Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1226-9999(Print)
ISSN : 2287-7851(Online)
Korean Journal of Environmental Biology Vol.35 No.2 pp.198-206
DOI : https://doi.org/10.11626/KJEB.2017.35.2.198

Analysis of Environmental Factors Related to Seasonal Variation of Bacteria and Heterotrophic Nanoflagellate in Kyeonggi Bay, Korea

Seung Ho Baek
, Kai You1, Myung-Soo Han
2*
Korea Institute of Ocean Science and Technology (KIOST) /South Sea Institue, Geoje 53201, Republic of Korea
1Fisheries College, Ocean University of China, Qingdao, China
2Department of Life Science, Hanyang University, 17 Haengdang, Seongdong, Seoul 04763, Republic of Korea
Corresponding author: Myung-Soo Han, 02-2290-0956, 02-2296-1741, hanms@hanyang.ac.kr
May 22, 2017 June 13, 2017 June 13, 2017

Abstract

From June 2007 to May 2008, seasonal variations of bacterial abundance and heterotrophic nanoflagellate (HNF), together with environmental factors, were investigated at weekly and monthly intervals in Kyeonggi Bay. During the study period, the water temperature and salinity varied from 1.9℃~29.0℃ and 31~35.1 psu, respectively. The concentration of ammonia, nitrate+nitrite, phosphate, and silicate ranged from 0.01 to 3.22 μM, 2.03 to 15.34 μM, 0.06 to 1.82 μM, and 0.03 to 18.3 μM, respectively. The annual average concentration of Chl. a varied from 0.86 μg L-1 to 37.70 μg L-1; the concentration was twice as much at the surface than at the deeper layers. The abundance of bacteria and HNF ranged from 0.29×106 to 7.62×106 cells mL-1 and 1.00×102 to 1.26×103 cells mL-1, respectively. In particular, there were significant correlations between bacteria and HNF abundance (p<0.05), and then the high abundance of HNF was frequently observed with an increase of bacterial abundance in summer (p<0.001). Our results therefore indicate that bacterial abundance in the bay was mainly controlled by resources supplied as organic and inorganic substances from Lake Shihwa due to the daily water exchange after dike construction. Also, the bacterial abundance was significantly controlled by HNF grazing pressure (top-down) in the warm seasons, i.e. excluding winter, in the Kyeonggi Bay.


경기만에서 박테리아와 종속영양편모류의 계절변화에 미치는 환경요인 분석

백 승호
, 유 카이1, 한 명수
2*
한국해양과학기술원 남 해연구소
1중국해양대학교 수 산학부
2한양대학교 생명과학과

초록


    Korea Institute of Ocean Science and Technology
    PE99532

    서 론

    미소생물환 (Microbial loop)이라는 신개념의 수계 내 먹 이망구조는 용존유기물을 종속영양박테리아가 이용하고, 또 그 박테리아를 종속영양편모류 (HNF; Heterotrophic Nano Flagellates)가 섭식하며, 그것이 다시 섬모충류에 의해 포식 되는 새로운 에너지 흐름의 계 (system)를 총칭하며, 이들 구 성원은 수서생태계에서 중요한 기능을 담당한다 (Azam et al. 1983). 그 구성요소 중 종속영양박테리아는 해양환경에 서 유기물의 분해, 재생산, 영양염 흡수 등을 통하여 해양의 생지화학적 순환에 영향을 미치며 (Simon et al. 1992), 종속 영양편모류는 유기물의 공급과 박테리아의 섭식으로 박테리 아의 생물량과 생산력을 조절하는 중요한 요소로 알려져 있 다 (Sherr and Sherr 1988). 특히 부영양화 수계에서는 빈영양 수계보다 박테리아의 생물량과 생산량이 상대적으로 높고, 이는 플랑크톤성 먹이망에 지대한 영향을 미치며, 상위생 물의 생산성에도 영향을 줄 수 있다 (Sherr and Sherr 1988; Fukami et al. 1999).

    우리나라에서는 Microbial loop와 관련된 용존유기물, 박 테리아, 종속영양편모류, 섬모충의 에너지흐름을 해석하려는 연구가 진행되어 왔다. 박테리아를 포함한 종속영양미소편 모류에 관한 연구가 경기만 (Yang et al. 2003), 마산만 (Park and Cho 2002; Lee et al. 2007), 동해 (Cho et al. 2000)를 중 심으로 해수유역과, 한강수계의 팔당호, 경안천 (Lee and Han 2004; Son et al. 2006)을 중심으로 담수유역의 조사가 진행 되었다. 또한 담수와 해수가 서로 교차하는 기수유역의 미세 먹이망에 대해서도 일부 연구자에 의하여 부분적으로 진행 되어 왔다 (Baek et al. 2010). 하지만 연안 생태계는 수온, 염 분, 조석, 조류 등의 복잡한 환경에 노출되어 있고, 이러한 환 경에 서식하는 박테리아, 종속영양편모류와 같은 미소생물 그룹의 계절적 영향을 미치는 요인이 다양하게 존재하기 때 문에 어떤 특정해역에서 조사한 것으로 이들 미소생물그룹 에 대하여 충분하게 이해하였다고 판단하기는 어렵다.

    경기만은 반폐쇄성 해역으로 약 8 m의 평균대조차와 약 3.5 m의 평균소조차를 가지고 있다. 이러한 대소조차의 특성 으로 인하여 점토질/사질 퇴적물이 혼재된 조간대가 광범위 하게 발달되어 있으며, 한강으로부터 유입되는 담수의 영향 과 시화호주변수역에서 유입되는 극도로 부영양화된 수계가 공존하는 것과 함께 주기적인 조석의 형성과 강한 유속으로 인해 수역이 극히 불안정한 부영양화된 수역이라고 할 수 있다 (Kim et al. 2007). 이와 같은 해역에서 박테리아와 종속 영양편모류에 관한 연구로는 Yang et al. (2003)이 유일하고 그들 연구 또한 시화호방조제 건설 전 1997년에 수행되어, 시화호의 방류 등과 같은 해양환경요인이 변화된 시점에서 미소생물환 관여하는 미생물군집구조의 계절적 특성이 어 떠한 양상을 나타나는지 비교분석하는 것도 중요하다고 하 겠다. 따라서 본 연구는 경기만에서 박테리아와 종속영양편 모류의 계절적 변동 양상을 조사하여 그들 생물량에 영향을 미치는 계절적 특성에 관하여 논의하고자 하였다.

    재료 및 방 법

    조사수역은 경기만의 인천연안 수괴와 시화호 수괴, 경기 만 바깥수괴가 만나는 팔미도 부근 수역에서 2007년 6월부 터 2008년 5월까지 조사를 계절적 조사를 수행하였다 (Fig. 1; 37°21ʹ01ʺN, 126°31ʹ38ʺE). 특히 여름철 미소생물 군집조 성의 특성을 상세히 파악하기 위해서 2007년 6월 말부터 9 월 중순까지는 주간조사를 수행하였다. 조사는 표층, 2 m, 4 m, 8 m, 12 m층에서 조사하였고, 표층수는 버켓 (10 L)으로 2 m층부터는 니스킨 채수기 (5 L: General Ocearucs, USA) 를 이용하였다. 수온, 염분, 전기전도도, 용존산소는 현장에 서 호리바 (Water checker U-10, HORIBA, Japan)를 이용하 여 측정하였다. 영양염류와 Chl. a량을 측정하기 위해서 각 수심별 채수한 현장수 (5 L)를 채수병에 넣은 후 얼음을 채운 아이스박스에 넣어 실험실로 운반하였다. 현장에서 박테리 아와 종속영양편모류의 생물량조사는 채수한 시료를 50 mL 의 코닝튜브에 넣고 바로 글루타르 알데하이드로 고정 (최종 농도 2%)하여 실험실로 운반하였다. 실험실에 운반한 시료 는 즉시, GF/F필터로 일정량을 여과하였다. 여과한 필터는 Chl. a을 측정하기 위해서 90% 아세톤에 추출하였고, 여과 된 해수는 영양염류를 측정하기 위해서 냉동 (-60℃)보관 하였다.

    영양염류 중 암모니아성 질소 (NH4-N)는 암모니아가 차 염소산나트륨 (sodium hypochlorite) 공존하에서 페놀 (phenol)과 반응하여 생기는 블루 흡광도를 측정하여 정량하 는 인도페놀법 (penenate method)을 이용하였고, 아질산 과 질산 (NO2+NO3-N)성 질소는 하이드라진 환응 방법 (Hydrazine Reduction method)으로 측정하였다 (Kamphake et al. 1967). 인산염 (PO4-P)은 인산이온이 몰리브덴 산 (molibdate solution)과 반응하여 생기는 황색의 몰리브덴 산 착제를 아스코르빅 산 (ascorbic acid)으로 환원시켜 그 흡 광도를 측정하여 정량하는 아스코르빅 방법을 이용하여 분 석하였다. Chl. a량은 냉암소에서 24시간 추출 후 UV-VIS Spectrophotometer (HEWLETT PACKARD,USA)로 흡광도 을 측정하고, Jeffrey and Humphery (1975)의 식에 따라 값 을 산출하였다.

    박테리아의 생물량은 수단블랙 (Sudan Black) 용액에 0.2 μm membrabe filter (Millipore)를 염색한 후 고정된 시료를 잘 혼합 희석하여 일정량 (0.5~2 mL)을 취해 여과 후 DAPI (4ʹ,6-diamidino-2-phenylindole)로 5분간 염색하여 형광현미 경 (Axioplane, Zeiss, Germany)으로 1000배 하에서 검경 및 계수하였다. 각 샘플은 임의의 field에서 총 세포수가 300개 이상 계수하여 그에 해당하는 field 수가 전체 field 수에 해 당하는 부분을 환산하여 총 박테리아의 생물량을 산출하였 다 (Porter and Feig 1980). HNF의 생물량은 수단블랙 (Sudan Black) 용액에 2 μm membrabe filter (Millipore)를 염색한 후 고정된 시료을 일정량 (10~30 mL)을 취해 Primulin 염색 후 1000배 하에서 계수하였다 (Caron 1983).

    경기만의 수환경요인과 및 미소생물자료에 대한 주성 분 분석을 수행하기 전 각 항목의 단위와 값의 차원 (order) 이 상이하여 평균과 표준편차를 이용한 표준화를 각각 수 행하였다. 주성분 분석 시 요인 수는 하나의 요인이 변수 한 개 이상의 분산을 설명할 수 있는 고유치 (eignvalue)가 1 이상을 기준으로 결정하고, 각 요인에 해당되는 변수를 설 명하는 요인부하량 (loaging factor)를 각각 산출하였다. 주 성분 분석과 군집 분석을 위한 제반 통계처리는 XLSTAT 2010 (AddinSoftTM) 프로그램을 이용하였다. 아울러, 각 환 경요인과 미소생물인자 간의 상관관계를 파악하기 위해서 Pearson’s 상관계수를 산출하였다. 각 항목별 통계치의 유의 수준은 p<0.05로 구분하였다.

    결 과

    조사기간 중 수온은 전형적인 온대수역의 계절적 특성이 뚜렷하게 나타났고, 수심별 차이는 크지 않았으나, 하계에 는 성층이 형성되는 경향이 강하였다 (Fig. 2a). 모든 수심의 계절 평균수온은 하계 (6월 중순~8월)가 24.3±2.7℃로 가 장 높았고, 다음으로 추계 (9~11월; 21.8±4.2℃), 춘계 (4~6 월초; 16.7±2.6℃), 동계 (12~3월; 5.2±2.3℃) 순으로 나타 났다 (Table 1). 특히, 동계 2월에는 1.9℃로 연중 최저를 기 록하였다. 염분은 연중 31.0~35.2 psu로 변화하였고, 하계 에 표층 염분이 상대적으로 낮게 관찰되었다 (Fig. 2b). 모든 수심에서 염분에 대한 계절 평균의 차이는 크지 않았고, 33 psu 전후로 관찰되었다. 계절별 영양염 농도는 각기 다른 양 상을 나타내었다 (Fig. 3). 암모니아의 농도는 0.01~3.22 μM 로 변동하였고, 춘계와 하계에 상대적으로 높은 밀도가 관 찰되었다. 질산염+아질산염의 농도는 2.03~15.34 μM로 변 동하였고, 추계 (7.73 μM±4.53)>하계 (4.02 μM±1.67)>춘 계 (2.43 μM±0.35)>동계 (2.26 μM±0.12) 순서로 높게 관 찰되었다. 인산염의 농도는 0.06~1.82 μM로 변동하였고, 추계 (1.36 μM±0.21)에 높게 나타났고, 다른계절의 평균은 0.5 μM 전후로 계절적으로 큰 차이는 보이지 않았다. 규산 염은 0.03~18.26 μM으로 변화하였고, 질산염+아질산염의 변동과 유사하게 추계 (13.64 μM±1.97)>하계 (8.57 μM± 5.17)>춘계 (8.38 μM±5.64)>동계 (6.94 μM±4.72) 순으로 높게 나타나는 특색을 보였다 (Table 1).

    Chl. a농도는 최저 0.86 mg m-3로 최고 37.70 μg L-1로 각 각 관찰되었다 (Fig. 4). 각 수심별 Chl. a농도의 연평균은 표 층에서 10.35±8.54 μg L-1로 가장 높았고, 2 m (8.72±6.47 μg L-1), 4 m (8.63±7.68 μg L-1), 8 m (6.16±4.83 μg L-1), 12 m (5.79±4.31 μg L-1) 순서로 나타났다. 계절별 Chl. a량 의 변화는 하계 (10.30±8.48 μg L-1)>동계 (9.00±2.94 μg L-1)>추계 (4.94±2.90 μg L-1)>춘계 (3.59±2.05 μg L-1)의 순서로 높게 나타났다.

    조사기간 동안 경기만에서 박테리아의 생물량은 동계인 2 월 (1.80×106 cells mL-1)에 비교적 낮게 관찰되었고, 아울러 2008년 5월 전수층 (<0.4×106 cells mL-1)에서 최저치가 관 찰되었다. 특히, 7월에서 9월사이에 표층과 2 m층, 4 m층에 서 극히 높은 값을 보였다 (Fig. 5a). 각 수심별 연평균은 표 층, 2 m, 4 m, 8 m, 12 m에서 각각 4.23, 3.82, 3.77, 2.97, 2.78 ×106 cells mL-1로 관찰되었다. 전반적으로 수온이 상승하는 하계에 박테리아의 생물량이 비교적 높게 관찰되었고, 춘계 와 추계는 연평균에 가까운 세포수를 유지하였다. 특히 하계 표층주변에서 현저하게 높았으며 수심의 증가와 더불어 감 소하는 경향을 관찰하였다.

    종속영양편모류의 연평균은 4.52×102 cells mL-1이며, 최 저치는 1.00×102 cells mL-1로, 최고치는 2 m층에서 1.25× 103 cells mL-1로 각각 관찰되었다. 계절별 종속영양편모류의 개체수 밀도는 하계가 가장 높았고, 다음으로 춘계, 동계, 추 계 순으로 나타났다 (Fig. 5b). 수심별로는 표층과 2 m층에서 연평균 5.00×102 cells mL-1 전후로 가장 높았고, 다음으로 중층 (4 m~8 m)과 저층 (12 m)의 순서로 나타났다.

    Pearson’s의 상관계수는 박테리아와 수온 (r =0.58, p<0.05), 박테라이와 규산염 (r=0.41, p<0.05), 박테리아 와 암모니아 (r=0.35, p<0.05), 박테리아와 DIN (r=0.23, p<0.05), 박테리아와 인산염 (r=0.33, p<0.05)과는 양의 관계를 보였다. 반면, 박테리아와 염분과는 음 (r= - 0.32, p<0.05)의 상관성이 관찰되었고, 박테리아와 Chl. a과는 유 의한 상관관계가 나타나지 않았다 (Table 2).

    고 찰

    조사기간 동안 경기만에서 박테리아의 생물량은 0.29× 106 cells mL-1~7.62×106 cells mL-1로 변동하였다. Baek et al. (2010)에 의한 본 조사지역과 인접한 시화호 내측의 보고 에 의하면, 박테리아의 생물량은 4.5~7.4×106 cells mL-1로 본 조사 수역보다 최저값의 차이는 명확하게 다르게 나타났 으나, 최고치는 유사하였다. 우리나라해역에서 연간 박테리 아 개체수 밀도의 변화는, 빈영양수역인 동해 0.2~1.8×106 cells mL-1 (Cho et al. 2000), 중영양수역인 경기만 0.2~5.4× 106 cells mL-1 (Yang et al. 2003), 부영양수역인 마산만 0.5~ 4.5×106 cells mL-1 (Park and Cho 2002; Lee et al. 2007)로 보고되고 있다. 특히, Choi et al. (1997)이 시화호에서 보고 한 1.6~19.5×106 cells mL-1Yang et al. (2003)이 보고한 경기만 수역의 계절적 변화와 본 조사결과와 유사하였으나, 최고치는 본 조사결과가 1.5~2배 정도 높게 나타났다. 이 와 같은 이유는 부영양화된 시화호의 개방으로 경기만 내만 에 일정량 영향을 미친 결과로 판단된다. 즉 시화호 외측해 역은 조석간만의 차이로 복잡한 수문학적 특성을 가지고 있 다 (Kim et al. 2007). 특히 시화호방조제 건설 후 조석간만의 차이를 이용하여 하루에 한 두차례의 배수갑문의 개방은 시 화호 내측의 부영양화된 영양염뿐만 아니라 과다의 유기물 이 시화호외측해역으로 유출되어, 경기만 주변해역에 지대 하게 영향을 미칠 것으로 사료된다. 시화호유역은 식물플랑 크톤의 대증식을 유발하기에 충분한 무기질 영양염이 반월 공단과 시화공단으로부터 계속적으로 공급되기 때문에 만성 화된 부영양화된 해역으로 유명하며, 이와 같은 부영양화 및 하계의 빈산소수괴의 완화시키기 위한 일환으로 배수갑문의 개방을 정책적으로 시행하고 있는 실정이다. 결과적으로 본 조사수역에서 박테리아의 개체수 밀도가 우리나라의 다른 해역보다 높게 나타난 것 또한 시화호유역에서 생성된 유기 및 무기물이 배수갑문의 개방으로 인하여 시화호 외측의 경 기만 내만 연안 유역에 지대하게 영향을 미칠 수 있는 독특 한 환경이라고 할 수 있겠다.

    일반적으로 박테리아의 시공간적 분포 양상은 용존유기 물과 영양염 농도에 의한 bottom-up control과 상위 포식자 에 의한 top-down control에 의해서 결정된다 (Weisse 1991; Jardillier et al. 2004). 박테리아의 성장은 식물플랑크톤 대증 식 후 분해되는 과정에서 생성되는 용존성 유기물질을 먹이 원으로 활용하기 때문에 일반적으로 박테리아와 식물플랑크 톤의 현존량 (Chl. a) 사이에는 일정의 상관성을 보고하고 있 다 (Bird and Kalff 1984, 1986; Naganuma and Miura 1997; Kormas et al. 1998; Lee et al. 2001). Yang et al. (2003)에 의 하면, 박테리아의 생물량은 박테리아의 생산성뿐만 아니라, Chl. a농도와 수온과도 유의한 관계를 보고하였다. 박테리아 와 Chl. a의 상관관계는 박테리아 생물량 유지를 위한 유기 물의 중요한 부분이 식물플랑크톤에 의하여 공급됨을 의미 한다 (Simon et al. 1992; Lee et al. 2001). 본 연구에서는 계 절적인 박테리아 개체수와 Chl. a과는 유의한 관계를 확인할 수 없었으나, Chl. a농도가 높은 하계에 전반적으로 박테리 아의 개체수 밀도도 높게 나타나는 경향은 관찰할 수 있었 다. 반면, 동계 (1~3월)의 저수온기에도 식물플랑크톤의 생 물량 (Chl. a)은 상대적으로 높게 나타났음에도 불구하고 박 테리아의 생물량은 그다지 높지 않았다. 따라서 동계에는 수 층의 혼합이 활발하게 나타나 박테리아의 생물량 또한 모든 조사 수심에서 낮게 관찰되는 양상을 보였다. 결과적으로, 박테리아의 생물량은 하계에 일정하게 높게 나타났고, 이는 식물플랑크톤의 증가와 일정의 연관성이 있는 것으로 판단 되었다. 즉 수온은 연안해역에서 박테리아의 생물량과 생산 력의 계절적 변화를 일으키는 중요한 요인으로 판단된다. 박 테리아와 모든 영양염농도와의 유의한 양의 상관성이 관찰 된 것은 박테리아는 영양염의 농도가 높았을 때 또는 식물 플랑크톤의 현저한 증식 후에 개체수가 높게 유지될 수 있 다는 것을 의미한다. 앞서 언급한 것과 같이 시화호의 배수 갑문의 개방으로 인하여 시화호 내측의 높은 영양염 농도가 외측으로 유입되는 것은 경기만 박테리아 증식에 중요한 역 할을 할 수 있는 가능성을 시사하였다. 아울러, 시화호의 내 측 (수괴의 혼합이 극히 제한됨)에서 현저하게 증식한 식물 플랑크톤이 경기만으로 유입되는 과정에서 희석되었기 때 문에 본 조사 정점에서의 박테리아와 Chl. a와의 유의한 상 관관계가 형성되지 않았지만, 시화호로부터 공급된 높은 영 양염 (유·무기물)은 시화호 외측의 경기만 내만의 박테리아 증식의 중요한 요인으로 파악되었다. 결과적으로 경기만에 서 박테리아의 생물량을 조절하는 데 있어 조사정점에서의 식물플랑크톤 증식보다는 다른 물리적인 환경요인이 더욱 강하게 작용함을 알 수 있는다는 것을 시사할 수 있었고, 하 계의 수온 증가와 더불어 성층의 형성은 박테리아의 증식에 지대한 영향을 미쳤을 것으로 사료되었다.

    본 조사에서 종속영양편모류는 1.00×102 cells mL-1~ 1.26×103 cells mL-1로 변동하였고, 계절적으로는 하계 박테 리아의 생물량이 현저하게 높게 관찰되었을 때 종속영양편 모류 또한 높게 나타났다. 종속영양미소편모류는 미소생물 의 먹이 흐름, 영양염의 재순환과 탄소원의 전달자로서 중 요한 역할을 담당한다 (Sherr and Sherr 1988; Fukami et al. 1999; Baek et al. 2010). Fenchel (1982), Fenchel and Jonsson (1988)Yang et al. (200)의 보고에 의하면, 종속영양편모 류는 박테리아나 남조류같이 사이즈가 작은 생물의 소비자 로서 뿐 아니라 부유성 섬모충류의 먹이원으로 이용되어 물 질순환의 연결고리로서 중요한 위치를 차지한다 (Sherr and Sherr 1988). 특히 종속영양편모류의 생물분포는 박테리아 생물량과 높은 상관관계를 가지며, 그들의 계절적 분포 양상 에서도 뚜렷하게 차이를 보였다 (Davis et al. 1985; Mostajir et al. 1995). 본 조사에서도 종속영양편모류는 박테리아 생 물량 (r=0.36, p<0.05)뿐만 아니라 Chl. a농도 (r=0.41, p< 0.05), 수온 (r=0.22, p<0.05), 염분 (r= - 0.44, p<0.05)과 각각 유의한 상관관계를 보였다 (n=110). 다시 말하면, 종속 영양편모류의 계절적 분포는 먹이생물인 박테리아의 개체 수의 증가와 더불어 식물플랑크톤의 현존량이 높은 하계 고 수온기에 높게 증식하여 하계에 우점하는 특성을 파악할 수 있었다. 본 연구의 조사 정점과 인접한 인천 연안의 Yang et al. (2003)의 보고에 의하면, 종속영양편모류는 박테리아의 생물량이 가장 높았던 직후 또는 박테리아의 생물량이 높아 던 시기에 높게 분포하는 특성을 보였다. 그들의 연구에서도 월 간격으로 조사한 결과를 바탕으로 논의 되었기에 먹이생 물과의 관계를 직접적으로 연결시키기에는 많은 한계점을 지적하였다. 본 연구에서는 하계 6월에서 9월 사이에는 주 간격으로 조사하여, 종속영양편모류의 먹이원이 박테리아의 연관성을 보다 자세하게 파악할 수 있었다. 즉 종속영양편모 류의 생물량은 박테리아 및 극미소 식물플랑크톤이 현저하 게 높은 시기 또는 일주일의 시간차 (time lag)를 두고 높게 나타나는 경향을 관찰하였다. Baek et al. (2010)의 시화호 내 측의 연구에서는 박테리아와 종속영양미소편모류의 상관성 을 파악하지 못하였으나, 본 연구 정점인 경기만 내만에서는 종속영양편모류의 생물량은 먹이 생물인 박테리아 및 극미 소 생물의 출현과 일정의 높은 연관성이 있다는 것을 파악 할 수 있었다 (전계절: r=0.36, p<0.05 (n=110); 하계 (6~9 월): r=0.40, p<0.001 (n=70)). 결과적으로 경기만에서 종 속영양편모류의 증식은 하계를 중심으로 먹이원인 박테리아 을 현저하게 포식하여 극히 높은 개체수 밀도를 유지할 수 있는 연안 내만의 환경이라는 것을 알 수 있었다.

    박테리아와 종속영양편모류의 출현과 수문학적 환경요 인과의 관계를 파악하기 위해서 주성분 분석을 수행하였다 (Table 3). 제1주성분에서는 수온, 규산염, 암모니아, DIN, 인 산염 등이 37% 정도로 유의한 값이 나타난 것으로 보아, 하 계 고수온기에 영양염 증가와 더불어 박테리아의 증식에 긍 정적으로 영향을 미친 것으로 판단된다. 제2성분에서 종속 영양편모류는 염분 (음의 관계)과 Chl. a 등이 21%로, 누적 58% 정도의 값으로 나타난 것은 하계 강우기에 시화호로부 터 개방되는 배수갑문의 영향으로 저염분수괴가 일정량 경 기만 내만에 기여한 것으로 판단되었다. 결과적으로 주성분 분석에서 나타난 것과 같이 탄소원 및 영양염의 주요 공급 원으로는 시화호로 판단되며, 갑문의 개방으로 저염분 수괴 와 함께 공급된 높은 농도의 영양염은 박테리아 증식의 촉 진제 역할을 할 것으로 사료되었다. 아울러, 하계를 중심으 로 높은 밀도로 증가한 극미소 식물플랑크톤과 박테리아는 종속영양편모류의 먹이원으로 중요한 역할을 하고 있었다.

    적 요

    수환경요인이 미소생물 그룹 박테리아와 종속영양편모 류의 계절적 분포에 미치는 영향을 파악하기 위해서 2007 년 6월에서 2008월 5월 사이에 경기만에서 그들의 동태 및 환경요인을 조사하였다. 조사기간 동안 수온과 염분은 1.9℃~29.0℃와 31~35.1 psu로 변화하였으며, 하계에 현저 한 수온 증가와 함께 표층 염분이 상대적으로 낮게 관찰되 었다. 영양염 중 암모니아의 농도는 0.01~3.22 μM로, 질산 염+아질산염의 농도는 2.03~15.34 μM로, 인산염의 농도는 0.06~1.82 μM로, 규산염은 0.03~18.3 μM로 각각 변동하 였다. Chl. a농도는 0.86 μg L-1~37.70 μg L-1로 관찰되었으 며, 각 수심별 Chl. a농도의 연평균은 표층에서 10.35±8.54 μg L-1로 가장 높았고, 수심증가와 더불어 감소하였다. 박테 리아와 종속영양미소편모류는 0.29×106 cells mL-1~7.62× 106 cells mL-1와 1.00×102 cells mL-1~1.26×103 cells mL-1 로 변동하였고, 계절적으로는 하계 박테리아의 생물량이 현 저하게 높게 관찰되었을 때 종속영양편모류 또한 높게 나타 났다. 결과적으로, 시화호에서 단 주기로 개방되는 배수갑문 의 영향으로 경기만 내만일대에 일정의 높은 유·무기물이 공급되면, 이들 탄소원으로 박테리아의 현저한 증식이 하계 를 중심으로 일어나며, 이는 미소생물고리로 연결되는 종속 영양편모류의 증식에 중요한 역할을 할 것이다.

    사 사

    본 연구는 한국해양과학기술원 “주요사업 (PE99532)”으 로 수행되었으며, 해양수산부의 재원으로 해양생명공학기술 개발사업 연구개발비 지원에 의해 수행되었습니다.

    Figure

    KJEB-35-198_F1.gif

    Map of sampling station in Kyeonggi Bay, Korea.

    KJEB-35-198_F2.gif

    Seasonal changes in water temperature (a) and salinity (b) in Kyeonggi Bay, Korea.

    KJEB-35-198_F3.gif

    Seasonal changes in amonium (a), natrate+nitrite (b), phosphate (c) and silicate (d) in Kyeonggi Bay, Korea.

    KJEB-35-198_F4.gif

    Seasonal changes in Chl. a concentrations in Kyeonggi Bay, Korea.

    KJEB-35-198_F5.gif

    Seasonal changes in bacterial abundances (a) and heterotrophic nanoflagellate (b) in Kyeonggi Bay, Korea.

    Table

    Annual average values of environmental factors and main microbial-loop components in Kyeonggi Bay, Korea (n=110)

    Correlation between environmental parameters and microbial communities in Kyeonggi Bay, Korea (n=110)

    Values in bold are different p=0.05.

    Loading factors for seasonal environmental variables and microbial community on the first three varimax rotated principal components for all water columns in Kyeonggi Bay, Korea (Loading <0.5 are bolded)

    Reference

    1. Azam F , Fenchel T , Field JG , Gray JS , Meyer-Reil LA , Thingstad F (1983) The ecological role of water column microbes in the sea , Mar. Ecol. Progr. Ser, Vol.126 ; pp.97-102
    2. Baek SH , You K , Park BS , Han MS (2010) The Seasonal variation of microbial community in the eutriphic brackish water of Lake Shihwa , Korean. J. Limnol, Vol.43 ; pp.55-68
    3. Bird DF , Kalff J (1984) Empirical relationships between bacterial abundance and chlorophyll concentration in fresh and marine water , Candian. J. Fisher. Aquat. Sci, Vol.41 ; pp.1015- 1023
    4. Bird DF , Kalff J (1986) Bacterial grazing by planktonic algae , Science, Vol.231 ; pp.493-495
    5. Caron DA (1983) Technique for enumeration of heterotrophic and phototrophic nanoplankton, using epifluorescent microscopy, and comparison with other procedures , Appl. Environ. Microb, Vol.46 ; pp.491-498
    6. Cho BC , Na SC , Choi DH (2000) Active ingestion of fluorescently labeled bacteria by mesopelagic heterotrophic nanoflagellates in the East sea, Korea , Mar. Ecol. Progr. Ser, Vol.206 ; pp.23-32
    7. Choi DH , Kang SW , Song KD , Huh SH , Cho BC (1997) Distribution and growth of bacteria in the hypertrophic Lake Shiwha , The Sea, Vol.2 ; pp.92-100
    8. Davis PG , Caron DA , Johnson PW , Sieburth JMcN (1985) Phototrophic and apochlorotic components of picoplankton and nanoplankton in the North Atlantic geographic, vertical, seasonal and diel distributions , Mar. Ecol. Progr. Ser, Vol.21 ; pp.15-26
    9. Fenchel T (1982) Ecology of heterotrophic microflagellates? Quantitative occurrence and importance as bacterial consumers , Mar. Ecol. Progr. Ser, Vol.9 ; pp.35-42
    10. Fenchel T , Jonsson PR (1988) The functional biology of Strombidium sulcatum, a marine oligotrich ciliate (Ciliophora, Oligotrichina) , Mar. Ecol. Progr. Ser, Vol.48 ; pp.1-15
    11. Fukami K , Watanabe A , Fujita S , Yamaoka K , Nishijima T (1999) Predation on naked protozoan microzooplankton by fish larvae , Mar. Ecol. Progr. Ser, Vol.185 ; pp.285-291
    12. Jardillier L , Basset M , Domaizon I , Belan A , Amblard C , Richardot M , Debroas D (2004) Bottom-up and top-down control of bacterial community composition in the euphotic zone of a reservoir , Aquat. Microb. Ecol, Vol.35 ; pp.259-273
    13. Jeffrey SW , Humphrey GF (1975) New spectrophotometric equations for determining chlorophylls a, b, c1, c2 in higher plants, algae and natural phytoplankton , Biochem. Physiologie der Pflanzen, Vol.167 ; pp.191-194
    14. Kamphake L , Hannah S , Cohen J (1967) Automated analysis for nitrate by hydrazine reduction , Water Res, Vol.1 ; pp.205-216
    15. Kim CS , Lim HS , Kim JA , Kim SJ (2009) Residual flow and its implication on macro-tidal flats in Kyunggi Bay Estuary of Korea , J. Coast. Res. SI, Vol.56 ; pp.976-980
    16. Kim YO , Yang EJ , Kang JH , Shin KS , Chang M , Myung CS (2007) Effects of an artificial breakwater on the distributions of planktonic microbial communities , Ocean Sci. J, Vol.42 ; pp.9-17
    17. Kormas K , Kapiris Ar K , Thessalou-Legaki M , Nicolaidou A (1998) Quantitative relationships between phytoplankton, bacter and protists in an Aegean semi-enclosed embayment (Maliakos Gulf, Greece) , Aquat. Microb. Ecol, Vol.15 ; pp.255-264
    18. Lee CW , Kudo I , Yanada M , Maita Y (2001) Bacterial abundance and production and heterotrophic nanoflagellate abundance in subarctic coastal waters (Western North Pacific Ocean) , Aquat. Microb. Ecol, Vol.23 ; pp.263-271
    19. Lee WJ , Shin KS , Lee JD (2007) Studies on marine heterotrophic protists in Masan Bay, Korea , Ocean Polar Res, Vol.29 ; pp.401-410
    20. Lee WS , Han MS (2004) Community structure of plankton in eutrophic water systems with different residence time , Korean. J. Limnol, Vol.37 ; pp.263-271
    21. Mostajir B , Dolan Jr , Rassoulzadegan F (1995) Seasonl variations of pico- and nano-detrial particles (DAPI yellow particles, DYP) in the Ligurian Sea (NW Mediterranean) , Aquat. Microb. Ecol, Vol.9 ; pp.267-277
    22. Naganuma T , Miura S (1997) Abundance, production and viability of bacterioplankton in the Seto lsland Sea, Japan , J. Oceanogr, Vol.53 ; pp.435-442
    23. Park JS , Cho BC (2002) Active heterotrophic nanoflagellates in the hypoxic water-column of the eutrophic Masan Bay, Korea , Mar. Ecol. Progr. Ser, Vol.230 ; pp.35-45
    24. Poter KG , Feig YS (1980) The use of DAPI for identifying and counting aquatic microflora , Limnol. Oceanogr, Vol.25 ; pp.943-948
    25. Sherr BF , Sherr EB (1988) Role of microbes in pelagic food webs a revised concept , Limnol. Oceanogr, Vol.33 ; pp.1225-1227
    26. Simon M , Cho BC , Azam F (1992) Significance of bacterial biomass in lakes and the ocean comparison to phytoplankton biomass and biogeochemical implications , Mar. Ecol. Prog. Ser, Vol.86 ; pp.103-110
    27. Son JY , Hwang SJ , Kong DS (2006) Temporal and spatial distribution of biomass and cell size of bacteria and proto-zoa in Lake Paldang and Kyungan Stream , Korea. J. Limnol, Vol.39 ; pp.379-389
    28. Weisse T (1991) The annual cycle of heterotrophic freshwater nanoflagellates role of bottom-up versus top-down control , J. Plankton Res, Vol.13 ; pp.167-185
    29. Yang EJ , Choi JK , Hyun JH (2003) The study on the seasonal variation of microbial community in Kyeonggi Bay, Korea: I. bacteria and heterotrophic nanoflagellates , The Sea, Vol.8 ; pp.44-57