전대저수지의 계절 천이와 남세균 Anabaena sp. 의 독소생성 비교
Seasonal succession in Jundae reservoir and toxin production of Anabaena sp. (Cyanophyta)
- 주제(키워드) Phytoplankton , Anatoxin-a GC-MS , Cyanobacteria , Anabaena , Microcystis , Allelopathy , cyanotoxin
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 박상규
- 발행년도 2015
- 학위수여년월 2015. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 생명과학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000020616
- 본문언어 영어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
Cyanobacteria has ability to produce the secondary metabolite called cyanotoxin. This substance have functions including defense, allelopathy and by-product effect. In this paper, I attempted to elucidate the effect of allelopathy on successional changes of dominant cyanobacteria species possible candidate for allelechemicals. The study site, Jundae reservoir has repeating water blooms every year dominated by cyanobacteria. Water samples were collected and 100 ml of water was fixed and counted for phytoplankton composition. Filtered samples were used to extract for screening variable intracellular substances over seasons. To study allelopathic competition between Anabaena circinalis and Microcystis aeruginosa, I conducted two consecutive experiment. First experiment was with the two cyanobacteria species co-existence experiment and the second was growth experiments using pre-cultured media. For measuring Anatoxin-a (AnTX) in samples, user library and the standard curve for obtaining AnTX had been built. Aphanizomenon issatschenkoi was the first bloomed cyanobacteria in spring, 2014 and Microcystis sp. appeared in summer. Anabaena spiroides were appeared in autumn and winter and succession from Microcystis to Anabaena was observed in October. Anabaena circinalis and Microcystis aeruginosa showed that M. aeruginosa was inhibited. Growth experiment using pre-cultured media shown that A. circinalis were grew better with pre-cultured media of other species while M. aeruginosa exhibited an autotoxicity effect. Intracellular products of phytoplankton changed over the seasons were analyzed and AnTX was not detected. However 5 unknown substances were detected. The unknown substance 4 showed strong positive correlation with Anabaena spiroides and strong negative correlation with Microcystis aeruginosa. It is possible that unknown substance 4 is one of allelochemicals of Anabaena spiroides. However, it is also possible that unknown substance 4 may be one of biomarkers for A. spiroides and not relative to Microcystis sp. decrease. Therefore, it is necessary to conduct with further studies to prove allelopathic effects and allelochemicals of Anabaena.
more초록/요약
남세균은 남조독소라 불리는 특정한 2차대사물질을 생성하며 남조독소의 기능에 대한 가설로 타감, 방어기능 및 부산물가설이 제안되어있다. Anatoxin-a는 Anabaena sp., Microcystis sp., Aphanizomenon sp., 그리고 Oscillatoria sp. 등의 남세균이 생성하는 남조독소로 알려져 있으며 본 연구에서는 우점중인 남세균의 종조성이 변화하는 과정에서 만들어내는 Anatoxin-a를 포함한 대사물질의 변화를 확인해 보았다. 야외에서의 남세균의 종조성의 변화를 관찰하기 위하여 남세균이 우점하고 있는 전대저수지(충남 당진)를 연구장소로 선정하였고 2014년 5월 1일부터 12월 11일까지 반복적으로 방문하여 채수를 실시하였다. 채수한 수체시료 중 100 ml는 식물플랑크톤 조성을 조사하기 위해 루골 용액을 이용하여 고정 후 광학현미경과 세즈윅-라프터 챔버를 이용하여 100배에서 종조성을 확인하였고, 400배에서 우점 남세균을 동정하였다. 또한 Microcystis sp.와 Anabaena sp.가 공존하는 것을 모사하기 위해 국내 하천호소에서 흔히 발견되는 M. aeruginosa (UTEX 2385) 및 A. circinalis (한강에서 출현한 종을 단일배양)의 공존 성장실험을 실시하였고, 두 번째 실험으로 M. aeruginosa, A. circinalis, M. aeruginosa + A. circinalis, A. flos-aquae (CCAP 1403/21)를 배양했던 배지에서 남세균을 제거한 뒤 새로운 배지에 섞어서 A. circinalis 와 M. aeruginosa 를 배양하고 대조군과 비교하여 세포 외 물질에 의한 타감 효과를 확인하였다. 마지막으로 남조독소인 Anatoxin-a를 분석하기 위해 순수물질을 구입하고 내부표준물질로 methylpipecolinate를 선정한 다음 GC-MS로 분석하여 라이브러리를 구축한 다음 전대저수지의 수체시료 중 Microcystis sp. 에서 A. spiroides로 천이하는 2014년 9월 5일 ~ 11월 6일 중 물질 변화와 두 종의 변화의 상관관계를 확인했다. 전대저수지의 종 변화를 확인한 결과 5월엔 Aphanizomenon issatschenkoi (81.09%)가, 6월엔 Mougeotia sp. (녹조류, 81%)가 우점하였으며 7월부터 9월까지 M. aeruginosa와 M. viridis를 포함하는 Microcystis sp. (85.89 ~ 91.4 %)가 우점하였다. 이후 10월동안 천이가 일어나면서 A. spiroides 가 12월까지 지속적으로 우점하면서 저수지의 결빙이 일어났고 수온이 급격히 감소한 12월에는 규조류가 증가하는 추세를 보였다. A. Circinalis와 M. aeruginosa의 직접공존 실험 결과 A. circinalis는 독자배양 및 공존배양의 개체군 크기의 차이가 없었으나 M. aeruginosa는 유의한 차이로 감소하는 것을 확인할 수 있었다 (p < 0.01). 남세균 배양액을 이용한 억제실험을 실시한 결과 A. circinalis 는 동종 배양액에 배양시킨 경우 유의한 성장차이를 보이지 않았으나 이 외의 배양액에서 모두 대조군보다 높게 성장차이를 나타냈다. M. aeruginosa의 경우 같은 M. aeruginosa 배양액에 배양시킨 실험군이 대조군보다 유의하게 낮게 성장하는 결과를 보였다. 이 외의 실험군들은 일부 중간에 성장차이를 보였으나 모두 15일 배양결과 유의한 차이를 보이지 않았다. 9월부터 11월 사이의 천이기간 내 식물플랑크톤으로부터 추출한 시료를 분석한 결과 Anatoxin-a는 검출되지 않았으나 조성의 변화가 발생한 미상의 물질 5종류를 확인했으며 이들에 대한 상관분석 결과 미상물질 4번이 Microcystis sp.와 강한 음의 상관관계를, A. spiroides와 강한 양의 상관관계를 보였다. 본 실험 결과를 통해 전대저수지에서 남세균의 종 변화를 확인하였고, 성장실험을 실시한 결과 A. circinalis에 의해 M. aeruginosa의 억제 및 타 종의 존재에 따라 A. circinalis의 높아지는 성장률을 통하여, 속 내에서 특징이 유사하다고 가정할 경우 천이기간 동안 A. spiroides 의 급격한 성장이 발생할 수 있었으리라 추정된다. 또한 전대저수지의 천이기간 동안 미상물질 4번의 변화가 이들의 천이에 따른 변화물질이라 추정된다. 하지만 미상물질 4의 다른 가능성으로 이 물질이 A. spiroides 의 Biomarker일 수 있고 Microcystis sp.의 감소와 연관이 없을 수 있다. 따라서 추가적인 실험을 통하여 이러한 천이과정에 따른 물질 변화를 더 추적하고 해당 2차대사물질의 동정이 필요하다고 판단된다.
more목차
List of Contents
Abstract…………………………………………………………………………………….. 1
List of Contents…………………………………………………………………………….. 2
List of Figures……………………………………………………………………………… 3
List of Tables………………………………………………………………………………. 5
I. Introduction…………………………………………………………………………….... 6
II. Material and Methods……………………………………………………………........... 8
III. Result…………………………………………………………………………………. 17
IV. Discussion………………………………………………………………………..…… 35
V. Reference……………………………………………………………………………… 37
국문요약…………………………………………………………………………………. 41
