Abundance of Harmful Algae, Cochlodinium polykrikoides, Gyrodinium impudicum and Gymnodinium catenatum in the Coastal Area of South Sea of Korea and Their Effects of Temperature, Salinity, Irradiance and Nutrient on the Growth in Culture

남해안 연안에서 적조생물, Cochlodinium polykikoides, Gyrodinium impudicum, Gymnodinium catenatum의 출현상황과 온도, 염분, 조도 및 영양염류에 따른 성장특성

Three harmful algal bloom species with similar morphology, Cochlodinium polykrikoides, Gyodinium impudicum and Gymodinium catenatum have damaged to aquatic animals or human health by either making massive blooms or intoxication of shellfishes in a food chain. Eco-physiological and hydrodynamic studies on the harmful algae offer useful informations in the understanding their bloom mechanism by giving promising data for the prediction and modelling of harmful algal blooms event. Thus, we studied the abundance of these species in the coastal area of South Sea of Korea and their effects of temperature, salinity, irradiance and nutrient on the growth for the isolates. The timing for initial appearance of the three species around the coastal area of Namhaedo, Narodo and Wando was between Bate July and late August in 1999 when water temperature ranged from $22.8^{\circ}C\;to\;26.5^{\circ}C$ Vegetative cells of C. polykrikoides and G. impudicum were abundant until late September when water temperature had been dropped to less than $23^{\circ}C$. By contrast, vegetative cell of G. catenatum disappeared before early September, showing shorter period of abundance than the other two species in the South Sea. Both G. impudicum and G. catenatum revealed comparatively low density with a maximal cell density of 3,460 cells/L and 440 cells/L, respectively without making any bloom, while C. polykrikoides made massive blooms with a maximal cell density more than $40\times10^6$cells/L, The three species showed a better growth at the relatively higher water temperature ranging from 22 to $28^{\circ}C$ with their maximal growth rate at $25^{\circ}C$ in culture, which almost corresponded with the water temperature during the outbreak of C. polykrikoides in the coastal area of South Sea. Also, they all showed a relatively higher growth at the salinity from 30 to $35\%$. Specially, G. impudicum showed the euryhalic characteristics among the species, On the other hand, growth rate of G. catenatum decreased sharply with the increase of water temperature at the experimental ranges more than $35\%$. The higher of light intensities showed the better growth rates for the three species, Moreover, C. polykrikoides and G. impudirum continued their exponential growth even at 7,500 lux, the highest level of light intensity in the experiment, Therefore, It is assumed that C. polykrikoides has a physiological capability to adapt and utilize higher irradiance resulting in the higher growth rate without any photo inhibition response at the sea surface where there is usually strong irradiance during its blooming season. Although C. poiykikoides and G. impudicum continued their linear growth with the increase of nitrate ($NO_3^-$) and ammonium ($NH_4^-$) concentrations at less than the $40{\mu}M$, they didn't show any significant differences in growth rates with the increase of nitrate and ammonium concentrations at more than $40{\mu}M$, signifying that the nitrogen critical point for the growth of the two species stands between 13.5 and $40{\mu}M$. Also, even though both of the two species continued their linear growth with the increase of phosphate ($PO_4^{2-}$) concentrations at less than the $4.05{\mu}M$, there were no any significant differences in growth rates with the increase of phosphate concentrations at more than $4.05{\mu}M$, signifying that the phosphate critical point for the growth of the two species stands between 1.35 and $4.05{\mu}M$. On the other hand, C. polykrikoides has made blooms at the oligotrophic environment near Narodo and Namhaedo where the concentration of DIN and DIP are less than 1.2 and $0.3{\mu}M$, respectively. We attributed this phenomenon to its own ecological characteristics of diel vertical migration through which C. polykrikoides could uptake enough nutrients from the deep sea water near bottom during the night time irrespective of the lower nutrient pools in the surface water.

적조생물 Cochlodinium polykrikoides, Gyrodinium impudicum, Gymnodinium catenatum은 독성을 지니거나, 적조를 일으킴으로써 수산피해 및 보건위생상의 문제를 야기시키는 종이다. 이 종들의 적조발생 환경과 기작을 이해하기 위해서는 종별 생태생리 (eco-physiology) 특성 등을 파악할 필요가 있다. 본 실험에서는 한국 남해안 연안에서 이들 3종의 출현상황과 성장특성을 파악하기 위해 이 해역에서 분리한 종을 대상으로 온도, 염분, 조도 및 영양염류에 따른 성장도를 조사하였다. 1999년도 남해안 남해도, 나로도, 완도 연안에서 이들 3종의 최초출현시기는 수온이 $22.8\sim26.5^{\circ}C$인 7월 중순에서 8월 중순으로써 서로 비슷한 시기에 동반 출현하였다. 유영세포의 소멸시기는 G. catenatum의 경우 8월 중, 하순이었고, C. polykrikoides와 G. impudicum은 수온이 $23^{\circ}C$ 이하로 하강하는 9월 하순이었다. 출현기간 중의 최대밀도는 C. polykrikoides의 경우 $40\times10^6$cells/L 이상으로써 고밀도 증식을 하였으나, G. impudicum과 C. catenatum은 각각 3,460ce11s/L 및 440ce11s/L로써 매우 낮은 밀도로 존재하였다. 배양실험에서 C. polykrikoides, G. impudicum, G. catenatum는 $22\sim28^{\circ}C$에서 양호한 성장을 보였고, 최적수온은 $25^{\circ}C$ 내외로 판단되었는데, 이러한 결과는 적조발생시의 수온과 대체로 일치하였다. 염분에 따른 성장률은 3종 모두 $30\sim35\%$에서 양호한 성장률을 보였다. 3종 중 G. impudicum은 비교적 광염성의 특징을 보였고, G. cstenatum은 $35\%$ 이상의 고염분에서 특히, 저조한 성장률을 보였다. 조도에 따른 성장은 C. polykrikoides와 G. impudicum의 경우 특히 7,5001ux 이상의 고조도에서 성장률이 현저히 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 C. polykrikoides의 경우 조도가 높은 하계에 표층에서 강한 집적현상을 보이면서도 광저해현상을 밟지 않고 양호한 증식을 할 수 있는 특성과 관련이 있을 것으로 추정되었다. C. polykrikoides와 G. impudicum의 질산 및 암모니아 질소 농도에 따른 성장은 $40{\mu}M$까지는 농도가 높을수록 성장률도 증가하였으나 그 이상에서는 큰 차이를 보이지 않아, 두 종의 질소 임계농도는 $13.5\~40{\mu}M$로 판단되었다. 또한, 인산인은 $4.05{\mu}M$ 까지는 농도가 높을수록 성장률도 증가하였으나 그 이상에서는 큰 성장차를 보이지 않아, 두 종 모두 인산인의 임계농도는 $1.35\sim4.05{\mu}M$로 판단되었다. 한편, C. polyklikoides는 DIN과 DIP 농도가 각각 $1.2{\mu}M$ 및 $0.3{\mu}M$ 이하로 낮았던 나로도와 남해도 외측해역에서도 적조를 형성하였다. 이와 같이 낮은 영양염류 하에서 왕성하게 증식할 수 있었던 이유는 이 종의 경우 일간 수직이동을 통해 야간에 저층에서 풍부한 영양염류를 흡수할 수 있었기 때문으로 해석되었다.