Physiological profilings and rbcL gene expression of different thallus parts in Ulva australis after metal exposure :중금속 노출에 따른 구멍갈파래 (Ulva australis)의 부위별 생리학적 프로파일링 및 rbcL 유전자 발현 연구

Geonhee Kim

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자료유형: 학위논문

저자정보: Geonhee Kim (인천대학교, 인천대학교 대학원)

지도교수: 김연정

발행연도: 2022

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

Physiological profilings and rbcL gene expression of different thallus parts in Ulva australis after metal exposure

Geonhee Kim 해양 2022.01 학위논문

2021

Physiological and biochemical responses of Ulva pertusa to metal exposure

Geonhee Kim , Jihae Pa , k 외 3명 환경독성보건학회 심포지엄 및 학술대회 2021.05 학술대회자료

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녹조류 Ulva는 단순하고 균질한 형태를 갖는 것으로 간주되지만 엽체 내에서 상당한 기능적 분화를 나타내는 것으로 보고되었다. 이 연구에서는 6가지 금속 (Ag, As, Cd, Cr, Cu, Ni)에 대한 U. australis의 다른 엽체 부위 사이 민감도를 생리학적 및 생화학적 방법으로 비교했다. 시험된 독성 물질에 대한 EC50 값이 도출된 종말점은 생장, 광합성 및 색소함량이었다. 구리(Cu) 노출의 경우 RGR (0.0530 mg L-1) 및 Fv/Fm (0.2025 mg L-1)이 중간 부위에서 가장 민감한 반면 ETRmax (0.0835 mg L-1) 및 광합성 색소함량 (chl a: 0.0543 mg L-1, chl b: 0.0549 mg L-1, carotenoid: 0.0470 mg L-1)은 가장자리 부위에서 가장 민감하였다. 크롬(Cr)은 모든 종말점에 대해 중간 부위에서 가장 민감하였다 (RGR (0.8412 mg L-1), Fv/Fm (4.8910 mg L-1), ETRmax (1.2876 mg L-1), chl a (4.1132 mg L-1), chl b (4.5542 mg L-1), carotenoid (4.4797 mg L-1)). 니켈(Ni)은 정의된 범위에서 독성이 없었다. 비소(As)에 대해 중간 부위가 가장 민감했으며 계산된 EC50 값은 RGR 0.9528 mg L-1, Fv/Fm 5.030 mg L-1, ETRmax 3.0140 mg L-1이었다. 카드뮴(Cd)의 경우 중간 부위가 가장 민감했지만 EC50 값은 RGR (1.8766mg L-1)에서만 도출되었다. 중금속 노출 후, 유전자 발현은 가장자리 및 중간 부위에서 3-4배 증가했지만 기부 부위에서는 변화가 없었다. 결론적으로, U. australis의 엽체의 서로 다른 부위는 다른 독성 반응을 보였고 각 종말점들은 서로 다른 민감도를 보였습니다. 모든 중금속에 대한 가장 민감한 부위는 엽체의 중간 부위였고 가장 민감한 종말점은 생장 (RGR)이었다. 중금속 중 독성이 가장 강한 중금속은 구리(Cu), 은(Ag) 순이었다. 따라서 U. australis는 연안 환경에서 Cu 및 Ag의 독성을 평가하는 데 적합한 시험 생물일 수 있으며, 금속 독성 시험에 Ulva의 엽체 중간 부위와 그 생장 반응의 사용을 권장할 수 있다.

The green alga Ulva is considered to have a simple, homogeneous form but it has been reported to exhibit significant functional differentiation within the thallus. In this study, the sensitivity to 6 metals (Ag, As, Cd, Cr, Cu, and Ni) was compared between different thallus regions of U. australis at physiological and biochemical levels. The endpoints from which EC50 values were derived for the toxicants tested were growth, photosynthesis and pigmentation. For copper (Cu) exposure, RGR (0.0530 mg L-1) and Fv/Fm (0.2025 mg L-1) parameters were most sensitive in the middle region, while ETRmax (0.0835 mg L-1) and pigmentation parameters (chl a: 0.0543 mg L-1, chl b: 0.0549 mg L-1, carotenoid: 0.0470 mg L-1) were most sensitive in the marginal region. Chromium (Cr) was most toxic in the middle region for all parameters: RGR (0.8412 mg L-1), Fv/Fm (4.8910 mg L-1), ETRmax (1.2876 mg L-1), chl a (4.1132 mg L-1), chl b (4.5542 mg L-1), carotenoid (4.4797 mg L-1). Nickel (Ni) was not toxic to any of the thallus parts in the defined range. For arsenic (As), the middle region was the most sensitive and the calculated EC50 values were 0.9528 mg L-1 for RGR, 5.030 mg L-1 for Fv/Fm, and 3.0140 mg L-1 for ETRmax. For cadmium (Cd), the middle region was the most sensitive, but the only calculated EC50 value was for RGR (1.8766 mg L-1). After heavy metal exposure, gene expression increased 3-4-fold in the marginal and middle regions, whereas there was no change in the basal regions. In conclusion, the different regions of the thallus of U. australis showed different toxic responses and the different parameters had different sensitivities. The most sensitive site for all heavy metals was the middle thallus region, and the most sensitive parameter was growth (RGR). Among the heavy metals, the most toxic heavy metal was copper (Cu), followed by silver (Ag). Therefore, U. australis may be a suitable test organism for evaluating the toxicity of Cu and Ag in the coastal environment, and the use of the mid-thallus region of Ulva and its growth response may be recommended for testing metal toxicity.

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Abstracts i
Table of contents ⅲ
List of tables ⅴ
List of figures ⅵ
1. Introduction 1
2. Materials and methods 3
2.1. Algal culture and culture conditions 3
2.2. Morphological measurement 4
2.3. Metal toxicity testing 4
2.4. Measurement of growth 6
2.5. Chlorophyll a fluorescence parameters measurement 7
2.6. Pigment analysis 8
2.7. RNA isolation and qRT-PCR 9
2.8. Statistical analysis 10
3. Results and discussion 11
3.1. Morphological, physiological and biochemical measurements 11
3.2. Effect of metals on growth 16
3.3. Effect of metals on photosynthesis 27
3.4. Effect of metals on pigmentation 36
3.5. Expression analysis of rbcL in response to metals 52
4. Conclusion 60
References 63
국문초록 78
Acknowledgement 80

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