• 한국해양학회지:바다
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• 제13권2호
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• pp.112-120
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• 2008

해양생태독성평가를 위한 공정시험방법으로 해양생태계의 기초생산자를 대표하는 식물플랑크톤인 Skeletonema costatum, Heterosigma akashiwo, Prorocentrum micans, Isochrysis galbana, Tetraselmis suecica를 이용하여 생물 검정 예비 실험을 수행하였다. 그중 표준시험생물로 해산규조류인 S. costatum을 표준시험생물종으로 선정하였으며, Endpoint는 $72{\sim}96$시간 개체군성장저해율($EC_{50}$)로 설정하였다. 시험방법은 비교환정수방식(non-renewal static test)을 선택하였으며, 시험적합도 기준은 대조구의 시간당 개체군성장률 0.04(r > 0.04/hr) 이상으로 설정하였다. S. costatum은 우리나라는 물론 전 세계적으로 널리 분포하며, 표준시험방법개발은 국제표준화기구(ISO, International Standardization Organization)의 시험방법을 참고하였다. 본 종을 이용한 독성시험은 시험대상물질의 염분이 $20{\sim}35\;psu$의 범위에서 가능하며, 반복실험 및 교차분석결과 표준독성물질에 대한 민감도가 유사하게 나타남으로써 실험의 재현성이 입증되었다. 하수오니 용출액을 이용한 독성실험 결과, 식물플랑크톤의 개체군성장저해율($EC_{50}$)을 이용한 독성실험은 윤충류(Brachionus plicatilis) 신생개체(neonate)의 사망률($LC_{50}$), 발광박테리아(Vibrio fischeri)의 발광저해율($IC_{50}$), 해조류(Ulva pertusa)의 생식률($EC_{50}$)을 이용한 시험방법보다 낮은 농도에서 $EC_{50}$을 나타냈다. 식물플랑크톤의 개체군 성장저해율을 이용한 생물검정 방법은 유해물질의 해양 기초생산자에 대한 독성평가에 매우 유용한 실험 방법으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권12호
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• pp.828-834
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• 2012

본 연구는 발광박테리아(Vibrio fischeri)를 생물종으로 이용하는 생태독성 검출장치의 개발을 목적으로 수행되었다. 시험용으로 제작된 생태독성 검출장치(Test jig)를 이용하여 6가 크롬, 아연, 납, 카드뮴, 구리, 수은 등 6종의 중금속류에 대한 독성 검출특성을 검토하였다. 결과적으로, 검토된 Test jig로 각 중금속류의 농도에 따라 발광박테리아의 상대적인 발광값(Relative Luminescence Unit, RLU)이 일정하게 감소하는 검출특성을 얻을 수 있었다. 타 중금속류와 달리, 납과 수은은 저농도에서 일정한 감소경향을 갖는 RLU가 얻어졌으나, 수은의 경우는 0.13 mg/L에서 0.25 mg/L로 농도를 증가시켰을 때, RLU의 감소가 급격히 진행되는 것으로 나타났다. $EC_{50}$ 산출 결과, 6가 크롬, 아연, 납, 카드뮴 등은 노출 후 시간이 경과함에 따라 $EC_{50}$이 점차적으로 감소하였다. 반면, 구리와 수은의 경우에는 $EC_{50}$이 노출 이후 시간경과에 따라 크게 변동이 없는 나타났다. 한편, Reference device와의 비교를 통해 Test jig의 독성검출 정확도를 확인한 결과, 두 장치의 $EC_{50}$값에 큰 차이가 없는 것으로 나타났으며, 또한, 기존 문헌에 제시된 $EC_{50}$값들과도 거의 유사한 수준인 것으로 확인되었다. 결과적으로, Test jig의 중금속류에 대한 생태독성 검출 장치로써의 적용가능성을 확인할 수 있었으며, 본 실험에서 얻어진 중금속류에 대한 발광박테리아의 독성 검출값들은 실시간 생태독성 모니터링 장치 개발을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국도시환경학회지
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• 제18권4호
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• pp.547-555
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• 2018

북미, 유럽 뿐 아니라 우리나라에서도 유해물질 관리제도가 도입되는 등 매년 크게 증가하는 화학물질의 생산, 유통으로 인한 독성 피해에 대응하고 있다. 유해물질의 생물독성을 평가하는 방법은 널리 소개되어 왔으나, 모델링을 위한 정량적이고 신속한 정보가 요구된다. 본 연구에서는 발광 미생물인 Vibrio fischeri를 이용하여 아연, 구리, 크롬, 카드뮴, 수은, 납 등 중금속 6종에 대한 독성 평가를 실시하고, 독성 모델링을 통해 생존율을 재현하였다. 발광 미생물의 활성 정도 및 중금속에 의한 독성은 photomultiplier가 내장된 감광 장치를 이용하여 상대발광도를 측정, 독성의 영향을 판단하였다. 30분 내 저해율이 20% 미만에 이르는 농도 및 $EC_{50}$ 등을 통해 독성을 평가하였다. 그 결과, 생물 독성은 수은, 납, 구리, 크롬, 아연, 카드뮴 순으로 나타났다. 시간별 $EC_{50}$의 추세선을 통해 얻은 $EC_{{50},{\infty}}$는 독성 모델링의 주요 파라미터와 선형 관계가 높았다. 실험결과로부터 DAM, TDM 모델링에 필요한 주요 파라미터를 얻었으며, 재현된 독성 영향은 아연, 구리, 크롬, 카드뮴 등에서 오차율 평균 10.2%이었다. Vibrio fischeri를 및 감광 장치를 이용한 미생물 독성 측정 방법은 짧은 시간에서 $EC_{{50},{\infty}}$ 및 독성 모델링 구현에 필요한 주요한 인자들을 신속하게 얻을 있어 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제9권4호
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• pp.243-252
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• 2006

산업혁명이후 대기중 이산화탄소 등 온실기체의 농도는 꾸준히 증가하고 있고, 이에 따른 기후변화와 해수면 상승 등의 문제의 심각성에 대한 전세계적인 관심이 증가하고 있다. 따라서 인간활동에 의해 대기중으로 방출되는 $CO_2$의 배출량을 줄이기 위한 다양한 방법이 제안되고 있다. 그 중에서 최근 $CO_2$를 해양 심층부에 직접 투기하거나(해양분사법), 해저면(해양저류법)또는 지중에 주입(해양지중법)하여 격리하고자 하는 방안에 대한 국내외 관심이 높아지고 있다. 특히 해양은 대기와는 비교도 할 수 없을 만큼 큰 $CO_2$의 저장고로서 이미 대기중 $CO_2$ 농도의 증가는 표층해수로 유입되는 $CO_2$ 유입량을 증가시키고 있다. 향후 100년간 해수로 유입되는 $CO_2$는 크게 증가할 것으로 예상되는데 이에 따라 표층 해수의 pH는 최대 0.4이상 낮아질 수 있다는 전망이 나오고 있다. 이와 같은 해수의 산성화는 산호, 석회조류(cocolithophorid)와 같이 몸의 일부를 석회질로 구성하는 생물들의 성장에 심각한 저해 영향을 미칠 수 있음이 실험적으로 밝혀지고 있다. 뿐만 아니라 성게나 어류의 유생과 같이 환경변화에 민감한 생물들은 $0.1{\sim}0.2$ 정도의 pH 변화에 의해서도 발생이 저해될 수 있다는 연구 결과는 대기중 $CO_2$ 농도 증가에 따른 해양생태계 훼손의 가능성을 더욱 높이고 있다. 반면에 대기중으로 배출되기 전에 포집된 $CO_2$ 심해처리는 처리지역 주변의 용존 이산화탄소 농도를 증가시키고 해수의 pH를 감소시켜 심해생태계를 교란할 수 있는 가능성이 높다. 따라서 심해처리 기술을 개발하는 단계에서 처리과정에서 발생할 수 있는 다양한 생물학적 위해성에 대한 충분한 검토가 필요할 것이다. 국내에서는 발광미생물과 저서단각류에 대한 용존 $CO_2$의 저해 영향에 대한 시범적인 연구가 본 연구진에 의해 수행되었는데 해수의 pH가 1.5 이상 감소한 경우에는 유의한 저해영향이 관찰됨을 알 수 있었다. 특히 단각류의 경우 동일한 pH에서도 $CO_2$로 산성화된 해수의 독성영향이 더욱 큰 것으로 나타났다. 본 논문에서는 현재까지 $CO_2$ 해양생물학적 영향에 관련하여 국내외에서 이루어진 여러 연구 결과들을 방법론에 따라 정리하였다. 이러한 연구 결과들은 향후 대기중 $CO_2$ 증가 또는 해양처리에 따른 용존 $CO_2$ 농도 증가에 따른 생태계 위해성을 예측하는 데에 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제15권1호
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• pp.8-15
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• 2010

해수의 용존 이산화탄소 증가가 해양미생물인 Vibrio fischeri의 발광량 및 세포밀도에 미치는 영향을 규명하고자 380(대조구), 1,000, 3,000, 10,000 그리고 30,000 ppm 농도구배에 24시간 동안 노출하고, 매 6시간마다 발광미생물의 발광량과 세포밀도 변화를 측정하였다. 5개 농도구배에 노출된 발광미생물의 발광량은 12시간째에 3,000 ppm 이상의 농도구배에서 대조구와 비교하여 발광량이 유의하게 감소하는 경향을 보였다. 하지만 24시간째에는 30,000 ppm 농도 조건에서만 대조구와 유의한 차이를 보였으며, 10,000 ppm 이하 농도 조건에서는 차이를 보이지 않았다. 발광미생물의 세포밀도는 분광광도계를 이용하여 흡광도를 측정하였고, 각 농도별 시간에 따른 영향은 발광량 변화와 유사하였다. 용존 이산화탄소 농도 변화와 발광미생물의 발광량 및 세포밀도 사이에는 유의한 농도-반응 관계가 있으며, 다만 상대적으로 짧은 시간에 발생하는 저해영향으로 배양이 지속됨에 따라 뚜렷하게 회복하는 특성을 보여 증가된 농도의 이산화탄소 영향이 항상 일정하지 않음을 보여주었다. 본 연구는 해양미생울 개체군 성장에 미치는 이산화탄소의 영향을 평가한 것으로 향후 해수의 용존 이산화탄소 농도 증가가 미치는 다양한 해양생물에 대한 영향 및 위해성 예측과 평가에 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 또한 해양미생물에 대한 생태영향평가 결과는 이산화탄소 저감을 위해 추진되고 있는 해양 지중저장사업의 환경위해성평가에도 활용될 수 있을 것이다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제10권2호
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• pp.93-101
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• 2007

오염된 연안 저서환경의 생물학적 정화를 목적으로 발광 다이오드(LED)를 이용하여 저서미세조류 Nitzschia sp.(일본 Hakozaki만에서 분리)의 성장에 미치는 광량과 파장의 영향을 조사하였다. Nitzschia sp.는 청색 LED(450 nm), 황색 LED(590 nm), 적색 LED(650 nm) 및 형광램프(복수파장)에서 배양하였다. 온도 $25^{\circ}C$ 그리고 염분 30 psu에서 배양한 Nitzschia sp.는 청색파장에서 $20\;{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$ 그리고 형광램프는 $40\;{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$에서 최대 상대성장속도를 보였으나, 이보다 높은 광량에서는 광 저해현상이 나타났다. 하지만, 황색 파장과 적색 파장의 최대광량에서 ($350\;{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$) 광 저해현상은 관찰되지 않았다. 광량-성장곡선에서 청색 LED는 ${\mu}=-0.46{\exp}(1-I/6.32)+0.46-0.00043I,\;(r^2=0.98)$, 황색 LED는 ${\mu}=0.42(I+7.87)/(I+58.9),\;(r^2=0.99)$, 적색 LED는 ${\mu}=0.39(I+3.39)/(I+21.6),\;(r^2=0.94)$ 그리고 형광램프는 ${\mu}=-0.38{\exp}(1-I/7.23)+0.38-0.00016I,\;(r^2=0.96)$로 나타났다. 청색 LED, 황색 LED, 적색 LED와 형광램프의 최대성장률은 각각 $0.44\;day^{-1},\;0.42\;day^{-1},\;0.39\;day^{-1}$ 그리고 $0.37\;day^{-1}$이었다. Nitzschia sp.의 최대흡수계수는 472 nm($0.0224\;m^2\;mg\;chi.\;{\alpha}^{-1}$)와 663 nm($0.0179\;m^2\;mg\;chi.\;{\alpha}^{-1}$)에서 보였지만, 모든 파장에서(400 nm-700 nm) 거의 유사한 흡수계수를 보였다. 따라서 가을과 겨울동안에는 청색파장을 조사하여 미세조류 성장을 촉진시키고, 봄과 여름동안에는 황색파장을 조사하여 유해조류의 성장억제와 함께 저서미세조류의 성장시켜 오염된 연안 저서환경 개선에 도움을 줄 수 있을 것으로 생각된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권1호
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• pp.1-9
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• 2022

본 연구에서는 폐기물 배출해역의 퇴적물이 해양생물에 미치는 영향을 평가하기 위해 2016~2019년 3개 배출해역; 동해병, 서해병, 동해정 해역의 9개 정점에서 채취한 퇴적물 시료들을 대상으로 국내 해양폐기물공정시험기준에 의거하여 저서성단각류(Monocorophium acherusicum)와 발광박테리아(Vibrio fischeri)를 이용한 독성시험을 수행하였다. 시험결과, 상대평균생존율(저서성단각류)과 상대발광저해율(발광박테리아)이 각각 30 % 이하로서 '독성없음'으로 판정되었으나, t검정을 이용한 독성 평가 결과에서는 총 12개(2016년 6개, 2017년 1개, 2018년 1개, 2019년 4개)의 저서성단각류 시료에서 대조구와 유의한 차이를 나타내었다(p<0.05). 저서성단각류의 독성원인 탐색을 위해 퇴적물 내 8종 중금속 함량(Cr, As, Ni, Cd, Cu, Pb, Zn, Hg)과 저서성단각류 상대평균생존율의 단순선형회귀분석을 수행한 결과, Cr의 저서성단각류 독성 기여도가 가장 높았다(p=0.000, R²=0.355). 또한, 매년 독성영향이 가장 높은 정점(DB-85)의 시료에서 Cr이 여전히 가장 높은 농도로 검출되었으며, 해양환경기준을 매년 초과하였다. 해양폐기물공정시험기준의 생태독성판정 기준 적용 시 '독성없음'으로 평가되는 퇴적물 오염도가 대조구와의 통계적 유의성 검정, 독성원인확인 평가를 적용할 경우 독성영향을 수용 가능한 수준으로 판단하기 어려우므로 향후 종민감도분포곡선을 활용한 정량적 위해성 평가를 통한 준거치를 도출하여 생태독성 영향 판단 기준의 재설정을 고려할 필요가 있다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권9호
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• pp.630-636
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• 2012

본 연구는 해양미세조류 Dunaliella salina을 LED 광원을 이용하여 배양한 연구로 배양에 필요한 최적의 파장, 광도, 공기공급속도 및 배양온도를 찾기 위하여 수행되었다. 낮은 배양온도에서보다는 높은 온도에서 성장이 빨랐으나, 본 실험에서는 $22^{\circ}C$에서 가장 잘 성장하는 것으로 확인되었다. LED 파장에 따른 성장실험에서는 백색 LED가 배양에 가장 효과적이었으며, 광도에 따른 실험에서는 실험 시 고려한 3가지 광도 중(3,000, 6,300, 8,000 Lux) 3,000 Lux에서 최대 세포농도인 1.30 g/L를 나타내었다. 공기공급속도의 증가는 Dunaliella salina의 성장속도와 반비례의 관계를 나타내었는데, 공기를 공급하지 않은 경우의 비증식속도 $1.12day^{-1}$와 비교하면 공기공급은 본 미세조류의 성장에 저해요인으로 작용함을 알 수 있었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제21권6호
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• pp.655-661
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• 2015

본 연구에서는 대표적인 HNS 중 하나인 질산($HNO_3$)의 유출사고가 해양생태계에 미치는 영향을 평가하고자, (1) 식물플랑크톤(Skeletonema costatum)을 이용한 성장저해시험, (2) 무척추 동물(Brachionus plicatilis, Monocorphium acherusicum), (3) 어류(Cyprinodon variegatus) 및 (4) 발광박테리아(Vibrio fischeri)를 이용한 급 만성 독성시험을 질산의 유출로 인한 (1) pH 변화와 사고 후 질산에서 해리된 (2) 질산염($NO_3{^-}$) 농도의 변화에 대해 각각 수행하였다. $HNO_3$를 이용한 pH 변화에 대한 독성시험 결과, M. acherusicum이 무영향농도(NOEC), 최저관찰영향농도(LOEC) 및 반수영향농도($72h-EC_{50}$) 값이 각각 pH 7(0.3 mM), pH 5(1.1 mM) 및 pH 5.2(1.4 mM)로 가장 민감한 영향이 나타났다. $NO_3{^-}$에 대한 독성시험의 결과, B. plicatilis의 만성독성시험(개체군 성장률시험)결과, NOEC, LOEC 및 $96h-EC_{50}$ 값이 각각 5.9 mM, 11.8 mM 및 32.6 mM로 가장 민감한 영향이 나타났다. 결론적으로 질산 유출사고로 인한 해양생물의 독성영향은 pH의 경우, 선박의 최단 인접지역을 제외하면 그 영향은 극히 미미할 것으로 판단되며 질산염의 경우, 해양생물의 생존 및 번식에 직접적으로 영향을 미칠 수 있을 정도의 농도는 일반적인 사고해역에 현실적으로 존재 할 수 없는 농도로 판단된다.

• KSBB Journal
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• 제14권3호
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• pp.342-350
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• 1999

P. phosphoreum을 이용하여 연속 모니터링 시스템을 개발하고자 free cell과 고정화 세포의 중금속 물질에 대한 반응을 일차로 조사하였다. 고정화 물질로는 절차가 비교적 간단하고 bioluminescence 투과성에 영향을 주지 않는 sodium algmate를 사용하였다. Alginate는 발광미생물의 빛 발생 대사를 저해하지 않을 뿐만 아니라 bioluminescence의 투과성이 탁월하였다. 중금속 물질 중에서 $HgCl_2$, $CdCl_2$, $MnSO_4$, $ZnSO_4$를 선택하여 free cell과 alginate 혼합 세포 및 strontium alginate에 고정화한 세포에 노출시켜 반응을 조사하였으며, 또한 독성 및 strontium alginate에 고정화한 gel을 disc type으로 제조하여 중금속 물질에 대한 bioluminescence의 변화를 조사하였다. Free cell과 disc type의 세포가 alginate 혼합세포 및 strontium alginate로 고정화한 세포에 비해서 비교적 민감한 반응을 보였으며 중금속 물질의 농도에 대하여 bioluminescence intensity의 감소율이 비례하여 나타났다. 특히, 고정화 세포인경우 free cell 보다 중금속의 mass transfer에 미치는 영향 때문에 민감성은 떨어지지만 모두 linear regression curve를 나타내었다. Disc type의 경우 alginate에 혼합한 세포와 strontium alginate로 고정화한 세포보다 민감한 반응을 보인 것은 중금속에 노출된 면적이 넓기 때문으로 사료된다. 독성물질에 대한 반응분석을 위하여 Gamma value로부터 $EC_{50}$을 계산하였으며 이를 이용하여 각 중금속 물질의 농도와 P. phosphoreum의 bioluminescence intensity와의 상관관계 및 각 중금속 물질의 독성정도를 산출하였다. $EC_{50}$값을 이용하여 독성정도를 볼 때 4가지 type 모두 $HgCl_2$가 가장 독성이 강한 것으로 나타났다. 본 연구결과를 종합해 볼때 P. phosphoreum을 고정화 할 경우 bioluminescence에 거의 영향을 미치지 않을 뿐만 아니라 bioluminescence의 안정성에도 기여하기 때문에 모니터링 시스템에 적용할 수 있다. 특히 disc type의 고정화 제재는 free cell과 동등한 민감도를 나타내었기 때문에 빛 안정성을 유지하면서 수질 모니터링을 위한 bioluminescence제재로 이용이 가능하다.