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( 단위: ppm) | K | Ca | Mg | S (SO4) | Cl | Na | C (CO3) |
EPA medium | 4.20 | 27.93 | 24.23 | 54.32 | 3.80 | 52.54 | 27.45 |
DML medium | 10.49 | 36.11 | 19.72 | 26.02 | 73.40 | 93.05 | 48.61 |
DML medium의 경우 황산이온이 적고 탄산이온이 많으며, 나트륨이온이 두 배 정도로 많다. 극소량이던 염화이온이 다량 첨가되었다. 아직 임상시험 중에 있으니 EPA medium을 사용하는 것이 좋겠다.
[7] 배양환경과 환경저항
환경저항은 생물이 증식할 때 이를 억제하게 하는 가상의 힘을 말한다. 이는 기온과 먹이, 서식지의 크기 등의 요소에 의해 결정된다. 물벼룩의 배양환경에서도 환경저항이 존재하는데, 대표적으로 용존산소량과 개체밀도가 있다. 이러한 환경저항이 물벼룩의 배양과 개체의 상태에 미치는 영향을 말하려 한다.
일령 별 개체 분포
일령은 물벼룩의 부화된 후 지난 일 수를 말한다. 일령 분포는 전체 개체군 중에서 각 일령이 나타내는 값의 분포를 나타낸 것이다.
환경저항이 거의 없는 상태에서 물벼룩은 일령이 낮아질수록 개체수가 기하급수적으로 증가하는 지수함수 형태를 띤다. 물벼룩은 6령까지 빠른 속도로 생체량(biomass, 생물량 - 환경 내에서 종의 총량 ≒ 총 중량)이 증가한다. 이후 성체가 되면 산란을 하는 데에 에너지를 쏟기 때문에 개체의 성장은 느려진다. 유생의 경우 성장 속도가 증식속도보다 훨씬 빨라 일령이 늘어날수록 전체 일령에서 차지하는 생체량 비중이 늘어나지만 성체의 경우 성장 속도가 느려지기 때문에 일령이 늘어날수록 생체량 비중은 줄어든다. 이러한 이유로 생체량 비중은 6령(5일령, 어린 성체) 근처에서 극댓값을 가진다.
↑ 환경저항이 적을 때 일령에 따른 생체량 비중, 유생 총량과 성체 총량의 비율은 약 3 : 7 이다.
하지만 일반적인 배양환경은 환경저항이 있기 마련이다. 환경저항의 종류에 따라 일령 분포도 달라지는데, 전멸과 같이 특수한 상황이 아니라면 환경저항이 커짐에 따라 유생의 개체수가 먼저 줄어드는 것이 일반적이다.
↑ 여러 환경에서 물벼룩의 일령 별 개체수 분포 피라미드
환경저항이 거의 없는 최적의 환경에서 개체수는 A의 일령 분포(지수함수 형태)를 따른다. 하지만 개체 밀도 증가에 따른 산란량 감소, 배양기간의 장기화에 따른 용존산소량 감소 등의 환경저항은 환경수용력을 만들어 증식을 억제시킨다. 이때의 일령 분포 그래프는 B와 비슷해지는데, 이 또한 나름대로 배양이 안정화되었을 때를 나타낸다. 급증한 개체수에 따라 먹이 공급이 원활하지 않거나 산소부족으로 일부 개체를 죽이는 등의 경우 유생의 비율이 줄어들어 일령 분포 그래프는 C와 같은 형태를 띠게 된다. 주로 영양상태가 빈약한 성체들로 구성되어있으며, 개체수 조절이 필요한 상황으로 배양조를 넓히거나 채집을 통해 성체를 줄여야 한다. D는 특수한 상황인데, 물벼룩의 초고밀도 배양에서 심각한 저산소 환경이 육아낭의 배아를 죽여 유생이 전혀 생산되지 않는 상황이다. 크기가 큰 성체만이 관찰되며 육아낭이 흰색 물질(폐사한 배아)로 차있다.
앞에서 언급한 생체량의 비중으로 말하자면 일반적으로 나타날 수 있는 상황에서는 모두 6령 이후 근방의 생체량 비중이 가장 높으므로 우점한 - 눈에 잘 띄는 크기의 일령을 배양환경의 지표로 볼 수는 없다. 다만, 이들의 생존율이 가장 높기 때문에 이들이 과하게 많이 분포할 경우(다른 일령 분포가 거의 없을 때) 배양환경에 문제가 있다고 생각할 수 있다. 만약 일령이 더 많은 개체가 우점했다면 이 또한 생각해볼 만한 사안이 되겠다.
[8] 배양 정보 수집
배양 환경에서 물벼룩의 배양 상태에 대한 여러 정보를 수집하는 방법이다.
개체수와 생체량
배양조 내에서 물벼룩의 개체수는 현실적으로 구하기 매우 어렵다. 그래서 개체수는 총 생체량을 통해 어림잡아 구할 수 있다. 물벼룩의 생체량은 습중량(건조하지 않은 시료의 무게)을 구하면 되는데, 최대한 갑각 외부의 물을 모두 제거하고 측정하도록 한다. 물기를 제거할 때에는 휴지나 스포이트 대신 얇은 주삿바늘 끝을 용기에 밀착시켜 물만을 빼내도록 한다.
물벼룩(Daphnia similis) 성체 한 마리는 약 1.2㎎인데, 이는 경쟁적인 환경(환경저항이 강한 배양 환경)에서 자란 물벼룩에 해당한다. 반면 환경이 좋아 급속도로 성장한 성체의 경우 1.5~1.8㎎ 정도의 생체량을 보인다. 전자의 경우 1g에 800개체, 후자는 1g에 600개체 정도가 들어있는 셈이다.
※ 먹이용 물벼룩을 판매하던 쇼핑몰의 판매 단위는 비XX(모이나)의 경우 1,000마리, XX아쿠아(다프니아)는 1g으로 소개되어있다.
물벼룩의 영양상태
물벼룩의 영양상태 판별은 현미경을 통해 확인하는 것이 가장 좋으나 매번 이 작업을 할 수는 없다. 그 대안으로는 물벼룩의 운동량과 색상, 체격, 산란량 등을 통해 육안으로 확인해보는 방법이 있다.
체격은 지금까지의 영양상태, 산란량은 근래의 영양 상태, 난소는 최근의 영양 상태를 나타낸다고 할 수 있다. 환경저항이 없는 배양 환경에서의 물벼룩은 매우 빠른 속도로 성장한다. 영양상태가 좋은 물벼룩은 난소에 난황이 넓게 분포하며(산란을 한 직후에는 난황이 없다), 육아낭에 알이 가득 차서 몸이 둥글고 하복부가 살짝 들려있는 것을 볼 수 있다. 반면, 환경저항이 강한 배양 환경에서의 물벼룩은 육아낭이 비어있고 몸이 전체적으로 투명한 경우가 많다(산소가 부족한 환경에서는 붉은색을 띤다).
↑ 영양상태가 좋은 물벼룩(위)와 영양상태가 나쁜 물벼룩(아래). 체격과 난소의 난황, 육아낭의 알 등 여러 면에서 차이를 보인다.
이 외에도 장의 내부 상태 등이 영양상태의 지표가 될 수 있으며, 이에 대한 내용은 아래의 url에 그림과 함께 설명되어있다.
물벼룩의 유형과 영양상태 http://wb235.blog.me/150182624616
녹조류 배양
[6] 완전배양액의 조성
합성배지의 조성
녹조 배양에 적합한 대표적인 함성배지로는 BG-11과 BBM이 있다. BG-11는 Blue-Grean Medium으로 남조류 배양을 위한 배지라고 할 수 있다. 국내 논문에서는 JM도 종종 본 것 같으나 영양염류 함량이 매우 낮다. 이러한 합성배지의 경우 포괄적인 조류의 배양을 위한 것이기 때문에 사용 목적에 따라 modified와 같은 수식어를 붙여서 조성을 약간씩 다르게 하기도 한다. 이들의 조제법은 다음과 같다.
조제법의 시약은 각각 용액(stock solution)으로 만들고 희석하여 사용하는데, 정량의 편의성과 앙금반응을 막기 위한 것이라 생각한다. 이러한 합성 배지를 고농도로 만들 때에는 인산이온과 마그네슘이온의 결합(산성용액에서 녹는다), 칼슘이온의 인산이온 또는 황산이온과의 앙금반응 등을 주의해야 한다. 배지를 정량에 맞는 농도로 만들더라도 시약을 고체 상태로 배합하는 것은 앙금반응을 일으킬 수 있으니 약간의 물에 용해하여 사용한다.
합성배지의 성분 함량
앞에서 소개한 세 가지 배지와 M-8 Medium(클로렐라 배양용 배지)의 성분 함량을 계산해보았다.
| 질소 (N) | 인 (P) | 칼륨 (K) | N:P 비율 |
BG-11 Medium | 255.96 ppm | 7.11 ppm | 17.96 ppm | 35.98 : 1 |
Bold's Basal Medium | 41.25 ppm | 53.17 ppm | 105.55 ppm | 0.78 : 1 |
Jaworski's Medium | 15.97 ppm | 5.94 ppm | 3.56 ppm | 2.69 : 1 |
M-8 Medium | 415.62 ppm | 213.67 ppm | 1,372.76 ppm | 1.95 : 1 |
※ 질소 함량에서 킬레이트제와 비타민 등에 포함된 질소는 제외했다.
배지 조제에 필요한 시약에 포함된 원소들의 질량비를 통해 배지에 포함된 각 원소들의 함량을 계산한다. 녹조의 배양에서 중요한 것은 질소(N)와 인(P)인데, 배지마다 성분 함량은 천차만별인 것을 볼 수 있다. 개인적으로 저러한 함량과 비율이 어떠한 근거에 의해 구성된 것인지가 궁금한데 아직은 잘 모르겠다. 차라리 내가 하나 만들고 말지라는 생각이 들게하는 지점이다.
복합비료 배양액
하이포넥스 배지 (Hyponex Medium)
복합비료의 경우 주요원소뿐만 아니라 여러 미량원소를 함께 포함하고 있는 제품이 있다. 그중 하나인 하이포넥스로도 배지를 만들 수 있는데, 이는 일반 합성배지에 비해 배합이 간단하여 'Hyponex instant medium'으로도 불린다. 하이포넥스(일제 원예용 복합비료)를 이용하여 만드는 간단한 배지인데, 보통 난과 같은 식물체를 배양하기 위해 쓰인다. 배지 조성은 연구에 사용된 식물체마다 다르며 보통 하이포넥스를 2~3.5 g/ℓ로 희석하여 사용한다. 다른 첨가물로는 자당(sucrose, 설탕)과 활성탄(activated charcoal), 한천(agar) 등이 있다.
※ 비료 상표명 옆에 나열된 숫자는 각각 N-P-K 의 함량(%)을 나타낸다.
하이포넥스의 세 가지 제품을 통해 녹조 배양을 목적으로 하는 배지의 N-P 함량을 맞출 수 있는 조성을 계산을 통해 구해봤다.
| 하이포넥스(25-5-20) | 하이포넥스(20-20-20) | 하이포넥스(15-30-15) | 칼륨(K) 변화량 |
BG-11 Medium | x | x | x | - |
Bold's Basal Medium | - | 146.61 ㎎/ℓ | 79.48 ㎎/ℓ | + 23.29 ppm |
Jaworski's Medium | 50.19 ㎎/ℓ | 17.14 ㎎/ℓ | - | + 9.90 ppm |
M-8 Medium | 1009.72 ㎎/ℓ | 815.93 ㎎/ℓ | - | - 1,007.63 ppm |
※ BG-11은 질소 함량이 매우 높기 때문에 비슷한 조성을 만들기 위해서는 질소비료가 따로 필요하다.
사실상 합성배지 함량을 따라서 만든 대체배양액이 된 셈이다. 다시 말하지만 '대체'의 기준이 되는 합성배지의 함량 기준이 불명확한 상태에서 이걸 다시 따라서 만든다니 좀 이상한 것 같기도 하다. 실제가 이렇다 보니 액상 하이포넥스 원액을 1000배 희석해서 사용하는 것도 일본의 논문에서 쓰인 녹조 배양방법 중 하나다. 뭐던 적당히 하면 큰 문제가 없다.
지금은 하이포넥스만으로 배지를 조성하는 것처럼 소개를 했으나 굳이 따지자면 그럴 필요는 없다. 어짜피 조성이 불명확한 대체배양액이며, 하이포넥스가 아니더라도 미량원소를 포함한 여러 복합비료를 통해 배양액을 조성할 수 있다. 하지만 비료의 정량이 불가능하거나 성분 함량이 불명확할 경우 완전배양액이 될 수 없거나(결핍 발생) 비료 성분이 과다하게 첨가될 수도 있으며 이에 의한 결과는 장담할 수 없다. 만약 잘못된 비료 남용으로 녹조 배양액에 갈변해서 뭉쳐진 녹조 덩어리가 발생한다면 물을 희석하여 비료 농도를 낮춰야 한다.
이렇게 조성된 대체배양액의 원료인 복합비료는 기존의 합성배지와는 다른 목적으로 만들어진 것이기 때문에 각 원소의 비율 면에서 성능은 합성배지보다 덜할지는 모르겠다. 불균형적인 원소 함량에 의해 배양액에 녹조가 흡수하지 않고 남아도는 이온(물벼룩이 특히 취약한 구리나 아연 등)이 많아진다면 문제가 발생할 수도 있다. 하지만 녹조를 농축해서 사용하거나 2차적 사용(먹이로서의 사용)이 아닌 단순한 녹조의 배양에서는 그런 걱정을 할 필요가 없다. 결국 둘 다 화학적인 원료를 사용하고 있으며 작용하는 원리도 다를 수는 없을 것이다. 특히 사용의 편의성과 비용 절감 측면에서는 한번 써볼 만하지 않을까 싶다.
[출처] 물벼룩과 녹조류의 배양 - 2|작성자 WB
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