바이오플락기술 (Biofloc technology, BFT)은 사육수를 교환하지 않고 잘 발달된 미생물군집을 이용하는 것을 기본으로 한다. 이 기술은 새우양식에서 사육수 배출에 의한 환경오염을 크게 감소시키고 병원체의 전염을 방지할 수 있어 지속 가능한 양식기술의 대안으로 제시되고 있다. 바이오플락의 미생물군집은 사육수의 영양염을 제거하고 사료효율과 새우의 성장을 향상시켜주는 역할을 한다. 바이오플락의 대부분을 구성하고 있는 미생물 세포벽은 지질다당질 (lipopolysaccharide), 펩티드글리칸 (peptidoglycan), 베타클루칸 (β-1, 3-glucans)과 같은 물질로 구성되어 있으며, 이러한 물질들은 새우의 비특이적 면역 시스템을 활성화 시키는 것으로 알려져 있다. 흰다리새우가 바이오플락을 추가적인 먹이원으로 섭취함으로써 성장과 영양에 기여한다는 사실은 잘 밝혀져 있으나 그 외의 보리새우류에 대해서는 연구가 거의 이루어지지 않았으며, 또한 바이오플락의 면역효과나 섭식기작은 전혀 알려져 있지 않다. 본 연구는 현재 우리나라에서 양식되고 있는 3종의 보리새우류 (흰다리새우, Litopenaeus vannamei; 대하, Fenneropenaeus chinensis; 보리새우, Marsupenaeus japonicus)를 대상으로 바이오플락 농도별 사육수가 성장과 면역에 미치는 효과 및 바이오플락을 섭취하는 섭식기작을 구명하고자 한다.
바이오플락 농도별 사육수가 새우의 성장과 생존에 미치는 영향을 조사하기 위하여 먹이를 급이하는 네 개의 농도별 시험구 (BF100~BF25)와 일반해수 (BF0), 바이오플락의 섭식관계를 구명하기 위해서 먹이를 급이하지 않는 두 개 시험구, 바이오플락 (BF100-nf), 일반해수 (BF0-nf) 총 7개의 시험구에 3종의 후기유생을 2주간 사육하였다. 각 시험구별 30L 원형수조에 220-400마리의 후기유생을 입식 하였다.
사육시험 결과, 흰다리새우의 성장과 생존율은 바이오플락 사육수가 일반해수에 비해 유의하게 높은 반면, 대하와 보리새우는 성장과 생존율에서 사육수간 유의적 차이를 보이지 않았다. 먹이를 급이하지 않은 실험구 (BF100-nf, BF0-nf)도 먹이를 급이한 실험구와 같은 결과를 보였다. 이러한 결과는 흰다리새우는 바이오플락이 성장과 생존에 자연 먹이원으로 이용되었지만, 대하와 보리새우에게는 이용되지 않았고 그 결과 성장과 생존에도 영향을 미치지 않은 것으로 보인다.
먹이를 급이하지 않은 시험구의 품종별 생존율의 유의한 차이를 통해 흰다리새우는 여과섭식성, 대하는 포식성을 추측할 수 있었고, 품종별 식성의 차이는 제3악각 내지에 분포하고 있는 강모에 대한 현미경적 관찰을 통해 확인할 수 있었다. 즉, 흰다리새우의 강모는 대하와 보리새우에 비해 길고, 수가 많았으며, 대부분 우상강모 (plumose seta)가 관찰되었다. 반면 대하는 가장 짧고, 적은 수의 단순강모 (simple seta)를 가지고 있었으며, 다른 종들에 비해 많은 거치상 강모 (serrulate seta)를 가지고 있는 것을 미루어 대하의 포식성을 추측할 수 있었다. 보리새우의 강모는 흰다리새우와 대하의 중간 특성을 가지고 있었다. 강모를 통해 형성되는 ‘여과망(net)’의 면적은 길고, 수가 많은 흰다리새우가 다른 두 종에 비해 유의하게 넓은 것으로 나타났다. 이러한 구조적 특성은 흰다리새우가 다른 두 종에 비해서 바이오플락을 효과적으로 여과하여 이용률을 높았을 것으로 판단된다.
바이오플락 이용률의 차이는 면역관련 유전자 발현도에서도 품종간 유의한 결과적 차이를 보였다. 면역관련 유전자 (masquerade-like proteinase, Mas; prophenoloxidase activation enzyme, PPAE; prophenoloxidase, proPO; ras-related nuclear protein, Ran)를 선별하여 mRNA 발현도를 분석하였다. 그 결과, 흰다리새우는 바이오플락 실험구가 대조구에 비해 4개의 유전자 모두에서 유의적으로 높았다. 그러나, 대하는 실험구간 유의적인 차이를 보이지 않았으며, 보리새우는 PPAE를 제외한 나머지 유전자들에서 차이를 보이지 않았다. 종합하면, 흰다리새우 유생의 바이오플락에 대한 구조적 높은 이용률은 흰다리새우의 성장과 생존뿐 아니라 체내 면역반응에 긍정적인 효과를 미치는 것으로 판단된다. 반면 구조적으로 이용률이 낮은 대하와 보리새우 유생의 성장과 생존, 면역에서 바이오플락의 효과를 확인하지 못했다. 다만, 보리새우의 경우 성장과 생존 그리고 일부 유전자에서 바이오플락의 이용가능성을 확인할 수 있었으며, 관련한 후속 연구가 필요 할 것으로 사료된다. 본 연구는 경제적으로 중요한 양식품종 중 하나인 보리새우류에 대한 바이오플락의 성장과 면역에 미치는 효과를 섭식기작을 통해 이해하는데 기여할 것으로 기대된다.

Biofloc technology (BFT), which is characterized by limited or zero water exchange and a rich microbial community, has been proposed as a sustainable farming practice capable of reducing environmental impacts and preventing pathogen transformation in shrimp culture. The microbial community in biofloc not only detoxifies nutrients, but also improves feed utilization and animal growth. Biofloc system contains abundant number of bacteria whose cell walls consists of various components (e.g., bacterial lipopolysaccharide, peptidoglycan, and β-1, 3-glucans) known to stimulate natural immunity of shrimp. Biofloc have been known to be used as nutrition, and they have stimulate growth in some penaeid species, such as Pacific white shrimp, Litopenaeus vannamei as providing additional food source. However, it is still unclear whether other Penaeid species could be used bioflocs as food source. Furthermore, bioflocs’ contribution to shrimps’ immunity and feeding mechanism has not been studied until now. The aim of this study was to: 1) determine if biofloc could induce the growth and survival of three penaeid species in Korea, 2) discuss the mechanical functions of the third maxilliped on biofloc collection in water column, and 3) elucidate the effect of biofloc on shrimps’ immunity.
To evaluate the effect of biofloc on water quality, growth and survival rate of these three penaeid species (L. vannamei, Fenneropenaeus chinensis and Marsupenaeus japonicus), a 14-days culture trial was conducted at different concentrations of biofloc (BF100, 75, 50 and 25), and the natural seawater (BF0) was used as control. The results showed that the survival rates and final body weights of L. vannamei in all the biofloc groups were significantly higher than those in the control group. In addition, no statistically significant differences were found in survival rates and final body weights among groups with different biofloc concentrations. However, survival rates of F. chinensis in biofloc groups were lower than those in the control group. In M. japonicus, there were no significant differences in survival rates and final body weights between the biofloc groups and the control group.
To determine the feeding efficiency of biofloc using the three penaeid species postlarvae, the morphological structures of the third maxilliped were observed. The experiments were set as biofloc group without feeding (BF100-nf) and natural seawater group without feeding (BF0-nf). The survival rates of non-feeding groups were closely related with the usage of the biofloc. This could be explained by the setal morphological structures of the third maxilliped under microscope: L. vannamei had significantly longer and more plumose setae than the other two species, which caused the wider ‘net’ structure, and therefore could capture the suspended particles more effectively. Thus, the survival rate of L. vannamei was 33% in the BF100-nf group even without feeding. The relatively shorter and more serrulate setae of F. chinensis could be related with the its cannibalistic feeding habits. The survival rate of F. chinensis was significantly lower than those of L. vannamei and M. japonicus in BF100-nf. The feeding mechanism of M. japonicus showing intermediate setal features needs to be further studied.
To determine the effect of biofloc on immunity of these three penaeid species, the mRNA expression of the four well immune-related genes (prophenoloxidase, prophenoloxidase activation enzyme, masquerade-like proteinase, and ras-related nuclear protein) were analyzed. The mRNA expression levels of all the genes in the L. vannamei biofloc groups were significantly higher than that those in the control group. On the other hands, there were no significant differences between biofloc and control groups in F. chinensis and M. japonicus.
This study provided basic information to better understand the effects of biofloc on growth, immunity, and feeding mechanisms in three penaeid species postlarvae.