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서 론
모자반류는 암반 지역의 연안에 주로 군락을 형성하면 서 분포한다(McCook and Price 1997). 이들은 주로 어류 와 패류 등 유용 수산동물들의 산란장과 서식지 그리고 먹이 섭식의 공간을 제공하는 중요한 기능을 담당하고 있다(Coston-Clements et al. 1991; Tsukidate 1992).
우리나라에는 28종의 모자반류가 분포하고 있으며(Lee and Kang 2002), 이들 중 톳은 1980년대 중반부터 우리나 라에서 양식이 되고 있다. 2012년 우리나라의 톳 양식 생 산량은 13,024톤(Information officer 2012)이었으며, 생산 량의 90% 이상을 일본으로 수출하는 주요 양식 해조류 이다(Hwang et al. 1999).
톳의 양식 방법은 자연의 암반에 서식하는 약 10 cm 길이의 어린 톳을 양식 로프에 끼우기 식으로 이식하여 양성하는 방법을 이용하거나, 5~6월경 양식장의 톳을 채취하고 양식 로프에 남겨진 포복지(holdfast)의 재생력 (Hwang et al. 1994a, b)을 이용하여 다회 생산하는 방법이 보다 경제적인 방법으로 폭넓게 이용되고 있다(Hwang et al. 1999). 그러나 이러한 톳 포복지의 다회 이용이 가 능하기 위해서, 여름철 고수온 시기에 발생하여, 톳 포복 지를 섭식함으로써 포복지의 탈락을 유발하는 해적생물 의 구제가 필수적이다. 따라서 여름철 톳 포복지 관리를 위한 친환경적 해적생물의 구제는 톳 양식 어업인들뿐만 아니라 연안 양식어장의 지속적인 유지 관리에 있어서 매우 중요한 과제라 할 수 있다.
모자반류의 대표적인 해적동물로는 Gammarides와 Caprellides가 보고되어 있는데 (Thiel 2002; Sano et al. 2003), 이들 속을 대상으로 한 염분농도 변화에 대한 내 성실험에서는 염분농도 12.97~18.84 psu에서 반수치사 하는 것으로 나타났으며(Takeuchi et al. 2003), Gammarus 속의 종들은 수소이온의 농도 변화에도 매우 민감하게 반응하는 것으로 보고되어 있다(Gaston and Spicer 2001). 모자반(S. fulvellum)의 경우 pH 및 염분내성을 이용하여 가이식과 양성 초기 어린 엽체를 식해하는 섭식동물을 구 제하기 위한 방법이 Hwang et al. (2006)에 의하여 보고된 바 있다. 그러나 모자반은 생태적으로 조하대에 서식하는 종이며, 톳은 조간대 중부에 서식하는 종으로 모자반과 톳은 서로 다른 서식환경에 노출되어 생육함으로써 서로 다른 생리생태학적 특이성을 가져 이들의 pH 및 염분에 대한 내성범위에 있어 차이가 있을 것으로 판단된다.
본 논문은 톳 양식에서 환경친화적이면서 현장 적용성 이 높은 실효성 있는 해적생물 구제 방법의 개발을 위하 여, 톳의 광합성능 및 양식장 환경의 영향을 최소화할 수 있는 pH 및 염분농도의 조절 방법을 적용하여 환경친화 적인 해적생물 구제법을 개발하고자 하였다.
재료 및 방법
톳 엽체와 해적생물(Gammaropsis utinomi와 Caprella scaura)은 전라남도 진도군의 톳 양식장 (34°38.075′N, 126°15.743′E)에서 2013년 6월에 채집하였다. 채집 직후 즉시 실험실로 운반하여 유수식 사육 수조에 수용하였 다. 톳 엽체는 멸균해수로 수 차례 세척 후 실험에 이용 하기 전 3일간 5L 크기의 실험용 여과 해수[염분 33 psu; pH 8.0; 수온 15±0.5°C; 조도 100 μmolm-2 s-1 및 광주기 16 : 8 h (L : D) 조건] 수조에 수용하여 air를 공급하면서 순 치 배양하였다. 해적생물은 톳 엽체를 채집하면서 톳 엽 체에 부착된 상태로 함께 채집하였으며, 실험실에서 톳 엽체를 털어서 탈락된 해적생물을 sorting 하였다(Takeuchi and Hirano 1991; 1992). 염분과 pH 내성 실험은 해적 생물의 활력이 정상적으로 유지되는 채집한지 3시간 이 내에 수행하였다.
pH 농도 범위는 여과해수에 1M HCl과 1M NaOH를 사용하여 각각 pH 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 및 13이 되도록 조정하였으며, 염분 농도 범위는 여과해수에 NaCl 과 증류수를 사용하여 0, 3.5, 7, 10, 17, 30, 33, 36, 40 및 44 psu가 되도록 조정하였다. pH 및 염분의 측정은 각각 Thermo 290+pH meter (Orion, USA) 및 Multi parameter probe (USI-85, YSI Co. USA)로 측정하였다.
톳 엽체의 실험조건별 최적양자수율(optimum quantum yield) 측정은 각각의 pH와 염분 농도별 처리구에 각각 5분과 20분간 침지 후 최적양자수율의 변화를 Portable modulated fluorimeter (Mini-PAM, Walz, Germany)로 측정 하였다. 이때 톳 엽체의 암적응 방법은 각각의 pH와 염 분 농도별 침지 후 엽체를 대조구의 해수로 옮겨 세척한 후, petri dish에 넣어 빛이 투과되지 않는 Ice box 내에서 5분간 유지하였다. 형광유도과정에서 나타나는 Fv/Fm 값 은 광화학 반응에 대한 최적양자수율의 최대치를 의미 하며, 이 값을 각 실험조건별 톳 엽체의 스트레스 지표 (Kooten and Snel 1990)로 사용하였다. 최적양자수율의 변 화는 실험구마다 5개 반복구를 두어 평균값으로 결정하 였다.
해적생물 구제율에 대한 pH 염분 실험구간별 유의성 분석은 분산분석법(One-way ANOVA)을 이용하여 실시 하였으며 (Zar 1984), 통계프로그램은 SPSS vers. 8.0과 SYSTAT vers. 9.0을 이용하여 0.05 수준에서 구하였다.
결 과
pH농도 및 침지시간별 톳의 최적양자수율은 Fig. 1과 같다. 톳 엽체를 5분간 각각의 pH 농도에 침지시켰을 때 (Fig. 1a), pH 3~11범위에서 톳의 최적양자수율은 대조구 와 유의한 차이가 없었으며, pH 2와 pH 12~13에서만 유 의한 감소를 보였다(One way ANOVA, p<0.01). 톳 엽체 를 20분간 각각의 pH 농도에 침지시켰을 때(Fig. 1b), pH 4~11 범위에서는 톳의 최적양자수율이 대조구와 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다(One way ANOVA, p>0.05). 염분 농도 및 침지시간별 톳의 최적양자수율은 Fig. 2 와 같다. 톳 엽체를 33 psu 염분 농도의 대조구(정상 해수) 에 5분간 침지시켰을 때, 최적양자수율은 평균 0.7688이 었으며, 5분 및 20분간 각각의 염분 농도에 침지시켰을 때, 모든 염분 농도 실험구에서 최적양자수율은 대조구와 유의한 차이를 나타내지 않았다.
각각의 pH 농도별 두 해적생물의 반수치사시간은 Fig. 3과 같다. pH 5 이하의 조건에 5분간 노출된 C. scaura와 G. utinomi의 사망률은 대조구에 비하여 크게 증가하였 고, pH 2~3 및 pH 11~13 조건의 경우 약 80% 이상의 사망률을 나타내었으며, pH 5~9 실험구에서 사망률은 20% 이하로 나타났다. 두 해적생물간의 사망률에 차이를 보인 pH 4와 pH 10에서, 두 해적생물의 사망률은 유의한 차이를 나타내지 않았다(Fig. 3, One-way ANOVA, p> 0.05). 각각의 pH 농도에서 5분간 침지시 C. scaura와 G. utinomi의 반수치사 농도는 pH 4.5로 나타났다(Fig. 3).
각각의 염분 농도별 두 해적생물의 사망률은 Fig. 4와 같다. 염분농도 7 psu이하의 실험조건에서 5분간 침지시 C. scaura와 G. utinomi의 사망률은 100%에 달하였으며, 10~17 psu 조건에서 사망률은 점진적으로 감소하였다 (Fig. 4). 각각의 염분농도에서 5분간 침지시 C. scaura와 G. utinomi의 반수치사 농도는 13.5 psu로 나타났다(Fig. 4).
고 찰
조간대에 서식하는 해조류의 생장은 온도, 염분, 광량 등 여러가지 환경요인에 의해 영향을 받으며(Gendron 1989; Santelices et al. 1993), 건조에 견디는 능력을 가지고 있어, 일부는 건조 상태에서 경화(hardening)되는 능력을 갖기도 한다(Schonbeck and Norton 1978). 노출에 대한 해 조류 엽체의 반응은 단순히 노출에 견디는 것뿐만 아니 라 능동적으로 막 지질의 포화도를 변화시킴으로써, 세포 의 붕괴를 감소시키고, 공기 중에 노출되었을 때 활발히 광합성을 수행함으로써, 해조류의 총탄소 고정에 공헌하 게 된다. Phan Quang and Laur (1976)에 의하면 해조류는 단 며칠간의 노출에도 식물체는 다가올 노출에 대해 적 응할 수 있다고 보고하였다.
본 연구 결과, 톳은 낮은 pH와 높은 pH 양쪽 모두의 조 건에서 침지되었을 때 비교적 탄력적으로 반응하여 항상 성이 유지되었으며, 톳의 pH와 염분내성 범위는 해적생 물의 pH 및 염분 내성보다 넓은 것으로 나타났다(Figs. 1~4). 심지어 톳은 모든 염분 농도 실험구에서 20분(Fig. 2)뿐만 아니라 24시간 침지하였을 때에도 최적양자수율 에 유의한 변화가 없었다. 이러한 톳의 폭넓은 pH와 염분 내성은 Hwang et al. (2006)이 보고한 모자반(S. fulvellum) 의 염분내성 범위보다 매우 넓은 것이다. 아마도 톳의 pH 와 염분내성은 조간대에 서식하는 해조류로서 생리생태 적인 적응 과정에서 얻어진 능력으로 보여지며, 이러한 생리생태적 특성을 해적동물 구제에 이용할 수 있음을 보여준다.
해조류를 섭식하는 해적동물인 Gammarus와 Caprellid 는 자연상태의 모자반 군집에서 가장 우점하는 종류이 며, 운동성이 거의 없으므로 주로 모자반류에 착생하여 생육하고(Takeuchi et al. 2003), 톳의 경우에도 모자반과 같이 연승식 양식장에서 고밀도로 발견되는, 톳의 주요 해적동물로 본 연구가 수행되었던 진도연안의 해조류 양 식장에서도 마찬가지로 동일한 양상을 보였다.
일반적으로 해조류 양식에서 해적생물 구제는 김 양식 장에서 파래류와 규조류 등의 제거를 목적으로 유기산 처리를 하거나 양식 발의 노출선을 상하로 조절하여, 부 착 및 서식 수층을 다르게 조절해 주는 물리적 해적생물 제거법이 이용되어 왔다. 그러나 톳은 수층의 조절만으로 는 해적생물 제거가 어려우며, 톳 포복지의 재생력을 이 용하여 다회 생산하기 위해서는 특히 여름철 포복지의 탈락을 방지하고, 엽체를 섭식하는 해적생물을 적극적으 로 제거 및 구제할 필요가 있다.
따라서 본 연구에서 얻어진 톳의 pH와 염분내성 범위 를 이용하여, 톳에는 생리적 영향을 미치지 않는 친환경 적인 해적동물 구제법으로서, pH 4 이하 조건과 pH 10 이 상의 조건, 염분농도 10 psu 이하의 조건 및 44 psu 조건으 로 처리하면 효과가 있는 것으로 나타났다. 그러나 실제 톳 양식장에서 해적생물 구제용으로 적용하기 위해서는 본 실험에서 설정된 시간보다 짧은 처리 시간이 효율적 이므로 pH 2 조건에서 5분 이내, 담수(0 psu)조건에서 5분 이내 처리하는 방법을 이용할 수 있다.
적 요
본 연구에서는 톳 양식에서 pH 및 염분농도의 조절에 의한, 환경친화적인 해적생물 구제 방법을 개발하고자 하 였다. 이를 위하여 톳의 내성범위를 구하고, 친환경적인 해적생물 구제법을 확립하고자 하였다. 톳에는 생리적 영 향을 미치지 않는 친환경적인 해적동물 구제법으로서, pH 4 이하 조건과 pH 10 이상의 조건, 염분농도 10 psu 이 하의 조건 및 44 psu 조건에서 효과가 있는 것으로 나타 났다.
