중금속은 다양한 경로를 통해 환경 중 배출되어 서식 생물에 노출되며 체내 다양한 생리학적 불균형을 유도한다. 본 연구에서는 수서생물지표종으로 이용되는 깔따구 (Chironomus riparius)를 이용하여 야외 중금속 (Al, Aluminum; Cr, Chromium; Cu, copper; Mn, Manganese; Zn, Zinc) 농도 노출에 따른 다양한 분자발현 반응과 상관성을 분석하였다. 생물 체내 분자 반응을 관찰하기 위해 heat shock protein 40, 70, 90 (HSP40, 70, 90), cytochrome 450 (CYP450), Glutathione S-transferase (GST) and Serine-type endopeptidase (SP)를 이용하였다. 그 결과, 스트레스 분자마 커로 이용되는 HSPs 유전자들은 중금속 노출된 개체들에서 대조군보다 높은 경향을 보였으며 Cu 노출 시 가장 높은 발현을 나타냈다. 해독에 관여하는 CYP450과 GST 유전자 발현 결과, Cr과 Cu에서는 다른 노출군에 비해 높은 발현 경향을 나타냈다. SP 유전자 발현 결과 Al을 제외한 모든 노출군이 대조군과 유사한 발현 패턴을 보였다. 이와 같은 연구 결과는 실내에서 환경 중 존재하는 실제 농도를 반영한 독성실험을 통해 노출물질과 농도에 따라 특이적으로 발현하는 분자마커 패턴을 보고하였다. 또한, 수생태계로 유입되는 중금속이 하천에 서식하는 생물에 주는 유해 영향에 대한 정보와 분자 지표 유전자들의 현장 적용 가능성을 보여준다.

국내 하천에서 발생하는 준설 및 보 건설은 하천 연속성 차단과 교란을 유도하여 수서 생물서식환경에 변화를 가져 온다. 본 연구에서는 4대강 보 (이포보, IP; 세종보, SJ; 죽산보, JS; 강정고령보, GG; 달성보, DS)에 서식하는 깔따구 군집 분포를 조사하고 서식환경에 영향을 주는 여러 환경인자를 측정하였다. 조사 지역 중 IP, SJ은 다른 조사 지역에 비해 WT, pH, TOC, Chl-a가 낮은 수준을 보였으며, 깔따구 개체수 결과에서는 Chironominae, Orthocladinae, Tanypodinae 가 비교적 균등한 수준으로 관찰되었다. 반면, JS, GG, DS는 Chironominae가 높은 비율로 우점하며, TOC와 Chl-a의 농도가 높게 나타났다. 각 조사 정점에 대한 깔따구 군집 조성의 특징과 환경요인을 반영한 집괴분석 결과 4대강 보는 3개의 그룹으로 구분되었으며, 이는 정점별 환경 차이와 깔따구의 대악 및 하순기절의 구조에 따른 먹이원 선호도 차이와 일치하였다. 따라서 본 연구에서는 연구 정점 간 먹이원의 차이에 의해 깔따구의 군집 구조의 차이가 나타나는 것을 확인 하였으며, 향후 각 깔따구 과 별 주 먹이원에 대한 연구에 대한 필요성을 제시한다.

여름철 집중 강우량 감소에 따른 저서성 대형무척추동 물 군집 변화를 알아보기 위하여 섬진강 본류 25지점을 대상으로 2014년과 2015년 각각 5월과 9월 총 4회 조사를 실시하였다. 서식환경에 중요하게 작용하는 요인인 강우량, 기온, 수질, 수심, 유속, 하상구성을 수집하고 측정하였다. 섬진강의 5월 누적강우량 (CP)은 2014년 2,322.1 mm, 2015년 2,371.0 mm로 큰 차이를 보이지 않았으나, 9월 CP 는 2014년 7,678.2 mm, 2015년 3,726.1 mm로 반절 이상 감소하였다. 여름철 집중강우로 인한 유실효과로, 개체밀도와 종 수는 5월이 9월보다 높았다. 5월은 깔따구류와 세 갈래하루살이, 9월은 네점하루살이, 두점하루살이, 세갈래 하루살이가 우점을 차지하였다. 생물지수와 환경요인과의 상관성 분석 결과, 하상구성 및 유속과 상관성이 있는 것으로 나타났다. 저서성 대형무척추동물 우점종과 환경요인과의 집괴분석한 결과 5월과 9월의 CP와 MT에 따라 4 그룹으로 나뉘었다. 주성분 분석 결과 집괴분석으로 나뉘어진 그룹의 특성을 잘 반영하였으며, 특히 네점하루살이와 두점하루살이는 강우량의 변동을 잘 반영하였다.

인간의 인위적 활동으로 인해 발생하는 중금속 중 카드 뮴 (Cd)과 아연 (Zn)은 다양한 경로를 통해 하천으로 유입 되어 서식생물에게 유해 영향을 준다. 본 연구에서는 도심 하천에서 우점하는 장수깔따구 (Chironomus plumosus)를 이용하여 Cd와 Zn 노출에 따른 생태독성학적 반응을 연구 하였다. 생활사를 고려하여, 생존율, 성장율, 우화율, 성비와 하순기절 기형을 관찰하였다. 장수깔따구 생존율은 Cd 와 Zn 노출에 따라 시간, 농도의존적인 경향을 나타냈다. 성장율은 Cd 노출 후 Day 4와 Day 7, 농도의존적인 감소를 보였으며, 고농도인 50 mg L-1에서 대조군에 비해 급격한 감소를 나타냈다. 또한, 우화율은 10, 50 mg L-1 Cd에서 대조군에 비해 감소함을 관찰하였다. 성비 변화는 100 mg L-1 Zn에서 암컷의 비율이 증가였으나 농도가 높아짐에 따라 수컷의 비율이 높아짐을 보이며 성비불균형이 관찰되었다. 게다가, 장수깔따구의 하순기절에서는 대조군에 비해 Cd와 Zn 노출된 장수깔따구에서 기형이 관찰되었다. 이와 같은 결과는 수생태계로 유입되는 중금속이 하천의 하상저층에 서식하는 저서무척추동물에게 유해한 영향을 주며, 중금속 노출에 따른 생물학적 분석을 위한 현장 지표 종으로서의 가능성을 보여주었다.

Heavy metals resulted from the increase of human industrial activity are introduced into the environment through rainfall and wastewater, and have harmful effects on inhabitants. In this study, we investigated biological responses such as survival rate, growth rate, emergence rate and sex ratio, and morphological effects of mentum deformity in Chironomus plumosus, an indicator organism to evaluate pollutions on aquatic ecosystem. The survival rate of C. plumosus showed time- and dose-dependent decrease after chromium and copper exposures. Growth rate decreased at 4th day after chromium exposure and significantly reduced at exposure to relatively high concentration (copper 1000 mg L-1) for all exposure times. In addition, we observed that the emergence rate by exposure to copper 1000 mg L-1 was significantly lower than that of the control group. The imbalance of sex ratios showed at relatively low concentrations (chromium 10 and 50 mg L-1) with the high proportion of female and at the relative high concentration (copper 1000 mg L-1) with the high proportion of male. Furthermore, the morphological mentum deformities of C. plumosus observed in the exposed group according to chromium and copper exposure. These results suggest that the heavy metal exposure in environment may influence biosynthetic and morphological stresses of benthic invertebrate C. plumosus, and aquatic midge C. plumosus are potential indicators for toxicity assessment of heavy metals such as chromium and copper.

To investigate the changes of dominant species of benthic macroinvertebrates according to the changes of temperature and precipitation, we surveyed twenty sites of the main Seomjin River in May and September in 2013 and 2014. The temperature, precipitation, water quality factors and substrate composition, which are important factors in benthos habitat environment, were collected and measured. The average temperature of the Seomjin River increased by 0.2℃ in 2014 compared to 2013, and the temperature increased from upstream to downstream, showing a difference of more than 3℃. Also, the annual cumulative precipitation (ACP) was increased toward low latitude. The temperature of Seomjin River increased more than twice in September (21.7~24.5℃) after rainfall compared to May (7.6~11.3℃) before rainfall, and CP (cumulative precipitation) increased about 3 times before rainfall (263 mm~287.5 mm) and after rainfall (756.3 mm~882 mm). Due to washing effect by summer precipitation, total number of species and individuals for benthic macroinvertebrates were higher in May than in September. Chironomidae sp. and Choroterpes altioculus were dominated in May, Ecdyonurus levis, Macrostemum radiatum and Choroterpes altioculus were dominated in September. As a result of correlation analysis between community indices and environment factors, it was found that there is a high correlation with boulder and sand among substrate compositions. According to the results of cluster analysis based on temperature, CP and the dominant species of benthic macroinvertebrates in Seomjin River, it was divided into two groups following temperature and CP, and the dominant species and geographical position were reflected and divided into detailed groups.