Bloom-forming Cyanobacteria in Yongdam Lake (1) Nutrient limitation in a Laboratory Strain of a Nitrogen-fixing Cyanobacterium, Anabaena spiroides v. crassa

용담호 녹조현상의 원인 남세균 연구 (1) 질소고정 남세균 Anabaena spiroides v. crassa 종주와 영양염 제한

Yongdam Lake is the fifth largest artificial lake in Korea newly formed by the first impounding the Yongdam Multi-purpose Dam on December, 2002. Yongdam Lake, with her total water storage of 820 million M/T, is located at the roof-top region of the streams flowing into the just-constructed new Saemankeum Lake. Seasonal succession of phytoplakton in Yongdam Lake might affect cyanobacterial blooms in Saemankeum Lake by inoculating seasonal dominants. During 2002-2003 when the first impounding after the construction of Yongdam Multi-purpose Dam was still undergoing, summer cyanobacterial blooms by Anabaena, Microcystis, and Aphanizomenon were observed. Among these three, filamentous Anabaena is well known to have its species with $N_2-fixing$ ability and special cells such as heterocysts and akinetes as well as the vegetative cells. We established a clonal culture of Anabaena spiroides v. crasse (KNU-YD0310) from the live water samples collected at the bloom site of Yongdam Lake. The N- and P-nutrient requirement of the KNU-YD0310 was explored by the experimental cultivation of the laboratory strain. Ratio of heterocysts to vegetative cells increased as N-deficiency extended with its maximum at $N_2-fixing$ condition. The strain KNU-YD0310 exhibited considerable growth under N-limiting conditions while its growth was proportional to the initial phosphate-P concentration under P-deficient conditions. Under P-limiting conditions akinete density increased, which could be interpreted as an adaptation strategy to survive severe environment by transforming into resting stage. The above eco-physiological characteristics of Anabaena spiroides v. crassa might be useful as an ecological criterion in controlling cyanobacterial blooms at Shaemankeum Lake in near future.

2000년 12월부터 담수를 시작한 용담호는 총 저수량 8.2억톤으로 국내 5위의 대규모 다목적댐 호수로서, 새만금 담수호에 유입되는 하천수의 최상류에 위치한 인공호이다. 새만금 방조제가 완공되어 수문을 조작하면, 용담호의 계절적인 식물플랑크톤 군집변화는 신생 새만금호의 녹조현상을 좌우하는 한 요인이 될 것이다. 용담호의 초기 담수화 과정 중 2002-2003년 하계에 남세균 녹조현상이 나타났으며, 녹조현상을 일으킨 주요 속은 Anabaena, Microcystis, Aphanizomenon 등이었다. 이 가운데 사상체 남세균인 Anabaena속에는 영양세포 이외에 이질세포나 휴면세포 등의 특수기능 세포를 가진 종들이 포함되어 있다. 용담호 녹조현상이 나타난 현장의 시료에서 분리한 Anabaena spiroides v. crassa의 단종배양체인 KNU-YD0310종주를 확립하였으며, 실내배양 실험을 통하여 이 종주의 영양염 요구를 연구하였다. 질소영양염 제한 조건에서는 이질세포의 영양세포에 대한 비율이 높았으며, 질소제한 정도에 따라 그 비율은 더욱 증가하였다. 질소고정능이 있는 KNU-YD0310는 질소제한 조건에서도 성장이 지속되나, 인의 경우에는 초기의 공급 농도에 비례하는 성장을 나타내었다. 인영양염 제한 조건에서는 휴면세포의 형성량이 증가하여, 인 제한의 경우에는 실험 종주가 세포대사를 억제하여 부적합한 환경조건에서의 생존기간을 연장시키는 적응전략을 가진 것으로 판단된다. 이와 같은 Anabaena spiroides v. crassa의 생리 생태적 특성은 향후 새만금 담수호의 녹조현상 예방대책 수립을 위한 수서생태학적 기준으로 활용될 수 있을 것이다.