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ISSN : 1226-9999(Print)
ISSN : 2287-7851(Online)
Korean J. Environ. Biol. Vol.40 No.2 pp.206-213
DOI : https://doi.org/10.11626/KJEB.2022.40.2.206

Growth and maturation period of a brown alga, Scytosiphon lomentaria (Lyngbye) Link in a natural habitat of Sodol, Jumunjin, eastern coast of Korea

Myeong Seok Han, Chan Sun Park1, Eun Kyoung Hwang2,*
Oceanseaweed, Gangneung 24525, Republic of Korea
1Department of Marine and Fisheries Resources, Mokpo National University, Muan 58554, Republic of Korea
2Fisheries Seed and Breeding Research Institute, National Institute of Fisheries Science, Haenam 59002, Republic of Korea
* Corresponding author Eun Kyoung Hwang Tel. 061-530-3910 E-mail. ekh215@korea.kr
03/06/2022 21/06/2022 21/06/2022

Abstract


Ecological characteristics of a brown alga, Scytosiphon lomentaria, were investigated from January 2021 to December 2021 in its natural habitat off Sodol, Jumunjin, eastern coast of Korea. The S. lomentaria population at the site formed widespread patches on mid shore. During the investigation, environmental conditions including seawater temperature, salinity, and dissolved oxygen were monitored at the site. Growth and maturation of the S. lomentaria population were identified through qualitative and quantitative investigations. An estimation of the effective cumulative temperature for maturation of the alga was obtained based on growth data and a biological zero temperature of 8°C. Sporangia were observed from February to May when seawater temperatures ranged from 7.7°C to 16.4°C. A maturation peak was detected in April when seawater temperature was 12.1°C. After zoospore release, the alga became bleached and only the crust remained after June. Developmental initiation of the thallus occurred at temperatures above 8°C. Its maturation required approximately 162 degree-days.



한국 동해안 주문진의 자연산 고리매 (Scytosiphon lomentaria)의 생장과 성숙주기

한명석, 박찬선1, 황은경2,*
오션씨위드
1국립목포대학교 해양수산자원학과
2국립수산과학원 수 산종자육종연구소

초록


    서 론

    고리매 [Scytosiphon lomentaria (Lyngbye) Link]는 갈조 류 솜털목 고리매과에 속하는 해조류로 전 세계의 한대와 온대 해역에 15종이 분포하며, 한국에는 2종이 분포한다 (Boo et al. 2010). 한국에서는 동·서·남해안과 제주 등 전 역의 조간대 중·하부와 조수웅덩이의 바위 위에서 무리 지어 자라는 것을 흔하게 볼 수 있다 (Boo et al. 2010;Han 2013). 고리매의 생육 시기는 일반적으로 겨울부터 초봄까 지고, 겨울에 직립하는 배우체가 출현하며, 여름에 미소체 인 포자체로 자라는 이형세대교번을 하는 것으로 알려져 있다 (Clayton 1976a, 1976b, 1980). 그러나 한국에서 고리 매는 각상형의 포자체에서 1~2월에 직립형의 배우체가 나 타나기 시작하여 5~7월에 번무하고 7~8월에는 유주자를 방출하고 조락하는 것으로 보고되었으나 (Cho et al. 2001), Han (2013)에 의하면 엽체의 출현시기는 동해안 지역에서 는 12월 또는 1월부터 5월까지인 것으로 보고되는 등 지역 에 따른 차이를 보이고 있다.

    일본의 Ishikawa현 Noto 지역에서는 고리매를 전통적인 식용 해조류로 이용하였고 (Kuda et al. 2005), 한국 동해안 지역에서도 과거 고리매를 나물재료로 이용하는 등 식용 으로 널리 이용해 왔다. 또한, 고리매와 같은 갈조류는 알기 네이트, 푸코이단, 만니톨 및 라미나란 같은 다당류들을 생 성한다 (Davis et al. 2003). 이러한 갈조 다당류들은 항응고 제 (Nishino et al. 1991;Pereira et al. 1999), 항종양 (Zhang et al. 2013), 항산화 (Kuda et al. 2005) 및 항바이러스 (Ponce et al. 2003;Cosenza et al. 2017;Ponce et al. 2019)와 같은 다 양한 생물학적 활성을 가지는 것으로 알려져 있어 의약학 적 용도로서도 매우 전망이 밝다고 할 수 있다. 그러나 최 근 기후변화는 변동성이 커져 생물학적, 생태학적, 사회경 제학적 시스템 전반에 큰 영향을 미치고 있다 (Price et al. 2011). 이러한 기후변화의 영향은 대기중 이산화탄소의 농 도 증가, 수온 상승, 해수면 상승 및 자외선 투과량의 증가 등으로 조간대 해조류 군집의 분포, 종조성 및 생산성에 직 접적으로 큰 영향을 미치고 있다 (Sunny 2017). 동해안 조 간대의 해조류 역시 이러한 기후변화의 영향으로 감소하 게 됨에 따라 자원이 크게 줄고 있어 이용에도 어려움이 있 으므로 (Han 2013), 대량양식을 통한 생물량 확보 시스템 마련이 필요한 실정이다.

    이형세대교번을 하는 고리매는 배우체와 포자체에서 각 각 포자낭을 가지는 독특한 번식전략을 가지고 있어, 분류 (Kogame 1998), 생활사 (Wynne 1969;Kogame 1998;Boo 2010) 및 광주기 반응 (Dring 1974;Dring and Lüning 1975) 등에 대한 다양한 연구의 좋은 소재가 되어 왔다. 반면 고 리매에 대한 국내의 연구로는 주로 분류 (Boo 2010), 형태 변이 및 유전자분석 연구 (Cho et al. 2001;Lee et al. 2019) 가 수행되었고, 고리매의 자원 및 양식학적 연구는 Han (2003)의 연구 외에는 전무한 실정이며, 특히 자연군락 개 체군의 생장과 성숙주기를 상세히 밝히기 위한 연구는 거 의 없는 실정이다.

    따라서 이 연구에서는 동해안 소돌 지역 연안의 암반에 서식하는 고리매 자연개체군의 생태학적 연구를 통해 고 리매의 생장과 성숙주기를 정확히 밝힘으로써, 고리매의 인공적인 증식 및 자연개체군의 효율적인 보호와 관리의 과학적 근거를 마련하고자 하였다.

    재료 및 방법

    1. 분포 및 환경조사

    고리매의 분포는 고리매가 주로 서식하는 강원도 주문 진읍 소돌해변 (128°49ʹ41.05ʺE, 37°54ʹ24.07ʺN)의 조간대 암반지역을 대상으로 정성 및 정량조사에 의해 실시하였 다 (Fig. 1). 서식지의 환경은 수온, 염분 및 용존산소를 매월 정성조사 시점마다 현장에서 YSI-550A (YSI Inc., USA)를 이용하여 측정하였다.

    2. 개체군 생태조사

    고리매의 생장 및 성숙 주기는 2021년 1월부터 12월까 지 매월 간조시 25×25 cm 방형구법을 통한 정량조사법으 로 실시하였으며, 시료는 최소한 3개 이상의 방형구내에 분포하는 고리매 엽체를 전량 채취하였다. 현존량 분석은 방형구별 고리매의 출현 개체수 및 중량을 단위면적당 습 중량 및 밀도로 환산하였다.

    3. 형태형질 측정

    채집된 고리매 엽체의 형태형질은 시료를 실험실로 옮 겨 엽장, 엽폭 및 엽중량 등 생장도와 엽체의 성숙도를 현 미경으로 검경하여 분석하였다 (Figs. 2, 3). 성숙 비율은 고 리매 엽체의 포자낭 형성 유무 확인과 포자낭 형성 개체의 출현비율을 월별로 측정하여 분석하였다.

    4. 성숙유효적산온도 추정

    고리매의 성숙유효적산온도 추정은 생장 자료를 근거 로 하여 고리매의 생물학적 영점온도를 8°C로 설정하였고 (Fig. 4), 조사지점의 표층수온 측정치와 소돌 인근 지역의 연안수온 관측치 (2019년부터 2021년까지 3개년 동안 고 리매의 주생장기인 2월부터 5월까지의 누적치를 평균한 값, Table 1)을 근거로 하여 1일 평균 생육수온에서 성숙 유 효 하한수온 (8°C)을 뺀 값을 누적시켜 구하였다 (Hwang et al. 2010).

    5. 통계처리

    고리매 생장 자료의 통계 분석은 분산분석법 (one-way ANOVA)을 이용하여 실시하였으며, 통계프로그램은 SPSS ver 8.0과 SYSTAT ver 9.0을 이용하여 유의수준 0.05 수준 에서 이루어졌다.

    결과 및 고찰

    1. 생태 및 환경적 특성

    고리매는 강원도 주문진읍 소돌해변의 조간대 암반지 역에 주로 분포하고 있었다. 조사지역에서 고리매 개체군 이 분포하는 면적은 약 3 ha로 추정되는 지역에서 엽체들 이 분산된 작은 패치 (patch)를 형성하여 서식하고 있었다. 조사지역은 암반지역으로 조류소통이 원활하며 외양에 면 해 있는 지역인 것으로 조사되었다 (Fig. 1). 조사지역의 서 식지 저질은 모래사장과 인접하여 폭넓게 발달된 암반지 역이며, 서식지는 돌김류, 파래류, 풀가사리, 바위수염, 지충 이, 산호말류, 비틀대모자반 등 다양한 해조류 군락이 발달 된 지역이다.

    고리매 서식지의 환경조사 결과, 수온은 7.7~24.9°C였 으며, 2월에 가장 낮고 8월에 가장 높았다. 염분 농도는 31.6~34.4 psu 범위였으며, 용존산소 농도는 8.3~16.5 mg L-1 범위였다.

    고리매는 일년생 해조류로 서식 지역에 따라 엽장과 엽 폭 등 형태적 변이가 뚜렷하며 (Han 2013), 배우체는 계절 성으로 인하여 유주자 방출 후 급격히 조락하고, 유주자는 바위에 붙어 포자체가 되는 이형세대교번을 하므로 (Dring and Lüning 1975), 자연 생육지에서 포자체의 관찰이 용이 하지 않아 포자체에 대한 관찰자료를 확보하기 어려운 특 징이 있다.

    2. 생장특성

    고리매의 엽장은 조사지역에서 수온 9.8°C를 보인 3월에 16.3±3.0 cm (mean±SD)로 최대생장을 나타내었고 (Table 2), 이후 점차 감소하기 시작하여 수온 16.9°C를 보인 6 월 이후에는 엽체가 모두 소실되어 12월까지 직립 엽체 가 관찰되지 않는 특성을 나타내었다 (Fig. 5). 엽폭은 0.2± 0.1~3.0±0.2 mm로 주 생장 시기인 1월부터 6월까지 유의 한 차이를 보이지 않았다 (Table 2). 개체당 직립지 수는 생 육 초기인 1월에는 3.0±1.1개였으며, 최대생장을 보인 3월 에 15.0±3.2개로 최대값을 보였다 (Table 2).

    고리매의 단위면적당 현존량은 수온 10°C 이상으로 상 승하는 시기인 3월에 96.0±12.1 g-fresh wt m-2로 최대치를 보였고, 이후 점차 감소하여 6월 이후에는 모두 소실되었 다 (Table 2). 단위면적당 개체수도 3월에 32.5±2.9 ind. m-2 로 가장 많았으며, 이후 점차 감소하였다 (Table 2).

    Han (2013)은 동해안 지역을 대상으로 한 고리매의 분 포특성에 대한 연구에서, 12월부터 5월까지 직립 엽체가 출현하며, 3월에 가장 높은 개체수를 보인 이후, 초여름부 터 초겨울까지는 각상의 포자체를 형성하는 것으로 보고 하였다. 또한 Cho et al. (2001)은 직립형의 배우체가 1~2 월에 나타나기 시작하여 5~7월에 번무하고 7~8월에는 유 주자를 방출하고 이후 서서히 조락한다고 보고한 바 있다. 이 연구 결과에서 고리매 직립 엽체의 분포 특성은 대체로 Han (2013)의 연구 결과와 동일한 경향을 보였다고 할 수 있으나, 12월에 직립 엽체의 출현이 관찰되지 않은 점은 서 식환경이 다른 지역적인 차이에 따른 결과로 보여진다. 이 와 같이 고리매가 서식환경에 따라서 엽체의 생장특성이 나 출현시기 등이 달라진다는 것을 감안하면, 고리매 자연 군락의 보호 및 관리의 시기를 서식지 환경에 따라서 세분 하여 관리하는 체계가 필요하다는 것을 의미한다.

    갈조류의 분포 및 생물량은 일반적으로 수온에 따라 매 우 다른 양상을 보인다 (Kirihara et al. 2006). 즉, 22°C 또는 그 이상의 수온 조건에서 성숙 또는 생물량이 증가하는 해 조류로는 미역, 넓미역, 곰피 등이 있으며, 대부분의 다시 마류는 20°C 이하의 수온 조건하에서 (Kirihara et al. 2006), 그리고 조하대에 서식하는 모자반류는 17°C 이상의 수온 조건에서 성숙이 이루어지는 것으로 보고되었다 (Ko et al. 2020). Han (2013)에 따르면 동해안 북부 지역에서 고리매 성숙 엽체의 출현이 1월부터 5월까지 나타난 것으로 보고 되었다. 본 연구 결과에서는 고리매 성숙 엽체가 2월 (수온 7.7°C)부터 5월 (수온 16.4°C)까지 관찰되었으며, 4월 (수온 12.1°C)이 고리매 성숙의 최성기인 것으로 나타났다 (Table 3).

    3. 성숙유효적산온도

    해양에서 생물의 생장과 성숙에 영향을 미치는 온도 의 효과는 육상에서 보다 매우 크게 작용하게 된다. Dring (1974)는 이러한 수온의 영향에 주목하여 적산수온과 생 물학적 영점온도의 개념을 해조류에 접목하여 해조류의 생장과 생활사에 미치는 수온의 정량적 영향을 설명하였 다. 또한, Rietema (1982)는 홍조류 Dumontia contorta 엽체 가 16°C 이하의 조건에서 생장이 시작되며, 해조류의 생 활사 단계에 생물학적 영점온도가 중요한 역할을 한다고 보고하였다. 이러한 성숙유효적산수온에 대한 중요성을 감안하여 Hwang et al. (2003, 2010, 2015)은 각각 옥덩굴 (Caulerpa okamurae), 넓미역 (Undariopsis peterseniana) 및 뜸부기 (Silvetia siliquosa) 개체군의 성숙유효적산수온을 구 한 바 있으나, 보다 많은 해조류 종들에 대한 추가적인 연 구가 필요한 실정이다.

    해조류는 종에 따라 생장과 성숙에 필요한 누적온도의 전체 합은 항상 일정하며, 그 합은 수온과 시간의 조합을 통해 구할 수 있다 (Baskerville and Emin 1969;Allen 1976). 고리매의 경우 야외 개체군 조사를 통해 생물학적 영점온 도는 8°C로 추정되었으며 (Table 1), 성숙유효적산온도 약 162 degree-days가 경과되면 자연 상태에서 고리매 엽체가 성숙하는 것으로 추정되었다. 이는 뜸부기의 196 degreedays (Hwang et al. 2015), 옥덩굴 270 degree-days (Hwang et al. 2003) 및 넓미역 236 degree-days (Hwang et al. 2010)보 다 매우 짧은 것으로 분석되었다. 이러한 해조류 종별 성숙 유효적산온도의 차이는 종별 생리생태학적 특성 차이에서 기인되는 것으로 보인다.

    즉, 고리매가 포자낭을 형성하고 유주자를 방출시키는 데 요구되는 수온은 미역이나 다시마류의 유주자 대량방 출을 위한 수온 조건 20~22°C보다 매우 낮은 10°C 전후인 것으로 나타났다. 이는 고리매가 자연군락에서 자연적으로 성숙하는 데 필요한 누적적산수온의 측면에서 매우 짧은 시간을 요한다는 것을 알 수 있으며, 적절한 서식지 보호 관리만 이루어진다면 대량 번식에 유리한 측면이 있는 것 으로 볼 수 있다.

    이 논문에서는 강원도 주문진 소돌해변에 서식하는 갈 조류 고리매의 생장과 성숙주기를 밝혀 고리매 자연자원 의 보호와 효율적인 이용을 위해 필수적인 자료를 제공하 고자 하였다. 또한 유용 수산자원인 고리매의 생태학적 특 성을 적용하여, 대량양식을 통한 자연군락 보존과 이용에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.

    적 요

    고리매는 동해안에서 식용되어온 유용 갈조류이며, 다 양한 생리활성물질을 함유하여 이용이 기대되는 해조류이 다. 이 연구는 2021년 1월부터 12월까지 강원도 주문진읍 소돌해안에서 고리매 개체군의 생장 및 성숙 패턴을 밝히 기 위하여 수행되었다. 고리매 개체군의 정량조사를 위해 월별 형태분석, 밀도 및 현존량 분석을 실시하였다. 조사지 역에서 고리매의 최대엽장은 3월 (수온 10.6°C)에 16.3± 3.0 cm, 평균 밀도는 32.5±2.9 ind. m-2 및 평균 현존량은 96.0±12.1 g fresh-wt. m-2였다. 고리매 엽체의 성숙은 4월 (수온 12.1°C)에 최성기를 보였으며, 성숙에 요구되는 성 숙유효적산온도는 162.5 degree-days였다.

    사 사

    이 연구는 국립수산과학원 연구비지원 (R2022012)으로 수행되었습니다.

    Figure

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    A map showing the sampling site at Sodol, Jumunjin, eastern coast of Korea. The closed circle represents population distribution of Scytosiphon lomentaria.

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    Diagram of Scytosiphon lomentaria (Lyngbye) Link. TL, total length; W, Width; NE, number of erect thalli.

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    Natural habitat of the Scytosiphon lomentaria (Lyngbye) Link population in Sodol, Jumunjin, eastern coast of Korea. A, Young thalli in January 2021. B, Mature thalli in March 2021. C, Crust in August 2021. Dotted circle emphasizes crust after decayed erect thallus in natural habitat. D, Cross-sectioned view of immature thalli. E, Cross-sectioned view of mature thalli. Scale bars: 5 cm (A), 1 cm (B), 10 cm (C), and 50 μm (D and E).

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    Relationship between seawater temperature and length for the Scytosiphon lomentaria (Lyngbye) Link population in Sodol, Jumunjin, eastern coast of Korea from January 2021 to December 2021. Vertical bar represents standard deviation. Shaded area indicates sporangia formation in the habitat. Dotted line indicates developmental thresholds.

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    Monthly morphological features of Scytosiphon lomentaria (Lyngbye) Link from the population in Sodol, Jumunjin, eastern coast of Korea from January 2021 to June 2021. From July 2021 to December 2021, erect thalli were not observed.

    Table

    Calculation of degree-days for maturation of Scytosiphon lomentaria (Lyngbye) Link for the population off Sodol, Jumunjin, eastern coast of Korea from January 2021 to December 2021

    Morphological data of Scytosiphon lomentaria (Lyngbye) Link population off Sodol, Jumunjin, eastern coast of Korea from January 2021 to December 2021

    Comparisons of growth and maturation period of Scytosiphon lomentaria (Lyngbye) Link in three habitats of the eastern coast of Korea

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