로티퍼의 배양과 이용

1.로티퍼는?

영명(英名) : 로티퍼 (rotifer 또는 rotifera)
학명(學名): 어류의 종묘 생산과정에서 널리 이용되는 종의 속명은 브라키오누스(Brachionus sp.)
한국명 : 로티퍼, 윤충, 바퀴벌레

1) 로티퍼(rotifer)는 1702년 안토니 반레벤후크 (Antony van Leeuwenhoek)에 의하여 처음으로 관찰되었다.

2) 전세계의 수계 (주로 담수)에 약 2,000여종이 있는 것으로 알려져 있는 작은 동물성플랑크톤의 일종으로 순수 해산종인 로티퍼는 극히 드물다 (10여종).

3) 로티퍼 중 어류의 종묘 생산 과정에서 초기 먹이 생물로서 널리 이용되고 있는 종류는 브라키오누스 (Brachionus)속의 로티퍼이다.

4) 브라키오누스 속의 로티퍼는 담수와 기수에 널리 분포한다.

5)현재 해산어의 종묘 생산과정에서 초기 먹이생물로서 널리 이용되는 로티퍼는 브라키오누스 로툰디포-미스(Brachionus rotundifornis)와 브리키오누스 플리카티리스(Brachionus plicatilis)의 두종이 널리 이용되고 있다.

6) 로티퍼의 수컷은 일생을 통하여 섭이 활동은 전혀 하지 않으므로 소화기관이 없고 생식 활동에 필요한 유영기관과 생식기만이 발달되어 있다.

7)로티퍼는 보통 수컷과의 교미 행동없이 암컷만의 능력으로 자손을 번식시킬 수 있는 단성생식을 통하여 세대를 거듭하게 된다. 그러나, 어떠한 조건이 가해지면 숫컷이 발생하여 양성생식이 유도된다.

8)양성생식이 이루어지게 되면 시스트(cyst, 내구란 resting egg 라고도 한다.) 라고 하는 휴지형 상태가 된다(알테미아의 시스트처럼).

9)현재 로티퍼의 시스트를 대량으로 생산하기 위하여 연구가 진행중에 있으며, 통조림 상태의 연구 성과가 이루어져 있다.

2.해산 로티퍼Brachionus plicatilis의 분류학적 재정립

1)종래 B. plicatilis중에서도 S형 보다도 더 작은 크기의 그룹으로 소위 SS(Super Small :
예를 들면 태국 스트레인) 형이라고 불리워 왔던 스트레인에 대해서는 현재 분류학적 재검토가 진행 중에 있으며, 최근의 보고에 의하면 형태적인 관점, 생식 패턴, allozyme등의 분석 결과 SS형의 subspecies일 가능성이 높다.

2)이후 S형과 L형의 호칭을 S형은 Brachionus rotundiformis, L형은 B. plicatilis 라고 부르도록 한다. 그리고 종래의 SS(Super Small)형에 대해서는 계속 SS형이라고 부르는 것이 타당할 것이라 생각된다.

3)여기서 알고 넘어 가야할 점 : 실무에 계신 분들이 말씀하시기를 우리 양어장에는 120㎛ 크기의 로티퍼가 있다고들 이야기한다. 그러므로 능성어와 같은 소구경 어종의 먹이로 이용 가능한 로티퍼가 있다고 한다. 그러나, 실제로 120 ㎛ 크기의 로티퍼는 존재는 하지만 이것을 먹이로서 이용하기는 어렵다. 왜냐하면 120 ㎛ 크기란 그 종의 생물학적 최소형이 아니고 생물학적 최소형에 이르기 전의 성장중인 어린 로티퍼이다. 여기서 생물학적 최소형이란 난에서 태어난 어린 로티퍼가 성체로서 성장한 후 처음으로 포란을 하였을 때의 크기를 말한다. 이 생물학적 최소형은 로티퍼의 배양 과정에서 또 다른 의미를 갖는데 전체 배양 로티퍼의 크기 중에서 차지하는 비율이 가장 높은 것을 의미한다. 그러면 여기서 120 ㎛ 크기의 로티퍼는 무엇일까? 로티퍼의 배양 조에서 무작위로 채집하여 크기를 측정한 것 중에서 비교적 작은 크기의 개체이거나, 일시적으로 측정한 개체가 비교적 어린 개체를 많이 포함하고 있었던 것으로 판단된다. 120 ㎛ 크기의 어린 로티퍼는 배양조 전체의 로티퍼 중에서 일부분을 차지하고 있으므로 먹이생물로서의 120 ㎛ 크기의 로티퍼를 대량으로 확보하는 것은 현실적으로 불가능하다. 그리고 120 ㎛ 크기의 어린 로티퍼는 영양강화를 하는 등의 짧은 시간(24시간이내) 또는 배양 과정 중에 성체로서 성장하기 때문에 먹이로서 공급하고자 하는 시점에서 전체 배양 로티퍼 중에서 120 ㎛ 크기의 로티퍼가 차지하는 비율은 달라진다.

3.로티퍼의 교미행동

1)로티퍼의 교미행동은 접근(contact), 선회(circling) 그리고 교미(copulation)의 3단계로 나눌 수 있다.

①제1단계의 접근이란 먼저 암컷의 섬모관부 또는 발과 몸체의 연결부에서 분비되는 성페로몬을 수컷이 인식하여 암컷임을 확인하고 접근한다.

②제2단계의 선회란 암컷이 분비하는 성페로몬에 의해 유인된 숫컷은 암컷의 주의를 빙글빙글 돌면서 자신과 교미가 가능한가를 판단한다. 만약 Brachionus rotundiformis (S형)과 B. plicatilis (L형)이 만났다고 한다면 각각의 종이 분비하는 성 페로몬은 같은 종 (같은 형)의 수컷만이 인식가능 하므로 결국 B. rotundiformis와 B. plicatilis와 두종 사이에서는 접근과 선회까지는 관찰할 수 있으나, 마지막 단계인 교미 행동까지는 성사될 수 없다. 한편, 선회하면서 자신과 교미 가능한 암컷임을 인식하게되면

③제3단계인 교미가 동일 종 내에서 이루어져 수정란을 형성한다. 이 수정란을 시스트 또는 내구란 이라고 한다.

2)해산 로티퍼의 생활수중에서 양성 생식의 산물인 내구란은 다음과 같은 과정을 거쳐서 만들어지게 된다. 단성생식에 의한 개체군 증식→개체군내에서의 mictic female의 출현→mictic female에 의한 수컷의 출현→수컷과 젊은 mictic female 사이에서의 교미→수정→내구란의 형성의 순으로 이루어지는 것이 일반적이다.

4.먹이생물로서 이용되기 전의 로티퍼

1)로티퍼가 처음으로 양식 관련 연구자 또는 양식인들에게 알려진 것은 뱀장어양식장에서부터이다. 1960년 이전 로티퍼는 반유수식 또는 지수식 의 뱀장어양식 장에서 쉽게 관찰되었는데 그 당시 관련 분야의 연구자들에게는 골치 아픈 문제를 일으키는 달갑지 않은 존재로서 취급되어져 왔다. 왜냐하면, 뱀장어양식 장에 대량 발생한 로티퍼는 양만장의 물만들기 과정을 방해하고 뱀장어에게 공급한 산소를 중간에서 가로채, 결국 뱀장어의 대랑 폐사를 일으키는 해로운 생물이었다.

2)그러나, 대량 배양이 용이하다는 점에 착안하여 연구를 거듭한 결과 지금은 해사어의 종묘 생산과정에서는 없어서는 안될 중요한 먹이 생물로 이용되고 있다.

3)이것은 Ito가 먹이생물로서 로티퍼의 이용 가치에 대하여 주목한 이후 여러 과학자들에 의해 연구된 결과로 지금은 해산어의 종묘 생산 과정에서 없어서는 안 되는 초기 먹이 생물
로서 재평가 받을 수 있게 되었다.

5.로티퍼의 대량 배양

1)로티퍼의 대량배양 법에는 대표적으로 배치 배양법(batch culture method)과 준 연속배양법(semi-continuous culture method)의 두 가지 방법이 알려져 있다. 그 외 피이드 백(Feedback) 배양법과 초고밀도배양 법(ultra high-density culture) 등이 있다.

① 배치 배양법은 10-50톤 규모의 비교적 소형의 배양수조를 여러 개 준비하여 필요에 따라서 배양 수조의 전량을 수확하여 먹이로서 공급하는 방법으로 많은 숫자의 배양 용기가 필요하다.

② 준연속배양법은 50-100톤의 비교적 애형의 용기에서 로티퍼를 배양하고 일정 기간동안 매일 같은 수조에서 일정량의 로티퍼를 수확한 후 부족 분의 사육수의 공급은 로티퍼 먹이 (식물성 플랑크톤 또는 이스트) 현탁액을 포함하고 있는 배양수로 보충한다.

③ 여러 배양 수조에서 생기는 부산물을 다시 식물성 플랑크톤의 영양 원으로 재 이용한 후 배양된 식물성 플랑크톤은 다시 로티퍼의 먹이로서 이용하는 Feedback 배양 법이 있다.

④ 모든 환경조건을 인위적으로 콘트롤하여, 20,000-25,000개체/㎖의 고밀도로 해산 로티퍼의 배양이 가능하여, 기존의 대규모 배양 용기는 필요 없어지고 1톤 수조 몇 개로 안정적인 생산이 가능하게 된 초고밀도 배양 (ultra high-density culture)법이 있다.

2) 호율적인 로티퍼를 만들기 위해서는 위의 대량 배양법 이외에 기본적으로 이루어져야 하는 몇 가지 문제점들이 있다.

① 단일종 배양(Mono culture)이 되어야 한다.
로티퍼를 배양하다 보면 다양한 종류와 많은 개체의 목적 외 생물이 혼재되어 때로는 목적
생물의 안정 배양이나 고밀도 배양을 방해하는 요인으로서 작용한다. 이러한 혼재 생물(여기서 혼재 생물이라는 의미는 해를 끼치는 생물이라고 하기 이전에 목적 생물 이외에 관찰이 되는 생물을 칭하는 것이 바람직하다. 즉, 혼재 생물은 배양을 목적으로 하는 로티퍼의 증식에 좋은 영향이나 나쁜 영향을 미칠 수도 있으며, 때로는 어떠한 영향도 안 미칠 수도 있다)의 영향을 가능한 배제하기 위해서는 배양을 목적으로 하는 생물(예를 들면 로티퍼)만을 배양할 수 있어야 한다.

② 스트레인 배양(strain culture)이 되어야 한다
로티퍼의 경우, 같은 종일지라도 스트레인(스트레인이란 하나의 생물 종 중에서 지역에 따라서 그 특징이 뚜렷하게 구분이 가능한 경우를 말한다. 예를 들면 일반적으로 종묘 생산 현장에서 타이산 로티퍼라고 불리우는 종은 타이의 자연 수역에서 채집된 로티퍼를 단일종 배양한 것으로 다른 로티퍼의 스트레인에 비하여 비교적 크기가 작고 증식율이 높은 특징을 갖고 있다.)에 따라서 배양 환경이 달라지거나, 증식의 정도가 다르다. 이것은 각각의 스트레인이 오랜 시간을 거치면서 그 배양환경 또는 자연 서식 환경에 적응함으로서 각각 독특한 특징들을 가지게 된다. 그러므로 배양이 쉽게 이루어질 수 있는 스트레인을 골라서 선별 배양하는 것이 필요하다.

③ 무균 배양(axenic culture)
로티퍼는 배양수중에 존재하는 세균(저희들은 혼재 세균이라고 합니다)을 무조건적으로 체내로 빨아들인다. 이들 혼재 세균들은 때로 로티퍼의 증식을 저해할 뿐만 아니라, 로티퍼를 먹이로 하는 해산 자어 에게도 해로운 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 배양수중의 세균이 완전히 제거된 상태인 무균 상태의 배양이 절대적으로 필요하다. 즉, 다른 배양 장으로부터 로티퍼를 분양 받아올 때는 배양을 목적으로 하는 로티퍼 이외의 혼재 생물(혼재생물중에서는 사육중인 넙치에게 치명적인 영향을 미치는 스쿠티카 병의 원인이 되는 생물도 포함되어 있다)의 영향을 최대한으로 줄이기 위해서는 단일종 배양이 이루어져야하고, 아울러 가능하다면 세균의 영향이 배제된 무균 배양 상태의 로티퍼로서 배양을 시작하는 것이 세균성 질병의 확산을 방지할 수 있는 한 방법이 될 것이다.

6.해산 로티퍼의 배양 수온별 증식율

1) 여기서 알고 넘어야 할 문제점 한가지 :
이전까지는 소형의 로티퍼를 배양하기 위해서 는 배양 수온을 올리면 소형의 로티퍼 즉 B. rotundiformis가 배양가능하다고 말하여졌으나, 이것은 배양 수조중에 소형종과 대형종(B. rotundiformis와 B. plicatillis)이 섞여 있는 상태하에서 배양 수온을 올림으로서 B. plicatillis 보다는 비교적 고수온에서 성장이 빠른 B.rotundiformis가 우점하게된 결과이지, 결코 한종이 수온에 의해서 소형종(B.rotundiformis, Small형)으로 때로는 대형종 (B. plicatillis, Large형)으로 바뀌는 것은 아니다.

2) Brachionus속의 해산 로티퍼의 호적 배양조건으로서는 1.0㎎/리터의 용존 산소를 요구하며, 용존산소가 0.9 ㎎/리터인 조건에서는 증식율이 저하된다.

3) 적정 pH 범위는 6.5-8.5이다. 4) 최적 염분 농도는 17-23ppt이다.

7.로티퍼 배양조는 작은 소우주!

1) 로티퍼의 대량 배양조는 배양을 목적으로 하고 있는 로티퍼가 최상위 영양 레벨에 있는 미소생태계(작은 소우주라는 의미의 마이크로코즘 : Microcosm, Micro-ecosystem)를 이루고 있다.

2) 미소 생태계내에서는 로티퍼 이외에 수많은 미소 생물들이 혼재되어 있다. 주로 혼재되는 생물로는 섬모충을 주로하는 원생동물과 코페포다가 있으며, 그외에 해양 유래의 세균이 관찰된다.

3) 배양조에서 관찰되는 혼재생물(섬모충과 같은 원생동물이나 세균)은 미소 생태계 (배양조)내에서 완벽한 천이를 거듭한다.

4) 혼재생물들은 로티퍼의 증식에 직접, 간접적으로 영향을 미칠뿐만 아니라 종묘생산중인 자어의 증식에도 영향을 줄 수 있다.

8.로티퍼의 먹이

1) 로티퍼는 동물성 플랑크톤 중에서도 대표적인 여과섭식성(filter feeding)으로 주로 미세식물성플랑크톤(microlgae), 이스트(yeast), 박테리아 등을 영양원으로 하고 있다.

2) 로티퍼가 섭식하는 먹이의 가장 적절한 크기는 2-20 ㎛이다.

3) 로티퍼의 대표적인 먹이로는 빵이스트류를 들 수 있다. 손쉽게 대량으로 입수가능하며, 식물성 플랑크톤처럼 따로 넓은 면적의 배양 용기를 필요로 하지 않는다는 점에서 각광을 받아 왔다. 그러나, 빵 효모만을 장기간에 걸쳐 로티퍼에게 단일 급이 하였을 때에는 로티퍼에게 영양 결핍현상을 일으키기도 한다. 이러한 영양 결핍은 주로 먹이 중에 함유되어 있는 고도 불포화 지방산 (HUFA)의 부족이 원인이었음이 규명되어 지금은 빵효모 대신에 유지효모를 사용하거나, 대두간유 또는 오징어간유로서 보충하기도 한다.

4) 효모류를 이용한 로티퍼의 대량 배양 과정에서는 로티퍼의 먹이로 급이한 효모를 이용하여 많은 종류의 섬모충이 발생하게 된다. 혼재가 관찰되는 대부분의 섬모충류는 로티퍼의 안정배양을 저해하는 주된 원인으로 작용하고 있다.

5) 로티퍼의 먹이로 이용되는 식물먹이생물(식물성 플라크톤 또는 미세조류)에는 난노크로롭시스(Nannochloropsis), 테트라셀미스(Tetraselmis), 듀날리엘라(Dunaliella)등이 있으며, 최근에는 산업적으로 대량 생산하여 소농축시킨 담수산 클로렐라(Chlirella)가 손쉽게 이용되고 있다.

6) 난노크로롭시스를 야외 수조에서 대량으로 생산하여 대형 원심 분리기에서 농축시킨후 -20℃이하에서 동결시켜 먹이로 이용하기도 한다(동결 난노크로롭시스라고 부른다).

7) 고농축 담수산 클로렐라나 동결 난노크로롭시스(Nannochloropsis)의 이용은 로티퍼의 고밀도 배양은 물론 안정 배양에도 크게 도움이 되고 있는데, 특히 로티퍼 먹이의 안정적인 공급 차원에서 높이 평가되어지고 있다.

9. 먹이생물로서 로티퍼의 생물학적 특징
1) 해산 자 치어가 비교적 섭이 가능한 작은 크기이다.
2) 자 치어가 쉽게 섭이할 수 있는 둥근 체형을 하고 있다.
3) 유영력이 느려서 자 치어가 섭이하기 쉽다.
4) 비어있는 밥공기와 같아 체내에 쉽게 영양 강화를 할 수 있다.
5) 증식율이 높고 비 병원성 생물이다.

10. 먹이생물로서 로티퍼 배양의 문제점

1) 능성어류와 같은 고급어종의 종묘 생산에서는 지금까지 이용되어져 왔던 로티퍼보다 더 작은 크기의 로티퍼가 필요하게 되었다. 결국 지금까지 배양해온 SS형 또는 S형으 로티퍼(두형 모두 브라키오누스 로툰디포미스, Brachionus rotundiformis)로는 초기 자어기에 있어서 먹이생물로서 크기가 커서 섭이가 불가능하게 된 것이다. 이러한 이유로 현재 이용되어지고있는 로티퍼보다 더 작은 크기 (150 ㎛ 이하)의 극소형 로티퍼가 요구된다.

2) 배양과정에서 일어나는 배양밀도의 급격한 감소 또는 전멸현상은 해산어의 종묘생산과정에서 가장 큰 문제점으로 안정 배양기술 확립이 필요하다.

 

출처 : 온누리넷의 다솜님