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ISSN : 1225-4517(Print)
ISSN : 2287-3503(Online)
Journal of Environmental Science International Vol.27 No.1 pp.27-38
DOI : https://doi.org/10.5322/JESI.2018.27.1.27

Geosmin and Morphological Characteristics of Anabaena circinalis, Obtained from the Bukhan River

Seok Jea Youn, Kim Yong-Jin, Hun Nyun Kim, Jin-Yong Kim1), Mi-Na Yu, Eun Jeong Lee*, Soon Ju Yu
Han River Environment Research Center, National Institute of Environmental Research, Gyeonggido 12585, Korea
1)Green tech,1260, Gyeongchun-ro, Namyangjusi, Gyeonggido 12223, Korea
Corresponding author: Eun Jeong Lee, Han River Environment Research Center, National Institute of Environmental Research, Gyeonggido 12585, Korea +82-31-770-7257ejay@korea.kr
20171026 20171214 20171218

Abstract

This study was carried out in the Bukhan River in the summer of 2014 and 2015, to identify the relationship between geosmin and the morphological changes in Anabaena. Identification of Anabaena was conducted using morphological and molecular analyses. Anabaena in this study was similar to Anabaena circinalis, A. crass, and A. spiroides with regard to regular coils, vegetative cell, akinete shape, and size, hoever, it was distinguishabl from A. crass and A. spiroides because of its larger trichome coil size. Additionally, the sequences of phycocyanin (PC) gene from Anabaena showed a 99% genetic similarity with A. circinalis NIES-1647 strain. The coil diameter of trichome ranged from 106 to 899 μm, and the diameter and abundance showed an insignificant positive correlation (r=0.544, p<0.05). The result of relationship between the coil diameter and the cell number per 360-degree rotation was kept at 33.8±5.2 cells per 100 μm diameter despite variable diameter. The average geosmin concentrations in 2014 and 2015 were investigated to be 99 ng/L and 35 ng/L, respectively. A. circinalis cell density contributed considerably to the change in geosmin and was positively correlated with geosmin concentration (2014; r=0.599, p<0.01, 2015; r=0.559, p<0.01). Our results suggest that geosmin and coil diameter could be estimated with the help of cell density.


북한강에서 출현한 Anabaena circinalis의 형태학적 특성 및 지오스민(geosmin) 발생 양상

윤 석제, 김 용진, 김 헌년, 김 진용1), 유 미나, 이 은정*, 유 순주
국립환경과학원 한강물환경연구소
1)그린텍
    National Institute of Environmental Research

    1.서 론

    남조류는 광합성을 하는 원핵생물로 때때로 높은 수온, 풍부한 영양염 등의 적합한 환경에 의해 성장이 촉진되어 녹조현상을 일으킨다(Reynolds, 2006). 이 와 같은 남조류의 대발생은 독성물질(Kim et al., 2010)과 이취미 물질(Smith et al., 2002)을 생성하여 상수원의 이용에 불편을 초래할 뿐만 아니라, 수상레져 등 친수활동을 저해하여 경제적인 손실도 유발한다 (Chorus and Bartram, 1999). 국외의 경우 남조류의 대발생과 이취미의 발생은 주요한 환경 문제로 대두 되고 있다. 중국에서 세 번째로 큰 타이(Tai) 호수에서 Microcystis의 발생으로 독소 및 이취미 물질이 발생 되었으며(Ma et al., 2013), 2007년에는 약 일주일가 량 주민들에게 식수를 공급하는데 큰 문제가 발생하 는 등 남조류의 대발생은 타이 호수에서 주요한 환경 문제로 대두되기도 하였다(Guo, 2007; Qin et al., 2010). 최근 국내에서도 2011년과 2012년에 상수원 인 팔당호 상류 북한강에서 Anabaena가 대발생하였 으며, 이로 인해 이취미 물질인 지오스민(geosmin)이 약 1,000 ng/L이상 높은 농도가 발생하여 수도권 상수 도 이용에 심각한 불쾌감을 초래하였다(HRWEMD, 2013; You et al., 2013). 유해남조류에 의한 독소 및 이취미 발생은 출현환경, 생활사 등에 따라 변화하며, 생산하는 독소의 양과 종류도 발생 지역의 환경에 따 라 다르게 발생한다(Izaguirre et al., 1982; Chorus and Bartram, 1999; Kim et al., 2010). 종에 따라 독소 및 이취미의 발생이 달라져(Jüttner and Watson, 2007; Park et al., 2011) 이에 대응하기 위하여 정확한 종의 동정이 필요하다.

    식물플랑크톤의 형태 및 크기는 수온, 염도, 영양염 농도 및 생활사 등과 같은 조건에 의해 다양하게 변화 한다(Armbrust and Sallie, 1992; Nagai and Imai, 1999; Miranda et al., 2005; Dokulil et al., 2007; Yamamoto and Nakahara, 2009). 남조류의 형태는 불 안정한 모습을 나타내며, 같은 종이라 할지라도 환경 이나 배양 조건에 따라 세포의 형태나 군체를 형성하 는 특징 등이 달라지며, 다양한 형태학적 특징을 나타 낸다(Doers and Parker, 1988; Wilmotte, 1988; Otsyka et al., 2000; Shafik et al., 2003; Berrendero et al., 2008). 이와 같은 형태적 변화는 같은 종 내에서도 큰 변이를 보여 정확한 종의 동정에 어려움이 발생한 다. 이러한 종들 간의 형태적 유사성은 Anabaena에서 도 빈번히 일어나고 있음에도 불구하고, 주로 배양 조 건에 따른 형태적 차이에 대한 연구에 치중되어 있다. 또한 영양세포, 휴면포자(akinete) 등의 크기 변화에 초점을 두고 있어(Stulp and Stam, 1984; Rapala and Sivonen, 1998; Li et al., 2000), 현장시료에서 Anabaena 사상체의 나선 크기에 따른 분류나 나선 크 기의 변화에 대한 연구는 거의 진행되지 않았다. 또한 정확한 동정을 위해서는 형태적인 분류뿐만 아니라 염 기서열을 통한 분자생물학적 연구가 진행되어야 하며, 형태와 분자생물학적 분석이 동시에 진행되어야 한다 (Li et al., 2013). 본 연구에서는 팔당호 북한강 수역에 서 남조류의 발생이 많았던 2014년과 2015년 여름에 출현한 Anabaena circinalis Rabenhorst ex Bornet et Flahault 1888의 형태학적 특성과 현장에서 검출된 종 의 사상체 크기 변화 및 발생량을 조사하였다. 이와 함께 분자생물학적 방법을 병행하여 종을 동정하고, Anabaena 발생에 따른 형태적 변화와 지오스민 물질 발생과의 연관성을 파악하는데 목적을 두었다.

    2.재료 및 방법

    2.1.시료의 채집 및 분석

    시료의 채집은 팔당호 상류구간인 북한강 하류 삼 봉리(SB)에서 실시하였다(Fig. 1). 조사기간은 북한강 에서 Anabaena가 발생하는 시기인 2014년 7월~8월 과 2015년 6월~9월까지 주 1~2회 조사하였으며, 남조 류 발생 규모에 따라 주 2~5회 집중조사를 실시하였 다. 시료는 현장에서 표층수를 채수하여 암·냉 보관 상태로 실험실로 운반하였다. 식물플랑크톤 분석을 위하여 시료의 일부를 취하여 200 mL 플라스틱 병에 넣고 루골용액(1-2 v/v%)을 첨가하여넣어 고정하였 다. Anabaena의 세포수 계수는 위상차 현미경(Nikon ECLIPSE Ni, Japan)으로 Sedgwick-Rafter counting chamber를 사용하여 200~400 배율로 실시하였다. 종 의 동정은 John et al.(2002)Komárek(2013)을 참고 하였다. 지오스민 분석은 먹는 물 수질감시항목 운영 지침(MOE, 2011)에 따라 HS-SPME법에 준하여 GC/MS (450-GC, 320-MS, BRUKER)로 분석하였다.

    2.2.Anabaena의 형태 관찰 및 특징 분석

    Anabaena의 형태 관찰은 위상차 현미경(Nikon ECLIPSE Ni, Japan)에서 200~1,000배로 실시하였다. 형태학적 특징은 영양세포, 이형세포, 휴면포자의 크 기 및 모양 등을 조사하였다. 군체별 특징을 확인하기 위하여 사상체 나선의 직경, 나선 1회전당 세포수 등 을 조사하였으며, 나선의 직경과 1회전당 세포수는 하나의 사상체에서 나선 하나만을 선택하여 조사하였 다. Anabaena 발생량과 지오스민과의 상호관계를 알 아보기 위해 Anabaena 세포수와 지오스민을 이용하 여 상관관계를 분석하였으며, 통계프로그램은 SPSS 12.0을 사용하였다.

    2.3.분자생물학적 분석

    Anabaena의 분자생물학적 분석을 위하여 표층수 를 아이스박스에 암·냉 상태로 유지하여 실험실로 운 반하였다. 옮겨진 생시료는 위상차 현미경(Nikon ECLIPSE Ni, Japan)으로 나선의 직경이 200~500 μm 사이의 Anabaena 사상체를 20개체 이상 선택적으로 분리하여 genomic DNA 추출 시료로 사용하였다.

    DNA추출은 DNA Mini Spin Kit (Qiagen, Valencia, CA)를 이용하였다. PCR 분석에 사용한 시 료는 solgTM 2X Taq PCR smart mix 2 (Solgent, Korea)의 2X Taq PCR smart mix 2 12.5 μL, Primer 0.2 μL, 주형 DNA 2.5 μL에 멸균된 증류수를 첨가하 여 최종 25 μL로 제조하였다. Primer는 phycocyanin gene (PC gene)을 검출하는 PCβF (GGCTGCTTGTT TACGCGACA), PCαR(CCAGTACCACCAGCAAC TAA)를 사용하였고, PCR 조건은 95℃ 에서 5분간 반 응한 후에, 95℃ 에서 30초, 58℃ 에서 30초, 72℃ 에서 1분을 반응하는 순서로 35회 반복하여 반응하고 최종적 으로 72℃ 에서 10분간 더 반응을 시켰다. PCR 산물은 Loading Star (A750, DyneBio)를 이용하여 염색하였고 Tris-acetate-EDTA 완충액(pH 8.3, FisherBiotech)을 사용한 2% Agarose gel (Sigma)에서 전기영동(100V, 20분)하였다. Gel 상의 Band는 UV-illuminator (Vilber Lourmat, France)를 이용하여 확인하였다.

    확인된 PCR 산물은 Macrogen (Korea)에서 Auto DNA sequencer로 분석하였다. 분석된 염기서열은 미 국생물공학정보센터(NCBI)에 등재된 남조류 염기서 열과 비교하였다. 계통도는 MEGA 5.2 (Tamura et al., 2011)의 Neighbor-joining tree algorithm으로 작 성하였으며, Kimura 2-parameter 모델을 이용하였다. 신뢰도를 높이기 위하여 Bootstrap을 1000번 수행하 였다.

    3.결과 및 고찰

    3.1.Anabaena의 형태적 특성

    팔당호 북한강 수역에서 출현한 Anabaena의 형태 적 분석 결과, 세포들은 일렬로 정렬하여 사상체를 이 루며, 사상체는 단독으로 존재하였다. 사상체는 나선 형으로 되어 있고, 약한 점액질로 둘러 쌓여 있었다. 영양 세포는 구형이거나 원통형(barrel-shape)이며, 세 포직경은 9~13 μm이었다. 이형세포는 구형이거나 약 간 타원형이고, 길이가 9-12 μm, 직경이 8~11 μm로 영양세포와 비슷하거나 작았다. 휴면포자는 구형 또는 약간 타원형이며, 크기는 직경이 10~22 μm이고, 길이는 11~26 μm이었다(Table 1). 휴면포자는 단독 으로 출현하나 가끔 붙어서 쌍으로 존재하였다. 또한 이형세포와는 2~4개의 세포 간격을 두고 형성되거나 멀리 떨어져서 나타났다(Fig. 2). 본 연구에서 조사된 Anabaena의 영양세포, 이형세포와 휴면포자는 Anabaena circinalis의 선행 연구 결과와 유사한 범위 의 크기를 나타내고 있다(Li et al., 2000; Komárek and Zapomělová, 2007).

    일반적으로 Anabaena의 동정은 영양세포, 이형세 포, 휴면포자의 형태와 크기 등으로도 이루어지나, 사 상체가 나선을 이루는 종들은 나선의 직경 및 나선 간 의 간격도 Anabaena에 대한 분류에서 중요한 특징이 된다(Komárek and Zapomělová, 2007). 본 연구에서 Anabaena의 나선 직경은 106~899 μm의 범위로 다양 한 크기를 보였으며, 평균 254 μm(n=451)였다. 작은 크기의 나선을 지닌 사상체는 규칙적인 나선형을 유 지하였고, 많은 회전을 보였다. 그러나 직경 크기가 커 지게 되면 나선은 약간 느슨한 형태를 나타내었으며, 회전수도 적어지는 것으로 확인되었다(Fig. 2). 본 연 구에서 조사된 나선 크기는 이전 연구 결과들과 확연 한 크기 차이를 보였다. Komákek and Zapomělová (2007)는 나선의 직경이 68~120 μm, Li et al.(2000) 는 96~127 μm로 보고되어 직경의 최대 크기가 약 120 μm였으나 본 연구에서 나선의 직경은 최대 899 μm로 나타나 최대 크기는 기존 연구결과에 비해 7배 이상의 더 큰 것으로 확인되었다(Table 1).

    Anabaena spiroides, A. crassaA. circinalis는 영양세포 및 휴면포자의 모양뿐만 아니라 안정적이고 규칙적인 나선을 형성하는 형태적 특성이 서로 비슷 하다(Li et al., 2000). 특히 A. crassaA. circinalis는 영양세포의 크기나 휴면포자의 크기, 모양도 유사한 경향을 보이기 때문에 A. circinalis는 배양 시 형태적 변화로 A. crassa로 오동정이 될 가능성을 지니고 있 다(Komákek, 2013). 앞에 언급된 세 종은 영양세포나 휴면포자 모양 등의 특징들로는 구분이 어렵지만 사 상체의 나선 크기는 종마다 뚜렷한 범위를 나타내어 직경의 크기로 종을 구별이 가능하다(Table 2). 세 종 모두 사상체는 규칙적인 나선을 나타내고 있으며, A. circinalisA. spiroidesA. crassa보다 나선 직경이 넓은 범위를 보인다. 원뿔형(conical)의 끝모양을 가 진 휴면포자와 더불어 넓은 크기의 직경을 지닌 나선 은 A. circinalis의 주요한 형태적 특징으로 보고되었 다(Li et al., 2000). 본 연구에서 출현한 Anabaena의 나선 직경 크기는 평균 200 μm이상으로 넓은 직경 크 기를 나타내었으며 나선의 직경 크기(100 μm 이하)가 작은 A. spiroidesA. crassa와 확연히 구분되었다 (Table 2).

    Komákek (2013)의 연구결과에 의하면 Anabaena flos-aquae (=Dolichospermum flos-aquae; gas vesicle 의 존재 여부 기준으로 속명을 변경)와 Anabaena lemmermannii (=Dolichospermum lemmermannii)의 나선 직경이 각각 최대 600 μm와 1.6 cm까지 큰 나선 을 형성한다고 조사되어 본 연구에서 조사된 나선의 크기 범위 안에 들어가지만, 나선이 불규칙적으로 되 어 있어 규칙적인 나선을 보이는 A. circinalis와는 형 태적인 차이가 있었다. 또한 조사된 A. circinalis의 영 양세포 크기는 9~13 μm로 영양세포의 크기가 4~7 μm 인 A. flos-aquae와 4~6.9 μm인 A. lemmermannii보다 컸다(Table 2). 또한 A. flos-aquaeA. lemmermannii 휴면포자의 경우 타원형이거나 얇고 긴 신장(kidney) 형태의 타원형으로 보고되었으나 A. circinalis는 휴면 포자의 형태가 약한 타원형을 보여 두 종들과는 크기 나 형태적으로 구별되었다. 결론적으로 이번에 조사 된 Anabaena는 기존에 발표된 A. flos-aquaeA. lemmermannii와 나선의 크기 범위가 유사하나 세포의 크기와 휴면포자 등의 모양, 나선의 규칙성 등에서 형 태적으로 큰 차이를 보였으며, A. spiroidesA. crassa보다 더 넓은 크기의 나선 직경을 나타내었다. 따라서 팔당호 북한강 수역에서 2014년과 2015년에 출현한 넓은 크기의 나선 직경(100 μm 이상)을 지닌 AnabaenaA. circinalis로 판단되었다.

    3.2.분자생물학적 분석

    형태적인 분류뿐만 아니라 분자생물학적 방법으로 종을 확인하기 위하여 Anabaena에 존재하는 phycocyanin gene (PC gene)의 염기서열을 비교 분석 하였다. 남조류의 분자생물학적 분류에 있어 16S rRNA가 유용한 유전자 maker로 이용되고 있으나 종 간의 변이가 심하며, 염기서열이 근연종간에는 유사 도가 높기 때문에 종을 구분하기는 힘들다(Ki, 2010). 그렇기 때문에 RNA polymerase beta subunit (rpoB) 이나 DNA-dependent RNA polymerase (rpoC1) 유전 자, Phycocyanin operon (cpc gene) 등과 같은 유전자 를 이용하여 종의 분류를 시도하고 있다(Neilan et al., 1995; Fergusson and Saint, 2000; Ki, 2010). 남조류는 Chl. a 뿐만 아니라 allophycocyanin, phycocyanin, phycoerythrin 등의 색소를 지니고 있으며(Glazer, 1984), 이 중에 PC gene은 남조류를 분류하는데 있어 유용한 염기서열로 사용되기 때문에(Neilan et al., 1995) 본 연구에서는 PC gene을 이용하여 Anabaena 의 동정을 하였다. 팔당호 북한강 수역에서 얻은 Anabaena PC gene은 각각 HNIER cy-012과 -013로 strain 번호를 부여하였다. 이들 염기서열을 미국생물 공학정보센터(NCBI) database에서 검색한 결과, HNIER cy-012와 013은 일본국립환경연구소에서 보 고한 Anabaena circinalis NIES-1647 strain (GeneBank No. JN646763)과 99%의 유전적 유사도 를 나타내었다. Neighbor-joining 방법에 의한 계통분 석을 실시하기 위해 NCBI에 등록되어 있는 염기서열 에서 Anabaena의 phycocyanin에 관련된 유전자 중 형태적으로 사상체가 나선을 이루는 종들의 유전자들 을 선택하여 사용하였다. 분석결과 HNIER cy-012은 Anabaena circinalis strain NIES-1647과 그룹이 되었 으며, NIER cy-013는 주로 Anabaena circinalis가 포 함된 가지에 속해 있었다(Fig. 3). 따라서 본 연구에서 2014년과 2015년 팔당호 북한강 수역에서 출현한 AnabaenaA. circinalis로 판단되었으며, 선행 연구 인 Kim et al.(2014)는 2012년 북한강 수역에 발생한 AnabaenaA. circinalis로 결론지어 본 연구의 결과 를 뒷받침해주고 있다.

    3.3.Anabaena 발생에 따른 나선의 크기변화

    2014년 북한강 수역에서 채집된 현장시료 중 A. circinalis를 대상으로 사상체의 직경과 직경 크기 별 발생 비율, 직경 100 μm당 세포수를 측정하였다. A. circinalis의 발생은 7월 초부터 발생하였으며, 7월 21 일에 사상체의 직경은 평균 236 μm로 조사되었다. 나 선 직경의 크기는 세포수가 증가한 7월 30일에 증가 하기 시작하여, 7월 31일은 평균 320 μm, 8월 1일은 평균 349 μm로 크게 증가하였다(Fig. 4). 이후 A. circinalis의 직경은 감소를 하였으나, 세포수에 증가 한 8월 12일과 13일에 직경이 증가한 경향을 보였다. 날짜 별 평균 직경 크기는 세포수와 양의 상관관계 (r=0.544, p<0.05, n=15)를 보여 A. circinalis의 증식 패턴에 따라 변동되는 것으로 판단되었다. 발생 초기 의 A. circinalis의 직경은 200 μm 이하의 군체들이 많 았으나, 세포수가 급증한 7월 31일에는 직경이 899μm 까지 커졌다. 또한 10,000 cells/mL이상으로 증식한 8 월 12일과 13일에 400 μm 이상의 직경을 보였고, 100~200 μm 사이보다는 더 큰 200~300 μm 사이의 직경을 가진 A. circinalis가 더 많은 출현빈도를 보였 다(Table 3).

    Zapomělová et al.(2008)의 연구 결과에 의하면, 배 양 초기에 규칙적이던 나선은 배지의 종류와 구성에 따라 불규칙해지며, 나선의 직경 크기와 나선간 거리 는 다양하게 변화되었다. 또한 불규칙인 나선은 7년 이상으로 배양 기간이 길어지면서 점차 풀려 직선형 의 사상체를 보였다고 기록하였다. 그러나 이번 연구 에서 조사한 Anabaena circinalis 나선 직경의 크기 변 화는 배양된 조체를 측정한 것이 아닌 현장에서 출현 한 조체를 대상으로 하였으며, 크기는 세포의 발생량 에 따라 큰 차이를 보였다. 세포발생 초기에 직경의 평 균 크기가 270 μm였으나, 세포가 급격히 증가하여 20,000 cells/mL 이상을 보인 시기에는 평균 직경 크 기가 300 μm이상(최대 899 μm)으로 증가하였다. 이 는 A. circinalis의 세포들이 성장하면서 나선형으로 사상체가 회전을 하며 형성되나, 대수증식기에 영양 세포가 활발한 이분법으로 사상체의 길이가 급격히 신장되고 그로 인해 나선이 곡선보다 직선에 가까워 지면서 더 느슨한 곡선이 형성되어 회전반경이 커진 것으로 보인다. 이번 연구는 일차적으로 세포의 발생 량과 비교를 하였으나, 온도, 영양염 등의 환경요인에 대한 영향과 배양 조건에 따른 변화도 향후 비교해야 할 것으로 판단된다.

    상관관계 분석 결과, Anabaena circinalis 나선의 직경 크기와 1회전당 세포수는 높은 양의 상관관계 (r=0.880, p<0.001, n=243)를 나타내었다. 직경의 크 기는 106~671 μm 크기의 범위가 관찰되었고 나선 1 회전 세포수는 26 cells에서 256 cells까지 조사되었 다. 직경 100 μm 당 세포수는 평균 33.8±5.2 cells로 나타났으며, 나선의 직경이 커지면 세포수도 많아져 일정한 비율이 유지되는 것으로 나타났다(Fig. 5). 따 라서 A. circinalis의 세포수는 나선 직경에 따라 일정 하므로 직경의 크기만으로 추정이 가능할 것으로 판 단된다. 남조류의 세포는 대체로 작고 군체를 이루고 있어 세포수를 측정하는데 많은 시간과 노력이 필요 로 하기 때문에 군체의 크기나 사상체의 길이를 측정 하는 간접적인 세포 계산들이 진행되고 있다. 그러나 Anabaena의 경우에 직선이 아닌 나선형 종은 사상체 의 길이를 현미경으로 직접 측정하기가 어려우며 (Walsby and Avery, 1996), 사상체의 길이를 자동으 로 측정해주는 분석용 소프트웨어가 없으면 세포수를 도출하는데 많은 시간이 요구될 수 있다(You et al., 2014). 이번 연구에서 조사된 Anabaena의 직경과 1회 전당 세포수는 양의 상관관계로 일정하게 유지되므로 나선의 직경만 측정하여도 세포수를 빠르게 산출할 수 있으며, 직경의 크기와 나선이 회전한 횟수만을 측 정하면 전체 세포수가 계산되므로 일반적인 세포 계 수법보다 빠르고 간편하게 세포수를 산정할 수 있을 것으로 판단된다.

    3.4.팔당호 북한강 수역에서 출현한 Anabaena의 발생과 지오스민과의 관계

    Anabaena circinalis는 2014년 7월 7일부터 10 cells/mL로 출현하기 시작하였으며, 7월 14일 이후 점 차 증식하기 시작하였다. 7월 30일부터는 A. circinalis가 대량 증식하여 현장에서 스컴(scum)이 육안으로 관찰되었다. A. circinalis는 7월 31일에 20,259 cells/mL로 최대 세포수를 보였고, 5,000 cells/mL이상으로 많은 세포수를 유지하다가 8월 10 일에 강우의 영향으로 200 cells/mL 이하로 일시적으 로 감소하였다. 그러나 그 후 8월 중반인 13일에 14,000 cells/mL 이상의 세포수를 보이며 다시 급증하 였다(Fig. 6). 8월 21일 발생한 100 mm이상의 집중 호 우로 인해 A. circinalis가 하류로 떠내려 가면서 세포 수는 급감하였다. 2015년은 6월 22일에 출현하였고 8 월 중순까지 낮은 세포수를 유지하였다. A. circinalis 의 세포수는 8월 17일부터 증가하였고, 8월 31일에 1,345 cells/mL로 가장 많은 세포수를 보였다. 2015년 Anabaena 세포수는 지오스민을 발생하지 않는 Microcystis, Merismopedia 등의 다른 남조류 발생 증 가에 의해 2014년에 비해 10% 수준으로 감소되었다 (미발표 자료).

    Anabaena는 대표적인 지오스민 원인종으로 알려 져 있으며. 세포수나 성장단계에 따라 다르게 나타난 다(Park, 2013; Tsao et al., 2014). 조사기간 중 지오스 민의 농도는 2014년에 0~814 ng/L의 범위로 평균 99 ng/L를, 2015년은 5~175 ng/L로 평균 35 ng/L를 보였 으며, Anabaena circinalis의 세포수가 많은 2014년에 더 높았다(Fig. 6). 지오스민의 발생은 A. circinalis의 발생과 유사한 양상을 나타내었고, 2014년에 A. circinalis가 5,000 cells/mL이상으로 급증한 시기인 7 월 30일(802 ng/L)과 8월 7일(814 ng/L), 8월 11일 (480 ng/L)에 높은 값을 보였다. 2015년은 8월 17일 (175 ng/L)과 8월 24일(116 ng/L)에 높은 농도가 조사 되었다. 2014년과 2015년에 팔당호 북한강 수역에서 발생한 지오스민은 A. circinalis의 세포수와 양의 상 관관계(2014년; r=0.599, p<0.01, n=24, 2015년; r= 0.559, p<0.01, n=22)를 보여 A. circinalis가 지오스민 발생에 원인이 될 수 있으며 A. circinalis의 생물량의 증가에 따라 지오스민도 증가하는 것으로 판단된다.

    4.결 론

    본 연구는 2014년과 2015년 여름에 북한강 수역 삼 봉리에서 발생한 Anabaena의 분류와 형태적 변화, Anabaena 생물량과 지오스민을 확인하기 위하여 실 시하였다.

    • 1) 북한강 삼봉리에서 출현한 Anabaena는 나선 직 경의 크기와 같은 형태적 특징으로 A. circinalis로 판 단되었다. 유전자 분석 결과 Anabaena의 phycocyanin gene은 A. circinalis NIES-1647 strain와 99%의 유전 적 유사도를 보였다. 따라서 2014년과 2015년 여름 팔당호 북한강 수역에서 출현한 AnabaenaA. circinalis로 확인되었다.

    • 2) Anabaena 사상체의 나선은 크기가 다양하였고, 나선의 크기는 106~899 μm의 범위를 보였다. 나선 크기와 세포수는 양의 상관관계(r=0.544, p<0.05, n=15)를 보여 A. circinalis의 증식 패턴에 따라 변동 되었다.

    • 3) 2014년과 2015년의 평균 지오스민 농도는 각각 99 ng/L과 35 ng/L를 보였다. A. circinalis의 세포수 와 지오스민 농도간의 상관관계분석 결과, 서로 양의 상관관계 (2014년; r=0.599, p<0.01, 2015년; r=0.559, p<0.01)를 보여 A. circinalis가 지오스민 발생 원인으 로 판단되었다. 따라서 본 연구 결과 A. circinalis의 세포수는 지오스민 및 사상체의 직경 크기와 양의 상 관관계를 보여 사상체의 직경 크기로 남조류 및 이취 미 발생량을 간접적으로 예측할 수 있을 것으로 사료 된다.

    감사의 글

    본 논문은 환경부의 재원으로 국립환경과학원의 지원을 받아 수행하였습니다(NIER-2017-01-01-080).

    Figure

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    Sampling site in the Lake Paldang (SB; Sambongri).

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    Morphology of Anabaena circinalis as seen by light microscope. a-d. Showing various diameter of coils. e-f. Showing very regular screw-like coils of filaments. g. heterocyst of Anabaena circinalis. h-i. Akinete and heterocyst of Anabaena circinalis: showing single filament with akinete apart (2-4 cells) from heterocyst. Scale bars, (a-g: 200 μm, h-I: 50 μm). A; akinete, H; heterocyst.

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    Phylogenetic tree inferred by NJ method within the coiled Anabaena based on the PC gene sequences. The NJ tree was constructed using the kimura 2-parameter model in MEGA 5.2. The numbers at the nodes are bootstrap values greater than 50% with 1,000 replications.

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    Comparison of Anabaena circinalis cell number and average coil diameter in 2014.

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    Relationships of coil diameter and cell number per 360-degree rotation.

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    Changes of Anabaena circinalis cell number and geosmin in the Bukhan river (July to Aug. 2014 and June to Sep. 2015).

    Table

    Morphological characteristics of Anabaena circinalis

    Morphological comparison of five species of Anabaena (A. spiroides, A. crassa, A. circinalis: Li et al., 2000; A. flos-aquae, A. lemmermannii: Komákek, 2013)

    Variation of percentage per diameter of coil in 2014

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