[논문]섬진강 하구역 저서다모류군집의 시·공간 분포

강성효; 이정호; 박성완; 신현출

doi:10.7850/jkso.2014.19.4.243

섬진강 하구역 저서다모류군집의 시·공간 분포
Temporal and Spatial Distribution of Benthic Polychaetous Communities in Seomjin River Estuary 원문보기

바다 : 한국해양학회지 = The sea : the journal of the Korean society of oceanography, v.19 no.4, 2014년, pp.243 - 255

강성효 (한국수자원관리공단 수산자원연구소) , 이정호 (안양대학교 해양바이오시스템공학과) , 박성완 (전남대학교 해양기술학부) , 신현출 (전남대학교 해양기술학부)

초록
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본 연구는 섬진강 하구역에서 저서다모류군집의 시 공간적 분포 및 환경 요인과의 상관관계를 파악하기 위해 2012년 4월부터 2013년 2월까지 24개의 정점을 대상으로 소조시 만조 때 조사를 실시하였다. 수질환경요인으로 염도, 수온, 용존산소, pH 등을 측정한 결과를 바탕으로 조사지역은 세 해역으로 구분하였다. 각 정점별 환경 특성 차이에 따라 Saline Water Zone(SWZ), Brackish Water Zone(BWZ), Fresh Water Zone(FWZ)으로 정의하였다. SWZ은 대개 30 psu를 상회하였으며, BWZ에서는 염도가 급격히 감소하였고, FWZ에서는 거의 0 psu를 보였다. SWZ에서는 수온의 계절 변동이 가장 적었으며, DO는 가장 낮은 값을, pH는 시공간적 변동이 거의 없이 일정한 값을 유지하였다. 반면 FWZ에서는 수온의 계절 변동이 심하였으며, DO는 가장 높은 값을, pH는 시공간적 변동이 가장 심하였다. 표층퇴적상은 SWZ에서는 니질(Mud)함량이 높았으며 BWZ에서는 사질(Sand)함량이 높게 나타났고 FWZ에서는 사질(Sand)이나 자갈(Gravel)함량이 높게 나타났다. 그 외 유기물함량과 황화물량은 SWZ에서 높은 값을, Chl-a 량은 FWZ에서 높은 값을 보였다. 조사해역은 염도가 낮으며 유기물 함량, 황화물량이 낮고 조립한 퇴적상을 보이는 Fresh Water Zone과 염도가 높으며, 유기물함량, 황화물량이 높고, 세립한 퇴적상을 보이는 Saline Water Zone으로 조사지역의 환경이 뚜렷이 대비됨을 보여주고 있다. 섬진강 하구역에서 출현한 저서다모류의 출현종수와 서식밀도는 Salline Water Zone에서 가장 높았으며, Brackish Water Zone으로 갈수록 점점 감소하였고, Fresh Water Zone에서 매우 낮았다. Brackish Water Zone의 경우 서식밀도의 계절 변동이 매우 심하였는데, 이는 Prionospio cirrifera의 극우점 출현에 의한 것이다. 섬진강 하구역에서 출현한 저서다모류 중 매 계절 상위 5.0%의 점유율을 보이는 우점종은 총 6종이었다. 이 중 Lumbrineris longifolia, Prionoispio cirrifera, Tharyx sp.는 매 계절 주요 우점종으로 출현하였다. 그 외에 Hediste sp., Praxillella affinis, Tylorrhynchus sp.가 조사 시기에 따라서 우점종으로 출현하기도 하였다. 우점 출현 다모류들은 특징적으로 분포하는 해역이 뚜렷이 구분되었다. Saline Water Zone의 대표적인 종은 Lumbrineris longifolia, Tharyx sp., Mediomastus sp.이었다. Saline Water Zone에서부터 Brackish Water Zone까지의 해역에 폭넓게 걸쳐 출현하는 종은 Prionospio cirrifera, Aricidea sp., Heteromastus filiformis이었다. 그리고 Brackish Water zone의 내륙쪽 정점 일부와 Fresh Water Zone에서는 특징적으로 Tylorrhynchus sp., Hediste sp.가 우점 출현하였다. 섬진강 하구역에서 채집된 저서다모류의 출현종 조성과 정점간 유사도지수에 근거하여 집괴분석(Cluster Analysis) 및 비계량적 다차원척도법(non-metric Multidimensional Scaling)을 실시한 결과, 모든 계절에서 Saline Water Zone과 Fresh Water Zone에 위치하는 정점들은 각각 대표적인 하나의 정점군으로 구분되었다. 반면 Brackish Water Zone의 경우는 계절에 따라 수개의 정점군으로 세분되었다. 저서환경 요인과 저서다모류군집의 생태학적 요인들 간의 Pearson 상관관계분석과 주성분분석(PCA) 결과, 염도, 퇴적상, 유기물함량, DO 등이 저서다모류군집의 제반 생태학적 지수(출현종수, 서식밀도, 주요 종의 출현량, 생태지수)의 공간 분포를 결정짓는데 매우 중요한 역할을 하는 환경요인임이 확인되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was investigated to estimate the relations between benthic environments and benthic polychaetous community from April 2012 to February 2013. Twenty four stations were selected sequentially with Seomjin River Estuary from the northern part of Gwangyang Bay. The study area could be divided into three characteristic zones based on salinity, water temperature, dissolved oxygen and pH such as Saline Water Zone (SWZ), Brackish Water Zone (BWZ), and Fresh Water Zone (FWZ). Salinity was above 30.0 psu in SWZ, drastically decreased toward inland in BWZ, and nearly zero psu in FWZ. SWZ showed its specific environmental characters like that water temperature fluctuated with little seasonal change and DO showed the lowest values among three zones, and pH maintained as consistent value without seasonal fluctuation. In FWZ, on the other hand, water temperature showed high seasonal fluctuation, DO showed the highest values among three zones, and pH fluctuated greatly. In sedimentary environment, mud, sand and sand/gravel were found as dominant sedimentary deposits in SWZ, BWZ and FWZ, respectively. Organic matter content and AVS in surface sediment were high in SWZ, while Chl-a content high in FWZ. This study area showed a marked environmental difference between FWZ and SWZ as follows: FWZ has coarse sediment and low salinity, low organic matter content, low AVS in FWZ but SWZ has fine sediment and high salinity, high organic matter content and AVS. Species number and mean density of benthic polychaete community was highest in Saline Water Zone (SWZ), drastically decreased in Brackish Water Zone (BWZ), and lowest in Fresh Water Zone (FWZ). Dominant polychates above 5.0% of individual numbers were 6 taxa. Lumbrineris longifolia, Prionospio cirrifera, Tharyx sp. occurred as main dominant species of all study periods, and Hediste sp., Praxillella affinis, Tylorrhynchus sp. dominantly occurred at some seasons. Inhabiting areas of dominant species were separated characteristically. Representative species in SWZ were Lumbrineris longifolia, Tharyx sp., Mediomastus sp.. Wide-appearing species between SWZ and BWZ were Prionospio cirrifera, Heteromastus filiformis, Aricidea sp.. Characteristic species in FWZ were Tylorrhynchus sp. and Hediste sp.. As the results of cluster analysis and nMDS based on the species composition of polychaetous community, unique station groups were established in SWZ and FWZ. Stations in BWZ were sub-divided into several groups with season. Pearson's correlation analysis and PCA between benthic environments and ecological characteristics of polychaetous community showed that salinity, sediment composition, organic content and dissolved oxygen played a role to determine the temporal and spatial distribution of the ecological characteristics as species number, mean density, abundance of main species, and ecological indices.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 한국에서 5번째로 규모가 크고 하구언에 의해 막혀있지 않은 상태로 하구의 특성이 잘 보전되고 있는 섬진강을 대상으로 대형저서동물군집의 시·공간적 분포 현황을 파악하고, 염도, 퇴적상 등의 대표적인 수·저질 환경 요인과 저서동물군집과의 관계에 대해 집중적으로 파악하고자 한다.

제안 방법

수질환경 요인으로는 저층수의 수온, 염도, 용존산소, pH, 수심을 측정하였으며, 관측 장비는 YSI(600 XL)를 사용하였다. 그리고 퇴적물의 환경 요인으로는 표층 퇴적물 입도 분석과 유기물 함량, 산휘발성 황화물량, 저서 미세조류의 생물량을 측정하였다.
생태지수는 종다양도지수(H') (Shannon and Weaver, 1963), 종 풍부도지수(R) (Margalef, 1958), 종균등도지수(J) (Pielou, 1966), 우점도지수(D) (McNaughton, 1968)를 정점별로 계산하였다.
표층 퇴적물 입도 분석(Ingram, 1971)을 하기 위해 조립질 시료는 110 ℃에서 24시간 동안 건조시킨 후 1ø간격으로 입도별 중량을 구하였다. 세립질 시료는 X-선 자동입도 분석기(Sedigraph 5100)로 분석하여 입도의 백분율을 산출하였다. 이후퇴적물의 평균 입도, 분급 등의 통계적 입도상수를 Folk and Word(1957)의 공식을 사용하여 계산하였다.
수질환경 요인으로는 저층수의 수온, 염도, 용존산소, pH, 수심을 측정하였으며, 관측 장비는 YSI(600 XL)를 사용하였다. 그리고 퇴적물의 환경 요인으로는 표층 퇴적물 입도 분석과 유기물 함량, 산휘발성 황화물량, 저서 미세조류의 생물량을 측정하였다.
채집된 퇴적물은 1 mm 체(sieve)로 체질한 후 10% 포르말린 용액으로 고정하여 실험실로 운반하였다. 실험실에서 다시 한 번 세척한 시료는 저서 동물만을 선별한 후 실체현미경(Carlzeiss Stemi SV6)과 광학현미경(Nikon Eclipse 50i)을 사용하여 저서다 모류를 가능한 종 수준까지 동정하고 계수하였고, 단위 면적당 출현 개체수로 환산하였다.
저서다 모류를 채집하기 위해서 수심에 따른 사용 선박의 규모 및 운항 가능 여부에 따라 채집기구를 달리하였으며, 총 채집면적은 표층 퇴적물의 표면적이 0.2 m²이 되도록 통일하였다. 정점 1~정점 11은 개량형 van Veen Grab(면적 0.
저서 환경 요인과 저서다 모류군집지수 간 주성분 분석(PCA): 섬진강 하구역에서 11개의 환경 요인(수온, 염분, 용존산소, pH, 유기물, 황화물량, 입도 조성, 저서 미세조류의 생물량, pH, 자갈(Gravel) 함량, 사질(Sand) 함량, 니질(Mud) 함량, 평균 입도)과 저서다 모류군 집간 상관관계를 파악하기 위하여 주성분 분석(PCA)을 실시하였다 (Fig. 10). 주성분 도출은 누적 기여율 70% 이상을 기준으로 제8성분까지도출되었으며(제1주성분은전체분산에 대해 32.
표층퇴적물 입도분석(Ingram, 1971)을 하기 위해 조립질 시료는 110 ℃에서 24시간동안 건조시킨 후 1ø 간격으로 입도별 중량을 구하였다.

대상 데이터

2012년 4월과 7월, 10월 은 각각 5개의 정점군으로 구분이 가능하였다. Saline Water Zone과 Fresh Water Zone은 각각 한정점군으로 분리되었지만, Brackish Water Zone은 3개의 정점군으로 세분되었다.
본 연구의 조사지역인 섬진강은 한국의 5대강 중에서 하구언, 보 건설이나 강변개발이 이루어지지 않은 유일한 강이다. 금강, 영산강, 낙동강은 하구 언 건설로 해수와 담수의 교환이 차단되어 하구역으로서의 기능을 상실하였으며, 한강은 하구언은 없으나 주변 개발사업으로 인해 수서 환경 및 수서 생태계에의 영향이 심각한 상황이다.
종조성의 유사도를 기초로 하여 조사지역을 정점군별로 구분하기 위하여 집괴분석(Cluster analysis)과 다차원척도법(non-metric Multidimensional Scaling; nMDS)을 사용하였다. 분석을 위하여 사용한 자료는 저서다 모류전 출현종을 대상으로 하였으며, 유사도 지수는 Bray-Curtis Similarity(Bray and Curtis, 1957)를 사용하였다. 결합법은 Group-average mode를 사용하여 정점군을 구분하였다.
05 m²)을사용하여 정점당 4회씩 채집하였다. 선박의 운항이 가능하지 않은 정점 17~정점 24는 도보채집으로 Surber net(면적 0.1 m²)을 사용하여 정점당 2회씩 채집하였다. 채집된 퇴적물은 1 mm 체(sieve)로 체질한 후 10% 포르말린 용액으로 고정하여 실험실로 운반하였다.
섬진강 하구역 저서다모류군집의 시·공간분포 특성을 파악하기 위한 현장조사는 2012년 4월, 7월, 10월과 2013년 2월의 계절별로 4회실시하였으며, 섬진강과 맞닿은 광양만 북부 해역에서부터 섬진강을 따라 올라가면서 총 24개의 정점을 대상으로 소조 시 만조 때 실시하였다(Fig. 1).
2 m²이 되도록 통일하였다. 정점 1~정점 11은 개량형 van Veen Grab(면적 0.1 m²)을 사용하여 정점당 2회씩 채집하였고, 정점 12~정점 16은 소형 van Veen Grab(면적 0.05 m²)을사용하여 정점당 4회씩 채집하였다. 선박의 운항이 가능하지 않은 정점 17~정점 24는 도보채집으로 Surber net(면적 0.

데이터처리

저서다모류와 환경요인(수온, 염도, 용존산소, pH, 퇴적상, 유기물함량, 황화물량, 저서미세조류의 생물량)간의 상관관계를 파악 하기 위해 Pearson's correlation coefficient를 구하였으며, 주성분 분석(Principal Component Analysis; PCA)을 실시하였다.

이론/모형

분석을 위하여 사용한 자료는 저서다 모류전 출현종을 대상으로 하였으며, 유사도 지수는 Bray-Curtis Similarity(Bray and Curtis, 1957)를 사용하였다. 결합법은 Group-average mode를 사용하여 정점군을 구분하였다.
표층 퇴적물 내의 유기물 함량은 강열감량법(Loss on Ignition; %)을 이용하여 분석하였다. 산 휘발성 황화물량 측정(Acid Volatile Sulfide)은 황화수소를 추출시켜 검지 관법으로 측정하였다. 저서 미세조류의 생물량 측정은 Lorenzen(1967)의 식에 따라 퇴적물 단위 체적당엽록소-a(Chl-a)량 및 phaeopigment 량을 계산하였다.
세립질 시료는 X-선 자동입도 분석기(Sedigraph 5100)로 분석하여 입도의 백분율을 산출하였다. 이후퇴적물의 평균 입도, 분급 등의 통계적 입도상수를 Folk and Word(1957)의 공식을 사용하여 계산하였다. 표층 퇴적물 내의 유기물 함량은 강열감량법(Loss on Ignition; %)을 이용하여 분석하였다.
산 휘발성 황화물량 측정(Acid Volatile Sulfide)은 황화수소를 추출시켜 검지 관법으로 측정하였다. 저서 미세조류의 생물량 측정은 Lorenzen(1967)의 식에 따라 퇴적물 단위 체적당엽록소-a(Chl-a)량 및 phaeopigment 량을 계산하였다.
종조성의 유사도를 기초로 하여 조사지역을 정점군별로 구분하기 위하여 집괴분석(Cluster analysis)과 다차원척도법(non-metric Multidimensional Scaling; nMDS)을 사용하였다. 분석을 위하여 사용한 자료는 저서다 모류전 출현종을 대상으로 하였으며, 유사도 지수는 Bray-Curtis Similarity(Bray and Curtis, 1957)를 사용하였다.
이후퇴적물의 평균 입도, 분급 등의 통계적 입도상수를 Folk and Word(1957)의 공식을 사용하여 계산하였다. 표층 퇴적물 내의 유기물 함량은 강열감량법(Loss on Ignition; %)을 이용하여 분석하였다. 산 휘발성 황화물량 측정(Acid Volatile Sulfide)은 황화수소를 추출시켜 검지 관법으로 측정하였다.

성능/효과

, Ampharete artica, Clymenella koreana, Paraprionospio sp., Praxillella affinis, H. filiformis, S. scutata는 염분, 평균 입도, Mud 함량, 유기물 함량 등과 높은 정상관 관계를 보였다. 반면 Brackish Water Zone, Fresh Water Zone에 출현하는 Tylorrhynchus sp.
, Hediste sp., Prionospio cirrifera는 이들 요인과는 역상관 관계를 보였으며, Sand 함량, Gravel 함량, DO와 정상관 관계를 보이고 있다. 즉 Saline Water Zone, Brackish Water Zone, Fresh Water Zone은 각각 독립적인 저서다 모류군집이 형성되어 있으며, 역시 독특한 환경이 형성되어 있음을 단적으로 보여주고 있다.
수온과는 달리 계절 변동보다는 지역적 공간 변동이 월등히 크게 나타나고 있다. 계절에 관계없이 정점 1~정점 6사이 구역의 염도가 가장 높게 나타나고, 정점 7~정점 15까지의 구역에서는 점진적으로 염도가 낮아지다가, 정점 15~정점 17까지의 구역에서 급격하게 염도가 낮아졌으며, 정점 17부터는 거의 0 psu에 가까운 값을 보였다.
하구역을 대상으로 한 연구들임에도 불구하고 조사해역이 주로 해양쪽에 치우친 연구가 주로 진행되었으며, 따라서 그 결과 염도 구배에 따른 영향보다는 퇴적상의 영향을 거론한 연구결과들이 많았다. 그러나 본조사는 30 psu 이상의 해양쪽 조사해역에서부터 0 psu에 가까운 담수역까지 현장조사를 하였기 때문에 퇴적상뿐만이 아니라 염도가 매우 중요한 환경 요인임을 확인할 수 있었다.
5와 같다. 사계절 모두 Salline Water Zone에서 정점당 30~40 종 정도로 가장 높은 출현종 수를 보였으며, Brackish Water Zone으로 갈수록 점점 감소하여 정점당 10종 내외만이 출현하였다. 그리고 Fresh Water Zone으로 갈수록 출현종 수는 더욱 감소하여 정점당 1~2종에 불과하였다.
섬진강 하구역에서 출현한 저서다 모류 중 매 계절 상위 5.0%의 점유율을 보이는 우점종은 총 6종이었다(Table 1).이중 Lumbrineris longifolia, Prionoispio cirrifera, Tharyx sp.
저서 환경 요인과 저서다 모류군집지수간 Pearson의 상관계수 : 섬진강 하구역의 환경요인(수온, 염분, 용존산소, pH, 유기물, 황화물량, 입도 조성, 저서 미세조류의 생물량)과 저서다 모류군집(출현종수, 우점종, 서식밀도, 다양도지수, 풍부도지수, 균등도 지수, 우점도지수) 간 Pearson 상관관계를 살펴보면 Table 2와 같다. 연구지역을 3개의 지역(Saline Water Zone, Brackish Water Zone, Fresh Water Zone)으로 명확하게 나누는데 기여한 대표적 환경 요인인 염분이 다른 요인들과 높은 상관관계를 보였다. 염분은 출현종수 및 서식밀도와 양의 상관관계를 보여주고 있는데 이는 Saline Water Zone에서 Fresh Water Zone으로 갈수록 출현종수와 서식밀도가 감소하는 현상을 의미한다.
4와 같다. 유기물 함량의 변화를 살펴보면 Saline Water Zone 에서 가장 높은 함량을 보이고, Brackish Water Zone에서는 계절 변동이 비교적 심하나 2012년 7월을 제외하고는 함량이 비교적 낮았으며, Fresh Water Zone에서 가장 낮은 함량을 보였다.
Saline Water Zone에서부터 Brackish Water Zone까지의 해역에 폭넓게 걸쳐 출현하는 종은 Prionospio cirrifera, Heteromastus filiformis, Aricidea sp.의 3종이었으며 (Fig. 7), 이중 Prionospio cirrifera가 조사기간 동안 가장 높은 서식 밀도를 보이고, 가장 많은 정점에서 출현하는 다 모류이었으며, 특히 Brackish Water Zone에서의 서식 밀도가 매우 높았다. 그리고 Brackish Water zone의 내륙 쪽 정점 일부와 Fresh Water Zone에서는 특징적으로 Tylorrhynchus sp.
10). 주성분 도출은 누적 기여율 70% 이상을 기준으로 제8성분까지도출되었으며(제1주성분은전체분산에 대해 32.08%, 제2주 성분은 10.10%의 기여율), 제5주 성분까지의 고유값(eigenvalue)은 PC=9.302PC1+2.930PC2+2.372PC3+2.081PC4+1.665PC5(Cumulative %=61.⁹²⁾와 같다.
각 Zone 별로 퇴적환경의 차이가 확연하게 나타났다. 즉 Saline Water Zone에서는 니질 함량이 높고 사질 함량이 낮은 반면, Brackish Water Zone과 Fresh Water Zone에서는 사질 함량이 매우 높았다. 특히 Fresh Water Zone의 니질 함량은 거의 0%에 가까운 값을 보였으며, 역질 함량이 꽤 높은 값을 보였다 (강, 2014).
조사해역은 염도의 관점에서 크게 3개의 구역으로 구분이 가능하였다. 즉 계절에 관계없이 대체적으로 항상 30.0 psu 이상의 염도를 보이는 구역을 Saline Water Zone(정점 1~정점 6 중심), 점진적 염도의 변화가 나타나는 구역을 Brackish Water Zone(정점 7~정점 16), 염도가 거의 0 psu에 가까운 구역을 Fresh Water Zone(정점 17~정점 24)으로 구분, 명명하였다.
저서 미세조류의 생물량(Chl-a량) 변동은 다른 저서 환경 요인들과는 반대의 경향을 보였다. 즉 단위 면적당엽록소-a량은 Saline Water zone에서 섬진강을 거슬러 Fresh Water zone으로 가면서 증가하였으며, 정점간, 계절 변동 역시 증가하였다. 반면 Phaeopigments 함량은 지역 간, 계절간 특징적인 경향이 없이 무작위 적 변동을 보이고 있다.
보다 염도 및 퇴적환경에 대한 내성범위가 넓은 광염성 종(euryhaline species)임을 의미한다고 볼 수 있다. 특히 H. filiformis는 국내 연안역의 세립질 퇴적 환경이 형성된 갯벌조간대 및 천해조하대 지역에 폭넓게 서식하고 있음이 보고된 종으로 본 연구에서는 염도에 대한 내성범위도 매우 넓다는 것을 확인하였다. 서해 와탄천(Lim and Hong, 2002), 섬진강 지류 인수 어천(Lim et al.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하구역은 무엇인가?	하구역은 염분 농도가 지리적으로 매우 광범위하게 변화할 뿐만 아니라 계절이나 강수량에 따라 시간적인 변화 역시 심하게 일어나는 해역이다. 또 육상으로부터 유입되는 유기물로 인해 인근의 담수나 해양환경에 비해 영양염이 풍부하기 때문에 하구역에서식하는 동·식물 모두 생산력이 매우 높다.
	하구역에서 저서동물의 시공간적 분포 및 종 조성이 다양한 환경 조건에 따라 크게 영향을 받는 이유는 무엇인가?	저서동물의 시공간적 분포 및 종 조성은 다양한 환경 조건에 따라 크게 영향을 받는다. 하구역에서 저서동물군집에 가장 큰 영향을 미치는 환경요인은 염분으로 염도 구배에 따라 저서동물의 시공간적 분포가 달라지고, 유사한 염도 조건하에서는 퇴적환경이 공간분포에 영향을 미친다(Copland and Bechtel, 1974).
	하구역에 서식하는 생물 중 저서동물은 어떠한 특징을 가지는가?	또 육상으로부터 유입되는 유기물로 인해 인근의 담수나 해양환경에 비해 영양염이 풍부하기 때문에 하구역에서식하는 동·식물 모두 생산력이 매우 높다. 하구역에 서식하는 생물 중 저서동물은 담수 기원 동물은 거의 없으며 해양성 동물이거의 대부분을 차지하고 있다. 그러나 환경 조건의 극심한 변화로 인해 저서동물의 출현 종수는 인근 해양에 비해 10% 이하로 극히 적지만, 이 종들의 서식밀도는 매우 높을 때가 많다(Day, 1981).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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