<h1>결과 및 고찰</h1><h2>Chlorella sp.의 배양 및 성장 kinetics</h2><p>Chlorella sp.의 초기 농도를 \( 3 \times 10^{6} \) [cells/mL]으로 하여 v 온도 \( 25^{\circ} \mathrm{C}, 8,000 \sim 12,000 \mathrm{~lx} \) 에서 9일간 배양한 결과를 Fig. 1에 나타내었다. 여기에서 연속배양에 필요한 Chlorella sp.의 비증식속도를 계산한 결과 \( 0.56 \) [1/day]이었다. 따라서, 1단계 배양조 즉, Chlorella sp.용 배양조의 시간에 따른 Chlorella sp.의 개체수 변화를 예측하기 위해 물질 수지식을 이용하여 다음과 같은 미분방정식을 유도하였다.</p><p>\( \frac{\mathrm{dX}}{\mathrm{dt}}=\left(\mu_{\mathrm{c}}-\mathrm{D}\right) \mathrm{X} \)<caption>(1)</caption></p><p>즉, 물질 수지식 (1)에서 X는 Chlorella sp.의 단위 부피당 세포수, \( \mu_{\mathrm{c}} \)는 Chlorella sp.의 비증식 속도, D는 연속 배양시 적용될 희석률로써 여기서 Chlorella sp.의 초기 세포수 \( \mathrm{X}_{0} \) 를 \( 6 \times 10^{5} \) [cells/\( \mathrm{mL}\)]로 조절하고 \( \mu \mathrm{c} \) 는 0.56 [1/day], D 는 0.4 [1/day]로 고정하였을 때 배양 시간에 따른 X의 변화 즉, Chlorella sp.의 농도를 배양 시간에 따라 예측하여 Fig. 2로 나타내었다. 연속 배양시 적용될 회석률을 \( 0.4[1 / \) day]로 설정한 것은 초기 Chlorella sp. 의 공급량 \( \left(6 \times 10^{5} 1 / \mathrm{mL} \times 0.4=\right. \) \( \left.2.4 \times 10^{5} 1 / \mathrm{mL}: X_{0} \times \mathrm{D}\right) \) 에 대한 rotifer의 비증식속도가 0.43 [1/day]이므로 wash-out을 방지하기 위하여 안전하게 0.4 [1/day]로 설정하였다. 이 시뮬레이션 결과로부터 1단계 배양조에서의 Chlorella sp.의 농도는 배양 초기 \( 6 \times 10^{5} \) [cells/\( \mathrm{mL}\)]에서 배양 15일째에는 \( 6 \times 10^{6} \) [cells/\( \mathrm{mL} \)]까지 증가함을 알 수 있었다. 이와 더불어 2 단계로 공급되는 Chlorella sp.의 양이 증가하게 될 것이고, 자연적으로 2단계의 rotifer 개체수 또한 안정직으로 증가할 것임을 예측 할 수 있었다.</p><h2>Rotifer의 배양 및 성장 kinetics</h2><p>Rotifer에 공급되는 Chlorella sp. 의 적절한 공급량을 구하기 위하여, rotifer 한 개체당 한 시간에 \( 10^{3}, 10^{4}, 10^{5}, 10^{6} \) 의 비율로 먹이를 공급하는 fed-batch 상태에서 배양하였으며, 이 때 Chlorella sp. 의 공급량이 rotifer의 비증식속도 \( (\mu) \)에 미치는 영향을 Fig. 3에 나타내었다. Rotifer의 비중식속도 \( (\mu) \) 는 공급되는 Chlorella sp. 농도가 커질수록 증가하였으며, \( 10^{5} \) [cells/day·otifer]에서 포화되어 더 이상 증가하지 않았다. 즉, rotifer는 Chlorella sp. 농도에 대해 다음의 monod kinetic 에 따라 성장함을 알 수 있었다.</p><p>\( \mu=\mu_{\max } \cdot \frac{\mathrm{S}}{\mathrm{K}_{\mathrm{s}}+\mathrm{S}} \)<caption>(2)</caption></p><p>여기서 S는 rotifer의 기질로써 공급되는 Chlorella sp.의 농도[cells/\( \mathrm{mL}\)]이며, \( \mathrm{K}_{\mathrm{s}} \) 는 최대 비증식속도의 절반 \( \left(\mu_{\max } / 2\right) \) 에 해당하는 성장속도에서의 기질의 농도[cells/\( \mathrm{mL}\)]가 된다.</p><p>Fig. 3에서 rotifer의 최대 비증식속도 \( \left(\mu_{\max }\right) \) 는 0.46 [1/day]이었으며, 최소의 Chlorella sp. 공급량은 \( 2.8 \times 10^{4} \) [cells/day·rotifer]이었고, \( \mathrm{K}_{\mathrm{s}} \) 는 컴퓨터를 이용하여 계산하였으며, 실험에서 3,781 [cells/\( \mathrm{mL}\)]이었다. 식 (2)과 1단계에 서의 Chlorella sp. 개체수 변화로부터 2단계에서의 시간에 따른 rotifer의 비증식속도 \( (\mu) \) 변화를 예측할 수 있었다. 그리고 여기서 구해진 비증식속도의 변화를 이용하여 rotifer의 성장속도 변화에 따른 개체수의 변화 또한 2단계에서의 rotifer에 대한 물질 수지식을 다음과 같이 예측할 수 있다.</p><p>\( \frac{\mathrm{dY}}{\mathrm{dt}}=\left(\mu_{\mathrm{r}}-\mathrm{D}\right) \mathrm{Y} \)<caption>(3)</caption></p><p>여기서, Y는 rotifer의 농도 [cells \( / \mathrm{mL}]\), \( \mu_{\mathrm{r}} \)은 rotifer의 성장 속도, D는 희석률로써 Fig. 4 는 시간에 따른 2 단계에서의 rotifer 개체수 변화율을 시뮬레이션한 것이다. 배양초기 rotifer의 농도는 8.3 [cells/\( \mathrm{mL}\)]에서 배양 15일째 \( 27.6 \) [cells\( /\mathrm{mL}\)]까지 증가함을 알 수 있었다. 즉 시간이 지남에 따라 2단계에서 3단계로 공급되는 rotifer의 개체수가 증가하게 되는데, 이는 넙치 유생이 성장함에 따라 먹이를 많이 요구하는 현상에 비추어볼 때 바람직한 방향이라 할 수 있을 것이다.</p><h2>넙치유생의 성장에 따른 rotifer 섭취량 및 체장변화</h2><p>부화 직후 넙치유생의 체장은 \( 2.5 \sim 2.8 \mathrm{~mm} \) 로 넙치유생은 부화 직후 몸체에 있는 배낭에서 영양분을 흡수한다. 약 2일 후 배낭의 영양분이 완전히 흡수된 후 초기 먹이로 rotifer를 8~12 [cells/\( \mathrm{mL}\)]로 공급하였다. Fig. 5는 시간이 지남에 따라 하루에 섭취한 rotifer의 개체수 변화와 넙치 유생의 체장 변화롤 나타낸 것이다. 배양 9일째 치어 한 개체가 섭취한 rotifer의 양은 약 250 [cells/day]까지 증가하였으며, rotifer의 농도는 \( 17.7 \) [cells/\( \mathrm{mL} \)]이었다. 따라서 배양조의 부피가\( 2.4\mathrm{L} \) 이므로 배양조 내의 총 rotifer 개체수는 42,480 [cells]이 된다. 희석률이 0.4이므로 하루에 3단계로 공급되는 rotifer의 개체수는 16,992 [cells]이다. 넙치 유생 한 개체가 하루에 250[cells]을 섭취하므로 3단계 배양조에서 배양할 수 있는 넙치 유생의 개체수는 약 68 개체가 된다. 실제 종묘 배양장에서 리터당 30개체의 넙치 유생을 사육하는 현실과 비교하여 볼 때 본 연구 목적인 다단계 배양 시스템에서 비교적 넙치 유생들이 잘 성장할 수 있을 것으로 판단되었다.</p>
배양 15일째 rotifer의 농도는 몇까지 증가하는가?
\( 27.6 \) [cells\( /\mathrm{mL}\)]