제목 : 식물세포 관찰수강과목 :담당교수 :학 과 :조 이 름 :제출일자 :Title (실험제목) : 식물세포 관찰Date (실험일시): 2018년 5월 15일 화요일Abstract (실험목적): 양파의 표피세포와 다른 식물 등의 표피세포를 현미경을 통해 관찰해보고, 어떤 차이점이 있는지 알아보았다. 식물세포와 동물세포의 차이 또한 생각해볼 수 있었다.Principle (실험원리)1. 식물세포 (plant cell): 모든 식물의 살아 있는 최소 구조이자 구성 성분. 그 기능에 따라 크기와 모양이 다양하다. 식물세포에는 구형의 핵, 세포질, 미토콘드리아, 세포막, 엽록체, 세포벽, 액포 등이 있다. 식물세포는 세포막 바깥쪽에 세포의 형태를 유지할 수 있게 하는 세포벽이 존재한다. 식물이 필요한 양분을 스스로 합성할 수 있는 것은 광합성을 하는 엽록체가 있기 때문인데, 동물세포에는 존재하지 않는 소기관이다.1) 세포벽 (cell wall): 세포를 외부로부터 보호하고 세포의 모양을 유지하도록 하는 벽으로, 진핵세포에서는 식 물세포에 존재하며, 셀룰로오스, 펙틴, 리그닌 등이 주성분이다.* 박테리아와 같은 원핵생물들도 세포벽을 가지고 있다. 식물세포의 세포벽과는 달리 많은 원핵생물의 세포벽은 펩티도글리칸을 주성분으로 한다.2) 액포 (vacuole): 주머니 모양의 세포기관으로 성숙한 식물세포에서 잘 발달하며 세포 안에서 수용액을 가 득 채우고 있다. 세포활동으로 만들어지는 독성물질이나 노폐물 등을 분해하는 역할을 하 기도 한다. 동물세포의 경우, 리소좀에 의해 독성물질이나 노폐물 등이 분해되는데, 식물세 포는 이러한 역할을 액포가 담당한다. 이외에도 세포 내부의 이온농도 및 산성유지, 세포 질을 세포막 쪽으로 밀어내어 엽록체를 세포 바깥쪽, 즉 가능한 빛에 많이 노출될 수 있도 록 돕는 역할도 수행한다.3) 엽록체 (chloroplast): 식물의 세포에 들어있는 세포소기관으로, 광합성이 이루어지는 장소이다. 엽록체는 미토콘 드리아와 유사한 점이 있다. 우선 두 기관은 모두 에너지를 ATP(adenosine triphosphate)로 전환할 수 있다는 점이 같다. 또 유전물질로 DNA를 가지고 있고 리보솜도 있어서 스 스로 증식할 수 있고 단백질을 합성하는 것도 가능하다.① 그라나 (grana): 내막 안쪽에 빛을 흡수할 수 있는 색소를 가진 틸라코이드 (thylakoid)라는 원반 모양의 구조체가 층을 이뤄 쌓여 있 는 구조이다.② 스트로마 (stroma): 구조물 주위에 있는 기질 을 말하며, 광합성에 필요 한 여러 효소들이 있다.4) 기공 (stoma): 잎의 뒷면에 있는 공기구멍. 두 개의 공변세포에 의해 열리고 닫힌다. 광합성에 필요한 이 산화탄소가 들어오고 광합성의 결과로 만들어진 산소가 나가는 공기의 이동통로이다. 이곳 에서 잎에 있는 물이 기체상태로 내보내지는 증산작용이 일어난다. 잎의 뒷면에는 표피세 포가 변형된 공변세포가 쌍을 지어 표피에 분포한다. 기공은 대체로 잎의 뒷면에 있으나 물 위에 떠 있는 잎에서는 표면에 있다. 또한 앞뒤의 구별이 없는 잎에서는 잎의 양면에 기공이 있으며, 지하나 수중에 있는 잎은 기공이 없다.2. 세포의 고정과 염색: 세포의 고정과 염색세포 내의 물질은 대체로 무색이며, 굴절률도 비슷해서 살아 있는 상태 그대로는 관찰이 곤란한 것이 많다. 이 때문에 고정이나 염색법을 쓰고 있다.1) 고정 (fixation): 현미경적 혹은 전자현미경적 관찰을 위해 조직 안 세포의 자가 융해 혹은 세포 분열을 피 하여, 살아있던 상태에 되도록이면 가까운 상태에서 조직이나 세포의 구조를 관찰하기 위 하여 실시된다.* 고정액 (fixative): 원형질을 응고시켜 절편제작이나 염색에 적합한 상태로 만드는 액을 말 한다. 10% 포르말린, 95% 전후의 알코올, 피크린산 등이 사용되고 있다.2) 염색 (staining): 조직, 세포의 특징을 밝히기 위해 색소를 사용하여 착색하는 현상이다. 일반적으로 조직이 나 세포를 고정한 후 염색한다. 염색할 때 쓰는 물질에 따라 세포나 조직의 형태 자체를 염색하거나 세포 내에 있는 핵, 미토콘드리아 등의 특정 소기관을 염색한다. 또한, 세포나 조직 내에 있는 특정한 단백질만을 염색하여 그 단백질의 세포 내 위치를 볼 수도 있다.Material (실험재료): 광학현미경(optical microscope), 슬라이드글라스/인당 1개, 커버글라스, 면도칼, 킴와이프스, 70%알코올, 아세트산카민(acetocarmine), 스포이드(spoid)/조당 3개Protocol (실험방법)1. 면도날을 이용하여 양파 표피세포를 얇게 잘라 슬라이드글라스 위에 올렸다.2. 70%알코올을 뿌려 2분간 고정시켰다.3. 킴와이프스로 70%알코올을 닦아냈다.4. 아세트산카민(acetocarmine) 용액을 시료 위에 뿌리고 커버글라스를 덮었다.5. 3분간 염색하였다.6. 킴와이프스로 여분의 아세트산카민(acetocarmine) 용액을 닦아주었다.7. 현미경을 사용하여 저배율에서 고배율로 세포를 관찰하였다.1. 야외에서 여러 가지 식물의 잎을 구해왔다.2. 식물의 잎 뒷면을 면도날로 얇게 잘라 슬라이드글라스 위에 올렸다.3. 70%알코올을 뿌려 2분간 고정시켰다.4. 킴와이프스로 70%알코올을 닦아냈다.5. 아세트산카민(acetocarmine) 용액을 시료 위에 뿌리고 커버글라스를 덮었다.6. 3분간 염색하였다.7. 킴와이프스로 여분의 아세트산카민(acetocarmine) 용액을 닦아주었다.8. 현미경을 사용하여 저배율에서 고배율로 기공을 관찰하였다.Result (실험결과)40배율 100배율 1000배율100배율 1000배율 (열린 기공 사진 참고): 위에 첨부한 사진에서 보이는 것처럼 양파 표피세포에서는 기공이 관찰되지 않았다.관찰된 식물세포의 기공은 모두 닫힌 상태임을 알 수 있었다.Discussion (고찰): 우리 조의 실험 결과, 현미경으로 관찰한 모든 식물들의 기공이 닫힌 상태로 관찰되었음을 알 수 있었다. 다른 조도 마찬가지라고 들었다. 그렇기 때문에 열려있는 기공이 하나도 없었던 이유는 무엇인가에 대해 생각해볼 필요가 있었다. 우선 기공이란 표피세포가 변형된 한 쌍의 공변세포(guard cell; 사진에 별도로 표시)에 의해 만들어지는 숨구멍으로서 엽록체가 많이 들어 있다. 공변세포의 세포벽을 보면 기공 쪽은 두꺼운 반면 반대쪽은 얇기 때문에 공변세포가 물을 많이 흡수하여 팽압이 상승하면서 팽창할 때 세포벽이 얇은 쪽으로 휘어지면서 기공이 열리게 되는 것이다. 팽압이란 세포의 내부 삼투압과 외부 삼투압의 차이에 의해서 세포가 물을 흡수하면 팽창하게 되는데, 이러한 팽창에 의해서 세포벽을 밀어내려는 힘이다. 팽압은 엽록체의 광합성에 의해서 영향을 받는데, 낮에는 햇빛이 세기 때문에 이산화탄소를 흡수하면서 광합성이 활발해지고, 공변세포 안의 포도당의 농도가 증가한다. 이때 공변세포는 삼투압에 의해 주변으로부터 물을 많이 흡수하게 되면서 팽압이 높아지게 되므로 기공이 열리고 물을 방출하게 되는 것이다. 반대로 밤에는 잎에서 합성된 포도당이 저장 기관으로 이동하여 녹말로 저장되는데, 이 때 공변세포의 삼투압은 낮아지고 물이 빠져나가서 팽압이 감소하므로 더 이상의 물의 손실을 막기 위해서 기공은 닫히게 된다. 예외로 낮 시간이라도 식물체 내에 수분이 부족한 경우에는 기공을 닫는 경우도 있다. 즉 식물은 광합성과 수분 손실을 조절하여 생명 유지에 필요한 최적의 환경을 만들어 내고, 기공의 상태는 수분의 여부에 따라 달라질 수 있다는 것이다. 이처럼 광합성에 의한 이산화탄소의 흡입과 증산 작용이 기공의 열고 닫음에 큰 영향을 미친다.
실험 목표무기호흡의 일조인 알코올 발효의 정도를 발효관을 이용하여 정량한다. 발효에 미치는 환경, 화학적 요인 등을 관찰한다.실험 원리1. 발효미생물이 자신이 가지고 있는 효소를 이용해 유기물을 분해시키는 과정을 발효라고 한다. 발효반응과 부패반응은 비슷한 과정에 의해 진행되지만 분해 결과, 우리의 생활에 유용하게 사용되는 물질이 만들어지면 발효라 하고 악취가 나거나 유해한 물질이 만들어지면 부패라고 한다. 발효는 생물이 산소를 사용하지 않고 유기물질을 분해 또는 변화시켜 각기 특유한 최종 산물을 만들어내는 현상을 말한다. 발효는 호흡과 더불어 생물이 에너지를 얻는 대사 반응이다. 무산소 조건하에서 유기화합물 자신이 산화되는 기질도 되고 산화제도 되는 점이 특징이다. 전형적으로 육탄당이 해당과정을 거쳐 삼탄당인 2분자의 피루브산을 생성하고, 이 피루브산이 발효과정을 거쳐 젖산 또는 에탄올 등 부산물을 생성한다. 이때 해당 과정에서는 2분자의 ATP가 소비되고 4분자의 ATP가 생성된다.2. 부패유기물이 미생물의 작용에 의해 악취를 내며 분해되는 현상을 말하며, 주로 단백질이 분해되는 것을 일컫는다. 즉 무산소성 세균에 의해 유기물이 불완전분해되면 각종 아민이나 황화수소 등 악취가 나는 가스가 발생한다. 부패성 세균으로 고초균군인 클로스트리듐·슈도모나스 외에 장내균군인 콜리나 에로게네스 등이 잘 알려져 있다. 고온다습한 환경에서 부패가 잘 일어난다.*발효의 종류(1) 효모에 의한 알코올 발효:포도당을 담은 그릇에 효모를 넣고 뚜껑을 닫으면 미생물인 효모가 효소를 이용해 유기물인 포도당을 분해한다. 이때 뚜껑이 덮여 있기 때문에 산소를 통한 호흡이 불가능하며 무산소호흡이 이루어진다. 효모는 포도당을 완전히 분해시키지 못하고 에탄올을 만든다. 이러한 발효를 알코올발효라고 하며 알코올발효를 이용하여 막걸리나 맥주와 같은 술을 만들 수 있다.(2) 젖산균에 의한 젖산 발효:젖산균을 무산소상태에서 포도당과 반응시키면 젖산을 만들어내는데, 이러한 발효를 젖산발효라 한다. 요구르트나 치즈, 김치 등이 젖산발효에 의해 만들어지는 음식이다. 젖산발효는 음식을 만드는 과정뿐 아니라 우리 몸 속에서도 일어나는 경우가 있다. 무리하게 달리기를 하고 나면 숨이 차 헐떡이게 된다. 몸이 빠르게 움직이면서 짧은 시간 동안 많은 에너지를 필요로 하기 때문에 빠르게 산소를 흡수하여 에너지를 보충하기 위함이다. 달리는 동안 소모되는 에너지의 양이 산소호흡을 통해 얻어지는 에너지의 양보다 크면 모자라는 만큼을 무산소호흡을 통해 얻어야 한다. 그리고 이때 우리 몸 속에서 일어나는 무산소호흡이 바로 젖산발효인 것이다. 젖산발효가 일어나면 젖산이 만들어지는데 이는 우리 몸에 피로를 느끼게 하는 물질이다. 심한 운동을 하고 나서 근육이 피로해지는 이유가 바로 여기에 있다.(3) 장내세균에 의한 포름산 발효(4) 클로스트리듐 속 세균에 의한 부티르산-부탄올-아세톤 발효(5) 프로피온산균에 의한 피로피온산 발효(6) 메탄 세균에 의한 메탄 발효(7) 수소발효와 글리세르 발효실험 방법1. 시험관을 준비했다.2. 시험관에 다음과 같이 넣었다.시험관첨가 성분증류수탄소원효모110 ml넣지 않음0.5 g29 mlGlucose 1 g0.5 g39 mlSucrose 1 g0.5 g49 mlStarch 1 g0.5 g3. 시험관 입구에 풍선을 연결한 뒤 20분 단위로 풍선의 크기를 측정하여 기록했다.4. 풍선의 크기를 통해 어떤 물질이 더 발효가 잘 되었는지를 확인했다.실험 결과20분 단위로 풍선의 크기를 측정해본 결과 Sucrose 1g과 효모 0.5g을 넣은 시험관에서 풍선이 최종적으로 지름 5cm정도로 풍선이 부풀어 올랐다. Starch 1g와 효모 0.5g을 넣은 시험관은 변화가 없었다. Glucose 1g과 효모 0.5g을 넣은 시험관은 지름이 약 4cm정도로 부풀었다. 아무것도 넣지 않고 효모만 넣었던 시험관 역시 풍선의 부피에 변화가 없었다. 결과적으로 Sucrose 1g과 효모 0.5g을 넣은 시험관에서 발효가 가장 잘 일어났다.
