식물의 기공과 공변세포 관찰 실험 레포트

 

1. 실험 제목

 

식물의 기공과 공변세포 관찰

 

2. 실험 목적

 

생물체의 구조와 기능을 아는 것은 생명현상을 이해하기 위한 가장 기본적인 일이다.

식물은 특징 있는 구조를 가지며 제각기 다른 기능을 수행한다.

따라서 본 실험에서는 식물의 기공을 관찰함으로써 식물세포의 구조와 기능을 이해한다.

 

3. 실험 재료

 

현미경, 잎, 칼, 여과지, 증류수, 면도날, 파이펫, 여과지, slide glass, cover glass 

 

4. 실험 방법

 

① 식물을 택해 잎을 꺾어서 앞면, 뒷면의 표피를 얇게 벗긴다.

② 표피층을 slide glass 위에 펴서 놓고 물을 한 방울 떨어뜨린 후 cover glass를 덮고 관찰한다.

③ 기공의 모양을 관찰하고 앞면, 뒷면에 따라 관찰한 기공의 사진 및 그림을 찍거나 그린다.

 

 

5. 실험 결과

잎의 앞면 관찰

잎의 앞면을 관찰한 사진, 기공을 관찰할 수 없다.

 

 

잎의 뒷면 관찰

반대로 잎의 뒷면에서는 기공을 관찰할 수 있다.

 

6. 디스커션

 

이번 ‘식물의 기공 관찰’ 실험에서는 투명 매니큐어가 사용되었다.

본인은 매니큐어가 이 실험에서 사용되는 이유에 대해 탐구해보았다.

 

<매니큐어와 큐티클 층에 관하여>

잎의 구조

 

잎은 잎을 감싸는 얇은 세포층인 표피조직이 존재한다.

표피조직은 큐티클층으로 싸여 있어 수분 손실을 막고, 잎 내부를 보호하며 주로 잎의 뒷면에 분포한다.

큐티클은 잎·줄기·꽃·열매 전면에 있으며 성숙한 기관일수록 발달하여 두껍다.

체표를 덮고 있는 외부큐티클 외에 잎살[葉肉]과 표피의 조직 속에서 공기와 접촉하는 세포의 벽면에도 납 모양의 물질이나 큐틴의 얇은 막이 있는데, 이것을 내부큐티클이라 한다.

이 두 큐티클층은 기공(氣孔)의 세포 표면을 거쳐 서로 이어져 있다.

공변세포는 이러한 표피조직 아래에 위치하고 있기 때문에,

공변세포를 관찰하기 위해서는 큐티클층이 제거되어야한다. ->매니큐어의 성분이 큐티클층을 제거한다.

 

우선 매니큐어는 손톱을 아름답게 보이기 위해 손톱 위의 죽은 피막을 제거하고,

손톱 위에 있는 가는 세로 홈을 다듬고 평평하게 하여 색소나 안료가 들어간 수지막을 칠하거나 또 이것을 제거하는 일련의 화장술을 말한다.

매니큐어의 종류와 성분에는

1. 큐티클 림버(英 cuticle limber) : 손톱판 위의 더러움을 제거하기 위해서는

트리에탄올아민 등의 약한 알칼리 용액을 사용한다.

 

2. 네일 폴리시(英 nail polish) : 손톱을 광내기 위해서는 경질 탄산칼슘이나 이산화규소를 석고 등으로 성형한다.

 

3.네일 에나멜(英 nail enamel) : 수지로서는 니트로셀룰로오스가 주로 사용되고(15~20%), 이것에 알키드계의 합성 수지나, 프탈산디옥틸 등의 가소제가 첨가된다.

 

이들의 피막 형성 물질을 용해하고, 사용시 적당한 점성도를 갖게 하여 손톱 위에 칠한 경우

재빨리 건조하고 얼룩지지 않은 피막을 만들기 위해서

에틸메틸케톤, 아세트산부틸, 아세트산아밀 등의 끓는점이 낮은 용제를 주체로 한 혼합 용제가 사용된다.

->즉, 이러한 매니큐어의 알칼리성 성분이 잎의 큐티클층(큐티클층이 알칼리성에 약한 특성 활용)을 벗겨낸다.

 

 

<기공의 위치와 수에 관하여>

 

실험을 진행하면서 잎의 앞면보다 뒷면에서 훨씬 많은 수의 공변세포를 관찰할 수 있었다.

앞면에서는 거의 기공을 관찰할 수 없었는데 이를 보면서

‘왜 식물들은 주로 잎의 뒷면에 서 기공이 많이 존재하는가?’,‘식물 주변의 환경적 요인이 기공의 위치나 개수에 영향을 미치는가?‘ 대한 호기심을 갖게 되었고 이를 탐구해보았다.

 

Q. 잎의 앞면과 뒷면에서 기공의 수가 차이가 나는 이유는 무엇일까

A. 식물은 기공을 통해 ’증산작용‘을 한다.

 

식물의 잎에서 광합성이 일어나기 위해서는 물이 반드시 필요한데,

이때 증산작용이 물을 뿌리에서 잎까지 전달하는 원동력의 역할을 수행한다.

잎의 기공을 통해 세포에 있던 물이 증발하면 물을 보충하기 위해 잎맥의 물관에 연결되어있는 물 분자를 끌어올린다.

즉, 기공은 수분의 이동통로라고도 볼 수 있는데 잎의 앞면(윗면)에 위치하면 햇빛에 노출되어서 기공이 열릴 경우 지나친 증산작용으로 많은 양의 물을 손실할 수 있다.

 

그러나 잎의 뒷면(아랫면)은 윗면보다 햇빛의 영향을 덜 받기 때문에 내부 상태에 따라

기공을 조절하기 쉽기 때문에 잎의 뒷면에서 공변세포를 더 많이 관찰할 수 있다.

또한 기공은 대체로 잎의 뒷면에 있으나 물 위에 떠 있는 잎에서는 표면에 존재한다.

앞 뒤 구별이 없는 잎에서는 잎의 양면에 기공이 있으며, 지하나 수중에 있는 잎은 기공이 없다.

->즉, 식물은 자신의 생명활동에 필요한 에너지를 생산하기 위해서 기공의 위치를 변화시키며 진화해왔음을 알 수 있다.

 

<기공은 항상 열려있는가?>

 

실험을 하면서 열려있는 기공을 관찰하면서 느낀 궁금증이였다.

 

Q. 기공은 빛이 존재하는 낮이아닌 빛이 존재하지않는 밤에도 열려있을까?

A. 그렇지않다.

 

기공은 낮과 달리 밤에는 닫히는데 이는 공변세포의 영향을 받는다.

공변세포에는 광합성이 일어나는 엽록체가 들어있는데, 이 엽록체 속 엽록소가 낮에 빛을 흡수하여 광합성을 통해 식물에게 필요한 에너지원을 생산한다.

광합성이 진행되면 세포 내 CO2의 양의 줄어들어서 pH가 높아진다.

pH가 높아지면 포스포릴라아제라는 효소가 활성을 갖게 되는데, 이 효소는 녹말을 포도당으로 분해하게 된다.

즉, 녹말 한 분자를 분해하면 많은 양의 포도당 분자가 만들어지므로 공변세포의 삼투압이 올라간다.

삼투압이 올라가면, 공변세포는 주변세포들로부터 수분을 흡수하고 이를 통해 삼투압을 낮추려고 한다.

이러한 과정을 통해서 공변세포는 팽팽해진다.

 

그러나 두 공변세포가 맞닿아 있는 안쪽은 세포벽이 두껍고 바깥쪽은 얇기 때문에,

팽팽해진 두 공변세포들은 바깥쪽으로 더 많이 휘게 되며 기공이 열린다.

-> 밤이 되면 빛이 존재하지않아서 이러한 과정들이 진행되지않기 때문에 기공이 닫힌다.

또한 낮이라 하더라도 식물체 내에 수분이 부족한 경우에는 증발을 막기 위해 기공을 닫기도 한다. 

 

 

 

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