Genus Aphanizomenon Morren ex Bornet et Flahault 1888은 전 세계적으로 담수생태계에서 널리 분포하는 사상형 남조류로서, 과다 증식하여 유해한 녹조현상 (Harmful cyanobacterial bloom)을 발생시킨다. 낙동강에서 출현하는 Aphanizomenon 속의 분류군은 Microcystis 속에 의한 녹조현상이 나타나는 하절기를 제외한 대부분의 시기에 식물플랑크톤 개체군 군집에서 높은 비율로 나타나고 있으며, 빈번하게 녹조현상을 유발한다. 그러나 국내 보고되어 있는 Aphanizomenon 속의 분류군은 극히 제한적이며, 이들 분류군에 대한 형태학 및 계통학, 생리생태학적 연구는 전혀 이루어지지 않고 있다. 이로 인하여 낙동강에서 발생하는 Aphanizomenon 속의 분류학적 특징과 대량증식 현상의 메커니즘에 대해 설명하는 것이 매우 어렵다.
본 연구는 낙동강에서 녹조현상을 유발하는 Aphanizomenon 속의 분류 및 생리생태학적 특성에 대한 이해를 제공하고자 하였다. 이를 위하여 낙동강에서 채집된 Aphanizomenon 속의 분류군을 기준으로 형태학적 분류 체계를 기술하고, 이들 중 낙동강에서 빈번하게 녹조현상을 유발하는 분류군의 균주를 분리하여 형태 및 계통학적 특성, 독소생성 유전자의 검출 및 독소생성능, 타감 작용 효과, 온도와 영양염에 따른 성장반응을 파악하였다.
낙동강에서 채집된 4개 분류군은 Aphanizomenon flos-aquae Ralfs ex Bornet et Flahault, Aphanizomenon klebahnii Elenkin ex Pechar, Aphanizomenon skujae Komarkova-Legnerova et Cronberg, Cuspidothrix issatschenkoi (Usa?ev) Rajaniemi et al.으로 분류되었다 이 중 Cuspidothrix issatschenkoi는 낙동강에서 최초로 확인된 종이었으며, 특히 Aphanizomenon klebahnii와 Aphanizomenon skujae는 국내 미기록종으로 확인되었다.
독소생성 분류군의 정의는 분리균주에 의해서 동정된 후, 단일배양에 의한 독소 생성 여부 및 유전적 검토가 확인하는 과정이 필수적이며, 이러한 관점에서 Aphanizomenon 속의 분류군에 대한 독소생성능은 아직 논쟁의 여지가 있다. 낙동강의 보 구간을 중심으로 출현빈도가 급증하고 있는 Aphanizomenon 속의 두 개 균주를 분리하였다. 분리된 두 개의 균주 (자원번호: DGUC001, DGUC003)는 육안으로 관찰 가능한 크기의 다발 (fascicles)을 형성하였으며, 세포사 (trichome)가 병렬 형태로 나열되어 있고, 세포사의 양쪽 끝에 위치한 말단 세포 (terminal cell)가 거의 투명하거나 긴 끈 형태의 세포질을 가지고 있었다. 또한 두 균주의 유전적 유사도는 98.4%이었으며, NCBI의 유전자은행에서 선별한 Cluster I의 Aphanizomenon flos-aquae strains과도 높은 유전적 상동성을 나타내었다. 한편, 세포독소 cylindrospermopsin의 생합성에 관여하는 유전자 cyrA와 cyrJ는 두 균주 모두에서 확인되지 않았다. Saxitoxin의 생합성을 담당하는 유전자 중 sxtA 유전자는 두 개의 균주에서 모두 증폭되었으며, 독소 생성 균주에서만 확인되는 분자생물학적 지표인 sxtI 유전자는 발견되지 않았다. 따라서 낙동강에서 분리한 두 균주는 형태 및 계통학적으로 Aphanizomenon flos-aquae Ralfs ex Bornet et Flahault 1888로 확인되었으며, 유전학적으로 saxitoxin과 cylindrospermopsin을 생성할 수 없는 독소 비생성 균주로 확인되었다. ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSolbent Assay) 실험을 통해서도, 두 균주는 세포 조체와 배양액 내에서 cylindrospermopsin과 saxitoxin의 독소가 검출되지 않아, 독소 비생성 균주로 판단되었다.
낙동강에서 분리된 Aphanizomenon flos-aquae 균주의 최적성장 온도 (Topt)는 18.3 ~ 21.2℃ (19.9℃)로 나타났으며, 성장가능 온도범위는 -0.3 ~ 34.3℃로 확인되었다. 현장 조건의 CB medium에서 비성장률(μ)은 0.10 ~ 0.16day-1의 범위를 보였으며, 최대성장률 (μmax)은 0.17day-1로 나타났다. 질소 결핍 조건에서의 성장률(μ)과 최대 세포밀도는 각각 0.09 ~ 0.14day-1, 385,826cellsmL-1로 나타나, 질소공급조건에서보다 상대적으로 성장률이 느리고, 최대 세포밀도가 낮았다. 그러나 인 결핍 조건에서는 모든 조건에서 성장이 제한되었다. 조류 성장 저해 실험은 균주의 여과액이 4개 다른 조류 균주 (Microcystis aeruginosa, Aulacoseria ambigua f. spiralis, Aphanizomenon flos-aquae, Scenedesmus obliquus)에 대하여 미치는 타감 효과를 평가하기 위해서 수행되었다. Aphanizomenon flos-aquae 균주의 배양 여과액은 Aulacoseira ambigua f. spiralis와 동일종인 Aphanizomenon flos-aquae에게 유의미한 타감효과 및 자가 저해 현상을 유발하는 것이 확인되었다 (p<0.01).