한국 서해 새만금 갯벌에서 저서미세조류의 생체량과 군집조성에 대한 HPLC 분석 HPLC Analysis of Biomass and Community Composition of Microphytobenthos in the Saemankeum Tidal flat, West Coast of Korea원문보기
Biomass and community composition of microphytobenthos in the Saemankeum tidal flat were studied by HPLC analysis of the photosynthetic pigments from November 2001 to November 2002. The environmental factors of sediment were also investigated to examine the relationship between microphytobenthos bio...
Biomass and community composition of microphytobenthos in the Saemankeum tidal flat were studied by HPLC analysis of the photosynthetic pigments from November 2001 to November 2002. The environmental factors of sediment were also investigated to examine the relationship between microphytobenthos biomass and sedimentary environments. The detected photosynthetic pigments of microphytobenthos were chlorophyll a, b, c, fucoxanthin, 19'-hexanoyloxyfucoxanthin, violaxanthin, diadinoxanthin, alloxanthin, diatoxanthin, zeaxanthin+lutein, peridinin and beta-carotene. Pheophytin a, the degradation product of chlorophyll a, was also detected. The results of pigmen analysis suggest the presence of diatom (fucoxanthin), euglenophytes (chlorophyll b), chlorophytes (chlorophyll b + lutein), cyanobacteria (zeaxanthin), cryptophytes (alloxanthin), chrysophytes (fucoxanthin + violaxanthin), prymnesiophytes (19'-hexanoyloxyfucoxanthin) and dinoflagellates (peridinin). Chlorophyll a concentration in the top 0.5 cm of sediment was in the range of $0.24\;mg{\cdot}m\^{-2}\;-32.11\;mg{\cdot}m\^{-2}$ in the study area. The increase of chlorophyll a concentration in the spring indicates the occurrence of a microphytobenthic bloom. In the summer, there was a sharp decrease of the chlorophyll a concentration which was probably due to high grazing activity by macrobenthos. The annual mean chlorophyll a concentration in the study area was low compared to that in most of other tidal flat areas probably due to active resuspension of microphytobenthos and high grazing activity by macrobenthos. There was no clear relationship between microphytobenthos biomass and sedimentary environments because of a large variety of physical, chemical and biological factors, Pigment analysis indicated that while diatoms were dominated in the microphytobenthic community of the Geojon tidal flat, euglenophytes and/or chlorophytes coexisted with diatoms in the Mangyung River tidal flat.
Biomass and community composition of microphytobenthos in the Saemankeum tidal flat were studied by HPLC analysis of the photosynthetic pigments from November 2001 to November 2002. The environmental factors of sediment were also investigated to examine the relationship between microphytobenthos biomass and sedimentary environments. The detected photosynthetic pigments of microphytobenthos were chlorophyll a, b, c, fucoxanthin, 19'-hexanoyloxyfucoxanthin, violaxanthin, diadinoxanthin, alloxanthin, diatoxanthin, zeaxanthin+lutein, peridinin and beta-carotene. Pheophytin a, the degradation product of chlorophyll a, was also detected. The results of pigmen analysis suggest the presence of diatom (fucoxanthin), euglenophytes (chlorophyll b), chlorophytes (chlorophyll b + lutein), cyanobacteria (zeaxanthin), cryptophytes (alloxanthin), chrysophytes (fucoxanthin + violaxanthin), prymnesiophytes (19'-hexanoyloxyfucoxanthin) and dinoflagellates (peridinin). Chlorophyll a concentration in the top 0.5 cm of sediment was in the range of $0.24\;mg{\cdot}m\^{-2}\;-32.11\;mg{\cdot}m\^{-2}$ in the study area. The increase of chlorophyll a concentration in the spring indicates the occurrence of a microphytobenthic bloom. In the summer, there was a sharp decrease of the chlorophyll a concentration which was probably due to high grazing activity by macrobenthos. The annual mean chlorophyll a concentration in the study area was low compared to that in most of other tidal flat areas probably due to active resuspension of microphytobenthos and high grazing activity by macrobenthos. There was no clear relationship between microphytobenthos biomass and sedimentary environments because of a large variety of physical, chemical and biological factors, Pigment analysis indicated that while diatoms were dominated in the microphytobenthic community of the Geojon tidal flat, euglenophytes and/or chlorophytes coexisted with diatoms in the Mangyung River tidal flat.
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문제 정의
따라서, 전체적인 저서미세조류 생체 량의 시 .공간적 분포 패턴과 퇴 적 환경 요인과의 상관성을 파악함으로써 갯벌 생태계 생체량 변동이 어떠한 요인의 영향을 받는지 고찰하였다.
제안 방법
Chromatogram의 peak에 대한 동정은 표준색소의 retention time과 한국 미세조류 은행 (Korea Marine Microalgae Culture Center: KMCC)으로부터 분양 받은 단일종 미세조류에서 추출 한 색소의 retention time과 비교하여 결정하였다. 표준색소는 chlorophyll a (chi a), chlorophyll b (chi b), chlorophyll c (chi c), pheophytin a (phytin a\ fucoxanthin (fuco), peridinin (pend), 19'-butanoyloxyfucoxanthin (but-fuco), 19'-hexanoyloxyfucoxanthin (hex-fuco), prasinoxanthin (prasino), violaxanthin (viola), diadinoxanthin (diadino), alloxanthin (allo), diatoxanthin (diato), zeaxanthin (zea), lutein (lut) 그리고 betacarotene (beta-car) (VKI, Denmark)을 이용하였고, internal standard는 canthaxanthin (cantha)을 이용하였다 (Wright et 시.
채취한 시료는 드라이아이스에 보관하여 실험실로 운반한 후, 분석 전까지 Deep freezer (Sanyo Model MDF-U3086S)에서 -80 ℃ 로 보관하였다. HPLC를 이용한 저서미세조류의 광합성 색소 분석을 위해 표층 퇴적물은 동결 건조 시킨 다음 건중량을 측정하였다. 그리고 퇴적물을 100 mL 비이커에서 100% Acetone 15mL로 색소를 추출하였다.
Standard response factor (Rf)는 표준물질을 너PLC에 주입하여 peak 면적을 계산하고, 이 면적으로 표준물질의 농도를 나누어 계산하였다. 현장시료의 색소 정량식은 다음과 같다.
강열감량은 퇴적물 시료를 건조기에서 110℃로 24시간 이상 말린 다음, 그 중 1 g을 취하여 전기로에서 550℃로 1시간 30분 동안 연소시킨 후 무게 손실량을 백분율로 나타내었다. TOC는 UIC coulometer carbon analyser (CM 5012)를 이용하여 분석하였다. 저서미세 조류의 색소 분석을 위한 퇴적물 채취는 지름 14.
7mm 플라스 틱 원통을 제작하여 이용하였고, 퇴적물의 표층 5 mm를 5회 반복 채집하였다. 그리고 각 정점당 1 m 반경 내에서 5개의 동일한 시료를 채취하여 섞지 않고 각각 분석하였다. 채취한 시료는 드라이아이스에 보관하여 실험실로 운반한 후, 분석 전까지 Deep freezer (Sanyo Model MDF-U3086S)에서 -80 ℃ 로 보관하였다.
5 (Metaxatos and Ignatiades, 2002)에 비하여 다소 높은 값을 나타내었다. 또한, Marennes- Ol&on과 North Euboikos Gulf와 같은 다른 곳에서는 phytin a 외에도 다른 분해산물인 phytin 나 phaeophobide를 모두 고려하여 이 비 값을 계산하였던 것에 비하여, 본 연구에서는 phaeopigment 중 phytin a만 즉정하였다. 따라서 본 연구에서 즉정하지 않은 phytin 3나 pheophorbide 등의 존재를 고려한다.
이러한 한계를 해결하기 위해 각각의 보조색소와 분해산물 을 분리한 상태에서 정성, 정량분석이 가능한 HPLC (High Performance Liquid Chromatography)를 이용하여 (Wright and Shearer, 1984; Riaux-Gobin et al., 1987; Plante-Cunney et 이., 1993; Pinckney et al., 1994) 새만금 갯벌과 내만에 위치한 갯벌의 저서미세조류의 군집 조성의 차이와 생체량을 밝혔다. 연구 해역인 새만금 갯벌은 어류 및 패류자원의 서식에 좋은 조건은 물론 먹이생물이 풍부하여 수산자원의 산란 및 성육장 으로서 중요한 역할을 수행하고 있는 곳이다.
1). 퇴적물 온도와 염분은 Digital thermometer (APPA 51)와 Temperature compensated refractometer (Leica)를 사용하여 현장에서 측정하였다. 함수율은 퇴적물 시료의 건조 중량에 대한 수분 중량 비를 백분율로 표시하였고, mud 함량은 약 15g 정도의 퇴적물 시료를 건조시킨 후 40 체 (눈금 크기: 0.
대상 데이터
Chromatogram의 peak에 대한 동정은 표준색소의 retention time과 한국 미세조류 은행 (Korea Marine Microalgae Culture Center: KMCC)으로부터 분양 받은 단일종 미세조류에서 추출 한 색소의 retention time과 비교하여 결정하였다. 표준색소는 chlorophyll a (chi a), chlorophyll b (chi b), chlorophyll c (chi c), pheophytin a (phytin a\ fucoxanthin (fuco), peridinin (pend), 19'-butanoyloxyfucoxanthin (but-fuco), 19'-hexanoyloxyfucoxanthin (hex-fuco), prasinoxanthin (prasino), violaxanthin (viola), diadinoxanthin (diadino), alloxanthin (allo), diatoxanthin (diato), zeaxanthin (zea), lutein (lut) 그리고 betacarotene (beta-car) (VKI, Denmark)을 이용하였고, internal standard는 canthaxanthin (cantha)을 이용하였다 (Wright et 시., 1991; Jeffrey et al., 1997). 이들 표준색소에 대한 chromatogram과 저서미세조 류의 정성 분석을 위한 각 강 (이ass) 수준의 상위분류군별 식물플랑크톤의 주요 광합성 색소는 Park and Park (1997)과 Park et al.
본 연구는 계절별로 4번 (2001년 11월 6일, 2002년 3월 7일, 9월 13일, 11월 24일)에 걸쳐 대조기 썰물 시에 시료 채취가 이루어졌으며, 조사 지역을 거전 갯벌과 만경강 갯벌로 나누어 정점을 선정하였다. 거전 갯벌에서는 퇴적물 입도에 따라 3개 정점에서 이루어졌고, 만경강 갯벌은 만경강의 염분 경사 에 따라 4개 (2001년 11월은 2개 정점) 정점에서 퇴적물을 채취하였다 (Fig. 1). 퇴적물 온도와 염분은 Digital thermometer (APPA 51)와 Temperature compensated refractometer (Leica)를 사용하여 현장에서 측정하였다.
또한, Marennes- Ol&on과 North Euboikos Gulf와 같은 다른 곳에서는 phytin a 외에도 다른 분해산물인 phytin 나 phaeophobide를 모두 고려하여 이 비 값을 계산하였던 것에 비하여, 본 연구에서는 phaeopigment 중 phytin a만 즉정하였다. 따라서 본 연구에서 즉정하지 않은 phytin 3나 pheophorbide 등의 존재를 고려한다. 면 실제로 이 비 값은 더욱 높은 값을 나타낼 것으로 기대되며, 이와 같은 높은 비 값으로부터 새만금 갯벌에서 저서동물에 의한 섭이 정도가 상당히 높을 것으로 추론할 수 있다.
본 연구는 계절별로 4번 (2001년 11월 6일, 2002년 3월 7일, 9월 13일, 11월 24일)에 걸쳐 대조기 썰물 시에 시료 채취가 이루어졌으며, 조사 지역을 거전 갯벌과 만경강 갯벌로 나누어 정점을 선정하였다. 거전 갯벌에서는 퇴적물 입도에 따라 3개 정점에서 이루어졌고, 만경강 갯벌은 만경강의 염분 경사 에 따라 4개 (2001년 11월은 2개 정점) 정점에서 퇴적물을 채취하였다 (Fig.
TOC는 UIC coulometer carbon analyser (CM 5012)를 이용하여 분석하였다. 저서미세 조류의 색소 분석을 위한 퇴적물 채취는 지름 14.7mm 플라스 틱 원통을 제작하여 이용하였고, 퇴적물의 표층 5 mm를 5회 반복 채집하였다. 그리고 각 정점당 1 m 반경 내에서 5개의 동일한 시료를 채취하여 섞지 않고 각각 분석하였다.
이론/모형
, 1997). 이들 표준색소에 대한 chromatogram과 저서미세조 류의 정성 분석을 위한 각 강 (이ass) 수준의 상위분류군별 식물플랑크톤의 주요 광합성 색소는 Park and Park (1997)과 Park et al. (2001)을 참조하였다.
표준색소의 농도는 기존에 알려진 흡광계수 (Jeffrey et al., 1997)를 이용하여 흡광광도계로 보정하였다. 흡광도는 최대 흡수파장과 750nm에서 측정하였다.
성능/효과
2), 2002년 3월에 chi a 함량이 크게 증가하여 저서미세조류의 bloom이 발견되었으며, 2002년 9월에는 함량이 크게 감소하였다. 그리고 2001년 11월에는 chi a 함량이 4.
그 외 보조색소들은 미 량이지만 전 계절과 모든 정점에서 꾸준히 검출되었다. 검출된 색소 종류와 농도 분포를 보았을 때, 거전 갯벌은 chi a, c와 fuco, diadino, diato, beta-car를 주요 색소로 가지는 diatoms이 전체 저서미세조류 생체량의 대부분을 차지하는 주요종으로 나타났다. 만경강 갯벌은 diatoms과 함께 chi 方 계열의 저서미세조류인 eu이enophytes (chi /?)와 chiorophytes (chi b+lut)가 주요종으로 나타났다.
(Basford and Eleftheriou, 1988). 그러나, 본 연구에서 거전 갯벌의 chi a 함량은 대체로 mud와 sand가 혼합된 중부갯벌 (KJ-2정점)에서 높은 값을 보 였으며, TOC와 mud 함량이 훨씬 높은 상부갯벌 (KJ-3정점)에서 chi a 함량은 오히려 더 낮았다. Table 6은 chi a 함량과 퇴적 환경요인 간의 상관관계를 나타낸 표로서, 거전 갯벌에서 chi a 함량과 TOC, mud 함량 사이 에는 각각 -0.
만경강 갯벌은 diatoms과 함께 chi 方 계열의 저서미세조류인 eu이enophytes (chi /?)와 chiorophytes (chi b+lut)가 주요종으로 나타났다. 그리고 cyanobacteria (zea), cryptophytes (allo), chrysophytes (fiico+viola), nrymnesiophytes (hex-fuco), dinoflagellates (perid)는 거전 갯벌과 만경강 갯벌 양쪽에서 소수종으로 존재하였으며, 특히 dinoflagellates의 경우 계절적인 변동이 뚜렷하게 나타났다.
28로 chi a에 대한 fuco 값과 유사하였다. 따라서 만경강 갯벌은 chi b를 가지는 저서미세조류인 euglenophytes와 (/또는) chiorophytes가 diatoms 과 비슷한 비중으로 전체 저서미세조류 생체량의 대부분을 차지하고 있는 것으로 나타났다. 실제로 euglenophytes의 경우 그들의 성장에 용존 유기물을 이용하기 때문에 유기물 농도가 높은 강 하구에 많이 분포하는 것으로 알려져 있다.
Chl/>는거전 갯벌 하부 (KJ-1, KJ-2정점)에서는 검출되지 않은 반면, 상부 갯벌 (KJ-3정점)과 만경강 갯벌에서는 전 계절에 걸쳐 비교적 높은 함량이 검출되었다. 따라서, 만경 강 갯벌에서는 Chi b가 전 계절에 걸쳐 모든 정점에서 비교적 높은 함량을 보여, iiico와 함께 주요색소로 검출되었다. Viola 는 chi b 계열의 저서미세조류에서 발견되는 보조 색소지만 본 연구에서는 chi b가 검출되지 않은 거전 갯벌 하부 (KJ-1, KJ-2정점)에서도 viola가 검출되었다.
(de Jonge, 1992). 따라서, 본 연구해역에서 퇴적물 내 chi a 함량이 상대적으로 낮은 수준을 나타내는 것은 일차적으로 다른 해역에 비해 큰 조차 (최대 9 m)와 활발한 퇴적물 교란으로 인한 저서 미세조류의 재부유에 기인한 것으로 판단된다.
274 값을 나타 내어 낮은 상관성을 반영하였다. 또한, 본 연구해역에서 저서 미세조류 생체 량은 TOC와 mud 함량 외에 다른 퇴적 환경요인 사이에도 뚜렷한 상관관계가 발견되지 않았다 (Table 6). 이는 서식지의 지형이나 영양염, 물리적 스트레스가 다양한 지역에 서는 퇴적물 입도나 유기물 함량 외 여러 다른 요인이 복합적 으로 저서미세조류 생체량과 퇴적물 분포를 지배하고 있는 것으로 판단된다.
검출된 색소 종류와 농도 분포를 보았을 때, 거전 갯벌은 chi a, c와 fuco, diadino, diato, beta-car를 주요 색소로 가지는 diatoms이 전체 저서미세조류 생체량의 대부분을 차지하는 주요종으로 나타났다. 만경강 갯벌은 diatoms과 함께 chi 方 계열의 저서미세조류인 eu이enophytes (chi /?)와 chiorophytes (chi b+lut)가 주요종으로 나타났다. 그리고 cyanobacteria (zea), cryptophytes (allo), chrysophytes (fiico+viola), nrymnesiophytes (hex-fuco), dinoflagellates (perid)는 거전 갯벌과 만경강 갯벌 양쪽에서 소수종으로 존재하였으며, 특히 dinoflagellates의 경우 계절적인 변동이 뚜렷하게 나타났다.
본 연구에서 검출된 주요 색소 분포를 통해 새만금 갯벌에 서는 diatoms을 포함하여 euglenophytes, cyanobacteria, chiorophytes, cryptophytes, chrysophytes, prymnesiophytes 및 dino- flagellates가 출현하는 것으로 나타났다. 거전 갯벌과 만경강 갯벌에서 출현한 저서미세조류의 군집 조성은 유사한 듯 하였 으나, 전체 생체량에 기여하는 저서미세조류 군집은 두 지역 에서 뚜렷한 차이를 보였다.
는 것을 확인하였다. 본 연구에서도 allo는 낮은 함량이지만 전 계절에 걸쳐 모든 정점에서 검출되었고, 이는 비록 생체량 은 낮은 수준이지만 cryptophytes가 꾸준히 출현하고 있음을 알 수 있었다.
(Bayne et al, 1987; Hawkins and Bayne, 1992). 본 연구해역에서 chi a 함량에 대한 pheopigment 함량의 비 값은 평균 0.52로, Marennes-Oleron 갯벌에서 평균 0.45 (Cariou-Le Gall and Blanchard, 1995)와 North Euboikos Gulf 갯벌의 평균 0.5 (Metaxatos and Ignatiades, 2002)에 비하여 다소 높은 값을 나타내었다. 또한, Marennes- Ol&on과 North Euboikos Gulf와 같은 다른 곳에서는 phytin a 외에도 다른 분해산물인 phytin 나 phaeophobide를 모두 고려하여 이 비 값을 계산하였던 것에 비하여, 본 연구에서는 phaeopigment 중 phytin a만 즉정하였다.
본 연구해역에서 chi a 함량의 계절 변동에서는 2002년 3월 에 가장 높은 함량을 보여 저서미세조류의 bloom이 나타났 으며, 2002년 9월에는 함량이 크게 감소하는 현상을 나타내었다. 이와 같은 저서미세조류 생체량의 봄철 bloom과 그에 이은 여름철에 생체량이 급격히 저하하는 것은 다양한 갯벌 에서 널리 밝혀져 왔다 (Colijn and Dijkema, 1981; Cariou-Le Gall and Blanchard, 1995).
새만금 갯벌에서의 chi a 함량은 세계의 다른 지역 chi a 함량분포와 비교해보면 다소 낮은 수준의 저서미세조류 생체 량에 해당하는 것으로 나타났다 (Table 4). 대부분의 다른 지역 에서는 2-38mg・m-2의 범위를 보이는 반면, 본 연구지역은 거전 갯벌과 만경강 갯벌에서 각각 연평균 3.
2002년 3월의 경우, 만경강 갯벌의 chi a 평균 함량은 거전 갯벌에 비해 4배 이상의 높은 값을 보여, 저서미세조류의 bloom이 거전 갯벌보다 더 뚜렷하게 나타났다. 정점별 cM a 함량은 2002년 3월을 제외하 고는 대체로 만경강 하류보다 상류 퇴적물에서 더 높았다.
후속연구
Prasinophytes의 경우 marker 색소인 prasino가 전혀 검출되지 않았기 때문에, 거전 갯벌과 만경강 내 퇴적물에는 prasinophytes가 존재하지 않거나 검출 한계 농도 이하로 존재 함을 알 수 있다. 그리고 prochiorophytes의 존재를 배제할 수 없으나, 이는 divinylchlorophyll a를 확인할 수 있는 HPLC 시스템으로 분석할 필요가 있다.
또한, 앞으로 이 연구지역의 갯벌이 가지는 일차생산력에 대한 평가는 새만금 갯벌의 생산 성을 제대로 이해하는데 꼭 필요한 과제로 여겨지며, 진행 중인 간척사업의 진척에 따른 생태계 변화 중에 저서미세조류 의 군집조성과 생체량에 대한 변동도 지속적으로 연구되어야 할 과제로 남아있다. 그리고 새만금 갯벌에서 위성 이미지를 이용한 특정지역 저서미세조류 bloom이 2003년 2월에 관측된 바 있는데, 이러한 위성 이미지는 새만금 해역의 일차생산성 을 제대로 평가하기 위한 수단으로써 가능성이 있다고 판단된 다 따라서, 앞으로의 연구는 더 넓은 해역의 퇴적물 내 저서미 세조류의 생체량을 조사하여, 향후 위성 이미지와의 비교로 외삽함으로써 전체 갯벌의 생체량 평가에 이용하고자 한다.
그己[나, 새만금 해역에 발생하는 dinoflagellates 적조는 종속 영양성 dinoflagellates도 상당량 포함되어 있으며, 이러한 종속 영양성 dinoflagellates는 perid을 갖고 있지 않다고 보고된 바 있다. 따라서 dinoflagellates 분포에 대한 보다 정확한 정보를 위해서는 현미경을 이용한 방법도 병행하여 보완하는 것이 필요하다고 판단된다. 또한, 앞으로 이 연구지역의 갯벌이 가지는 일차생산력에 대한 평가는 새만금 갯벌의 생산 성을 제대로 이해하는데 꼭 필요한 과제로 여겨지며, 진행 중인 간척사업의 진척에 따른 생태계 변화 중에 저서미세조류 의 군집조성과 생체량에 대한 변동도 지속적으로 연구되어야 할 과제로 남아있다.
이른 봄 만경강 하구역 수괴에서 나타나는 식물플랑크톤 대번식 (Oh, 1994)이 퇴적물 내 무기탄 소에 영향을 주었겠으나, 이 지역에서의 높은 조석활동으로 인해 무기탄소에 의한 제한환경은 나타나지 않을 것으로 보 인다. 또한, 본 연구해역은 하구역에 위치하고 있어 육상으 로부터 다량의 영양염이 공급되며 퇴적물 내에서의 높은 영 양염 재생을 고려할 때 영양염 농도에 의한 성장제한 현상도 중요한 요인으로 고려하기는 어려울 것이다. 따라서 여름에 만경 갯벌에서의 chi a 함량 감소는 저서동물에 의한 섭이의 영향이 저서미세조류 생체량 조절에 미치는 중요한 요인 중 하나일 것으로 판단된다.
따라서 dinoflagellates 분포에 대한 보다 정확한 정보를 위해서는 현미경을 이용한 방법도 병행하여 보완하는 것이 필요하다고 판단된다. 또한, 앞으로 이 연구지역의 갯벌이 가지는 일차생산력에 대한 평가는 새만금 갯벌의 생산 성을 제대로 이해하는데 꼭 필요한 과제로 여겨지며, 진행 중인 간척사업의 진척에 따른 생태계 변화 중에 저서미세조류 의 군집조성과 생체량에 대한 변동도 지속적으로 연구되어야 할 과제로 남아있다. 그리고 새만금 갯벌에서 위성 이미지를 이용한 특정지역 저서미세조류 bloom이 2003년 2월에 관측된 바 있는데, 이러한 위성 이미지는 새만금 해역의 일차생산성 을 제대로 평가하기 위한 수단으로써 가능성이 있다고 판단된 다 따라서, 앞으로의 연구는 더 넓은 해역의 퇴적물 내 저서미 세조류의 생체량을 조사하여, 향후 위성 이미지와의 비교로 외삽함으로써 전체 갯벌의 생체량 평가에 이용하고자 한다.
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