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SPATIAL VARIATION ON THE PHYSIOLOGICAL AND REPRODUCTIVE PARAMETER OF THEWILDPACIFIC OYSTER, Crassostrea gigas IN SOUTHERN COAST OF KOREA

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Abstract
Part1. Background; Coastal environment assessment program, bioindicator and biomarker.
연안지역은 산업활동에 따른 다양한 종류의 오염물질이 끊임없이 유입되며, 이는 연안에 서식하는 생물체의 성장 및 번식, 면역체계 등에 유해한 영향을 끼친다. 따라서 세계 여러 나라에서는 약 40여년 전부터 연안의 생태학적 위험성 평가를 위해 다양한 모니터링 프로그램을 수행하고 있으며, 수질변화 및 퇴적물, 생물체에 잔류하는 오염물질 측정과 함께 최근에는 생체지표 (biomarker)를 이용한 연안환경 평가를 수행하고 있다. 우리나라의 경우에는 해양환경기준설정 및 개선방안 연구, 해양생태계기본조사, 남해 특별관리해역 생태계 건강지수 개발 등 다수의 프로그램이 수행되고 있다. 그러나 대부분의 연구에서 수질 및 퇴적물의 오염도를 평가하고 있으며, 일부 연구에서 생물체에 미치는 영향에 대한 연구가 진행되고는 있지만 아직까지는 제한적으로 이루어 지고 있는 실정이다. 생체지표는 체내 측정가능한 기질, 구조 혹은 일련의 과정으로 그 다음 단계에 발생할 수 있는 영향을 예측할 수 있는 지표로, 연안환경의 감시 수단으로 활용되고 있으며, 다양한 생체지표 개발이 되어왔다. 그러나 생물체는 항상성 (homeostasis) 유지를 위한 방어 (defense) 및 해독작용 (detoxification)을 통해 일정 수준 이하의 외부 오염물질을 극복 할 수 있고, 번식주기 및 연령에 따라 스트레스에 대한 생리적 반응이 다르게 적용할 수 있기 때문에, 생체지표 선택은 종합적이고 신중하게 이루어져야 한다. 이 연구에서는 향후 연안환경 모니터링 프로그램에 적합한 생체지표 개발의 기초자료를 제공하고자, 서식지의 환경에 다른 굴의 번식생리학적 요인 변화 및 번식생리 요인 외 생리학적 요인의 변화를 조사하였다.

Part 2. Reproductive effort of the wild Pacific oyster, Crassostrea giga sin Gwangyang bay and Jinhae bay off the southern coast of Korea associated with their habitat.
우리나라 남해안은 반 폐쇄성( semi-closed) 작은 만 (bay) 들로 구성되어 있으며, 그 주변은 대규모의 항구 및 산업단지와 도시들로 둘러싸여있다. 따라서 이곳에 서식하는 고착성 이매패류들은 주변 환경에 민감하게 반응을 한다. 이 연구에서는 서식지에 따른 굴의 번식생리 변화관찰을 위해, 2010년 10월 우리나라 남해안에 위치한 광양만과 진해만 15지역 조간대에 서식하는 굴을 채집하여 번식 생리학적 분석을 실시하였다. 채집된 굴은 실험실로 옮겨와 비만도 (condition index) 및 생화학조성분 (총단백질, 총탄수화물), 생식소 발달 단계(gonad developmental stage)와 소화맹낭 위축도 (digestive gland atrophy) 지수와 같은 생리학적 요인을 분석하였다. 굴의 번식량 (reproductive effort)은 indirect enzyme-linked immunosorbent assay를 통해 산출하였다. 분석된 각 항목의 결과값과 환경자료를 수합하여 주좌표분석(principal coordinates analysis, PCO)을 실시하여 번식생리학적 결과와의 상관관계를 분석하였다. 그 결과, 광양만의 경우, 내만의 초남대교와, 섬진강유역의 2지역 (섬진대교와 차면리), 광양만 외만의 5지역으로 3개의 지역 그룹으로 구분할 수 있었다. PCO 분석결과, 내만의 초남대교는 환경인자 중 PBDEs, DDT, Chl-a 및 Silicates가 외만과 차이가 나는 것으로 조사되었고, 이때, 번식생리학적 요인인 egg mass 및 total carbohydrates가 다른 지역에 비해 낮아지고 DGA가 높아지는 것으로 조사되었다. 특히, 초남대교에 서식하는 굴의 번식량의 경우, 외만의 장항 굴에 비해 5.2배 적은 알을 생산하였다. 진해만의 경우, 마산만의 3개 지역이 독립적인 환경으로 평가되었으며, 진해만 내만의 4지역이 하나의 유사한 지역 그룹으로 구분되었다. PCO 분석결과, 진해만 내만과 마산만의 지역 그룹 구분에 영향을 미치는 환경인자는 Nitrate, DIN, DO 및 pH 인 것으로 조사되었으며, 이때, egg mass 및 total carbohydrates와 같은 번식생리학적 요인들이 영향을 받는 것으로 조사되었다. 종합하여 보았을 때, 광양만의 경우, PBDEs 및DDT 와 같은 유기오염물질의 유입이 굴의 번식생리에 부정적인 영향을 미치는 것을 사료되며, 진해만의 경우, 내만에서 낮은 번식량이 Nitrate, DIN과 같은 수질 내 유기영양물의 부족에 기인하는 것으로 사료된다. 즉, 굴의 체내 탄수화물 함량 및 번식량과 같은 번식생리학적 요인은 주변환경의 오염 혹은 결핍현상 발생 시 부정적인 결과를 초래하는 것으로 사료되며, 이와 같은 연구 결과는 향후 연안환경 평가를 위한 모니터링 프로그램에 좋은 지표로 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.

Part3. Physiological variations of the wild Pacific oyster, Crassostrea gigas in Gwangyang bay off the southern coast of Korea influenced by the geographical differences.
서식지에 따른 굴의 번식 외 생리학적 지표의 변화를 조사하기 위해, 광양만 조간대에 서식하는 굴의 세포수준 (cellular level)부터 개체수준 (individual level)까지의 생리학적 변화를 연구하였다. 굴은 2012년 10월 광양만 내만으로부터 외만으로 10개의 지역을 선정하여 조간대에 서식하는 굴을 채집하였으며, 세포수준부터 조직수준 (tissue level), 세포수준의 생리지표를 분석 및 굴 체내에 잔류하는 PAHs 함량과 중금속 농도를 조사하였다. 서식지별 굴의 생리학적 지표와 환경인자 및 굴 체내에 잔류하는 오염물질과의 상관관계를 분석하기 위해 주좌표분석(PCO)을 실시하였다. 그 결과, 내만의 율촌면, 초남대교와 월내동의 한 그룹과 만중부의 중동, 신덕리와 만성리, 외만의 무슬목, 방죽포, 계동과 율림리의 3개 지역 그룹으로 구분할 수 있었다. PCO 분석 결과, 내만과 외만의 지역 그룹 구분은 환경인자 중 As와 Cr과 같은 중금속 농도 및 수질요인 중 POC, Chl-a, pH, DO, phosphate와 nitrate의 차이에 기인된 것으로 조사되었다. 이와 같은 환경요인의 차이는 굴의 생리학적 인자 중 조직수준의 세포화학적 반응 (lysosomalresponse) 및 총탄수화물 함량, 세포수준의 혈구사망률 등에 영향을 미치는 것으로 조사되었다. 이 연구 결과, 광양만 내만의 환경이 굴 대부분의 생리학적 요인에 부정적인 영향을 끼치는 것으로 조사되었으며, 개체수준 및 조직수준에서의 생리인자들이 뚜렷한 상관관계를 보였다. 따라서 연안환경 모니터링에 있어 만성적인 스트레스를 파악하기 위한 생체지표로는 세포수준의 분석보다는 개체수준과 조직수준에서의 지표를 활용하는 것이 적합하다고 사료된다. 이 연구는 국내 최초로 이매패류의 생리지표와 연안환경의 상관관계를 조사한 결과로, 향후 연안환경 평가에 중요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Coastal area is affected by various types of contaminants accompanied by anthropogenic activities. These contaminants could be negatively influenced on the growth, reproduction and immunity of animals. Consequently numerous countries have been conducted monitoring programs for assessment of environmental risk. In these monitoring programs includes the survey alteration of water quality, contaminant concentration in the sediments and assessment of coastal environment using specific bioindicators and biomarkers. Marine bivalves such as oysters are sessile, filter feeder animal, which are often used as a sentinel species in coastal environmental monitoring since changes in the environmental quality are often well preserved in their tissue and shells. In case of Korea, several programs have been conducted as a Study of Standard Utilizing and Improvement of the Marine Environment, National Investigation of Marine Ecosystem, Development of Marine Ecosystem Health Index (MEHI) in the Special Management Areas of the South Sea and so on. However, almost all of studies were assessed the water and sediment quality, few studies were surveyed the effect of environment on the living organisms. Also, living animals has a defense and detoxification mechanisms to maintain a homeostasis, and the response of physiological indices could variated according to their reproductive cycle and age. Therefore, development of suitable biomarkers in monitoring program should be carefully approached. In this dissertation, to provide basic information for developing suitable biomarkers in assessment program of coastal environment, variations of physiology and reproduction of Pacific oysters depending on their habitat were investigated.
Author(s)
정희도
Issued Date
2015
Awarded Date
2016. 2
Type
Dissertation
URI
http://dcoll.jejunu.ac.kr/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000007580
Alternative Author(s)
Jeung, Hee-Do
Department
대학원 해양생명과학과
Advisor
최광식
Table Of Contents
국문요약 1
List of figures 6
List of tables 10
Part1. Background;Coastal environment assessment program, bioindicator and biomarker. 12
Abstract 13
1.Trends of coastal monitoring program 14
2. Biomarkers in monitoring program 18
Part 2. Reproductive effort of the wild Pacific oyster, Crassostrea gigas in Gwangyang bay and Jinhae bay off the southern coast of Korea associated with their habitat. 26
Abstract 27
1.Introduction 28
2. Materials and Methods 31
2.1. Sampling effort and condition index 31
2.2. Biochemical composition 35
2.3. Reproduction effort 36
2.4. Standard animal 37
2.5. Histological preparation 37
2.6. Gametogenesis and digestive gland atrophy 38
2.7. Environmental factor 38
2.8. Statistics analysis 41
3. Result 41
3.1. Condition index 41
3.2. Tissue dry weight and gross biochemical compositions of standard animal 45
3.3. Gonad development and reproductive effort 50
3.4. Digestive gland atrophy 53
3.5. Principal coordinates (PCO) analysis 55
4. Discussion 65
Part3. Physiological variationsof the wild Pacific oyster, Crassostrea gigas in Gwangyang bay off the southern coast of Korea influenced bygeographical differences. 71
Abstract 72
1.Introduction 73
2. Materials and methods 76
2.1. Sampling effort 76
2.2. Individual level analysis 82
2.2.1. Condition index and physiological index 82
2.2.2. Tissue dry weight of standard animal 82
2.3. Tissue level analysis 82
2.3.1. Biochemical composition of standard animal 82
2.3.2. Histopathological observation and digestive gland atrophy 83
2.4. Cellular level analysis 84
2.4.1. Cytochemical responses 84
2.4.1.1. Neutral lipids (NL) 84
2.4.1.2. Lipofuscin (LF) 85
2.4.1.3. Lysosomal membrane stability (LMS) 85
2.4.1.4. Image analysis 86
2.4.2. Hemocyte parameter 87
2.4.2.1. Cell count 87
2.4.2.2. Cellmortality and DNA damage 88
2.4.2.3. Phagocytosis ability 89
2.4.2.4. Neutral red retention time 89
2.5. Pollutant depositionin the oyster tissue 90
2.5.1. PAHs concentration in oyster tissue 90
2.5.2. Heavy metals concentration in oyster tissue 95
2.6. Environmental factor 97
2.7. Statistics analysis 99
3. Results 99
3.1. Individual levels 99
3.1.1. Condition index and physiological index 99
3.1.2. Tissue dry weight of standard animal 103
3.2. Tissue levels 105
3.2.1. Biochemical composition of standard animal 105
3.2.2. Gametogenic stage and histopathological observation 107
3.2.3. Digestive gland atrophy (DGA) 110
3.3. Cellular levels 112
3.3.1. Cytochemical responses 112
3.3.1.1. Lipofuscin (NF) and neutral lipid (NL) in digestive gland cells of oyster 112
3.3.1.2. Lysosomal membrane stability (LMS) of digestive gland cells 115
3.3.2. Hemocyte parameter 117
3.3.2.1. Cell count 117
3.3.2.2. Cell mortality 119
3.3.2.3. DNA damage 121
3.3.2.4. Phagocytosis capacity 122
3.3.2.5. Neutral red retention time (NRR time) 124
3.4. Pollutant deposition in oyster tissue 125
3.4.1. PAHs concentrations 125
3.4.2. Heavy metal concentration 129
3.5. Principal coordinates (PCO) analysis 131
4. Discussion 137
4.1. Study area 137
4.2. Individual level 138
4.3. Tissue level 139
4.4. Cellular level 142
4.5. Contaminant deposition in the oyster tissue 146
Reference 149
Acknowledgements 163
Degree
Doctor
Publisher
제주대학교 대학원
Citation
정희도. (2015). SPATIAL VARIATION ON THE PHYSIOLOGICAL AND REPRODUCTIVE PARAMETER OF THEWILDPACIFIC OYSTER, Crassostrea gigas IN SOUTHERN COAST OF KOREA
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General Graduate School > Marine Life Sciences
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