저염도 PL 순치, 생존율 그리고 성장율

태평양 흰다리 새우(Litopenaeus vannamei)의 저염도 양식
후기 유생(포스트 라바) 와 치하의 순치, 생존율 그리고 성장율

Litopenaeus vannamei의 저염도 양식은 높은 염도 환경의 상업적 종묘장으로부터 포스트라바(PL)를 옮겨와야 한다. 성공적으로 적응 식키기 위해서, 15일령 포스트라바(PL15)를 염도 30ppt에서 바로 혹은 점차적으로 1~5ppt 로 순치시켜야 한다. 한번에 낮은 염도에 순치시키는 것 보다 점진적으로 낮추는 것이 생존율이 높다. PL15를 5ppt까지 순치시키는 것이 1 ppt까지 순치시키는 것 보다 생존율이 높다. 이번 연구에서 염도 0~5ppt 저염도에서 PL15와 치하의 생존율에 대해 비교하였다. PL 단계에서 염도 1.5ppt에서 생존율은 좋았다(>85%). 저 염도에 대한 저항성은 일령에 따라 증가했고 민물에서의 생존율은 치하가(65%) PL(2%)에 비해 훨씬 높았다. 치하를 여러가지 염도 환경에서 장시간 실험해본 결과, 염도 5ppt에서 양식할 때 가 최적으로 정상적인 해수에서 양식할 때와 비슷한 성장율을 나타내어 L. vannamei 새우가 내륙 저염도 환경에서 성공적으로 양식될 수 있음을 알 수 있었다.

소개

일본은 새우를 연간 300,000톤이상 소비하는 세계 최대의 새우 수입국 중의 하나이다. 하지만 일본의 새우 양식량은 연간 1,700톤에 불과하다. 일본에서 양식되고 있는 새우종은 쿠루마 프론, Marsupenaeus japonicas 종이고 이는 양식 비용 증가와 바이러스에 의한 폐사로 해마다 줄고 있다. 이 번 연구는 일본 정부의 “Litopenaeus vannamei 흰다리 새우의 내륙 순환 여과 양식 개발” 프로젝트의 일환으로 경젝적이고 환경에 영향을 최소화하며 위험 부담이 없는 양식 모델 개발을 목적으로 펀드를 받아 진행하였다. 이번 연구의 목적이 일본의 양식산업 발전을 위한 것이지만 이 프로젝트에서 얻어진 정보는 주변 개발도상지역, 남동아시아 지역에도 적용가능 할 것이다.

태평양 흰다리 새우, Litopenaeus vannamei는 다른 새우 종 L. setiferus, L. stylirostris 그리고 P. chiensis에 비해 낮은 염도에 대한 저항성이 커서 내륙 양식에 가장 적합한 품종 중의 하나로 여겨진다. 과거의 연구에서 L. vannamei가 저염도에서 성공적으로 양식되었음이 보고되었다. 하지만 양식 초기의 생존율은 저염도에 순치가 많은 영향을 끼친다. 일반 상업 종묘장에서 구입하는 포스트라바(PL)는 일반적으로 고염도 상태에서 배달된다. 이러한 PL을 저염도 환경에 성공적으로 적응시키려면 첫 번째 단계가 염도 순치 과정을 확립하는 것이다.

L. vannamei 의 저염도 양식에 최적 조건을 도출하기 위해서는 최저 양식 가능 염도와 일령에 대한 효과를 알아야 한다. 염도에 대한 저항성은 새우 종에 따라 다양하게 보고되었다(L. vannamei, M. japonicas, L. setiferus, and L. stylirostris). 비록 Penaied 종이 다양한 염도 환경에 적응하는 걸로 알려졌는데, 그렇다고 모든 염도에서 성장할 수 있는 것은 아니다. 더구나 저염도 양식에서는 염도 자체보다 이온 분포와, 칼슘, 칼륨, 마그네슘이 더 중요한 것으로 나타났다. 그러므로 새우의 성장과 생존에 염도와 경도에 대해 이해하는 것이 필요하다.

이 논문에서는 다음 과제에 대한 연구를 요약한 것이다.
(a) IMT Co. 에서 개발하고 Yukigumi Suisan Co. at Myoko, Niigata에서 운영하는 실내 새우 양식 시스템 (ISPS) 에서 L. Vannamei  포스트라바(PL) 순치과정 개발
(b) 포스트라바의 일령 별 염도 적응 관찰

(c) 새우 저염도 양성에 가장 적합한 염도 확인.

 재료와 방법

실험을 위한 시료는 하와이의 Molokai Seafarms 으로부터 무균 L. vannamei를 구입했다.  실험에 사용될 인공 해수는 민물에 인공 바다소금(SeaLife, Marine Technology Pvt. Ltd, Japan)을 섞어 농도를 맞춰 사용했다. 새우는 재순환 탱크에 넣고 지속적으로 에어레이션을 하고 사료는 상업용 크램블 새우 사료(Higashi Maru, Janpan, 48% 단백질)를 하루에 한번씩 주었다. 실험 기간동안 수온 28°C를 유지했다. 다음3가지 경우의 실험이 행해졌다.

순치율

첫 번째 셋트의 실험은 염도 30ppt에서 5ppt와 1 ppt로 낮출 때 PL의 생존율에 끼치는 영향을 평가했다.

첫 번째 실험은 PL15를 대상으로 한번에 30ppt에서 각 5ppt와 1 ppt로 바로 적응시켜보았다. 30ppt 염도에 일주일 동안 있었던 PL 50 마리를 45리터로 똑 같은 3개의 직사각형 용기에 30ppt의 인공 해수 1리터에 29리터의 민물을 넣어 1ppt 염도로 맞춘 물에 옮겨 넣었다. 한 번에 5ppt 로 맞추기 위해서는 30ppt 해수 4.25 리터에 민물 20.8리터를 넣었다.

두 번째 실험은 PL를 점차적으로 1, 3일 그리고 7일에 걸쳐 염도를 5ppt 와 1 ppt까지 내리면서 적응시켰다.  점차적인 1 ppt 적응 실험은, PL₁₅ 100마리를 30ppt 해수에서 60리터 용량의 용기에 30ppt 해수 1.71 리터를 넣고 옮긴 후, 하루에 3~4차례 일정량의 민물을 추가하면서 1일, 3일 혹은 7일간에 걸쳐 최종 볼륨이 50리터 되도록 하였다. 첨차적인 5 ppt 적응 실험은, PL₁₅ 100마리를 60리터 용량의 용기에 30 ppt해수 8.3 리터를 넣고 옮긴 후, 하루에 3~4차례 일정량의 민물을 추가하면서 1일, 3일 혹은 7일간에 걸쳐 최종 볼륨이 50리터 되도록 하였다.

순치 완료 48시간 후에 각 탱크에 살아있는 개체수를 세고 생존율를 계산하여 기록하였다. 결과는 각 처리구의 유의한 비교 데이터를 산출하기 위하여 ANOVA를 이용하여 통계적 분석을 하였다.

저염도 적응성

PL₂₀ 과 치하를 대상으로 순치 과정 없이 얼마나 낮은 염도까지 생존 가능하지 실험하기 위해 두 번째 실험 셋트가 실행되었다. 각 실험은 PL₂₀(0.02g) 50마리씩 30ppt 해수에서 12리터 용량의 0, 0.5, 0.75, 1.5, 2 그리고 5 ppt 염도의 탱크로 옮겼다 (3개씩 같은 환경). 새우는 부드럽게 에어레이션 해주면서 수온은 28 °C를 유지하면서 10일간 실험했다. 각 경우 별 생존 새우 숫자를 세고 생존율을 비교하였다. 각 경우 별 유의한 차이 통계적 계산은 one –way ANOVA를 사용했다.

장기간 성장

PL과 치하의 장기간 성장을 실험하기위해 세 번째 실험 셋트를 진행하였는데, 12주 동안 저염도 상태에서 진행하되 경도는 조절하였고 일반 해수에서의 성장율과 비교하였다. 이번 실험의 목적은 현재 ISPS에서 사용하고 있는 저염도 고경도 환경에서 이상적인 성장율을 달성할 수 있는지 확인하고 성장율에 영향없이 염도와 경도를 더 낮출 수 있는지 확인하기 위함이다. 경도를 조절하기 위해 적당량의 MgCl₂, CaCl₂ 그리고 NaHCO₃를 인공해수에 첨가하였다. 각 실험구의 환경은 다음과 같다; 1) 30 ppt, 6,600ppm 경도(정상 염도, 정상 경도). 2) 2.5 ppt, 1,400ppm(ISPS 현재 물 환경, 저염도 고경도, 2,000mg/L MgCl₂ and 395 mg/L CaCl₂); 3) 2ppt, 1,300 ppm(저염도, 고경도, 2,000mg/L MgCl₂ and 395 mg/L CaCl₂); 4) 1.5 ppt, 450 ppm (저염도, 저경도, 667mg/L MgCl₂, 132 CaCl₂). 실험 시작 전에, 100마리 PL(0.014g)을 점진적인 순치 과정을 거쳐 5ppt 염도에 일주일간 방치한 후에 실험 염도 및 경도를 맞춘 60리터 용량의 4개의 탱크에 옮겨졌다. 각 탱크 새우의 개체 중량과 길이를 4주 간격으로 기록하였다.

결과를 각 실험구 별 성장률 비교를 위해 ANOVA 와 Turkey’s 테스트를 이용하여 분석하였다.

결과

순치율

PL₁₅의 경우 5 ppt에 순치된 경우가 염도 1ppt에 순치된 모든 경우보다 훨씬 생존율이 높았다. 더구나, 점진적인 순치가 한번에 저염도에 순치하는 것에 비해 더 좋은 생존율을 보여주었다(그림1). 한 번에 저염도에 순치한 경우, 5ppt에 순치한 PL의 생존율(53%)이 1 ppt에 순치한 경우(16%) 보다 월등히 높았다(ANOVA:F14=22.67, p<0.01). PL를 5ppt에서 1일 동안 순치한 경우 생존율(94%)이 1 ppt에 1일 동안 순치한 경우(63%) 보다 훨씬 높았다(ANOVA: F14=21.14, p<0.05). 그 후로, PL의 5ppt에 3일, 7일 간의 순치에서 생존은96%(그림1)로 거의 비슷했다. 하지만, 1ppt에서 순치한 경우에는 점진적인 순치가 생존율을 높였고 80%의 생존율을 위해서는 7일이 걸렸다(그림1).  이로써 아주 낮은 염도까지 순치가 가능하나 적당한 염도에 순치하는 경우보다 오랜 시간을 걸린다는 것을 알 수 있었다.

저염도 저항성

PL₂₀과 치하의 다양한 염도에서의 생존율이 그림 2에 나타나있다. 염도 1.5 ppt 이상에서 PL₂₀의 생존율은 85% 이상으로 높았으며 0.75 ppt와 0.5 ppt에서는 47% 와 29%로 낮았다(ANOVA: F_5,12=63.28, p<0.001). 민물에서의 생존율은 2%에 불과했다. 저염도에 대한 저항성은 나이에 따라 증가했다, 치하의 생존율은 상당히 높았는데 0.75 ppt(93%, ANOVA:F_1,4 = 96.67, p<0.001), 0.5 ppt(77%, ANOVA: F_1,4 = 28.84, p<0.01) 그리고 0 ppt(65%, ANOVA: F_1,4 = 114.49, p<0.001) 였다.

장기간 성장

장기간 성장 실험에서, 일반 해수(30 ppt, 6,600 ppm)의 경우와 ISPS (5ppt, 1,400ppm)의 경우에서 생체 무게와 길이에 있어서 12주 동안 저염도 고경도(2 ppt, 1,300ppm) 그리고 저염도 저경도(1.5 ppt, 450 ppm)에 비해 훨씬 좋았다(그림 3 a, b). 실험의 끝났을 때 생존율은, 일반 해수 86%, ISPS 96%, 저염도 저경도 46%, 저염도 고경도 45% 였다. 일반 해수와 ISPS에서 양성된 새우가 3개월간 생체 무게와 길이의 성장율이 높게 나타났다.  더구나, 나중에도 일반 해수와 ISPS의 성장율이 저염도 새우 성장율보다 월등히 높았다. 이 연구 결과는, L. Vannamei는 경도를 적절하게 높게 조절하면 5ppt의 염도에서 해수와 같은 성장율을 달성할 수 있다는 것을 보여준다.

토론

L. vannamei 포스트라바(PL)는 점진적인 순치 과정을  염도5ppt 까지 낮춰 양식을 하면 거의 100%의 생존율을 달성 할 수 있다.  최종 염도와 순치 과정이 L. vannamei의 생존율에 끼치는 영향을 분명하게 보여주었다. PL₁₅을 순치 과정을 거쳐 최종 염도 5ppt 로 했을 때, 1ppt 때 보다 생존율이 높았다. 점차적인 순치가 한번에 하는 순치에 비해 생존율이 높았다. 순치 시간을 늘릴 때 1ppt에서 생존율이 높았다. 이것은 PL₁₅을 72시간에 걸쳐 1 ppt에 순치할 경우 생존율이 증가했다는 McGraw and Scarps의 논문과 일치한다. Van Wyk et al. 또한 L. Vannamei를 낮는 염도에서 오랫동안 순치 할 때 생존율이 늘어난다고 보고 했다. F. indicus PL을 갑자기 30 ppt에서 5, 10ppt 로 순치기간 없이 옮겼을 때는 폐사율이 매우 높았다. 순치 기간을 늘리는 것은 새우의 혈림프와 주변 환경의 이온농도 차이 변화에 적응을 할 시간을 주어 삼투압에 대한 스트레스를 덜 받아 생존율이 늘어나는 것으로 여겨진다. 장기간 순치시키는 것이 생존율 향상에 도움이 되지만 경제성을 고려하여 한도 내에서 가능하면 최대한 빠른 시일 내에 순치하는 것이 좋다. 이번 실험결과 5 ppt까지 순치하는 것은 하루면 됐지만; 순치 기간이 긴 것이 스트레스를 덜 주므로 ISPS 시스템에서처럼 5 ppt까지 순치하는데 5일 걸리는 것이 적당할 것이다.

저염도 저항성에 대한 우리의 연구는 L. vannamei PL 과 치하에 있어서 그 일령과 염도가 생존율에 많은 영향을 끼쳤음을 보여준다; 생존율은 PL 일령이 늘어날수록 증가하고 염도가 낮을수록 줄어든다. 치하가 PL에 비해 저염도 저항성이 좋다. 같은 새우 종에 대해 비슷한 결과가 Laramore et al. 의 연구에도 수록되었다. 그들의 연구에 의하면 치하가 2 ppt와 0 ppt에서 PL에 비해 생존율이 높게 나타났다. L. vannamei, M. japnicus, P. indicus 그리고 L. sefigerus등의 penaied 종의 연구에서도 PL을 일령이 높을수록 염도에 저항성이 높다는 것이 보고 되었다. 치하가 생존율이 높은 것인 다른 갑각류 연구에서도 보고되었듯이 삼투압 조절 능력이 발달했기 때문인 것으로 여겨진다. PL 사이즈는 아가미 크기와 비례하고 이는 삼투압 조절 능력과도 연관된다. 이번 연구에서 PL₂₀이 염분 농도 2 ppt까지 견딜 수 있었지만 5ppt에서 95%로 가장 높은 생존율을 보여주어, 최대의 생존율을 위해서는 최종 염도는 5ppt 보다 낮지 않게 하는 것이 좋다.

이번 12주간의 성장 실험에 의하면 저염도에서 L. vannamei 치하의 성장과 생존율은 2ppt, 1,300ppm 그리고, 1.5 ppt, 450 ppm에 비해 5ppt, 1,400 ppm에서 가장 높았다.  저염도에서 이 종에 대한 장기간의 성장과 생존율에 대한 다른 연구도 있지만 저염도에서 여러가지 경도에서의 실험 결과는 보고된 것이 없었다. 하지만 몇 몇 연구에서 L. vammamei의 저염도 양식에서 이온의 중요성 특히 Mg²⁺, K⁺ 중요성이 강조되었다. 4 ppt 염도에서 KCl 과 MgCl₂의 추가가 PL의 생존율과 성장율을 향상시켰음이 보고되었다. 이 연구 보고는 이번 우리의 연구 결과와 일치한다. 높은 성장율과 생존율을 보였던 ISPS의 물은 5ppt, 1,400ppm에 K⁺ 와Mg²⁺ 가 많이 함유되어 있었다. Laramore et al. 은 사이즈와 염분농도가 L. vannamei 성장에 많은 영향을 끼친다고 했고, 2 ppt 에서의 새우가 30 ppt에서의 새우에 비해 1개월 후 성장이 매우 낮았다고 보고 했다. 그러나 그들은 4ppt 와 30ppt 사이의 성장율 차이에 대해서는 관찰하지 않았다. 우리의 연구와는 다르게 Samocha et al. 은 4ppt 와 2ppt에서 성장율 차이를 발견하지 못했다고 했다. 하지만 그들은 30 ppt에서의 성장율과 비교하지는 않았다. 이번 연구와 유사하게 L. vannamei PL과 치하의 연구에서 고 염도에서 이들의 성장이 느려진다는 보고가 있다. 이러한 현상은 L. vannamei의 자연 생태계 습성에서 유래한다. L. vannamei의 치하는 6-12주 동안 저염도 환경에서 살다가 바다로 돌아간다. Mair의 L.vannamei PL의 염도에 대한 연구에 의하면 PL은 1~8 ppt를 강하게 선호한다고 했다. 이번 연구 결과에 의하면 염도 5 ppt에서 경도를 높여주면 자연 해수와 같거나 높은 성장율을 얻을 수 있다.

결론은, 이번 연구는 L. vannamei의 내륙 양식 환경에 적응시키기 위한 중요한 정보를 제공한다. 이번 연구에서 얻어진 정보를 바탕으로 현장에 적용시켜 일본에서 최초로 내륙에서 저염도 양식으로 L. vannamei 를 시판 사이즈로 키워내는 데 성공했다.