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ISSN : 1226-9999(Print)
ISSN : 2287-7851(Online)
Korean J. Environ. Biol. Vol.43 No.3 pp.255-265
DOI : https://doi.org/10.11626/KJEB.2025.43.3.255

Effects of temperature on the growth and eicosapentaenoic acid production of Nannochloropsis oceanica (Eustigmatophyceae)

Kyong Ha Han, Ji Yeon Kim1, Bum Soo Park, Hyeon Ho Shin2*
Department of Environmental Sciences, Hanyang University, Seoul 04763, Republic of Korea
1Department of Ocean Science, University of Science and Technology, Daejeon 34113, Republic of Korea
2Division of Fisheries Life Science, Pukyong National University, Busan 48574, Republic of Korea
*Corresponding author Hyeon Ho Shin Tel. 051-629-5914 E-mail. shh961121@pknu.ac.kr

Contribution to Environmental Biology


▪ Nannochloropsis oceanica is a promising biomass source for nutraceutical applications.


▪ The Korean strain of N. oceanica reached maximum biomass at 20°C, while the eicosapentaenoic acid (EPA) content increased significantly at lower temperatures (5-10°C).


▪ A two-phase cultivation strategy for N. oceanica is suggested to maximize both biomass and EPA production.


23/06/2025 22/08/2025 27/08/2025

Abstract


Nannochloropsis oceanica has been recognized as a valuable source of eicosapentaenoic acid (EPA) for nutraceutical applications. In this study, the effects of temperature on the growth and fatty acid production of N. oceanica were investigated to determine the optimal conditions for maximizing both growth and EPA production. The growth responses of N. oceanica exhibited a wide temperature range of 5-30°C, with the maximum cell density at 25°C (35.9×105 cells mL-1). Biomass production, as measured by dry weight in N. oceanica culture, was the highest at 20°C (86.2 mg L-1). In N. oceanica cultures exposed to relatively low temperatures (5-10°C), cells did not grow significantly; however, the proportion of polyunsaturated fatty acids including EPA (22.3, 26.0% of total fatty acid), was significantly high. These results indicate that the optimal temperature conditions for promoting growth and EPA accumulation of N. oceanica are different. Based on these results, a temperature-dependent two-stage cultivation strategy was proposed to optimize both biomass and EPA production in N. oceanica cultures, which included an initial phase at 20°C to achieve high biomass, followed by a second phase at 5-10°C to maximize EPA accumulation.


Nannochloropsis , biomass , fatty acid , cultivation strategy

온도 차이에 따른 Nannochloropsis oceanica (Eustigmatophyceae)의 성장과 eicosapentaenoic acid (EPA) 함량 변화

한경하, 김지연1, 박범수, 신현호2*
한양대학교 환경과학과
1과학기술연합대학원대학교 해양과학전공
2부경대학교 수산생명과학부

초록

    1. 서 론

    미세조류는 바이오연료, 사료, 식품 등의 생산에서 중요한 생물자원으로 주목받고 있다 (González-Fernández et al. 2012;Barkia et al. 2019;Figueroa-Torres et al. 2019;Sathasivam et al. 2019;Lever et al. 2020). 일부 미세조류는 eicosapentaenoic acids (EPA, C20:5n-3)와 docosahexaenoic acids (DHA, C22:6n-3) 같은 오메가-3 계열의 다중 불포화지방산 (Polyunsaturated Fatty Acids, PUFAs)을 풍부하게 함유하고 있기 때문에, 건강식품과 약품 생산을 위한 재료로 이용될 수 있다 (Milledge 2011;Borowitzka 2013;Khan et al. 2018;Barkia et al. 2019). 미세조류의 EPA, DHA 생산은 주로 온도, 광도, 영양염, 염분 등과 같은 환경 요인과 관련이 있다 (Fakhry and El Maghraby 2015;Lee et al. 2015;Qiao et al. 2016;Chang et al. 2017;Tan et al. 2020;Qin et al. 2023;Yun et al. 2025). 예를 들면, Chang et al. (2017)은 홍조류 Porphirium purpureum을 저온 환경에서 배양할 때, EPA 축적이 증가한다는 것을 확인하였고, Qiao et al. (2016)은 규조류 Phaeodactylum tricornutum의 배양온도를 15°C에서 25°C로 증가시켰을 때, EPA와 DHA가 증가한다고 하였다. 그리고, Fakhry and El Maghraby (2015)는 Nannochloropsis salina의 배양환경이 질소 제한 또는 고갈 상태일 때 지질 생산이 증가한다는 것을 확인하였다.

    Nannochloropsis oceanica Suda & Miyashita는 성장이 빠르고 함유하고 있는 지질 함량이 높기 때문에, 바이오연료 및 수산양식 산업에서 유망한 후보 종으로 평가받고 있다 (Janssen et al. 2018;Chua et al. 2020;Gundersen et al. 2024;Han et al. 2025). 최근 연구 결과에 따르면, 배양 후 건중량의 60% 이상 지질을 축적할 수 있는 것으로 알려져 있다 (Benvenuti et al. 2016;Mahdieh et al. 2019). 특히, N. oceanica는 주요 PUFAs 중의 하나인 EPA를 포함하고 있다 (Benvenuti et al. 2016;Ma et al. 2016;Janssen et al. 2018). 이러한 이유에서, 최근에 N. oceanica의 EPA 생산을 높이기 위한 여러 배양 기법들이 연구되고 있다. 그중 Gundersen et al. (2024)은 EPA 생산을 높이기 위해 약 19°C의 저온 환경에서 N. oceanica를 배양하는 것이 효율적이라는 것을 제안하였고, Chua et al. (2020)은 N. oceanica의 배양에서 저온 조건과 동시에 광 노출을 줄였을 때, EPA 생산을 증가시킬 수 있다고 하였다.

    배양환경에서 저온, 영양염 제한, 광 억제와 같은 스트레스 조건은 미세조류가 함유하고 있는 지질 함량을 증가시키고, PUFAs의 합성을 유도한다 (Cossins et al. 2002;Yen et al. 2013). 그러나, 지질 축적이 증가하는 스트레스 조건에서는 미세조류의 성장 속도가 감소할 수 있으며, 이로 인해 바이오매스 생산성이 줄어드는 문제가 발생할 수 있다 (D’Alessandro and Antoniosi Filho 2016). 따라서, 미세조 류를 유용자원으로 활용하기 위해서는 높은 바이오매스와 지질 생산성을 동시에 확보할 수 있는 최적 배양 조건을 규명하는 연구가 필요하다.

    미세조류의 성장과 바이오매스 생산에 관여하는 요인 중에서 온도는 미세조류의 성장과 대사 과정에 가장 큰 영향을 미치는 환경 요인 중 하나로, 세포 내 효소 활성, 광합성 효율, 지질 합성, 생리활성물질 생산 등에 영향을 준다 (Converti et al. 2009;Xin et al. 2011). 특히, 일부 미세조류는 세포막의 지방산 구성을 조절하여 다양한 온도에 적응하는 것으로 알려져 있다 (Thompson et al. 1992;Sonmez et al. 2016;Cid-Agüero et al. 2017;Jónasdóttir 2019). 따라서, 본 연구는 다양한 온도 조건에서 N. oceanica의 바이오매스 생산과 지방산 함량 변화를 파악하고, 이 결과를 바탕으로 높은 바이오매스와 EPA 생산을 동시에 향상시킬 수 있는 효율적인 N. oceanica의 온도 기반 배양 전략을 제안 하고자 한다.

    2. 재료 및 방법

    2.1. Nannochloropsis oceanica의 분리와 배양

    N. oceanica 배양주를 확보하기 위해 전라남도 고흥 득량만 (34°59ʹ27.2ʺN, 127°13ʹ52.3ʺE)에서 플랑크톤 네트 (20 μm mesh)를 이용하여 시료를 채집하였다. 채집된 시료는 광학현미경 (ECLIPSE Ni; Nikon, Tokyo, Japan) 하에서 Pasteur pipette을 이용하여 단일 세포를 분리한 뒤, 염분이 35 psu인 f/2-Si 배지가 채워진 48-well culture plate (SPL, Pocheon, Korea)에 접종하였다. 접종된 세포는 20°C에서 배양하였으며, 광학현미경으로 세포의 건강도를 확인한 후, 6-well culture plate (SPL, Pocheon, Korea)에 재접종하여 온도 20°C, 광량 100 μmol m-2 s-1 조건으로 설정된 배양기에서 유지 배양하였다. 배양주의 종 명확성을 확보하기 위하여 광학현미경을 통한 형태 관찰과 SSU rRNA 영역 기반의 계통학적 위치를 확인하였다 (Figs. 1, 2). 확립된 배양주는 부경대학교에 위치한 해양식물플랑크톤자원 기탁등록보존기관에 기탁하였다 (배양주 등록번호 LIMSPS- 0093).

    2.2. 온도 차이에 따른 Nannochloropsis oceanica 성장 실험

    N. oceanica의 온도 차이에 따른 성장 반응을 확인하기 위해, 온도 범위는 5, 10, 15, 20, 25, 30°C, 염분은 35 psu, 광량은 100 μmol m-2 s-1로 하여 실험을 하였다. 선배양은 2 L 규모의 배양병 (SPL, Pocheon, Korea)에서 N. oceanica 를 20°C 조건에서 지수 성장기까지 배양시켰다. 이후 실험을 위해 f/2-Si 배지로 채워져 있는 배양병에 선배양된 세포를 최종 세포밀도가 약 1,000 cells mL-1가 되도록 하여 접종하였고, 각 온도에 맞추어 배양하였다. 세포의 밀도 변화를 확인하기 위해, 이틀에 한 번 배양시료를 루골 용액으로 고정한 후 광학현미경을 통해 직접 검경하였다. 성장 속도는 지수성장기 동안의 세포밀도 변화를 기반으로 하여 다음과 같은 방법으로 계산하였다 (Guillard 1973). 성장 실험에서 모든 실험구는 3배수로 진행하였다.

    Specific growth rate (μ)   =   ln N t /N 0 /Δt
    (Eq. 1)

    • μ: 성장속도; day-1

    • N0, Nt: 지수성장기 초기와 t일 후 세포밀도 (cells mL-1)

    • Δt: 지수성장 기간 (배양일수)

    2.3. 지방산 분석

    온도별로 배양된 Nannochloropsis oceanica의 지방산을 분석하기 위해, 성장 실험이 끝난 시점에 시료를 확보한 후, 원심분리기 (4,000 rpm, 10분)를 이용하여 세포를 수확 하였다. 수확된 세포는 증류수를 이용하여 두 번의 탈염과 정을 거친 후 냉동보관하였다. 이후 freezer dryer (FDU- 7012; Operon, Gimpo, Korea)를 이용하여 -80°C 조건으로 하루 동안 동결 건조하였다. 본 연구에서 바이오매스 양은 동결 건조를 통해 나타난 배양시료의 무게로 하였다.

    지방산 분석을 위해, 동결 건조된 시료 약 10 mg을 측정하여 사용하였으며, 각 조건에서의 시료의 무게는 5°C는 10.4±0.2 mg, 10°C는 11.2±0.9 mg, 15°C는 11.3±0.6 mg, 20°C는 10.4±0.2 mg, 25°C는 12.2±2.3 mg, 30°C는 11.5±1.2 mg이었다. 이후 유리 비드와 함께 2 mL 튜브에 넣고, 0.9 mL의 Acetyl chloride : MeOH (5 : 100 v/v) 용액을 첨가한 후, 핵산에 용해된 methyl heptadecanoate (3 mg mL-1) 0.1 mL를 첨가하였다. 그리고 Mini-Beadbeater 24 (Biospec Products, Bartlesville, USA)를 사용하여 2분간 세포 파쇄 과정을 진행하였다. 시료는 Thermomixer (Thermomixer C; Eppendorf, Hamburg, Germany)를 이용해 80°C 에서 200 rpm으로 1시간 동안 반응시켰고, 얼음 위에서 1분간 아이싱 (iceing) 과정을 거쳤다. 냉각된 시료에 nhexane 1 mL를 첨가하고 1분간 교반하여 상층액을 분리한 후, 추출된 샘플을 확보하였다. 지방산 메틸 에스터 (fatty acid methyl ester, FAME) 분석은 가스크로마토그래피 (GC 2400; PerkinElmer, Waltham, USA)를 사용하였다. 분석을 위한 컬럼은 DB-23 (길이 60 m×내경 0.25 mm, 필름 두께 0.15 μm)을 사용하였으며, 분할 비율은 1/10로 설정하였고 캐리어 가스로는 N2를 사용하였다. 컬럼의 온도 조건은 초기 50°C에서 1분, 분당 25°C씩 상승시켜 175°C에 도달하도록 하였고, 이후 분당 2°C씩 상승시켜 230°C까지 도달시킨 뒤 5분간 유지되도록 하였다. 주입구와 검출기 온도는 각각 250°C와 280°C로 설정하였다. 각 지방산의 피크는 표준 물질 (Supelco 37-component FAME mix; Sigma- Aldrich)과 샘플의 유지 시간 (Retention times)을 비교하여 확인하였다.

    2.4. 통계분석

    실험을 통해 산출된 데이터들은 평균값과 편차값으로 제시하였다. 온도 차이에 따른 Nannochloropsis oceanica 의 성장 반응에 대한 유의성을 확인하기 위해 IBM SPSS Statistics 소프트웨어 (version 27)를 사용하여 독립표본 t- 검정 (t-test)과 일원배치 분산분석 (One-way ANOVA)을 수행하였으며, 통계적 유의 수준은 p<0.05로 하였다. 온도와 지방산 비율 간의 관계는 피어슨 상관계수 (Pearson Correlation Coefficient)를 이용하여 분석하였다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1. 온도 차이에 따른 Nannochloropsis oceanica의 성장과 바이오매스 변화

    모든 온도 조건에서 N. oceanica의 성장이 관찰되었다. 그러나, 10°C에서 30°C의 온도 범위에서는 빠른 성장을 보이는 반면 (One-way ANOVA, p>0.05), 5°C에서는 상대적으로 느린 성장과 낮은 세포밀도를 보였다 (Fig. 3, Table 1). 유사한 성장곡선을 보이는 온도 범위 (10~30°C)에서 유도기는 배양 6일차까지 관찰되었으며, 배양 22일, 26일차 사이에는 지수기가 관찰되었다. 그러나, 배양 26일차 이후에는 모든 온도 조건에서 세포밀도의 지속적 증가가 관찰되었다. 특히, 30°C 조건에서는 배양 6일차부터 16일차, 그리고 배양 32일차부터 38일차까지 두 차례 세포밀도가 크게 증가하는 시기를 보였다. 최대세포밀도 (35.9×105 cells mL-1)는 25°C에서 배양 46일차에 관찰되었지만, 20°C에서 관찰된 최대세포밀도와 큰 차이가 없었다 (t-test, p>0.05) (Table 1). 10°C와 15°C에서는 각각 46 일차에 최대세포밀도가 관찰되었고 (31.2×105 cells mL-1 와 31.9×105 cells mL-1), 20°C에서는 50일차에 33.7×105 cells mL-1의 최대세포밀도가 관찰되었으며, 30°C에서는 배양 38일차에 최대세포밀도 (30.9×105 cells mL-1)가 관찰 되었다. 건중량으로 나타낸 바이오매스 양은 20°C에서 가장 높았고 (86.2 mg L-1), 다음으로 15°C, 10°C, 25°C, 30°C, 5°C 순으로 나타났다 (Table 2). 특히, 20°C와 25°C에서 최대세포밀도는 유의한 차이를 보이지 않았지만, 건중량은 20°C 조건에서 높은 값을 보였다 (t-test, p<0.05).

    N. oceanica의 성장속도는 5°C에서 가장 낮았으며 (0.18 day-1), 30°C에서 가장 높았다 (0.50 day-1) (Table 1). 그리고, 10°C와 15°C에서는 성장속도가 각각 0.25 day-1와 0.22 day-1로 다소 낮은 값을 보였으며, 20°C와 25°C에서는 각각 0.40 day-1와 0.42 day-1로 나타났다.

    온도별 성장 실험 결과, N. oceanica는 넓은 온도 범위에서 성장할 수 있었지만, 저온 조건 (5°C)에서는 유도기가 길어지고, 성장속도는 감소하였다. 저온 환경에서 N. oceanica의 성장 저해는 선행 연구들과 유사하다. Ferrer- Ledo et al. (2023)은 N. oceanica가 온도가 감소할수록 성장속도가 감소한다고 하였고, Zhang et al. (2022)은 N. oceanica를 15°C, 25°C, 35°C 조건에서 각각 배양했을 때, 25°C에서 가장 높은 성장이 관찰되고, 15°C에서 성장이 억제된다고 하였다. 본 연구에서도 저온 조건인 10°C와 15°C에서 성장속도가 낮았다. 그러나, 최대세포밀도는 감소하지 않았고, 기존 연구에서 고려되지 않았던 5°C 조건에서 성장이 관찰되었기 때문에, 본 연구에서 확보된 N. oceanica는 매우 낮은 온도에서도 성장을 유지할 수 있는 능력을 가지고 있는 것으로 판단된다.

    본 연구에서 N. oceanica의 최대세포밀도는 20°C와 25°C에서 매우 유사하다. 그러나, 건중량 기준 바이오매스는 20°C 조건에서 더 높게 관찰되었다. 이 결과는 상대적으로 저온 상태 (18.5°C와 23.7°C)에서 배양한 N. oceanica의 바이오매스가 고온 (29.2°C)에서 배양한 것보다 높게 나타났다는 Sandnes et al. (2005)의 연구 결과, 그리고 온도가 증가할수록 N. oceanica의 성장속도는 증가하지만, 배양 후 확보된 시료에서 건중량은 오히려 저온 조건에서 높았다는 Ferrer-Ledo et al. (2023)의 연구 결과와 일치한다. 반면, Carneiro et al. (2020)은 건중량을 기준으로 판단한 N. oceanica의 최적 성장 온도 조건을 24~26°C로 제시하였고, 온도가 낮을수록 생산성이 감소한다고 보고하였다. 그리고, Gundersen et al. (2024)은 N. oceanica의 배양에 최적인 온도와 광량을 파악하기 위해, 여러 온도 조건 (19, 23, 27°C)과 광량 조건 (120, 240, 360 μmol m-2 s-1)에서의 바이오매스 생산을 비교한 결과, 온도 27°C와 300~350 μmol m-2 s-1의 광량 조건에서 최대 건중량이 관찰되어 본 연구와는 상반된 결과를 보였다. 이처럼 동일 종임에도 불구하고, 최적 성장에 대한 다른 온도 조건을 보이는 것은 배양 주가 분리된 해역의 환경특성에 적응한 N. oceanica의 생리적 특성에서 차이 때문일 수 있다 (e.g. Kremp et al. 2012;Barati et al. 2018;Lee et al. 2018). 따라서, N. oceanica 의 성장 및 바이오매스 생산 최적화를 위한 온도 조건은 배양주를 확보한 해역에서 나타나는 온도 변화를 고려하여야 한다.

    3.2. 온도 차이에 따른 Nannochloropsis oceanica의 지방산 구성 및 함량 변화

    온도에 따른 N. oceanica의 배양시료에서 지방산 구성은 포화지방산 (saturated fatty acids, SFAs)인 C12:0 (lauric acid), C16:0 (palmitic acid), C18:0 (stearic acid), 단일불포화지방산 (monounsaturated fatty acids, MUFAs)인 C15:1 (pentadecanoic acid), C16:1 (palmitoleic acid), C18:1 (oleic acid), 그리고 고도불포화지방산 (polyunsaturated fatty acids, PUFAs)인 C20:5 (eicosapentaenoic acid, EPA)가 검출되었다 (Fig. 4, Table 2). 이러한 지방산 구성은 다 른 Nannochloropsis 종에서도 보고되었다 (e.g. Andrés et al. 1992;Jeong et al. 2013;Mitra et al. 2015;Yuslan et al. 2021).

    본 연구에서 N. oceanica의 지방산 구성은 C12:0, C16:0, C16:1 지방산이 10~40%를 차지하여 N. oceanica의 배양으로 확보 가능한 주요 지방산으로 판단된다. 이외, C14:0 (myristic acid)은 20°C를 제외한 모든 온도에서 검출되었고, C18:2 (linoleic acid)는 5°C와 30°C에서 나타났으며, C20:4 (arachidonic acid)는 10°C와 15°C에서만 검출되었다. N. oceanica의 지방산 구성에서 C14:0, C18:2, C20:4는 전체 지방산 구성 중 상대적으로 소량으로 포함되어 있었으며, 일부 온도 조건에서 미검출되었는데, 이는 해당 지방산의 생합성이 억제되었거나 검출한계 이하의 농도로 존재했을 가능성이 있다 (e.g. Kumari et al. 2013;Navarro- Peraza et al. 2017). 온도 변화에 따른 지방산 비율은 5°C에서 30°C로 온도가 증가함에 따라 SFAs가 44.8%에서 78.2%로 증가한 반면, MUFAs는 28.3%에서 16.3%로 감소하였다. PUFAs의 경우 10°C 조건에서 가장 높은 비율 (28.7%)을 보였고, 온도가 증가할수록 감소하는 경향을 보였다 (Table 2). 즉, C12:0, C14:0, C16:0, C15:1, C18:1과 온도는 양의 상관관계를 보였고, C18:0, C16:1, C20:5는 온도와 음의 상관관계를 보였다 (Fig. 5). 특히, C16:0은 온도와 가장 강한 양의 상관관계를 나타내는 반면 (r=0.90, p<0.05), C20:5 (EPA)는 온도와 가장 강한 음의 상관관계를 보였다 (r= - 0.92, p<0.05). 이러한 결과는 N. oceanica의 지방산 생합성이 배양 온도에 따라 민감하게 반응한다는 것을 나타낸다.

    온도 변화에 따른 N. oceanica의 배양에서 지방산 구성 및 함량은 저온에서 전반적으로 증가하였다. 특히, EPA의 경우 온도가 감소함에 따라 그 함량이 증가하는 경향을 보여, 저온 조건이 N. oceanica의 EPA 축적에 유리한 환경으로 판단된다. 이러한 연구 결과는 다른 N. oceanica의 배양주와 Nannochloropsis 종에서도 나타난다. Sá et al. (2020) 은 Portugal의 NECTON, S.A.에서 제공한 N. oceanica 배양주를 15, 20, 25, 30°C 조건에서 배양했을 때, 15°C와 20°C에서 높은 EPA 함량이 나타난다고 하였다. 그리고, 17°C와 21°C에서 배양한 N. salina는 저온 조건인 17°C 에서 배양했을 때, 전체 지방산과 EPA 함량이 증가하였다 (Hoffmann et al. 2010). N. oculata의 경우에도 20~35°C 범위의 온도 조건에서 지방산 분석을 한 결과, 온도가 증가할수록 C14:0, C16:0을 포함한 SFAs 함량이 증가하였고, 가장 저온인 20°C 조건에서 EPA를 포함한 PUFA 비율이 증가하였다 (Wei et al. 2015). 이러한 결과는 저온 환경에 미세조류가 적응하는 과정에서 세포막 유동성을 조절하기 위해 불포화지방산의 비율을 증가시켰을 가능성을 시사한다 (Cossins et al. 2002;Ferrer-Ledo et al. 2023). 이러한 현상에 대해 Harwood (1998)는 미세조류가 저온에 대응하기 위해 지방산의 불포화도에 관여하는 desaturase의 활성을 촉진하기 때문에 불포화지방산의 합성이 증가한다고 하였다. 그리고, Zhang et al. (2022)은 N. oceanica에 저온 (15°C)과 고온 (35°C) 스트레스를 주어 어떻게 반응 하는지 유전자 발현 변화를 분석한 결과, 저온 스트레스 (15°C)에서는 세포 성장과 관련된 유전자의 발현이 억제되고, 세포벽 보호 단백질과 막 지질 이동조절 유전자의 발현 증가를 확인하였다. 본 연구에서는 세포막 유동성 변화와 지방산 생합성과 관련된 대사 경로에 대한 검증은 수행 되지 않았으나, 저온 환경에서 EPA 함량이 증가하는 결과는 그 가능성을 유추할 수 있다. 또한, 본 연구는 기존 연구들에서 설정한 온도 조건보다 더 낮은 5~10°C 조건에서 배양했을 때도 성장이 가능하다는 것이 관찰되었고, N. oceanica의 EPA 함량이 유의하게 증가하는 양상을 보여, 매우 낮은 온도에서 EPA 축적이 가능함을 확인하였다. 이는 기존 연구들이 다루지 못한 저온 환경에서 N. oceanica 의 EPA 생합성 반응이 더 활성화되는 것을 의미하며, 한국 연안에서 분리한 N. oceanica는 좀더 넓은 온도 범위에서 배양이 가능하다는 것을 나타낸다. 특히, 본 연구에서 확보된 N. oceanica 배양주는 매우 낮은 온도 조건에서도 성장할 수 있으며, EPA를 효과적으로 축적할 수 있다. 그러나, N. oceanica의 최대 성장과 EPA 생산 온도 조건이 일치하지 않았기 때문에, N. oceanica의 효율적 배양법을 구축하기 위해서는 바이오매스를 극대화하는 온도 조건과 EPA와 같은 유용지방산 생산에 관여하는 온도 조건을 구분하여 배양 환경을 설정해야 한다. 따라서, 본 연구 결과를 바탕으로 배양 목적에 따라 온도를 조절하는 단계별 배양 전략을 적용하는 것이 효율적인 N. oceanica의 배양 방법이 될 수 있을 것으로 판단된다. 즉, 첫 번째 단계에는 배양 초반과 지수기 후반까지 20°C의 온도 조건으로 N. oceanica 를 배양하여 빠른 성장을 통한 바이오매스를 극대화하고, 두 번째 단계에서는 배양 온도를 5~10°C로 낮추어 EPA 축적을 유도한다. 이러한 단계별 온도 조절 배양법은 N. oceanica의 바이오매스를 효과적으로 증가시키면서도 EPA 생산을 동시에 향상시킬 수 있는 효율적인 배양 전략이 될 수 있을 것으로 기대된다.

    적 요

    한국 연안에서 분리한 Nannochloropsis oceanica는 5~30°C의 폭넓은 온도 범위에서 성장하였다. 25°C 조건에서 최대세포밀도가 관찰되었지만, 20°C 조건에서는 86.2 mg L-1로 가장 높은 바이오매스 생산량을 보였다. 지방산의 경우, 5°C에서 총 지방산 함량 (73.0 mg g-1)과 EPA 함량 (16.3 mg g-1)이 가장 높았고, 지방산의 구성도 가장 다양하게 나타났다. 이러한 결과는 한국 연안에서 확보한 N. oceanica가 저온에서 높은 농도의 EPA를 효율적으로 합성하고 생산할 수 있다는 것을 나타낸다.

    사 사

    본 연구는 국립해양생물자원관에서 진행하는 해양생명자원 기탁등록보존기관운영 (2025), 한국연구재단의 중견 연구과제 (NRF-RS-2025-00523322), 해양수산과학기술진흥원의 해양생물독 생산 및 활용 기술개발 사업 (RS-2025- 02292973), 빅데이터 기반 해양바이러스 제어 및 마린바이오틱스 개발 사업(20210469)의 지원으로 수행되었습니다.

    CRediT authorship contribution statement

    KH Han: Investigation, Methodology, Visualization, Writing-Original draft. JY Kim: Investigation, Data curation, Visualization. BS Park: Writing-Review & editing. HH Shin: Conceptualization, Funding acquisition, Methodology, Investigation, Supervision, Writing-Review & editing.

    Declaration of Competing Interest

    The authors declare no conflicts of interest.

    Figure

    KJEB-43-3-255_F1.jpg

    Light microscopy image of Nannochloropsis oceanica.

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    Maximum likelihood (ML) tree showing the phylogenetic position of Nannochloropsis oceanica based on SSU rRNA gene sequences.

    KJEB-43-3-255_F3.jpg

    Growth curve of Nannochloropsis oceanica cultivated under different temperature conditions.

    KJEB-43-3-255_F4.jpg

    Fatty acid composition and content (mg g-1) of Nannochloropsis oceanica cultivated under different temperature conditions.

    KJEB-43-3-255_F5.jpg

    Correlation between temperature and fatty acid content (% of total acids) in Nannochloropsis oceanica cultures.

    Table

    Maximum cell density (105 cells mL-1) and growth rate (day-¹) of Nannochloropsis oceanica cultivated under different temperature conditions

    Fatty acid composition (% of total fatty acids) and biomass production (mg L-1) of Nannochloropsis oceanica cultivated under different temperature conditions

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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
    Indexed/Tracked/Covered By

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