제성을저하시키는직접 적요인으로작용한다. 질병에의한경제적손실을줄이기위해 서는질병이발생하였을때대처및처리도중요하지만질병이 발생하지않도록질병조기예방하는것이더욱중요하다. 주로 많이이용되는조기예방법으로는백신을투여하거나자외선
(UV), 오존, 전기분해법등을이용하여양식장유입수또는사
육수를살균하여병원체를최소화하는것이다(Jorquera et al., 2002; Gullian et al., 2012; Ringø et al., 2014; Spiliotopoulou et al., 2018). 백신처방의경우에는특정질병및어종에대해 서만사용할수있고직접어류에게투여해야하는단점을지니 고있다. 자외선살균법, 오존살균법, 전기분해법은상대적으 로높은초기시설비와유지보수비용이요구된다. 자외선살균
법은상대적으로안전하지만 UV 램프주변에 biofouling 현상, 램프의성능과품질이상이하여일정한살균수준을유지하는 데노력이많이필요하다. 오존과전기분해법은강력한산화력 으로살균효과가탁월하여현장에서이용되고있으나, 산화과 정중양식생물에독성이매우높은이차적인산화산화물이형 성되는단점이있으며여과미생물에도위해를줄수있다. 특 히오존은수중에완전히용해되지않고대기중에유출될경우 인체에도심각한영향을줄수있으므로사용상주의가따른다 (Schroeder et al., 2014; Spiliotopoulou et al., 2018).
이산화염소는염소와산소의이중결합을가진유리기단량체 (free radical monomer)로기체상태로상온에존재한다. 낮은 온도에서이산화염소는액체상태로존재하며물에용해도가 매우높아음용수의소독, 탈취, 표백등다양한산업분야에이 용되고있다(EPA, 1994; Junli et al., 1997a). 이산화염소는염 소보다산화력이약 2.5배강하며수중의유기물등과반응한 후신속하게환원되어잔류산화물을남기지않는다. 또한광분
감성돔(Acanthopagrus schlegelii) 및 참돔(Pagrus major) 치어에 대한 이산화염소(ClO2)의 급성 독성
이옥·서준혁·서형원·장다희·이재만·최태건·박정환*
부경대학교 수산생물학과
Acute Toxicity of Chlorine Dioxide (ClO
2) to Juvenile Black Seabream Acanthopagrus schlegelii and Red Seabream Pagrus major
Ock Lee, Junhyuk Seo, Hyoungwon Seo, Dahee Jang, Jaeman Lee, TaeGun Choi and Jeonghwan Park*
Department of Fisheries Biology, Pukyong National University, Busan 48513, Korea
This study evaluated acute toxicity of chlorine dioxide (ClO2) to juveniles of black seabream
Acanthopagrus schlegelii
(19.4±2.3 g, 10.7±0.4 cm) and red seabreamPagrus major
(74.9±8.2 g, 15.9±1.0 cm). Thirty juveniles for each spe- cies were exposed to target ClO2 concentrations of 0, 0.05, 0.1, 0.125, 0.15, 0.2, 0.3, 0.4, and 0.5 mg/L in triplicate for eight days. Half lethal concentrations for 96 hours were found at 0.14 and 0.24 mg ClO2/L for black seabream and red seabream, respectively. Red seabream larger than black seabream in body weight appears to be more resistance to chlorine dioxide. However, regardless of species or size, specific loading rates of chlorine dioxide to total fish weight (daily feeding amount of ClO2 /total fish weight) were similar, showing 1.3 and 1.1 g ClO2/kg fishㆍday-1 for black seabream and red seabream.Keywords: Chlorine dioxide (ClO2), Toxicity, Seabream, Half lethal concentration
*Corresponding author: Tel: +82. 51. 629. 5911 Fax: +82. 51. 629. 5908 E-mail address: [email protected]
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Received 29 April 2020; Revised 7 May 2020; Accepted 8 May 2020
저자 직위: 이옥(대학원생), 서준혁(대학원생), 서형원(대학원생), 장다희(대학 원생), 이재만(대학생), 최태건(대학원생), 박정환(부교수)
https://doi.org/10.5657/KFAS.2020.0451 Korean J Fish Aquat Sci 53(3), 451-455, June 2020
(Junli et al., 1997b; Kim and Kim, 2003).
어류독성농도및적정처리농도등에대한자료가미비하다 (Kim and Kim, 2003). 신속한환원및광분해로잔류산화물을 남기지않아높은생물안전성을있지만, 양식시스템내살균제 로이용하기에필요한적정적용농도의도출이어려워양식장 및산업적적용이어려운실정이다. 본연구에서는이산화염소 의양식용살균소독제로이용하기위해감성돔치어와참돔치 어를대상으로이산화염소의독성영향과양식시스템내적정 적용방안에대한기초자료를도출하고자하였다.
재료 및 방법
실험 시스템의 구성 및 이산화염소 주입
본실험에서 이용된시스템은 순환여과양식시스템으로 3개 의 유리 사각수조(70 L, 0.34×0.6×0.4 m), 생물학적 여과 조(0.5×0.48×0.5 m), 저수조(0.44×0.48×0.5 m), 순환펌 프(200 W, UP200W, Hyubshin water design, Seoul, Korea), 수중히터(100 W, Philgreen, Busan, Korea), UV 살균기(9 W, UV-A11W, Periha, GuangDong, China), 브로워(LP-40, Youngnam air pump, Busan, Korea)으로구성하였으며, 시스
템의총수량은 413 L이었다. 이산화염소는다양한수질조건
에매우민감하게반응하고주입즉시환원되므로지속적인농 도유지가어렵다. 따라서실험시작전아래의식 (1)을이용하 여실험구별목표농도가되는이산화염소투입량을결정하고 각실험구별로이산화염소를투입하였다. 투입후시간경과에 따른손실률을측정하고식 (2)를이용하여이론적연속이산화 염소투입량을계산하였다. 이론적필요투입량을기준으로정 량펌프(SP-A100, Cheonsei, Ansan, South Korea)를이용하여 이산화염소를저수조에연속적으로투입하였다. 용존이산화 염소의농도는휴대용광도계(HI96738, HANNA instrument, Limena, Italy)를이용하여측정하였다.
이산화염소투입량(L)
=[전체시스템수량(L)×목표농도(mg/L)]/[원액농도(mg/L)-
목표농도(mg/L)] ……… (1)
어는 74.9±8.2 g, 15.9±1.0 cm이었으며, 각수조에 30마리씩( 시스템당 90마리) 수용하고실험을진행하였다. 목표이산화염 소농도기준으로 0.05, 0.10, 0.125, 0.15, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 mg/
L가되도록실험구를설정하였고, 이산화염소를공급하지않은 대조구를포함하여총 8개의조건에서실험을실시하였다. 감성 돔치어와참돔치어모두 196시간동안이산화염소에노출하 였으며실험시작하루전부터실험종료시점까지절식하였다. 시스템순환유량은 360 L/h로설정하여일간회전율은 22회전 이었다. 광주기는 12(명):12(암)으로조절하였으며, 수조상부 의조도는약 600 lux이었다. 사육수온은실내기온을조절하여 22-23°C가되도록유지하였다. 일간약 10-20%의새물을교환 하면서염분은 30 psu로유지하였으며 pH는 7.8-8.1로유지하 였다. 암모니아성질소(<0.5 mg/L), 아질산성질소(<0.90 mg/L) 는어체에영향이없는수준으로유지하였다.
치사농도(LC)의 계산 및 분석 방법
24시간간격으로누적된폐사개체수를이용하여치사농도
를계산하였다. 실험어가수조저면에유영능력을완전히상실 하여어체가측편된상태에서 1분이상아가미호흡활동을중 지한개체를폐사한것으로간주하고 계수하였다(Kim et al.,
2017). 치사농도는목표이산화염소농도를기준으로 ordered
probit model 분석방법을이용하여분석하였다. 이방법으로도 출한자료와회귀식최적화프로그램 Table-Curve 3D (SYS- TAT, San Jose, CA, USA)를이용하여시간경과와치사확률 간의상관관계에따른치사농도예상모델을도출하였다. 또한 목표농도를기준으로감성돔및참돔치어의어체중당일간 이산화염소의투여량을아래의식 (3)을이용하여계산하였다.
어체중당일간이산화염소투여량(g ClO2/kg fish·day-1)
=일간이산화염소총투여량(g ClO2·day-1)/총어체중(kg)
…… (3)
결 과
감성돔 치어와 참돔 치어의 생존율
감성돔치어와참돔치어를대상으로실시한이산화염소의급
성독성평가실험의생존율변화결과를각각 Fig. 1과 2에나타 내었다. 목표이산화염소농도 0, 0.05, 0.1, 0.125 mg ClO2/L에 대해감성돔치어의 192시간동안최종생존율은각각 96, 100, 100, 96%로나타났다. 그러나 0.15 mg ClO2/L 농도에서는 72 시간, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 mg ClO2/L에서는 24시간내모두폐사 하였다. 참돔치어의경우에는목표이산화염소농도 0, 0.05, 0.1, 0.125, 0.15, 0.2 mg ClO2/L 농도에서최종생존율은각각 77.8, 88.9, 88.9, 87.8, 68.9, 63.3 %로나타났으나, 0.3, 0.4, 0.5 mg ClO2/L 농도에서각각 120, 48, 24시간내모두폐사하였다.
감성돔 치어와 참돔 치어의 치사농도(LC
50)
감성돔 치어와 참돔 치어의 시간경과와 치사 확률에 대한 치사 농도 추정 모델을 Fig. 3과 4에 나타내었다. 경과시간 (elapsed time, X)과치사확률(Y)에대한치사농도(LC, Z)의 상관관계식은다음과같다.
감성돔치어(어체중 19.4±2.3 g),
Z=0.080-5.598/X1.5+0.129Y (X, 24-192시간; Y, 0-1) 참돔치어(어체중 74.9±8.2 g),
Z=0.187-1.919/X0.5-0.275Y (X, 24-192시간; Y, 0-1) 추정모델을토대로, 감성돔및참돔치어의 96시간반수치 사농도(96LC50)는각각 0.14 및 0.24 mg ClO2/L로나타났다. 목표이산화염소농도를기준으로감성돔및참돔치어어체 중당투여한이산화염소의상관관계를 Fig. 5에나타내었다. 96시간반수치사농도(96LC50)를기준으로감성돔및참돔치 어에투여한일간이산화염소의양은각각 1.3와 1.1 g ClO2/kg fish·day-1(평균 1.2 ClO2/kg fish·day-1)로유사하였다.
Fig. 1. Time-course survival rate of juvenile black seabream Ac- anthopagrus schlegelii (mean 19.4±2.3 g) according to chlorine dioxide concentrations.
Fig. 2. Time-course survival rate of juvenile red seabream Pagurs major (mean 74.9±8.2 g) according to chlorine dioxide concentra- tions.
Fig. 3. Prediction model for lethal concentration of chlorine diox- ide to black seabream Acanthopagrus schlegelii based on exposure time and mortality probability.
Fig. 4. Prediction model for lethal concentration of chlorine di- oxide to red seabream Pagrus major based on exposure time and mortality probability.
고 찰
실험에서는 8일간감성돔치어와참돔치어를대상으로이산
화염소노출에따른생존율, 치사농도(LC), 어체중당이산화염
소투여량간의상관관계를조사하고이산화염소를양식생산 시스템에살균소독제로적용하기위한기초자료를도출하고 자하였다. 목표이산화염소기준으로 0.15 mg ClO2/L 기준이 상이산화염소를투입한실험구에서감성돔치어는 24-72시간 내모두폐사하였다. 이에비해참돔치어는 0.3 mg ClO2/L 이
상농도에서 24-120시간내모두폐사하여같은농도에노출된
감성돔치어에비해서는내성이다소높았다. 이는실험에이용 한참돔치어가감성돔치어에비해개체가크고, 어체의수용량 이상대적으로많아이산화염소의산화요구량(demand)이많 았기때문으로판단된다. 본실험에서도출한추정모델을토대 로감성돔과참돔의 48시간반수치사농도는각각 0.16과 0.33 mg/L이다. 이농도들은평균 5.73-6.14 g의넙치치어를대상으 로한이산화염소의급성독성실험결과에서나타난 33.4 mg ClO2/L (Bae and Lee, 1999)에비해매우낮은농도이다. 이실 험에서는실험수에이산화염소를 1, 10, 100, 1000 mg/L의농 도로 1회투여하고 48시간동안생존율를조사하였다. 이산화 염소는수중의유기물등을산화시키고빠르게환원되는이산 화염소의특성상 Bae and Lee (1999)의연구에서는시간경과 에따라농도가감소되는경향이어서양식시스템내에서적용 가능한방안을모색하기위해일정량을지속적으로투여하면 서실험을진행한본실험의결과보다높게나타난것으로판 단된다. 넙치치어(전장 12.1 cm)를대상으로 0.07, 0.13, 0.27, 0.34, 0.43, 0.51 mg ClO2/L 농도에 10분간노출시킨후 24시 간동안반수치사시간을조사한연구의경우, 0.43과 0.51 mg ClO2/L에서반수치사시간은각각 103분과 32분이었다(Kim
문에지속적으로목표이산화염소농도에노출되지않았을것 으로보인다. 본연구에서는사육수가순환하는시스템내정량 펌프를이용하여이산화염소를연속투입하면서어류가이산화 염소에지속적으로노출되게하였다. 이로인해치사농도가다 른연구에비해매우낮게형성된것으로보인다.
최근이산화염소는사육수소독및살균제로서양식산업이 용가능성과안전성에대해지속적으로논의되고있다. 그러나 빠른산화작용으로인해지속적으로농도유지가어려워연구 마다독성농도가상이하다. 어종이나크기에따른차이가독성 농도가다른주요한요인일수있다. 그차이를인정하더라도이 산화염소의유효농도를일정하게유지하거나산업적으로이용 할만한일정기준의제시가필요하다. 본실험에서생존율변화 에서보듯이치사역치농도(lethal threshold concentration)가 감성돔과참돔치어에있어서 0.15-0.20 mg ClO2/L와 0.2-0.3 mg ClO2/L 범위로매우좁다. 이는넙치와무지개송어를대상 으로한연구에서도유사한경향을나타내었다(Kim and Kim, 2003; Svecevcius, 2005). 즉이산화염소는수중의유기물등 을산화시키고빠르게환원되므로잔류에의한위험성은낮으 나, 수중의요구량이낮을경우같은농도라하더라도양식생 물에피해를초래할수있다. 본실험의경우에도이산화염소의 손실을감안하여정량펌프로이산화염소의농도를유지하고자 하였으나, 변동폭이상당히높아농도를기준으로이산화염소 를양식시스템에적용하는방안은실질적이지않았다. 따라서 본연구에서는수용한총어체중에대한이산화염소의투여량 의상관관계를조사하였다. 앞서언급한바와같이감성돔과참 돔치어에대한 96시간반수치사농도는각각 0.14와 0.24 mg ClO2/L로서로달랐다.그러나어체중 kg 당일간투여한이산 화염소의양은 1.3와 1.1 g ClO2/kg fish·day-1로서로유사하였 다. 반수치사농도의변화가작은 144시간이전반수치사농도 (24LC50-120LC50)를기준으로감성돔과참돔간어체중 kg 당 일간투여한이산화염소의양역시매우유사하였다. 따라서어 체중에대한이산화염소투입량을원수및사육수처리기준으 로이용가능성을시사하였다. 안정적인이산화염소의적용을 위해서이와관련된추가적인연구가필요할것으로판단된다. Fig. 5. Specific loading rate (daily total feeding rate of chlorine
dioxide/total fish weight) of chlorine dioxide for black seabream Acanthopagrus schlegelii and red seabream Pagrus major.
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