서 론
최근 새로운 화학물질들이 다양하게 개발되어 그 종류 와 사용량이 급증하고 있다. 그중 농약은 독성의 강도에 따 라 저독성 (IV급), 보통독성 (III급), 고독성 (II급), 맹독성 (I 급)으로 구분되며, 농약에 대한 포유동물의 반수치사약량 (LD50)을 기준으로 구분하고 있다. 이외에도 수도용 농약 의 특성에 따라 어류를 대상으로 하는 어독성 기준이 있으 며, 발암성, 신경독성, 생식독성 등을 별도의 특수독성으로 구분하여 취급하고 있다 (KCPA 2015).
Tebuconazole{1-(4-Chlorophenyl)-4,4-dimethyl-3-(1,2,4- triazol-1-ylmethyl)pentan-3-ol}은 Triazole계 살균제로 균사 의 ergosterol 생합성을 저해하는 작용을 하여 농작물의 흰 가루병, 부제병, 흑수병, 점무늬병 등에 대한 방제효과를 나 타내는 것으로 알려져 있다 (Tomlin 2000). Tebuconazole의 경우 벼의 키다리병 방제를 위한 종자소독부터 잎집무늬 마름병 방제, 도복경감 등을 위해 유수형성기, 수잉기, 출수 기까지 사용되며, 이외에도 사과, 고추, 복숭아, 잔디 등 다 양한 작물에 균 방제를 위해 이용되는 것으로 알려져 있다 (KCPA 2015;NIER 2020).
Tebuconazole은 척추동물에 경구투여하였을 때 rat에서 LD50이 암, 수 각각 1,700 mg kg-1, 4,000 mg kg-1, mice에서 300 mg kg-1이었고, 경피독성 (LD50)은 rat의 암ㆍ수 모두 5,000 mg kg-1 이상을 나타내는 것으로 보고되었다 (FAO 1994). 또 다른 연구에서는 임신한 rat에 tebuconazole을 투여한 후 태어난 새끼들을 조사한 결과 암컷 rat은 남성 화하고 수컷 rat은 젖꼭지가 달리는 여성화가 관찰되었다 (Taxvig et al. 2007, 2008).
국제적으로 공인된 시험법으로 개구리의 배아를 활용 하여 화학물질에 대한 독성평가와 환경오염물질의 독성 에 의한 기형유발 시험법으로 Frog Embryo Teratogenesis Assay-Xenopus (FETAX) 방법이 널리 사용되고 있다 (Fort et al. 1988;Bantle et al. 1990;Presutti et al. 1994;Morgan et al. 1996). FETAX 기법은 남아프리카산 발톱개구리 (Xenopus laevis)의 수정란에서 배아단계를 거쳐 올챙이로의 발 달 단계를 활용하는 활용성이 매우 높은 시험기법으로 알 려져 있다 (Bantle et al. 1996). 그러나 같은 시험물질에 노 출된다고 하더라도 종에 따른 감수성에 차이가 있어 (Hoke and Ankley 2005) 정확한 독성 여부를 판단하고 보호대책 을 마련하기 위해서는 해당 종에 대한 실험이 필요하다.
이러한 FETAX 기법에 따라 농약류인 tebuconazole 에 의한 최기형성 여부 등을 평가하여 주로 농경지를 중 심으로 번식이 이루어지는 한국 토착 양서류인 두꺼비 (Bufo gargarizans)와 청개구리 (Hyla japonica), 참개구리 (Pelophylax nigromaculatus)의 배아발달에 미치는 독성효과 를 확인하고자 한다.
재료 및 방법
1. 시험동물
시험에 사용했던 두꺼비 (B. gargarizans)는 광주광역시 광 산구 운수동에 위치한 운수제에서 청개구리 (H. japonica) 와 참개구리 (P. nigromaculatus)는 광주광역시 광산구 등임 동 산막제 인근에서 각 종의 번식시기에 맞춰 포접 중인 암ㆍ수 성체를 직접 채집하여 사용하였다.
2. 배양액 제조
Amphibian Ringer 용액 (AR; 6.6 g L-1 NaCl, 0.15 g L-1 KCl, 0.15 g L-1 CaCl2, 0.2 g L-1 NaHCO3, 0.05 g L-1 Streptomycin, 0.03 g L-1 Penicillin G)을 제조하여 pH 7.4로 맞추어 사용 하였다.
3. 수정란 채취 및 배양
포접중인 암ㆍ수를 채집하여 실험실에서 자연 배란 및 수 정과정에 의해 출현된 2세포의 배아들 중 세포질이 정확 히 나누어져 균일한 할구들을 가진 정상배아들을 선택하 여 예리한 포셉으로 젤리층을 제거하고 24±1°C에서 낭배 기까지 배양하여 시험에 사용하였다 ( Johnson and Volpe 1973;Mathews 1986).
4. 시험물질 처리
Tebuconazole (농업진흥청 제공)은 DMSO에 녹여 1,000 mg L-1 stock solution으로 제조한 후 이를 AR 용액으로 희 석하여, 한국산 개구리류 배아 발달에 미치는 영향 중 사 망률, 기형률 및 기형양상을 조사하기 위해 두꺼비 배아에 tebuconazole 1, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 mg L-1, 청개구리와 참개구리의 배아에 tebuconazole 1, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 mg L-1를 각각 처리 후 그 효과를 대조군과 비 교하였다. 유리 배양접시에 시험물질이 농도별로 포함된 실험군과 시험물질이 포함되지 않는 대조군의 배양액 10 mL에 낭배기까지 배양된 배아들을 각 시험물질에 농도별 로 30개씩 노출시킨 후 24±1°C의 온도에서 96시간 배양 하였다. 매 24시간마다 새로운 용액으로 교환하였으며 시 험물질의 농도는 5개 이상으로 정하여 실시하였고 모든 농 도구간에 대해 각기 다른 개체에서 채취한 배아들을 사용 하여 ASTM FETAX guideline에 따라 3회 이상 반복 시험 하였다 (ASTM 1998).
5. 결과처리 및 분석
각 농도별 사망률은 24시간마다 관찰하여 죽은 것을 제 거하고 96시간 후 생존된 것을 3% formalin에 고정하고, 이 들 고정된 개체들을 대상으로 기형 개체 수 및 양상을 조 사하였다. 그 결과들을 (죽은 개체수/노출 개체수)×100으 로 계산하여 한 농도의 사망률을 구하였다. 기형률은 96시 간 배양 후 생존한 tadpole을 개체당 머리, 복부 및 꼬리 등 각 부위별로 기형 여부를 조사하였다. 정상적인 tadpole의 범위에서 벗어나면 기형으로 판정하였으며 96시간 후 생 존한 개체 중 (영향을 받은 개체수/영향을 받지 않은 개체 수)×100으로 계산하여 한 농도의 기형률을 구하였다. 사 망률과 기형률 값을 대상으로 probit analysis (SPSS 25.0) 를 활용하여 반수치사농도 (LC50), 반수영향농도 (EC50)를 구하였으며 아울러 96 h LC50 값을 96 h EC50 값으로 나누 어 Teratogenic Index (TI)를 구하여 TI 값이 1.5 이상이 되 면 유해성이 있는 물질로 판정하였다 (Bantle et al. 1985). 기형의 종류는 정상발생 올챙이를 기준으로 올챙이 꼬리 가 파상을 나타내는 양상, 꼬리가 휘어지는 양상 등을 관찰 하여 꼬리기형으로 판정하였고 복부의 돌출현상 등을 관 찰하여 복부기형으로 판정하였다. 또한, 몸 전체에 형성된 수포 (물집)의 형성을 관찰하여 수포형성기형 (Edema)으 로 판정하였다 (Bantle et al. 1998). 배아의 발달과정과 시 험물질이 성장에 미치는 영향을 조사하기 위해 AM-423x 와 Dinocapture 2.0 프로그램 (Dunwell Tech, US)을 사용하 여 배아의 직경 및 유생의 머리끝부터 꼬리 끝까지의 전 체 장의 길이를 측정하고 Independent t-test (신뢰한계 95%, p<0.05)를 통해 대조군과 실험군의 유의성을 분석하여 성 장에 미치는 영향을 확인하였다 (SPSS 25.0).
결 과
1. 두꺼비 배아 발달에 미치는 tebuconazole의 효과
치사율의 경우 60 mg L-1부터 6.7%의 비율로 나타나기 시작하여 70 mg L-1에서 40%, 80 mg L-1에서 46.7%의 비율 로 농도가 높아짐에 따라 배아의 치사비율도 증가하였으 며, 전치사 농도는 90 mg L-1로 나타났다 (Fig. 1A). 기형 배 아는 30 mg L-1에서부터 6.7%의 비율로 나타나기 시작하 여 40 mg L-1에서는 66.7%의 기형률을 나타내었으며 50 mg L-1 이상부터는 100%의 기형률을 나타내었다 (Fig. 1B). Tebuconazole에 의한 기형은 농도에 따라 20 mg L-1에서는 복합기형 (100%)이 확인되었으며, 40 mg L-1에서는 꼬리 기형 (96.7%), 복합기형 (3.3%), 60 mg L-1에서는 꼬리기형 (60.7%), 복부기형 (3.5%), 복합기형 (35.7%), 80 mg L-1에 서는 수포기형 (6.3%), 꼬리기형 (18.7%), 복합기형 (75.0%) 을 나타내었다 (Fig. 1C). 배아의 성장에 미치는 영향을 조 사한 결과 대조군 (11.8±0.3 mm)에 비해 tebucanazole 의 농도가 60, 70, 80 mg L-1로 증가함에 따라 유생의 체 장은 10.9±1.2, 11.3±0.8, 10.2±0.9 mm로 감소하여 나 타났다 (Fig. 1D). Tebuconazole의 효과 중 반수치사농도 (LC50)는 75.4를 나타내었고 반수기형유발농도 (EC50)는 34.4를 나타내었으며 tebuconazole에 의한 배아의 기형 성 지수 (Teratogenesis Index; TI)의 값은 2.19를 나타내어 tebuconazole은 두꺼비 배아 발달에 최기형성 물질로 작용 함을 알 수 있었다 (Table 1).
2. 청개구리 배아 발달에 미치는 tebuconazole의 효과
치사율의 경우 10 mg L-1에서부터 죽는 배아들이 2.5% 의 비율로 나타나기 시작하여 40, 50 mg L-1로 농도가 높아 지면서 치사율도 45.0, 100.0%로 증가하는 것이 확인되었 다 (Fig. 2A). 기형은 10 mg L-1부터 53.9%의 비율로 확인되 기 시작하여 치사율과 마찬가지로 20, 30, 40 mg L-1로 농도 가 높아지면서 그 비율이 94.7, 100.0, 100.0%로 증가하였 다 (Fig. 2B). Tebuconazole의 영향에 의해 나타난 기형양상 은 수포형성기형과 복합기형이 대부분을 이루었으며, 복합 기형을 제외하면 수포형성기형의 비율이 다른 기형 종류 에 비해 높은 비율을 차지했다. 이들의 비율을 농도별로 살 펴보면 EC50을 나타내는 농도보다 낮은 10 mg L-1의 농도 에서는 수포형성기형의 비율이 높게 관찰되었고 EC50보다 높은 20 mg L-1 이상의 농도에서는 복합기형의 비율이 높 게 나타났다 (Fig. 2C). 배아의 성장에 미치는 영향을 조사 한 결과 대조군 (6.6±0.4 mm)의 체장에 비해 tebucanazole 에 노출된 배아의 체장은 농도가 12.5, 20 mg L-1로 증가 함에 따라 6.3±0.3, 5.5±0.8 mm로 대조군에 비해 체장 이 감소하여 나타났다 (Fig. 2D). 청개구리의 배아에 대한 tebuconazole의 LC50은 38.2를 나타내었고 EC50은 10.6를 나타내었으며 TI는 3.58를 나타내었다 (Table 1).
3. 참개구리 배아 발달에 미치는 tebuconazole의 효과
치사율을 조사한 결과 20 mg L-1에서부터 죽는 배아들 이 3.3%의 비율로 나타나기 시작하여 40, 50 mg L-1로 농도 가 높아지면서 40.0%, 100.0%로 치사율도 각각 증가하였 다 (Fig. 3A). 기형은 10 mg L-1에서부터 16.7%의 비율로 나 타나기 시작하였으며 20, 30 mg L-1로 농도가 높아지면서 96.4, 100.0%로 증가하였다 (Fig. 3B). Tebuconazole의 영향 에 의해 나타난 기형의 종류는 척추기형, 꼬리기형, 복합기 형 등이 나타났으며 복합기형의 비율이 다른 기형 종류에 비해 높았다 (Fig. 3C). 배아의 성장에 미치는 영향을 조사 한 결과 대조군 (7.6±0.4 mm)에 비해 tebuconazole의 농도 가 20, 40 mg L-1로 증가함에 따라 유생의 체장은 6.7±1.5, 5.5±1.1 mm로 감소하여 나타났다 (Fig. 3D). Tebuconazole 에 의한 참개구리 배아의 LC50은 39.6를 나타내었고 EC50 은 14.9, TI는 2.65를 나타내어 최기형성물질로 작용하는 것으로 나타났다 (Table 1).
고 찰
Tebuconazole의 시험결과 두꺼비, 청개구리, 참개구리 각각의 LC50은 75.4, 38.2, 39.6 mg L-1였으며, 모든 배아 는 농도가 증가함에 따라 치사되는 비율도 증가하여 농 도에 의존하여 치사율이 증가하는 경향을 나타냈다. 체장 의 경우 tebuconazole의 시험결과 각각의 대조군에 비해 농도가 증가함에 따라 유생의 체장은 감소하여 나타났다. Tebuconazole의 처리 결과 두꺼비, 청개구리, 참개구리 각 각의 EC50은 34.4, 10.6, 14.9 mg L-1로 나타났으며, 기형양 상은 수포형성기형, 척추기형, 꼬리기형, 복합기형 등을 나 타내었고, 농도에 의존하여 기형률이 증가하였다 (Fig. 4). Tebuconazole에 의한 기형성지수 (Teratogenic Index; TI) 는 각각 두꺼비 2.19, 청개구리 3.58, 참개구리 2.65로 계산 되었으며, 이러한 기형성 지수는 1.5보다 값이 클 때 시험 물질이 최기형성을 갖는 것으로 판단하게 된다 (Bantle et al. 1985). 따라서, tebuconazole은 실험에 노출된 모든 개구 리 배아발달에 최기형성 물질로 작용하는 것으로 나타났 다. 두꺼비의 경우 2~3월에 저수지나 농경지를 중심으로 번식이 이루어지는 것으로 알려져 있으며, 청개구리와 참 개구리는 물이 고인 농경지일대에 산란하며 4~7월 사이에 번식이 이루어지는 것으로 알려져 있다 (Yang et al. 2001;Ministiry of Environment 2011). Tebuconazole의 경우 주 로 봄철 잔디에 발병하는 라이족토니아마름병과 벼의 유 수형성기, 수잉기, 출수기에 맞춰 6월말에서 8월까지 이삭 누룩병, 잎집무늬마름병 방제를 위해 사용되며, 이외에도 감, 고구마, 고추, 더덕, 인삼 등 다양한 작물에 적용되고 있 다 (KCPA 2015;NIER 2020). 잔디의 식재가 많은 골프장 의 경우 유출수에 농약이 포함되어 지표수 및 지하수로 유 입될 가능성이 있으며 (Toshinari et al. 1998; Candela et al. 2007), 미국 내 골프장을 대상으로 20년간 모니터링 결과 지하수 및 지표수에서 농약 검출기준을 초과한 경우도 확 인되었다 (Baris et al. 2010). 식품의약품안전처에서 정한 잔 류농약검출기준의 경우 쌀과 땅콩, 도라지 같은 경우 0.05 mg kg-1부터 깻잎, 부추 15 mg kg-1, 호프 (Hop) 40 mg kg-1까 지 허용되고 있으며, 농약 제품의 경우도 12.5%의 원액을 2,000배로 희석하여 사용하고 있어 두꺼비를 제외한 청개 구리와 참개구리의 LC50 농도 이상, EC50의 경우 모두 농도 이상으로 노출될 가능성이 있는 것으로 확인되었다 (KCPA 2015). 미국의 경우 캘리포니아 지역에 서식하는 Pacific chorus frog (Pseudacris regilla)의 최대 60%의 개체들에서 체내 tebuconazole이 검출되었고, 개체 전체 조직 검사에서 최대 250 μg kg-1 이상의 농도로 tebuconazole 검출되어 양 서류 체내에 생물농축 가능성이 확인되었다 (Smalling et al. 2013). 따라서, 농경지를 중심으로 번식이 이루어지는 양서 류의 특성상 직·간접적인 유입을 통해 배아 발달에 영향을 미칠 수 있을 것으로 생각된다.
또한, 두꺼비, 청개구리, 참개구리의 결과들을 Xenopus laevis 배아에 tebuconazole이 노출되었을 때 배아발달에 미치는 효과와 비교해보면, X. laevis의 경우 LC50이 82.35 μmol L-1 (MW 307.82)로 나타났으며 농도 증가에 따른 체장의 길이가 감소하고, 수포 (edema), 수종 (blisters), 장 (gut) 형성 이상에 의한 복부기형, 심장기형 등이 확인되어 본 실험과 유사한 경향을 나타내었다 (Hwang et al. 2010). 또한, X. tropicalis에 tebuconazole이 노출된 경우 LC50 7.29 mg L-1 이상, EC50 2.76 mg L-1의 영향을 나타냈으며, 복부 쪽 색소과소침착 (hypopigmentation)이 확인되었다 (Li et al. 2016). 이러한 기형성에 있어 기형양상이나 성장저해 등 은 종에 상관없이 유사한 패턴을 나타냈는데 이는 혈액과 근육의 발달을 저해하는 것으로 알려져 있는 tebuconazole 에 의한 특성으로 여겨진다 (Hwang et al. 2010). 그러나 tebuconazole에 의한 반수치사농도 (LC50) 및 반수영향농 도 (EC50)는 노출된 종에 따라 차이를 나타내는 것으로 확 인되었다.
이상의 결과들로 보아 본 실험에서 사용된 개구리들의 배아들은 tebuconazole의 낮은 농도에 민감하게 반응하여 배아발달에 영향을 미쳐 최기형성물질 (teratogen)로 작용 하는 것으로 판단되어지며, 개구리들의 종에 따라 치사율 및 기형률 등의 차이를 나타내는 원인을 명확히 파악하기 위해서는 개구리들의 종에 따라 서로 다른 난자의 크기와 같은 종 특이적 특성 등을 규명하는 연구가 더 필요할 것으 로 여겨진다.
적 요
국내에 서식하는 개구리들의 배아를 이용하여 살균제 인 tebucoanzole의 독성을 파악하기 위해 FETAX (Frog Embryo Teratogenesis Assay-Xenopus) 기법에 따라 두꺼비 (Bufo gargarizans), 청개구리 (Hyla japonica), 참개구리 (Pelophylax nigromaculatus)의 배아를 배양하면서 tebuconazole 의 효과를 probit 분석법으로 조사하였다. 그 결과, tebuconazole의 농도에 의존하여 유생의 체장 길이는 감소하고 치사율과 기형률은 증가하였으며 tebuconazole의 teratogenic concentration (EC50)은 각각 34.4, 10.6, 14.9 mg kg-1 을 나타내었고 embryo lethal concentrations (LC50)은 75.4, 38.2, 39.6 mg kg-1을 나타내었다. Teratogenic index (TI= LC50/EC50)는 각각 2.19, 3.58, 2.65을 나타내어 두꺼비, 청 개구리, 참개구리 배아 발달에 최기형성 물질로 작용함을 알 수 있었다. 이상의 결과들로 보아 tebuconazole은 낮은 농도에서 개구리 배아의 발달에 민감하게 반응하였으며 치사율, 기형률, 성장률, 기형양상 등을 기존의 연구들과 비 교하였을 때 유사한 결과를 나타내어 국내 서식하는 개구 리류 배아발달에 영향을 미칠 수 있는 것으로 여겨지며, 종 에 따라 치사율 및 기형률, 기형양상 등의 차이를 나타내는 원인 등을 명확히 파악하기 위해서 종 특이적 특성 등을 규 명하는 연구가 더 필요할 것으로 여겨진다.