Thermal Effects on the Growth and Fatty Acid Composition of Four Harmful Algal Bloom Species: Possible Implications for Ichthyotoxicity

현봉길,주세종,고아라,최근형,정승원,장풍국,장민철,문창호,신경순 한국해양과학기술원 2016 Ocean science journal Vol.51 No.3

Little is known regarding how harmful algal bloom species respond to different temperatures in terms of fatty acid production. This study examined the effects of temperature on the growth rates, cell volumes, and fatty acid concentrations and compositions of four harmful algal bloom species (HABs), Akashiwo sanguinea, Alexandrium tamarense, Chattonella ovata, and Prorocentrum minimum. The HABs species were cultured at 15, 20, 25, and 30°C in a nutrient-enriched medium. Three of the species maintained optimal growth rates over a wide range of temperatures, but A. tamarense did not. The cell volumes of each species showed little change over the temperature range. The total fatty acid concentrations in A. sanguinea, A. tamarense and C. ovata decreased as the temperature increased, but P. minimum showed no trend in this respect. Polyunsaturated fatty acids (PUFAs), the key biochemical components that maintain cell membrane fluidity and which are associated with toxicity, decreased in both concentration and proportion of total fatty acids as temperature increased, except in A. sanguinea, in which the proportion of PUFAs to the total fatty acids increased. These reductions in PUFA concentration and proportion could reduce cell membrane fluidity and toxicity in HABs; however, enhanced growth and/or ruptured cells, which are considered more toxic than intact cells, could compensate for the reduced per-cell toxicity. This phenomenon might impact on the marine ecosystem and aquaculture industry.

Change of coastal phytoplankton community structure to future climate conditions : a mesocosm study

현봉길,신경순,김자명,이기택,양은진,노재훈,이우진,문창호 대한조선학회 2011 대한조선학회 학술대회자료집 Vol.2011 No.6

생물검정실험을 통한 동계 진해만 식물플랑크톤의 군집 변동 특성 파악

현봉길,신경순,김동선,김영옥,주혜미,백승호,Hyun, Bong-Gil,Shin, Kyoung-Soon,Kim, Dong-Sun,Kim, Young-Ok,Joo, Hae-Mi,Baek, Seung-Ho 한국해양학회 2011 바다 Vol.16 No.1

동계 진해만 광역해역의 식물플랑크톤의 군집구조와 영양염 제한 특성을 파악하고자 식물플랑크톤 군집의 정점간 비교와 환경인자간의 관계를 조사하였다. 아울러 식물플랑크톤의 성장에 영향을 미치는 제한영양염을 평가하기 위해서 현장수를 이용하여 생물검정실험을 수행하였다. 조사기간동안 규조류와 은편모조류는 대부분의 정점에서 전체 식물플랑크톤의 90% 이상을 점유하였고, 식물플랑크톤의 현존량은 마산만이 진해만 보다 현저히 높게 관찰되었다. DIN:DIP 비, pH, 투명도는 식물플랑크톤의 생물량과 유의한 양(+)의 관계를 보였다. 식물플랑크톤 군집구조를 바탕으로 Cluster 분석과 MSD 분석을 한 결과 크게 3개의 그룹으로 구분되었다. 제 1그룹은 고성과 통영을 중심으로 한 진해만 서부해역으로 은편모조류가 전체 식물플랑크톤 현존량에 50% 이상으로 우점하였다. 제 2그룹은 마산만 가장 내측해역으로 높은 생물량, 낮은 투명도, 높은 DIN:DIP 비가 관찰된 것이 특이적이였다. 제 3그룹은 진해만 동부수역에 해당되는 마산만 외측과 진해만 중앙해역으로 구분이 되었고, 이들 정점의 특성은 DSi:DIP 비가 높았고, 규조류가 우점출현하였다. 영양염 절대농도와 구성성분비에 의한 제한영양염과 생물검정실험을 통한 영양염 제한은 마산만 대부분의 정점은 P 영양염의 제한이 관찰되었고, 진해만은 N기원의 영양염제한이 식물플랑크톤의 증식에 중요한 역할을 하는 것으로 파악되었다. 동계 진해만은 규산염이 상대적으로 풍부하게 존재하였고, 이는 규조류가 우점하기 좋은 환경이라 사료된다. The distributions of phytoplankton assemblages and environmental factors in Jinhae Bay and their relationships were investigated to estimate the potential limiting nutrient for phytoplankton growth and community structure. In situ algal bioassay experiments were also conducted to assess the species-specific characteristics in phytoplankton responses under different nutrient conditions (control, N(+) and P(+) treatment). During the study periods, bacillariophyceae and cryptophyceae occupied more than 90% of total phytoplankton assemblages. Phytoplankton standing crops in the inner part of Masan Bay were higher than that of Jinhae Bay. The DIN:DIP ratio, pH and transparency showed the significant positive correlation with phytoplankton biomass. According to cluster and multidimensiolnal scaling (MDS) analysis based on phytoplankton community data from each station, the bay was divided into three groups. The first group included stations from the south-western part of Jinhae bay where cryptophyta species were dominated. The second group was distinguished from inner stations in Masan Bay. These stations showed low transpancy and high DIN:DIP ratio. The other cluster included the stations from the eastern part and central part of Jinhae Bay, which was characterized by the high DSi:DIP ratio and dominant of diatom species. Phosphorous (P) was limited in Masan Bay due to significantly increases in the phytoplankton abundances. Based on stoichiometric limitation and algal bio-assay in Jinhae Bay, nitrogen (N) was a major limiting factor for phytoplankton production. However, silicate (Si) was not considered as limiting factor, since Si/DIN and Si/P ratio and absolute concentration of nutrient did not create any potential stoichiometric limitation in the bay. This implies that high Si availability in winter season contributes favorably to the maintenances of diatom species.

선체부착생물관리와 수중제거기술

현봉길,장풍국,신경순,강정훈,장민철 해양환경안전학회 2018 해양환경안전학회지 Vol.24 No.6

국제해사기구는 선체부착생물의 위험성을 인식해서 2011년 ‘선체부착생물에 의한 외래위해종 이동 저감을 위한 관리 및 제어 가이드라인’을 공표하였고, 향후 이를 강제화하기 위한 국제 협약을 계획하고 있다. 본 연구에서는 향후 강제화 될 국제협약에 효과적으로 대응하기 위해 선체부착생물관리 관련 선도국 사례를 소개하고 수중제거에 대한 환경 위해성 평가 기법에 대해서도 알아보았다. 선체부착생물관리 관련해서 선도국인 호주와 뉴질랜드는 수중제거 시나리오 의거해 수행한 생물 및 화학 위해성 평가를 근간으로 선체부착생물관리 규제안을 마련하였다. 자국 정부의 특별한 규정이 없는 대부분의 유럽 국가들은 국제해사기구의 선체부착생물 규정에 따라 수중제거를 수행하는 것으로 확인되었다. 우리나라인 경우 선체부착생물에 대한 국내법은 존재하지 않고, 해양 생태계법에 의거해서 약 17종의 해양생태게교란생물만 지정해서 관리하고 있다. 선박 선체에 대한 수중제거는 외래생물 확산 및 수생 환경으로의 화학 물질 방출을 수반하므로, 생학적 위해성평가와 화학적 위해성평가를 별개로 수행한 후 이 둘의 평가를 종합하여 수중제거 수용 여부를 판단하였다. 생물학적 위해성 평가는 수중제거과정에서 외래생물 유입에 영향을 미치는 핵심요소를 기반으로 40 code의 수중제거 시나리오 작성하고 위해성우선순위(Risk Priority Number, RPN) 점수를 산정하였다. 화학적 위해성평가는 수중제거 시 용출되는 구리(Copper) 농도를 기준으로 MAMPEC(Marine Antifoulant Model to Predict Environmental Concentrations) 모델 프로그램을 사용하여 PEC(Predict Environmental Concentration) 값과 PNEC(Predict No Effect Concentration) 값을 산출하였다. 최종적으로 PEC/PNEC 비의 값이 1 이상이면 화학적 위해성이 높음을 의미한다. R/V 이어호가 부산 감천항에서 수중제거를 수행한다는 가정하에 위해성평가를 시범 실시한 결과, 생물학적 위해성은 RPN이 <10,000 이어서 저위험으로 판단되었으나, PEC/PNEC 비의 값이 1 이상으로 화학적 위해성이 높아 최종적으로 수중제거가 불가능한 것으로 평가되었다. 따라서 우리나라도 선도국 사례를 참조해서 수중제거기술을 개발하고 또한 국내 항만 현실에 맞는 선체부착생물규제 국내법을 제정해야 할 필요가 있을 것이다. The International Maritime Organization (IMO) has recognized the risk of hull fouling and announced ‘2011 Guidelines for the control and management of ship’s biofouling to minimize the transfer of invasive aquatic species’and is planning international regulations to enforce them in the future. In this study, to effectively respond to future international regulation, we introduce the case of leading countries related to management of hull fouling and also investigate environmental risk assessment techniques for in-water cleaning. Australia and New Zealand, the leading countries in hull fouling management, have established hull fouling regulations through biological and chemical risk assessment based on in-water cleaning scenarios. Most European countries without their government regulation have been found to perform in-water cleaning in accordance with the IMO’s hull fouling regulations. In the Republic of Korea, there is no domestic law for hull fouling organisms, and only approximately 17 species of marine ecological disturbance organisms, are designated and managed under the Marine Ecosystem Law. Since in-water cleaning is accompanied by diffusion of alien species and release of chemical substances into aquatic environments, results from biological as well as chemical risk assessment are performed separately, and then evaluation of in-water cleaning permission is judged by combining these two results. Biological risk assessment created 40 codes of in-water cleaning scenarios, and calculated Risk Priority Number (RPN) scores based on key factors that affect intrusion of alien species during in-water cleaning. Chemical risk assessment was performed using the MAMPEC (Marine Antifoulant Model to Predict Environmental Concentrations), to determine PEC and PNEC values based on copper concentration released during in-water cleaning. Finally, if the PEC/PNEC ratio is >1, it means that chemical risk is high. Based on the assumption that the R/V EARDO ship performs in-water cleaning at Busan’s Gamcheon Port, biological risk was estimated to be low due to the RPN value was <10,000, but the PEC/PNEC ratio was higher than 1, it was evaluated as impossible for in-water cleaning. Therefore, it will be necessary for the Republic of Korea to develop the in-water cleaning technology by referring to the case of leading countries and to establish domestic law of ship’s hull fouling management, suitable for domestic harbors.

USCG Phase II 선박평형수 성능 평가를 위한 해양 식물플랑크톤군집 대량 확보 및 생물사멸시험

현봉길,백승호,이우진,신경순,Hyun, Bonggil,Baek, Seung Ho,Lee, Woo Jin,Shin, Kyoungsoon 해양환경안전학회 2016 해양환경안전학회지 Vol.22 No.5

The type approval test for USCG Phase II must be satisfied such that living natural biota occupy more than 75 % of whole biota in a test tank. Thus, we harvested a community of natural organisms using a net at Masan Bay (eutrophic) and Jangmok Bay (mesotrophic) during winter season to meet this guideline. Furthermore, cell viability was measured to determine the mortality rate. Based on the organism concentration volume (1 ton) at Masan and Jangmok Bay, abundance of ${\geq}10$ and $<50{\mu}m$ sized organisms was observed to be $4.7{\times}10^4cells\;mL^{-1}$and $0.8{\times}10^4cells\;mL^{-1}$, and their survival rates were 90.4 % and 88.0 %, respectively. In particular, chain-forming small diatoms such as Skeletonema costatum-like species were abundant at Jangmok Bay, while small flagellate ($<10{\mu}m$) and non chain-forming large dinoflagellates, such as Akashiwo sanguinea and Heterocapsa triquetra, were abundant at Masan Bay. Due to the size-difference of the dominant species, concentration efficiency was higher at Jangmok Bay than at Masan Bay. The mortality rate in samples treated by Ballast Water Treatment System (BWMS) (Day 0) was a little lower for samples from Jangmok Bay than from Masan Bay, with values of 90.4% and 93%, respectively. After 5 days, the mortality rates in control and treatment group were found to be 6.7% and >99%, respectively. Consequently, the phytoplankton concentration method alone did not easily satisfy the type approval standards of USCG Phase II ($>1.0{\times}10^3cells\;mL^{-1}$ in 500-ton tank) during winter season, and alternative options such as mass culture and/or harvesting system using natural phytoplankton communities may be helpful in meeting USCG Phase II biological criteria.

선박평형수 처리 시스템 효율 검증을 위한 해양 플랑크톤 생사판별시 Neutral red 염색법 적용 가능성 연구

현봉길,신경순,정한식,최서열,장민철,이우진,최근형,Hyun, Bonggil,Shin, Kyoungsoon,Chung, Hansik,Choi, Seo-Yeol,Jang, Min-Chul,Lee, Woo-Jin,Choi, Keun-Hyung 한국해양학회 2014 바다 Vol.19 No.4

선박평형수를 통한 외래종 확산을 방지하기 위해 국제해사기구(IMO)에서는 2004년 선박평형수관리협약을 채택하였다. 이 협약에 따르면 앞으로 대부분의 선박들은 선박평형수 처리시스템을 통해서 해양 생물을 사멸 또는 제거시킨 후 배출해야 하며, 이는 플랑크톤의 생사판별방법을 통하여 이루어진다. 본 연구에서는 국제적으로 선박평형수 처리후 생사판별법으로 널리 사용되고 있는 fluorescein diacetate assay (FDA) 염색방법의 제한성과 이의 대안으로 Neutral red (NR) 염색방법사용 가능성을 살펴보고자 하였다. FDA 염색법은 대부분의 플랑크톤 염색에 되어서 현재 가장 널리 사용되는 방법임에도 불구하고 본 연구에서는 Ditylum brightwellii 을 제외한 모든 식물플랑크톤 대해서 낮은 염색 효율(전체 평균 염색 효율 <50%)을 보였으며, 식물플랑크톤이 갖는 고유한 형광(적색)에 간섭을 많이 받는 것으로 나타났다. 또한 FDA는 형광파장에 노출된 후 빠르게 색이 바래지는 경향도 관찰되었다. 반면에 NR은 조사된 모든 동 식물플랑크톤 개체수에 대해서 90% 이상의 높은 염색 효율을 보였다. 두 염색법 모두 포르말린을 이용해서 사멸시킨 동 식물플랑크톤에 대해서는 염색이 되지 않았다. 본 연구결과를 통해서 NR 염색법을 이용한 동 식물플랑크톤 생사판별은 매우 효율적이라고 판단된다. In order to prevent the spread of non-indigenous aquatic species through the ballast water in commercial ships, International Maritime Organization (IMO) adopted in 2004 the International Convention for Control and Management of Ship's Ballast Water and Sediments. The Convention mandates treatment of ballast water for most transoceanic voyages and its confirmation of treatment is made with plankton live/dead assay. Fluorescein diacetate assay (FDA), which produces bright green light for live phytoplankton, has been a de facto standard method to determine the survival of marine plankton, but its staining efficacy has been in dispute. In the present study, we examined the limitation of FDA, and compared its efficacy with Neutral red (NR) staining, another promising assay and widely used especially for zooplankton mortality. For all phytoplankton species studied in the present study, except Ditylum brightwellii, the staining efficiency was <50% with FDA. The green FDA fluorescence interfered with phytoplankton autofluorescence in most samples. In contrast, NR assay stained over 90% of both phytoplankton and zooplankton species tested in this study. FDA assay also showed that green FDA fluorescence rapidly faded when phytoplankton cells were exposed to microscope light. Both FDA and NR assay were negative on formalin-killed individuals of both phytoplankton and zooplankton species. Our results suggest that NR assay is more effective for determining the survival of marine plankton and can be applied to test the efficacy of ballast water treatment.

서로 다른 배지에서의 성장률 결과를 이용해서 선박평형수를 통해 유입 되는 식물플랑크톤이 잠재적 침입 위협 가능성 평가

현봉길,신경순,최근형,장민철 해양환경안전학회 2017 해양환경안전학회 학술발표대회 논문집 Vol.2017 No.04

선박평형수처리장치 성능 평가를 위한 해양 바이러스 생사판별 방법 개발

현봉길(Bonggil Hyun),우주은(Joo-Eun Woo),장풍국(Pung-Guk Jang),장민철(Min-Chul Jang),이우진(Woo-Jin Lee),배미경(Mi-Kyung Bae),신경순(Kyoungsoon Shin) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.1

본 연구는 향후 보다 강화될 것으로 예측되어지는 USCG Phase II 형식승인시험을 대비하기 위해 SYBR Green I과 SYBR Gold의 염색 효율을 비교한 후 염색 효율이 높은 시약을 실제 선박평형수처리장치(electrolysis type, UV + electrolysis type)를 통과한 처리수에 적용해서 보았다. 시료의 부피가 0.5 mL ∼ 2 mL, 염색 시약(Stock solution)을 100배 및 200배 희석한 조건에서 염색된 바이러스가 가장 선명하게 관찰되었다. SYBR GreenI과 SYBR Gold의 염색효율은 장목한 해수조건의 실험구에서 유의한 차이를 보이지 않았지만, SYBR Gold의 노란색에 비해 SYBR Green I으로 염색된 시료에서 발현하는 녹색 형광이 보다 선명해서 관찰이 용이한 것으로 확인되었다. 선박평형수처리장치(electrolysis type, UV + electrolysis type)를 통과하지 않은 실험수 및 대조수에서의 해양 바이러스 현존량은 약 10<SUP>9</SUP>~10<SUP>10</SUP> VLP 100 mL<SUP>-1</SUP> 으로 확인된 반면, 처리수에서는 살아 있는 바이러스가 관찰되지 않았다. 실험수 결과를 보면, SYBR Green I은 해수, 기수, 담수 조건에서 효과적으로 염색이 되는 것으로 확인되었다. 다양한 선박평형수처리기술에 따른 추가적인 검증 및 염색 방법 개발이 필요하지만, SYBR Green I 염색법은 USCG Phase II 미국형식승인시험 바이러스 생산판별에 좋은 대안이 될 수 있을 것으로 판단된다. To prepare more stringent regulations for USCG Phase II ballast water management, this study investigated the staining efficiency of SYBR Green I(SGI) and SYBR Gold(SG) on the virus-like particle (VLP). A dye with high staining efficiency was applied to the treated water that was passed through the ballast water treatment system (BWTS). VLP staining was observed most clearly under the 100-fold and 200-fold dilution of the stock solution when the volume of filtered samples was 0.5 mL to 2 mL. The staining efficiency of SGI and SG did not show a significant difference. On the other hand, the green fluorescence of viruses in the sample stained with SGI was more pronounced than in the samples stained with SG (expressed yellow fluorescence), making it easier to observe. The abundance of VLP in the test water and control water treatments that did not pass through the two types of BWTS (electrolysis type, UV + electrolysis type) was approximately 10<SUP>9</SUP> - 10<SUP>10</SUP> VLP 100 mL<SUP>-1</SUP>. In contrast, no stained VLP was observed in the treated water treatments. Moreover, SGI was confirmed to be effectively stained under various salinity conditions, including seawater, brackish water, and freshwater. Further verification tests and development of staining methods under various BWTS are required, but the SGI staining method is believed to be a good alternative to the VLP live/dead determination of the USCG Phase II type approval test.

아산만 식물플랑크톤 크기구조의 시,공간적 변동

현봉길 ( Bong Kil Hyun ),신용식 ( Yong Sik Sin ),박철 ( Chul Park ),양성렬 ( Sung Ryull Yang ),이영준 ( Young Joon Lee ) 한국환경생물학회 2006 환경생물 : 환경생물학회지 Vol.24 No.1

SYBR Green Ⅰ을 이용한 선박평형수내 해양 바이러스 생사 판별 방법

현봉길(Bonggil Hyun),우주은(Jooeun Woo),장민철(Min-Chul Jang),신경순(Kyoungsoon Shin) 한국해양환경·에너지학회 2017 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.10

본 연구에서는 미국 USCG Phase Ⅱ 규정 발효 시 적용될 것으로 예측되는 해양 바이러스의 생사판별을 위해서 SYBR Green Ⅰ 적용 가능성에 대해서 알아보고자 하였다. 먼저 SYBR Green Ⅰ의 염색 효율은 시료 내 생물의 농도와 밀접한 연관성을 갖고 있기 때문에, 실험 해역인 장목만 해수를 이용해서 적정 시료 부피 및 농도를 확인하였다. 또한 실제 선박평형수관리시스템(BWMS)중 하나인 전기분해장치를 이용해서 전기분해장치 통과 전 후 바이러스의 개체수 밀도도 확인해 보았다. 실험결과를 보면, 장목민 자연 해수인 경우 시료 부피는 0.5 mL~2 mL, SYBR Green Ⅰ 염색 시약을 100배 및 200배 희석한 조건에서 가장 선명하게 관찰이 되는 것으로 확인되었다. 전기분해장치통과전 장목만 해역 내 바이러스 개체수 밀도는 mL 당 10<SUP>7</SUP> 개체 이상이며, 5일후 대조수에서도 뚜렷한 개체수 변화는 관찰되지 않았다. 하지만 5일후 처리수내에서는 염색된 바이러스가 관찰되지 않았다. 다양한 처리 방법에 따른 추가적인 검증 실험이 필요하지만, USCG Phase Ⅱ 규제 발효 시 해양 바이러스 생사판별을 수행하는데 있어서 SYBR Green Ⅰ 염색법은 좋은 대안이 될 수 있다고 판단된다. We investigated the potential applicability of SYBR Green Ⅰ for the live/dead determination of marine viruses that are expected to be applied in the USCG(United States Coast Guard) Phase Ⅱ regulation. Since the staining efficiency of SYBR Green Ⅰ was closely related to the density of organisms in the sample, the optimal filtration volume and SYBR Green Ⅰ concentration was determined using seawater in Jangmok bay. We also checked the live/dead of marine viruses in the samples before and after passing through the electrolysis that is one of the ballast water management system(BWMS). Our data showed that stained virus was most clearly observed under the conditions of 100 and 200 times dilution of SYBR Green Ⅰ regent when sample volume was 0.5mL~2mL. In the control water, the number of viruses was more than 10<SUP>7</SUP>mL<SUP>-1</SUP>. while marine virus was not observed in treated water after 5 days. Although additional verification experiments are need using various BWMS. SYBR Green Ⅰ staining method is considered to be a good alternative for the live/dead determination of marine viruses when USCG Phase Ⅱ regulation will enforce.