전자표지표 운용기술 향상

○ 대상생물 선정 및 맞춤형 전자표지표 제작

- 전자표지표를 운용하기 위한 대상 생물은 저서성 대표어종인 넙치(Olive flounder,

Paralichthys olivaceus

)와 정착성 유영어류인 조피볼락(Korea rockfish,

Sebastes schlegelii

)으로 선정하였음. 선정된 두 어종은 우리나라에서 양식 생산 비중이 높으며, 소비자들의 선호도가 높은 대표 어종으로 어류 자원 모니터링 연 구에 활용하기 적합하다 판단됨. 따라서 전자표지표 운용기술 향상 연구를 위해 양식산 조피볼락(전장: 34.6±0.4 cm, 체중: 683.9±21.6 g)과 넙치(49.1±0.1 cm, 체중: 1377.1±52.8 g)를 구매하여 활용하였으며, 구매한 실험어들은 한국해양과학 기술원 내 실내 수조에서 실험 전까지 순치하였음. 사육수의 환경 조건은 수온 15.8±0.8℃, 염분 35.2±0.1 psu, 용존산소량 8.5±0.5 mg/L 그리고 pH 7.9±0.7이 었음

구 분 2012 2013 2014 2015 2016 2017 전체어류 76,308 73,108 83,437 85,448 80,127 86,387 넙 치 류 39,371 36,944 43,413 45,759 41,613 41,207 조피볼락 23,085 23,757 24,598 18,774 18,032 22,344 감 성 돔 1,138 913 929 1,383 1,422 1,713 참 돔 2,870 2,755 4,066 6,169 5,321 6,806 돌 돔 640 782 1,002 1,050 909 714 숭 어 류 5,839 4,788 4,839 6,834 7,110 6,828 농 어 류 1,522 1,248 1,004 1,780 1,878 2,046 기타어종 1,842 1,922 3,588 3,700 3,843 4,728 표 7. <우리나라 주요 어종별 생산량> (단위: 톤) (출처: 2017년 어류양식동향조사 보도자 료, 통계청)

그림 47. 조피볼락(위)과 넙치(아래) 운반 및 수조 내 순치

- 인공위성을 이용하는 전자표지표(pop-up satellite archival tags, PSAT)의 제작은 넙치와 조피볼락의 사이즈와 유영 특성을 고려하여 electric tag 제조업체인 미국 의 wildlife computers에 제작을 의뢰하였음. 제작된 전자표지표는 제조사에서 제 작되는 가장 작은 모델인 mini-PAT argos pop-up tag (Wildlife computers, USA) 으로 내부에 조도, 수심, 수온, wet/dry 센서 등이 포함되어 있으며 어류 이동경 로의 추정이 가능함

그림 48. Mini-PAT argos pop-up tag

그림 49. 제작된 mini-PAT와 applicator sets

Dimensions 124 mm (length) × 38 mm (dimeter) Weight in Air 60 grams

Pressure Rating 2,000 m Operating

Frequency 401.678 MHz Operating Life Up to two years

Sensors Light, Acceleration, Pressure, Temperature, Tilt, Wet/Dry Light 10^-2 to 10^-10 W/cm² at 440 nm

Pressure Range: 1700 m / Resolution 0.5 m Temperature Range: -20℃ to 50℃ / Resolution: 0.05℃

Communication Via USB port using Wildlife Computers USB-Blue cable 표 8. 제작된 mini-PAT의 주요 제원

○ 대상생물별 전자표지표 부착위치 탐색 및 최적 부착방법 파악

- 전자표지표는 크기가 크고 외부에 부착해야하기 때문에 대형 종에만 사용되었 으나 최근 소형 PSAT의 개발로 소형 종에도 적용되고 있는 추세임. 그러나 소형 tag일지라도 크기가 작은 개체들은 tag 부착에 따른 스트레스, 상처의 감염, tag 탈락 등의 문제가 발생할 수 있음. 특히 본 연구에서 활용되는 실험어(조피볼락과 넙치) 정도의 작은 크기를 대상으로는 소형 tag을 적용한 사례가 없음. 따라서 효 과적이고 안전한 전자표지표 운용을 위해서는 우선 tag의 부착 위치 및 부착 방 법 등의 연구가 필요함

- 실험을 위해 순치 중인 조피볼락과 넙치를 대상으로 tag 부착 위치탐색 및 부

착 방법을 모색하였음. 두 종 모두 아가미 뚜껑, 등 근육, 꼬리근육을 부착 위치 로 설정하였음

- 제작된 tag은 전자표지표 운용기술 향상을 위한 사전 실험에 활용하기에는 가 격이 높고 해수에 반응하여 작동할 수 있기 때문에 본 실험에서는 mini-PAT와 크기 및 모양이 유사한 dummy PAT를 제작하여 사용하였음

그림 50. 실험에 사용된 dummy PAT (Wildlife computers, USA)

- Tag의 부착은 각 어종에 따라 위치별로 3마리씩 부착하였으며, 부착방법은 실 험어를 2-phenoxy-ethanol (Sigma-Aldrich, USA)로 마취 후 wilton applicator pin (Wildlife computers)를 이용하여 mono filament로 부착시켰음. 모든 실험어는 tag 부착 후 povidone iodine solution으로 소독처리 및 oxytetracycline이 첨가된 해수 에서 약욕하여 수조에 순치함

그림 51. 조피볼락 위치별 tag 부착 모습

그림 52. 조피볼락 위치별 tag 부착 후 모습

그림 53. 넙치 위치별 tag 부착 모습

그림 54. 넙치 위치별 tag 부착 후 모습

2. 대상생물 건강도 분석

○ 전자표지표 부착에 따른 대상생물의 스트레스 및 면역반응 지표 조사

- 어류가 외부의 자극을 받게 되면 스트레스 반응이 나타나며 이를 극복하기 위 한 생리학적 변화가 나타남. Tag 부착을 위해서는 대상어류에게 인위적으로 상처 를 입혀야하기 때문에 어류의 스트레스 및 면역 반응을 유발하는 요인으로 작용 할 수 있음. PSAT 운용기술 향상을 위해서 tag 부착에 따른 유영, 행동반응 등의 관찰도 중요하지만 체내에서 일어나는 생리학적 반응을 반드시 조사할 필요가 있

음. 따라서 외부자극에 의한 생리학적 변화에 반응하는 대표적인 혈액 지표들을 다음과 같이 모색하였음

혈액지표 체내 역할

․ Hematocrit

․ Hemoglobin

- 산소운반 능력을 지니며 스트레스와 생리활성의 지표로 사 용됨

- 일반적으로 스트레스 반응이 나타나면 해산어류에서 증가하 는 경향 보임

․ GOT

․ GPT

- 생체 내에서 중요한 당, 지질, 단백질 대사에 관여하는 효소 로 간 세포손상, 조직괴사, 병적 증상 시 수치가 증가하는 경향 보임

- GPT는 주로 간에 존재하고 GOT는 심장, 근육 등에 존재함

․ Glucose

- 스트레스를 받으면 체내 항상성을 유지하기 위해 에너지원 으로 사용됨

- 스트레스 반응이 나타나면 일시적으로 상승하는 경향을 나 타냄

표 9. 스트레스 및 면역반응 지표 5개

○ 전자표지표 부착 time series별 건강도 지표 변화 분석

- 전자표지표 부착에 따른 생리학적 반응의 변화를 조사하기 위해 조피볼락과 넙 치를 이용하여 실험을 실시함. 아가미뚜껑, 등 근육, 그리고 꼬리근육에 tag을 부 착하고 time series별(부착 7일, 14일, 21, 28일째)로 대조구를 포함한 모든 실험어 에서 채혈을 하여 전혈과 혈장에서 건강도 지표들을 분석함

- 채혈은 실험어를 2-phenoxy-ethanol로 마취 후 heparin이 처리된 주사기를 이 용하여 미부혈관에서 채취하였고 자동혈액분석기(DRI-CHEM 4000i, FUJIFILM, Japan)를 이용하여 전혈 내 hematocrit (Ht), hemoglobin (Hb)을 측정하였음. 또한 혈액을 원심분리(12000 rpm, 5분, 4℃)하여 혈장 추출 후 혈장 내 glutamic oxaloacetic transaminase (GOT), glutamic pyruvic transaminase (GPT) 그리고 glucose를 혈액분석기를 이용하여 측정하였음

그림 55. 실험어 채혈 및 DRI-CHEM 4000i 혈액분석기

- 추가적으로 tag 부착에 따른 tag 탈락 여부, 피부손상, 폐사와 같은 외관상 어 체의 변화를 2달간 관찰하였음

- 어류의 혈액성상은 가장 기본적인 생리학적 지표로 생리활성 및 건강도를 평가 할 수 있는 중요한 인자임. 이중 전혈에서 분석할 수 있는 Ht과 Hb는 산소운반 능력을 갖고 있어 스트레스와 생리활성 지표로 사용됨. 일반적으로 스트레스를 받은 해산어류의 Ht와 Hb는 상승하는 경향이 있음. 따라서 tag 부착에 영향을 받 았다면 두 인자의 수치가 상승해야함

- 그러나 조피볼락과 넙치의 Ht와 Hb 모두 tag 부착에 다른 유의한 영향을 받지 않았음. 조피볼락의 Ht의 경우 tag 부착 21일차에 대조구가 꼬리 근육에 tag을 부 착한 그룹과 비교해 유의하게 증가하는 경향을 나타냄. Tag을 부착하지 않은 대 조구가 상승한 것으로 미루어 보아 실험 기간에 나타난 일시적인 상승으로 개체 간의 차이일 수 있다 생각됨

Korea rockfish hematocrit(%)

Days 7 14 21 28

control 27.5±3.8^a 21.0±5.0^a 37.6±3.9^b 28.9±5.6^a Gill 30.8±2.2^a 26.6±0.6^a 31.9±1.0^ab 28.8±1.3^a Back 36.4±2.9^a 26.8±1.6^a 33.7±2.0^ab 30.0±1.7^a Tail 34.8±0.8^a 26.8±2.7^a 25.7±1.6^a 27.1±5.1^a

Olive flounder hematocrit(%)

Days 7 14 21 28

control 16.7±2.1^a 21.3±0.5^a 21.4±3.6^a 21.3±1.7^a Gill 17.8±3.2^a 20.1±3.4^a 15.9±3.8^a 14.8±2.2^a Back 17.3±1.5^a 22.1±2.5^a 23.1±1.5^a 19.2±0.4^a Tail 25.8±2.8^a 24.0±1.9^a 18.3±0.4^a 20.1±0.9^a

Korea rockfish hemoglobin (g/dl)

Days 7 14 21 28

control 6.1±0.9^a 5.6±0.8^a 7.9±0.8^a 6.6±1.2^a Gill 7.4±0.9^a 6.2±0.7^a 6.3±0.6^a 5.3±0.7^a Back 7.2±0.3^a 6.4±0.3^a 6.5±0.5^a 5.5±0.4^a Tail 8.2±0.1^a 6.6±0.4^a 6.2±0.3^a 6.8±0.1^a

Olive flounder hemoglobin (g/dl)

Days 7 14 21 28

control 5.6±0.8^a 6.5±0.3^a 6.4±1.3^a 5.7±0.6^ab Gill 6.1±1.0^a 6.2±0.9^a 4.8±0.9^a 4.3±0.5^ab Back 6.6±0.5^a 6.6±0.6^a 6.8±0.1^a 5.6±0.2^b Tail 8.0±0.3^a 7.5±0.5^a 6.1±0.1^a 6.4±0.2^a 표 10. 전자표지표 부착에 따른 time series별 조피볼락과 넙치의 hematocrit 및 hemoglobin의 변화

- 혈장 전이효소인 GOT와 GPT는 어체의 생리상태가 좋지 않거나 오염물질에 의 한 간, 심장 및 근육 등의 조직손상 시 활성이 높아져 혈중 수치가 증가한다고 알려져 있음. 따라서 어류의 스트레스를 평가하는데 사용됨. 특히 GOT의 경우 심 장, 근육 등 체내에 존재하기에 tag 부착에 따른 근육 손상으로 상승할 것이라 예상했으나 두 인자 모두 대조구와 비교하여 모든 실험구에서 유의한 차이를 나 타내지 않음. 이와 같은 결과는 tag 부착이 어체의 생리활성에 큰 영향을 주기 않음을 알 수 있는 결과임

Korea rockfish glutamic oxaloacetic transaminase (GOT) (U/l)

Days 7 14 21 28

control 41.3±10.1^a 34.0±7.6^a 34.3±4.3^ab 27.3±5.9^a Gill 49.0±7.2^a 36.3±5.2^a 36.7±2.2^ab 34.0±2.6^a Back 48.7±9.1^a 37.7±6.5^a 40.3±0.3^b 34.3±3.5^a Tail 36.0±1.7^a 32.3±2.3^a 26.3±0.3^a 27.7±3.8^a

Olive flounder glutamic pyruvic transaminase (GOT) (U/l)

Days 7 14 21 28

control 4.3±0.3^a 5.0±0.0^a 5.0±0.0^a 5.0±0.6^a Gill 5.3±0.9^a 4.7±0.9^a 5.0±0.6^a 5.3±0.3^a Back 4.7±0.3^a 5.3±0.3^a 6.0±0.0^a 6.7±0.7^a Tail 5.3±0.3^a 5.3±0.3^a 5.3±0.3^a 5.7±0.3^a

Korea rockfish glutamic pyruvic transaminase (U/l)

Days 7 14 21 28

control 36.0±10.7^a 26.7±4.8^a 28.3±4.1^a 21.7±4.7^a Gill 46.0±5.6^a 33.7±5.4^a 30.7±3.0^a 23.3±3.3^a Back 46.3±10.3^a 31.3±2.7^a 31.7±2.3^a 23.7±0.7^a Tail 33.0±2.3^a 29.7±2.6^a 20.3±0.3^a 18.7±1.9^a

Olive flounder glutamic pyruvic transaminase (U/l)

Days 7 14 21 28

control 4.3±0.3^a 5.0±0.0^a 5.0±0.0^a 5.0±0.6^a Gill 5.3±0.9^a 4.7±0.9^a 5.0±0.6^a 5.3±0.3^a Back 4.7±0.3^a 5.3±0.3^a 6.0±0.0^a 6.7±0.7^a Tail 5.3±0.3^a 5.3±0.3^a 5.3±0.3^a 5.7±0.3^a 표 11. 전자표지표 부착에 따른 time series별 조피볼락과 넙치의 GOT 및 GPT의 변화

- 조피볼락의 glucose 농도는 다른 인자들과 마찬가지로 대조구와 tag을 부착한 모든 실험구 사이에 유의한 차이를 나타내지 않아 tag 부착에 대한 영향을 받지 않았음을 확인함

- 넙치의 경우 tag 부착 후 21일까지는 대조구와 모든 실험구 간에 유의한 차이 를 나타내지 않았으나 tag 부착 28일째 꼬리 근육에 tag을 부착한 그룹이 대조구 와 비교에 유의한 상승을 나타냄. 비록 유의한 차이를 나타내었으나 다른 실험구 들과 비교했을 때 그 수치가 크게 높지 않으며 해당 수치(12.3±0.3 mg/dl)도 넙치 의 glucose 안정수치인 14 mg/dl와 크게 차이가 없어 생리학적 변화가 일어났다

고 볼 수 없음

Korea rockfish glucose (mg/dl)

Days 7 14 21 28

control 22.7±1.5^a 21.0±6.0^a 34.0±2.9^a 25.7±1.8^ab Gill 20.7±1.8^a 37.0±1.2^a 35.3±1.5^a 21.7±2.3^a Back 25.7±5.9^a 39.3±2.7^a 42.3±13.5^a 33.7±3.5^b Tail 28.7±3.5^a 22.3±7.8^a 25.0±0.0^a 15.7±1.7^a

Olive flounder glucose (mg/dl)

Days 7 14 21 28

control 13.0±0.0^a 13.0±1.2^a 13.7±1.2^a 11.3±0.3^a Gill 13.0±1.5^a 14.0±1.0^a 14.3±0.9^a 15.3±1.2^ab Back 12.0±1.2^a 13.7±2.2^a 14.3±0.3^a 13.0±0.6^ab Tail 13.7±1.9^a 14.0±0.0^a 13.0±0.0^a 12.3±0.3^b 표 12. 전자표지표 부착에 따른 time series별 조피볼락과 넙치의 glucose 농도 변화

- 추가적으로 실험기간 동안 tag 탈락 여부, 피부손상, 폐사 등을 관찰한 결과 조 피볼락과 넙치 모두 폐사한 개체는 없었음

그림 56. Tag 부착위치에 따른 조피볼락의 체외 변화

- 조피볼락의 변화를 살펴본 결과 아가미 뚜껑에 tag이 부착된 실험어들의 경우 체색흑화 현상이 나타났으며, 부착 60일째는 아가미 뚜껑 전체에 흑화가 진행되 었음. 꼬리 근육에 tag이 부착된 실험어들은 계속적인 유영으로 인해 근육이 심 하게 손상된 모습을 보였음. 또한 아가미 뚜껑과 꼬리 근육에 부착된 tag은 부착

60일째 탈락하기 시작하였음. 반면에 등 근육에 tag을 부착한 실험어들은 tag 부 착 시 근육에 손상을 받았지만 시간 경과에 따라 상처가 회복되는 모습을 나타냈 음

부착위치 Tag 탈락여부 근육 손상 폐사 비고

아가미뚜껑 ○ ○ × 체색흑화

등 근육 × ○ ×

꼬리지느러미 ○ ○ × 심한 근육 손상

표 13. Tag 부착위치에 따른 조피볼락의 체외 변화

- 넙치의 위치별 tag 부착에 따른 어체 변화를 살펴본 결과 아가미뚜껑에 부착한 개체들은 부착 2달 후 tag이 탈락되기 시작하였음. 꼬리지느러미에 부착한 경우 tag이 탈락한 개체는 없었으나 상처로 인한 주변피부 조직에 괴사가 나타남. 등 근육에 부착한 개체들도 넙치의 유영으로 인해 상처가 발생했으나 tag의 탈락이 나 주변조직의 피부괴사는 나타나지 않았으며 근육 손상도 크지 않음

그림 57. Tag 부착위치에 따른 넙치의 체외 변화