낙동강본류의 마이크로시스틴 생산 남조류 발생 예측...

A Study on the Prediction of Microcystin-Producing Cyanobacteria in

Nakdong River Main Stream

2012

인천광역시 서구 경서동 종합환경연구단지내

대표전화 : 032-560-7114 http://www.nier.go.kr

낙동강본류의

마이크로시스틴

생산

남조류

발생

예측

연구

발 간 등 록 번 호

11-1480523-001237-01

Nakdong River Environment Research CenterNational Institute of Environmental Research

NEIR-RP2012-226

A Study on the Prediction of Microcystin-ProducingCyanobacteria in Nakdong River Main Stream

Moonsuk Hur, Injung Lee, Hae Jin Lee, Kyung-Lak Lee, Bo-Mi Tak,

Ju Young Bae, Jae Jeong Yu, Se Uk Cheon

2012

| 낙동강물환경연구소 |

허문석, 이인정, 이혜진, 이경락, 탁보미, 배주영, 유재정, 천세억

낙동강본류의 마이크로시스틴 생산 남조류 발생 예측 연구

낙동강본류의 마이크로시스틴 생산

남조류 발생 예측 연구

발 간 등 록 번 호

11-1480523-001237-01

낙동강본류의 마이크로시스틴 생산 남조류 발생

예측 연구

낙동강물환경연구소

허문석, 이인정, 이혜진, 이경락, 탁보미, 배주영, 유재정, 천세억

2012

목 차❚

i

목 차

목차 ····························································································································· ⅰ

표목차···························································································································ⅲ

그림목차·······················································································································ⅳ

Abstract ························································································································ⅴ

Ⅰ 서 론

Ⅱ 연구내용 및 방법

조사지점

수질분석

월강우량 변화

마이크로시스틴 독소단백질 분석

염기다형성분석법 을 이용한 남조류군집 분석

가 전체 추출

나 염기다형성분석법

다 남조류 유전자의 염기서열 동정

남조류 발생과 환경 인자간의 통계 분석

Ⅲ 연구결과 및 고찰

남조류 특이적 프라이머의 제작

지점별 남조류 군집 변화 특성

가 상주보의 남조류 군집 변화

나 구미보의 남조류 군집 변화

다 강정고령보의 남조류 군집 변화

라 달성보의 남조류 군집 변화

마 창녕함안보의 남조류 군집 변화

ⅱ

바 물금의 남조류 군집 변화

시기별 남조류 군집 변화 특성

가 시기별 남조류 강 수준의 변화

나 시기별 남조류 속 수준의 변화

다 시기별 유해 남조류 속 수준의 변화

남조류 발생과 환경 인자간 상관관계 분석

가 전체 남조류 군집과 환경 인자간의 상관관계

나 유해 남조류와 환경 인자간의 상관관계

다 마이크로시스틴 생산 남조류와 환경 인자들간의 복합적 상관관계

Ⅳ 결 론

참고문헌

부 록

ⅲ

표 목 차

표 지점별 남조류 군집변화 특성

표 시료별 주요 환경인자 분석결과

ⅳ

그 림 목 차

그림 남조류 및 수질 분석을 위한 조사지점

그림 프라이머의 염기서열 비교 결과

그림 제작된 프라이머의 염기서열 비교 결과

그림 제작된 과 기존 프라이머의 증폭 결과 비교

그림 상주보 남조류 속 수준의 변화 양상

그림 상주보의 유해 남조류 변화

그림 구미보 남조류 속 수준의 변화 양상

그림 구미보의 유해 남조류 변화

그림 강정고령보 남조류 속 수준의 변화 양상

그림 강정고령보의 유해 남조류 변화

그림 달성보 남조류 속 수준의 변화 양상

그림 강정고령보의 유해 남조류 변화

그림 창녕함안보 남조류 속 수준의 변화 양상

그림 창녕함안보의 유해 남조류 변화

그림 물금 남조류 속 수준의 변화 양상

그림 물금의 유해 남조류 변화

그림 시기별 남조류 강 수준의 변화

그림 시기별 남조류 속 수준의 변화

그림 시기별 유해 남조류 속 수준의 변화

그림 남조류 전체 군집과 환경 인자들간의 분석 결과

그림 유해 남조류와 환경 인자들간의 분석 결과

그림 속과 클로로필 의 변화 경향 비교

그림 속과 의 변화 경향 비교

그림 속과 의 변화 경향 비교

그림 마이크로시스틴 생산과 주요 환경인자간 비교

Abstract❚

ⅴ

Ⅰ. 서 론❚

1

Ⅰ 서 론

우리나라는 하절기를 중심으로 남조류가 상대적으로 증가하는 경향을 보이는

것으로 알려져 있다 이 등 정 등 이러한 남조류 중에서도 대표적인

종인 는 전 세계적으로 넓게 발생하고 있는 대표적인 녹조현상

원인 속 으로 우리나라에도 낙동강 대청호 팔당호 등에서 발생이 보고되

고 있다 등

는 간독성을 가진 을 생성하는 것으로 알려져 있으

며 을 생성하는 남조류는 이외에도 등이 있

으나 을 생성하는 남조류의 형태가 동일하더라도 합성

과 관련된 유전자의 존재유무에 따라 독성 및 비독성 종으로 구분된다

국내에는 에 의한 구체적인 피해사례가 아직 보고된 바는 없으나

남조 독소에 의한 외국의 피해사례가 여러 차례 보고가 되었으며 등

관련 연구가 국외에서는 활발히 진행되고 있다 이에 남조 독소가 생산될

잠재적 가능성을 고려한 국내 실정에 맞는 연구가 요구되어지며 이러한 연구를

위해서는 남조류의 출현빈도 우점 정도 대량 발생 시기 등의 파악을 통한

생산 남조류의 발생 경향을 밝히는 것이 필수적이라고 할 수 있다

따라서 본 연구에서는 염기다형성분석법 을 이용한 유전자

분석을 수행하여 낙동강 본류의 남조류 군집구성을 조사하였고 독소 및 클로

로필 등 개 항목들과의 상관관계를 분석하여 낙동강 본류의 기간별 남조류

발생패턴을 규명하였다 또한 남조류 발생예측을 위한 주요 환경인자들을 제시

하여 독소생산 남조류 발생초기에 이를 예측하기 위한 기반자료를 제공하고자

하였다

Ⅱ. 연구내용 및 방법❚

2

Ⅱ 연구내용 및 방법

조사 지점

낙동강본류의 남조류발생 및 수질 분석을 위하여 수질예보제 개 지점 상주

보 구미보 강정고령보 달성보 창녕함안보 및 물금 지점 측정망 낙본 의 총

개 지점을 선정하였으며 그림 표층수를 대상으로 월부터 월까지 월 회

주 간격 그리고 월은 둘째 주로 하여 총 개의 시료를 분석에 사용하였다

<그림 1> 남조류 및 수질분석을 위한 조사지점

(시료번호 : 채수월+채수주차+조사지점; 예 : 521은 5월 2주차 상주보).


3

수질 분석

남조류 발생패턴과의 상관관계 파악을 위한 수질분석은 수질예보제 및 측정망

의 개 항목들을 대상으로 하였다 등 수질조사 항목들은 수질

오염공정시험기준에 따라 분석되었다 수온 전기전도도 항목은 다항

목수질측정기 를 이용하여 현장에서 측정하였다 는

분석기 를 이용하여 분석하였으며

항목은 수질자동분석기 로 분석하

였다 은 이온크로마토그래피

를 이용하여 분석하였으며 항목은 이온분석기

로 분석하였다 클로로필 는 여지

로 여과한 후 아세톤으로 추출하여 분광광도계

로 분석하였으며 탁도 항목은 탁도계 를 이용하여

분석하였다

월강우량 변화

낙동강본류의 지점별 월강우량변화를 분석에 반영하기 위하여 국가수자원관

리종합정보시스템 의 자료를 활용하였다

마이크로시스틴 독소단백질 분석

미국환경청 의

을 통해 검증된 면역학적 분석방법인

를 사

용하여 현장시료의 마이크로시스틴 농도를 에서 범위 안에서

정량하였다


4

염기다형성분석법 을 이용한 남조류군집 분석

가. 전체 DNA추출

염기다형성분석 을 수행하기 위하여 현장에서 채수한 시료

를 균질화하여 을 ㎛ 로 여과 후 여과

지를 조각내어 기존의 연구들에서 주로 사용되는

를 사용하여 전체 를 추출하였다

나. 염기다형성분석법(pyrosequencing)

염기다형성분석 은 주 천랩에서 수행되어졌으며 과정은 다

음과 같다 남조류 유전자를 타겟으로 하는 특이적 프라이머를 이용하

여 프라이머 바코드

와 바코드

을 사용하여 추출된 로부터 분석에 사용될 부분만을 증폭하였

다 중합효소연쇄반응 은 다음과 같은 조건에서 수행되었다 에서 분

동안 초기 변성 후 에서 초간 변성단계 에서 초

동안 프라이머가 에 결합하는 단계 에서 초 동안 신장

하는 단계 의 과정을 회 반복하였다 증폭된 들이 으로

하는 정도 되는 크기인지 확인한 후 증폭된 들은

을 이용하여 정제하였고 정제된 산물을 이용하여

을 수행한 후 를 제작하였다 제작된 는

를 이용하여 이들의 와 를 확인하였으며 이 산물을 염기

다형성분석 분석에 사용하였다 염기서열분석은

이 사용되어졌다

다. 남조류 16S rRNA 유전자의 염기서열 동정

시료별 고유의 염기서열들을 구분하기 위하여 프라이머에 삽입하였던

시료 고유 바코드 서열을 이용해 염기서열들을 분리하였다 염기서열 양쪽에

바코드 염기서열 연결자 프라이머 염기서열에 해당하는 부분들을

제거한 뒤 그 결과로 얻어진 염기서열들 중 이 두개 이상이고 길이가


5

미만인 염기서열들을 추가적으로 제거하여 최종적으로 퀄리티가 낮은 염기서

열들은 최종 분석 과정에서 제거하였다 검색

을 사용해 유전자 데이터베이스에 매치되지 않는 것들 역시 제거

하였다 키메릭 염기서열 들을 확인하기 위하여 개별 염기서

열을 절반으로 나누어서 앞부분과 뒷부분 사이의 유사도가 박테리아의 목

수준에서 다르게 나타날 때 이를 키메라 로 간주하고 분석대상

에서 제거하였다

각각의 염기다형성분석 결과들의 계통분류를 위해서 표준균

의 유전자 염기서열정보를 가지고 있는 종 정보가 확

장된 형태의 데이터베이스 를 사

용하였다 확장형 데이터베이스 는 표준균의 염기서열뿐만

아니라 데이터베이스의 배양된 것이나 배양되지 않는 것을 대표하는

종 수준의 계통형 을 포함하므로 기존의 데이터베이스로 동정이 불

가능한 미배양 미생물에 대한 분석이 가능하다 남조류의 분석을 위해 배양 및

미배양 종들의 염기서열들을 추가적으로 포함시켜 이들의 보다 정확한 분석이

가능하도록 하였다 각각의 실시간 염기다형성분석 의 결과들

은 데이타베이스의 염기서열을 기준으로 먼저 검색 후 의 유사성

비교 를 이용하여 동정하였으며 본 과정은 주

천랩에서 수행되었다

차 동정이 완료된 후 이들의 결과 중에서 타겟으로 하고 있는 남조류들만을

따로 추출하여 보다 자세한 남조류 군집분석을 시행하였다 이 분석 결과를 바

탕으로 남조류 군집의 변화 패턴을 분석하였다

남조류 발생과 환경 인자간의 통계 분석

분류군 동정이 된 시료들을 대상으로 남조류 군집과 환경 인자들 간의 통계

분석을 를 통하여 실시하였으며 통계분석은 군집 패턴과 환경인자

들의 상관관계를 알아보기 위하여 정준 상관 분석

을 시행하였다 이들의 분석을 통하여 군집 패턴의 양상이 어떤 환경

인자와 선형 상관관계에 있는지를 파악하였다

Ⅲ. 연구결과 및 고찰❚

6

Ⅲ 연구결과 및 고찰

남조류 특이적 프라이머의 제작

본 연구를 위하여 남조류 특이적 프라이머 을 제작하였다 이는 기존의

알려진 프라이머들이 남조류의 모든 종들을 검출하기에 한계가 있고 박테리아

들도 검출이 될 수 있는 것으로 확인되었기 때문이다 프라이머

는 관련 연구에 많이 사용되는 대표적인 남조류 검출용 프라이머로

서 프라이머의 염기서열을 비교할 경우 남조류 내에서도 다른 부분이 있으며

박테리아들과도 유사한 염기서열을 가지고 있음을 확인할 수 있다 그림

<그림 2> Cya106 프라이머의 염기서열 비교 결과.

따라서 제작된 프라이머는 남조류가 특이적으로 많이 검출될 수 있도록 하였

으며 실제 현장시료에 적용을 하여 검증을 하였다 그 결과 증폭 산물들은 남

조류 외에 엽록체 를 가지고 있는 와편모조류 나

섬모류 그리고 비슷한 염기서열을 가지고 있는 박테리아들도

일부 증폭되는 것을 확인하였다 그림 이는 남조류의 유전자를 대

상으로 검출시 발생할 수 있는 문제점이며 따라서 결과 분석시 비특이적 증폭

산물들의 제거가 반드시 고려되어야 할 것이다 그러나 본 연구에서 제작된 프

라이머가 일부 비특이적 산물을 증폭시키나 기존의 프라이머들 보다 많은 남조

류들을 검출해 낼 수 있음을 확인하였다 그림


7

<그림 3> 제작된 Cya361 프라이머의 염기서열 비교 결과.

<그림 4> 제작된 Cya361과 기존 프라이머의 증폭 결과 비교

(바깥쪽 원 : genus level, 안쪽 원 : phylum level).


8

지점별 남조류 군집 변화 특성

가. 상주보의 남조류 군집 변화

상주보의 경우 월에 우점 속은 로 우점 비율이 시기에 따라

달라진다는 것을 알 수 있다 월 주차부터 남조류 군집의 변화가 생기면서

월에는 특이적인 군집 분포를 보이다가 월이 되면서 다시 속

이 우점 속으로 나타나는 것을 확인할 수 있다 월 주차부터의 변화는 우점

속이 감소하고 속 등이 증가하면서 다양한 속으로 이루어

진 남조류 군집이 되는 것을 확인할 수 있다 그림

유해 남조류의 경우 와 속이 유해 남조류 중에 가장 많

은 비율로 존재하고 월 주차부터 속이 증가하여 월 주차에 그

비율이 가장 높으며 속의 경우 월부터 증가하여 월에 그 비율이 가

장 높게 나타났다 그림

<그림 5> 상주보 남조류 속(genus) 수준의 변화 양상.


9

<그림 6> 상주보의 유해 남조류 변화.

나. 구미보의 남조류 군집 변화

구미보의 남조류 군집 변화는 월부터 월까지 이어지는 것을 확인할 수 있

으며 속이 상주보와 마찬가지로 월에는 우점을 이루고 있는

속이지만 각 시기별로 속들이 우점하고 있다

<그림 7> 구미보 남조류 속(genus) 수준의 변화 양상.

구미보의 경우 상주보와는 달리 보다 많은 속들이 변화양상을 보이며 특히

월부터 월까지는 여러 속들이 비슷한 비율로 우점을 이루고 있다는 것을 확인

할 수 있다 와 속 등 다양한 종들이 월부터 월까지 우점

을 이루고 있고 월부터 다시 속의 비율이 높아진다는 것을 확


10

인할 수 있다 그림 유해 남조류들의 우점 비율 변화를 시기별로 비교한 결

과를 보면 속이 월부터 증가하여 월 월 월 말에 다시 그 비율이

높아진다는 것을 확인할 수 있다 속의 경우 월과 월 주차에 그

비율이 가장 높아지고 속의 경우에는 월 주차에 특이적으로 높아

진 후 낮아지는 것으로 나타났다 그림

<그림 8> 구미보의 유해 남조류 변화.

다. 강정고령보의 남조류 군집 변화

강정고령보는 상류의 상주보 및 구미보와 유사하게 속이 월

주차에 시작하여 주차에 이르러 일시적으로 우점을 하다 월부터

와 속이 증가하였다

<그림 9> 강정고령보 남조류 속(genus) 수준의 변화 양상.


11

월 주차에 속이 다시 우점을 하나 월 주차에 다시 감소하

고 월 주차에는 속이 우점 하는 경향을 나타내었다 그림 이는

상류의 상주보와 구미보에서 속이 주로 우점을 하는 경향과는

다른 결과이다 유해 남조류들의 변화 양상을 보면 속이 월에 높

은 비율로 존재하고 속의 경우 월 주차와 월에 높은 비율로 존재

한다 그림

<그림 10> 강정고령보의 유해 남조류 변화.

라. 달성보의 남조류 군집 변화

달성보의 경우 시기별로 속 등이 우점

을 차지하고 있다 월 주차에 속이 우점 후 월과 월 주

차에 속이 우점을 하며 월 주차에 속이 우점을

이루고 월이 되면서 속이 우점을 하는 경향을 보인다 그림

<그림 11> 달성보 남조류 속(genus) 수준의 변화 양상.


12

<그림 12> 강정고령보의 유해 남조류 변화.

유해 남조류들의 경우 월 월 그리고 월에 우점을 이루는 것을 확인할 수

있으며 그 비율이 다른 지점에 비해 상당히 높다 속의 경우 월에 잠

시 증가하고 월이 되면서 우점하는 것을 확인할 수 있다 그림

<그림 13> 창녕함안보 남조류 속(genus) 수준의 변화 양상.

마. 창녕함안보의 남조류 군집 변화

창녕함안보는 상류 지점들의 경우와 유사하게 속이 월에 우

점을 하며 특이점으로는 유해 남조류 속이 월 주차에 높은

비율을 차지하다 월 주차 이후에 급속히 감소하는 경향을 보이는 점이다 이


13

후 속이 증가하고 월에 다시 속이 우점을 하게 된

다 이전의 상류 지점들과는 다르게 창녕함안보에서의 속은 월 주

차에서만 일시적으로 증가하는 경향을 보였다 그림

<그림 14> 창녕함안보의 유해 남조류 변화.

바. 물금의 남조류 군집 변화

물금의 경우 월 주차에 속이 우점하는 것은 앞의 지점들과

유사하나 월 주차에 미배양 종인 가 우점을 하는 특성을 보이고

있다 유해 남조류들의 변화를 보면 월 주차에 일시적으로 속

이 급격히 증가한 후 월 주차에 속이 우점하여 월 주차까지 높

은 비율로 존재하다 월 주차에는 속이 잠시 우점 후

속이 증가하기 시작하여 월에 우점을 하게 된다 그림

<그림 15> 물금 남조류 속(genus) 수준의 변화 양상.


14

<그림 16> 물금의 유해 남조류 변화.

시기별 남조류 군집 변화 특성

가. 시기별 남조류 강(class) 수준의 변화

<그림 17> 시기별 남조류 강(class) 수준의 변화.

Ⅲ. 연구

결과 및

고찰❚

15

<표

1> 지

점별

남조

류 군

집변

화 특

성

속수준

강수준

유해 남

조류

특이점

상주보

월 주부터 우

점 속

인

감소

월

속 우

점월 특

이적 군

집 형

성

전반적으로

강 우

점월부터

강 증

가

속 월 주부터 증

가하여 월

주 높

음속 월 주 일

시적 증

가월

주 높

음월에 다

소 증

가

월 주

속일시적 우

점

구미보

월 주부터 우

점 속

인감소

월

속 우

점

전반적으로

강 우

점월부터

강 증

가

속 월 주

월 주 높

음속 월 주

월월 주 높

음속 월 주 높

음

월 주

속 증

가시작하여 월 주에 우

점

강정

고령보

월 주부터 우

점 속

인

감소

월월 주에 일

시적 증

가월

속 우

점

전반적으로

강 우

점월 주 부

터

강

증가

속 월 주

월 주 높

음속 월 주

월 높

음

월 주

속 우

점속 우

점 기

간이

상대적으로 짧

음

달성보

월 주부터 우

점 속

인감소

월

속 우

점

전반적으로

강 우

점월부터

강 증

가

속 월

월 주 높

음속 월 주에 다

소 증

가월에 우

점

월 주

속 다

소 우

세월 주

우점

속 우

점 기

간이

상대적으로 짧

음

창녕

함안보

월 주부터 우

점 속

인

감소

월

속 우

점

전반적으로

강 우

점월 주 부

터

강

증가

속 월부터 월 주까지

높음

월 주 일

시적 감

소속 월 주 다

소 증

가속 월 주 우

점

월 주

속 우

세

물금

월 주부터 우

점 속

인

감소

월

속 우

점

전반적으로

강 우

점월 주 부

터

강

증가

속 월 주

월 주에 증

가월 주 다

소 감

소 후

월 주에 우

점속 월 주 우

점 후

감소

속 월 주 우

점

월 주

우점


16

강 수준에서 시기별 발생을 비교한 결과 월에는 거의 일정하게

가 우점을 이루고 있으나 월 주차에는 구미보 부터 물금까지의 지점에서

가 조금씩 증가하고 있다 월의 경우에는 주차 물금과 주차 강

정고령보에서 가 우점하고 주차에는 구미보에서 물금까지 일정

하게 증가한다는 것을 볼 수 있다 월의 경우 월까지의 경향과는 달리 상주보

에서 와 강이 일정 비율로 증가하고 있으며 월

주차의 경우 강정고령보를 제외한 전 지점에 걸쳐 의 비율이 증

가하였다 월 주차의 경우 강정고령보 이후 하류 지점들에서

의 비율이 증가하였다 월 주차에서 강정고령보와 달성보를 중심으로

가 높은 비율로 증가되었고 그 외 지점들에서는 가

월과 같이 다시 우점하는 것을 확인할 수 있다 그림

나. 시기별 남조류 속(genus) 수준의 변화

속 수준에서의 비교는 강 수준과는 다르게 변화양상이 많이 나타나는 것을

볼 수 있다 그림 특히 인접한 지역인 상주보와 구미보 강정고령보와 달성

보 그리고 창녕함안보와 물금 간의 남조류 군집이 다른 지역 간보다 유사한 군

집 구조를 나타내고 있는 것을 확인할 수 있으며 이는 물의 흐름과 관련이 높

은 것으로 판단된다 즉 상류에서 하류로 물이 흘러가면서 동시에 남조류들이

이동된 후 하류 지역의 다른 환경인자의 영향으로 유사하지만 다른 군집구조를

형성하기 때문인 것으로 추정할 수 있다

<그림 18> 시기별 남조류 속(genus) 수준의 변화.


17

<그림 18 계속> 시기별 남조류 속(genus) 수준의 변화.


18

<그림 18 계속> 시기별 남조류 속(genus) 수준의 변화.

다. 시기별 유해 남조류 속(genus) 수준의 변화

유해 남조류의 시기별 변화 양상은 월에 유해 남조류가 매우 낮은 비율로

존재하며 월 주 상류쪽 구미보에서 속의 일시적 증가 그리고

속이 증가하기 시작하여 강정고령보에서 우점 후 하류로 내려가면

서 감소하기 시작한다 하류쪽 창녕함안보부터 물금까지는 속이

우점을 이루고 있다 월 주가 되면서 강정고령보에서 속이 우점 후

감소하였으며 속이 하류지역으로 이동하며 달성보부터 우점하는 추

세를 볼 수 있다 또한 속이 창녕함안보에서 일시적으로 높은

비율을 차지하는 특성을 나타내며 물금에서 속이 우점하면서

속이 다시 감소하게 된다 월과 월 주까지 속이

다른 유해 남조류에 비해 상대적으로 높은 비율로 존재하는 것을 확인 할 수

있으며 특이점으로는 월 주 구미보에서 속이 일시적으로 증가하

고 있다 이후 월 주에 속이 주로 우점을 이루고 월은 전반적으로

유해 남조류의 발생 비율이 낮아지나 월이 되면서 강정고령보와 달성보에서

속이 높은 비율로 발생하고 있다 그림


19

<그림 19> 시기별 유해 남조류 속(genus) 수준의 변화.

시기별 지역별로 유해 남조류의 구성 비율이 달랐으며 이러한 결과를 근거

로 유해 남조류의 변화는 시기와 지역에 따른 영향을 받고 있음을 확인할 수

있었다 월부터 월에는 달성보부터 창녕 함안보 물금 지역은 다른 지점에 비

해 속이 높은 비율로 나타난다는 것을 알 수 있다 그림


20

속의 경우 주로 시기에 따라 상류 그림

와 하류 그림 에서 높

은 비율로 나타나는데 발생 경향이 속과 대체로 반대인 것을 알 수

있다 속의 경우 월부터 월 주차 까지 주로 하류지역인 창녕

함안보와 물금에서 높은 비율로 발생 그림 하였으며

이러한 결과로 창녕함안보와 물금의 공간적 연속성이 상당히 높음을 추정할 수

있다

남조류 발생과 환경 인자간 상관관계 분석

가. 전체 남조류 군집과 환경 인자간의 상관관계

남조류 전체 군집의 종 단위의 조성과 환경 인자와의 상관관계를

를 이용하여 분석을 시행하였다 그림 분석결과 남조류 전체 군집의 변

화는 시간이 지남에 따라 시기별로 변화가 되고 월 주차는 주로 와 상관

성을 나타내며 월 주차에는 와 함께 와 주로 상관성을 나타내어 월

의 남조류 군집은 클로로필 인자들과 상관성이 있는 것을 확

인하였다 월 발생 남조류군집은 전기전도도와 높은 상관성을 나타내고 있으

며 월은 환경인자 전체와 상관성이 있어 특정 항목과의 상관관계가 확인되지

않았다 월 주의 하류 지점 달성부터 물금까지의 남조류 군집은 온도와

항목과 높은 상관성을 나타내며 월 주 상주보 구미보 강정고령보와

월까지 탁도 그리고 강우량과 상관관계가 있는 것

으로 확인되었다 월은 과 과 상관관계를 나타내었다 본 분석을 통

하여 전체 남조류 군집은 시기별로 서로 다른 환경 인자들과 상관성을 갖으며

그 변화양상이 월에 거쳐 월이 되면서 기존의 월과 같은 방향으로

변화되고 있다는 것을 확인할 수 있다 마이크로시스틴의 농도가 높아지는 것

은 월의 군집 변화 패턴과 높은 상관관계를 나타내었다 이는 수온이 상승하

면서 월의 전기전도도와 상관성을 갖으며 유해 남조류의 양적증가로 인해 마

이크로시스틴 생산이 증가 될 수 있다는 것을 추정 가능케 한다 그림


21

<그림 20> 남조류 전체 군집과 환경 인자들간의 CCA분석 결과.

나. 유해 남조류와 환경 인자간의 상관관계

남조류 중 유해 남조류의 변화와 환경 인자들간의 상호관계를 분석한 결과

속의 경우 온도와 등의 인자와 상관관계가 높은 것으로 확

인되었다 또한 속과 속의 경우 와 상관관계가

있는 것으로 나타나며 속의 경우 클로로필 와 상관성이 높다

는 것을 확인할 수 있다 그림

마이크로시스틴 생산은 속과 상관관계가 높은 것으로 분석되었으

며 따라서 마이크로시스틴은 속에 의해 주로 생산될 가능성이 높은

것을 알 수 있다 이는 기존의 보고와 일치하는 결과 이다 이 등


22

등 전체적인 유해 남조류 변화 특성은 속이 월 주 물금

에서 다소 증가하여 월 주 창녕함안보와 물금에서 높은 비율로 발생하였다

이후 온도 상승과 등의 변화와 함께 속이 증가하는 군

집으로 변화하고 강우량 과 의 농도 변화로 속과

속이 증가하면서 유해 남조류군집이 변화한다는 것을 분석결

과 확인 할 수 있다 그림 결과적으로 각 유해 남조류들은 한 가지 인자에

의한 영향을 받지 않고 여러 환경 인자들의 복합적인 영향을 받았다고 할 수

있다

<그림 21> 유해 남조류와 환경 인자들간의 CCA분석 결과.

유해 남조류별 상관성이 높은 것으로 분석된 항목만을 선택하여 유해 남조류

속 수준의 발생 경향과 직접 비교하였다 그 결과 분석결과가 보여주듯이

유해 남조류와 환경 인자간의 변화 양상이 상당히 유사함을 확인할 수 있었다


23

속의 경우 월에 증가되는 양상이 클로로필 의 농도와 상

관관계가 높았으며 그림 월과 월의 속의 증가양상은

의 농도의 변화와 상관관계가 높은 것을 확인하였다 그림 월 월 월의

속의 변화 양상은 의 농도와 상관관계가 매우 높음을 확인하였

으며 특히 는 분석결과 상관성이 다소 낮은 항목으로서 직접 비교에서

도 변화 경향이 보다는 유사성에 다소 차이가 나는 것을 확인하였다 그

림 이러한 세부적인 비교 분석을 통하여 분석결과가 적절히 수행되

었음을 확인할 수 있다

특이점으로는 속의 경우 속의 증감과 대체로 반대의 변

화 양상을 보이며 이는 두 속의 상관관계가 큰 환경인자가 과 이

므로 질소 순환이 두 종의 증감에 크게 영향이 있다는 것을 추정할 수 있다

<그림 22> Aphanizomenon 속과 클로로필 a의 변화 경향 비교.


24

<그림 23> Microcystis 속과 NH3-N의 변화 경향 비교.

<그림 24> Anabaena 속과 NO3-N, SS의 변화 경향 비교.


25

다. 마이크로시스틴 생산 남조류와 환경 인자들간의 복합적 상관관계

마이크로시스틴을 생산하는 것으로 분석된 속 및 마이크로시스틴

과 상관성이 높은 항목들인 전기전도도 그리고 온도를 직접 비교 분석하였

다 그림 조사 기간 중 마이크로시스틴이 정량한계 내에서 검출된 시료는

개 시료로서 월 주차 달성보 그림 창녕함안보 그림

월 주차 달성보 그림 그리고 월 주차의

창녕함안보 그림 이며 먼저 이 시료들을 각 환경 인자들과

비교하였다 시료들에서 마이크로시스틴이 생산될 때의 항목별

범위는 전기전도도가 ㎛㎝ 가 그리고 온도가

℃ 였다 그리고 속의 비율이 남조류 군집내 이상이나

마이크로시스틴이 생산되지 않은 시료들 을 비

교하였으며 시료들은 본 연구기간 동안 마이크로시스틴이

생산되었을 때의 전기전도도 온도들의 분석 결과 값 범위에 모두 포함되

지 않았으며 나머지 시료들은 개 또는 개 항목만이 포함되었다 표 특히

시료의 속 우점비율은 이상임에도 불구하고 마

이크로시스틴이 검출되지 않았으며 속의 최적 생장 온도인 ℃에

서 세포 수의 증가만 있었던 것으로 확인되었다 본 분석결과에서 추정할 수 있

는 점은 마이크로시스틴의 생산을 위해서는 분석에서 주요 환경인자로

도출된 전기전도도 그리고 온도 등 다양한 환경 인자들이 일정 범위에 도

달하여야 한다는 것이며 즉 마이크로시스틴의 생산에는 다양한 환경 인자들이

복합적으로 작용한다는 것이다 그러나 월 주차 창녕함안보 의 경우

만이 마이크로시스틴 생산 범위 안에 있으나 미량의 마이크로시스틴이 검출되

었다 시료의 경우 조사 기간 중 가장 온도 ℃ 가 높았던 경우로서 이

는 환경스트레스가 남조류의 생리・생태적 변화에 영향을 준다는 기존의 보고

이 와 같이 수온의 급격한 상승으로 인한 환경스트레스가 미친 일시적인

현상일 수 있다 또한 이러한 환경의 갑작스러운 변화가 있었던 시료의 경

우 온도가 ℃ 까지 상승하였으나 마이크로시스틴이 검출되지 않았다. 이는

Microcystis 속의 발생이 남조류 군집내에서 10 %도 안 되는 경우로서 두 가

지 비검출 가능성을 추정할 수 있다. 먼저 환경의 급격한 변화로 인한 마이크로


26

시스틴의 생산을 위해서는 Microcystis 속의 발생 비율이 일정 수준 이상이 되

어야 한다는 것, 또는 매우 낮은 Microcystis 속의 개체 수에서 생산된 마이크

로시스틴의 양이 매우 극미량으로 검출되지 않았다는 가능성이다. 또한 시료들

의 Microcystis 종 구성이 마이크로시스틴을 생산하는 것으로 알려진 종들로

구성되었는지를 확인하였으며, 그 결과 모든 시료들이 마이크로시스틴을 생산

하는 것으로 알려진 Microcystis aeruginosa가 90 % 이상인 것으로 확인되었

다(표 2). 본 연구를 통하여 Microcystis 속이 성장하기에 좋은 온도와 바이오

메스의 증가가 마이크로시스틴의 생산을 촉진시키지는 않으며, 일정량의 세포

수 이상에서 여러 환경 인자들이 충족될 때 마이크로시스틴이 생산 가능함을

확인할 수 있었다. 이는 기존의 보고와 일치하는 결과이다(Antó nio 등, 2011).

<표 2> 시료별 주요 환경인자 분석결과

항목

시료

마이크로시스틴 전기전도도㎛㎝)

온도℃

종 구성 비율


27

<그림 25> 마이크로시스틴 생산과 주요 환경인자 간 비교.

Ⅳ. 결 론❚

28

Ⅳ 결 론

본 연구는 염기다형성분석법 을 이용한 유전자 분석을 수행

하여 낙동강본류의 남조류 군집구성 변화를 조사하였고 마이크로시스틴 및 클

로로필 등 개 항목들과의 상관관계를 분석하여 낙동강본류의 기간별 남조

류 발생패턴을 규명하였다 또한 보 설치 등의 변화된 낙동강 물환경에서 남조

류가 야기할 수 있는 수질문제 관리방안 마련을 위한 마이크로시스틴 생산 남

조류 발생예측의 기반자료로서 상관성이 높은 환경인자들을 도출하였으며 주

요 결과는 다음과 같다

지점별 남조류 발생 특징은 전반적으로 월에 속이 우점

을 이루고 월 이후 속 속 등이 증가하면서 다양한

속으로 이루어진 남조류 군집이 되는 것을 확인하였다

시기별 남조류 군집구성은 인접한 지역인 상주보와 구미보 강정고령보

와 달성보 그리고 창녕함안보와 물금 간이 유사하였으며 이는 상류에서

하류로 남조류가 이동하면서 지역별 다른 환경조건의 영향으로 인접한 지

점은 유사하지만 먼 거리일수록 다른 군집구조를 형성하기 때문인 것으로

판단된다

남조류 군집은 시기별로 다른 환경인자들의 복합적 영향으로 변화하며

변화 경향은 월부터 월에 거쳐 월의 남조류 군집 특성으로 수렴하는

것으로 확인되었다

유해 남조류 종 구성은 시기 및 지역의 환경조건에 따라 차이를 나타냈

다 속은 달성보 창녕함안보 물금에서 특히 높은 비율로 발생

하고 속은 상류와 하류에서 높은 비율로 발생하는 경향을 나타

냈다 속은 창녕함안보와 물금에서 높은 비율로 발생하며

속은 구미보에서 일시적으로 증가되는 것으로 확인되었다

유해 남조류들은 여러 환경인자들과 복합적인 상관관계를 나타내며

속은 온도 등과 속 속은

등 그리고 속은 클로로필 등과 상관성이 높은 것

Ⅳ. 결 론❚

29

으로 나타났다 특히 마이크로시스틴 생산은 속과 상관성이

높은 것으로 확인되었다

마이크로시스틴의 농도는 주로 월 발생 남조류와 상관성이 높았으며 수

온의 상승과 함께 전기전도도 등과 상관관계가 높은 것으로 분석되었다

본 연구기간 동안의 마이크로시스틴은 주로 속에 의해 생산되

는 것으로 나타났으며 이와 상관관계가 높은 주요 환경인자들은 전기전

도도 온도 등인 것으로 분석에 의해 확인되었다 이러한 환경

인자들은 향후 마이크로시스틴 생산 남조류 발생예측 시스템 구축 등을

위한 주요 예측인자로 활용될 수 있을 것이다

참 고 문 헌❚

30

참 고 문 헌

김종인 임종헌 이재완 이해복 유전자의 일부 염기서열에 기

초한 한국산 의 계통 유연관계

박홍기 정종문 박재림 홍용기 낙동강 하류에서 식물플랑크톤 생산력과

수질 변화와의 관계 한국환경과학회지

이대영 환경스트레스가 담수 남조류의 생리・생태적 변화에 미치는 영

향 미생물과 산업

이경락 정원화 김종민 김영생 최희진 김한순 영천호에서 남조류 독소

의 계절적 변동 한국하천호소학회

이진애 등 낙동강수계에서의 남조류독성 연구 및 그 제거 방안 인제대

학교 환경부

오희목 안치용 김충재 정승현 고소라 정윤호 남조류 독소 및 이취미

발생의 통합 모니터링과 수생태 관리기술 개발 한국생명공학연구원 환경부

정상옥 전영주 홍관의 김종화 박영석 를 통한 한국 호소 연구 방

법론 탐색 한국환경생태학회지

정유진 홍용석 한혜진 안종호 조을생 이상일 낙동강 조류발생 특성분

석 및 관리정책 방안 한국환경정책・평가연구원

심재형 외 플랑크톤 생태학 서울대학교 출판부

국가수자원관리종합정보시스템

참 고 문 헌❚

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부 록❚

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부 록

시료 분석 결과

부

록❚

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월 주

월 주

월 주

월 주

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월 주

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월 주

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상주보

구미보

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달성보

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물금

　월 주

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월 주

월 주

월 주

월 주

월 주

월 주

월 주

월 주

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상주보

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강정고령보

달성보

창녕함안보

물금 　

월 주

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월 주

월 주

월 주

월 주

월 주

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상주보

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수 온

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록❚

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상주보

구미보

강정 고

령보

달성보

창녕 함

안보

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전기전도도

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물금 　

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물금

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탁 도

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강정고령보

달성보

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물금

클로로필

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상주보

구미보

강정고령보

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물금

　월

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월월

월월

상주보

사벌

구미보

일선교

강정고령보

성주

달성보

고령교

창녕함안보

진동

물금

양산

마이크로시스틴

※ 정

량한계

이상

이하

월 강

우량

낙동강본류의 마이크로시스틴 생산 남조류 발생 예측...

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