전대저수지의 계절 천이와 남세균 Anabaena sp. 의 독소생성 비교 - 이한솔 (The Graduate School, Ajou University, 2015)
남세균은 남조독소라 불리는 특정한 2차대사물질을 생성하며 남조독소의 기능에 대한 가설로 타감, 방어기능 및 부산물가설이 제안되어있다. Anatoxin-a는 Anabaena sp., Microcystis sp., Aphanizomenon sp., 그리고 Oscillatoria sp. 등의 남세균이 생성하는 남조독소로 알려져 있으며 본 연구에서는 우점중인 남세균의 종조성이 변화하는 과정에서 만들어내는 Anatoxin-a를 포함한 대사물질의 변화를 확인해 보았다. 야외에서의 남세균의 종조성의 변화를 관찰하기 위하여 남세균이 우점하고 있는 전대저수지(충남 당진)를 연구장소로 선정하였고 2014년 5월 1일부터 12월 11일까지 반복적으로 방문하여 채수를 실시하였다. 채수한 수체시료 중 100 ml는 식물플랑크톤 조성을 조사하기 위해 루골 용액을 이용하여 고정 후 광학현미경과 세즈윅-라프터 챔버를 이용하여 100배에서 종조성을 확인하였고, 400배에서 우점 남세균을 동정하였다. 또한 Microcystis sp.와 Anabaena sp.가 공존하는 것을 모사하기 위해 국내 하천호소에서 흔히 발견되는 M. aeruginosa (UTEX 2385) 및 A. circinalis (한강에서 출현한 종을 단일배양)의 공존 성장실험을 실시하였고, 두 번째 실험으로 M. aeruginosa, A. circinalis, M. aeruginosa + A. circinalis, A. flos-aquae (CCAP 1403/21)를 배양했던 배지에서 남세균을 제거한 뒤 새로운 배지에 섞어서 A. circinalis 와 M. aeruginosa 를 배양하고 대조군과 비교하여 세포 외 물질에 의한 타감 효과를 확인하였다. 마지막으로 남조독소인 Anatoxin-a를 분석하기 위해 순수물질을 구입하고 내부표준물질로 methylpipecolinate를 선정한 다음 GC-MS로 분석하여 라이브러리를 구축한 다음 전대저수지의 수체시료 중 Microcystis sp. 에서 A. spiroides로 천이하는 2014년 9월 5일 ~ 11월 6일 중 물질 변화와 두 종의 변화의 상관관계를 확인했다. 전대저수지의 종 변화를 확인한 결과 5월엔 Aphanizomenon issatschenkoi (81.09%)가, 6월엔 Mougeotia sp. (녹조류, 81%)가 우점하였으며 7월부터 9월까지 M. aeruginosa와 M. viridis를 포함하는 Microcystis sp. (85.89 ~ 91.4 %)가 우점하였다. 이후 10월동안 천이가 일어나면서 A. spiroides 가 12월까지 지속적으로 우점하면서 저수지의 결빙이 일어났고 수온이 급격히 감소한 12월에는 규조류가 증가하는 추세를 보였다. A. Circinalis와 M. aeruginosa의 직접공존 실험 결과 A. circinalis는 독자배양 및 공존배양의 개체군 크기의 차이가 없었으나 M. aeruginosa는 유의한 차이로 감소하는 것을 확인할 수 있었다 (p < 0.01). 남세균 배양액을 이용한 억제실험을 실시한 결과 A. circinalis 는 동종 배양액에 배양시킨 경우 유의한 성장차이를 보이지 않았으나 이 외의 배양액에서 모두 대조군보다 높게 성장차이를 나타냈다. M. aeruginosa의 경우 같은 M. aeruginosa 배양액에 배양시킨 실험군이 대조군보다 유의하게 낮게 성장하는 결과를 보였다. 이 외의 실험군들은 일부 중간에 성장차이를 보였으나 모두 15일 배양결과 유의한 차이를 보이지 않았다. 9월부터 11월 사이의 천이기간 내 식물플랑크톤으로부터 추출한 시료를 분석한 결과 Anatoxin-a는 검출되지 않았으나 조성의 변화가 발생한 미상의 물질 5종류를 확인했으며 이들에 대한 상관분석 결과 미상물질 4번이 Microcystis sp.와 강한 음의 상관관계를, A. spiroides와 강한 양의 상관관계를 보였다. 본 실험 결과를 통해 전대저수지에서 남세균의 종 변화를 확인하였고, 성장실험을 실시한 결과 A. circinalis에 의해 M. aeruginosa의 억제 및 타 종의 존재에 따라 A. circinalis의 높아지는 성장률을 통하여, 속 내에서 특징이 유사하다고 가정할 경우 천이기간 동안 A. spiroides 의 급격한 성장이 발생할 수 있었으리라 추정된다. 또한 전대저수지의 천이기간 동안 미상물질 4번의 변화가 이들의 천이에 따른 변화물질이라 추정된다. 하지만 미상물질 4의 다른 가능성으로 이 물질이 A. spiroides 의 Biomarker일 수 있고 Microcystis sp.의 감소와 연관이 없을 수 있다. 따라서 추가적인 실험을 통하여 이러한 천이과정에 따른 물질 변화를 더 추적하고 해당 2차대사물질의 동정이 필요하다고 판단된다.
학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :생명과학과,2015. 8
Keywords: Phytoplankton; Anatoxin-a GC-MS; Cyanobacteria; Anabaena; Microcystis; Allelopathy; cyanotoxin