온산 연안에 서식하는 패류의 중금속 생물농축에 관한 연구

Abstract

1996년 2월과 7월에 온산만에서 채취한 해수와 1997년 2월에 채집한 총알고둥 (Littorina brevicula)과 진주담치 (Mytilus edulis)의 카드뮴, 구리 아연의 농도를 분석하였다. 해수 내 카드뮴의 농도 범위는 0.008~2.988 ㎍/L로 나타났고 구리는 0.08~2.55 ㎍/L, 아연은 0.21~35.12 ㎍/L의 범위로 나타났으며 대정천 유입구에서 멀어질수록 감소하여 대정천이 중금속으로 오염되어 있는 것으로 나타났다. 총알고둥 내의 중금속 농도는 카드뮴이 0.92~11.08 ㎍/g, 구리가 74.9~362.5 ㎍/g, 아연이 53.1~499.2 ㎍/g의 범위를 나타냈다. 카드뮴의 경우는 대정천 유입구에 가까울수록 높은 함량을 보여 해수에서 나타난 카드뮴의 분포와 유사한 경향을 보인 반면 구리와 아연은 해수에서 나타난 정점간의 뚜렷한 중금속 분포 차이를 반영하지는 못했다. 진주담치에서는 카드뮴, 구리, 아연의 농도가 각 각 1.40~25.09 ㎍/g, 8.5~64.5 ㎍/g, 46.8~291.2 ㎍/g로 나타냈고 각 정점별로 분포 차이를 보였다. 기관에 따른 중금속 농축의 차이를 살펴보면 총알고둥에서는 세가지 중금속이 신장에서 높은 농도값을 나타냈고 뒤이어 아가미 > 소화선-생식선 > 나머지 기관의 순서로 나타났다. 진주담치에서는 카드뮴의 경우 아가미에서 가장 높은 농도를 나타냈고 구리는 소화선에 많이 함유되어 있으며 아연은 신장에서 높은 농도를 보였다. 각 기관의 중금속의 세포질 내의 비율은 총알고둥의 경우 소화선-생식선에서 높은 비율을 보였으며 모든 정점에서 80% 이상의 비율을 나타냈고 그 외의 기관은 대정천 유입구에서 채집한 개체의 경우에만 높은 세포질 내 비율을 나타냈다. 구리와 아연은 카드뮴과 달리 대부분의 정점에서 낮은 세포질 내 비율을 보였다. 진주담치의 경우 소화선과 신장에서 높은 세포질 내 카드뮴 함유율을 나타냈고 구리는 신장에서 높은 세포질 내 비율을 차지하며 아연은 소화선의 세포질에 높은 분포비율을 나타냈다. Gel-filtration chromatography를 이용하여 대정천 유입구에서 채집한 총알고둥과 진주담치의 metal-binding protein (MBP)을 분리하였다. 총알고둥에서는 신장에서 분리된 MBP에 가장 높은 카드뮴 함유량을 보였고 소화선-생식선과 나머지 기관에서는 MBP 보다 high molecular weight protein (HMWP)에 더 많은 카드뮴이 분포하고 있었다. 진주담치의 경우도 신장에서 MBP 내에 존재하는 카드뮴 함량이 가장 높았고 소화선과 나머지 기관에서는 HMWP 내 카드뮴 함량이 더 높은 것으로 나타났으며 총알고둥과 비교할 때 MBP 내의 카드뮴 함량이 전반적으로 미약한 수준을 보였다. 총알고둥을 카드뮴에 노출시킨 결과 생체 내 카드뮴 농도는 노출 기간과 농도에 비례해서 축적되었고 대조구와 노출된 개체 모두 신장에서 가장 높은 카드뮴 함량을 나타냈다. 생체 내 총 카드뮴 함량과 동시에 각 기관의 세포질 내 카드뮴 비율도 증가하였고 대조구와 노출된 개체 모두 소화선-생식선에서는 84% 이상의 높은 비율을 보였다. Gel-filtration chromatography를 통해 세포질 내의 카드뮴 분포를 더 자세히 분석해 보면 신장과 아가미의 경우 많은 세포질 내 카드뮴이 MBP과 결합되어 있음을 나타냈고 소화선-생식선과 나머지 기관에서는 MBP 보다는 HMWP 내에 존재하는 카드뮴 함량이 더 많았고 노출 기간과 농도에 따라 MBP과 HMWP에 결합한 카드뮴 농도가 동시에 증가하였다. Cd-Chelex assay를 이용한 MBP 농도 측정 결과 신장과 아가미에서는 노출 기간과 농도에 비례해서 증가하여 카드뮴 축적과 MBP 농도 사이의 높은 상관관계를 나타냈다. 따라서 이들 기관을 대상으로 한 MBP 농도 측정이 중금속 오염에 대한 새로운 지표로서 큰 의의를 가질 것으로 기대된다. 그러나 소화선-생식선과 나머지 기관에서는 MBP 농도 측정과정 중 acetonitrile과 원심분리에 의한 HMWP 간섭효과 제거가 효과적으로 이루지지 않았으므로 이들 기관으로 Cd-Chelex assay에 의한 MBP 농도 측정은 부적합한 것으로 사료되며 새로운 방법이 요구된다.;The concentrations of seawater collected from the Onsan coastal zone in February and July 1996 and winkles(Littorina brevicula) and mussels(Mytilus edulis) in February 1997 were analysed. The concentrations of cadmium in seawater were in the range of 0.00 8~2.988 ㎍/L while the ranges of copper and zinc concentrations were 0.08~2.55, and 0.21~35.12 ㎍/L, respectively. The metal concentrations decrease gradually with increasing distance from Daejeong stream, indicating that this stream was the major source of heavy metal input in the Onsan coastal zone. The concentrations of cadmium, copper and zinc in winkles were in the ranges of 0.92~11.08, 74.9~362.5, and 53.1~499.2 ㎍/g, respectively. In case of cadmium, the concentrations increase gradually with approach of Daejeong stream, similar to distribution pattern of seawater. In contrast, the concentrations of copper and zinc didn't show the significant differences between the stations. The concentrations of cadmium, copper and zinc in mussels were in the ranges of 1.40~25.09, 8.5~64.5, and 46.8~291.2 ㎍/g, respectively. The metal concentrations decrease gradually with increasing distance from Daejeong stream. Among organs of winkles, kidney showed the highest concentrations of metals, followed by gill, digestive gland-gonad, and the remaining tissues. In mussels the gill showed the highest concentrations of cadmium and the digestive gland showed the highest concentrations of copper and for zinc the kidney showed the highest concentrations. The digestive gland-gonad was characterized by the highest percentage of cadmium in cytosolic fraction ( >80%) of winkles from all stations. Tissues other than digestive gland-gonad showed high percentage of cadmium in winkles just collected from the mouth of Daejeong stream. The percentages of copper and zinc were low in most of the tissues and the stations. In mussels the digestive gland and kidney revealed high proportion of cadmium and the percentage of copper was high in the kidney and that of zinc was high in the digestive gland. Metal-binding protein of winkles and mussels collected from the mouth of Daejeong stream was separated, using gel-filtration chromatography. In the kidney and gill of winkles most of cadmium associated with metal-binding protein. In contrast, most of the metal in the digestive gland and remaining tissues is bound to high molecular weight protein rather than metal-binding protein. Similar trend was revealed in mussels but generally contents of cadmium associated with metal-binding protein were less than that of winkles. Accumulation of cadmium was linear with time in winkles exposed to a range of cadmium concentrations (4, 40 and 400 ㎍/L Cd). The kidney showed the highest concentrations of cadmium in both the control and exposed individuals. Also the percentage of cadmium in cytosolic fraction of component tissues increase with time. Proportion of cadmium in the digestive gland-gonad was high( >80%) in both the control and exposed winkles. Gel-filtration chromatography of cytosolic extracts reveals that cadmium, accumulated in both the kidney and the gill, is bound to metal-binding protein, while cadmium in both the digestive gland-gonad and the remaining tissues is bound to high molecular weight protein. Measurements of metal-binding protein concentrations in both the kidney and gill of winkles made by Cd-Chelex assay showed concentrations of metal-binding protein are significantly affected by cadmium exposure. In contrast, acetonitrile treatment /centrifugation is insufficient to remove most of the interference from high molecular weight protein both in the digestive gland-gonad the remaining tissues. Therefore measurements of metal-binding protein concentrations in both the kidney and gill of winkles may prove useful in the determination of sublethal biological response to metal contamination.