[논문]천연물 유래 d-Limonene의 가시박 방제효과

최정섭; 고영관; 조남규; 황기환; 구석진

doi:10.5660/kjws.2012.32.3.263

천연물 유래 d-Limonene의 가시박 방제효과
Herbicidal Activity of d-Limonene to Burcucumber (Sciyos angulatus L.) with Potential as Natural Herbicide 원문보기

한국잡초학회지 = Korean journal of weed science, v.32 no.3, 2012년, pp.263 - 272

최정섭 (한국화학연구원 친환경신물질연구그룹) , 고영관 (한국화학연구원 친환경신물질연구그룹) , 조남규 ((주)목우연구소) , 황기환 ((주)목우연구소) , 구석진 ((주)목우연구소)

초록
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천연물에서 유래한 제초활성 후보물질 d-limonene에 대한 주요 문제 잡초와 환경위해 잡초인 가시박에 대한 살초력 평가를 통해 효율적 잡초 관리를 위한 친환경 잡초방제제로서의 개발 가능성을 검토하고자 본 연구를 수행하였다. d-limonene은 온실조건에서 발아전 토양처리 효과는 없었고, 경엽처리에서는 100kg ai $ha^{-1}$ 이상 농도에서 매우 우수한 방제효과를 보였으나, 작물에 대한 선택성은 전혀 없었다. 야생에서 왕성하게 생육하는 환경 위해잡초 가시박에 대해서도 140kg ai $ha^{-1}$ 이상 농도에서 살포물량에 비례하여 우수한 방제효과를 나타내어 천연 생화학 제초제로서의 적용 가능성에 대한 향후 연구가 필요한 것으로 판단하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The potential as natural herbicide of d-limonene natural agent was conducted on several weeds in a greenhouse and Sciyos angulatus in field condition. Herbicidal activity of foliar application at a concentration of 100 and 200 kg ai $ha^{-1}$ of d-limonene on seven weed species was completely killed in a greenhouse condition. Also, d-limonene at a concentration of 50 kg ai $ha^{-1}$ was completely killing on Abutilon theophrasti, Aeschynomene indica, Echinochloa crus-galli and Digitaria ciliaris 3 days after treatment. While pre-emergence treatment of d-limonene concentration of 12.5 to 200 kg ai $ha^{-1}$ showed not significant visible damages. Phytotoxic symptoms of d-limonene by foliar treatment were characterized by wilting and burn-down of leaves and stems followed by discoloration, finally, plant death. Crop selectivity at d-limonene concentration of 100 kg ai $ha^{-1}$ over to five main crops including Zea mays by foliar application was not at all. Field trial of foliar treatment with d-limonene 70 to 140 kg ai $ha^{-1}$ have effectively controled over 5~20 leaf stages of S. angulatus at the natural habitats. And herbicidal efficacy of foliar application on S. angulatus with carrier volume in field condition was increased with dose dependent manners. These results suggest that d-limonene is considered possible as herbicide, and may be further optimized for natural agent for environmental friendly natural herbicide.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한, 다양한 농도의 d-limonene을 양배추에 처리했을 때 생장이나 광합성능에 영향을 주며(Ibrahim 등 2004), 감자 싹의 출현을 억제시키는(Vaughn와 Spencer 1993) 등 일부 식물에 대한 생리활성이 보고되어 있다. 따라서 본 연구에서는 기 생리활성이 보고된 천연물 유래 물질인 d-limonene을 대상으로 주요 문제 잡초의 살초력을 평가하고 특히 환경위해 잡초인 가시박에 대한 방제효과 평가를 통해 효율적 잡초 관리를 위한 친환경 잡초방제제로서의 개발 가능성을 확인하고자 하였다.
따라서 이런 지역에 발생하는 가시박 제어를 위한 효율적인 방법 중 하나가 인축 독성이 낮고 자연조건에서 분해가 용이한 천연물 또는 생화학제를 이용하는 친환경적 방법을 활용한 방제기술을 고려할 수 있을 것이다. 본 저자들은 수계 주변에 발생하는 가시박의 효율적인 방제를 위한 방안으로 천연물 유래의 d-limonene을 이용한 방제체계를 구축하고자 하였다.
천연물에서 유래한 제초활성 후보물질 d-limonene에 대한 주요 문제 잡초와 환경위해 잡초인 가시박에 대한 살초력 평가를 통해 효율적 잡초 관리를 위한 친환경 잡초방제제로서의 개발 가능성을 검토하고자 본 연구를 수행하였다. d-limonene은 온실조건에서 발아 전 토양처리 효과는 없었고, 경엽처리에서는 100kg ai ha^-1 이상 농도에서 매우 우수한 방제효과를 보였으나, 작물에 대한 선택성은 전혀 없었다.

제안 방법

d-limonene은 증류수로 희석하여 최종농도가 12.5, 25, 50, 100, 200 kg ai ha-1가 되도록 조제하였고, 약제는 flat fan 8002EVB 노즐이 장착된 CO2-pressurized track sprayer(R&D sprayer, USA)를 이용하여 살포물량이 1,000L ha-1가 되도록 처리하였다.
가시박 엽기별 살초활성을 평가하였는데 10～15엽기는 2011년 9월 하순～10월 상순경에 실시하였고, 5～10 및 20엽기 이상은 2012년 6월 중순～7월 상순경 수행하였다. 처리 구획은 1m²(5～10엽기, 10～15엽기) 또는 3m²(20엽기 이상)이었고, 처리 약량은 70 및 140kg ai ha^-1이었으며, 1구획 당 1,000L ha^-1 양으로 압축식 살포기를 이용하여 경엽 살포하였다.
사각 플라스틱 폿트에 옥수수, 콩, 목화, 밀, 벼 등 5종의 작물 종자를 각각 5～10립씩 파종하여 온실조건 (30/20±5℃, Light/dark=14/10hrs)에서 관리하다가 1일 (토양처리) 및 9일(경엽처리) 후에 d-limonene을 12.5, 25, 50, 100 및 200kg ai ha-1 농도가 되도록 증류수로 희석조제하여 폿트 당 1,000L ha-1의 살포물량으로 분무 처리하였다.
생육시기별 살초활성 평가와 동일한 장소와 시기에 수행하였으며, d-lmonene 처리량은 70kg ai ha^-1이었고 살포물량은 1,000, 2,000 및 3,000L ha^-1로 하였다. 약제처리 후 가시박 엽기별, 살포물량별 방제효과를 육안으로 달관 조사하였다.
처리 구획은 1m²(5～10엽기, 10～15엽기) 또는 3m²(20엽기 이상)이었고, 처리 약량은 70 및 140kg ai ha^-1이었으며, 1구획 당 1,000L ha^-1 양으로 압축식 살포기를 이용하여 경엽 살포하였다. 약제 처리 8일 및 15일 후에 살초력을 육안으로 달관 조사하였다.
로 하였다. 약제처리 후 가시박 엽기별, 살포물량별 방제효과를 육안으로 달관 조사하였다.
5, 25, 50, 100, 200 kg ai ha^-1가 되도록 조제하였고, 약제는 flat fan 8002EVB 노즐이 장착된 CO₂-pressurized track sprayer(R&D sprayer, USA)를 이용하여 살포물량이 1,000L ha^-1가 되도록 처리하였다. 약제처리 후 동일한 온실조건에서 관리하면서 3, 7 및 14일 후에 외형적인 증상 및 약효를 약효 기준표에 의해 달관조사(0～100, 0; 효과없음, 100; 완전방제)하였다.
잡초에 대한 약효를 평가하기 위하여 4종의 광엽잡초와 3종의 화본과잡초 종자를 파종하여 약제가 살포되기 전까지 온실조건(30/20±5℃, Light/dark=14/10hrs)에서 토양 처리용은 1일, 경엽처리용은 14일 동안 관리하였다.
5, 25, 50, 100 및 200kg ai ha^-1 농도가 되도록 증류수로 희석조제하여 폿트 당 1,000L ha^-1의 살포물량으로 분무 처리하였다. 처리 3, 7 및 14일 후에 각 작물의 약해 정도를 육안으로 달관조사(0～100, 0; 약해없음, 100; 완전고사)하였다.
가시박 엽기별 살초활성을 평가하였는데 10～15엽기는 2011년 9월 하순～10월 상순경에 실시하였고, 5～10 및 20엽기 이상은 2012년 6월 중순～7월 상순경 수행하였다. 처리 구획은 1m²(5～10엽기, 10～15엽기) 또는 3m²(20엽기 이상)이었고, 처리 약량은 70 및 140kg ai ha^-1이었으며, 1구획 당 1,000L ha^-1 양으로 압축식 살포기를 이용하여 경엽 살포하였다. 약제 처리 8일 및 15일 후에 살초력을 육안으로 달관 조사하였다.
표면적 21 × 17cm 사각 플라스틱 폿트에 배합토(사질양토：수도용 상토：원예용 상토 = 1：1：1, (주)부농상토)을 충진하였다.

대상 데이터

시험 물질 d-limonene은 SDS Biotech(Japan)사로부터 구입하였으며, 순도는 70%, 제형은 유제이었다.
포장시험은 경기도 양평군 개군면 앙덕리 소재의 남한강변에서 실시하였다. 이 지역은 매년 가시박이 왕성하게 발생하여 주변 생태계를 심각하게 훼손하고 있으며, 남한강변을 따라 조성된 자전거 도로까지 침범하여 미관상 불쾌감을 조성하는 것은 물론 여가생활의 안전까지도 위협하고 있었다.

성능/효과

야생 가시박 방제를 위해 d-limonene 처리 시 대부분 엽기에서 살포물량이 많을수록 방제효과가 증가하는 경향을 보였다(그림 5, 그림 6). 10～15엽기의 가시박에 1,000, 2,000 및 3,000L ha^-1 살포물량에서의 방제 효과는 약제처리 15일 후에 각각 60, 70 및 80%로 살포물량이 증가함에 따라 살초력도 증가하였다. 또한, 20엽기 이상에서도 동일한 살포물량에서 약제처리 8일 후 방제효과는 각각 70, 90 및 100%이었다가 15일 후에는 각각 80, 100 및 100%으로 살포물량 및 약제처리일수가 증가할수록 살초력도 증가되어 나타났다.
3)Herbicidal activity was determined by visual injury with a scale of 0 (no injury) to 100 (complete control).
3)Phytotoxicity was determined by visual injury with a scale of 0 (no phytotoxicity) to 100 (complete injury).
천연물에서 유래한 제초활성 후보물질 d-limonene에 대한 주요 문제 잡초와 환경위해 잡초인 가시박에 대한 살초력 평가를 통해 효율적 잡초 관리를 위한 친환경 잡초방제제로서의 개발 가능성을 검토하고자 본 연구를 수행하였다. d-limonene은 온실조건에서 발아 전 토양처리 효과는 없었고, 경엽처리에서는 100kg ai ha^-1 이상 농도에서 매우 우수한 방제효과를 보였으나, 작물에 대한 선택성은 전혀 없었다. 야생에서 왕성하게 생육하는 환경 위해잡초 가시박에 대해서도 140kg ai ha^-1이상 농도에서 살포물량에 비례하여 우수한 방제효과를 나타내어 천연 생화학 제초제로서의 적용 가능성에 대한 향후 연구가 필요한 것으로 판단하였다.
d-limonene은 작물 선택성이 전혀 없어 100kg ai ha^-1 이상 농도에서는 시험 대상 5종의 작물 모두 완전하게 고사되었고, 50kg ai ha^-1 농도에서도 80% 이상의 심한 약해가 유발되었다(표 2, 그림 2). 특히 옥수수에서의 약해가 가장 심하였는데, 12.
d-limonene을 경엽처리하면 수 시간 이내에 살초력이 발현되어 매우 속효성의 특성을 보였다. 즉, d-limonene 100 및 200kg ai ha^-1농도의 경엽처리에서는 시험 대상 광엽 및 화본과잡초가 3일 내에 완전 방제되었으며, 50kg ai ha^-1 농도에서도 3일만에 어저귀, 자귀풀, 물피 및 바랭이는 모두 고사되었으나, 12.
야생 가시박 5～10엽기에 d-limonene을 140kg ai ha^-1 농도로 처리하면, 약제처리 후 살초력이 지속적으로 증가하다가 15일 후에는 완전방제되었고, 70kg ai ha^-1 농도에서도 60%의 살초력을 보였다. 또한, 10～15엽기 및 20엽기 이상의 가시박에 70 및 140kg ai ha^-1농도의 d-limonene을 처리하면 70～90%의 살초력을 보여 야생에서 왕성 하게 생장하고 있는 경우에도 방제효과가 탁월하였다.
10～15엽기의 가시박에 1,000, 2,000 및 3,000L ha^-1 살포물량에서의 방제 효과는 약제처리 15일 후에 각각 60, 70 및 80%로 살포물량이 증가함에 따라 살초력도 증가하였다. 또한, 20엽기 이상에서도 동일한 살포물량에서 약제처리 8일 후 방제효과는 각각 70, 90 및 100%이었다가 15일 후에는 각각 80, 100 및 100%으로 살포물량 및 약제처리일수가 증가할수록 살초력도 증가되어 나타났다.
즉, d-limonene을 140kg ai ha^-1 처리농도에서는 약제처리 15일 후에 엽기에 관계없이 90% 이상의 살초력을 나타내었고, 70kg ai ha^-1 농도에서도 60～80%의 살초효과를 나타내었다(그림 3, 그림 4). 야생 가시박 5～10엽기에 d-limonene을 140kg ai ha^-1 농도로 처리하면, 약제처리 후 살초력이 지속적으로 증가하다가 15일 후에는 완전방제되었고, 70kg ai ha^-1 농도에서도 60%의 살초력을 보였다. 또한, 10～15엽기 및 20엽기 이상의 가시박에 70 및 140kg ai ha^-1농도의 d-limonene을 처리하면 70～90%의 살초력을 보여 야생에서 왕성 하게 생장하고 있는 경우에도 방제효과가 탁월하였다.
야생 가시박 방제를 위해 d-limonene 처리 시 대부분 엽기에서 살포물량이 많을수록 방제효과가 증가하는 경향을 보였다(그림 5, 그림 6). 10～15엽기의 가시박에 1,000, 2,000 및 3,000L ha^-1 살포물량에서의 방제 효과는 약제처리 15일 후에 각각 60, 70 및 80%로 살포물량이 증가함에 따라 살초력도 증가하였다.
이상의 결과로부터 천연물 유래의 천연 제초활성 물질인 d-limonene은 처리농도가 높은 편이지만 온실 조건에서 주요 잡초에 대하여 효과적인 방제효과를 확인하였을 뿐만 아니라, 포장조건에서도 야생 가시박에 대하여 탁월한 방제활성을 확인하였다. 향후 d-limonene의 처리 약량을 저감시키면서도 살초력을 증진시킬 수 있는 제형기술을 개발하고, 문제 잡초 및 가시박에 대하여 적절한 처리시기 등을 고려한 최적 방제체계 구축을 통해 천연물 유래의 생화학 제초제 개발가능성을 검토할 예정이다.
d-limonene을 경엽처리하면 수 시간 이내에 살초력이 발현되어 매우 속효성의 특성을 보였다. 즉, d-limonene 100 및 200kg ai ha^-1농도의 경엽처리에서는 시험 대상 광엽 및 화본과잡초가 3일 내에 완전 방제되었으며, 50kg ai ha^-1 농도에서도 3일만에 어저귀, 자귀풀, 물피 및 바랭이는 모두 고사되었으나, 12.5 및 25kg ai ha-1에서는 방제효과가 낮거나 재생되었다(표 1, 그림 1). d-Limonene 처리 시 살초력을 나타내는 주된 증상은 처리 초기에는 잎이 시들고 위축되었다가 변색되어 결국 고사(burn-down)되었는데(Vaughn와 Spencer 1991), 이러한 증상은 d-limonene을 식물에 처리했을 때 광합성 양 감소(Ibrahim 등 2004)에 기인되는 것으로 판단하였다.
야생에서 생육하는 가시박을 대상으로 d-limonene을 경엽처리하면 처리 직후에 곧바로 시들음과 위축 현상이 발현되고 화염상 반점이 형성되면서 잎이 타들어 가는 현상(burn-down)을 나타내다가 고사되었다. 즉, d-limonene을 140kg ai ha^-1 처리농도에서는 약제처리 15일 후에 엽기에 관계없이 90% 이상의 살초력을 나타내었고, 70kg ai ha^-1 농도에서도 60～80%의 살초효과를 나타내었다(그림 3, 그림 4). 야생 가시박 5～10엽기에 d-limonene을 140kg ai ha^-1 농도로 처리하면, 약제처리 후 살초력이 지속적으로 증가하다가 15일 후에는 완전방제되었고, 70kg ai ha^-1 농도에서도 60%의 살초력을 보였다.
농도에서도 80% 이상의 심한 약해가 유발되었다(표 2, 그림 2). 특히 옥수수에서의 약해가 가장 심하였는데, 12.5kg ai ha^-1 농도에서도 약제처리 3, 7 및 14일 후의 약해는 각각 80, 70 및 50%로 처리기간이 경과함에 따라 약해가 회복되는 경향을 보이지만 정상적인 생육은 불가능할 것으로 판단되었다. d-limonene을 포함한 여러 종류의 monoterpenes 처리에 의한 작물 종자 발아억제 정도를 평가했을 때, 상대적으로 큰 종자들은 작은 종자에 비해 발아억제 정도가 약했고, 작물 종자 중에서 오이 종자의 발아는 심하게 억제되었으나, 옥수수 종자에서는 발아억제 활성이 전혀 없다고 하였다(Vaughn와 Spencer 1993).
한편, 가시박 5～10엽기의 경우 살포물량 차이에 의한 방제효과는 크지 않았는데, 약제처리 8일 후 1,000, 2,000 및 3,000L ha^-1 살포물량에서의 방제효과는 각각 70, 80 및 80%이었다가 15일 후에는 재생된 개체 때문에 오히려 살초력이 감소되어 살포물량에 관계없이 방제효과가 60%이었다. 이와 같이 엽기가 낮은 가시 박에 대한 방제효과가 오히려 낮게 표현된 것은 5～10엽기 처리 시기는 생육이 가장 왕성한 시기였고, d-limonene은 토양처리 효과가 없기 때문에(자료 미제시) 약제처리 당시 지상부로 출현되지 않았던 개체들이 약제처리 후 지상부로 출현하였기 때문으로 추측된다.

후속연구

농도에서는 가시박 엽기에 관계 없이 약제처리 후 시간이 경과함에 따라 완전 방제되지 않았던 일부 개체에서는 재생을 확인하였는데, 이들 재생된 개체로부터 종자가 결실되어 다음 세대로 발생될 소지가 있었다. 따라서 d-limonene을 이용해서 가시박을 방제하기 위해서는 140kg ai ha^-1 이상 농도로 처리해서 완전하게 방제하거나 일정한 간격을 두고 연속처리해서 재생되는 개체까지도 완전하게 조절하는 등의 다각적인 방제체계 방법을 구축해야 할 것으로 판단하였다.
더구나 경기도의 남한강 및 북한강 하천변, 강원 춘천댐 주변, 충청북도 충주호 주변 등(Moon 등 2008) 상수원 보호구역에 발생하는 가시박 방제를 위한 수단으로의 유기 합성 제초제 사용이 불가한 실정이다. 따라서 이런 지역에 발생하는 가시박 제어를 위한 효율적인 방법 중 하나가 인축 독성이 낮고 자연조건에서 분해가 용이한 천연물 또는 생화학제를 이용하는 친환경적 방법을 활용한 방제기술을 고려할 수 있을 것이다. 본 저자들은 수계 주변에 발생하는 가시박의 효율적인 방제를 위한 방안으로 천연물 유래의 d-limonene을 이용한 방제체계를 구축하고자 하였다.
이와 같이 엽기가 낮은 가시 박에 대한 방제효과가 오히려 낮게 표현된 것은 5～10엽기 처리 시기는 생육이 가장 왕성한 시기였고, d-limonene은 토양처리 효과가 없기 때문에(자료 미제시) 약제처리 당시 지상부로 출현되지 않았던 개체들이 약제처리 후 지상부로 출현하였기 때문으로 추측된다. 또한, 20엽기 처리구획이 대부분 나무 그늘에 가려져 약제처리 후 음지상태로 지속되던 지점이어서 양지 조건에서 처리되었던 20엽기 이하 처리구획과 비교했을 때 d-limonene 광분해 또는 휘발속도 등의 차이에서 기인할 수 있을 것으로 예상되지만, 이에 대한 추후 검증시험이 필요하다고 사료된다.
d-limonene은 온실조건에서 발아 전 토양처리 효과는 없었고, 경엽처리에서는 100kg ai ha^-1 이상 농도에서 매우 우수한 방제효과를 보였으나, 작물에 대한 선택성은 전혀 없었다. 야생에서 왕성하게 생육하는 환경 위해잡초 가시박에 대해서도 140kg ai ha^-1이상 농도에서 살포물량에 비례하여 우수한 방제효과를 나타내어 천연 생화학 제초제로서의 적용 가능성에 대한 향후 연구가 필요한 것으로 판단하였다.
이상의 결과로부터 천연물 유래의 천연 제초활성 물질인 d-limonene은 처리농도가 높은 편이지만 온실 조건에서 주요 잡초에 대하여 효과적인 방제효과를 확인하였을 뿐만 아니라, 포장조건에서도 야생 가시박에 대하여 탁월한 방제활성을 확인하였다. 향후 d-limonene의 처리 약량을 저감시키면서도 살초력을 증진시킬 수 있는 제형기술을 개발하고, 문제 잡초 및 가시박에 대하여 적절한 처리시기 등을 고려한 최적 방제체계 구축을 통해 천연물 유래의 생화학 제초제 개발가능성을 검토할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가시박이란?	이와 같은 문제 잡초 중에서 가시박(Sciyos angulatus L.)은 북아메리카 원산의 일년생 귀화식물로 국내 강변, 도로변, 철로변, 농경지는 물론 생활주변까지 집단적으로 발생하여 기존 생태계를 크게 변화시키고 있는 문제 잡초로(Smeda와 Weller 2011) 환경부에서는 ‘야생동식물보호법 시행규칙’에 “생태계교란 야생식물”로 지정하고 있다(길 등 2005). 가시박은 생육이 왕성하며 종자 생산량이 많고 군락을 형성하여 자라기 때문에 양분, 광, 수분 등에 대해 경합함으로서 기존 식생을 파괴하여 생물 다양성을 변화시킬 뿐만 아니라(Esbenshade 등 2001b), 피부병을 유발하는 등 인축에게도 직접적으로 피해를 주고 있다(Andow 2003).
	유기합성 제초제의 장점은?	유기합성 제초제는 생산비용이 낮고 강력한 살초력을 발휘하기 때문에 전 세계적으로 농작물 생산성 향상을 위해 유용하게 사용되어 왔다. 그러나 triketone계 제초제 개발 이후 새로운 작용점을 갖는 다른 제초제 개발성과가 없으며(Secor 1994; Prisbylla 등 1993; Schultz 등 1993), 장기간 지속적인 사용으로 인한 저항성 잡초의 출현 등의 문제점이 심각한 지경에 이르고 있다(Park 등 2007; Riches 등 1996).
	유기합성 제초제의 사용으로 인한 문제점은?	유기합성 제초제는 생산비용이 낮고 강력한 살초력을 발휘하기 때문에 전 세계적으로 농작물 생산성 향상을 위해 유용하게 사용되어 왔다. 그러나 triketone계 제초제 개발 이후 새로운 작용점을 갖는 다른 제초제 개발성과가 없으며(Secor 1994; Prisbylla 등 1993; Schultz 등 1993), 장기간 지속적인 사용으로 인한 저항성 잡초의 출현 등의 문제점이 심각한 지경에 이르고 있다(Park 등 2007; Riches 등 1996). 더구나 유기합성 제초제는 매우 효과적인 잡초방제 수단임에도 불구하고 환경과 인축에 대한 잠재적인 영향 때문에 OECD 국가에서는 엄격하게 사용을 제한하고 있으며, 신규 작용점을 대상으로 하는 저약량의 제초제 개발이 시급하지만 친환경 농업에 대한 관심과 화학농약 사용의 규제 때문에 개발 여건은 매우 어려운 실정이다(김 2009).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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