넙치, Paralichthys olivaceus 수정란의 부화율을 이용하여 중금속(As, Cd, Cr, Cu, Pb, Zn)의 독성 영향을 조사하였다. 각각의 중금속 As, Cd, Cr, Cu, Pb 및 Zn 노출농도(0, 10, 100, 500, 1000, 2500, 5000 ppb)에 수정란을 48시간 노출시킨 후, 정상 부화율을 백분율로 나타냈다. 중금속을 포함하지 않은 대조구에서의 정상 부화율은 80% 이상이 나타났고, 중금속 노출농도가 증가 할수록 정상 부화율은 농도 의존적으로 감소하였다. 정상 부화율은 각각의 중금속 Cr, Cu, Pb, Zn, As, Cd에 대해 각각 100, 100, 100, 100, 500, 1000 ppb 이상의 농도에서 유의적인 차이가 나타났다. P. olivaceus의 정상 부화율에 대한 각각의 중금속 As, Cd, Cr, Cu, Pb, Zn의 반수영향농도(EC50)를 이용한 독성은 Cr > As > Zn > Cu > Pb > Cd 순으로 나타났다. 각 중금속의 NOEC와 LOEC는 각각 NOEC(As: 100, Cd: 500, Cr: 10, Cu: 100, Pb: 100, Zn: 100), LOEC(As: 500, Cd: 1000, Cr: 100, Cu: 500, Pb: 500, Zn: 500)로 나타났다. 이들 결과로부터 자연생태계 내에서 Cr농도 10 ppb, As, Cu, Pb 및 Zn농도 100 ppb 및 Cd농도 500 ppb를 초과할 경우 P. olivaceus 수정란의 정상 부화율은 독성 영향을 받을 것으로 판단된다. 본 연구 결과를 바탕으로, P. olivaceus의 정상 부화율을 이용한 생물학적 평가방법은 중금속과 같은 유해물질에 대한 해양생태계의 영향을 판단하기 위한 시험방법으로 유용하게 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

산업화에 의해 생성된 여러 가지 오염물질 가운데 중금속인 니켈 (Ni)과 코발트 (CoⅡ)는 연안해역으로 유입 시 극히 미량일지라도 생체 내 축적되어 해양생물의 생리 및 발생에 장애를 일으키는 것으로 알려져 있으며, 먹이연쇄 (food chain)를 통해 생물확대 (biomagnification)됨으로써 해양생태계 전반에 영향을 미칠 수 있다. 성게는 중요한 수산생물로서 발생학 연구가 시작된 이래 해양생물 발생연구의 모델이 되어왔다. Metallothionein은 세포내 유해중금속을 제거하는 기능을 가진 금속결합단백질이며, TGF-β의 activin subfamily로 알려진 Nodal은 척추동물에서 중배엽 및 축 형성에 관여한다고 알려져 있다. 본 연구는 조간대 암반 지역에 서식하는 말똥성게 (Hemicentrotus pulcherrimus)를 이용하여 Ni과 CoⅡ가 말똥성게 (H. pulcherrimus)의 수정 및 배아 발생에 미치는 영향에 대하여 관찰하였다. 말똥성게 (H. pulcherrimus) 체강에 0.5 M KCl를 주입하여 방란 및 방정을 유도하였다. 수집한 정자는 Ni 농도 (0, 10, 25, 50, 100, 500 ppb) 및 CoⅡ 농도 (0, 10, 100, 500, 1,000, 2,500 ppb)에서 30분간 노출시킨 후, 난자와 수정을 시켰다. 수정 10분 후 수정막의 형성 여부를 관찰하여 수정률을 조사하였다. 정상적인 배아발생률은 정자와 난자를 인공수정시킨 후, 각각의 Ni 및 CoⅡ 농도에서 64시간 배양한 후, 플루테우스 유생 (pluteus larva)을 정상과 비정상으로 구분 관찰하여 정상적인 배아발생률을 조사하였다. Ni 노출 64시간째 플루테우스 유생을 대상으로 metallothionein 및 nodal mRNA 유전자 발현을 각각의 유전자 프라이머를 이용하여 annealing온도 50℃에서 중합효소연쇄반응법으로 관찰하였다. 연구결과 수정률은 Ni 및 CoⅡ 농도에 유의적인 영향을 받지 않았다. 정상적인 배아발생률은 Ni 및 CoⅡ 농도가 높을수록 농도 의존적으로 정상적으로 발생하는 개체가 유의적으로 감소하였다. Metallothionein mRNA 유전자는 Ni 농도 10 ppb에서부터 대조군에 비하여 발현이 높게 나타났다. Nodal mRNA 유전자는 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 말똥성게 (H. pulcherrimus) 배아 발생에 미치는 Ni 및 CoⅡ의 영향을 독성치로 나타낼 때, 무영향농도 (NOEC)는 ＜10 ppb로 같게 나왔으며, 최소영향농도 (LOEC)는 각각 25, 10 ppb를 나타냈으며, 반수영향농도 (EC50)는 각각 34.19 및 71.84 ppb를 나타내었다. 본 연구 결과, 말똥성게 (H. pulcherrimus)의 배아발생률을 이용한 생태독성평가 시 Ni＞ CoⅡ순으로 독성이 강한 것으로 나타났으며, 이들 중금속이 연안 해역에 유입되어 10 ppb를 초과할 경우, 연안 생태계 내에 서식하는 생물의 재생산에 유해한 영향을 미칠 것으로 사료된다.

페놀류는 석유정제, 섬유산업, 도로포장 및 광산산업 등의 폐수에 다량 함유되어 있는 내분비계장애 및 독성 물질로서 연안해역으로 유입 시 해양 서식 생물의 생식세포 및 배아 발생 등에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. Metallothionein은 금속결합단백질로서 세포내 중금속이 존재할 경우 결합하여 유해중금속을 제거하는 기능을 하며, Nodal은 척추동물에서 TGF-β의 activin subfamily로 중배엽 및 축 형성에 관여한다고 알려져 있다. 성게는 수정 및 배아 발생과 같은 초기생활사 연구에 중요한 생물 종으로서 유해물질 위해 평가에 유용하게 이용되고 있다. 본 연구는 우리나라 조간대 암반 지역에 서식하는 말똥성게 (Hemicentrotus pulcherrimus)를 이용하여 페놀 (phenol)이 말똥성게 (H. pulcherrimus)의 수정 및 배아 발생에 미치는 영향에 대하여 관찰하였다. 성숙한 말똥성게 (H. pulcherrimus) 체강에 0.5 M KCl를 주입하여 방란 및 방정을 유도하였다. 수집한 정자는 phenol 농도 (0, 10, 100, 500, 1,000, 5,000, 10,000 ppb)에서 30분간 노출시킨 후, 정상 난자와 인공수정을 시켰다. 수정 10분 후 수정막의 형성 여부를 관찰하여 수정률을 조사하였다. 정상적인 배아발생률은 정자와 난자를 인공수정시킨 후, phenol 농도 (0, 10, 100, 500, 1,000, 5,000, 10,000 ppb)에서 64시간 배양한 후, 플루테우스 유생 (pluteus larva)을 정상과 비정상으로 구분 관찰하여 정상적인 배아발생률을 조사하였다. Metallothionein 및 nodal mRNA 유전자 발현은 phenol 노출 64시간째 플루테우스 유생에서 total RNA를 추출한 후, oligo (dT)와 역전사 효소를 이용하여 cDNA를 합성하였다. 합성한 cDNA는 metallothionein과 nodal mRNA 유전자 프라이머를 이용하여 annealing온도 50℃에서 중합효소연쇄반응 (PCR) 방법으로 발현을 관찰하였다. 연구 결과, 수정률은 phenol 농도에 유의적인 영향을 받지 않았다. 정상적인 배아발생률은 phenol 농도가 높을수록 정상적으로 발생하는 개체가 감소하는 농도 의존성을 나타냈다. Metallothionein mRNA 유전자는 phenol 농도가 증가할수록 발현이 높게 나타났으나, nodal mRNA 유전자는 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 말똥성게 (H. pulcherrimus) 배아 발생에 미치는 phenol의 영향을 독성치로 나타낼 때, 무영향농도 (NOEC)는 ＜10 ppb, 최소영향농도 (LOEC)는 100 ppb를 나타냈으며, 반수영향농도 (EC50)는 1,565.86 ppb를 나타내었다. 본 연구 결과, 연안 해역에 유입되는 phenol이 무영향농도 (NOEC) 10 ppb를 초과할 경우, 성게를 비롯한 조간대 암반에 서식하는 생물종의 생식 및 발생에 유해한 영향을 미칠 것으로 판단된다.

Effects of salinity and standard toxic metals on fertilization and embryo development rates were investigated in the sea urchin, Strongylocentrotus nudus. Spawning was induced by injecting 1㎖ of 0.5 M KCl into the coelomic cavity. The fertilization and embryo development rates were below 20% when salinity was 25 psu or lower, but were above 90% when salinity was between 30 and 35 psu. The fertilization and embryo development rates in the control condition (not including Cu and Cd) were greater than 90%, but decreased with a high negative correlation (r) of 0.89 and 0.91 with the increasing of Cu and Cd concentrations, respectively. These results suggest that salinity concentrations for successful fertilization and normal embryogenesis of S. nudus are between 30 and 35 psu, and the biological assays of fertilization and embryo development rates using S. nudus are useful methods for the ecological toxicity test of marine pollution elements.