The objectives of this study were to identify multi-level stressors from blood biomarkers to community-level bioindicators and diagnose the stream ecosystem health in polluted streams. Blood chemistry such as total protein ($T_{Pro}$), blood urea nitrogen ($B_{UN}$), total cholesterol ($T_{Cho}$) and $A_{lb}$umin ($A_{lb}$) were analyzed from sentinel fish tissues; the functions of kidney, gill and liver were significantly decreased in the impacted zone ($I_z$), compared to the control zone ($C_z$). Histopathological analysis showed that fish liver tissues were normal in the $C_z$. Fish liver tissues in the $I_z$, however, showed large cell necrosis and degeneration and also had moderate lobular inflammation and inflammatory cell infiltration of lymphocytic histocytes. Species biotic index (SBI) at species level and stream health assessment (SHA) at community level indicated that chemical impacts were evident in the $I_z$ (ecological health; poor - very poor), and this was matched with the blood tissue analysis and histopathological analysis. The impairments of the streams were supported by water chemistry analysis (nitrogen, phosphorus). Tolerance guild analysis and trophic guild analysis of fish were showed significant differences (P < 0.01) between $C_z$ and $I_z$. Overall, multiple parameter analysis from biomarker level (blood tissues) to bioindicator level (community health) showed significantly greater impacts in the $I_z$ than $C_z$. This approach may be effective as a monitoring tool in identifying the multilateral and forthcoming problems related to chemical pollution and habitat degradation of stream ecosystems.
Many lichens have been used as bioindicators for air pollutants such as $SO_2$. The first ecological study on lichens in Korea was conducted in 1975 by Kim and Lee, disclosing that areas adjacent to the center of Seoul were lichen deserts. Air quality in Seoul has improved significantly since the 1980s. However, the distribution of lichen species has not been reevaluated since then. We examined the spatial and temporal pattern of lichen distribution by selecting six (inner city green [ICG] and four (outer city green [OCG]) sites, based on the distance from the city center of Seoul and the land use pattern. The change in lichen distribution was related to yearly mean concentrations of $SO_2$, $NO_2$, and $O_3$ for the years 1980-2009. Four and 13 lichen species were found in ICGs and OCGs, respectively. Although mean sample numbers per species were much higher in the former, species richness tended to increase with distance from the city center. Since 1980, $SO_2$ has declined drastically to < 0.01 ppm in both ICGs and OCGs, indicating that $SO_2$ is no longer a limiting factor for lichen establishment and growth. In contrast, $NO_2$ has increased steadily for 20 years (1989-2009) and a considerable proportion of lichen species in both ICGs and OCGs are known as nitrophilic or pollution-tolerant species. Appearance of nitrophiles in both ICGs and OCGs and the dominance of a few lichen species in ICGs may reflect the effects of the increase in $NO_2$. In contrast to $SO_2$ and $NO_2$, $O_3$ was higher in OCGs, but it was difficult to identify a causal relationship between $O_3$ and lichen distribution.
The objectives of study were to evaluate fish species compositions of trophic guilds and tolerance guilds and apply ecological fish assessment (EFA) models to Bekjae Weir, Keum-River Watershed. The EFA models were Stream Index of Biological Integrity (SIBI) used frequently for running water and Lentic Ecosystem Health Assessment (LEHA) used for assessments of stagnant water. The region of Bekjae Weir as a "four major river project" was originally a lotic ecosystem before the weir construction (2010, $B_{WC}$) but became more like lentic-lotic hybrid system after the construction (2011, $A_{WC}$). In the analysis of species composition and ecological bioindicator (fish), fish species with a preference of running water showed significant decreases (p < 0.05), whereas the species with a preference of stagnant water showed significant increases (p < 0.05). After the weir construction, relative abundances of tolerant species increased, and the proportion of insectivores decreased. This phenomenon indicated the changes of biotic compositions in the system by the weir construction. Applications of SIBI and LEHA models to the system showed that the two model values decreased at the same time after the weir construction ($A_{WC}$), and the region became more like lentic-lotic hybrid system, indicating the degradation of ecosystem health. The model values of SIBI were 19 and 16, respectively, in the BWC and AWC, and the health conditions were both "C-rank". In the mean time, the LEHA model analysis showed that the values was 28 in the BWC and 24 in the AWC, thus the health was turned to be "B-Rank" in the BWC and "C-Rank" in the AWC. indicating a degradation of ecological heath after the weir construction.
Kim, Ja-Hyun;Yeom, Dong-Hyuk;Kim, Joon-Ha;An, Kwang-Guk
Animal cells and systems
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제16권4호
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pp.329-336
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2012
This study evaluated ecological health, using various biomarkers and bioindicators, of pale chub (Zacco platypus) as a sentinel species, in Daejeon Stream, South Korea, during AprilMay 2011. The biomarkers and bioindicators were compared among three sites of control: Reference ($C_z$), transition ($T_z$), and the urban zones ($U_z$); and the 7-Ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD) activity, DNA damage, acetylcholinesterase (AChE) activity, and vitellogenin (VTG) concentrations were more significantly increased in the $U_z$ than in the $C_z$. Also, physiological markers such as condition factor, liver somatic index, visceral somatic index, and gonad somatic index were significantly increased in the $U_z$ than in the $C_z$. For the health assessments, three categorized parameters of blood chemistry, molecular biomarkers, and physiological bioindicators were standardized and calculated as a star-plot, representing values of Integrated Health Response (IHR). Values of IHR had more significant (P<0.05) increases in the $U_z$ than any other zones, indicating an impairment of ecological health by organic matter, nutrients (N, P), and toxic chemicals. This study is based on low levels of biological organization approach of molecular and physiological biomarkers and bioindicators, so further study of high-levels of biological organization approach such as community and population is required for overall range of health assessments. The approach of IHR values, however, may be useful in providing early warning of future impacts on ecological health.
We investigated the habitat distribution and diversity of ground beetles (Coleoptera: Carabidae), a bioindicator for assessing environmental changes on Geumo Mountain, in survey plots at different altitudes on the southern and northern slopes of Geumo Mountain in South Korea. From April to September 2021, we collected 1,384 individuals, 41 species, and 15 families of Carabidae from the survey sites. The dominant species collected was Synuchus cycloderus (347 individuals), followed by Carabus jankowskii (193 individuals). The monthly distributions of species richness and abundance were as follows: 24 beetles of 9 species in April, 115 beetles of 28 species in May, 288 beetles of 32 species in June, peaking at 379 beetles of 32 species in July, 354 beetles of 23 species in August, and 224 beetles of 14 species in September. Additionally, we collected 305 beetles of 32 species at 400 m, 326 beetles of 31 species at 500 m, 359 beetles of 27 species at 600 m, 582 beetles of 16 species at 700 m, and 112 beetles of 7 species at 800 m near the summit. The habitat distribution by slope was 307 beetles (20 species of 8 families) on the southern slope and 1,077 beetles (34 species of 15 families) on the northern slope. For the 307 beetles of 20 species collected from the southern slope, the diversity, evenness, and dominance indices were 0.981, 0.754, and 0.156, respectively. For the 1,077 beetles of 34 species collected from the northern slope, the diversity evenness, and dominance indices were 1.187, 0.775, and 0.101, respectively.
우리나라 연안에서 생산되는 미역, 김, 파래등 식용 해조류뿐만 아니라 비식용 해조류의 미 량금속 오염 실태를 파악하여 연안산 해조류의 식품 위생학적 안전성을 확보하고자 수은, 카드뮴, 납, 구리, 아연, 니켈, 망간 및 크롬 등을 대상으로 그 함량을 조사하였다. 해조류 총 620건의 시료에 대한 채취지역별 미량금속 함량을 비교한 결과, 수은, 카드뮴, 니켈 및 망간 등은 충남 태안 지역에서 대체로 높게 검출되었고, 크롬은 영덕, 구리는 통영 그리고 납과 아연은 울산지역이 높게 검출되는 경향을 나타내었다. 해조류의 미량금속은 아연, 망간, 리 순으로 우리 체내에서 없어서는 안될 필수성분들의 함량이 높았으며, 다음으로 크롬,니켈, 납의 농도는 비슷한 수준이었고, 카드뮴, 수은 순이었다 또한, 갈조류에서 수은과 카드뮴이 높게, 녹조류에서 크롬, 구리, 망간, 니켈, 납이 높게 그리고 홍조류에서는 아연이 대체로 높게 검출되었다. 식용 해조류의 미량금속 함량은 우리나라의 해산 어$\cdot$패류의 미량금속 잔류허용기준(생물기준, 수은 0.5ppm, 납 및 카드뮴 2.0ppm)과 비교할 때 대단히 낮은 수준이었다. 전국연안에 넓게 분포하며 해안지선에서 쉽게 채취할 수 있는 비식용 해조류인 지충이는 카드뮴과 망간의 biomonitor로, 그리고 애기마디잘룩이와 지누아리는 각각 니켈과 아연의 biomonitor로 유용할 것으로 사료된다. 또한, 식용으로서 이용도가 낮은 갈조류인 고리매는 크롬과 납의 biomonitor로 사용되어질 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 내분비계 장애물질의 영향 및 생태계 건강성의 스크리닝 평가를 위해 미꾸리를 지표종으로 선정하여 대조지점(RA)과 농업지점(AS)에서 biomarker 4가지 항목과 bioindicator 4가지 항목을 포함하여 총 8가지 항목의 생물지표를 분석하였다. 생태계 건강성 평가를 위한 생물지표의 분석 결과 독성 화학물질의 영향을 나타내는 ethoxyresorufin-O-deethylase(EROD), acetylcholinesterase(AChE) 및 DNA damage 등의 생화학적 생물지표는 대조지점(RA)에 비해 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. 반면, 내분비계 장애물질의 영향을 반영하는 vitellogenin(VTG)는 농업지점(AS)에서 유의한 차이를 보이지 않았고, 개체수준의 생물지표(condition factor (CF), hepato-somatic index (HSI), gonado-somatic index (GSI)) 또한 유의한 차이를 보이지 않았다. 따라서 농업지점(AS)의 생태계 건강성은 내분비계 장애물질에 의한 영향은 미비한 것으로 판단되었으나, 농약, 중금속 등과 같은 독성을 보이는 화학물질이나 농업 지역의 특수성에 따른 서식지 환경 조건에 의해 일부 영향을 받은 것으로 사료되었다. 본 연구는 생화학적 생물지표와 개체수준의 생물지표를 이용한 스크리닝 평가로서 농업지역에 대한 종합적인 생태계 건강성 평가를 위해서는 생물지표 적용 항목을 확대하고, 개체군이나 군집 수준의 분석이 추가적으로 적용 되어야 하며 수생태계 내의 추정 오염물질에 대한 분석이 필요할 것으로 사료된다.
한국산 요시마쯔깔따구(Chironomus yoshimatsui)의 세 가지 중금속(납, 카드뮴, 수은)에 대한 급성독성 및 행동 독성을 외국 표준 실험 종인 리파리깔따구(C. riparius)와 비교하였다 48시간 및 96시간 동안 수중 노출(water-only exposure)을 시킨 후 두 가지 실험종의 반수치사농도($LC_50$)및 깔따구의 유영 능력 감소에 영향을 주는 농도($EC_{50}$)를 바탕으로 두 실험 종간의 차이를 살펴보았다. 카드뮴과 납에 대하여는 요시마쯔깔따구가 리파리깔따구에 비해 둔감한 반응을 보였으며, 수은에 대하여는 요시마쯔깔따구가 더 민감한 반응을 나타냈다. 모든 실험에서 $LC_50$값과 $EC_{50}$값의 비율이 1보다 높게 나와 사망률보다는 유영 능력을 기준으로 실시한 급성독성 평가가 더욱 민감한 결과를 얻었다. 노출 기간에 따른 급성독성 차이를 살펴본 결과 노출 기간이 길수록 급성독성 및 행동독성도 높게 나타났다.
Our aim was to investigate the genotoxicity of ambient air in the Krak$\acute{o}$w area after Fukushima Nuclear Power Plant (NPP) accident and compare with results from Chernobyl fallout. For the detection of ambient air genotoxicity the technique for screening gene mutation frequency in somatic cells of the $Tradescantia$ stamen hairs ($Trad$-SH assay) was used. Since 11th of March 2011 (Fukushima NPP accident), several pots containing at least 15 shoots of bioindicating plants were exposed to ambient air at 2 sites in the Krak$\acute{o}$w surrounding area, one in the city center, and about 100 pots in a control site (in the glasshouse of the Institute of Nuclear Physics) Continuous screening of mutations was performed. Progenies of 371,090 cells exposed were analyzed. Mutation frequency obtained in the first 10 days has shown a mean control level (GMF*100=$0.06{\pm}0.01$). At scoring period related to influence of a potential Fukushima fallout, a significant increase of gene mutation frequencies above the control level was observed at each site in the range, 0.10~0.33 depending on the location, (mean value for all sites GMF*100=$0.19{\pm}0.05$) that was associated with a strong expression of toxic effects. In the reported studies following the Chernobyl NPP accident monitoring $in$$situ$ of the ambient air genotoxicity was performed in the period since April $29^{th}$ till June $3^{rd}$ 1986 also with Trad-SH bioindicator. In general, mutation frequency increases due to Chernobyl fallout(GMF*100=$0.43{\pm}0.02$) were corresponding to fluctuation of radioactivity in the air reported from physical measures, and to published reports about increase in chromosome aberration levels. Although, recent data obtained from monitoring of the ambient air quality in the Krak$\acute{o}$w and surroundings are lower when compared to results reported after Chernobyl NPP accident, though results express a significant increase above the control level and also are corresponding with increased air radioactivity reported from physical measurements. Statistically significant in comparison to control increase in gene mutation rates and more prolonged than that after Chernobyl fallout increase of GMF was observed during the period following the Fukushima NPP failure.
대기오염물질에 대한 지표식물로서의 활용 가능성이 알려지고 있는 들깨 수원 16호를 대상으로 대기오염물질에 대한 식물의 반응에 중요하게 작용하는 기공의 개폐와 관련된 K와 EC를 주 변화요인으로하여 $NO_2$, $O_3$, $SO_2$ and $NO_2+SO_2$ 가스를 접촉시키면서 들깨의 가시적 지표성과 생장에 미치는 영향을 양액재배 실험으로 파악하고자 하였다. 들깨의 건물생산량은 55일 후에 K100 및 200mg/l 처리구에서 32.2 g/주로 가장 높았고, EC는 2.0 ds/m에서 16.3g/l으로 가장 높았다. 기공확산저항은 7-8위엽이 전개된 시기에 K 200mg/l와 2.0mg/l에서 가장 낮았다. 한편 K 50, 100mg/l, EC 0.5 ds/m 처리에서 대기오염가스의 접촉량의 증가에 따른 가시피해도의 증가가 가장 균일하게 나타났다. 따라서 K 50-100mg/l 수준, EC 0.5-1.0 dS/m 수준, 7-8위엽이 전개된 시에 들깨 수원 16호는 가장 뛰어난 대기오염 지표성을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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