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Detection of micro-plastics using Raman spectroscopy

1. 실험일자: 2023년 05월 08일2. 실험제목: Detection of micro-plastics using Raman spectroscopy3. 실험목적: 라만 분광학기를 이용해 미세플라스틱을 검출한다.4. 시약 및 기구: 라만 분광기, 미세플라스틱5. 실험원리1) 라만 분광법(1) 라만 분광법: 라만 분광법은 물질에 의한 전자기 복사선의 Raman scattering(라만산란)을 이 용하여 물질의 회전이나 진동상태에 대한 정보를 얻고 응용하는 분광법을 말한다. 라만산란은 1928년 인도의 물리학자인 라만과 그의 제자 크리시난이 함께 태양 빛을 광원으로 사용하여 액 체에서 처음 발견하였다. 같은 해 소련의 물리학자 랜스베르크와 맨델스탬도 무기결정에서 같은 현상을 발생하였다. 라만 산란은 감도가 매우 약해 초기에는 너리 사용되지 않았으나 1960년대 이래 레이저 발전에 따라 라만 분광기의 구조를 단순화하고 감도를 높일 수 있게 되어 보편적인 분광법으로 널리 응용되고 있다. 라만 신호는 분자마다 고유한 spectrum을 갖기 때문에 fingerprint region이라 부른다.흡수 또는 방출 분광학에서 두 에너지 준위의 차이에 해당하는 에너지를 가진 전자기 복사선을 이용하는데, 라만분광학에서는 일반적으로 비공명 복사선을 이용한다. 이 경우 복사선이 분자와 상호작용할 경우 복사선의 일부는 가상 상태를 거쳐 산란하는데, 이때 산란된 복사선은 대부분 입사선과 같은 에너지를 가지며 이를 레일리 산란 즉, 탄성산란이라고 한다. 물질에 의해 산란된 광자의 진동수나 에너지가 변하지 않는 탄성산란인 Rayleigh scattering(레일리산란)과 달리 라만 산란은 산란된 광자의 진동수가 변하는 비탄성산란이다. 라만 산란은 매우 약한 현상으로 입사된 광자 107개 중 1개가 라만 산란한다. 라만 산란(Raman scattering)에서 산란 전 광자 에너지보다 산란 후 광자 에너지가 작은 것을..<중 략>

자연과학| 2024.10.14| 6페이지| 3,000원| 조회(77)

기기분석실험, 분석실험, 라만 분광학기

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척추동물 관찰 및 해부(붕어) 실험 보고서

생명과학실험 보고서1. 실험제목 : 척추동물 관찰 및 해부2. 실험목적 : 붕어의 외부와 내부형태를 관찰하여 그 명칭과 기능을 알아본다.3. 실험도구 : 붕어(다른 생선으로 대체가능), 해부접시, 메스, 핀셋, 장갑4. 실험방법 :1) 입, 코, 눈, 지느러미, 아가미 뚜껑, 항문, 옆줄 등을 관찰한다.2) 옆줄의 비늘은 몇 개가 있는지 세어본다.3) 등지느러미의 뼈는 몇 개인지 수를 세어본다.4) 비늘을 떼어내어 현미경으로 관찰하고 스케치한다.5) 배의 정중선을 따라 항문 쪽으로부터 입을 향하여 자르고 이어서 항문 쪽에서부터 등 쪽 방향으로 반원을 그리면서 아가미가 있는 부위까지 자른다.6) 아가미 뚜껑을 들어내어 자른다.7) 아가미와 부레를 관찰한다.8) 암수를 구별할 수 있는 정소나 난소를 찾아본다.9) 심장을 떼어내어 그 구조를 관찰한다.10) 항문에서부터 창자를 차례로 들추어 소화기관의 연결을 확인한다. 이 때 식도와 위 사이에 창자와 간으로 덮힌 타원형의 암록색의 쓸개가 보인다. 창자를 꺼낼 때 끊어지기 쉬우므로 물속에서 조심해서 꺼낸다.5. 실험이론5-1. 척추동물 : 척추동물이란 신체의 중축인 척주를 가지는 동물로 아문의 계급을 가지며 척삭동물문에 속하는 동물로 약 48170종의 현생종이 알려져있다. 척추동물은 지느러미와 아가미를 가지는 어상강과 네다리와 폐를 가지는 사지상강을 하위분류군으로 갖는다. 어상강은 어류이며 사지상강은 양서류, 파충류, 조류 및 포유류를 포함한다. 척추동물의 경우 몸은 좌우대칭이며 머리, 몸통, 꼬리 세부분으로 구분된다. 척추는 발생초기에 몸의 중축에 척삭이 생기고 이후에 척추 뼈들이 생겨 형성된다. 몸의 등 쪽에는 신경관이 존재하며 신경관의 앞부분은 커져 뇌가 되고 나머지는 척수를 이룬다. 뇌는 두개골에 의해 싸여있다. 배 쪽에는 체강이 발달하였으며 그 안에 심장과 폐와 같은 내장이 들어있다. 몸통은 앞뒤로 한 쌍의 지느러미 혹은 다리가 발달되어있다. 폐쇄형의 순환계를 가지며 심장, 동맥, 정맥, 모세혈관, 림프계로 구성된다. 혈액 속에 적혈구가 들어있어 붉은 색을 띤다. 일반적으로 척추동물은 자웅이체이며 유성생식을 한다. 척추동물은 모든 분류군 중에서 가장 복잡한 체제와 분화된 기능을 가진다. 내골격이 있기 때문에 다른 동물에 비해 체적이 크고, 근육이 발달하여 활동적이다.5-2. 어류 : 수중생활을 하며 아가미로 호흡하는 척추동물로 어상강에 속한다. 대부분 냉혈동물이지만 상어나 참치 등 몇 가지 종은 온혈이기도 하다. 무악어강, 연골어강, 경골어강을 하위분류군으로 갖는다. 무악어강은 턱이 없는 먹장어나 칠상장어를 포함하고 연골어강은 뼈가 부드러운 상어나 가오리, 경골어강은 단단한 뼈를 갖는 붕어나 잉어를 포함한다. 어류는 척추동물 중 가장 많은 종을 가지며 약 2만 9천 종이 알려져 있다. 그 중 2만 종은 경골어류이다. 대부분 변온동물이며 부레로 공기를 조절해 물에서 떠오르거나 가라앉는다. 알을 낳아 번식하는 난생, 모체 안에서 알이 부화해 유생형태로 태어나는 난태생, 모체 안에서 태반을 통해 영양분을 받아 성장하여 태어나는 태생 다양한 생식방법을 갖는다. 어류는 보통 바다나 호수, 강 등의 물에 서식한다. 일반적인 어류의 형태와 구조는 그림 1과 같다. 피부는 비늘로 덮여있고 지느러미를 가진다. 비늘은 피부보호뿐만 아니라 물의 온도를 감지하고 청각기능도 가진다. 내장기관으로는 간, 이자, 창자, 위, 콩팥, 난소, 부레, 아가미 등을 가진다.그림 1. 어류의 형태와 구조5-3. 어류의 기관과 그 기능 : 어류의 기관은 호흡기관, 소화기관, 순환기관, 배설과 삼투조절기관, 생식기관으로 나눌 수 있는데, 먼저 호흡기관에는 아가미가 있다. 어류는 아가미를 이용해 물속의 산소를 흡수하고 몸속의 이산화탄소를 배출한다. 소화기관에는 입, 식도, 위, 창자, 소화샘인 간과 유문수 등이 있다. 위는 식도와 이어지는 분문부와 먹이를 저장하는 맹낭부, 창자로 먹이를 보내는 유문부로 구성된다. 숭어나 고등어의 유문부에는 유문수가 있어 소화효소의 분비 및 흡수 기능도 수행한다. 창자에서는 주로 영양 물질의 흡수가 일어나며 간에서는 쓸개진을 만들어 담낭에 저장했다가 창자로 내보낸다. 이자는 호르몬과 소화액을 창자로 내보낸다. 순환기관은 심장, 동맥, 정맥, 모세혈관으로 구성된다. 심장은 가슴 복부의 중앙에 위치하고 1심방 1심실이며 동맥구와 정맥동으로 되어있다. 정맥혈은 정맥두에 모여 심방으로 들어가 바로 심실로 이동한다. 심실은 박동을 통해 혈유를 일으키고 혈액은 동맥구를 통해 복부 대동맥으로 들어가 아가미의 모세혈관에서 가스교환이 이루어진다. 이때 심실과 심방 경계의 판막은 혈액의 역류를 방지한다. 산소를 지닌 혈액은 원심성 동맥을 거쳐 등 대동맥으로 들어가 온몸의 조직과 기관으로 옮겨져 산소와 영양물질을 공급한다. 어류의 배설기관은 노폐물 배출뿐만 아니라 어류의 체내 삼투압 조절에도 큰 역할을 한다. 배설과 삼투조절기관에는 신장이 있고 피부, 아가미 및 소화관도 배설에 관여한다. 고등어와 같은 경골어유의 신장은 좌우 한 쌍이 있고 신장은 세뇨관, 사구체, 림프조직으로 이루어져 있다. 신장을 통해 묽은 오줌을 배출하며 물이 부족하면 신장에서 물의 재흡수가 일어나기도 한다. 질소 노폐물은 아가미를 통해 암모니아로 분비한다. 어류의 생식기관에는 난소와 정소 등의 생식소가 있다. 수컷은 체강 속에 2개의 정소를 가지며 정소에는 수정관이 비뇨생식개공으로 연결되어 밖으로 배출되고, 암컷은 난소에서 만들어져 밖으로 배출된다.5-3. 고등어 : 고등어는 척삭동물문 경골어류강에 속하는 척추동물을 말한다. 고등어의 학명은 Scomber japonicus이며 주로 바다에 서식한다. 동물성 플랑크톤이나 작은 어류를 먹고 산다. 3cm이상 성장하면 크기별로 무리지어 생활한다. 고등어는 일반적으로 15~20도씨의 수온에서 산란이 이루어지기 때문에 3~6월이 주된 산란기이다. 그림 2와 같이 고등어의 몸은 길고 방추형이며 좌우로 약간 납작한 형태로 등 쪽은 암청색이고 배 쪽은 은백색이다. 등쪽에는 흑청색의 물결무늬가 측선까지 분포한다. 지느러미는 등지느러미, 가슴지느러미, 꼬리지느러미 등을 가진다. 등지느러미는 2개이며 멀리 떨어져있다. 등지느러미는 투명하지만 색을 띠는 세포인 흑색소포가 산재하여 어둡게 보인다. 가슴지느러미는 체측의 중앙에 있으며 비교적 크기가 작다. 기저부는 하얗지만 기저부의 상반부 윗 가장자리 및 후반부는 검게 보인다. 뒷지느러미는 무색투명하며 두 번째 등지느러미와 대칭을 이룬다. 등지느러미와 뒷지느러미 뒤쪽에는 토막지느러미가 5개씩 있고 잘록한 꼬리자루를 가진다. 또한, 잘 발달된 가랑이형의 회색 꼬리지느러미를 가진다. 큰 눈을 가지며 기름눈꺼풀이 발달되어 있다. 두 눈 사이는 평편하고 동공부위가 노출되어있다.그림 2. 고등어 외형6. 결과 : 먼저 고등어의 외형을 관찰한 결과 등지느러미 2개, 꼬리지느러미, 가슴지느러미, 토막지느러미 등의 여러 지느러미와 큰 눈, 입, 코, 측선을 관찰할 수 있었다. 그리고 측선을 기준으로 위쪽은 흑청색의 물결무늬가 있고 아래쪽은 하얀색을 띠는 것을 관찰 할 수 있었다.

자연과학| 2021.05.26| 7페이지| 3,000원| 조회(515)

실험보고서, 생명과학, 과학실험, 해부, 척추동물, 붕어, 생명과학실험

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식물의 조직관찰(줄기, 뿌리) 실험보고서

생명과학실험 보고서1. 실험제목 : 식물의 조직관찰 (줄기와 뿌리)2. 실험목적 : 식물의 줄기와 뿌리의 기능과 구조에 대해 알아본다. 쌍자엽식물과 단자엽식물 간 줄기 구조의 차이와 뿌리의 차이를 확인한다.3. 실험도구 : 채집도구, USB 현미경, 슬라이드글라스, 면도칼, 커버글라스, 아세트산카민4. 실험방법 : 쌍자엽식물과 단자엽식물의 줄기와 뿌리를 관찰한다.? 쌍자엽식물과 단자엽식물을 각각 하나씩 채집한다. 이때 되도록 뿌리가 상하지 않도록 주의해야한다.? 쌍자엽식물과 단자엽식물의 줄기를 면도칼을 이용해 얇게 잘라 단면을 얻는다.? 자른 단면에 아세트산카민 염색약을 떨어뜨려 3분 이상 염색한다. (식물의 조직은 대개 무색이기 때문에 염색을 해 쉽게 관찰하도록 하는 것이다.)? 염색이 완료되면 기포가 생기지 않게 주의하며 커버글라스를 덮어준다. 이때 주위로 새어나온 염색약을 휴지를 이용해 닦아준다.? 염색된 줄기단면을 USB 현미경을 이용해 관찰한다.? 쌍자엽식물과 단자엽식물의 뿌리를 관찰한다.5. 실험이론5-1. 속씨식물 : 씨방이 있는 종자식물을 속씨식물이라 한다. 생식구조로 꽃을 가지며, 그림 1과 같이 밑씨가 씨방 안에 들어있다. 피자식물 또는 현화식물이라고도 부르며 전체 식물의 약 80%가 속씨식물군에 속한다. 속씨식물은 물관과 체관으로 구성된 관다발을 가지며, 꽃잎과 꽃받침이 발달되어있다. 속씨식물은 크게 쌍자엽식물과 단자엽식물로 나뉜다.그림 1. 속씨식물5-2. 쌍자엽식물 : 흔히 쌍떡잎식물이라 부르며 대부분 씨 안의 배 속에 떡잎을 쌍으로 갖는 식물을 말한다. 꽃은 대체로 크며 꽃잎, 꽃받침 등이 뚜렷하다. 예외는 있지만 일반적으로 꽃을 이루는 기관인 꽃잎, 꽃받침 잎, 수술 등이 4개 또는 5개이거나 그의 몇 배수로 나타난다. 물관, 체관, 형성층으로 구성된 관다발은 규칙적으로 배열되어 있고 형성층이 있어 부피생장을 한다. 잎맥은 그물맥이며 뿌리는 곧은 뿌리로 되어있고 원뿌리과 겉뿌리가 뚜렷이 구분된다. 쌍자엽식물에 속하는 식물로는 완두콩, 강낭콩, 녹두 등이 있다.5-3. 단자엽식물 : 흔히 외떡잎식물이라 부르며 대부분 씨 안의 배가 하나의 떡잎을 갖는 식물을 말한다. 벼나 옥수수와 같이 꽃받침, 꽃잎 등이 없는 것도 있지만 일반적으로 꽃을 이루는 기관인 꽃잎, 꽃받침 잎, 수술 등이 3의 배수로 나타난다. 쌍자엽식물과 달리 형성층이 없기 때문에 부피생장을 하지 않는다. 물관과 체관으로 구성된 관다발은 불규칙적으로 흩어져 있다. 잎맥은 나란히맥이고 뿌리는 수염뿌리이다. 단자엽식물에 속하는 식물로는 백합류, 난초류, 붓꽃류, 벼과 식물류 등이 있다.그림 2. 쌍자엽식물 그림 3. 단자엽식물5-4. 식물의 기관과 기능 : 식물의 기관은 크게 뿌리, 줄기, 잎으로 나눌 수 있다.식물의 뿌리는 식물체를 땅에 고정시키며 물과 무기 양분을 흡수하여 물관을 통해 각 기관으로 보낸다. 영양분을 저장하는 역할도 하며 바깥쪽에는 뿌리털이 있어 물의 흡수를 돕고, 안쪽에는 물이 줄기로 이동할 수 있는 구조를 갖는다. 생장점에서는 뿌리의 성장이 이루어진다. 식물의 뿌리는 진화과정을 거치며 변형되어 저장뿌리, 부착뿌리, 공기뿌리 등 다양한 기능을 가진다.식물의 줄기는 식물체를 지탱해주는 역할을 하며 식물의 잎과 뿌리를 연결시켜준다. 줄기는 물관, 체관, 형성층, 기본 조직계로 구성되며 관다발을 가지고 있어 물과 양분의 이동통로가 된다. 또한, 줄기의 표피에서는 호흡이 일어나며 감자나 양파 같은 일부 식물은 줄기에 양분이나 물을 저장하기도 한다. 이외에도 줄기는 진화 과정을 통해 땅위줄기, 기는 줄기, 땅 속 줄기 등으로 변형되어 다양한 기능을 가진다.식물의 잎은 식물 내의 물을 수증기의 형태로 방출하는 증산작용을 한다. 또한, 잎에서는 빛을 이용하여 포도당을 합성하는 광합성이 일어나며 잎은 기공을 통해 산소를 흡수하고 이산화탄소를 방출하는 호흡작용을 한다.5-5. 현미경: 생물학을 비롯한 대부분의 자연과학 분야에서 나안으로 보이지 않거나 아주 작은 물체를 관찰할 때 사용하는 도구로 생물의 상을 확대시켜 볼 수 있게 만든 것이다. 현미경에는 광학현미경, 전자현미경, 편광 현미경 등이 있다.광학현미경은 광원으로 가시광선을 이용하는 현미경으로 빛이 렌즈를 통과하며 굴절하는 성질을 이용한다. 광학현미경의 해상능력은 0.2㎛이기 때문에 물체를 2000배 이상 확대하는 것은 불가능하여 세포 내 초미세구조는 관찰 할 수 없다. 광학현미경에는 복합현미경, 해부현미경 등이 있다.전자현미경은 가시광선보다 파장이 짧은 전자선을 광원으로 이용하는 현미경이다. 전자현미경을 통해 물체를 직접 볼 수는 없지만 전자파를 투과해 스크린에 나타나게 하여 볼 수 있다. 파장이 짧은 전자선을 이용하기 때문에 해상력이 뛰어나다. 전자현미경에는 해상능력이 0.2㎚인 투과 전자 현미경(TEM)과 해상능력이 5㎚인 주사 전자 현미경(SEM)이 있다.편광현미경은 시료를 얇게 만든 박편에 한 방향으로 진동하는 빛인 편광을 반사 혹은 투과시켜 시료의 성질을 조사하는 현미경이다. 편광현미경은 주로 광물이나 암석의 성질을 조사하기 위해 사용된다. 암석을 구성하는 광물의 종류와 조성 등의 조성관찰에 사용되므로 암석현미경이라고도 한다.6. 결과 : 현미경으로 염색한 단자엽식물의 단면을 관찰한 결과 그림 4와 같이 물관과 체관이 불규칙적으로 배열된 모습을 관찰할 수 있었다. 쌍자엽 식물의 경우 그림 5와 같이 물관과 체관이 단자엽식물에 비해 규칙적으로 배열된 모습을 관찰 할 수 있었다. 그림 6과 그림 7은 현미경으로 관찰한 두 식물 줄기의 단면을 그린 것이다.그림 4. 단자엽식물 그림 5. 쌍자엽식물그림 6. 단자엽식물 그림 그림 7. 쌍자엽식물 그림두 식물의 뿌리를 관찰한 결과 단자엽식물의 뿌리는 그림 8과 같이 수염뿌리인 것을 알 수 있었다. 쌍자엽식물의 경우 그림 9와 같이 원뿌리와 곁뿌리가 뚜렷이 구분되는 뿌리를 갖는 것을 확인 할 수 있었다. 그림 10과 그림 11은 육안으로 관찰한 두 식물의 뿌리를 그린 것이다.그림 8. 단자엽식물 그림 9. 쌍자엽식물그림 10. 단자엽식물 그림 그림 11. 쌍자엽식물 그림7. 고찰 : 실험결과 단자엽식물 줄기의 단면은 관다발이 불규칙적인 배열을 보이는 것을 관찰 할 수 있었다. 이론적으로 단자엽식물은 물관, 체관이 불규칙적으로 배열되어 있기 때문에 그림 4와 같은 결과가 나온 것이라 생각한다. 쌍자엽식물의 줄기의 단면은 관다발이 비교적 규칙적인 배열을 보이는 것을 확인 할 수 있었다. 이론적으로 쌍자엽식물은 물관, 체관, 형성층으로 구성된 관다발이 규칙적으로 배열되어 있기 때문에 그림 5와 같은 결과가 나온 것이라 생각한다. 실험을 통해 쌍자엽식물과 단자엽식물의 관다발의 배열이 다른 것을 확인하였다. 이를 보고 두 식물의 차이점은 형성층의 유무이기 때문에 형성층이 관다발의 배열에 영향을 줄 것이라 생각했다. 조사 결과 형성층은 부피 생장 역할을 할 뿐만 아니라 세포층 역할도 하여 물관부와 체관부의 경계가 된다는 것을 알 수 있었다. 두 식물의 뿌리를 관찰하여 비교한 결과 이론과 마찬가지로 단자엽식물의 뿌리는 수염뿌리이고 쌍자엽식물의 뿌리는 원뿌리와 겉뿌리가 확연히 구분되는 곧은 뿌리임을 확인 할 수 있었다. 일반적으로 실험실에서 쓰이는 광학현미경에 비해 성능이 떨어지는 USB 현미경을 사용하였기 때문에 쌍자엽식물의 관다발의 규칙적인 배열을 제대로 관찰하지 못해 아쉬움이 남는 실험이었다.

자연과학| 2021.05.26| 6페이지| 2,000원| 조회(443)

실험보고서, 생명과학, 뿌리, 과학실험, 줄기, 생명과학실험, 식물의 조직

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식물의 조직관찰 (잎과 기공) 실험보고서

생명과학실험 보고서1. 실험제목 : 식물의 조직관찰(잎과 기공)2. 실험목적? 식물의 잎 기능과 구조에 대해 알아본다.? 쌍떡잎식물과 외떡잎식물 간 잎 구조의 차이를 확인한다.? 쌍떡잎식물과 외떡잎식물 간 공변세포 차이를 확인한다.3. 실험도구 : 투명 매니큐어, USB 현미경, 쌍떡잎식물과 외떡잎식물의 잎, 스카치테이프, 슬라이드 글라스4. 실험방법 : 쌍자엽식물과 단자엽물의 잎과 기공세포를 관찰한다.? 채집한 쌍자엽식물과 단자엽식물의 잎을 관찰하여 그림을 그린다.? 쌍자엽식물과 단자엽식물의 잎 뒷면에 매니큐어를 바른다.? 매니큐어가 마르면 그 위에 스카치테이프를 부착하고 떼어내어 표피를 벗긴다.? 슬라이드 글라스에 떼어낸 테이프를 부착한다.? 현미경으로 저배율부터 고배율 순으로 관찰하고, 결과를 사진으로 기록한다.5. 실험이론5-1. 외떡잎식물과 쌍떡잎식물 : 꽃을 피우고 종자를 만드는 식물을 종자식물이라고 하는데, 종자식물은 떡잎의 수에 따라 외떡잎식물과 쌍떡잎식물로 나눈다.외떡잎식물은 말 그대로 하나의 떡잎을 갖는 식물을 말한다. 벼나 옥수수처럼 꽃잎 등이 없는 예외가 존재하긴 하지만 일반적으로 외떡잎식물은 꽃잎, 꽃받침 잎, 수술 등이 3의 배수로 나타난다. 잎맥은 나란히 맥이며 수염뿌리를 갖는다. 관다발은 물관과 체관으로만 구성되어 있으며 형성층이 없기 때문에 불규칙적으로 흩어져 있고 줄기는 부피생장을 하지 않는다. 외떡잎식물에 속하는 식물로는 강아지풀, 백합, 수선화, 대나무 등이 있다.쌍떡잎식물은 떡잎을 쌍으로 갖는 식물을 말한다. 쌍떡잎식물은 꽃잎, 꽃받침 등이 뚜렷하게 나타나며 꽃잎, 꽃받침 잎, 수술 등이 4의 배수 혹은 5의 배수로 나타난다. 잎맥은 그물맥이며 원뿌리와 곁뿌리가 뚜렷이 구분되는 뿌리를 갖는다. 쌍떡잎식물의 관다발은 물관, 체관, 형성층으로 구성되어 있으며 형성층이 있기 때문에 규칙적으로 배열되어 있고 줄기는 부피생장을 한다. 쌍떡잎식물에 속하는 식물로는 강낭콩, 호박, 해바라기 등이 있다.그림 1. 외떡잎식물과 쌍떡잎식물의 특징5-2. 식물의 잎 : 잎은 식물의 기관 중 하나로 식물에서 광합성 작용, 증산 작용, 호흡작용이 일어나는 곳이다. 잎은 그림 2와 같이 표피조직, 울타리조직, 해면조직, 잎맥으로 이루어져 있다.그림 2. 잎의 구조표피조직은 잎을 감싸고 있는 얇은 세포층으로 엽록체가 없어 광합성이 일어나지 않고 투명하다. 큐티클층이 쌓여 있어 잎의 수분손실을 막고 잎의 내부를 보호한다. 표피조직에는 표피세포가 변형된 반달모양의 공변세포가 존재한다. 공변세포에는 엽록체가 있어 광합성이 일어나고 초록색을 띤다. 두 개의 공변세포는 기공을 이루는데, 기공은 주로 잎의 뒷면에 분포한다. 기공을 통해 증산작용과 이산화탄소, 산소 등이 드나드는 기체교환이 일어난다.울타리조직은 광합성이 가장 활발하게 일어나는 곳으로 엽록체가 있는 길쭉한 모양의 세포들이 빽빽이 배열되어 있어 책상조직이라고도 불린다. 광합성이 일어나기 때문에 초록색을 띤다.해면조직은 엽록체가 있는 둥근 모양의 세포들이 엉성하게 배열되어 있는 곳으로 세포 사이의 공간으로 기체의 이동이 일어난다. 울타리 조직과 마찬가지로 엽록체가 있어 광합성이 일어나며 초록색을 띤다.잎맥은 잎에 분포하는 관다발로 물관과 체관으로 구성된다. 잎의 형태를 유지하는 골격 역할을 하며 물질의 이동통로이다.5-3. 공변세포와 기공 : 공변세포는 표피세포가 변형되어 만들어진 세포로 표피조직에 존재한다. 거의 모든 고등생물에서 볼 수 있고 선태류와 같은 하등생물에도 존재한다. 공변세포는 크기는 비교적 작으나 종류에 따라 형태적 특징이 매우 다양하다. 보통 길이는 10-80 μm이고 넓이는 수-50 μm 정도 된다. 공변세포의 세포벽은 일반적인 표피세포의 세포벽(약 1-2 μm)과 달리 세포벽의 일부분이 두꺼워서 5 μm가 넘는 경우가 많다. 기공의 형태는 다양한데 고등식물에서는 쌍떡잎식물에서 발견되는 것과 외떡잎식물에서 발견되는 것, 이 두 가지로 나눌 수 있다. 쌍떡잎식물의 기공은 산재되어 있으며 불규칙형, 부등형, 평행형, 교차형, 방사형으로 나뉜다. 보통 콩팥모양이다. 외떡잎식물의 공변세포는 평행하게 배열되어 있으며 보통 아령형이다.5-4. 공변세포의 개폐조절 : 한 쌍의 공변세포는 기공을 이루는데 기공의 개폐는 두 공변세포의 팽압 변화에 의해 조절된다.공변세포가 세포내에서 기공을 열게 하는 신호를 받으면 공변세포의 세포막에 존재하는 양성자 운반 ATP분해 효소가 공변세포 내의 수소이온을 세포 밖으로 내보낸다. 그러면 세포 안이 음성이 되어 칼륨이온 통로가 열리고 염화이온도 같이 들어오게 되어 세포내 삼투압이 증가한다. 세포내 삼투압이 증가하면 세포 내로 수분흡수가 일어나 세포의 팽압이 늘어나 세포벽이 얇은 바깥쪽으로 작용하여 기공이 열리게 된다.식물이 뿌리에서 흙의 수분부족을 인지하면 식물은 앱시스산 호르몬을 생산하고 방출하여 기공을 닫히는 신호를 보낸다. 그러면 세포내 pH가 증가하게 되고 칼슘이온통로를 활성화시켜 세포내 칼슘의 유입이 일어난다. 유입된 칼슘은 다른 이온통로를 활성화시켜 세포내 삼투압이 줄어든다. 그러면 탈수가 일어나 공변세포의 팽압은 감소하게 되어 기공이 닫히게 된다.그림 3. 공변세포의 개폐과정5-5. 공변세포의 기능과 의의 : 공변세포에는 엽록체가 존재하기 때문에 광합성이 일어나며 기공을 통해 잎에 있는 물을 공기 중으로 내보내는 증산작용이 일어난다. 증산작용은 뿌리로부터 물을 지속적으로 끌어올릴 수 있는 동력이 된다. 식물과 대기 사이에 일어나는 수증기와 이산화탄소의 교환은 식물 전체의 95%가 기공을 통해 이루어진다. 따라서 공변세포로 이루어진 기공은 식물의 증산량과 광합성의 활성을 직?간접적으로 조절하는 기능을 한다는 것을 알 수 있다.식물에서 가장 흔히 관찰되는 스트레스는 수분스트레스이다. 식물이 진화하여 육상생활을 하게 되었을 때 방수효과가 있는 큐티클층이 형성되어 식물의 수분손실을 막을 수 있었다. 하지만 수분손실을 완전히 차단하면 식물이 필요한 기체의 교환도 불가능해지는 딜레마가 발생하게 되는데 이러한 딜레마는 기공의 진화와 발달로 해결이 가능해졌다. 광합성이 일어나지 않는 밤에는 기공이 작게 열리거나 닫혀서 수분손실을 줄이고 아침에는 수분공급이 충분하면 광합성을 극대화하기 위해 기공을 연다. 이러한 기공의 역할로 식물은 기체 교환과 수분유지를 할 수 있게 되었다.6. 결과 : 외떡잎식물과 쌍떡잎식물의 잎맥을 관찰한 결과 외떡잎식물은 그림 4와 같이 나란히맥을 갖고 쌍떡잎식물은 그림 5와 같이 그물맥을 갖는 것을 관찰할 수 있었다.그림 4. 외떡잎식물의 잎맥그림 5. 쌍떡잎식물의 잎맥USB 현미경을 이용해 두 식물의 공변세포를 관찰한 결과는 그림 6, 그림 7과 같다. 희미하지만 외떡잎식물의 경우 규칙적으로 공변세포가 배열되어 있는 것을 확인할 수 있고 쌍떡잎식물의 경우 공변세포가 불규칙적으로 배열되어 있는 것을 확인할 수 있다.

자연과학| 2021.05.26| 6페이지| 2,000원| 조회(555)

기공, 실험보고서, 생명과학, 과학실험, 잎, 생명과학실험, 식물의 조직

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전기영동 실험 보고서

생명과학실험 보고서1. 실험제목 : PCR 실험과 Agarose gel 전기영동2. 실험목적 : PCR과 전기영동의 원리를 이해하고 실험을 통해 PCR의 유전자의 증폭의 결과를 전기영동으로 확인한다.3. 실험도구 : Template DNA, F-primer, R-primer, dNTP, Buffer, Taq polymerase, 증류수, 삼각플라스크, Agarose, TAE buffer, Red Safe, Gel tray, comb, DNA loading dye4. 실험방법 : PCR 실험과 Agarose gel 전기영동 실험방법1. PCR을 진행하기 위해 PCR재료(reagent)들을 준비한다.ReagentVolume(uL)ReagentVolume(uL)Template DNA1Buffer2F-primer1Taqpolymerase0.2R-primer1증류수12.8dNTP22. PCR tube에 재료들을 혼합하여 잘 섞어준다.3. PCR기계에 아래의 조건을 설정한 후 PCR을 진행시킨다.변성 결합 신장94℃ - 94℃ - 62℃ - 72℃ - 72℃2min 20sec 10sec 30sec 2min? 30 cycle ?4. 삼각플라스크에 2g의 Agarose와 100ml의 TAE buffer를 넣어준다.5. Agarose가 완전히 녹을 때까지 전자레인지를 이용해 가열한다. (2-3분)6. 굳지 않을 정도로 식힌 후 Red Safe 5ul를 넣고 잘 섞는다.7. Gel tray에 용액을 부은 후 comb를 꽂고 굳힌다. (약 20분)8. 완전히 굳은 gel에서 comb를 제거하고, 전기영동 탱크에 넣은 후 TAE buffer를 붓는다.9. PCR 결과물에 DNA loading dye 4ul를 넣고 잘 섞어준다.10. DNA marker와 PCR 결과물을 gel의 홈에 조심스럽게 넣어준다.11. Voltage를 주어 20분간 전기영동을 한 후 gel을 꺼내어 UV조사기를 통해 밴드를 확인한다.5. 실험이론5-1. DNA : 뉴클레오티드 단위체로 구성된 중합체인 핵산의 일종으로 유전정보를 전달하거나 저장하는 역할을 한다. 뉴클레오티드 단위체는 인산, 리보오스 당, 염기로 이루어진다. 리보오스 당의 2번 탄소에서 산소원자 하나가 제거된 형태의 핵산이다. DNA는 뉴클레오티드 선형 중합체 사슬 두 가닥이 서로 반대로 뻗어나가면서 이중나선 구조를 형성하는데, 그림 1과 같이 이중나선에서 염기는 안쪽에 인산과 디옥시리보오스는 바깥쪽에 위치한다. 각 가닥의 안쪽의 염기들은 상보적 수소결합을 한다. DNA의 복제는 두 가닥의 사슬이 분리되어 각 사슬이 주형이 되고 상보적인 염기를 가진 뉴클레오티드가 주형 가닥을 따라 합성되어 새로운 DNA 가닥을 만드는 반보전적 복제과정을 통해 이루어진다.그림 1. 뉴클레오티드로 구성된 DNA5-2. 중합효소 연쇄반응(PCR): 2개의 primer 사이에 낀 DNA 부분을 복제 및 증폭시키는 분자생물학적 기술이다. 중합효소 연쇄반응은 30~40 사이클 정도 진행되며 매 사이클마다 양이 두 배씩 증가한다. PCR을 이용하면 미량인 DNA시료에서 특정영역을 수 시간에 20~50만 배로 증폭시킬 수 있다. PCR은 그림 2와 같이 변성, 결합, 신장의 세 단계를 거쳐 진행된다. 변성단계는 94~95˚C에서 이중가닥의 DNA를 단일가닥으로 분해하는 과정이고 결합단계는 50~65˚C의 온도에서 primer를 상보적인 단일가닥에 붙이는 과정이다. 신장 단계는 72˚C에서 결합한 primer에 상보적인 뉴클레오티드가 연쇄적으로 결합하여 DNA를 합성하는 단계이다. 중합효소 연쇄반응을 위해서는 복제하고자 하는 부분을 가지는 주형 DNA와 프라이머, dNTP, 완충용액, Taq 중합효소가 필요하다. 프라이머는 DNA복제가 시작하도록 하는 짧은 뉴클레오티드이고 DNA합성방향에 따라 forward, reverse 두 가지가 필요하다. dNTP는 DNA합성의 재료가 되는 뉴클레오티드로 염기의 종류에 따라 dCTP, dGTP, dATP, dTTP의 4가지 뉴클레오티드가 혼합되어 있다. 완충용액은 DNA중합효소의 활성에 필요한 물질을 제공하고 Taq 중합효소는 고온내성의 DNA중합효소이다.그림 2. PCR 과정그림 3. 젤 전기영동5-3. 전기영동: PCR의 실험결과를 확인하는 방법으로 전기장에 의해 그림 3과 같이 분자들이 이동하는 것을 이용하여 모양과 크기를 기준으로 분자들을 구분하는 실험방법이다. DNA는 이중나선 구조로 바깥쪽에 인산기를 가지기 때문에 음전하를 띤다. 전기영동은 이러한 DNA의 성질을 이용하여 Gel상에 DNA를 위치시키고 전기를 흘려보내어 DNA가 음전하에서 양전하로 이동하는 속도를 비교하여 크기에 따라 DNA를 분리 할 수 있다. 겔 종류에 따른 전기영동법에는 Agarose gel 전기영동법과 Polyacrylamide gel 전기영동법 등이 있는데 본 실험에서는 Agarose gel 전기영동법이 사용되었다.Agarose gel 전기영동은 DNA 분자의 크기가 클수록, Agarose gel의 농도가 낮을수록, 전압이 높을수록 빠르게 이동하고 DNA의 형태에 따라 다르게 나타날 수 있다. supercoiled, linear, open circular 순으로 빠르게 이동한다. Agarose gel 전기영동에는 DNA와 Agarose gel 외에도 완충용액, EtBr, DNA loading dye, DNA size marker가 필요하다. 완충용액에는 Tris, Acetate, EDTA가 포함된다. Tris는 양이온을 공급하는 역할을 하는데 Tris만을 사용할 경우 pH가 약 11정도가 되어 DNA를 해리시킬 수 있기 때문에 산성을 띄는 물질인 Acetate를 넣어 pH를 조절하는 것이다. 또한, EDTA는 DNA분해효소를 불화성화 시켜 전기영동 과정 중 DNA가 분해되는 것을 막는 역할을 한다. EtBr은 DNA염기 사이에 끼어들 수 있는 평면구조를 가지며 자외선을 받으면 주황색 형광 가시광선을 방출한다. 하지만 강력한 발암물질이기 때문에 본 실험에서는 EtBr 대신 Red safe를 사용한다. DNA loading dye에는 밀도가 큰 글리세롤이 포함되어있어 Agarose gel에 DNA를 넣을 때 DNA가 빠져나가는 것을 막아주는 역할을 한다. 또한 염색물질도 가지고 있어 DNA가 젤 상에서 어디까지 진행했는지 확인할 수 있다. DNA size marker는 Gel 상에 전개된 DNA의 크기를 확인하기 위해 사용되는 DNA로 여러 길이의 DNA가 섞여 있다. DNA size marker를 전기영동하여 크기에 따라 나눠진 결과를 기준으로 다른 DNA의 크기를 판단할 수 있다.그림 4. Agarose5-4. Agarose gel : 우뭇가사리에서 추출한 한천(agarose)를 이용하여 제작하며 agarose는 그림 4와 같이 3차원적 그물구조를 가지고 있어 전기영동에 이용된다. 3차원적 그물구조를 통과하는 DNA의 속도를 비교하여 크기에 따라 분류할 수 있다. 녹는점은 대부분 85~95°C이며, 고체가 되는 온도는 35~42°C 사이이다. Agarose gel은 해상도는 낮지만 사용이 간편하고 다루기 쉽기 때문에 전기영동에 많이 사용된다.6. 결과 : 주형 DNA에 있는 GAPDH 유전자와 Mta 1 유전자의 F-primer와 R-primer 결합부위 사이는 그림 5와 같이 각각 206bp, 365bp이다. 그림 6은 실험결과 값을 왼쪽의 DNA Marker와 비교하여 살펴보면 GAPDH 유전자는 200~300bp사이에서 밴드가 관찰되었고 Mta 1 유전자는 300~400bp사이에서 밴드가 관찰되었음을 알 수 있다.그림 5. PCR에 사용된 주형 DNA의 구조 그림 6. 실험결과7. 고찰 : 이번 실험은 표적유전자를 중합효소 연쇄반응을 통해 증폭시켜 전기영동으로 확인하는 실험이었다. 실험결과를 DNA Marker와 비교하여 살펴보면 GAPDH 유전자는 200~300bp사이에서 밴드가 관찰되었고 Mta 1 유전자는 300~400bp 사이에서 밴드가 관찰되어 이론값인 F-primer와 R-primer 결합부위 사이의 길이와 일치한다는 것을 확인 할 수 있었다. 이를 통해 표적유전자의 일부를 성공적으로 증폭시킨 것을 확인할 수 있다. 또한, 앞서 살펴 본 이론을 통해 GAPDH 유전자의 밴드가 Mta 1유전자의 밴드보다 더 멀리 위치한 이유는 GAPDH 유전자 프라이머 결합부위 사이의 길이가 더 짧아 빠르게 이동했기 때문임을 알 수 있다.실험 후 분자생물학적 기술인 PCR과 전기영동이 실생활에서 어떻게 활용되고 있는지 호기심이 생겨 알아본 결과, 개인 식별에 사용된다는 것을 알 수 있었다. 각 개인이 갖고 있는 독특한 DNA 염기서열을 DNA 지문이라고 하는데 이를 이용하여 개인을 식별하는 것이다. 사람마다 다른 DNA 반복 서열 부위를 PCR로 증폭한 후 제한 효소를 이용해 잘라 젤 전기영동법으로 분리하여 나타나는 밴드의 위치 차이로 식별한다. 이러한 방식으로 PCR과 전기영동 기술은 친자관계를 확인하거나 범죄현장의 혈액이나 머리카락을 이용해 범인을 밝히는 데 사용된다는 것을 알 수 있었다. 이외에도 질병의 진단, 유전자변형농산물의 검정 등 현재 생물학에서 광범위하게 사용되고 있다는 것을 알 수 있었다. 또한, PCR실험에서 증류수를 넣어주는 이유에 대해 궁금증을 가져 찾아보았다. 찾아본 결과 PCR 과정에서 DNA, dNTP 등의 합성이 일어날 수 있는 충분한 공간을 제공하기 위해 증류수를 넣어주는 것임을 알 수 있었다.

자연과학| 2021.05.26| 6페이지| 3,000원| 조회(746)

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