서 론

김은 홍조식물 김파래목 김파래과의 해조류로, 참김, 방사무늬김, 모무늬돌김, 잇바디돌김이 국내에서 양식되고 있으며 전 세계적으로 약 140여종으로 매우 다양하다(Yoshida et al., 1997;Yoshie et al., 1993). 김은 맛과 향이 뛰어나고 무기질, 비타민, 칼슘 등 영양이 풍부하여 고지혈증, 항암효과 등에 효과가 있는 식품이며, 건조된 상태 또는 소금 및 식용유가 첨가된 가동 상태로 섭취된다(Cornish et al., 2010;Hong et al., 1997;Park et al., 2000). 이러한 김 양식은 국내에서 3조원 이상의 부가가치를 가지고 있으며, 2023년 국내 김 생산량은 45만톤으로 수산업에서 김 산업의 중요성이 인식되고 있다. 그 중 전라남도의 김 생산량은 2023년에 30만톤으로 전국 생산량의 66.7%에 달하고 있다(NIFS, 2023).

그러나 기상 및 해황의 이변 등 환경 이상 현상이나 김발 관리 소홀, 공장폐수 유입 등 다양한 요인으로 각종 김 갯병이 속출하고 있으며 이로 인해 김의 품질이 저하되거나 수확량이 감소되어 양식 어민들에게 경제적인 피해를 입힌다. 현재까지 보고된 김 갯병으로는 붉은갯병(Pythium chondricola), 올피디옵시스병(Olpidiposis), 녹반병(Green spot), 규조류 부착증(Diatom attachment) 등이 있으며 김 갯병 중 원인균과 진단법이 유일하게 밝혀져 있고 양식 김에 감염되어 피해를 주는 대표적인 질병에는 붉은갯병이 있다(Cho and chang, 1986;Lee et al., 2015;Song et al., 1993).

난균류(Oomycetes)에 속하는 붉은갯병은 유주자(Zoospore)가 엽체에 부착하여 피낭을 형성한 뒤 세포를 관통하는 균사를 생장시켜 숙주 엽체를 점진적으로 사멸시킨다. 이러한 난균류의 감염 기작에 관한 연구는 이미 고등식물에서 많이 진행되어 왔고, 해조류에서도 발생하는 것으로 알려져 있으며, 대표적으로 김 양식장에 가장 큰 경제적 피해를 입히고 있다. 일반적으로 수온과 염분 및 밀식이 발병의 원인으로 알려져 있고 그 중 수온과 가장 밀접한 관계가 있으며 수온이 12~15℃ 또는 그 이상, 특히 수온이 상승하는 경향이 있을 때, 기후가 따뜻하고 바람이 없을 때 잘 발병하며, 양식장 내의 확산이 여러 갯병들 중에서 가장 빠르다. 간혹 국지적으로 발생하기도 하지만, 대부분 전국에 걸쳐 발병하는데 이 질병의 경제적 피해는 심각한 수준이며, 확산속도가 매우 빨라 일단 발병하면 수일 내로 전체 양식장의 김 엽체가 사멸하여 1~2주 내 김 수확량이 크게 하락하게 된다. 현재 정부에서는 김 갯병 예방 및 치료를 목적으로 혼합산(무기산 10%미만, 유기산 10% 이상 함유)를 규격화하여 사용을 권장하고 있으나, 김 양식장에서는 효율성, 경제성, 이동 및 취급 편리성을 이유로 혼합산보다 가격이 저렴하고, 소량으로 처리가 가능한 무기산 사용을 선호하고 있는 실정이다(Lee, 2006). 실제로 어업인들은 무기산 사용에 따른 불시 단속을 피하기 위해 추운 겨울 새벽 시간대에 활성처리를 하게 되어 삶의 질 저하와 안전 문제까지 직면하고 있다(MAFF, 1995). 그러나 무기산이 김 양식에 사용된다는 것을 국내 소비자가 알게 된다면 김에 대한 신뢰도가 하락될 것이며, 수출에서도 부정적인 이미지 때문에 수출량 감소를 초래 할 수 있다. 무기산 사용으로 인한 김 식품에 대한 소비자의 불신 증가와 김 수출에 대한 악영향을 미연에 방지하기 위한 대책마련이 시급한 실정이다. 본 연구에서는 어업인 삶의 질 향상과 무기산 사용에 따른 범법행위를 방지, 국내 김의 건강식품 이미지 유지와 고취를 위하여 친환경적이고 효율적이며 경제적인 치료제의 개발이 필요하다고 판단되어 김 갯병 중에서 원인균과 진단법이 유일하게 밝혀져 있는 김 붉은갯병을 대상으로 붉은갯 병균을 구제할 수 있는 치료후보물질을 탐색하였다. 더불어 본 연구에서는 현재 김 갯병 예방 및 치료를 목적으로 사용되는 무기산을 비교 분석하였으며, 어업인들이 실제로 진행하는 산 처리 시간(10~20초)을 고려하여 치료후보물질에 대한 실험을 진행하였다.

재료 및 방법

1. 김 붉은갯병 치료후보물질 탐색

국립수산물품질관리원 수산용 의약품 홈페이지 data base 검색 및 국내•외 친환경물질 소재의 항균력을 가진 성분을 참고문헌을 통해 조사하였고 탐색된 물질 중 단시간에 효과가 있고 잔류 문제가 없는 친환경적인 후보물질(과산화수소, 과초산, 항균펩타이드)을 선발하여 김 붉은갯병의 구제효과를 확인하였고, 모든 실험은 3회 반복하여 평균값을 제시하였다.

2. 시험물질 농도 설정 및 pH 측정

붉은갯병에 대한 방제 가능성을 평가하기 위하여 과산화수소, 과초산, 항균펩타이드를 시험물질로 선정하였고, 비교분석을 위해 김 양식에서 사용 중인 유기산 및 무기산추가하여 비교 분석하였다. 각 물질은 경제성을 고려하여 7.812~4,000ppm로 설정하여 실험을 진행하였다(Table 1).

3. 최소억제농도(MIC) 측정

국립수산물품질관리원에서 동정된 붉은갯병균을 corn meal agar 및 Arasaki B 배지를 이용하여 균사 및 유주자를 확보한 후, 후보물질 7.81~4,000ppm의 범위에서 농도를 처리하여 15℃에서 7일간 관찰하였다. 균의 증식여부는 액체 배지의 혼탁도를 확인하여 균이 자라지 않은 농도를 결정하였다.

4. 사멸시간 측정

붉은갯병균을 corn meal agar에 접종하여 충분한 균사를 확보 후 일정한 크기(0.5x0.5cm)로 잘라 5, 10, 15, 20초간 시험물질을 침지 후 Arasaki B 배지에 접종하여 균사 및 유주자 형성유무(혼탁도)를 3일간 관찰하였다. 균의 증식여부는 액체 배지의 혼탁도를 확인하여 결정하였다. 사멸시간측정은 최소억 제농도를 통해 효과를 보인 물질을 대상으로 진행하였다.

5. 김 엽체 손상도 관찰

생체 외 실험을 통해 붉은갯병 저해능력을 보인 과산화수소, 과초산 물질을 5, 10, 15, 20, 30초간 해당 물질(0.4%)을 처리 후 대조군과 비교하여 김 엽체 손상여부를 3일간 현미경을 통해 관찰하였다.

6. 붉은갯병 인위 감염 후 억제 효과 관찰

최종 선정된 과산화수소를 대상으로 붉은갯병 구제 효과를 확인하기 위해 붉은갯병을 인위감염 후 과산화수소를 0.1, 0.2, 0.3, 0.4%를 5, 10, 15, 20초간 침지하여 김 붉은갯병 확산여부를 현미경을 통해 관찰하였다. 본 실험에서의 농도설정은 MIC 및 사멸시간 측정을 통해 항균력을 보인 0.1~0.4% 범위를 재설정하여 진행하였다.

결 과

1. 시험물질 농도별 pH 측정

과산화수소, 과초산, 항균펩타이드, 무기산의 농도별 pH를 측정한 결과, 과산화수소는 농도 증가에도 불구하고 평균 pH 6.2~6.4의 약산성 수준을 유지하였다(Table 2).

반면, 유기산 및 무기산은 0.4% 기준 pH 2.38, pH 0.91로 강산성, 과초산은 pH 2.38 산성, 항균펩타이드는 pH 6.95로 중성에 가까운 수치가 관찰되었다(Table 2).

2. 최소억제농도(MIC)

후보물질의 항균 활성을 평가하기 위해 Arasaki B 배지 기반의 희석 실험을 수행한 결과, 과초산은 0.003125%로 상대적으로 높은 억제효과가 관찰되었고, 과산화수소 0.00625%, 무기산 0.025%, 유기산 0.05% 순으로 억제 효과를 관찰하였다. 항균펩타이드는 억제 효과가 없어 본 실험에서 제외하였다(Table 3).

3. 붉은갯병 균사체 사멸 시간 측정

최소억제농도에서 효과를 보인 후보물질을 일정 농도로 5, 10, 15, 20초간 침지한 후 사멸 효과를 수행한 결과, 과초산에서 0.4% 기준 5초 이상 침지 시 완전한 균사 사멸이 확인되었고(Table 4), 과산화수소의 경우 0.4% 기준 10초 이상 침지 시 완전한 균사 사멸이 확인되었다(Table 5). 유기산과 무기산은 사멸효과가 관찰되지 않아 본 실험에서 제외되었다(data not shown).

4. 김 엽체 조직 손상도 평가

붉은갯병 저해 효과를 보인 과산화수소와 과초산을 대상으로 김 엽체 독성을 관찰한 결과, 과산화수소는 30초 침지 시까지도 조직 손상이 관찰되지 않았고, 과초산은 20초 이상 침지 시 김 조직의 세포 구조 파괴가 관찰되었다(Table 6). 특히 세포벽이 붕괴되고 엽체 표면이 괴사되는 현상이 시각적으로도 확인되었다(data not shown).

5. 붉은갯병 인위 감염 후 억제 효과 관찰

최종 선정된 과산화수소를 대상으로 붉은갯병 억제 효과를 확인한 결과, 0.1% 전 구간 0.2% 5, 10, 15초 및 0.3% 5초에서는 감염군에서는 감염군과 동일한 결과가 관찰되어 효과가 없는 것으로 확인되었고, 0.2% 20초, 0.3% 10, 15, 20초 및 0.4% 5초 구간에서는 40~50% 이상의 붉은갯병이 확산되어 붉은갯병 억제능력이 미미한 수준인 것으로 확인되었다. 또한 0.4% 10, 15, 20초 구간에서는 5~10% 미만의 확산으로 효과가 우수한 것으로 확인되었다(Table 7).

고 찰

본 연구는 붉은갯병(Pythium chondricola)에 대한 방제 효율을 확보하기 위해 과산화수소(H₂O₂)를 유효성분으로 하는 약욕 조성물을 평가하였다. 실험 결과, 0.4% 농도에서 10초 이상의 침지 처리만으로 95% 이상의 붉은갯병 억제 효과가 나타났으며, 이는 기존에 보고된 수산질병 방제 연구(Rach et al., 2000) 와 유사한 수준이거나 그 이상으로 평가된다. 과산화수소는 활성산소종(ROS)을 생성하여 세포벽과 막을 산화적으로 손상시키는 기전으로 작용하는데, 이는 난균류에 속하는 붉은갯병균의 생존을 빠르게 억제하는 효과로 나타난다.

과산화수소는 비교적 낮은 농도에서도 김 엽체 조직에 손상을 유발하지 않았으며, 30초 침지까지도 형태학적 변형이 없었다. 과초산의 경우에도 20초 이상 침지 시 세포손상이 관찰되었으나, 과산화수소는 그와 달리 높은 생물학적 안전성을 보였다.

현재 김 양식장에서 사용되는 무기산 기반 처리법은 짧은 시간에 병원체를 억제할 수 있는 장점은 있으나, 극산성(pH < 1) 조건이 김 조직과 작업자의 안전에 치명적인 영향을 줄 수 있다(MAFF, 1995;NIFS, 2020). 더불어 염산 처리 후 해수에 포함된 중금속 또는 유기물과 반응하여 2차 오염을 유발할 수 있어, 정부에서는 무기산 사용을 점차 제한하는 방향으로 정책을 추진하고 있다(NIFS, 2020).

과산화수소는 이미 어류 외부 기생충 방제용 약제나 수조 소독용으로 사용된 바 있으며(Rach et al., 2000), 수산용 의약품 목록에도 등재되어 있어 규제 부담이 적고, 비교적 빠른 산업화가 가능하다. 따라서 붉은갯병을 포함한 김 갯병의 주요 방제 전략으로 과산화수소 기반 조성물이 활용될 수 있으며, 특히 친환경 수산물 인증제도나 해외 수출 검역 기준에도 부합할 가능성이 높다.

본 연구는 실험실 수준에서의 효능 검증을 중심으로 수행되었으며, 다양한 해황 조건과 김의 품종, 성장 단계별 반응성 등은 고려되지 않았다. 따라서 과산화수소의 해양 생태 및 환경에 미치는 영향에 대한 실험이 추후에 병행되어야 한다. 과산화수 소는 사용 후 산소와 물로 빠르게 분해되어 잔류성이 거의 없다는 점에서 친환경적 장점이 있으나, 일부 보고에 따르면 어류, 갑각류, 해양 무척추 동물 등 다양한 해양 생물에서 조직 손상과 산화 스트레스를 유발 할 수 있어(NOAA, 2018), 다양한 해황 조건에서 장기적인 환경 영향을 정량적으로 평가할 수 있는 연구가 추가적으로 수행되어야 할 것이다. 또한 과산화수소는 산화력이 강한 물질로 고농도에서는 피부, 점막, 안구, 호흡기 등에 자극을 유발할 수 있으며, 국내 식품의약품안전처 고시 및 산업안전보건법에서는 살균·소독제 사용 시 보호장구 착용, 환기 유지, 밀폐 공간 사용 자제 등을 명시적으로 요구하고 있다. 환경부 고시 및 화학물질관리법(MSDS, 2021)에 따르면 30,000ppm 이상의 과산화수소는 위험물질로 분류되며, 흡입 또는 접촉 시 유해 반응이 보고되고 있다. 본 연구에 사용된 4,000ppm 농도는 비교적 저농도이지만, 대량 사용 시 누적 노출 가능성을 고려하여, 적절한 보호구(장갑, 마스크, 보호안경 등)의 착용과 함께 명확한 안전 지침이 수립되어야 할 것이다.

결론적으로 과산화수소는 붉은갯병에 대한 효과적이고 안전한 방제 수단으로서 높은 가능성을 보이나, 해양 생태계 영향 및 작업자 안전까지 종합적으로 고려한 실용화 전략이 필요하다. 향후에는 현장에서의 방제 효능 검증과 함께, 다양한 김 품종 및 성장 단계, 해황 조건에 따른 반응성 평가, 그리고 조성물 최적화를 위한 계면활성제, 안전화제와의 조합 연구도 병행되어야 할 것이다.