To find out the toxin production characteristics of Korean harmful cyanobacteria, we isolated 14 cyanobacterial strains from Korean lakes and rivers and analyzed the kinds and cellular content of microcystins (MCYSTs) of cyanobacterial isolates using cultured biomass. And we measured the MCYSTs production by growth phase of two representative toxic strains, Microcystis aeruginosa (HG-015) and Anabaena planktonica (HG-012). Among seven cyanobacteral species, Microcystis wesenbergii showed the highest cellular MCYSTs content. MCYST-RR was the most dominant toxin reaching more than 85% of MCYSTs produced by isolated cyanbacterial strains. During the mass culture, Microcystis aeruginosa (HG-015) showed the highest yield and accumulation of MCYSTs in the exponential growth phase. However the cellular content of chlorophyll a and MCYSTs of Anabaena planktonica (HG-012) showed higher value in the stationary and early death phase than in the exponential growth phase. Our results suggest that control and removal of harmful cyanobacterial bloom before exponential growth phase may be effective to prevent health risk of cyanobacterial toxins in the drinking water sources.
피코시아닌(phycocyanin, PC) 색소는 부영양화 된 담수역에서의 남조류를 정량하는 지표로 활용된다. 남조류의 대발생에 의한 잠재적 위험성으로인해 조기 경보 발령이 중요하지만, 혼탁한 수체 내 소량으로 추정되는 PC 농도를 정확하게 산정하는 것은 분광학적으로 매우 복잡하고 어렵다. 이를 위해 현장에서 측정 된 원격반사도로부터 PC 및 물 이외의 입자성 물질에 의한 흡수계수를 분리하여 기존 PC 농도를 추정하는 방법을 개선하여 낮은 농도에서도 향상 된 결과를 보였다. 본 연구에서 제안 된 IOPs 변환 모델 적용 결과 PC 흡수계수 $R^2$는 0.8 이상으로 $a_{pc}(620)$를 적절히 재현하였다. 또한 알고리즘은 기존 널리 사용되는 반경험적 알고리즘에 비해 $0.71{\leq}R^2{\leq}0.85$, $rRMSE{\leq}39.4%$, 그리고 $RE{\leq}78.0%$로 정확도 높은 결과를 보였다. 특히, PC 농도가 $50mg/m^3$ 이하 및 PC: Chl-a ratio가 낮은 조건에서도 잘 예측됨을 확인할 수 있었다.
유해남조의 생물학적 제어를 위한 연구의 일환으로 북한강수계(가평)에 서식하는 이매패 말조개(Unio douglasiae)의 섭식특성을 조사하였다. 섭식실험은 크게 시간별, 개체크기, 동물밀도, 먹이밀도 (엽록소-a 농도) 등에 따라 패류의 여과율 및 배설물 생산량을 각각 측정하였다. 말조개의 여과율은 섭식 후 적용 7시간째 (0.21 L $g^{-1}h^{-1}$, 0.54 mg $g^{-1}h^{-1}$), 크기 5 cm보다 작은 개체에서 최고 여과율 및 배설물 생산량 (5.89 L $g^{-1}h^{-1}$, 16.38 mg $g^{-1}h^{-1}$)을 각각 나타냈다. 또한 가장 낮은 먹이밀도 (엽록소-a 88.5 ${\mu}gL^{-1}$)에서 0.41 L $g^{-1}h^{-1}$로 최고 여과율을 보였으며, 일정 먹이농도 이상에서는 배설물 생산량이 증가하지 않는 것으로 나타났다. 또한 패류의 조류 제어효과는 개체 밀도가 증가할수록 뚜렷한 효과를 나타냈다. 결국 이상의 결과들은 북한강에 서식하는 이매패 말조개가 부영양호수의 남조류 제어의 유용생물로서 적용 가능성을 입증하였다.
한강하류에서 환경요인에 따른 식물플랑크톤의 변화를 조사하기 위하여 2006년 1월부터 12월까지 총 35회 채수하여, 분석하고 동정한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 환경요인의 변화에서는 모든 항목에서 지점간에 큰 차이가 없는 것으로 조사됐으나, BOD와 TN, TP등에서 St. 2지점이 높은 농도를 나타냈으며 집중 강우가 있었던 시기에 비교적 낮은 농도 분포를 나타냈다. 식물플랑크톤은 총 88종이 출현하였으며, 현존량은 $1{\sim}41$,104 cells $mL^{-1}$ 범위로써 계절과 조류종에 따라 변동이 큰 것으로 나타났다. 강별로는 남조류, 규조류, 녹조류가 서로 다른 경향을 나타냈는데, 남조류는 여름에서 가을로 접어드는 시기에(5월${\sim}$9월) 현존량이 낮은 반면,녹조류와 규조류의 출현이 우세하였고, 특히 규조류 중 Cyclotella sp.는 주로 봄철에, Aulacoseira granulata는 가을철에 주요 우점종으로 출현하면서 하절기인 6월을 기점으로 종 천이가 일어났다. 강우기에 현저하게 감소하였던 남조류는 강우가 끝난 후 수온이 $20^{\circ}C$ 이상 지속되면서 질소/인 비가 가장 낮아지는 시기인 10월$(9.4{\sim}18.9)$에 현존량이 급격하게 증가하여 대발생을 야기하였다. 주로 한강하류에서 식물플랑크톤의 천이가 일어날 수 있는 환경요인은 집중강우로 인한 팔당댐의 방류량과, 수온, 질소/인 비에 의해 영향을 받는 것으로 판단되었다.
The effects of bicarbonate concentration, atmospheric carbon dioxide level, and reduced atmospheric oxygen on biomass and geosmin production and geosmin/biomass (G/B) values for Streptomyces halstedii, a producer of the off-flavor compound geosmin, were determined. In addition, a study was performed to determined possible synergistic relationships between a cyanobacterium, Oscillatoria tenuis UTEX #1566, and S. halstedii in the enhancement of actinomycete growth and/or geosmin production. These studies took into consideration those conditions that can occur during cyanobacterial bloom die-offs. Increasing bicarbonate concentration caused slight decreases in geosmin production and G/B for S. halstedii. Increasing atmospheric oxygen promoted geosmin production and G/B while lower oxygen levels resulted in a decrease in geosmin production and G/B by S. halstedii. Biomass production by S. halstedii was adversely affected by reduced oxygen levels while changes in bicarbonate concentration and atmospheric carbon dioxdie levels had little effect on biomass production. Sonicated cells of O. tenuis UTEX #1566 promoted biomass production by S. halstedii, and O. tenuis culture (cells and extracellular metabolites) and culture supernatnat (extracellular metabolites) each promoted geosmin and G/B yields for S. halstedii. In certain aquatic systems, environmental conditions resulting from cyanobacterial blooms and subsequent bloom die-offs could favor actinomycete growth and off-flavor compound by certain actinomycetes.
Harmful cyanobacterial monitoring is time-consuming and requires skilled professionals. Recently, Phycocyanin, the accessory pigment unique to freshwater cyanobacteria, has been proposed as an indicator for the presence of cyanobacteria, with the advantage of rapid and simple measurement. The purpose of this research was to evaluate the correlation between the harmful cyanobacterial cell density and the concentration of phycocyanin and to consider how to use the real-time water quality monitoring system for algae bloom monitoring. In the downstream of the Nakdong River, Microcystis spp. showed maximum cell density (99 %) in harmful cyanobacteria (four target genera). A strong correlation between phycocyanin(measured in the laboratory) concentrations and harmful cyanobacterial cell density was observed (r = 0.90, p < 0.001), while a weaker relationship (r = 0.65, p < 0.001) resulted between chlorophyll a concentration and harmful cyanobacterial cell density. As a result of comparing the phycocyanin concentration (measured in submersible fluorescence sensor) and harmful cyanobacterial cell density, the error range increased as the number of cyanobacteria cells increased. Before opening the estuary bank, the diurnal variations of phycocyanin concentrations did not mix by depth, and in the case of the surface layer, a pattern of increase and decrease over time was shown. This study is the result of analysis when Microcystis spp. is dominant in downstream of Nakdong River in summer, therefore the correlation between the harmful cyanobacteria density and phycocyanin concentrations should be more generalized through spatio-temporal expansion.
An abnormal mono-specific bloom of the cyanobacterium Microcystis aeruginosa had developed at a specific location (transitional zone, monitoring station of Hoenam) in Daecheong Reservoir from middle of July to early August, 2001. The maximum cell counts during the peak bloom reached 1,477,500 cells/mL, which was more than 6~10 times greater than those at other monitoring sites. The hypothesis of this study is that the timing and location of the algal bloom was highly correlated with the local environmental niche that was controled by physical processes such as hydrodynamic mixing and pollutant transport in the reservoir. A three-dimensional, coupled hydrodynamic and ecological model, ELCOM-CAEDYM, was applied to the period of development and subsequent decline of the bloom. The model was calibrated against observed water temperature profiles and water quality variables for different locations, and applied to reproduce the algal bloom event and justify the limiting factor that controled the Microcystis bloom at R3. The simulation results supported the hypothesis that the phosphorus loading induced from a contaminated tributary during several runoff events are closely related to the rapid growth of Microcystis during the period of bloom. Also the physical environments of the reservoir such as a strong thermal stratification and weak wind velocity conditions provided competitive advantage to Microcystis given its light adaptation capability. The results show how the ELCOM-CAEDYM captures the complex interactions between the hydrodynamic and biogeochemical processes, and the local environmental niche that is preferable for cyanobacterial species growth.
This study investigated the occurrences and succession patterns of harmful cyanobacteria, as well as environmental factors, during a 3-year period (September 2012 to August 2015) in the upper region of the Nakdong River around Sangju weir. A total of 27 cyanobacterial taxa were observed in this study, and classified into 26 species and 1 variety belonging to 11 genera, 5 families, and 3 orders. Cell density ranged from 24 to 42,001 cells/ml, with a geometric mean of 33 cells/ml, during the survey period. The dominant orders differed depending on the survey year; order Oscillatoriales in 2013, Chroococcales in 2014 and Nostocales in 2015. An Aphanizomenon bloom occurred in June 2015 at which time the highest cell density of 36,873 cells/ml was detected in the upper region of the Nakdong River, where as the Aphanizomenon spp. cell density (190-1,704 cells/ml) had been low prior to that time. An Aphanizomenon bloom also occurred at around the same time downstream in the Young River, a major inflow branch of the Nakdong River. The Aphanizomenon cell density along the Nakdong River increased markedly after joining of the YoungRiver, indicating that the Aphanizomenon bloom in the YoungRiver caused a bloom in the Nakdong River. Meteorological and environmental parameters, such as very low precipitation, higher water temperature, pH, and TP concentration, and lower TN/TP ratio, in May and June of 2015 than in 2013 and 2014 exerted marked effects on the Aphanizomenon bloom in June 2015 in the Young River.
Agrawal Manish K.;Ghosh Shubhro K.;Bagchi Divya;Weckesser Juergen;Erhard Marcel;Bagchi Suvendra N.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제16권2호
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pp.212-218
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2006
Three out of fourteen Microcystis-dominant cyanobacterial blooms in Central India were found to be toxic to mice ($LD_{50}$ ranging from 35-450 mg bloom dry mass/kg body weight). The liver architecture of the treated mice showed characteristic symptoms of hepatotoxicity relative to the untreated controls, with increased enzyme activities of serum lactate dehydrogenase (LDH), serum glutamate oxaloacetate transaminase (SGOT), alkaline phosphatase (ALP), and serum glutamate pyruvate transaminase (SGPT). RP-HPLC revealed the presence of microcystin-LR, microcystin-RR, and desmethyl microcystin-RR in the given region to maximum amounts of 390, 1,030, and $860{\mu}g/g$ bloom dry weight, respectively, corresponding to a maximum of 2.8 mg/l microcystin-LR in the lake water. Further confirmation of the microcystin variants was conducted using a MALDI-TOF MS analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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