• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.92-92
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• 2021

체외수정을 기반으로 이루어지는 성게의 수정 과정은 성게 주변에서 형성되는 복잡한 난류 흐름의 영향을 받게 된다. 성게 몸체의 하류부에 형성되는 재순환 영역 (recirculation zone) 내에는 다양한 난류 와류 흐름이 존재하며, 이들은 성게 몸체에서 방출된 정자와 난자의 충돌을 일으키고 수정 과정에 지대한 영향을 미친다. 즉, 성게의 수정 과정을 이해하기 위해서는 성게 주변의 흐름에 대한 유체역학적 관점에서의 분석이 수행되어야 한다. 본 연구의 목적은 성게 몸체에 의해 발생한 난류 흐름이 성게의 체외 수정에 미치는 영향에 대해 조사하는 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 상용 프로그램인 오픈폼 (OpenFaom)을 활용하여 수치 모의를 수행하였다. 성게 주변의 유동장은 LES (Large Eddy Simulation)을 기반으로 모의하였고, 정자와 난자의 확산 궤적은 라그랑지안 입자 추적 (Lagrangian Particle Tracking) 알고리즘을 통해 구현하였다. 총 5개의 유속 조건 (0.025 - 0.20 m/s) 에 대해 모의를 수행하였으며 정자와 난자 사이의 거리를 바탕으로 수정률을 산정하였다. 정자와 난자의 뭉쳐있거나 퍼져있는 공간적인 분포 형태는 Standardized Morisita 지수를 통해 수치적으로 표현하였으며 이들과 수정률과의 관계를 규명하였다. 연구 결과에 따르면 성게 수정은 유속 조건이 0.1 m/s일 때 가장 빈번하게 발생하였으며, 성게 수정의 성공 여부는 크게 2가지 조건에 의해 결정되었다. 첫 번째로, Standardized Morisita 지수가 높을수록 다시 말해 생식세포들이 공간적으로 뭉쳐있어야 하며 두 번째는, 생식세포들을 충돌시킬 수 있는 원동력인 작은 와류가 존재해야 한다. 와류의 크기가 너무 크게 되면 생식세포들은 충돌하지 않고 확산만 되기 때문에 오히려 수정률이 감소하였다. 영역별로 분석한 결과에 따르면, 성게 몸체에 의해 형성된 재순환 영역이 수정과정에 있어 가장 지배적인 영역임을 확인하였다.

• Environmental Analysis Health and Toxicology
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• v.18 no.2
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• pp.77-87
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• 2003

성게의 정자를 이용한 생물검정은 해양환경의 독성평가에 널리 사용되고 있다. 그러나, 국내산 성게류의 경우 산란기가 3~11월로 겨울에는 생물검정 실칩이 불가능한 단점이 있다. 이를 보완하기 위하여 겨울에 산란이 가능한 아무르불가사리(Arterias amurensis)를 생물검정용으로 개발하였다. 불가사리류의 생식과 발생과정은 성게류와 유사하므로 성게류를 이용한 실험 방법을 아무르불가사리에 적용할 수 있다. 그러나, 생물검정 실험 결과의 유효성은 실험조건에 의하여 달라질 수 있으므로, 본 연구에서는 실험 결과에 큰 영향을 미칠 수 있는 조건들 즉. 수정막의 발달 시간, 정자와 알의 비율, 정자의 활력이 유지되는 시간, 정자의 노출 시간, 그리고 시료의 염분 범위 등을 최적화 하고자 하였다. 수정막의 발달이 완전하게 이루어지는 최소 시간은 60분이었고, 시료에 주입할 정자와 알의 비율은 3,000이상일 때 수정률이 높게 유지되었다(70%이상). 정자의 활력은 해수에 희석한 후 3시간 이상이 경과하면 급격히 감소하였다. 정자의 노출시간은 20~60분의 범위에서 구리에 대한 $EC_{50}$이 크게 달라지지 않았다(변동계수: 17%).실험에 적절한 시료의 염분 범위는 26~38 psu이었다. 아무르불가사리 정자의 민감도는, 일반적으로 해양환경 평가에 흔히 사용되는 생물들의 민감도 범위의 중간 정도에 해당하였다. 따라서 아무르불가사리의 정자는 해양환경 평가를 위한 생물검정용으로 적합한 것으로 여겨진다.

• Proceedings of KOSOMES biannual meeting
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• 2009.06a
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• pp.163-163
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• 2009

• The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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• v.1 no.1
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• pp.13-19
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• 1996

Toxicity of surface seawater in Ulsan Bay on a sea urchin, Hemicentrotus pulcherrimus was assessed to investigate the correlation between the concentrations of five heavy metals (Fe, Co, Cu, Cd, and Ni) and the impairments during the developmental stage of the sea urchin eggs. The tests during the six developmental stages of the eggs, are fertilization rate, cell 4, cell 4, polyspermic cleavage, permanent blastula and exogastrula. Highly positive correlations were found between the concentrations of Cu, Co and Ni and the toxicities on the eggs. Such tests will be useful as an indicator of seawater quality.

• Journal of Aquaculture
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• v.16 no.2
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• pp.94-98
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• 2003

Effect of temperature (5, 10, 15, 18, 21$^{\circ}C$) on pre-and post-embryonic development of the sea urchin Strongylocentrotus intermedius was studied. The egg, which measured 122.5 ${\mu}{\textrm}{m}$, became globular. At 18$^{\circ}C$, it attained 4 celled stage at 3 hours after fertilization, hatched after 15 hours, 4-armed larval stage after 3 days and 8- armed larval stage after 20 days. The relationships between temperature (WT) and time (1, hour) required for each of the selected developmental stages are: Hatching: 1/t=0.0036WT+0.0088 Pyramid: 1/t=0.0014Wl-0.0016 4- armed: 1/t=0.0009WT-0.0020 6- armed: 1/t=0.0004WT-0.0005 8-armed : 1/t=0.0002WT+0.0002 Biological minimum temperature for the egg and larval development is calculated as 1.61$^{\circ}C$.

• Korean Journal of Environmental Biology
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• v.38 no.3
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• pp.333-342
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• 2020

The aim of this study was to define the toxic effects of phenanthrene (PAHs) on the fertilization and normal embryogenesis rates in the two species of sea urchin (Hemicentrotus pulcherrimus and Mesocentrotus nudus). The sperm and fertilized eggs of both sea urchin species were exposed to serial dilutions of phenanthrene for 10 min and 48 hours, respectively. The fertilization rate and normal embryogenesis rate of H. pulcherrimus and M. nudus were decreased in a concentration-dependent manner. The EC₅₀ for the fertilization rate of H. pulcherrimus and M. nudus was 17.48 mg L^-1 and 16.21 mg L^-1, and the EC₅₀ for the normal embryogenesis rate was 2.99 mg L^-1 and 0.36 mg L^-1, respectively. Between the two species, H. pulcherrimus was more sensitive to phenanthrene exposure, and 48 h normal embryogenesis was the more sensitive endpoint. Therefore, the results of this study demonstrated that the exposure of both sea urchin species to phenanthrene caused alterations in egg fertilization and the early developmental stages.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2012.05a
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• pp.173-176
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• 2012

본 연구는 빈산소에 의한 둥근 성게 (Strongylocentrotue nudus) 수정란의 수정률 및 발생률에 관한 연구이다. 대조군 (normoxia)과 실험군 (hypoxia) 으로 나누어 수정률과 발생률의 변화를 관찰 하였으며 또한 gonad 세포의 유전자 발현의 차이를 봄으로써 스트레스 관련 유전자와 항산화 관련 유전자의 변화를 확인 할 수 있었다. 결과적으로 수정률에서는 큰 차이를 확인 할 수 없었던데 반해 발생률에 있어서 빈산소의 경우 전혀 발생이 진행되지 않는 것을 확인 할 수 있었으며 또한 빈산소에 노출된 gonad 세포의 경우도 스트레스 또는 항산화 유전자가 많이 발현 되는 것을 관찰 할 수 있었다. 앞의 실험을 토대로 빈산소 환경에서 유전자 발현량의 차이를 더욱더 수행함으로써 빈산소 상태에 따른 죽음의 바다의 증가 얼마나 위험한 것인지 더욱더 관찰 할 수 있을 것이다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.13 no.8
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• pp.3785-3791
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• 2012

Dissolved oxygen is one of the most important factors controlling growth in aquatic organisms. Hypoxia is generally defined as dissolved oxygen less than 2.8 mg $O_2/L$ (equivalent to 2 mL $O_2/L$ or 91.4 mM). Therefore, hypoxia zone can cause a serious problem in marine ecosystem. In this study, to investigate embryotoxic (fertilization and embryo development rates) effects of hypoxia on sea urchin Strongylocentrotus nudus were exposed to dissolved oxygen levels of 7.6 mg $O_2/L$ (normoxia) and 1.8 mg $O_2/L$ (hypoxia) for 2 days at $15^{\circ}C$ and 33 ‰. Also, Expression levels of stress related gene (HSP70) and antioxidant related gene (glutathione reductase) in the sea urchins exposed to hypoxia were confirmed by Immunoblotting and RT-PCR analysis. In results, we showed that developmental rates were dramatically reduced in hypoxia condition. Molecular analysis demonstrated that higher HSP70 (5.5 fold) and glutathione reductase gene (2.79 fold) were present in the sea urchin exposed to hypoxia. Our results suggested that hypoxia can cause the abnormal development and elicits a stress and antioxidant response on sea urchin.

• Proceedings of KOSOMES biannual meeting
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• 2009.06a
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• pp.165-165
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• 2009

• The Korean Journal of Zoology
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• v.28 no.2
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• pp.71-84
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• 1985

Syntheses of RNA and protein were studied to examine changes in activating stored mRNAs during the early development of a sea urchin, Hemicentrotus pulcherimus. The rates of RNA and protein syntheses are very low in the unferilized eggs but the protein synthesis is activated upon the fertilization, while RNA synthesis remains still inactive at the same stage. These rates increase drastically at the blastula and gastrula stages, although the increases are not exactly in parallel. The protein synthesis was found to be also changing in quality during the early development from the studies by the two-dimensional gel electrophoresis.