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ISSN : 1226-9999(Print)
ISSN : 2287-7851(Online)
Korean J. Environ. Biol. Vol.38 No.3 pp.333-342
DOI : https://doi.org/10.11626/KJEB.2020.38.3.333

Toxic effects of phenanthrene on fertilization and normal embryogenesis rates of Mesocentrotus nudus and Hemicentrotus
pulcherrimus

Hoon Choi1,2, Ju-Wook Lee1, Yun-Ho Park1, Seung-Min Lee1, Yoon-Seok Choi1, Seung Heo1, Un-Ki Hwang1*
1Marine Ecological Risk Assessment Center, West Sea Fisheries Research Institute, National Institute of Fisheries Science
(NIFS), Incheon 22383, Republic of Korea
2Department of Life Science, Incheon National University, Incheon 22012, Republic of Korea
*Corresponding author Un-Ki Hwang Tel. 032-745-0680 Fax. 032-745-0686 E-mail : vngi1@korea.kr
09/06/2020 15/07/2020 20/07/2020

Abstract


The aim of this study was to define the toxic effects of phenanthrene (PAHs) on the fertilization and normal embryogenesis rates in the two species of sea urchin (Hemicentrotus pulcherrimus and Mesocentrotus nudus). The sperm and fertilized eggs of both sea urchin species were exposed to serial dilutions of phenanthrene for 10 min and 48 hours, respectively. The fertilization rate and normal embryogenesis rate of H. pulcherrimus and M. nudus were decreased in a concentration-dependent manner. The EC50 for the fertilization rate of H. pulcherrimus and M. nudus was 17.48 mg L-1 and 16.21 mg L-1, and the EC50 for the normal embryogenesis rate was 2.99 mg L-1 and 0.36 mg L-1, respectively. Between the two species, H. pulcherrimus was more sensitive to phenanthrene exposure, and 48 h normal embryogenesis was the more sensitive endpoint. Therefore, the results of this study demonstrated that the exposure of both sea urchin species to phenanthrene caused alterations in egg fertilization and the early developmental stages.


phenanthrene , Hemicentrotus pulcherrimus , Mesocentrotus nudus , toxicity test

둥근성게(Mesocentrotus nudus)와 말똥성게(Hemicentrotus pulcherrimus)의 수정 및 정상 배아발생률을 이용한 Phenanthrene의 독성영향

최훈1,2, 이 주욱1, 박 윤호1, 이 승민1, 최 윤석1, 허 승1, 황운기1*
1국립수산과학원 서해수산연구소 해 양생태위해평가센터
2국립인천대학교 생명과학과

초록

    National Fisheries Research and Development Institute

    서 론

    Phenanthrene과 같은 다환방향족탄화수소류 (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons; PAHs)는 일반적으로 2환 이상의 벤젠 고리로 구성된 화합물의 총칭으로, 유기물질의 불완 전연소에 의하여 주로 발생하며, 자연적으로는 식물과 미 생물의 대사 및 화산활동에 의하여 생성되고, 인위적으로 는 자동차 배기가스, 주거난방시설, 소각장과 발전소 및 유 류의 사용 과정 등에서 생성된다 (Beak et al. 1991;Park et al. 2009). PAHs는 환경 내의 주요한 오염물질로서, 생물 에게 노출되었을 때 돌연변이 및 발암 등을 유발하기 때 문에, 2001년 5월 채택된 스톡홀롬 협약에서 잔류성 유 기오염물질 (Persistent Organic Pollutants; POPs) 중의 한 그룹으로 논의된 바 있으며 (UNEP 2003), 국제암연구소 (International Agency for Research on Cancer; IARC)에 서 Group 1 (인체발암물질)로 지정한 바 있다. 또한, PAHs 에는 200여 종의 이성질체가 존재하며, 환경 내에서 주 로 검출되는 2환에서 6환까지의 16종 (2환: Naphthalene, 3 환: Acenaphthylene, acenaphthene, Fluorene, Phenanthrene, Anthracene, 4환: Fluoranthene, Pyrene, Benz[a]anthracene, 5 환: Chrysene, Benzo[b]fluoranthene, Benzo[k]fluoranthene, Benzo[a]pyrene, Dibenzo[a,h]anthracene, 6환: Indeno[1,2,3- c,d]pyrene, Benzo[g,h,i]perylene)의 경우, 미국 환경보호 청 (US-EPA)에서 우선관리 대상물질로 지정하여 모니 터링하고 있다 (Macias-Zamora et al. 2002; Lee et al. 2019; Honda and Suzuki 2020).

    환경 중으로 배출된 PAHs는 기체 또는 분진에 흡착되 어 대기 중으로 쉽게 확산되며, 대기 중의 PAHs는 해수 면을 통하여 해양으로 직접 유입되거나, 토양에 침적되 어 강우시에 하천을 통하여 해양에 유입된다. 또한, 도시 화 및 산업화에 의하여 형성된 하수종말처리장으로부 터 많은 양의 PAHs가 점 오염원의 형태로 해양에 유입되 기도 한다 (Nikolaou 1984;Botello et al. 1998;Latimer and Zheng 2003;Kanaki et al. 2007;Lim et al. 2007;Qiu et al. 2009;Chen and Chen 2011;Castro-Jiménez et al. 2012). 해 양으로 유입된 PAHs는 물에 대한 용해도가 낮고, 난분해 성으로 비극성인 특징으로 인하여, 연안 및 기수 역의 저 질과 저질 내 유기물에 잔류·축적되어 지속적으로 증가 하여 저서생태계에 악영향을 미치는 것으로 알려져 있 다 (Berardescok et al. 1998; Bartlett et al. 2000;Sung et al. 2014).

    Phenanthrene은 3환의 저분자량 PAHs로, 4개 미만의 탄 소고리로 이루어진 저분자량 다환방향족탄화수소류 (Low molecular weight PAHs; LPAHs)로, 수용해도가 크고 입자 친화력이 작으며, 생물에게 유전독성 및 발암성을 포함하 여 생물에게 급·만성독성을 일으키는 것으로 알려져 있 다. 또한, Phenanthrene은 해양환경 내에서 다른 PAHs보다 고농도로 존재하는 것으로 알려져 있다 (Kim et al. 2003; Sung et al. 2014;Honda and Suzuki 2020). 하지만, 연안서 식생물 중 무척추동물인 성게에 미치는 영향에 대한 연구 는 전무한 수준이다. 또한, Phenanthrene의 해양 유입은 해 수와 퇴적물 같은 환경 중의 농도 증가와 더불어 수산생 물 체내 축적되어, 수산생물을 이용하는 인류의 보건과도 밀접한 연관을 지니고 있기에 시급한 연구가 필요한 실정 이다.

    성게류는 전 세계 연안 역에서 흔히 볼 수 있는 수산생 물로, 산란 유도를 통한 생식세포의 획득으로 인공수정을 통한 수정 및 배아 발생 과정을 손쉽게 관찰할 수 있는 유 용한 시험생물이다. 또한, 초기 배아 발생 과정에서 난할의 분활 및 유생의 골격 형성 등을 쉽게 관찰할 수 있어서 오 염물질에 대한 생태위해성을 판단할 수 있는 시험생물로 도 널리 이용되고 있다 (Jackim and Nacci 1986;Hwang et al. 2014). 또한, 성게의 수정률과 정상 배아 발생률은 해양 환경으로 유입되는 오염물질 등에 대한 위해성을 짧은 시 간에 판단할 수 있을 뿐만 아니라, 급성과 만성독성을 동 시에 평가할 수 있는 장점을 지니고 있다 (Kobayashi 1980;Greenwood 1983;Pagano et al. 1989; Hwang et al. 2020).

    본 연구에서는 해양 생태계 내 1차 소비자를 대표하는 둥근성게 (Mesocentrotus nudus)와 말똥성게 (Hemicentrotus pulcherrimus)의 수정과 정상 배아발달에 미치는 Phenanthrene의 영향을 조사하였으며, 반수영향농도 (50% Effects concentration; EC50), 무영향농도 (No observed effective Concentration; NOEC) 및 최소영향농도 (Lowest observed effective concentration; LOEC) 등을 산출하여 Phenanthren 의 해양환경 기준농도 설정을 위한 귀중한 자료로 활용하 고자 하였다.

    재료 및 방법

    1. 시험생물

    시험생물인 둥근성게 (Mesocentrotus nudus)와 말똥성 게 (Hemicentrotus pulcherrimus)는 현장에서 채집하여 사 용하였다. 둥근성게는 2019년 7월 충청남도 태안군 모 항리 연안 (36°46ʹ38ʺN, 126°07ʹ26ʺE)에서, 말똥성게는 2020년 2월에 전라북도 부안군 격포리 연안 (35°38ʹ04ʺN, 126°27ʹ41ʺE)에서 채집하였다. 채집한 시험생물은 저온상 태에서 이송하여, 자연채광 상태의 유수식 수조에서 15± 1°C로 순치한 후 시험에 사용하였다. 배양액은 자연해수 를 membrane filter (pore size 0.45 μm)로 여과하여 사용하 였다.

    2. 생식세포 획득

    M. nudus의 경우 직경 10 cm, H. pulcherrimus는 직경 3.5 cm 이상으로 충분히 성장한 개체, 각 6마리 이상을 선별하 여 사용하였다. 선별된 성게의 표면을 해수로 세척하여 성 게 표면의 이물질을 제거한 후, 체강 내에 0.5 M KCl 용액 1 mL을 주입시켜 생식세포의 방란 및 방정을 유도한 후, 배양액이 담긴 비이커에 생식공이 충분히 잠기도록 담구 어 정자 및 난자를 포집하였다. 수집한 생식세포 중에서 정자는 1회, 난자는 3회 이상 충분히 세정한 후에 시험에 사용하였다.

    3. 시험용액 조성

    본 시험에 사용된 Phenanthrene (C14H10, Cas No. 85- 01-8)의 시험농도 범위는 예비실험을 통하여 설정되었 다. 모든 시험간 대조구는 0.45 μm membrane filter로 여과 된 자연해수를 사용하였으며, 시험용액농도 조성을 위해, DMSO (Dimethylsulfoxide, Sigma-aldrich, USA)를 carrier solution으로 사용하여, 고농도의 stock solution을 제작한 뒤 0.45 μm membrane filter로 여과된 자연해수를 희석하여 사용하였다. 이때 시험생물에게 노출되는 DMSO의 최종 농도는 NOEC 값인 0.1% 이하로 노출되도록 조성하였다 (Manzo et al. 2006). 시험물질의 기본정보 및 종말점별 시 험농도는 Table 1과 같다.

    4. 수정률 및 정상유생 발생률

    수정률의 경우 6 well plate에 시험용액을 농도별로 10 mL씩 4반복으로 분주한 뒤, 시험용액당 1 μL의 정자를 분 주하여 노출시켰다. 30 min 동안 노출시킨 후, 정자가 주입 된 시험용액에 100~150개의 난자를 넣고, 10 min 뒤 수정 막의 형성 유·무로 수정률을 판단하였다.

    정상유생 발생률의 경우 6 well plate에 시험용액을 농도 별로 10 mL씩 4반복으로 분주하였다. 시험용액당 수정란 은 mL당 10~15개씩 넣어주었다. 이 후 M. nudus는 20± 0.5°C로, H. pulcherrimus는 16±0.5°C로 형광등을 이용하여 100±10 μmol photons m2 s-1, 광주기 8 Light : 16 Dark하에 서 배양하였다. 측정시기는 M. nudus와 H. pulcherrimus가 인공수정 후 pluteus 유생으로 발달 되는 시기인 48 h, 64 h 에 각각 측정하여 정상유생 발생률을 측정하였다 (Hwang et al. 2014). 정상 유생발생은 4-armed pluteus stage 유생의 4개의 arm이 정상으로 발달하였는지의 유무로서 판단한 다. 시험방법의 경우, 해양환경공정시험기준의 해양생물 공정시험기준 제 25항, 성게를 이용한 해양생태독성 시험 방법에 의거하여 수행되었다 (Table 2).

    5. 통계분석

    대조군과 실험군의 유의성 검정은 SigmaPlot software (SigmaPlot 2001, SPSS Inc., USA)의 Student’s t-test로 비교 하였으며 p가 0.05 혹은 0.01 이하인 것을 유의한 것으로 판단하였다. 정상유생발생률에 대한 EC50와 95% 신뢰구 간 (95% Confidence Interval; 95% Cl)은 Toxicalc 프로그램 (Toxicalc 5.0, Tidepool scientific software, USA)의 probit 통 계법을 이용하여 분석하였다. NOEC 및 LOEC는 Toxicalc 프로그램의 Dunnett’s test를 이용하여 분석하였다.

    결 과

    1. Phenanthrene 노출에 따른 수정률의 변동

    M. nudus와 H. pulcherrimus의 정자를 Phenanthrene 농 도 6.25, 12.5, 25, 50, 100 mg L-1과 3.125, 6.25, 12.5, 25, 50 mg L-1에 30 min 간 노출시킨 후, 각각 난자와 10 min 동안 수정한 결과를 관찰하였다 (Fig. 1A, B, E, F). Phenanthrene 에 노출된 M. nudus와 H. pulcherrimus의 수정률은 농도가 높아짐에 따라, 농도 의존적인 감소를 나타냈다. M. nudus 의 경우 대조구에서 수정률이 99±1.49%로 나타났으나, 최소농도인 6.25 mg L-1에서 88.00±5.36%로 수정률의 감 소가 관찰되었으며 (p<0.01), 농도의존적으로 감소해, 최 고 농도인 100 mg L-1에서는 3.00±1.49%로 감소하였다 (p<0.01) (Fig. 2A). H. pulcherrimus의 경우 대조구에서 는 수정률이 100%로 나타났으나, 12.5 mg L-1에서 78.33± 7.03%로 감소하였으며 (p<0.01), 50 mg L-1에서 수정률이 0%로 나타났다 (Fig. 2B).

    2. Phenanthrene 노출에 따른 정상 배아발생률의 변동

    M. nudus와 H. pulcherrimus의 정상 배아발생률에 미치 는 Phenanthrene의 영향을 확인하기 위하여, 각각 0.625, 1.25, 2.5, 5, 10, 20 mg L-1과 0.078, 0.156, 0.313, 0.625, 1.25, 2.5 mg L-1에 48 h과 64 h 동안 노출시킨 후, 정상 배아발생 결과를 관찰하여 백분율로 나타내었다 (Fig. 3). M. nudus의 경우, 대조구의 정상 배아발생률은 91.33±4.78%로 나타 났으나, 최소농도인 1.25 mg L-1에서 70±14.87%로 감소하 였다 (p<0.01). 정상 배아발생률은 Phenanthrene의 농도 가 높아질수록 농도의존적으로 감소하여, 최고농도인 20 mg L-1에서는 8.00±7.87%로 정상유생을 거의 관찰할 수 없었다 (p<0.01) (Fig. 3A). H. pulcherrimus의 경우, 대조구 의 정상 배아발생률은 92.33±7.03%로 나타났으며, 0.078 mg L-1부터 농도의존적으로 감소하기 시작해, 최고농도인 2.5 mg L-1에서는 정상유생을 관찰할 수 없었다 (Fig. 3B).

    3. 독성값

    Phenanthrene이 M. nudus와 H. pulcherrimus의 수정률 과 정상 배아발생률에 미치는 독성 영향의 경우, Phenanthrene의 농도가 증가할수록 수정률과 정상 배아발생률 이 농도 의존적으로 감소하는 sigmoid 곡선 형태를 나타냈 다 (Fig. 4). 수정률의 EC50 값은 각각 17.48 mg L-1, 16.21 mg L-1이었으며, 정상 배아발생률은 2.99 mg L-1, 0.36 mg L-1 으로 나타나, 수정률과 정상 배아발생률 변동의 경우 정상 배아발생률이 더 민감한 지표인 것으로 나타났다.

    M. nudus와 H. pulcherrimus의 수정률과 정상 배아발생률 에 대한 Phenanthrene의 영향을 독성값으로 나타내면, 수 정률에 대한 무영향농도 (NOEC)는 각각 <6.25 mg L-1와 6.25 mg L-1으로 나타났으며, 최소영향농도 (LOEC)는 각 각 6.25 mg L-1와 12.5 mg L-1으로 나타났다. 또한, 정상 배 아발생률에 대한 무영향농도는 0.63 mg L-1와 <0.08 mg L-1로 나타났으며, 최소영향농도는 1.25 mg L-1과 0.08 mg L-1로 나타났다 (Table 3).

    고 찰

    연안환경에서 성게는 암반에 부착하여 생육하는 저서 생물로서, 퇴적물과 해수의 영향을 동시에 받을 수 있는 생물이다. 일반적으로, 둥근성게 (M. nudus)는 조하대에 서, 말똥성게 (H. pulcherrimus)는 조간대에서 생육하는 무 척추동물로서, 생태학적으로 1차 소비자의 역할을 담당하 는 것으로 알려져 있다 (Hwang et al. 2011). 본 연구에서는 Phenanthrene의 독성학적 영향의 규명을 위하여, 두 종 성 게의 초기생활사에 해당하는 수정률과 정상배아 발생률 을 이용하여 독성값을 조사하였다. 반수영향농도 (EC50) 를 기준으로 정상배아발생률은 수정률에 비하여 민감하 게 나타났으며, 이는 분화 정도가 진전된 pluteus 유생시기 가 독성이 증폭되어 표현되기 때문이다 (Hwang et al. 2008, 2009). 또한, H. pulcherrimus가 M. nudus보다 독성에 민감 하게 반응하는 것으로 나타났다. 이는, 일반적으로 같은 종 이라 할지라도 환경·생태학적인 특이성에 의하여 차이를 나타낼 수 있기에 (Yu 1998), 직접적인 이유를 확인하기 어 렵다. 하지만, 두 성게종의 초기배아단계의 생육 적정수온 의 경우, H. pulcherrimus는 16°C이며, M. nudus는 20°C로 차 이가 존재하고, 수정란에서 pluteus 유생으로 발달하는 데 필요한 시간도 각 64 h, 48 h로 차이가 존재한다. 두 생물 간 의 민감도 차이는, 이러한 생리·생태학적 특징을 기반으로 작성된 시험법의 차이에서 기인하는 것으로 사료된다.

    성게와 연안에 서식하는 생물 종의 독성 민감성을 비교 하기 위하여, US-EPA의 ECOTOX 데이터베이스에 등록된 생물종의 EC50값을 비교해 본 결과, 녹조류, 규조류, 해산 로티퍼, 풍년새우, 다모류, 이매패류, 어류 (S. capricornutum, S. costatum, N. palea, B. plicatilis, A. salina, N. arenaceodentata, M. galloprovincialis, C. variegatus)를 포함한 7종에게 미치 는 Phenanthrene의 EC50값은 0.05~136.13 mg L-1으로 나 타난 바 있다. 연안환경에서 다양한 생태적 지위를 가진 생물 종과의 비교를 통해서, M. nudus (2.99 mg L-1)와 H. pulcherrimus (0.36 mg L-1)의 배아발생률 시험은 비교적 민 감한 것으로 나타났다. 특히, H. pulcherrimus의 배아 발생 률 시험은 M. galloprovincialis를 제외한 모든 시험보다 민 감한 것으로 나타나, Phenanthrene의 생태학적 영향을 구 명하기 위한 시험생물로 적합한 것으로 판단된다.

    Pherenthrene의 독성은 생물 체내 지질함량과 Phenanthrene의 Kow (분배계수)에 의존적이며, 지질 내에 축적 된 Phenanthrene의 농도가 임계값 (threshold) 이상이 되면 사망 등의 영향이 나타나는 것으로 알려져 있어, Phenanthrene의 영향이 다양하게 나타나는 것은 생물 체내 지질 함량도 원인이 될 수 있을 것으로 판단된다 (Di Toro et al. 2000;Sung et al. 2014). 다양한 QSAR 예측모델 중, Di Toro et al. (2000)이 제안한 TLM (Target Lipid Model)을 따르면, Phenanthrene이 생물체에 미치는 독성영향은 생물의 종류 와 상관없이 지질함량과 Phenanthrene의 Kow값에 의존적 이며, 이때 지질 내에 축적된 Phenanthrene의 농도가 임계 값 (threshold) 이상이 되면 사망 등의 영향이 나타나는 것 으로 알려져 있다. 연안에서 서식하는 다양한 생물 종의 EC50값을 비교해보면 (Table 3), 독성영향의 정도가 다양하 게 나타나는 것으로 보이며, 일부 생물의 경우 체내 지질 양이 지나치게 낮아, 생물체 내 해당 물질의 영향이 반영 되기 힘들어 생긴 현상이라 사료된다 (Veith et al. 1983;Di Toro et al. 2000;Sung et al. 2014). 하지만, H. pulcherrimus와 M. nudus의 정상 배아발생률시험은 Phenanthrene에 노출 되었을 때, 다른생물종과 비교해 민감하게 반응하여, 조간 대와 조하대를 포함하는 연안환경내에서 유해물질의 환 경영향을 평가하는 시험생물로 이용가치가 높을 것으로 보인다.

    일반적으로, Phenanthrene은 미국환경보호청 (US Environmental Protection Agency; US-EPA)에서 선정한 16개 의 우선관리 PAH를 대상으로 하는 Σ16PAHs 중점적으로 조사되어있다. 하지만, 연안환경 인근에 주로 위치하고 있 는 화력발전소 및 석유제품에서 발생되는 PAHs는, 주로 1~3환 (탄소고리)의 LPAHs이며 (Budzinski et al. 1997;Wu et al. 2003), 실제로 우리나라 울산연안 하천에서 총 PAHs 대비 LPAHs는 갈수기에는 72.5~93.8% (평균 86.3%), 강 수기에는 70.9~91.9% (평균 86.7%)를 차지한다는 보고 도 있다 (You et al. 2012). 또한, 프랑스, 포르투갈 연안역 퇴 적물 내 PAHs 농도는, LPAHs, 특히 Phenanthrene의 농도 가 가장 높게 나타난 바 있다 ( Jung et al. 2004; Cachot et al. 2006;Serafim et al. 2013). 이에 16개의 우선관리 PAHs 중 에서도 환경 내 Phenanthrene의 영향이 가장 우려되는 상 황이다. 국내의 경우 지속적인 연구를 통해 퇴적물과 표 층해수 내 Phenanthrene의 농도분포가 조사되어 왔으며, 퇴적물의 경우 부산 광안리 해변에서 0.02~0.06 mg kg-1, 광양만 유역 21개지점 지점에서 0.01~0.68 mg kg-1 (평균 0.12 mg kg-1)으로 보고된 바 있다 (Chung et al. 2004;Lee 2018). 또한, 해수의 경우 국내 목포연안의 표층해수 내에 Phenanthrene의 농도가 2.31~5.92 ng L-1로 보고된 바 있 다 (Moon et al. 2007). 일부 조사지점의 Phenanthrene 농도 는, 본 연구결과에서 제시된 H. pulcherrimus의 정상 배아발 생률의 LOEC값 (0.078 mg L-1)보다 높게 나타나, 환경 내 에서 초기발생단계에서 영향을 받을 우려가 있다. 또한, 퇴 적물 환경 내에서 Phenanthrene 분자의 반감기는 최대 126 일로 알려져 있어, 연안역 퇴적물에 침적될 경우 저서생물 을 비롯한 다양한 생물에게 치명적인 영향을 미칠 수 있 다 (Karcher 1988; Kanaly and Harayama 2000;Johnsen et al. 2005;Haritash and Kaushik 2009).

    Phenanthrene과 같은 유해물질에 대한 생태학적 영향 은 생물종, 노출기간, 수온 등을 포함하는 시험법의 차이로 영향 정도가 다양하게 나타날 수 있지만, 두 종 성게를 이 용하는 시험법은 이들 물질의 생태학적 영향을 평가하기 에 적절한 것으로 판단된다. 본 연구결과를 통해서, 얻어진 NOEC, LOEC 및 EC50의 독성값은 Phenanthrene을 포함 한 PAHs의 환경 기준농도를 설정하기 위한 유용한 기초 자료로 활용될 것으로 사료된다.

    적 요

    본 연구에서는 다환방향족탄화수소 (PAHs) 중, phenanthrene이 둥근성게 (Mesocentrotus nudus)와 말똥성게 (Hemicentrotus pulcherrimus)의 수정률과 정상유생 발생률에 미치 는 독성 효과를 확인하고자 하였다. H. pulcherrimus와 M. nudus의 모체에서 각각 획득한 정자와, 인공수정을 통하여 획득된 수정란을 phenanthrene에 노출시킨 후, 수정률과 정상배아 발생률을 측정하였다. 시험결과, H. pulcherrimus 와 M. nudus의 수정률과 정상배아 발생률은, 농도 의존적 으로 감소하였으며, H. pulcherrimus와 M. nudus의 수정률에 대한 EC50값은 17.48 mg L-1과 16.21 mg L-1이었고, 정상배 아 발생률의 EC50값은 각각 2.99 mg L-1과 0.36 mg L-1인 것 으로 나타났다. 연구결과, H. pulcherrimus는 M. nudus보다 phenanthrene 노출에 대하여 더 민감하게 반응하는 것으 로 나타났으며, 정상배아 발생률은 수정률에 비하여 더 민 감한 종말점인 것으로 나타났다. 따라서, phenanthrene은 두 종의 성게 정자의 수정과 초기발달 단계를 포함한, 연 안에 서식하는 다양한 생물종에 영향을 미치는 것으로 보 여진다. 그중, 두 종의 성게는 다른 연안 서식 생물 종들에 비하여, Phenanthrene의 bio-monitoring을 위한 민감한 생 물종일 수 있다고 사료된다. 또한, 본 연구를 통하여 도출 된 결과와 독성값 (NOEC, LOEC 및 EC50)은 Phenanthrene 을 포함한 PAHs의 환경 기준농도 설정을 위한 유용한 기 초 자료로 활용될 수 있다.

    사 사

    본 논문은 2020년도 국립수산과학원 경상과제 (R2020 027) 연구비 지원으로 수행하였습니다.

    Figure

    KJEB-38-3-333_F1.gif

    Normal fertilized egg (A, E) and abnormal fertilized egg (B, F) of Mesocentrotus nudus and Hemicentrotus pulcherrimus, respectively. Normal and abnormal fertilized eggs were determined by the presence or absence of a fertilized membrane, which is indicated in (A). Normal pluteus larva (C, G) and abnormally developed larva (D, H) of M. nudus and H. pulcherrimus, respectively. Normal and abnormal pluteus larva was determined by skeletogenesis, especially arm development.

    KJEB-38-3-333_F2.gif

    Fertilization rate of Mesocentrotus nudus (A) and Hemicentrotus pulcherrimus (B) exposed to phenanthrene. The vertical bars represent the 95% CI of the mean (*p<0.05, **p<0.01).

    KJEB-38-3-333_F3.gif

    Changes in the normal embryogenesis rate of Mesocentrotus nudus and Hemicentrotus pulcherrimus exposed to phenanthrene for 48 h and 64 h, respectively. All the points were significantly different from the control group according to the Student’s t -test (*p<0.05, **p<0.01).

    KJEB-38-3-333_F4.gif

    Dose-response curve of Fertilization rate (A) and Normal embryogenesis rate (B) using M. nudus and H. pulcherrimus (C, D) exposed to phenanthrene.

    Table

    Information on phenanthrene used in this study

    Experimental conditions for fertilization and normal embryogenesis rates of both sea urchin species (Mesocentrotus nudus and Hemicentrotus pulcherrimus)

    Toxicity evaluation using fertilization and normal embryogenesis rates in both sea urchins compared to other organisms commonly used in aquatic toxicity testing

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    Vol. 40 No. 4 (2022.12)

    Journal Abbreviation 'Korean J. Environ. Biol.'
    Frequency quarterly
    Doi Prefix 10.11626/KJEB.
    Year of Launching 1983
    Publisher Korean Society of Environmental Biology
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