The purpose of this study is to analyze the correlation between ecotoxicity and water quality items using Daphnia magna in public sewage treatment plant process and to obtain operational data to control ecotoxicity through research on removal efficiency. The average value of ecotoxicity was 1.39 TU in the influent, 1.50 TU in the grit chamber, and 0.84 TU in the primary settling tank and it was found that most organic matters, nitrogen, and phosphorus were removed through biological treatment in the bioreactor. Using Pearson’s correlation analysis, the positive correlation was confirmed in the order of ecotoxicity and water quality items TOC, BOD, T-N, NH3-N, SS, EC, and Cu. As a result of conducting a multilinear regression analysis with items representing positive correlation as independent variables, the regression model was found to be statistically significant, and the explanatory power of the regression model was about 81.6%. TOC was found to have a significant effect on ecotoxicity with B=0.009 (p<.001) and Cu with B=16.670 (p<.001), and since the B sign is positive (+), an increase of 1 in TOC increases the value of ecotoxicity by 0.009 and an increase in Cu by 1 increases the value of ecotoxicity by 16.670. TOC (β=0.789, p<.001) and Cu (β=0.209, p<.001) were found to have a significant positive effect on ecotoxicity. TOC and Cu have a great effect on ecotoxicity in the sewage treatment plant process, and it is judged that TOC and Cu should be considered preferentially and controlled in order to efficiently control ecotoxicity.

Microplastics and nanoplastics (NMPs) are considered one of hazardous contaminants in marine ecosystems due to their toxic effects, such as reproduction disorder and oxidative stress, on marine organisms. Although water temperature is rising due to global climate change, little information on the toxicological interaction between NMPs and temperature is available. Therefore, in this study, we confirmed the toxicity of NMPs (polystyrene [PS] beads; 0.05- and 6-μm) on brackish water fleas (Diaphanosoma celebensis) depending on increased temperature (30°C and 35°C) at individual and molecular levels. In the chronic toxicity test, the group exposed to high temperatures showed an earlier first reproduction time compared to the normal temperatures group, but it was delayed by co-exposure to NMPs at 35°C. Notably, the total reproduction decreased significantly only after 0.05-μm PS beads exposure at 30°C. Interaction analysis showed that first reproduction time, modulation of the antioxidantrelated gene (GSTS1), heat shock gene (Hsp70), and ecdysteroid pathway-related genes (EcR_A, EcR_B, and CYP314A1) were closely related to temperature and PS beads size. These results indicate that microplastics have size-dependent toxicity, and their toxicity can be enhanced at high temperatures. In addition, higher temperatures and PS beads exposure may have negative effects on reproduction. This study suggests that various factors such as water temperature should be considered when evaluating the toxicity of microplastics in marine ecosystems, and provides an understanding of the complex toxic interaction between water temperature and microplastics for marine zooplankton.

플라스틱은 전세계적으로 사용량이 증가함에 따라 해양 환경으로 유입되는 플라스틱 쓰레기의 양도 꾸준히 증가하고 있으며, 미세플라스틱은 해양 생물에 의해 섭취되어 소화관에 축적됨에 따라 성장과 생식에 유해한 영향을 미친다. Cytochrome P450 (CYP)는 환경 오염물질을 대사하 는 해독효소로 알려져 있으나 지각류에서는 그 기능에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 본 연 구에서는 기수산 물벼룩 Diaphanosoma celebensis에서 clan 2, 3, 4에 각각 속하는 CYP 유전자 9종(clan 2: CYP370A4, CYP370C5; clan 3: CYP350A1, CYP350C5, CYP361A1; clan 4: CYP4AN-like, CYP4AP2, CYP4AP3, CYP4C33-like1)의 서열에 대해 진화적으로 보존된 서열의 유사도를 분석 하고 계통분석을 실시하였다. 또한 3종류의 서로 다른 크기의 polystyrene beads (0.05-, 0.5-, 6-μm PS beads; 0.1, 1, and 10 mg/L)에 48시간 노출된 기수산 물벼룩에서 이들 9종의 CYP 유 전자의 발현을 real time reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR)로 분석하였 다. 결과적으로 기수산 물벼룩 CYP 유전자는 모두 진화적으로 보존된 motif를 가지고 있으며 계통분석 결과 각각 clan 2, 3, 4에 속하는 것으로 확인되었다. 이는 기능적으로 보존되어 있음 을 의미한다. CYP 유전자 중 clan 2에 속하는 CYP370C5와 clan 3에 속하는 CYP360A1, 그리고 clan 4에서는 CYP4C122 유전자의 발현이 0.05-μm PS beads에 노출되었을 때 유의하게 증가 하는 양상을 보였으며, 이는 이들 유전자가 PS 대사에 관여한다는 것을 의미한다. 본 연구는 미세플라스틱이 해양 무척추 동물에 미치는 생물 영향을 분자적 수준에서 이해하는데 도움이 될 것이다.

수은은 생물 축적과 먹이사슬을 통한 생물 농축되며, 미량에서도 유해한 영향을 나타내기 때문 에 해양 환경 내에서 중요한 문제가 되고 있다. 그러나 해양 소형 갑각류에 대한 수은의 생 물 영향은 다른 금속에 비해 연구가 미흡하다. 본 연구에서는 기수산 물벼룩 Diaphanosoma celebensis을 아치사 농도(0.2, 0.4, 0.8 μg/l)의 무기 수은(HgCl2)에 48시간 노출시킨 후, 대사 관련 유전자의 발현 양상을 조사하였다. 해독효소 유전자 5종(cytochrome P450; cyp360A1, cyp361A1, cyp4AP3, cyp4C122, cyp370C5)과 소화효소 6종(alpha amylase (AMY), alpha amylase related protein (AMY-like), trypsin (TRYP), chymotrypsin-like protein (CHY), lipase (LIP), pancreatic lipase-related protein (PLRP))의 유전자 발현을 quantitative real time reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR)을 이용하여 분석하였다. Cyp 유전자의 경우 clan2에 속 하는 cyp370C5와 clan4에 속하는 cyp4AP3 유전자의 발현이 농도 의존적으로 유의하게 증가 하였다. 한편 소화효소 유전자 중에서는 단백질 소화와 관련 있는 TRYP 유전자의 발현이 농도 의존적으로 증가하였다. 이러한 결과는 cyp370C5와 cyp4AP3가 수은 독성을 해독하는 과정 에서 중요한 역할을 담당할 것으로 보이며, 수은이 소화효소 유전자의 발현을 조절함으로써 에너지 대사에 영향을 미칠 수 있음을 제시한다. 본 연구는 해양 소형 갑각류에서 수은에 대한 분자 수준의 영향을 이해하는데 도움이 될 것이다.

In crustaceans, molting is regulated by interactions between ecdysteroid and juvenile hormone (JH) signaling pathway-related genes. Unlike the ecdysteroid signaling pathway, little information on the role of JH signaling pathway-related genes in molting is available in zooplanktonic crustaceans. In this study, three genes (juvenile hormone acid O-methyltransferase (JHAMT ), methoprene-tolerant (Met ), and juvenile hormone epoxide hydrolase (JHEH )) which are involved in the synthesis, receptor-binding, and degradation of JH were identified using sequence and phylogenetic analysis in the brackish water flea, Diaphanosoma celebensis. Transcriptional changes in these genes during the molting cycle in D. celebensis were analyzed. Sequence and phylogenetic analysis revealed that these putative proteins may be functionally conserved along with those of insects and other crustaceans. In addition, the expression of the three genes was correlated with the molting cycle of D. celebensis, indicating that these genes may be involved in the synthesis and degradation of JH, resulting in normal molting. This study will provide information for a better understanding of the role of JH signaling pathwayrelated genes during the molting process in Cladocera.

비스페놀A(BPA)는 대표적인 내분비계 교란물질로 광범위한 사용으로 인해 환경 내에서 지속적 으로 검출됨에 따라 인간을 비롯한 다양한 생물에서 성장, 발생, 생식 등에 유해한 영향을 미치 는 것으로 알려져 있다. 따라서 BPA를 대체하기 위한 구조 유사체들이 개발되어 널리 사용되고 있으나 이러한 대체제들이 내분비계 교란 작용을 갖는지에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에 서는 BPA와 그 구조 유사체인 BPS와 BPF에 노출시킨 기수산 물벼룩 Diaphanosoma celebensis 에서 탈피과정에 관여하는 ecdysteroid 합성(nvd, cyp314a1), receptors (EcRA, EcRB, USP, ERR), 그리고 하위 경로에 있는 유전자(HR3, E75, Vtg, VtgR)의 시간 별 발현 변화를 조사하였다. nvd 와 cyp314a1 유전자의 발현은 BPA 보다 BPF에서 6시간 일찍 발현이 증가하는 양상을 보인 반 면, BPS의 경우에는 이들 유전자의 발현이 24시간 내내 감소하는 양상을 보였다. BPA와 BPF 노출 시 EcR 유전자들의 발현 양상도 이와 유사한 경향을 보였다. ERR 유전자의 발현은 BPF와 BPS에서 BPA 보다 6시간 일찍 발현이 증가하는 양상을 보였고, HR3, E75, VtgR의 유전자 발현 도 노출군에서 시간 차이는 있지만 유의하게 증가하는 양상을 보였다. 반면 Vtg는 24시간 이 내에서는 크게 증가하지는 않았다. 이러한 결과는 BPA 뿐 아니라 BPF와 BPS도 탈피에 관여하 는 호르몬의 합성 및 조절 경로의 유전자의 발현을 조절할 수 있으며, 서로 다른 기전으로 기 수산 물벼룩의 내분비계를 교란시킬 수 있는 능력을 갖는다고 볼 수 있다. 본 연구는 비스페놀 구조 유사체가 기수산 물벼룩의 탈피과정에 관여하는 분자 경로 어떻게 영향을 미치는지를 이해하는데 도움이 될 것이다.

17β-estradiol (E2)는 난소로부터 방출되는 호르몬으로 가정 및 축산 오폐수에 포함되어 환경으 로 지속적으로 유출된다. E2는 높은 에스트로겐 활성을 가지고 있어 갑각류의 발달과 생식에 영향을 미치는 내분비계교란물질로 알려져 있다. 갑각류의 발달은 탈피호르몬(ecdysteroid)의 신호 전달 과정에 의해 이루어지지만 E2가 소형 갑각류의 탈피호르몬 경로 유전자를 어떻게 조 절하는지에 대한 연구는 매우 미흡하다. 본 연구에서는 기수산 물벼룩 Diaphanosoma celebensis 에서 E2에 대한 급성 독성 시험을 통해 24-h LCx 값을 도출하였고, E2 노출에 따른 탈피호르몬 경로에 관여하는 7개의 유전자(CYP314a1, EcRA, EcRB, USP, ERR, Vtg, VtgR)의 시간별 발현 변 화를 quantitative real time polymerase chain reaction (qRT-PCR)을 이용하여 분석하였다. D. celebensis의 24-h LC50 값은 9.581 mg/l (95% C.I.: 7.697~11.927 mg/l), 24 h-LC10 값은 4.842 mg/l (95% C.I.: 3.683~6.366 mg/l)로 나타났다. CYP314a1, EcRA, USP, VtgR 유전자의 발현이 12시간 또는 24시간에 유의하게 증가하는 양상을 보였다. 이러한 결과는 E2가 D. celebensis의 탈피호 르몬 경로에 관련하는 유전자의 발현을 조절함으로써 탈피와 생식에 영향을 미칠 수 있을 것 임을 시사한다. 본 연구는 소형 갑각류에서 내분비계교란물질이 탈피 경로에 미치는 영향에 대한 분자 기전을 이해하는데 도움이 될 것이다.

다환방향족탄화수소류(PAHs)는 해양 환경에 오랜 기간 잔류하며 해양 생태계에 유해한 보편적 인 환경 오염 물질이다. PAH류는 대부분 해양 환경에서 금속을 비롯한 다양한 오염 물질과 복 합적으로 존재하지만 혼합 오염 물질이 개체에 미치는 영향에 대한 연구는 부족하다. 본 연구 는 HgCl2와 Benzo[a]pyrene (B[a]P)이 해양 생물에 미치는 영향을 개체 수준에서 평가하기 위하 여 기수산 물벼룩(Diaphanosoma celebensis)을 이용하여 단일 및 혼합 급성 독성 시험을 진행 하였다. 혼합 독성 평가에 사용한 혼합물의 농도는 단일 독성 시험을 통하여 얻은 각각의 LC50 을 기준으로 3:7 (Mixture A), 5:5 (Mixture B), 7:3 (Mixture C)의 비율로 혼합하여 결정하였다. 실 험 결과 B[a]P와 HgCl2의 48 h - LC50은 각각 25.75 μg l-1와 3.6 μg l-1로 나타났다. 혼합 독성 평 가 결과 Mixture A, B, C에서 TU는 각각 1.06, 0.83, 0.96로 나타났다. 이는 Mixture A, B, C가 CA 모델에 따라 작용함을 보여주며, HgCl2와 B[a]P의 상호작용을 연구하기 위해 CA 모델을 사용 하는 것이 적합할 것으로 생각된다. 본 연구는 금속과 PAH류의 혼합 독성 평가를 위한 기초 자료가 될 수 있을 것이다.

Bisphenol A (BPA), a representative endocrine disrupting chemicals, has adverse effects on growth, development and reproduction in aquatic organisms. The object of this study was to investigate the modulation of antioxidant enzyme - coding genes using quantitative real time RT - PCR (qRT - PCR), enzyme activity and total protein content, to understand oxidative stress responses after exposure to BPA for 48 h in brackish water flea Diaphanosoma celebensis. The BPA (3 mg L-1) significantly upregulated the expression of Cu / Zn - SOD, Mn-SOD, and catalase (CAT ) mRNA. Three GST isoforms (GST-kappa, GST-mu, and GST-theta) mRNA levels significantly increased at the rate of 0.12 mg L-1 of BPA. In particular, GST-mu showed the highest expression level, indicating its key role in antioxidant response to BPA. SOD activity was induced with a concentration - dependent manner, and total protein contents was reduced. These findings indicate that BPA can induce oxidative stress in this species, and these antioxidants may be involved in cellular protection against BPA exposure. This study will provide a better understanding of molecular mode of action of BPA toxicity in aquatic organisms.

수은은 다양한 산업활동에 사용되어 해양 환경 내에 지속적으로 유입되며 먹이사슬을 따라 축 적되며 생물체 내로 유입 시 해양 생물의 성장, 발생, 생식, 대사 등에 악영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 기수산 물벼룩 Diaphanosoma clelbensis에 대한 수은의 급성 독성과 산화적 스 트레스 지표(총 glutathione 함량, GST, GR, GPx 활성)를 이용한 항산화 반응을 조사하였다. 24시 간 수은을 노출시킨 결과 생존율이 농도 의존적으로 감소하는 양상을 보였으며, 24시간 LC50 값은 0.589 mg/l (95% C.I. 0.521~0.655 mg/l)로 나타났다. 수은(0.08과 0.4 mg/l)을 24시간 노출 시킨 D. celebensis에서 총 glutathione 함량은 유의하게 감소하는 양상을 보였으며, GST, GR, GPx 활성은 유의하게 증가하는 양상을 보였다. 이러한 결과는 수은 노출에 의해 D. celebensis 에서 산화적 스트레스가 유도되었음을 의미하며, 이들 산화적 스트레스 지표의 변화는 세포 내에서 방어기전으로 작용하였음을 나타낸다. 본 연구는 D. celebensis에서 수은 독성의 분자 메커니즘을 이해하는데 도움이 되며, 중금속 오염된 해양 생태계 모니터링과 해양 생물의 건 강성 평가에서 이들 분자지표의 활용 가능성을 제시한다.

Aquatic ecosystems are receiving various harmful effects due to anthropogenic chemical pollutions. To protect wildlife, risk assessments of the chemicals are conducted using reference indexes of toxicity estimated by species-level laboratory tests and/or micro-/mesocosm community-level studies. However, the existing micro-/mesocosm communities are structurally too complicated, and it is also difficult to compare the experimental results directly with those from species-level tests. Here, we developed a procedure of a simple bi-trophic microcosm experiment which contains the common species (a green algae, Pseudokirchneriella subcapitata and a cladoceran, Daphnia magna) for testing chemical toxicities. For the proper operation of bitrophic microcosm experiment, the minimum required concentration of primary producer (P. subcapitata) is 5×105 cells mL-1. The microcosm system showed higher stability when the initially introduced D. magna population was composed of neonates (<24-h old) than adults and those mixture. This simple microcosm system would be an applicable tool to estimate the disturbing impacts of pollutants on plant-herbivore interactions, and linking the species- and population-/community level risk assessments in the future studies.

The vitamin E enhanced transgenic soybean was developed by introducing a perilla γ- tocopherol methyltransferase gene (γ-TMT) under the control of pea vicilin promoter and a selection marker, phosphinothricin acetyltransferase (PAT) gene. With regard to the potential problems of safety, the non-target organism evaluation is required as an essential element for the environmental risk assessment of genetically modified (GM) crops. We studied the effects of the vitamin E enhanced transgenic soybean feeding on survival of Daphnia magna which is commonly used as a model organism in ecotoxicological studies. The Daphnia magna was fed on vitamin E enhanced transgenic soybean and non-genetically modified (non-GM) soybean (Willams 82) at 0, 1,000, 1,800, 3,240, 5,830, 10,500 and 20,000 mg/L concentrations, respectively. The GM soybean used for the test was confirmed to have the γ-TMT/PAT gene expression by the enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and polymerase chain reaction (PCR) analysis. The results showed that there was no significant differences between cumulative immobilities of Daphnia magna fed on GM soybean and non-GM soybean. The 48hr-EC50 values showed no significant differences between GM soybean (2,416 mg/L) and non-GM soybean (2,408 mg/L). The results of this study suggested that there was no significant differences in toxicity for Daphnia magna between GM soybean and non-GM counterpart.

The aim of this study was to assess the interaction between Daphnia similis and various organisms related to the rice paddy ecosystem. We selected several organisms that are likely to prey on D. similis and evaluate predation rate as well as responses of D. similis to the chemical compounds exuded by these organisms. As a result of predation experiment, larval dragonfly (Anax parthenope) and Triops longicaudatus were clearly shown decreasing abundances of D. similis. Especially, Triops longicaudatus was observed higher feeding rates on D. similis than larval dragonfly. Chemical compounds from the vertebrates such as fish (Misgurnus anguillicaudatus, Pseudorasbora parva, Micropterus salmoides) and tadpole of frog (Rana nigromaculata) did not affect the life history of Daphnia. However, a potential predatory fish P. parva induced significantly longer tail spine in Daphnia. In addition, among the invertebrates (T. longicaudatus, A. Parthenope, Micronecta spp., Palaemon paucidens), chemical compounds exuded by T. longicaudatus induced shorter body and significantly longer tail spine in D. similis.

Nonylphenol is one of endocrine disruptors, as structurally stable, hydrophobic compounds exhibit high condensability and long-lasting in the natural environment. The purpose of this study was to determine the toxic effects of nonylphenol on Daphnia magna. In acute toxicity test, D. magna was exposed for 48 h at concentrations of 0, 10, 18, 32, 56 and 100 μg L-1 nonylphenol. In chronic toxicity test, D. magna were exposed through water for 21 days at concentrations of 0, 1.0, 1.8, 3.2, 5.6 and 10 μg L-1 nonylphenol. Acute toxicity was assessed on the basis of immobility, while chronic toxicity was assessed on the basis of fecundity. The acute toxicity test on nonylphenol was showed that the values of 24 h and 48 h EC50 were 25.0 μg L-1 and 13.7 μg L-1, respectively. In chronic test, fecundity was reduced significantly at 5.6 μg L-1 of nonylphenol. These results indicated that nonylphenol have some hazard for acute or chronic toxicity to freshwater invertebrate organism.

본 연구에서는 정제되지 않은 ZnO 및 TiO₂나노입자를 M4배지에 노출시켜 두 나노입자가 어느 정도 크기의 응집체로 변화되는지를 살펴보고 또한 두 나노입자가 수생태계 생물종인 Daphnia magna에 어떠한 영향을 초래하는지 유영저해 및 폐사율을 통해 살펴보았다. ZnO 및 TiO₂나노입자의 분말상태 크기는 각각 20 nm와 40 nm였지만, M4배지에서는 1333 nm와 1628 nm로 약 40~70배의 크기로 응집되었다. 유영저해의 경우 ZnO와 TiO₂나노입자 모두 시간 및 농도가 높아질수록 D.magna가 유영하는데 영향을 미친 것으로 나타났으며, 특히 ZnO나노입자가 TiO₂나노입자에 비해 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 폐사율의 경우 ZnO나노입자에서는 시간 및 농도가 높아질수록 폐사되는 비율이 높았으며, TiO₂나노입자에서는 72시간이 경과된 시점의 10 ppm 이상의 농도에서 폐사하는 것으로 관찰되었다. 이는 나노입자가 해양에 유입됨으로 인해 원래의 크기에 비해 응집되어 증가되어진다는 것을 알 수 있으며, 또한 그 응집체로 인해 수생태계 생물에 영향을 주는 것으로 나타났다.

물벼룩 급성 독성 평가를 위한 비타민A 강화벼의 분자생물학적 특성을 분석한 결과, Southern blot에서 베타-카로틴 생합성을 위한 Psy와 CrtI 유전자들이 one-copy로 도입됨을 확인하였으며, 선발마커인 Bar 유전자의 단백질 검출 immunostrip 분석에서도 비타민A 강화벼에서만 검출되었다. 비타민A 강화벼의 목적하는 최종 산물인 베타-카로틴 함량도 낙동벼에 비해 8.9배 증가됨을 확인하였다. 비타민A 강화벼와 낙동벼의 농업환경 생물지표종인 물벼룩(Daphniamagna)에 대한 급성독성시험을 실시한 결과, 비타민A 강화벼의 48시간-EC50은 3,311.40 mg/L(95% 신뢰한계 : 2,901.39 ~ 3,779.23 mg/L), 무영 향농도(NOEC)는 1,800 mg/L였고, 낙동벼는 48시간-EC50은 3,655.23 mg/L(95% 신뢰한계 : 3,156.71 ~ 4,232.86 mg/L), 무영향농도는 1,800 mg/L였다. 따라서 Psy와 CrtI 유전자가 형질전환된 비타민A 강화벼 및 낙동벼가 환경 지표생물종인 물벼룩에 미치는 영향 평가 결과 상대적 동등성을 보였으며, 이는 Psy와 CrtI 유전자의 단백질 노출이 물벼룩에 부정적인 영향을 미치지 않은 것으로 판단된다.