안정동위원소 분석 기법(Stable isotope analysis, SIA)은 환경과학, 생태학, 지구생물화학, 법의학, 고고학 등 다양한 연구 분야에 활용되고 있다. 본 총설에서는 수산 및 양식 연구에 안정동위원소 비 분석 기법을 활용하기 위해 필요한 배경 지식을 소개하고자 한다. 특히, 자연값(natural abundance)을 이용하는 연구에 초점을 두었고 원소가 생물의 조직으로 통합되는 과정에서 발생하는 분별작용(동위원소 비의 변화)에 대한 원리와 안정동위원소 비가 유용한 도구로서 어떤 목적으로 생태, 환경학 분야에 이용되는지, 나아가 수산 및 양식 분야에 활용 가능한 예들을 제시하고자 한다. 본 논문을 통한 안정동위원소 분야의 이해로 향후 수산학 및 양식 연구에서 안정 동위원소 비의 다양한 활용이 기대된다.

Organisms constituting a large proportion of marine ecosystems, ranging from bacteria to fish, exhibit fluorescence and bioluminescence. A variety of marine organisms utilize these biochemically generated light sources for feeding, reproduction, communication, and defense. Since the discovery of green fluorescent protein and the luciferin-luciferase system more than a century ago, numerous studies have been conducted to characterize their function and regulatory mechanism. The unique properties of fluorescent and bioluminescent proteins offer great potential for their use in a broad range of applications. This short review briefly describes the functions and characteristics of fluorescent and bioluminescent proteins, in addition to summarizing the recent status of their applications.

미역(Undaria pinnatifida) 포자를 사용한 생태독성 시험법은 연중 상시 이용하기에 어렵다. 미역의 암배우체는 실험실에서 배양할 수 있기 때문에, 포자의 단점을 보완하고 상시 생태독성 시험에 사용할 수 있다. 따라서 미역의 암배우체를 생태독성 시험에 활용하기 위해 다양한 환경조건에 노출된 미역의 암배우체 생존율과 상대성장률의 변화를 분석하였다. 미역 암배우체는 염분(5~40 psu), 온도(5~30℃), pH (2~10), 광량(0~120 μmol photon m^-2 s^-1)에 노출되었다. 암배우체의 생존율은 최고 평균값을 기준으로 온도 20℃, 염분 27.5 psu, pH 8, 광량 30 μmol photon m^-2 s^-1에서 가장 높았다. 상대성장률은 최고 평균값을 기준으로 온도 15℃, 염문 35 psu, pH 9, 광량 60 μmol photon m^-2 s^-1에서 가장 높았다. 본 연구결과를 통해 미역 암배우체의 생존율과 상대성장률을 활용하여 연안환경을 상시 신속하게 평가하기 위한 효율적인 방법으로 활용이 기대된다.

In this study, the marine medaka Oryzias javanicus was exposed to two concentrations of non-toxin-producing red tide dinoflagellate C. polykrikoides (1,000 and 2,000 cells ml^-1) for 96 h, and the time-course biochemical responses of antioxidant and immunity parameters were analyzed in the liver tissue. Significant ichthyotoxicity with increasing cell concentrations of C. polykrikoides and exposure period was observed for 96 h. Opercular respiratory rate was lowered in marine medaka exposed to 2,000 cells ml^-1 of C. polykrikoides. Intracellular malondialdehyde (MDA) content significantly elevated in response to both cell concentrations. In the case of glutathione (GSH) content, the levels were significantly elevated by 1,000 cells ml^-1 of C. polykrikoides, but the contents significantly depleted upon exposure to 2,000 cells ml^-1 of C. polykrikoides. Similarly, enzymatic activities of catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) were increased by 1,000 cells ml^-1 of C. polykrikoides, whereas their activities were lowered by 2,000 cells ml^-1 of C. polykrikoides. Analysis of the two immunity parameters, alternative complement pathway and lysozyme, showed significantly lowered activities in 2,000 cells ml^-1 of C. polykrikoides-exposed liver tissue. These biochemical effects of C. polykrikoides on marine medaka would be helpful for understanding its acute effects in marine fish.

본 실험은 붕어(Crucian carp, Carassius carassius)(무게 39.7±3.1 g, 전장 14.8±0.5 cm)의 수인성 니켈 0, 10, 20, 40, 80 및 160 mg Ni²⁺/l 농도로 96시간 급성 노출을 실시하였다. 수인성 니켈에 노출된 붕어의 반수치사농도(LC₅₀)는 117.69 mg Ni²⁺/l으로 나타났다. 혈액학적 성상에서 RBC count는 수인성 니켈 96시간 급성 노출 중 48시간에서 유의적으로 증가한 반면, 96시간에서 유의적 감소가 나타났다. MCV와 MCH는 96시간에서 80 mg Ni²⁺/l 농도에서 유의적으로 증가했다. Calcium, magnesium, glucose, cholesterol, total protein, AST, ALT 및 ALP 와 같은 혈장 성분은 수인성 니켈 노출에 의해 유의적 변화가 나타났다. 이 연구의 결과는 수인성 니켈 노출에 따른 붕어의 생존율, 혈액학적 성상 및 혈장 성분의 변화를 확인하고 이는 수인성 니켈의 독성에 의한 것으로 판단했다.

Despite concerns about the significant toxicity of copper pyrithione (CuPT) at environmental concentrations, effects of CuPT on benthic organisms have received little attention. Here, we analyzed the detrimental effects of CuPT at sublethal concentrations (1/50, 1/20, and 1/10 of the 96 h-LC50 value) for 14 days in the marine polychaete Perinereis aibuhitensis. Reduced burrowing activity and significantly decreased the acetylcholinesterase activity in response to relatively high concentrations of CuPT were identified as CuPT-triggered cholinergic inhibition. The lipid peroxidation marker, malondialdehyde levels were dose-dependently increased, whereas intracellular glutathione was depleted by relatively high concentrations. In the CuPT-treated polychaete, significant fluctuations in the enzymatic activities of the antioxidant defense system (catalase, superoxide dismutase, glutathione reductase, and glutathione peroxidase) were observed with significantly modulated glutathione 𝘚-transferase activity. These results indicate that even sublethal levels of CuPT would have detrimental effects on the health status of the marine polychaete.

L-asparaginase (ASNase) is a therapeutic enzyme used to treat acute lymphoblastic leukemia. Currently, the most widely used ASNases are originated from bacteria. However, owing to the adverse effects of bacterial ASNases, new resources for ASNase production should be explored. Fungal enzymes are considered efficient and compatible resources of natural products for diverse applications. In particular, fungal species belonging to the genus Trichoderma are well-known producers of several commercial enzymes including cellulase, chitinase, and xylanase. However, enzyme production by marine-derived Trichoderma spp. remains to be elucidated. While screening for extracellular ASNase-producing fungi from marine environments, we found four strains showing extracellular ASNase activity. Based on the morphological and phylogenetic analyses using sequences of translation elongation factor 1-alpha (tef1α), the Trichoderma isolates were identified as T. afroharzianum, T. asperellem, T. citrinoviride, and Trichoderma sp. 1. All four strains showed different ASNase activities depending on the carbon sources. T. asperellem MABIK FU00000795 showed the highest ASNase value with lactose as a carbon source. Based on our findings, we propose that marine-derived Trichoderma spp. are potential candidates for novel ASNase production.

붕어(무게 42.4±9.0 g, 길이 15.0±1.0 cm)를 96시간 동안 0, 5, 10, 20, 40 및 80 mg Zn²⁺/l의 수인성 아연에 노출시켰다. 수인성 아연에 노출된 붕어의 96시간 반수치사농도(LC₅₀)는 51.58 mg Zn²⁺/l였다. 혈액학적 지표에서 48시간에 40 mg Zn²⁺/l 농도에서 RBC 수치가 유의하게 감소한 반면, 헤마토크릿은 아연 노출에 의해 유의하게 증가하였다. MCV (µl)와 MCH (pg)는 40 mg Zn²⁺/l 농도에서 48시간에 유의하게 증가하였다. 칼슘, 마그네슘, 포도당, 콜레스테롤, 총 단백질 및 ALT와 같은 혈장 성분은 아연 노출에 의해 크게 변화되었다. 본 연구의 결과는 붕어에 대한 아연 노출이 독성으로서 혈액학적 매개변수 및 혈장 성분의 유의한 생리학적 변화를 유발함을 시사한다.

본 연구는 붉바리 어미의 사육환경에 따른 난질의 변화를 난의 생화학적 분석을 통하여 난질에 영향을 미칠 수 있는 요소를 구명하기 위하여 수행하였다. 그 결과 육상수조에서 사육하는 것보다 해상가두리에서 사육할 때 부상률, 수정률, 난 발생 생존율 및 부화율이 우수하였다. 그리고 해상가두리에서 생산한 수정란의 유리아미노산의 함량이 높았다. 즉, 해상가두리에서 사육관리할 때 난질이 우수한 수정란을 생산할 수 있고, 난질이 우수할수록 유리아미노산의 함량이 높았다.

수은은 생물 축적과 먹이사슬을 통한 생물 농축되며, 미량에서도 유해한 영향을 나타내기 때문에 해양 환경 내에서 중요한 문제가 되고 있다. 그러나 해양 소형 갑각류에 대한 수은의 생물 영향은 다른 금속에 비해 연구가 미흡하다. 본 연구에서는 기수산 물벼룩 Diaphanosoma celebensis을 아치사 농도(0.2, 0.4, 0.8 ㎍/l)의 무기 수은(HgCl₂)에 48시간 노출시킨 후, 대사 관련 유전자의 발현 양상을 조사하였다. 해독효소 유전자 5종(cytochrome P450; cyp360A1, cyp361A1, cyp4AP3, cyp4C122, cyp370C5)과 소화효소 6종(alpha amylase (AMY), alpha amylase related protein (AMY-like), trypsin (TRYP), chymotrypsin-like protein (CHY), lipase (LIP), pancreatic lipase-related protein (PLRP))의 유전자 발현을 quantitative real time reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR)을 이용하여 분석하였다. Cyp 유전자의 경우 clan2에 속하는 cyp370C5와 clan4에 속하는 cyp4AP3 유전자의 발현이 농도 의존적으로 유의하게 증가하였다. 한편 소화효소 유전자 중에서는 단백질 소화와 관련 있는 TRYP 유전자의 발현이 농도 의존적으로 증가하였다. 이러한 결과는 cyp370C5와 cyp4AP3가 수은 독성을 해독하는 과정에서 중요한 역할을 담당할 것으로 보이며, 수은이 소화효소 유전자의 발현을 조절함으로써 에너지 대사에 영향을 미칠 수 있음을 제시한다. 본 연구는 해양 소형 갑각류에서 수은에 대한 분자 수준의 영향을 이해하는데 도움이 될 것이다.

본 연구에서는 한국 남해안의 해상가두리에서 북방전복 Haliotis discus hannai 부착생물의 종류와 밀도에 관한 자료의 축적과 부착생물 제거에 따른 영향을 평가하고자 하였다. 해상가두리에서 북방전복의 부착생물은 굴, 태형동물, 따개비가 우점하였으며, 이들의 평균 부착생물 면적비는 약 57.5%였다. 성장률과 간췌장의 건강도는 대조구에 비해 부착생물 제거구에서 좋은 결과를 보였다. 따라서 전복의 부착생물 제거는 개체의 성장과 출하 시 상품성 향상을 위해 필요한 것으로 판단된다.

본 연구에서는 해상가두리 양식장에서 북방전복과 둥근전복속 교잡종(왕전복♀^*둥근전복♂)의 생물지표를 분석하여 교잡육종의 결과를 평가하고자 하였다. 생존율은 북방전복과 유사하였으나, 성장(각장)은 교잡종에서 약 10% 빠른 것으로 분석되었다. 패각의 호흡공 기형율은 교잡종이 북방전복보다 약 6% 낮았으며, 패각 함몰 및 부식율은 교잡종이 약 15% 낮았다. 생화학적 조성에서는 조단백질의 경우 교잡종에서 약 3.1% 높았으며, 이를 제외한 나머지에서 유사한 값을 나타냈다. 소화, 흡수 및 해독기능을 수행하는 간췌장의 조직학적 평가에서는 교잡종에서 좋은 결과를 보였다. 이러한 결과로 보아 둥근전복속 교잡종은 추후 양식 환경에 접목하였을 때 높은 양식 생산력을 가질 것으로 판단된다.

본 연구는 양식산 참돔과 넙치를 Cochlodinium polykrikoides 적조에 노출시켜 노출 시간에 따른 생존율, 호흡수, 혈중 스트레스 지표 및 조직학적 변화를 비교 조사하였다. 대조구는 자연해수를 사용하였고, 실험구는 C. polykrikoides 밀도를 5,500±200 cells/ml로 설정하였다. 그 결과, 참돔은 적조 노출 1시간 이내, 넙치는 적조 노출 5시간 이내 전량 폐사하였다. 생리학적 반응을 분석한 결과, 참돔은 적조 노출 후 혈중 Glucose 농도가 감소하였으며, 혈중 GOT 및 GPT농도는 증가하였고, 혈중 SOD 농도는 감소하고, CAT 및 GPx 농도는 증가하는 경향을 보였다. 넙치는 적조 노출 후 혈중 Cortisol 및 GOT, GPT 농도가 증가하였고, 혈중 Glucose 농도는 적조 노출 1시간째 증가한 이후 감소하였으며, 혈중 SOD, CAT, GPx 농도는 노출 1시간째 감소한 이후 증가하였다. 조직학적 분석 결과, 참돔과 넙치의 아가미에 구조적인 손상이 발생하였다. 결론적으로 5,500 cells/ml 밀도의 C. polykrikoides 적조 노출은 양식산 참돔과 넙치에게 산화적 스트레스로 작용하여 체내 항산화 방어 기작을 활성화하고, 간과 아가미의 손상을 발생시키는 것으로 나타났다.

본 연구는 연어(Oncorhynchus keta) 치어의 성장, 생존 및 혈액 성상에 미치는 염분 농도의 영향을 파악하고자 실시되었다. 실험은 염분 농도 0, 10, 20 및 30‰에서 30일간 실시되었으며 3반복으로 진행되었다. 4주 후 생존율은 0, 10 및 20‰ 실험구에서 87.5% 이상이었으나, 30‰ 실험구는 75%로 유의한 감소를 보였다. 증중율(Weight gain), 일간 성장률(specific growth rate), 사료효율(feed efficiency), 일간 사료섭식량(daily feed intake), 일간 단백질섭취율(daily protein intake), 단백질효율(protein efficiency ratio)은 10‰ 실험구에서 가장 높았다. 혈장성분 중 ALT(alanine aminotransferase)는 10, 20 및 30‰ 실험구가 0‰ 실험구에 비해서 유의한 감소를 보였으나, Na⁺ (sodium)과 Cl^- (chloride)는 유의한 증가를 보였다. 또한, 실험기간 중 TP (total protein)과 K⁺ (potassium)은 변동을 보이지 않았다. 결론적으로 연어 치어(11~33 g)의 성장과 생존에 적합한 최적의 염분 농도는 10‰로 보이나, 혈액 성상의 영향은 향후 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단된다.

붕어(무게 28.1±3.7 g, 길이 10.0±1.0 cm)에 0, 2.0×10⁴, 2.0×10⁵, 2.0×10⁶, 2.0×10⁷ CFU/ml의 Aeromonas hydrophila를 주사 후 2주간 실험을 실시하였다. A. hydrophila로 인위감염한 Carassius carassius의 2주 뒤 반수치사농도는 19.776×10⁵ CFU/ml이었다. 혈액학적 지표에서는 A. hydrophila에 의해 혈색소와 적혈구 수가 유의하게 감소한 반면, 적혈구 용적은 유의적 변화가 없었다. 마그네슘, 칼슘과 같은 혈장 무기 성분은 유의적으로 감소하였다. 유기 혈장 성분에서 A. hydrophila 인위감염에 의해 혈장 포도당과 콜레스테롤이 유의하게 증가한 반면, 총 단백질은 유의하게 감소하였다. 혈장 효소 성분인 ALP는 A. hydrophila 인위감염에 의해 유의하게 증가하였다. 본 연구의 결과는 C. carassius에 대한 A. hydrophila의 인위감염이 치명적인 병원성 세균으로 혈액학적 성상 및 혈장 성분에 유의한 생리학적 변화를 유도하였음을 의미한다.

본 연구는 Bacillus subtilis를 활용한 바이오플락 양식 기술(Biofloc technology, BFT)을 이용하여 대농갱이(Leiocassis ussuriensis) 양식의 가능성을 확인하기 위해 90일 동안 생존, 성장지수와 사육수 수질의 변화를 관찰하였다. 대농갱이를 입식하기 전 BFT 수 제조를 위해 실험수조에 사료와 당밀을 첨가한 후 B. subtilis를 접종하여 40일간 수질을 안정화시켰다. 실험결과, 대농갱이의 생존율은 대조구 92.7±3.2%와 BFT 실험구 95.8±3.3%로 조사되었다. 증체율은 대조구 118.1±9.0%와 BFT 실험구 197.7±15.6%을 보였고, 일간 성장율은 대조구 0.87±0.5%, BFT 실험구 1.21±0.06%로 나타났다. 사료효율은 대조구가 43.7±2.6%이었고, BFT 실험구는 70.1±4.1%로 측정되어 BFT 실험구의 사료효율이 더 높은 것으로 조사되었다. 실험기간 동안의 수질 변화를 측정한 결과, pH는 대조구와 BFT 실험구 모두 감소되었고, MLSS는 대조구에서 변화를 보이지 않았지만, BFT 실험구에서는 90일째부터 유의한 증가를 보였다. NH₄⁺-N와 NO₂^--N는 대조구에서 실험 30일째부터 유의한 증가를 보였으나, BFT 실험구에서는 변화를 보이지 않았다. 결론적으로 B. subtilis를 활용한 BFT 시스템을 대농갱이 양성 과정에 적용한 결과, 수질은 안정화 되는 경향을 보였고, 성장도와 사료효율은 대조구에 비해 높은 것으로 조사되어 긍정적인 효과가 있는 것으로 확인되었다.

수송은 양식어류의 양식과정에서 필수적으로 수행되며, 선별과 같은 물리적인 스트레스 요인 중 하나이다. 이러한 이유로 본 연구에서는 해산어류인 넙치를 이용하여 수송 시 염분, 수온 및 마취제의 영향을 확인하기 위해 수송 시 해수 염분(35‰, 15‰)과 수온은 20℃ (natural water temperature, NWT), 15℃ (cooling water temperature, CWT)로 설정하였으며 마취제(anesthesia, Anes., Sigma USA)는 50 ppm 희석하여 염분, 수온, 마취제 요인들을 혼합한 실험구를 설정하였다. 실험구는 각각 NWT+35‰, CWT+ 35‰, NWT+15‰, CWT+15‰, NWT+15‰+Anes. 및 CWT+15‰+Anes.으로CWT+15‰+Anes.으로 설정하였다. 스티로폼 상자(66×42×20 cm)를 수송용기로 사용하였으며, 해수 3 ℓ와 액화산소를 주입한 비닐봉지에 넙치 8마리씩 수용하여 수송하였다. 연구 결과 수송 전 코티졸 농도는 2.4±0.1 ng ml^-1로부터 CWT+35‰ 구(16.7±12.8 ng ml^-1)를 제외한 나머지 실험구에서 유의하게 높아졌다. K⁺ 농도는 수송 전 3.1±0.0 mEq l^-1로부터 NWT+15‰ NWT+15‰ 구에서 4.5±1.1 mEq l^-1로 차이를 보이지 않았으나, 나머지 실험구에서는 모두 유의하게 높은 값을 보였다. 혈액성상의 변화에는 영향을 미치지 않았으며, 수온과 마취제는 스트레스를 유발로 인한 삼투압조절에 부정적인 영향을 미쳤다. AST, ALT에는 영향을 미치지 않았다.

본 연구는 저염분 상태에서 수온 및 사육밀도와 같은 환경요인이 흰다리새우(Litopenaeus vannamei)의 성장에 미치는 영향을 조사하기 위하여 수행하였다. 연구 결과, 흰다리새우는 저염분 상태에서 전반적으로 수온이 높을수록 생존율이 높게 나타났고, 사육밀도가 낮을수록 생존율이 높아졌다. 사료효율에 관한 연구에서는 수온이 높을수록 증체량(WG)이 증가하였고, 사육밀도가 증가할수록 증체량은 감소하였다. 수온이 높을수록(수온 31℃) 성장 속도가 빨랐다. 또한 사육밀도에 따른 성장도의 평가에서도 사육밀도가 낮은 상태에서 성장 속도가 빨라지는 것을 확인하였다. 본 연구 결과를 흰다리새우의 최적 성장을 위한 적정 사육밀도 및 사육수온의 결정에 유용하게 적용되리라 사료된다.